用于提供高速、低EMI开关电路的方法与装置

摘要

提供了用于生成低EMI显示器驱动器电源的方法与装置。该方法与装置包括利用两组并行电路迹线的开关电路，每组电路迹线都耦接到开关设备的一端。这两组迹线配置成彼此交错，使得没有来自任何一组中的两条迹线与来自同一组中的任何其它迹线相邻。当开关设备激活时，电流流经电路并且给能量存储元件充电。当开关设备去激活时，该能量存储元件将其一部分能量释放到第二能量存储元件和驱动器电路。在另一种实施例中，提供了附加的电路迹线，该附加的电路迹线仅仅在一端连接，而在另一端自由浮动，以便捕捉由开关电路生成的大部分剩余EMI。

说明书

技术领域

本发明涉及可以用于驱动显示器驱动器的开关电路，尤其涉及提供工作为高速地开关同时产生低EMI输出的开关电路。

背景技术

有各种众所周知的用于为显示器驱动器电路生成电源电压的技术。在一种情况下，例如，电荷泵电路可以用于充当显示器驱动器的高压电源。在那种情况下，电荷泵可以配置成首先从电池将电容器充电到给定的电压。电容器一旦被充电就可以放置成与电池串联连接，以便有效地将输出电压加倍。例如，3伏特的电池可以用于给电容器充电，然后该电容器放置成与电池串联，从而提供6伏特的输出。电荷泵常常以相对高的能量效率工作，但常常不能提供象诸如开关调节器的其它方法一样多的电流。例如，典型的电荷泵以大约90％的功率转换效率提供能量。

另一种众所周知的用于向显示器驱动器电路提供能量的技术是使用开关调节器电路。在开关调节器电路中，开关用于给诸如电感器的有源元件充电和放电，以便提供输出电压。开关调节器常常用于提供高电流，然而，作为开关处理的一部分，这种电路一般生成辐射能量。辐射能量常常被观察为围绕开关调节器的电路上的噪声。开关调节器电路常常产生较低的功率转换效率，这可以是大约80-85％的效率。

电荷泵电路可以不引入噪声地提供能量，然而，由于这种电路的内部电阻大，因此能量是以较低的电流驱动能力产生的。在显示器本身相对小的情况下，例如针对Apple iPod Nano产品上的显示器，这可能不是什么问题。然而，传统的电荷泵电路可能不能够提供驱动较大显示器(例如，Apple的iPhone和iPod Touch产品上所使用的显示器)所需的电流。

发明内容

根据本发明的实施例，提供了用于以非常高的效率并以少量辐射能量(即，低噪声)为显示器驱动器电路生成电源电压的方法与装置。特别地，提供了使用开关调节器电路的方法与装置，其中开关调节器电路已经被修改成使得创建多条电路通路，所述多条电路通路在相反方向承载电流以便抵消每条通路上的辐射噪声。此外，提供了附加的终端线，这些终端线用于吸收(sink)在有源地耦接到电路的最外面通路(例如，电流流动的通路)中生成的任何电磁干扰(EMI)。

本发明的实施例提供了产生相对大量电流的能力，这些电流可以在相对大的显示器(例如，Apple的iPhone显示器)的驱动器电路中使用，而不招致与这种实现中EMI或噪声关联的典型不利结果。在玻璃载芯片(COG)的传统实现中，集成电路(IC)可以位于显示器中所使用的玻璃的一侧。IC可以包括晶体管，该晶体管在开关调节器中作为开关工作。晶体管可以包括连接到源极的多条并行导线和连接到漏极的多条并行导线。导线可以连接到一块柔性电路上，以便通过氧化铟锡(ITO)形成的电路元件完成电路。ITO在显示器应用中特别有用，这是因为它是透明材料，但又具有高电阻(大约是10欧姆左右)，这样的电阻会导致大约500毫伏的压降。

在本发明的一种实施例中，并行的源极和漏极通路是以交替的关系配置的，使得一条到地的源极通路设置在每两条配置成提供输出电压的漏极通路之间。以这种方式，源极通路中生成的EMI被漏极通路中生成的EMI抵消了，因为通过它们的电流是在彼此相反的方向上流动的。

在本发明的另一种实施例中，通过在电路外围边缘处使用终端导线(即，只在一端连接的导线)使EMI的减少更显著。终端导线本质上充当RF天线来拾取由电路中最后的完全连接的通路所生成的任何泄漏场。

各种其它可选的实施例也是可以的。

因此，根据本发明，提供的方法和装置用于生成足以驱动诸如Apple的iPhone的相对大显示器的电路的电流，但又不会生成与这种电路典型关联的电磁干扰(EMI)。此外，也可以通过使用终端导线来增加EMI的减少。

还提供了根据本发明方法与电路工作的媒体播放器装置。

附图说明

当结合附图考虑以下具体描述时，本发明的以上及其它优点将变得显而易见，在附图中类似的标号贯穿所有的图都指代类似的部件，附图中：

图1是可以根据本发明实施例使用的开关调节器的示意图；

图2是描述根据本发明实施例的开关调节器(例如图1所示的开关调节器)的操作的时序图；

图3是根据本发明实施例的向数字显示器提供驱动电流的开关调节器的传统实现的示意图；及

图4是例示了本发明的各种实施例的示意图。

具体实施方式

图1示出了可以根据本发明原理实现的开关调节器电路100。开关调节器100可以包括产生电压V的电压源102、存储电流I的电感器104、防止来自输出设备的能量被开关调节器消耗的二极管106、以及晶体管开关110。二极管106耦接到电容器108，该电容器108向显示器驱动器电路(未示出)提供输出电压。如所示出的，电压源102配置成连接在地和电感器104之间。电感器104可以耦接到二极管106和晶体管110的漏极两者，以便提供如下所述的操作。晶体管110的源极耦接到地，而晶体管110的栅极耦接到控制线。这种配置通常称为升压调节器。

图2示出了可以用于显示开关调节器100的操作的控制时序图200。时序图200可以包括例如控制追踪线(trace)202，这可以是施加到图1中晶体管110的栅极的控制信号。时序图200还可以包括电流追踪线204，该电流追踪线示出了由图1中的电感器104传导的电流。如果通过电感器104的电流保持恒定，则跨电感器104基本没有压降(将出现与用于形成电感器104的线圈的铜相关的可以忽略的压降)。

开关调节器100可以按照以下方式工作。当控制信号202为高时，例如在时刻206，晶体管110的栅极上的电压使得电流从晶体管110的漏极流到源极(然后继续流到地)。因此，电压源102向电感器104提供输入电压，该输入电压使流过电感器104的电流斜线上升，如电流追踪线204中的时刻208所示出的(在图1中由y箭头112示出)。一旦晶体管110的栅极处的控制信号切换到低状态，如图2中的时刻210所示出的，电感器104的开关端(即，耦接到二极管106和晶体管110的一端)就转为正的，这使得二极管106变成正向偏置。这使得电流流经二极管106和电容器108而到达地，由此使得电容器108充电到高于源102的电压的电压。因此，在那个时候，电路沿着图1中箭头114所示的通路。

跨电容器108的输出电压V2可以在开关导通和截止时稍微变化。然而，开关发生的速度可能导致输出电压V2的非常小的变化。这就是为什么开关“效率”这么高(90％或者更高)的原因。尽管晶体管110的栅极处于低(或者截止)状态，但从电感器104流出的电流实际上将流到电容器108及连接到电容器108的负载两者。为了限制来自二极管104的电流降到某个水平之下，例如在时刻212，施加到晶体管110的栅极的控制信号切换回高状态，再次使电路象图1中的箭头112所指示的那样工作。在那个期间，仅仅从电容器108为输出负载提供能量，这是因为回过来给电感器104充电。

图3示出了用于为数字视频显示器(未示出)生成直流电压(DC)的开关调节器电路300的一种实现。开关调节器300可以包括电感器304、二极管306和晶体管310(元件304、306和310可以类似于前面关于图1所描述的那些元件)。然而，代替使用诸如铜或金的衬底作为接合线，优选地使用氧化铟锡(ITO)，因为它是透明的(由于电路是用于驱动显示器，因此这是需要的)。与金不同，ITO具有相对高的电阻，这大约是10欧姆左右，但也可以高达50欧姆或者更高。为了降低电阻，为单个开关使用多条迹线。例如，通过将具有50欧姆的电阻的信号分到四条通路中，每条通路的电阻将降到12.5欧姆(50除以4)。

图3还示出了并行耦接在晶体管310的源极与地之间的一系列电阻器320-328以及耦接在晶体管310的漏极与电感器304和二极管306之间的一系列电阻器330-338。这些“电阻器”中的每一个都不是耦接到调节器300中的实际的物理电阻器。相反，这些电阻器中的每一个都代表在调节器300中用作“接合线”的ITO材料的电阻。除了所示出的部件，调节器300还包括电压源302和电容器308，这两个元件都象前面关于图1和3所描述地那样工作(在图1和图3中描述了类似标号的元件——例如，图1中的电压源102对图3中的电压源302)。玻璃和柔性电路之间的划分大体上由虚线340示出，使得“玻璃”侧由箭头342表示，而“柔性”侧由箭头344表示。

如以上一般性地描述的，调节器300按照类似于调节器100的方式的方式工作。当晶体管302的栅极从低切换到高时，流经电感器304的电流将斜线上升，使得二极管306变成反向偏置(并因此充当阻塞二极管)。电流将继续流经并联的“电阻器”330-338、流经晶体管310并流经并联的“电阻器”320-328。当晶体管210的栅极从高切换到低时，电流直接从电感器304流经二极管306(然后，该二极管正向偏置)而到达电容器308，这将电容器308充电到高于电压源302的电压的电压(并将来自电感器304的电流直接提供给附连到电容器308的负载。

与象调节器300一样的调节器使用关联的一个问题是由电路产生的相对大量的EMI。这在调节器电路用于驱动易受这种干扰影响的设备(例如蜂窝式或者WIFI通信设备)的显示器的情况下是特别讨厌的(尽管当音频或视频文件重放时，EMI问题实际上可能负面地影响这种操作)。在那些情况下，干扰可能会对所发送和/或接收信号的质量造成不可接受的劣化，使用户的经历实际上变得不可忍受。可选地，EMI的生成可能需要硬件设计者实现复杂而且有可能昂贵的处理EMI的解决方案。这些解决方案还潜在地增加调节器要在其中使用的设备的整体重量和/或大小。

图4示出了已经配置成根据本发明的原理工作的开关调节器400。开关调节器400提供了能够以低EMI发射驱动相对大数字视频显示器的高效率输出。显示器可以是例如大约Apple iPhone或AppleiPod Touch的尺寸或者甚至更大。

开关调节器400包括电压源402、电感器404、二极管406、电容器408和晶体管410。这些部件中的每一个都以类似于以上关于图1和3所描述的方式的方式工作。此外，开关调节器包括源极“电阻”420-428和漏极“电阻”430-438，如上所述，这些电阻不是具体的物理电阻器，实际上是表示由于用氧化铟锡代替金作为接合线而出现的电阻。玻璃与柔性电路之间的划分大体上是由虚线440指示的，箭头442大体上指示玻璃侧，而箭头444大体上指示柔性侧。

不象图3中所示的配置，开关调节器400产生很少甚至没有电磁干扰。这是通过以特定方式配置并行的源极通路和并行的漏极通路来实现的。特别地，根据本发明的原理，并行的源极通路与并行的漏极通路交错。例如，漏极通路430配置成位于并行的源极通路420和422之间。源极通路422位于并行的漏极通路430和432之间。漏极通路432位于并行的源极通路422和424之间，依此类推。

源极与漏极通路的交错提供了如下肯定结果，即在一条通路上产生的EMI基本上被一条或多条相邻通路上产生的EMI抵消。这在图4中通过箭头470和472例示。箭头470显示，当施加到晶体管410的栅极的控制信号为高(且电流流经晶体管410)时，通过源极通路的电流从玻璃区域向下流到柔性区域。然而，同时流经漏极通路的电流从柔性区域向上流到玻璃区域，如由箭头472所示的。由于流经源极通路的电流应与流经漏极通路的电流基本上相等但方向相反，因此在一条通路中生成的EMI应基本上被另一条通路中生成的EMI抵消。

除开关调节器400产生比前面所述的开关调节器小得多的EMI和/或噪声之外，开关调节器400的操作类似于以上关于图1-3所描述的操作。当施加到晶体管410的栅极的控制信号为高而使得电流流经晶体管410时，通过源极通路产生的EMI基本上被通过漏极通路产生的沿相反方向行进的EMI抵消。当施加到晶体管410的栅极的控制信号为低时，电流从电感器404流出但不通过晶体管410。因此，在那种情况下也只产生非常小的EMI甚至没有EMI。

在图4中还示出了本发明的附加实施例。根据本发明的原理，提供两条附加的通路(示出为虚线部件450和460)以便进一步减小EMI影响同时维持高效率的开关调节器，这也是有利的。特别地，添加由“电阻”452所示的附加漏极通路及由“电阻”462所示的附加源极通路是有利的。这些通路配置成使得它们是“终端”通路，即它们是仅仅在一端连接的。而且，因为这种配置，所以将不会有任何电流流经这些通路。然而，通路将仍然工作，以拾取由相邻通路生成的任何泄漏EMI场。这种拾取效果是由箭头480和482指示的。例如，箭头480示出为指向图4的底部，以便指示它将吸收并沿由通路438上的箭头472所指示的相反方向对抗泄漏EMI。终端通路将仅仅需要靠近最外面的全功能通路(即，在图4中，最外面的全功能通路是由附图标号420和438示出的)。

因此，可以看到，提供了用于在驱动可变大小的数字显示器所需的水平产生低EMI能量的方法与装置。本发明产生足以驱动相对大数字显示器(例如，Apple iPhone上的触摸屏)的电流，而不生成高EMI辐射的负面效果。应当理解，以上所述仅仅是对本发明原理的例示，在不背离本发明的范围与主旨的情况下，可以由本领域技术人员进行各种修改，而且本发明只能由以下权利要求书来限制。