一种16通道恒流LED驱动芯片设计

摘要

当今社会，人们对能源与环境的关注日益增加，作为新一代的绿色光源，发光二极管（Light Emitting Diode）以其耗能低、成本低、污染小、寿命长等优点，必定会取代传统光源。而且随着微电子、计算机、通信技术等的飞速发展，LED大屏幕显示系统出现并飞速发展，从而推动了LED被广泛应用于室内外显示屏、走字屏等方面。但是LED要想显示均匀，就需要获得稳定且均匀的电流，而专门的LED驱动控制芯片可以满足这项需求。因此新型的LED驱动控制芯片已经成为当今社会的研究热点，有着巨大的市场需求，其经济效益和社会意义不可估量。
　　本文设计了一种16通道恒流 LED驱动控制芯片，它采用 CSMC的0.5μm BCDMOS工艺制造，正常工作的电源电压为3.3 V～5.5V，每个通道输出一个可以进行调节的最高达45mA的恒定电流。输出驱动级能承受高达20V的输出电压，从而使多个LED串联。外部数据时钟频率为25MHz，内部振荡器频率为1.2MHz。整个设计包括8个模块：带隙基准电压源、内部振荡器、上电复位、过温保护、电流调节、输出驱动级、数字逻辑控制模块以及ESD保护。芯片通过128位串行移位寄存器、数据锁存器、计数器、数据比较器实现了8位 PWM(Pulse Wide Modulation)脉宽调制，进而实现了256级LED灰度调节的功能。
　　本论文完成的工作主要包括了：
　　1、提出了一种普遍适用于室内外显示屏的恒流驱动芯片，设计了芯片的整体框架，明确了设计的最终目标，并对它的工作原理进行了分析阐述。
　　2、分析了该芯片中的所有子电路，主要包括子电路的基本工作原理及设计的电路结构，并采用了Cadence的Spectre软件对各个子电路进行了仿真以及后仿，验证了所有子电路的功能。
　　3、把所有子电路关联起来进行芯片的系统仿真,证明该芯片的性能已经达到了预期设计的目标。
　　4、版图设计采用的是CSMC（华润上华）的0.5μmBCDMOS工艺，芯片面积仅为190931397μm2。

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第一章 绪论

1.1 LED及LED驱动电路的概述

1.2 LED及其驱动芯片的国内外发展现状及展望

1.3 本课题的意义及所做的工作

第二章 驱动芯片的整体结构设计

2.1 芯片的系统结构设计

2.2 芯片的系统工作原理

2.3 芯片的关键性能指标

2.4 芯片的设计指标

2.5 小结

第三章 各子模块电路的设计与仿真

3.1 带隙基准电压源

3.2 振荡器

3.3 上电复位电路

3.4 过温保护电路

3.5 电流调节电路

3.6 输出级驱动

3.7 数字逻辑控制模块

3.8 ESD保护电路设计

3.9 小结

第四章 芯片的整体仿真

4.1 电流调节特性的仿真

4.2 电路开关特性仿真

4.3 芯片PWM调节特性的仿真

4.4 小结

第五章 芯片的工艺及版图设计

5.1 BCDMOS工艺

5.2 版图设计规则与匹配性设计

5.3 版图设计与验证

5.4 后仿真

5.5 小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

附录