18通道恒流LED驱动器的设计研究

摘要

在人们日益关注环境与能源的今天，发光二极管(LED, Light Emitting Diode)因为有着寿命长、耗能低、污染小等优点，必将代替传统光源成为新一代绿色光源。LED在背光源、显示屏和装饰照明等方面的广泛应用，推动了LED驱动芯片的研究与发展。各种新型的LED驱动芯片不断被提出以满足市场的需求，LED驱动芯片的设计已经成为研究热点。
　　 本论文设计了一种18通道恒流LED驱动芯片，主要用于室内外LED显示屏，走字屏和LED装饰照明系统。芯片中包含了144位串行移位寄存器，数据锁存器，带隙基准源，内部振荡器和高压可编程恒定电流输出驱动级，采用了CSMC(CSMC， China Semiconductor Manufacturing CorporaTiO2)0.5μm CMOS工艺制造。芯片的工作电压为3.3V～5.5V，输出驱动级可以承受高达40V的输出电压，有18路恒定电流的输出，同时输出电流精度高，同一芯片各通道间的输出电流匹配度可达到±2％，不同芯片之间的输出电流匹配度可达到±4％。每个通道可输出高达30mA的恒定电流。芯片采用了8位PWM(PWM， Pulse Wide ModulaTiO2)脉宽调制，可以实现256级LED灰度调节，并且具有过温保护功能。
　　 本论文完成的工作主要包括了：
　　 1、在研究了大量LED驱动芯片设计的基础上，提出了具体设计指标、系统整体电路结构及工作原理。
　　 2、对芯片中一些重要的子电路模块进行了详细介绍，包括基本工作原理、电路结构，并在此基础上提出了性能更优的新型电路，采用Cadence的Spectre对各子电路模块进行了仿真。
　　 3、完成芯片的设计后，对芯片进行了整体仿真，仿真结果表明芯片可以在PWM灰度控制下输出恒定电流，整体性能达到了设计指标。采用CSMC0.5μm工艺对版图进行了设计，整个芯片面积仅为1963×1229μm2。
　　 4、芯片流片后，对其进行测试的结果表明，芯片工作正常，芯片通道间电流匹配度达到了±2％，芯片间电流匹配度在±4％之内，最大功耗约为78mW。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 LED的概述

1.1.1 LED的特性

1.1.2 LED的发展状况及应用

1.2 LED驱动电路的概述

1.2.1 LED驱动器的特性

1.2.2 LED驱动方式简介

1.3 LED驱动器的国内外发展

1.4 本课题研究的意义及主要内容

第二章 驱动芯片的整体结构设计

2.1 芯片的系统工作原理

2.1.1 电路模块

2.1.2 芯片的主要特性参数及输入输出引脚

2.2 芯片的主要设计指标

2.3 PWM灰度控制

第三章 子模块电路的设计与仿真

3.1 基准电压源

3.1.1 带隙基准电压源基本原理

3.1.2 带隙基准电压源电路设计

3.1.3 带隙基准电压电路的完整结构及仿真结果

3.2 振荡器

3.2.1 振荡器的原理

3.2.2 片内振荡器的设计

3.2.3 仿真结果

3.3 比较器

3.3.1 迟滞比较器的基本原理

3.3.2 迟滞比较器的设计

3.3.3 仿真结果

3.4 过热保护电路

3.4.1 过热保护电路的基本原理

3.4.2 过热保护电路具体电路的设计及仿真结果

3.5 输出级驱动

3.5.1 基本原理

3.5.2 输出驱动级的设计

3.5.3 仿真结果

第四章 芯片的整体仿真和版图设计

4.1 芯片的整体仿真

4.2 芯片的版图设计

4.2.1 CMOS工艺简介

4.2.2 数字版图设计

4.2.3 模拟版图设计

第五章 芯片的测试

5.1 芯片封装管脚分布

5.2 芯片的测试

5.2.1 Ivcc测试

5.2.2 内部振荡器频率Fosc测试

5.2.3 VIREF测试

5.2.4 输出电流测试

5.2.5 输出占空比控制测试

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果

附录一