一种数码管恒流源驱动控制系统技术方案

本发明专利技术公开一种数码管恒流源驱动控制系统，属于LED控制领域偏置，包括电流源产生模块、输出驱动模块和段位控制模块。所述偏置电流源产生模块产生供后续段驱动恒流源使用的镜像偏置恒流源；所述输出驱动模块以偏置恒流源作为偏置基准，产生段恒流源驱动，并在此段恒流源驱动开启和关断时，实现段电流限制的控制；另外，当段恒流源驱动关断时，根据段位控制信号产生一个位扫开关驱动；所述段位控制模块当写入显示数据时，基于相关指令控制和时钟输入，输出位扫和段显示控制信号，写入输出驱动模块，实现段位复用控制。本发明专利技术能够实现用于数码管显示驱动恒流源的高稳定性和高精度，并节省数码管显示的成本和功耗。节省数码管显示的成本和功耗。节省数码管显示的成本和功耗。

【技术实现步骤摘要】
一种数码管恒流源驱动控制系统


[0001]本专利技术涉及LED控制
，特别涉及一种数码管恒流源驱动控制系统。

技术介绍

[0002]数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，一般分为8段N位显示系统。共阴数码管的动态驱动系统，是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成共阴极COM，并将此共阴极COM接到位线上，利用视觉暂留现象，分时轮流控制各个数码管的位扫描开关进行动态驱动，而这些发光二极管的阳极分别用段驱动电路的高电平根据段码点亮。由于发光二极管基本上属于电流敏感器件，其正向压降的分散性很大，且与温度有很大的关系，另外，短时间的电流过载可能对发光二极管造成永久性损坏，所以，为了保证其良好的亮度均匀性和安全性，一般采用段恒流源驱动。目前市场上的共阴极数码管LED驱动器一直在追求较高的性价比和灵活性，所以提出了数码管段位复用的技术，大大减少了芯片的面积和成本。但是段位复用技术会引发输出端反向尖峰电压，大大降低了数码管的使用寿命和输出亮度均匀性。因此亟需一种恒流源驱动控制电路，在不影响段位复用的瞬态响应下，能够消除输出端的电磁干扰，保证驱动恒流源的高稳定性和高精度，并节省数码管显示的成本和功耗。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种数码管恒流源驱动控制系统，以解决
技术介绍
中的问题。
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种数码管恒流源驱动控制系统，包括：
[0005]偏置电流源产生模块，包括电压基准产生电路和电流控制电路，产生供后续段驱动恒流源使用的镜像偏置恒流源；
[0006]输出驱动模块包括段恒流源反馈控制电路、段电流摆率限制电路、位扫描开关控制电路和段位控制反馈电路，以所述偏置恒流源作为偏置基准，产生段恒流源驱动，并在此段恒流源驱动开启和关断时，实现段电流限制的控制；另外，当段恒流源驱动关断时，根据段位控制信号产生一个位扫开关驱动；
[0007]段位控制模块，包括位扫和段显示电路，当写入显示数据时，基于相关指令控制和时钟输入，输出位扫和段显示控制信号，写入所述输出驱动模块，实现段位复用控制。
[0008]在一种实施方式中，所述段恒流源反馈控制电路包括PMOS管MP1～MP10和NMOS管MN2～MN13；PMOS管MP9和MP10与所述偏置电流源产生模块连接，以其产生的偏置电流源I2和I3作为电流基准，且I3＝2*I2；
[0009]偏置电流源I3由PMOS管MP10控制，使能信号是所述位扫和段显示电路的输出信号ENN_B，当ENN_B为低电平，I3被NMOS管MN5，MN6和NMOS管MN9，MN10分流，电流分别为IN1，IN2；偏置电流源I2由PMOS管MP9控制，使能信号是所述位扫和段显示电路的输出信号ENN_B，当ENN_B为低电平，I2被NMOS管MN3，MN4和NMOS管MN7，MN8分流，电流分别为IN3，IN4；
[0010]NMOS管MN12，MN13与NMOS管MN9，MN10形成1：1的镜像电流镜，NMOS管MN12，MN13的支路电流则为IN2；而PMOS管MP4和PMOS管MP3形成一组1：1的镜像支路，PMOS管MP3所在支路电流与PMOS管MP4支路相等，也为IN2，即以IN3＝IN2；NMOS管MN5，MN6与NMOS管MN3，MN4形成1：1的镜像电流镜，IN1＝IN2，那么IN2＝1/2*I3＝I2；利用NMOS管MN9，MN12，PMOS管MP4，MP3和NMOS管MN4形成一个负反馈通路，形成精准的电流控制；
[0011]PMOS管MP2支路连接所述段电流摆率限制电路，所述段电流摆率限制电路与NMOS管MN9，MN10支路形成电流镜，电流为6*IN2，PMOS管MP2支路电流为6*IN2；PMOS管MP2支路与PMOS管MP1支路形成1：N倍的电流镜，PMOS管MP1为段恒流源的驱动管，段恒流源的电流为6N*IN2；PMOS管MP5与PMOS管MP6形成一个1：M的电流镜，NMOS管MN2与NMOS管MN3也形成一个1：M的电流镜，所以PMOS管MP5与NMOS管MN2形成一个nA级别的微小电流支路，此支路电流为IN＝1/M*IN2，此微小电流支路为输出电压检测支路；
[0012]当在正常段显示时，从PMOS管MP1的漏端和PMOS管MP5的源端引出的输出引脚OUT电连接外部显示器件，在段位切换时，输出电压VOUT会发生波动，当PMOS管MP1的压差不够时，会影响恒流源特性，使输出电流急剧下降，此时该支路通过PMOS管MP5检测输出电压，通过PMOS管MP5，MP6，NMOS管MN2，MN3，MN4和PMOS管MP6形成的反馈环路将输出电压反馈到PMOS管MP3的漏端，使PMOS管MP3作为输出恒流源驱动晶体管的感应管，此时PMOS管MP3支路的电流变小，而NMOS管MN5，MN6支路的电流IN1变小，那么IN2会变大，PMOS管MP2的栅极电压相应减小，使输出电流不会瞬间变小；此时PMOS管MP4的栅压相应降低，通过NMOS管MN9，MN12，PMOS管MP4，MP3和NMOS管MN4形成的负反馈环路维持PMOS管MP3支路的电流相对稳定，使电流IN2保持不变。
[0013]在一种实施方式中，所述段电流摆率限制电路包括NMOS管MN14～MN31；
[0014]所述段电流摆率限制电路连接段恒流源反馈控制电路中的电流支路IN2，NMOS管MN14与MN15形成第一段电流支路，与电流支路IN2中的NMOS管MN9和MN10形成比例为1:1的共源共栅电流镜，此支路通断由NMOS管MN26控制，其使能信号为所述段位控制反馈电路的输出信号SEG_EN0；NMOS管MN16与MN17形成第二段电流支路，NMOS管MN18与MN19形成第三段电流支路，NMOS管MN20与MN21形成第四段电流支路，NMOS管MN22与MN23形成第五段电流支路，NMOS管MN24与MN25形成第六段电流支路，都分别与电流支路IN2中的NMOS管MN9和MN10形成1:1的镜像比例；第二段、第三段、第四段、第五段和第六段电流支路的通断分别由NMOS管MN27、MN28、MN29、MN30和MN31控制，其使能信号分别为段位控制反馈电路的输出信号SEG_EN1、SEG_EN2、SEG_EN3、SEG_EN4和SEG_EN5；这六段电流支路电连接一起形成一个6*IN2的电流沉，与所述段恒流源反馈控制电路中的PMOS管MP2连接，作为输出段恒流源的镜像电流；
[0015]当段扫描信号EN_SEG有效时，使能信号SEG_EN0会首先变为高电平，开启第一段电流沉支路，而后偏置电流源控制信号ENN_B和ENP_B分别变为低电平和高电平，选通段恒流源反馈控制电路，形成镜像通路，输出产生一个N*IN2的段恒流源；控制信号SEG_EN0串行通过五个相同的延迟单元，分别形成控制信号SEG_EN1、SEG_EN2、SEG_EN3、SEG_EN4和SEG_EN5，在每个相同时间间隔后，控制信号SEG_EN1～SEG_E本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种数码管恒流源驱动控制系统，其特征在于，包括：偏置电流源产生模块，包括电压基准产生电路和电流控制电路，产生供后续段驱动恒流源使用的镜像偏置恒流源；输出驱动模块包括段恒流源反馈控制电路、段电流摆率限制电路、位扫描开关控制电路和段位控制反馈电路，以所述偏置恒流源作为偏置基准，产生段恒流源驱动，并在此段恒流源驱动开启和关断时，实现段电流限制的控制；另外，当段恒流源驱动关断时，根据段位控制信号产生一个位扫开关驱动；段位控制模块，包括位扫和段显示电路，当写入显示数据时，基于相关指令控制和时钟输入，输出位扫和段显示控制信号，写入所述输出驱动模块，实现段位复用控制。2.如权利要求1所述的数码管恒流源驱动控制系统，其特征在于，所述段恒流源反馈控制电路包括PMOS管MP1～MP10和NMOS管MN2～MN13；PMOS管MP9和MP10与所述偏置电流源产生模块连接，以其产生的偏置电流源I2和I3作为电流基准，且I3＝2*I2；偏置电流源I3由PMOS管MP10控制，使能信号是所述位扫和段显示电路的输出信号ENN_B，当ENN_B为低电平，I3被NMOS管MN5，MN6和NMOS管MN9，MN10分流，电流分别为IN1，IN2；偏置电流源I2由PMOS管MP9控制，使能信号是所述位扫和段显示电路的输出信号ENN_B，当ENN_B为低电平，I2被NMOS管MN3，MN4和NMOS管MN7，MN8分流，电流分别为IN3，IN4；NMOS管MN12，MN13与NMOS管MN9，MN10形成1：1的镜像电流镜，NMOS管MN12，MN13的支路电流则为IN2；而PMOS管MP4和PMOS管MP3形成一组1：1的镜像支路，PMOS管MP3所在支路电流与PMOS管MP4支路相等，也为IN2，即以IN3＝IN2；NMOS管MN5，MN6与NMOS管MN3，MN4形成1：1的镜像电流镜，IN1＝IN2，那么IN2＝1/2*I3＝I2；利用NMOS管MN9，MN12，PMOS管MP4，MP3和NMOS管MN4形成一个负反馈通路，形成精准的电流控制；PMOS管MP2支路连接所述段电流摆率限制电路，所述段电流摆率限制电路与NMOS管MN9，MN10支路形成电流镜，电流为6*IN2，PMOS管MP2支路电流为6*IN2；PMOS管MP2支路与PMOS管MP1支路形成1：N倍的电流镜，PMOS管MP1为段恒流源的驱动管，段恒流源的电流为6N*IN2；PMOS管MP5与PMOS管MP6形成一个1：M的电流镜，NMOS管MN2与NMOS管MN3也形成一个1：M的电流镜，所以PMOS管MP5与NMOS管MN2形成一个nA级别的微小电流支路，此支路电流为IN＝1/M*IN2，此微小电流支路为输出电压检测支路；当在正常段显示时，从PMOS管MP1的漏端和PMOS管MP5的源端引出的输出引脚OUT电连接外部显示器件，在段位切换时，输出电压VOUT会发生波动，当PMOS管MP1的压差不够时，会影响恒流源特性，使输出电流急剧下降，此时该支路通过PMOS管MP5检测输出电压，通过PMOS管MP5，MP6，NMOS管MN2，MN3，MN4和PMOS管MP6形成的反馈环路将输出电压反馈到PMOS管MP3的漏端，使PMOS管MP3作为输出恒流源驱动晶体管的感应管，此时PMOS管MP3支路的电流变小，而NMOS管MN5，MN6支路的电流IN1变小，那么IN2会变大，PMOS管MP2的栅极电压相应减小，使输出电流不会瞬间变小；此时PMOS管MP4的栅压相应降低，通过NMOS管MN9，MN12，PMOS管MP4，MP3和NMOS管MN4形成的负反馈环路维持PMOS管MP3支路的电流相对稳定，使电流IN2保持不变。3.如权利要求1所述的数码管恒流源驱动控制系统，其特征在于，所述段电流摆率限制电路包括NMOS管MN14～MN31；所述段电流摆率限制电路连接段恒流源反馈控制电路中的电流支路IN2，NMOS管MN14
与MN15形成第一段电流支路，与电流支路IN2中的NMOS管MN9和MN10形成比例为1:1的共源共栅电流镜，此支路通断由NMOS管MN26控制，其使能信号为所述段位控制反馈电路的输出信号SEG_EN0；NMOS管MN16与MN17形成第二段电流支路，NMOS管MN18与MN19形成第三段电流支路，NMOS管MN20与MN21形成第四段电流支路，NMOS管MN22与MN23形成第五段电流支路，NMOS管MN24与MN25形成第六段电流支路，都分别与电流支路IN2中的NMOS管MN9和MN10形成1:1的镜像比例；第二段、第三段、第四段、第五段和第六段电流支路的通断分别由NMOS管MN27、MN28、MN29、MN30和MN31控制，其使能信号分别为段位控制反馈电路的输出信号SEG_EN1、SEG_EN2、SEG_EN3、SEG_EN4和SEG_EN5；这六段电流支路电连接一起形成一个6*IN2的电流沉，与所述段恒流源反馈控制电路中的PMOS管MP2连接，作为输出段恒流源的镜像电流；当段扫描信号EN_SEG有效时，使能信号SEG_EN0会首先变为高电平，开启第一段电流沉支路，而后偏置电流源控制信号ENN_B和ENP_B分别变为低电平和高电平，选通段恒流源反馈控制电路，形成镜像通路，输出产生一个N*IN2的段恒流源；控制信号SEG_EN0串行通过五个相同的延迟单元，分别形成控制信号SEG_EN1、SEG_EN2、SEG_EN3、SEG_EN4和SEG_EN5，在每个相同时间间隔后，控制信号SEG_EN1～SEG_EN5依次变为高电平，五组电流沉支路依次开启，输出电流以N*IN2为步进增大，直到变为设定值6N*IN2，此时电流上升的时间为5个时间单元；同样的，在段关闭时，控制信号SEG_EN0、SEG_EN1、SEG_EN2、SEG_EN3、SEG_EN4、SEG_EN5首先依次关断对应开关管，最后偏置电流源控制信号ENN_B和ENP_B关断段恒流源反馈控制电路，使输出恒流源以N*IN2的步进减小到0。4.如权利要求1所述的数码管恒流源驱动控制系统，其特征在于，所述位扫描开关控制电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪原，范学仕，李彬，黄东，
申请(专利权)人：中科芯集成电路有限公司，
类型：发明
国别省市：