单线传输可调光LED恒流驱动芯片的设计

摘要

作为公认的第四代光源，LED有着使用时效长、发光效率高、绿色环保等优点，在照明、装饰和显示等领域得到广泛应用。装饰显示类的LED主要有全彩色显示、灰度可调、恒流驱动等特点，随着装饰显示系统规模的不断增大，提高数据传输的准确性、更远的传送距离和低功耗设计成为研究的重点。
　　本论文采用单线级联方式，提高了时序的抗干扰能力。由于数据在转发时有时间长度损耗问题，严重降低了传送距离，为此设计了损耗数据的修调电路，使得传送距离长度不再受芯片级联个数的限制。PWM采用按位分离的新方案，提高了视觉刷新率，降低显示的闪烁感。此外，芯片内部集成有带隙基准电压源电路、上电复位电路、RC振荡电路、线性恒流驱动电路、过温保护电路、数据时钟同步电路、全数字脉冲宽度调制电路。其中，带隙基准电路做了曲率补偿以具有更佳的温度特性；上电复位电路要保证其可靠性并采用了低功耗设计；RC振荡电路采用高阶温度补偿并设计了修调电路，以提高振荡频率稳定性；驱动电路采用线性恒流结构，其中误差放大器采用两级结构以获得较高的增益和带宽，提高输出驱动电流的稳恒性；过温保护电路，保证在温度过高的情况下暂停电路的工作，保护芯片的使用寿命；数据损耗修调电路、数据时钟同步电路和脉宽调制电路均采用全数字设计。最后完成了版图的制作。
　　本论文基于新唐科技NUVOTON0.35μm BCDMOS工艺，使用Cadence Spectre和Verilog_XL工具对芯片中模拟、数字子电路以及整体电路进行仿真验证。本芯片正常工作电压为3.3V~6V，工作温度-25℃到120℃，标准工作电流17mA，电流温度系数80ppm，电源电压调整率为0.18％。当温度超过135℃，过温保护电路将停止芯片工作。仿真结果表明，本芯片实现了损耗数据的修调，实现了三通道256级调光全彩色显示，满足设计预期。

目录

第一章 绪论

1.1论文的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的主要内容与结构安排

第二章 LED及LED驱动原理概述

2.1 LED工作原理

2.2 LED驱动芯片概述

2.3 LED恒流驱动方式

2.4本章小结

第三章 芯片架构设计及参数定义

3.1总体功能说明

3.2 本设计的芯片特点

3.3归零码

第四章 芯片关键模块设计与仿真验证

4.1带隙基准电压源设计

4.2上电复位电路的设计

4.3振荡器的设计

4.4驱动电路的设计

4.5过温保护电路的设计

4.6 转发数据的损耗及修调方案

4.7采样时钟电路

4.8 PWM电路

4.9整体仿真与小结

第五章 版图设计

5.1 BCDMOS工艺

5.2版图设计

5.3后仿真

5.4本章小结

第六章 总结

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

致谢