具有改進的串行總線的低成本led驅(qū)動器的制造方法
【專利摘要】用于驅(qū)動外部LED串的LED驅(qū)動器IC包括彼此串聯(lián)連接并且與其他驅(qū)動器IC中的前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器串聯(lián)連接的前綴和數(shù)據(jù)寄存器。驅(qū)動器IC的前綴和數(shù)據(jù)寄存器與接口IC以菊花鏈布局連接，接口IC將識別功能鎖存器的數(shù)據(jù)加載到前綴寄存器中，并且將定義功能情形的數(shù)據(jù)加載到每一個驅(qū)動器IC的數(shù)據(jù)寄存器中。然后，將數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)傳輸至功能鎖存器以控制LED驅(qū)動器IC內(nèi)的功能情形。
【專利說明】具有改進的串行總線的低成本LED驅(qū)動器
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求通過引用整體合并于此的、于2011年10月24日提交的臨時申請N0.61/550, 539 的優(yōu)先權(quán)。
[0003]本申請涉及下列申請:2012年I月9日提交的、題為Low Cost LED Driverwith Integral Dimming Capability (具有整體調(diào)光能力的低成本LED驅(qū)動器)的申請N0.346, 625 ；2012 年 I 月 9 日提交的、題為 Serial Lighting Interface With EmbeddedFeedback(帶有嵌入式反饋的串行照明接口)的申請N0.13/346，659,每一個申請通過引用整體合并于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件以及用于驅(qū)動照明和顯示應(yīng)用中的LED的電路和方法。
【背景技術(shù)】
[0005]LED越來越多地用于取代照明應(yīng)用中的燈管和燈泡，照明應(yīng)用包括在彩色液晶顯示器(LCD)和高清晰度電視(HDTV)中提供白光作為背光。雖然LED可以用于均勻地照亮整個顯示器，但是通過采用多于一串LED并將每串驅(qū)動至與特定LED串照亮的顯示器的部分對應(yīng)的不同亮度，提高了性能、對比度、可靠性和功率效率。“局部調(diào)光”指代能夠具有這種不均勻背光亮度的背后照明系統(tǒng)。與采用均勻的背后照明的LCD相比，這種系統(tǒng)中的功率節(jié)省可以高達50%。使用局部調(diào)光，IXD對比度可以接近等離子TV的對比度。
[0006]為了控制從每串LED發(fā)射的光的亮度和均勻性，必須采用特殊的電子驅(qū)動器電路以精確地控制LED電流和電壓。例如，一串串聯(lián)連接的“m”個LED需要約等于3.1至3.5 (通常3.3)乘以“m”的電壓以連續(xù)操作。將該所需電壓供應(yīng)至LED串一般需要被稱為DC到DC轉(zhuǎn)換器或開關(guān)模式電源(SMPS)的升壓或降壓電壓轉(zhuǎn)換器和調(diào)節(jié)器。當(dāng)從單個SMPS向許多LED串供電時，電源的輸出電壓必須超過任何一串LED所需的最高電壓。由于所需的最高正向電壓不能事先(apriori)知道，因此LED驅(qū)動器IC必須足夠智能以使用反饋來動態(tài)調(diào)整電源電壓。
[0007]除了向LED串提供合適的電壓，背光驅(qū)動器ID必須將每串中傳導(dǎo)的電流精確地控制到的±2%的容限。準確的電流控制是必要的，因為LED的亮度與流過它的電流成比例，并且因為IXD的亮度變化，任何重大的(substantial)串到串電流失配將是明顯的。除了控制電流之外，局部調(diào)光需要在時序和持續(xù)時間兩方面中的LED照明的精確脈沖控制，以便使每一個背光區(qū)域、地點或圖塊的亮度與LCD屏幕中的對應(yīng)圖像同步。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)對于局部調(diào)光的需要的解決方案限制顯示器的亮度并且成本高昂。例如，將LED驅(qū)動器電路和高電壓陷電流晶體管的多個溝道集成的早期嘗試是有問題的，因為LED串的正向電壓的失配導(dǎo)致過度的功率消耗和過熱。通過降低LED中的電流和限制串中LED的數(shù)量(為了更好的溝道到溝道電壓匹配)來最小化功率消耗的嘗試被證明是不經(jīng)濟的，需要更多LED串和更多數(shù)量的LED驅(qū)動的溝道。因此，LED背光驅(qū)動器系統(tǒng)的完全集成方法局限于小型顯示器面板或非常昂貴的“高端” HDTV。
[0009]隨后的通過使用多芯片方法來減少整體顯示器背光成本的嘗試犧牲了必要的特征、功能、甚至安全性。
[0010]例如，圖1中示出的用于驅(qū)動LED的現(xiàn)有技術(shù)的多芯片系統(tǒng)包括背光控制器IC6，其驅(qū)動多個分立陷電流晶體管4A-4Q和高電壓保護器件3A-3Q。背光包括16個LED串2A-2Q(共同指代為LED串2)。LED串2A-2Q中的每一個包含“m”個串聯(lián)連接的LED。在實踐中，每一串中的LED的數(shù)量可以在2到60的范圍內(nèi)。每一 LED串分別通過分立陷電流M0SFET4A-4Q中的一個來控制其電流。背光控制器IC6響應(yīng)于通過高速、昂貴的串行外圍接口(SPI)總線12傳遞的、來自背光微控制器μ C7的指令設(shè)置每一 LED串中的電流。微控制器μ C7從標(biāo)量IC8接收視頻和圖像信息，以便確定LED串2A-2Q中的每一個所需的適當(dāng)?shù)恼彰麟娖健?br> [0011]LED串2A-2Q由公共LED電源軌11供電，所述公共LED電源軌11由開關(guān)模式電源(SMPS) 9偏置在電壓+Vm。響應(yīng)于來自控制IC6的電流感測反饋信號(CSFB)生成電壓+'ED。電源電壓隨串聯(lián)連接的LED的數(shù)量“m”變化并且可以在對于10個LED的串的35伏上至對于40個LED的串的150伏的范圍內(nèi)。特別地對于在更高電壓(例如超過100V)的操作，可選地采用分立保護器件3A-3Q，通常是高電壓分立M0SFET，以固定(clamp)在陷電流晶體管4上存在的最大電壓。
[0012]在圖1中示出的系統(tǒng)中，每一個組件是在分開的封裝中的分立器件，僅需要其進行選擇位置操作以定位并將其安裝在它的印刷電路板上。
[0013]對于“η”通道驅(qū)動器解決方案，每一組分立組件以及對應(yīng)的LED串重復(fù)“η”次。例如，除了 SMPS9，圖1中示出的16-通道背光系統(tǒng)需要34個組件，即微控制器7、高引腳數(shù)背光控制器IC6、16個陷電流晶體管4和16個保護器件3，以響應(yīng)于從標(biāo)量IC8生成的視頻信息促進局部調(diào)光。該解決方案是復(fù)雜和昂貴的。
[0014]除了需要大量分立組件的組裝，即高材料構(gòu)建(BOM)數(shù)，高引腳數(shù)封裝6的封裝成本也是巨大的。在圖2的電路圖中示出對這種大量引腳的需要，圖2更詳細地示出圖1中示出的LED驅(qū)動器系統(tǒng)的通道之一 O。如圖所示，每一個通道包括“m”個串聯(lián)連接的LED的串21、具有集成高電壓電路二極管23的保護級聯(lián)鉗位M0SFET22、陷電流M0SFET24以及電流感測1-精確柵極驅(qū)動器電路25。
[0015]實現(xiàn)為由接口 IC6控制的分立組件的有源陷電流M0SFET24包括功率M0SFET，優(yōu)選地具有柵極、源極和漏極連接的垂直DM0SFET。1-精確柵極驅(qū)動器電路25感測陷電流M0SFET24中的電流，并向它提供所需柵極驅(qū)動電壓以傳導(dǎo)精確的電流量。在正常操作中，陷電流M0SFET24操作在獨立于其漏極到源極電壓地控制恒定電流電平的其操作的飽和模式中。作為源極-漏極電壓和電流同時存在的結(jié)果，在M0SFET24中消耗功率。出于兩個目的需要連續(xù)測量陷電流M0SFET24的漏極電壓-檢測短路的LED和促進向開關(guān)模式電源(SMPS) 9反饋。在LED故障電路27中記錄短路的LED的存在，并且向SMPS9反饋受電流感測反饋(CSFB)電路26的影響。
[0016]總之，陷電流M0SFET24需要到控制IC6的三個連接，具體地是用于電流測量的源極連接、用于對器件加偏壓以控制其電流的柵極連接以及用于故障和反饋感測的漏極連接。圖2A中將每個陷電流MOSFET從而為每個通道的這三個連接描繪為穿過(cross)分立器件和控制IC之間的接口 28。即使在圖2B的示意性電路圖中，其中去除級聯(lián)鉗位M0SFET22并且陷電流M0SFET24必須維持由“HV”集成二極管23示出的高電壓，每一個通道仍需要穿過接口 28的每通道3個引腳。這個每通道3-引腳的需求解釋了對圖1中示出的高引腳數(shù)封裝6的需要。對于16-通道驅(qū)動器，每通道3個引腳需要48個引腳用于控制IC上的輸出引腳?？紤]SPI總線接口、模擬功能、電源等，成本高昂的64或72-引腳封裝是必要的。更糟糕的是，許多TV印刷電路板組裝公司不能夠焊接引腳間距小于0.8或1.27mm的封裝。具有0.8_引腳間距的72-引腳封裝需要14X14mm的塑料體以提供適合全部引腳所需的外圍直線邊緣。
[0017]圖1中示出的多芯片系統(tǒng)的一個重大問題是接口 IC6中的溫度感測僅可以檢測其中沒有重大的功率消耗發(fā)生的IC的溫度。不幸的是，熱量在分立的陷電流DM0SFET4中生成，其中不可能進行溫度感測。在沒有局部溫度感測的情況下，系統(tǒng)不能夠檢測或補救該情形，則陷電流M0SFET4A-4Q中的任何一個都可能過熱。
[0018]總之，如今的具有局部調(diào)光能力的LCD面板的LED背后照明的實現(xiàn)方式遭受關(guān)于成本、性能、特征和安全性的許多基本限制。
[0019]高度集成的LED驅(qū)動器解決方案需要在昂貴的高引腳數(shù)封裝中封裝昂貴的大面積晶片，并且將熱量集中在單個封裝中。由于由陷電流MOSFET的線性操作導(dǎo)致的功率消耗，這將驅(qū)動器限制于較低電流，并且由于作為對于更大數(shù)量的串聯(lián)連接的LED而惡化的問題的LED正向電壓失配導(dǎo)致的功率消耗，這將驅(qū)動器限制于較低電壓。
[0020]將LED控制器與分立的功率MOSFET組合的多芯片解決方案需要高BOM數(shù)和甚至更高的引腳數(shù)封裝。在具有完全集成的LED驅(qū)動器的引腳數(shù)的三倍的情況下，16通道解決方案可能需要33至49個組件和14mm X 14mm大的72引腳封裝。此外，分立MOSFET不提供熱感測或過熱保護。
[0021]所需要的是用于具有局部調(diào)光的TV的有成本效益的和可靠的背光系統(tǒng)。這需要新的半導(dǎo)體芯片組，其去除分立M0SFET，提供低整體封裝成本，最小化在任何組件內(nèi)的熱量集中，幫助過溫檢測和熱保護，保護低電壓組件免受高電壓和防止短路的LED，靈活縮放以適應(yīng)不同數(shù)量的通道和不同尺寸的顯示器而不需要定制集成電路，并維持對LED電流和亮度的精確控制。
[0022]理想地，靈活的解決方案將是可縮放以適應(yīng)變化的數(shù)量的通道和不同尺寸的顯示器面板，而不需要定制集成電路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]上面的標(biāo)準在根據(jù)本發(fā)明的LED驅(qū)動器系統(tǒng)中得到滿足。LED驅(qū)動器IC包括功能鎖存器和串行照明接口(SLI)總線，其本身包括前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器串聯(lián)連接。LED驅(qū)動器IC驅(qū)動外部LED串。
[0024]通常在連續(xù)的時鐘脈沖上，識別功能鎖存器的數(shù)據(jù)加載到前綴寄存器中并且定義LED驅(qū)動器IC中的功能情形的數(shù)據(jù)被串行加載到數(shù)據(jù)寄存器中。響應(yīng)于前綴寄存器中的數(shù)據(jù)，在功能鎖存器和數(shù)據(jù)寄存器之間形成連接，并且通常在同步脈沖出現(xiàn)時，數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)據(jù)被傳輸?shù)焦δ苕i存器。
[0025]在一個實施例中，許多LED驅(qū)動器IC被布置在LED驅(qū)動器系統(tǒng)中用于控制多個LED串。各個LED驅(qū)動器IC中的SLI總線被串聯(lián)連接以形成系統(tǒng)SLI總線。數(shù)據(jù)被串行地加載到系統(tǒng)SLI總線中，使得在每一個LED驅(qū)動器IC中的前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器包含識別和控制該LED驅(qū)動器IC內(nèi)的功能鎖存器所需的數(shù)據(jù)。
[0026]在一組實施例中，每一個LED驅(qū)動器IC還包括預(yù)加載鎖存器，并且來自數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)在兩個階段中被移位到功能鎖存器中，首先從數(shù)據(jù)寄存器至預(yù)加載鎖存器，然后從預(yù)加載鎖存器至功能鎖存器。在全部LED驅(qū)動器IC中從預(yù)加載鎖存器至功能鎖存器的數(shù)據(jù)傳輸可以同時執(zhí)行，使得各種LED驅(qū)動器IC中的功能鎖存器被同時更新。例如，當(dāng)在平板顯示器中使用由LED驅(qū)動器IC控制的LED串時，此特征有助于消除“閃爍”。
[0027]LED驅(qū)動器IC中的每一個可以包括多個“通道”，由外部LED串和控制外部LED串中的電流的內(nèi)部陷電流MOSFET表示每一個通道。此外，許多功能鎖存器可以與每一個通道相關(guān)聯(lián)，所述功能鎖存器用于控制例如陷電流MOSFET的接通時間、陷電流MOSFET中的電流的大小、與陷電流MOSFET相關(guān)聯(lián)的相位延遲和定義與通信相關(guān)聯(lián)的LED串何時經(jīng)歷故障情形的設(shè)置。
[0028]在一些實施例中，LED驅(qū)動器IC包括保存要被傳輸?shù)絊LI總線中的數(shù)據(jù)寄存器的數(shù)據(jù)的鎖存器。該鎖存器中的數(shù)據(jù)可以指示LED串或驅(qū)動器IC正在經(jīng)歷的故障類型，例如短路的LED、開路LED串或過溫情形。在該數(shù)據(jù)已被傳輸?shù)絊LI總線中的數(shù)據(jù)寄存器之后，其在下一個數(shù)據(jù)序列被加載到SLI總線中時前進回到外部接口 1C。然后，與系統(tǒng)的其他元件(例如，微控制器)結(jié)合的接口 IC可以采取補救行為，諸如斷開LED串。
[0029]在一些實施例中，前綴寄存器被細分成通道前綴寄存器和功能前綴寄存器，前者保存識別LED驅(qū)動器IC內(nèi)的通道的數(shù)據(jù)，而后者保存識別通道內(nèi)的功能鎖存器的數(shù)據(jù)。
[0030]本發(fā)明的SLI總線和LED驅(qū)動器IC是高度可縮放的并且比現(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)使用少得多的半導(dǎo)體面積。例如，8位通道前綴寄存器、8位通道前綴寄存器和16位數(shù)據(jù)寄存器理論上可以用于以65，536個控制級別來控制256個通道中的每一個中的256個功能鎖存器，雖然在許多實施例中未使用這些位中的很多。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1示出使用分立DM0SFET作為集成陷電流和保護電壓鉗位的用于LCD背后照明的現(xiàn)有技術(shù)的多通道LED驅(qū)動系統(tǒng)的圖。
[0032]圖2A是使用分立DM0SFET作為具有保護高電壓級聯(lián)鉗位DM0SFET的陷電流的單個LED驅(qū)動通道的示意電路圖。
[0033]圖2B是使用分立高電壓DM0SFET作為不具有級聯(lián)鉗位的陷電流的單個LED驅(qū)動器通道的示意電路圖。
[0034]圖3A是具有串行總線控制和保護高電壓級聯(lián)鉗位DM0SFET的雙通道高電壓智能LED驅(qū)動器的示意電路圖。
[0035]圖3B是具有串行總線控制和不具有級聯(lián)鉗位MOSFET的高電壓陷電流MOSFET的雙通道高電壓智能LED驅(qū)動器的示意電路圖。
[0036]圖4是包括具有電流感測反饋(CSFB)系統(tǒng)和SLI串行總線的智能LED驅(qū)動器的多通道LED背光系統(tǒng)的不意電路圖。
[0037]圖5是圖4中示出的系統(tǒng)的簡化示意圖，示出可以使用具有SLI串行總線控制和低引腳數(shù)接口 IC封裝的智能LED驅(qū)動器來實現(xiàn)的顯著減少的材料構(gòu)建(BOM)。
[0038]圖6是示出在雙通道智能LED驅(qū)動器中具有對應(yīng)數(shù)字控制和時序(DC&T)以及模擬控制和感測(AC&S)電路的“胖” SLI總線寄存器。
[0039]圖7是用于控制多個LED驅(qū)動器的SLI總線的時序圖。
[0040]圖8是具有SLI總線和不具有級聯(lián)鉗位MOSFET的高電壓陷電流MOSFET的四通道聞電壓智能LED驅(qū)動器的不意電路圖。
[0041]圖9是用于四通道LED驅(qū)動器IC的“胖” SLI總線的示意圖。
[0042]圖10是示出在雙通道智能LED驅(qū)動器中具有對應(yīng)數(shù)字控制和時序(DC&T)以及模擬控制和感測(AC&S)電路的前綴復(fù)用SLI總線寄存器的框圖。
[0043]圖11是包括通道和功能解碼的前綴復(fù)用SLI總線的框圖。
[0044]圖12A是具有前綴復(fù)用SLI總線控制和單個復(fù)用器的雙通道高電壓智能LED驅(qū)動器的示意電路圖。
[0045]圖12B是具有前綴復(fù)用SLI總線控制和單個復(fù)用器的四通道高電壓智能LED驅(qū)動器的示意電路圖。
[0046]圖12C是具有前綴復(fù)用SLI總線控制和雙復(fù)用器的四通道高電壓智能LED驅(qū)動器的不意電路圖。
[0047]圖13A示出包括4-通道8-功能SLI總線解碼器和復(fù)用器的LED驅(qū)動器IC的實施例。
[0048]圖13B示出包括4-通道4-功能SLI總線解碼器和復(fù)用器的LED驅(qū)動器IC的實施例。
[0049]圖13C示出包括2-通道4-功能SLI總線解碼器和復(fù)用器的LED驅(qū)動器IC的實施例。
[0050]圖13D示出大小比較器的示例。
[0051]圖13E示出使用與門和復(fù)用器的功能和通道解碼器的示例。
[0052]圖14是示出具有包括預(yù)加載和有效鎖存器的三層寄存器-鎖存器架構(gòu)的前綴復(fù)用SLI總線寄存器的框圖。
[0053]圖15示出用于包括具有4個獨立功能的8個LED驅(qū)動器IC的16-通道系統(tǒng)的SLI總線數(shù)據(jù)序列。
[0054]圖16A是示出用于具有多功能寄存器的SLI總線的初始化和寄存器更新算法的流程圖。
[0055]圖16B是示出向多個預(yù)加載鎖存器同步寫入的過程的流程圖。
[0056]圖16C示出用于具有8個LED驅(qū)動器IC的16通道、4_功能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)序列。
[0057]圖17A示出用于僅更新16-通道系統(tǒng)中的PWM鎖存器的數(shù)據(jù)序列。
[0058]圖17B示出用于使用“不關(guān)心”前綴條件選擇性地更新通道的數(shù)據(jù)序列。
[0059]圖17C示出用于單個SLI總線廣播中通道、功能和不關(guān)心指令的混合的數(shù)據(jù)序列。
【具體實施方式】
[0060]如在【背景技術(shù)】部分描述的，現(xiàn)有的用于電視和大屏幕LCD的背光解決方案是復(fù)雜、昂貴和不靈活的。為了在不犧牲安全和可靠操作的情況下降低用于具有局部調(diào)光的LCD的背光系統(tǒng)的成本顯然需要全新的架構(gòu)，其最起碼去除分立MOSFET，最小化任何組件內(nèi)的熱量的集中，幫助過溫檢測和熱保護以及使得低電壓組件免受高電壓。雖然僅滿足這些目標(biāo)可能不足以實現(xiàn)能夠滿足家庭消費電子市場的嚴格的成本目標(biāo)的真正有成本效益的解決方案，但是這種改進是朝著實現(xiàn)低成本局部調(diào)光目標(biāo)的必要的第一步。
[0061]這里描述的本發(fā)明使能一種用于實現(xiàn)具有節(jié)能高效的局部調(diào)光能力的大屏幕LCD和TV的安全和經(jīng)濟上可行的LED背后照明解決方案的新的經(jīng)濟有效且可縮放的架構(gòu)。新的LED驅(qū)動系統(tǒng)、功能分區(qū)和架構(gòu)克服上述成本、功能和對高引腳數(shù)封裝的需要的問題。新的架構(gòu)基于某些基本前提，包括
[0062]1.陷電流MOSFET的模擬控制、感測和保護應(yīng)與陷電流MOSFET本身一起在功能上集成在相同IC中，而不是分開在另一 IC中。
[0063]2.基本調(diào)光、相位延遲功能、LED電流控制和通道特定功能應(yīng)與陷電流MOSFET本身一起在功能上集成在相同IC中，而不是分開在另一 IC中。
[0064]3.對于特定通道不唯一的系統(tǒng)時序、系統(tǒng)μ C主機協(xié)商以及其他全局參數(shù)和函數(shù)不應(yīng)與陷電流MOSFET本身一起在功能上集成在相同IC中。
[0065]4.器件封裝中的通道數(shù)量(即陷電流MOSFET的數(shù)量)應(yīng)針對熱管理來設(shè)計，即避免過熱，同時滿足指定LED電流、電源電壓和LED正向電壓失配需求。
[0066]5.與多通道LED驅(qū)動器IC的通信和多通道LED驅(qū)動器IC的控制應(yīng)采用低引腳數(shù)封裝，理想地在中央接口 IC和每一個驅(qū)動器IC上總共需要不超過三個封裝引腳。通信電路應(yīng)僅占據(jù)驅(qū)動器IC的晶片面積和成本的一小部分。
[0067]6.接口 IC和LED驅(qū)動器IC中的功能集成級別應(yīng)是均衡的，以幫助使用與單層PCB組裝兼容的低成本和低弓I腳數(shù)封裝。
[0068]7.理想地，系統(tǒng)應(yīng)靈活地縮放為任何數(shù)量的通道，而不需要重大的IC重新設(shè)計。
[0069]圖1的常規(guī)架構(gòu)，即驅(qū)動許多分立的功率MOSFET的集中控制器，未能滿足上述目標(biāo)中的甚至一個，主要是因為它需要用于全部數(shù)字和模擬信息處理的中央控制點或者“命令中心”。必要地，命令中心IC必須與它的μ C主機通信以及直接感測和驅(qū)動每一個陷電流M0SFET。這種高度的組件連接性需要大量輸入和輸出線，使高引腳數(shù)封裝成為必要。
[0070]分布式LED驅(qū)動架構(gòu)概述
[0071]現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的問題的解決方案是一種缺少中央控制的“分布式”系統(tǒng)。在這里描述的分布式系統(tǒng)中，接口 IC將從主機μ C獲得的信息轉(zhuǎn)化為簡單的串行通信協(xié)議，通過串行總線將指令數(shù)字地發(fā)送到任何數(shù)量的“智能”衛(wèi)星LED驅(qū)動器1C。在上面引用的申請N0.13/346，625中描述了滿足上述標(biāo)準的LED驅(qū)動器的實現(xiàn)方式。為了清楚起見，這里重述該申請與本申請的主題內(nèi)容有關(guān)的主要構(gòu)思，包括接口和LED驅(qū)動器IC的描述，以及“串行照明接口”或SLI總線-包含專門與控制LED照明有關(guān)的參數(shù)的協(xié)議的操作的描述。
[0072]除了幫助控制LED驅(qū)動器，在優(yōu)選實施例中，SLI總線以“菊花鏈(daisy-chain)的形式”連接回到接口 1C，使得在任何驅(qū)動器IC中發(fā)生的諸如開路LED、短路LED或過溫故障的故障情形可以傳遞回接口 1C，并最終傳遞至主機μ C。每一個驅(qū)動器IC響應(yīng)于它的SLI總線數(shù)字指令在沒有接口 IC的輔助的情況下局部地執(zhí)行全部必要的LED驅(qū)動器功能，諸如動態(tài)精度LED電流控制、PWM亮度控制、相位延遲和故障檢測。
[0073]每一個LED驅(qū)動器IC還包括用于模擬電流感測反饋(CSFB)信號的輸入和輸出引腳。CSFB線將LED驅(qū)動器IC和和接口 IC連接成第二菊花鏈，以允許接口 IC向高壓開關(guān)模式電源(SMPS)提供反饋信號，SMPS動態(tài)地調(diào)節(jié)向LED串供電的電壓。使用此架構(gòu)，雙通道LED驅(qū)動器IC可以容易地適合標(biāo)準S0P16封裝或任何類似的引線封裝。
[0074]接口 IC與它的SPI總線至SLI總線的轉(zhuǎn)化職責(zé)一起，向全部LED驅(qū)動器IC提供保證良好的電流匹配所需的參考電壓，生成Vsyn。和灰度時鐘GSC脈沖以使它們的操作同步，并且監(jiān)視每一個LED驅(qū)動器IC的潛在故障。它還使用片上運算跨導(dǎo)放大器或OTA來促進CSFB信號的電壓至電流轉(zhuǎn)化為ICSFB信號。即使具有全部上述功能，接口 IC也可以容易地適合SOP16封裝。
[0075]此申請描述一種改進串行通信協(xié)議和減小與SLI總線的物理接口相關(guān)聯(lián)的電路尺寸的方法。下文中以“改進的SLI總線接口和協(xié)議”為標(biāo)題闡述這些改進。然而，最初，描述串行總線控制的LED驅(qū)動器、視頻系統(tǒng)接口 IC和第一代“胖”SLI總線協(xié)議的基本架構(gòu)是有用的。
[0076]具有整體調(diào)光和故障檢測的LED驅(qū)動器
[0077]圖3A中示出在LED驅(qū)動器IC451中形成的根據(jù)本發(fā)明的LED驅(qū)動器50的實施例。在LED驅(qū)動器IC51中集成的LED驅(qū)動器50是包括集成陷電流DM0SFET55A和55B、具有集成高電壓二極管58A和58B的級聯(lián)鉗位DM0SFET57A和57B、用于準確的電流控制的1-精確柵極驅(qū)動器電路56A和56B、模擬控制和感測電路60以及數(shù)字控制和時序電路59的雙通道驅(qū)動器。片上偏置電源和調(diào)節(jié)器62向IC供電。
[0078]通道之一包括陷電流DM0SFET55A、級聯(lián)鉗位DM0SFET57A和1-精確柵極驅(qū)動器電路56A，其共同驅(qū)動LED串52A。另一通道包括陷電流DM0SFET55B、級聯(lián)鉗位DM0SFET57B和1-精確柵極驅(qū)動器電路56B，其共同驅(qū)動LED串52B。
[0079]LED驅(qū)動器50提供具有150V電路能力和±2%絕對電流精度的兩個通道的250mALED驅(qū)動的完全控制，12位PWM亮度控制、12位PWM相位控制、8位電流控制、對于LED開路和LED短路情形的故障檢測和過溫檢測的兩個通道的完全控制，其全部通過高速串行照明接口(SLI)總線移位寄存器61控制，并且通過公共Vsyn。和灰度時鐘(GSC)信號同步到其他驅(qū)動器。在一個實施例中，級聯(lián)鉗位DM0SFET57A和57B額定在150V電路能力，盡管在其他實施例中，這些器件可以以從100V到300V的大小操作。根據(jù)封裝的功率消耗以及兩個LED串52A和52B中的正向電壓的失配設(shè)置250mA的電流額定值。
[0080]在操作中，LED驅(qū)動器50在其串行輸入SI引腳上接收被饋送入SLI總線移位寄存器61的輸入的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)以由接口 IC(圖3A中未示出)供應(yīng)的串行時鐘信號SCK設(shè)置的速率作為時鐘。用于數(shù)據(jù)的最大時鐘速率取決于用于實現(xiàn)移位寄存器61的CMOS技術(shù)，但即使使用0.5 μ m線寬度工藝和晶圓制造，也可以實現(xiàn)IOMHz的操作。只要SCK信號繼續(xù)運行，數(shù)據(jù)將移動到SLI總線移位寄存器61中并且最終離開串行輸出引腳SO至串行菊花鏈中的下一個LED驅(qū)動器(圖3A中未示出)。
[0081]在與特定的LED驅(qū)動器IC對應(yīng)的數(shù)據(jù)到達SLI總線移位寄存器61中之后，接口IC即刻停止發(fā)送SCK信號。此后，Vsync脈沖將來自SLI總線移位寄存器61的數(shù)據(jù)鎖存到在數(shù)字控制和時序電路59以及模擬控制和感測電路60內(nèi)包含的數(shù)據(jù)鎖存器中，鎖存器通常包括觸發(fā)器或靜態(tài)RAM。此外，在的Vsyn。脈沖的時間，先前寫入在模擬控制和感測電路60內(nèi)包含的故障鎖存器中的數(shù)據(jù)將被復(fù)制到SLI總線移位寄存器61的適當(dāng)位中。[0082]當(dāng)接口 IC恢復(fù)發(fā)送串行時鐘SCK信號時，SLI總線移位寄存器61內(nèi)存儲的讀取和寫入位被移動到菊花鏈中的下一個驅(qū)動器1C。在優(yōu)選實施例中，菊花鏈形成連接回接口IC的回路。發(fā)送新數(shù)據(jù)到菊花鏈中最終推動在SLI總線移位寄存器中存在的現(xiàn)有數(shù)據(jù)通過回路并最終回到接口 1C。以該方式，接口 IC可以與單獨的LED驅(qū)動器IC通信，設(shè)置LED串的亮度和時序，并且單獨的驅(qū)動器IC可以將單獨的故障情形傳遞回接口 1C。
[0083]使用該時鐘方案，數(shù)據(jù)可以較高的速度移動通過大量驅(qū)動器1C，而不影響LED電流或引起閃爍，因為控制陷電流DM0SFET55A和55B的電流和時序僅在每一個新的Vsyne脈沖處改變。Vsyn。可以以按比例縮放的灰度時鐘頻率(通常為4096倍的Vsyne頻率)從60Hz變化為960Hz。因為Vsyne較慢(在IKHz以下)，所以當(dāng)與驅(qū)動SLI總線移位寄存器的SCK信號的頻率相比時，接口 IC可以按需執(zhí)行額外功能，例如修改和重新發(fā)送數(shù)據(jù)，或在給定V-sync脈沖持續(xù)時間內(nèi)多次詢問故障鎖存器。
[0084]開始于Vsyne脈沖，數(shù)字控制和時序電路59在適當(dāng)相位延遲之后和對于適當(dāng)脈沖寬度持續(xù)時間或占空系數(shù)D，生成兩個PWM脈沖以切換1-精確柵極驅(qū)動器電路56A和56B的輸出接通和斷開。1-精確柵極偏置驅(qū)動器電路56A和56B分別感測陷電流M0SFET55A和55B中的電流并提供適當(dāng)柵極驅(qū)動電壓，以在由來自數(shù)字控制和時序電路59的PWM脈沖使能1-精確柵極驅(qū)動器電路56A和56B期間維持目標(biāo)電流。1-精確柵極驅(qū)動器電路56A和56B的操作因此與“選通”放大器的操作類似，被數(shù)字地脈沖接通和斷開但提供控制功能。
[0085]由Iset電阻器54的值和Vref信號在全部LED驅(qū)動器中全局地設(shè)置峰電流。在優(yōu)選實施例中，由接口 IC生成Vref信號?？商鎿Q地，Vref信號可以由分立的電壓參考IC供應(yīng)或作為來自AC/DC轉(zhuǎn)換器模塊的輔助輸出。
[0086]可以由點寄存器通過SLI總線移位寄存器使用將陷電流DM0SFET的電流調(diào)節(jié)為從峰電流值的0%到峰電流值的100%的百分比的8到12位字來進一步控制任何LED串中的特定電流。以該方式，使用此架構(gòu)，模擬電流模式數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器或“電流DAC”的功能，可以對LED電流進行精確的數(shù)字控制。在LCD背后照明應(yīng)用中，此特征可以用于校準背光亮度、用于改善背光均勻性或用于操作在3D模式。在其它情況下，LED驅(qū)動器可以用于驅(qū)動一般包括混合的紅光、綠光和藍光LED的“LED墻”顯示器和標(biāo)牌中的LED串。在標(biāo)牌應(yīng)用中，LED形成圖像，使得不需要IXD。
[0087]參考圖3A，流經(jīng)LED串52A的電流由陷電流DM0SFET55A和對應(yīng)的1-精確柵極驅(qū)動器電路56A控制。類似地，流經(jīng)LED串52B的電流由陷電流DM0SFET55B和對應(yīng)的1-精確柵極驅(qū)動器電路56B控制。施加在陷電流DM0SFET55A和55B上的最大電壓分別由級聯(lián)鉗位DM0SFET57A和57B限制。只要LED的數(shù)量“m”不是太大，電壓+Vm就不會超過PN 二極管458A和458B的擊穿電壓，并且陷電流DM0SFET55A和55B上的最大電壓將被限制在IOV左右，其是低于由偏置電路62施加在級聯(lián)鉗位DM0SFET57A和57B上的柵極偏置的一個閾值電壓，在此實施例中是12V。偏置電路62還使用線性電壓調(diào)節(jié)器和濾波電容器53從24VVin輸入生成操作其內(nèi)部電路的5V Vcc電源電壓。
[0088]陷電流DM0SFET55A和55B上的漏極電壓由模擬控制和感測電路60監(jiān)視并且與存儲在模擬控制和感測電路60內(nèi)的鎖存器中的過電壓值相比較。從SLI總線移位寄存器61供應(yīng)過電壓值。如果陷電流DM0SFET55A和55B的漏極電壓低于編程值，則LED串52A和52B正常操作。然而，如果陷電流DM0SFET55A或陷電流DM0SFET55B的漏極電壓上升到大約編程值，則LED串52A和52B中的一個或多個被短路，并且對于該特定通道檢測到并記錄故障。
[0089]同樣，如果1-精確柵極驅(qū)動器電路56A或1-精確柵極驅(qū)動器電路56B不能維持在LED串52A或52B中的一個中的所需電流，即LED串操作在“電流不足”，則這意味著串52A或52B中的一個中的LED未能開啟并且電路連續(xù)性已失去。然后，對應(yīng)的通道被關(guān)斷，忽略其CSFB信號，并且報告故障。感測該“電流不足”可以通過監(jiān)視在1-精確電路56A和56B內(nèi)的柵極緩沖器器件的輸出用于飽和來執(zhí)行。此情形意味著緩沖器正在盡可能全開地驅(qū)動對應(yīng)的陷電流DM0SFET的柵極。替換地，電流不足情形可以通過監(jiān)視在1-精確電路的輸入端子上的電壓降來檢測。當(dāng)1-精確電路56A和56B的輸入電壓降得太低時，出現(xiàn)電流不足情形，并且指示開路LED故障。
[0090]如果檢測到過溫情形，則報告故障并且通道維持接通和導(dǎo)電除非接口 IC發(fā)送關(guān)閉該通道的命令。然而，如果溫度繼續(xù)升高到危險的級別，則模擬控制和感測電路60將獨立地禁用通道并報告故障。無論故障的性質(zhì)為何，是短路的LED、開路的LED還是過溫情形，每當(dāng)故障發(fā)生，模擬控制和感測電路60內(nèi)的開路漏極MOSFET將激活FLT引腳并將該FLT引腳拉低，向接口 IC以及可選地向主機μ C發(fā)送已出現(xiàn)故障情形的信號。FLT引腳是每當(dāng)LED驅(qū)動器IC的一個或多個中出現(xiàn)故障情形時通知系統(tǒng)IC的系統(tǒng)中斷信號。正常地，該線保持為高，即通過高阻值電阻器偏置到Vcc。每當(dāng)任何LED驅(qū)動器經(jīng)歷故障情形，來自短路的LED、開路的LED或過溫情形，特定的LED驅(qū)動器IC就通過使能諸如圖6中的M0SFET219的接地的N溝道MOSFET而將線拉低。
[0091]在FLT被拉低之后，接口 IC可以通過SLI總線接口 61詢問LED驅(qū)動器IC以確定哪個LED驅(qū)動IC正經(jīng)歷故障情形以及出現(xiàn)什么類型的故障。然后，接口 IC通過SPI總線接口將該信息傳遞回主機微控制器，使得系統(tǒng)能夠關(guān)于響應(yīng)于故障發(fā)生應(yīng)采取什么動作(如果有的話)做出決定。因為在每一個LED驅(qū)動器IC上的FLT線采用開路漏極MOSFET以在故障事件中主動將線拉低，在沒有故障的情況下，由高阻值內(nèi)部電阻器將線拉高。因此，至圖4中的接口 IClOl的FLT輸入可以與系統(tǒng)μ C的中斷輸入引腳并聯(lián)，在該情況下由LED驅(qū)動器IC生成的任何故障不僅向接口 IClOl通知故障情形，還可以生成μ C中的中斷信號，也向它警告所述情形。因此，使用FLT線提供在LED驅(qū)動器IC中出現(xiàn)故障的立即指示，而SLI總線和SPI總線用于在決定采取什么動作之前收集額外的信息。以該方式，使能完全故障管理，而不需要完全集成的驅(qū)動器1C。
[0092]模擬控制和感測電路60還包括模擬電流感測反饋(CSFB)信號，其等于兩個陷電流DM0SFET55A和55Β的漏極電壓和在CSFBI輸入引腳的電壓中最低的電壓。CSFB信號被傳到CSFBO輸出引腳。以此方式，LED串52Α和52Β中的最低陷電流電壓被傳到下一個LED驅(qū)動器的輸入，并最終回到系統(tǒng)SMPS以向+Vmi電源軌供電。
[0093]以所描述的方式，實現(xiàn)了具有整體調(diào)光和故障檢測能力的LED驅(qū)動器50，而不需要中央控制器1C。
[0094]圖3B中示出滿足上述標(biāo)準的LED驅(qū)動器80的替代實現(xiàn)方式。集成在LED驅(qū)動IC81中的LED驅(qū)動器80是具有集成陷電流DM0SFET87A和87B但沒有級聯(lián)鉗位MOSFET的雙通道驅(qū)動器。而是，DM0SFET87A和87B包含被設(shè)計為當(dāng)DM0SFET87A和87B處于關(guān)斷情形時維持高電壓的集成高電壓二極管88A和88B。通常，這種設(shè)計最適用于低于100V的操作，但是如果需要它可以擴展為150V。如在圖3A的LED驅(qū)動器IC50中，1-精確柵極驅(qū)動器電路86A和86B由模擬控制和感測電路85以及數(shù)字控制和時序電路89控制，來幫助準確的電流控制。片上偏置電源和調(diào)節(jié)器84在此情況下從Vcc對LED驅(qū)動器81供電，而不是如在驅(qū)動器IC51中從24V輸入。除了缺少級聯(lián)鉗位DMOSFET，驅(qū)動器IC80的操作類似于驅(qū)動器IC50，通過它的SLI總線90控制。
[0095]SLI總線接口 IC和系統(tǒng)應(yīng)用
[0096]圖4示出根據(jù)本發(fā)明的分布式多通道LED背光驅(qū)動器系統(tǒng)100。示出的是用于驅(qū)動由公共開關(guān)模式電源(SMPS) 108供電的一系列LED驅(qū)動器IC81A-81H的接口 IClOl。雖然，圖4中僅示出LED驅(qū)動器IC81A和81H，但是可以理解類似的驅(qū)動器IC81B-81G位于驅(qū)動器IC81A和81H之間。LED驅(qū)動器IC81A-8IH中的每一個具有整體調(diào)光和故障檢測能力，并且類似于圖3B中示出的LED驅(qū)動器80。LED驅(qū)動器IC81A-81H在這里有時被統(tǒng)稱為LED驅(qū)動器IC81或單獨地稱為LED驅(qū)動器IC81。
[0097]包括三個數(shù)字時鐘線(SCK，GSC和VsyJ、一個數(shù)字故障線(FLT)，和一個模擬參考電壓線(Vref)的五個公共信號線107將接口 IClOl連接到LED驅(qū)動器IC81A-81H。時序和控制單元124與從主機μ C(未示出)經(jīng)由串行外圍總線(SPI)總線接口 122接收的數(shù)據(jù)同步地生成Vsync和GSC信號。時序和控制單元124還監(jiān)視故障中斷線FLT以立即檢測出LED串81A-81Q中的一個中的潛在問題。電壓參考源125通過Vref線向系統(tǒng)全局地提供電壓參考，以便確保良好的通道到通道電流匹配。偏置電源單元126通過連接到由SMPS108供電的固定+24V電源軌110的Vin線向接口 IClOI供電。偏置電路126還生成穩(wěn)壓電源V。。(優(yōu)選地5V)以向LED驅(qū)動器81Α-81Η供電。由電容器102對V。。電源進行濾波。
[0098]在此實施例中，LED驅(qū)動器IC81A-81H中的每一個包括兩個通道的高電壓電流控制，包括具有集成HV 二極管88A-88Q的陷電流DM0SFET87A-87Q、1-精確柵極驅(qū)動器電路86A-86Q、數(shù)字控制和時序(DC&T)電路89Α-89Η、模擬控制和感測(AC&S)電路85Α-85Η以及串行照明接口(SLI)總線90Α-90Η。如同圖3Β中示出的LED驅(qū)動器IC81，LED驅(qū)動器IC81A-81H缺少級聯(lián)鉗位。然而，系統(tǒng)100也可以使用與圖3Α中示出的LED驅(qū)動器IC51類似的LED驅(qū)動器IC制造，除了在該情況下，24V Vin電源而非Vcc將用于向LED驅(qū)動器IC供電和向級聯(lián)鉗位DMOSFET的柵極加偏壓。
[0099]包括信號線113Α-113Ι的SLI總線113在菊花鏈中將LED驅(qū)動器IC81A-81H鏈接在一起。在圖4中示出的實施例中，SLI單元123的串行輸出端子(接口 IClOl的SO引腳)經(jīng)由信號線113Α連接至LED驅(qū)動器IC81A的SI輸入，LED驅(qū)動IC81A的SO輸出經(jīng)由信號線113Β連接至LED驅(qū)動器IC81B(未示出)的SI輸入，以此類推。在菊花鏈的末端，LED驅(qū)動器IC81H的SO輸出經(jīng)由信號線1131連接至SLI單元123的串行輸入端子(接口IClOl的SI引腳)。以該方式，SLI總線113-形成完整回路，從接口 IClOl發(fā)出，運行通過LED驅(qū)動器IC81A-81H中的每一個，并回到接口 IClOl。因此，將數(shù)據(jù)移出接口 IClOl的SO引腳同時將相等長度的位串返回到接口 IClOl的SI引腳中。
[0100]SLI電路123還根據(jù)需要生成SLI總線時鐘信號SCK。因為LED驅(qū)動器IC81A-81H沒有地址，所以通過SLI總線定時的位數(shù)必須與正在被驅(qū)動的器件數(shù)對應(yīng)，對于每一個SCK脈沖有一位提前。正在被驅(qū)動的器件數(shù)可以通過對SPI總線122中的數(shù)據(jù)交換進行編程的軟件調(diào)整，或者通過對接口 IClOl的硬件修改調(diào)整。以該方式，系統(tǒng)100內(nèi)的通道數(shù)可以靈活地變化以匹配顯示器的尺寸。
[0101]修改SLI總線電路123中的寄存器以移出更少或更多位，同時相對直通(straightforward)，仍然需要修改接口 IClOl的制造。替換方法涉及采用使用調(diào)整驅(qū)動器用于在菊花鏈中容納更少或更多LED驅(qū)動器IC的軟件的可編程接口。
[0102]至SMPS108的電流感測反饋依賴于模擬菊花鏈。LED驅(qū)動器IC81H的CSFBI輸入引腳經(jīng)由CSFB線1121系到V。。，CSFB線112H將LED驅(qū)動器IC81H的CSFBO輸出引腳連接到LED驅(qū)動器IC81G的CSFBI輸入引腳，以此類推。最后，CSFB線112A將LED驅(qū)動器IC81A的CSFBO輸出引腳連接到接口 IClOl的CSFBI輸入引腳。CSFB信號每當(dāng)它通過驅(qū)動具有比與CSFB信號先前通過的LED驅(qū)動器相關(guān)聯(lián)的LED串更高的正向電壓Vf的相關(guān)聯(lián)的LED串83A-83Q的LED驅(qū)動器IC81A-81H中的一個時，其電壓電平下降。因為LED驅(qū)動器IC81A-81H在菊花鏈中排列，所以CSFB信號當(dāng)它從LED驅(qū)動器IC81H傳至LED驅(qū)動器IC81A時轉(zhuǎn)低(rachet down)。在最后的CSFB線112A中的CSFB信號表示在整個LED陣列中具有最高Vf的LED串83A-83Q的正向電壓Vf。運算跨導(dǎo)放大器(OTA) 127將CSFB線112A中最后的CSFB信號轉(zhuǎn)換為電流反饋信號ICSFBllldf SMPS108的輸出處的線109上的電壓+Vm驅(qū)動至用于無閃爍照明而沒有過度的功率消耗的最佳電壓。CSFB線112A-112I在這里有時被統(tǒng)稱為CSFB線112。
[0103]圖5的簡化示意圖中示出的所得到的系統(tǒng)僅使用八個小LED驅(qū)動器IC81A-81H實現(xiàn)16個LED串83A-83Q的獨立控制和恒流驅(qū)動，全部八個小LED驅(qū)動器IC81A-81H由接口 IClOl響應(yīng)于主機μ C152和標(biāo)量IC153通過SLI總線113 (包括信號線113Α-113Ι)控制。系統(tǒng)中僅存在兩個模擬信號，線107上的公共參考電壓Vref，和控制SMPS108以產(chǎn)生線109上的+Vled輸出的ICSFB信號111。如上所述，ICSFB信號111在接口 IClOl中從線112Α-112Η上的CSFB信號生成。使用少數(shù)模擬信號，沒有具有高阻抗輸入的分立DM0SFET，LED驅(qū)動器系統(tǒng)100相對抗噪。
[0104]如圖5中所示，LED驅(qū)動器系統(tǒng)100可以僅使用九個S0P16IC封裝(I個接口 IC和8個LED驅(qū)動器IC)來制造以驅(qū)動16個LED串。與圖1的使用32個分立MOSFET和72引腳控制器IC的多芯片LED驅(qū)動器系統(tǒng)I相比，通過新的架構(gòu)大大降低制造成本。使用顯著更少的組件，還增強了系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)100也容易部署，因為私有SLI總線協(xié)議僅在接口 IClOl和衛(wèi)星LED驅(qū)動器81Α-81Η之間使用。μ C152經(jīng)由SPI總線與接口 IClOl和標(biāo)量IC153通信。
[0105]在沒有級聯(lián)鉗位DMOSFET的情況下，圖5中的LED驅(qū)動器IC81A-81H僅需要5V的V。。輸入。作為結(jié)果，接口 ICioi可以執(zhí)行24V至5V的電壓轉(zhuǎn)換并將其5V的電源軌V。。分配到LED驅(qū)動器IC81A-81H。通過消除LED驅(qū)動器IC81A-81H中的降壓調(diào)節(jié)的需要，LED驅(qū)動器IC81A-81H可以做得更小并且可以消除外部濾波電容器的需要，節(jié)省I個封裝引腳。
[0106]“胖” SLI總線操作
[0107]為了消除高引腳數(shù)封裝的必要性，我們在這里公開專為驅(qū)動背光和顯示應(yīng)用中的LED而設(shè)計的新系列通信總線和協(xié)議?！按姓彰鹘涌凇笨偩€或SLI總線使用包括具有串行輸入和輸出的定時移位寄存器和控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r序和速率的時鐘的串行通信方法。
[0108]圖6中示出SLI總線的操作，圖6還提供在圖4中示出的SLI總線移位寄存器90A、數(shù)字控制和時序(DC&T)電路89A以及模擬控制和感測(AC&S)電路85A的示例實施例的構(gòu)造和操作的更多細節(jié)。將理解，類似的電路被用于圖4中示出的SLI總線移位寄存器90B-90H、數(shù)字控制和時序電路89B-89H以及模擬控制和感測電路85B-85H。(SLI總線移位寄存器90A-90H有時被統(tǒng)稱為SLI總線90。)圖6示出包括陷電流DMOSFET87A和87B和1-精確柵極驅(qū)動器電路86A和86B的雙通道LED驅(qū)動器1C，但是控制不同數(shù)量的信道的LED驅(qū)動器IC可以以類似方式實現(xiàn)。
[0109]圖6中示出的電路是組合數(shù)字和模擬信號的混合信號。SLI總線移位寄存器90A通過若干并行數(shù)據(jù)總線(通常12位寬)連接到DC&T電路89A，并且還通過在4位到12位寬范圍內(nèi)的各種并行數(shù)據(jù)總線連接到AC&S電路85A。
[0110]DC&T電路89A的輸出以由Vsyne和灰度時鐘(GSK)信號同步的精確時序?qū)?-精確柵極驅(qū)動器電路86A和86B以及陷電流DM0SFET87A和87B數(shù)字地切換接通和斷開。陷電流DM0SFET87A和87B響應(yīng)于來自AC&S電路85A的模擬信號控制兩個LED串(未示出)中的電流，所述模擬信號控制1-精確電路86A和86B，從而控制用于陷電流DM0SFET87A和87B的柵極驅(qū)動信號。柵極驅(qū)動信號是模擬的，并且具有反饋的放大器用于確保陷電流DM0SFET87A和87B的每一個中的電流分別是也由AC&S電路85A供應(yīng)的參考電流11^匕和IrefB的固定倍數(shù)。
[0111]雖然圖6僅示出陷電流M0SFET87A和87B，但是示出的電路與圖3A中示出的級聯(lián)鉗位LED驅(qū)動器50或圖3B中示出的高電壓LED驅(qū)動器80也兼容。為了實現(xiàn)級聯(lián)鉗位版本，兩個高電壓N-溝道DMOSFET將與陷電流DM0SFET87A和87B串聯(lián)連接，其中高電壓N-溝道DMOSFET的源極端子系到 陷電流DM0SFET87A和87B的漏極端子，并且其中高電壓N-溝道DMOSFET的漏極端子系到正被驅(qū)動的各自LED串的陽極。
[0112]在操作中，數(shù)據(jù)以SCK時鐘信號的速率通過串行輸入引腳SI定時地進入SLI總線移位寄存器90A中。這包括進入用于通道A和通道B的寄存器220A和220B中的時間數(shù)據(jù)上的12位PWM，進入用于通道A和通道B的寄存器22IA和22IB中的12位相位延遲數(shù)據(jù)，進入用于通道A和通道B的寄存器222k和222B的12位“點”電流數(shù)據(jù)，以及包括進入故障設(shè)置寄存器224中的8位和進入故障狀態(tài)寄存器225中的4位的12位故障信息。當(dāng)新數(shù)據(jù)定時進入時，這些寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)定時出SO引腳。暫停SCK信號將數(shù)據(jù)靜態(tài)地保持在移位寄存器內(nèi)。術(shù)語“通道A”和“通道B”是任意的，并且僅用于識別輸出和SLI數(shù)據(jù)流中它們相應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0113]在接收到Vsyne脈沖時，來自PWM A寄存器220A的數(shù)據(jù)被加載到鎖存器&計數(shù)器A電路2IOA的D鎖存器21IA中，并且來自相位A寄存器22IA的數(shù)據(jù)被加載到鎖存器&計數(shù)器A電路210A的Φ鎖存器212A中。同時，來自PWM B寄存器220B的數(shù)據(jù)被加載到鎖存器&計數(shù)器B電路2IOB的D鎖存器21IB中，并且來自相位B寄存器22IB的數(shù)據(jù)被加載到鎖存器&計數(shù)器B電路210B的Φ鎖存器212B中。在接收到隨后的GSC灰度時鐘上的時鐘信號時，鎖存器&計數(shù)器210A和210B對它們的Φ鎖存器212A和212B中的脈沖數(shù)進行計數(shù)，并且其后分別使電流能夠在1-精確電路86A和86B中流動，照明通道A或B中的相關(guān)LED串。通道分別對于存儲在D鎖存器21IA和21IB中的脈沖數(shù)的持續(xù)時間保持使能和傳導(dǎo)。其后，輸出被切換為關(guān)斷并且等待下一個Vsyn。脈沖以重復(fù)該過程。因此，DC&T電路89A根據(jù)SLI總線移位數(shù)據(jù)寄存器90A中的數(shù)據(jù)將兩個PWM脈沖合成到DM0SFET89A和89B的柵極。[0114]也同步到Vsyne脈沖，存儲在點A寄存器222A和點B寄存器222B中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到D/A轉(zhuǎn)換器213A和213B中，設(shè)置DM0SFET87A和87B中的電流。D/A轉(zhuǎn)換器213A和213B是提供Iref的精確分數(shù)來設(shè)置相關(guān)聯(lián)的LED串中的電流的分立電路?？商鎿Q地，在優(yōu)選實施例中，DM0SFET87A和87B具有使用二進制加權(quán)劃分為各種部分的柵極寬度，并且這些柵極部分的適當(dāng)組合被充電以設(shè)置所需的最大電流的分數(shù)。表示最大通道電流的參考電流Iref由Rset電阻器204和輸入到參考電流源217的Vref設(shè)置。
[0115]故障檢測電路包括LED故障檢測電路215，其比較陷電流M0SFET87A和87B的源極電壓與存儲在故障鎖存電路214中的值。故障鎖存電路214中的數(shù)據(jù)在每一個Vsyn。脈沖處從故障設(shè)置寄存器224復(fù)制。溫度檢測電路216監(jiān)視其中包括圖6中示出的電路的LED驅(qū)動器IC81的溫度。檢測到故障立即觸發(fā)開路漏極故障標(biāo)志M0SFET219導(dǎo)通并拉低FLT線，生成中斷。故障鎖存電路214中的數(shù)據(jù)在隨后的Vsyn。脈沖上被寫入到故障狀態(tài)寄存器225中。
[0116]點函數(shù)和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換的實現(xiàn)方式在上面引用的申請N0.13/346, 625中進一步詳述。該申請還包括故障鎖存電路214和LED故障檢測電路215、參考電流源217以及電流感測反饋(CSFB)電路218的詳細電路實現(xiàn)方式的示例。
[0117]以所描述的方式，串行數(shù)據(jù)總線用于控制許多LED串的電流、時序和持續(xù)時間，以及用于檢測和報告LED串中故障情形的發(fā)生。SLl協(xié)議是靈活的，僅需要通過SLI總線移位數(shù)據(jù)寄存器5I4A發(fā)送的數(shù)據(jù)匹配正被控制的硬件，具體地每個驅(qū)動器IC發(fā)送的位數(shù)匹配每個驅(qū)動器IC所需的位，并且對于一個Vsyn。時段發(fā)送的總位數(shù)匹配每個驅(qū)動器IC發(fā)送的位數(shù)乘以驅(qū)動器IC數(shù)。
[0118]例如，在圖6的電路中，包括點校正、故障設(shè)置和故障報告的協(xié)議包括每雙通道驅(qū)動器IC88位，即每通道或LED串44位。如果控制16串LED的8個雙通道驅(qū)動器IC被連接成單個SLI總線回路，則在每個Vsyn。時段移出接口 IC并通過SLI總線的總位數(shù)為8乘以88或704位，小于千位。如果SLI總線的時鐘頻率為10MHz，則整個數(shù)據(jù)流可以被定時在70.4微秒通過每個驅(qū)動器IC并到每個通道或每通道4.4微秒。
[0119]雖然串行數(shù)據(jù)總線以“電子”數(shù)據(jù)速率，即使用MHz時鐘和兆位每秒的數(shù)據(jù)速率通信，但是用于控制改變LCD顯示器面板上的圖像的Vsyn?；颉皫彼俾室月枚嗟牟秸{(diào)發(fā)生，因為人眼無法察覺快速改變圖像。雖然大多數(shù)人意識不到60Hz幀速率的閃爍，即每秒60個圖像幀，但是在A對B比較中，對于許多人120Hz的TV圖像顯得比60Hz的TV圖像更“清晰”，但在僅使用直接比較的情況下。在甚至更高的Vsyne速率處，例如240Hz及以上，僅“玩家”和視頻顯示器“專家”聲稱看到任何改進，主要表現(xiàn)為減少的運動模糊。電子數(shù)據(jù)速率和相對緩慢的視頻幀速率之間的大比率使得至背光LED驅(qū)動器的串行總線通信成為可能。
[0120]例如，在60Hz處，每一AVsyne時段消耗16.7毫秒，比將全部數(shù)據(jù)發(fā)送到全部驅(qū)動器-1C所需的時間更長的數(shù)量級。即使在以8X掃描速率運行的最先進的TV中并且在3D模式中，在960Hz每個Vsyne時段消耗1.04毫秒，意味著可以實時控制高達236個通道。該通道數(shù)s大大地超過甚至最大的HDTV的驅(qū)動器需求。
[0121]在圖6的SLI總線移位寄存器90A中使用的88位每雙通道“胖”協(xié)議使得接口 IC能夠在每一個Vsyn。時段期間寫入或讀取每一個通道的每一個寄存器中的全部數(shù)據(jù)一次。術(shù)語“胖”指的是用于控制每個通道的數(shù)字字的內(nèi)容。胖協(xié)議需要在從接口 IClOl傳送到驅(qū)動器IC81A-81H之一的每一個數(shù)據(jù)分組中指定每一個變量和寄存器，即使與在前的數(shù)據(jù)分組沒有任何改變。
[0122]如果使用減少的數(shù)據(jù)協(xié)議，即每通道需要更少位的協(xié)議，則將數(shù)據(jù)發(fā)送到每一個通道花費甚至更少的時間。因為胖協(xié)議由于相對較慢的Vsyn。刷新速率而沒有時序限制，所以沒有數(shù)據(jù)速率優(yōu)勢。然而，在串行通信協(xié)議中使用更少位確實減小了驅(qū)動器IC中數(shù)字移位寄存器和數(shù)據(jù)鎖存器的大小，減小芯片面積和降低整個系統(tǒng)成本。
[0123]例如，圖7的包括LED驅(qū)動器IC251A-251H和接口 IC252的LED驅(qū)動器系統(tǒng)250中示出用于SLI總線的使用64位而非88位的替換數(shù)據(jù)協(xié)議。如通過數(shù)據(jù)序列253所示，該協(xié)議仍使用12位用于PWM亮度占空系數(shù)，12位用于相位延遲，8位用于故障設(shè)置以及4位用于故障狀態(tài)，但其省略12位點校正數(shù)據(jù)。作為結(jié)果，在該實現(xiàn)方式中，每一個LED串的單個信道電流設(shè)置和亮度校正不可用。
[0124]在LCD面板制造中，許多制造商認為針對均勻亮度電子校準顯示器太過昂貴，因此并非商業(yè)上實用的。全局顯示器亮度仍然可以通過調(diào)節(jié)面板的電流設(shè)置電阻器(諸如圖6中示出的設(shè)置電阻器204)的值而校準，但背光亮度的均勻性不能通過微控制器或接口IC控制。改為，面板制造商將他們的LED電源手動“分類”為具有相似亮度和色溫的LED箱(bin) ο
[0125]應(yīng)注意，從SLI總線協(xié)議移除點數(shù)據(jù)不能避免整體顯示亮度控制或校準。調(diào)整系統(tǒng)的全局參考電壓Vref仍然可以執(zhí)行全局調(diào)光和全局電流控制。例如，在圖6中示出的系統(tǒng)中，調(diào)整Vref的值影響由參考電流源217產(chǎn)生的參考電流IMf的值。如果參考電壓Vref由全部驅(qū)動器IC共享，則調(diào)整Vref將獨立于PWM調(diào)光控制，均勻地影響每一個驅(qū)動器IC并且因此影響面板的整體亮度。
[0126]返回到圖7，系統(tǒng)250示出從公共系統(tǒng)接口 IC252至串聯(lián)連接的8個驅(qū)動器IC251A-251H串的SLI總線數(shù)據(jù)通信。如所示，接口 IC252的SL1-總線串行輸出SO生成脈沖序列并且與串行時鐘引腳SC上的時鐘脈沖同步地將那些脈沖饋送至驅(qū)動器IC251A的輸入引腳。驅(qū)動器IC251A的SLI總線串行輸出依次將其內(nèi)部移位寄存器數(shù)據(jù)發(fā)送出它的SO引腳并到驅(qū)動器IC251B的SI輸入引腳中。類似地，驅(qū)動器IC251B的SO輸出連接至驅(qū)動器IC251C的輸入引腳，以此類推，共同形成“數(shù)字”菊花鏈。鏈中的最后的驅(qū)動器251H將其SLI總線數(shù)據(jù)從其SO引腳發(fā)送回到接口 IC252的SI引腳以完成回路。
[0127]在系統(tǒng)250的操作中，接口 IC252響應(yīng)于其在其SPL總線接口上接收到的指令向系統(tǒng)的標(biāo)量或視頻IC將數(shù)據(jù)發(fā)送出其SO引腳。用于每一個驅(qū)動器IC和LED串的數(shù)據(jù)順次從接口 IC252的SO輸出定時進入每一個驅(qū)動器IC251A-251H。全部數(shù)據(jù)必須在一個單一Vsync時段內(nèi)發(fā)送到全部驅(qū)動器1C。因為SLI總線是串行協(xié)議，所以從接口 IC252發(fā)送出的第一數(shù)據(jù)表不用于控制驅(qū)動器IC251H的位。在64個時鐘脈沖之后,去往驅(qū)動器IC251H的數(shù)據(jù)存在于驅(qū)動器IC251A的SLI總線移位寄存器中。然后，接口 IC252與SC時鐘引腳上的另外的64個脈沖同步地在其SO引腳上輸出用于驅(qū)動器IC251G的數(shù)據(jù)。在這64個時鐘脈沖期間，意在驅(qū)動器IC251H的數(shù)據(jù)從驅(qū)動器IC251A內(nèi)的SLI總線移位寄存器移動并且暫時進入驅(qū)動器IC251B內(nèi)的SLI總線移位寄存器中。重復(fù)該過程，直到最后與SC時鐘上的最后64個脈沖同步地在接口 IC252的SO引腳上輸出用于驅(qū)動器IC251A的數(shù)據(jù)。
[0128]在給定Vsyne時段的最后64位“寫周期”中，用于驅(qū)動器IC251A的數(shù)據(jù)從SO引腳輸出并加載到驅(qū)動器IC251A內(nèi)的SLI總線移位寄存器中，用于驅(qū)動器IC251B的數(shù)據(jù)從驅(qū)動器IC251A內(nèi)的SLI總線移位寄存器移動并進入驅(qū)動器IC251B的SLI總線移位寄存器中，以此類推。類似地，在寫周期的這個最后64位期間，用于驅(qū)動器IC251H的數(shù)據(jù)從驅(qū)動器IC251G內(nèi)的SLI總線移位驅(qū)動器移動到驅(qū)動器IC251H的SLI總線移位驅(qū)動器中。因此，在在SC引腳上的8 X 64個時鐘脈沖或512個脈沖之后，全部數(shù)據(jù)已被加載到對應(yīng)驅(qū)動器IC的SLI總線移位寄存器中。然而，該數(shù)據(jù)還未控制LED串的操作。
[0129]僅在向驅(qū)動器IC供應(yīng)下一個Vsyn。脈沖之后，才從SLI總線移位寄存器復(fù)制此新加載的數(shù)據(jù)到其對應(yīng)驅(qū)動器IC的有效鎖存器中用于控制LED亮度、時序和故障管理。具體地，在驅(qū)動器IC251A內(nèi)的SLI總線移位寄存器中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到影響由通道A和B控制的LED串的操作的有源鎖存器中，在驅(qū)動器IC251B內(nèi)的SLI總線移位寄存器中的數(shù)據(jù)被復(fù)制到影響由通道C和D控制的LED串的操作有源鎖存器中，以此類推。其后，SLI總線移位寄存器準備好對于下一個Vsyn。時段重寫新數(shù)據(jù)。對于當(dāng)前Vsyn。時段的其余時間，將根據(jù)先于最后的Vsyn。脈沖接收到的數(shù)據(jù)來控制LED串。
[0130]以該方式，SLI總線數(shù)據(jù)通信時序和定時與系統(tǒng)的Vsyn。時段和開始每一個Vsyn。時段的Vsyn。脈沖異步。也就是說，在顯示器的觀看者沒有意識到正在進行的多芯片交互或改變LED設(shè)置的情況下，來自接口 IC252的數(shù)據(jù)可以通過SLI總線更快或更慢地發(fā)送到驅(qū)動器IC251A-251H，直到下一個Vsyne脈沖到來。唯一的時序要求是接口 IC252能夠在單個Vsync時段之內(nèi)經(jīng)由其SPI總線輸入從視頻控制器或標(biāo)量IC接收其指令，解釋那些指令和在其SLI總線的SO引腳上輸出通道特定的信息用于每一個驅(qū)動器1C。如前所述，因為接收這種指令所需的時間比Vsyn。時段短得多，所以該時序要求在顯示器的操作中不施加任何限制。
[0131]圖7還示出故障設(shè)置數(shù)據(jù)寄存器可以包括各種數(shù)據(jù)，包括用于調(diào)整用于檢測短路的LED的電壓的數(shù)據(jù)(SLED設(shè)置碼)、用于設(shè)置用于忽略從短路的LED檢測輸出的故障的時間段的數(shù)據(jù)(短路的LED故障消隱)、設(shè)置用于忽略從開路的LED檢測輸出的故障的時間段的數(shù)據(jù)(開路LED故障消隱)和清除先前報告的開路和短路的LED故障寄存器的數(shù)據(jù)(開路CLR和短路CLR)。SLI總線協(xié)議不限于實現(xiàn)特定故障相關(guān)功能或特征。
[0132]系統(tǒng)250還示出通過將菊花鏈中的最后的驅(qū)動器IC (驅(qū)動器IC251H)的SO輸出連接到接口 IC252的SI輸入而將SLI總線實現(xiàn)為回路的故障讀回能力。當(dāng)將來自接口 IC252的數(shù)據(jù)寫入驅(qū)動器IC251A-251H中時，SLI總線移位寄存器內(nèi)存在的數(shù)據(jù)以每一個SC時鐘脈沖通過菊花鏈前進。如果SLI總線移位寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)包括由驅(qū)動器IC251A-251H中的一個寫入的故障檢測數(shù)據(jù)，則使該數(shù)據(jù)定時通過回路并回到接口 IC252中有助于一種方法，通過該方法驅(qū)動器IC251A-251H之一中的特定的故障情形可以報告回接口 IC252并通過SPI總線至系統(tǒng)的其他組件。接口 IC252對故障信息做什么取決于其設(shè)計且并不由SLI總線協(xié)議或硬件限制。
[0133]多通道驅(qū)動器能力和限制
[0134]雖然示出的示例描述雙通道驅(qū)動器1C，但是所公開的驅(qū)動器構(gòu)思和架構(gòu)可以在除了驅(qū)動器IC的功率消耗和溫度約束、封裝以及印刷電路板設(shè)計的限制的情況下無限地擴展到更大數(shù)量的集成通道。
[0135]圖8中示出與所公開的架構(gòu)一致的多通道LED驅(qū)動器的一個示例。類似于圖3B的雙通道驅(qū)動器，四LED驅(qū)動器IC301分別將高電壓陷電流DM0SFET307A-307D的四通道與高電壓二極管308A-308D集成。陷電流DM0SFET307A-307D由1-精確柵極驅(qū)動器電路306A-306D控制以控制LED串303A-303D中的電流，校準到電流設(shè)置電阻器302。如同系統(tǒng)中的其他驅(qū)動器1C，驅(qū)動器IC301包括偏置電源304、模擬控制和感測(AC&S)電路310，以及數(shù)字控制和時序(DC&T)電路310。
[0136]除了使雙通道版本中的1-精確柵極驅(qū)動器電路和陷電流DMOSFET的數(shù)量加倍，四LED驅(qū)動器301在AC&S電路310和DC&T電路309中需要額外的鎖存器和電路以支持額外的通道。溫度保護電路不需要加倍，因為每個驅(qū)動器IC 一個足夠。大量區(qū)域也用于SLI總線寄存器311，其必須在尺寸上加倍以支持4個通道而非2個。
[0137]圖9中示出4-通道SLI總線移位寄存器311的實施例。4_通道SLI總線移位寄存器311包括176位，使圖6的雙通道系統(tǒng)中的SLI總線移位寄存器90A的數(shù)據(jù)存儲容量加倍。作為結(jié)果，整個數(shù)據(jù)流長度加倍，包括PWM、相位、點和故障數(shù)據(jù)，但不需要改變SLI總線協(xié)議。一些故障數(shù)據(jù)是雙重的，例如存儲在4-位故障狀態(tài)寄存器354和355中的溫度故障數(shù)據(jù)，但是通過消除冗余位而使其成為可能的晶片面積節(jié)約通常不值得由改變協(xié)議施加的復(fù)雜度。
[0138]因而，通過利用其中每次從接口 IClOl向LED驅(qū)動器IC81A-81H寫入數(shù)據(jù)時為菊花鏈中的每一個寄存器發(fā)送全部數(shù)據(jù)的“胖” SLI總線協(xié)議，集成到LED驅(qū)動器IC的通道數(shù)可以僅通過按比例地擴展SLI總線移位寄存器90A-90H以容納適當(dāng)數(shù)量的集成通道而擴充。
[0139]然而，胖SLI總線協(xié)議有幾個缺點。具體地，即使當(dāng)數(shù)據(jù)沒有改變時，接口 IClOl也保持在SLI總線113上反復(fù)移出相同數(shù)據(jù)至全部驅(qū)動器IC81A-81H的繁重任務(wù)。此外，多通道LED驅(qū)動器81A-81H中的移位寄存器90A-90H相對較大，并且它們占據(jù)大量晶片范圍。
[0140]這些缺點可以通過減少發(fā)送的數(shù)據(jù)大小使得僅需要重寫視頻幀接視頻幀改變的鎖存數(shù)據(jù)的SLI總線協(xié)議克服。
[0141]例如，在圖6中示出的LED驅(qū)動器81中，即使當(dāng)沒有改變時，加載到移位寄存器90A中的數(shù)據(jù)也至少每個Vsyne時段一次地被分別寫入鎖存器&計數(shù)器210A和210B中的鎖存器211A、212A、211B和212B，D/A轉(zhuǎn)換器213A和213B以及故障鎖存器電路214中或從其中讀取。未改變的數(shù)據(jù)的重復(fù)發(fā)送和重新發(fā)送是低效、累贅和可能昂貴的，浪費總線帶寬，以普通任務(wù)占用系統(tǒng)，并且使用過大的位移寄存器消耗娃不動產(chǎn)(silicon real estate)。
[0142]改進的串行照明接口總線
[0143]通過串行總線發(fā)送長數(shù)字字或指令的局限性和缺點可以通過將“鎖存器地址”或“前綴”添加到串行照明接口總線協(xié)議并在每次SLI總線通信中嵌入它來規(guī)避。當(dāng)結(jié)合解碼和復(fù)用SLI總線數(shù)據(jù)的電路時，嵌入的前綴信息使得數(shù)據(jù)僅被路由至特定目標(biāo)鎖存器。
[0144]通過僅將數(shù)據(jù)專門發(fā)送至需要更新的鎖存器，“前綴復(fù)用”或“瘦” SLI總線架構(gòu)避免對于重復(fù)和不必要地重新發(fā)送數(shù)字數(shù)據(jù)，尤其是重新發(fā)送保持不變或不頻繁改變的冗余數(shù)據(jù)的需要。在操作中，在初始設(shè)置之后，僅重寫需要改變的鎖存器。
[0145]當(dāng)系統(tǒng)第一次初始化時，包含固定數(shù)據(jù)的鎖存器僅寫入一次，并且其后不需要通過SLI總線與系統(tǒng)IC的后續(xù)通信。因為僅更新改變的鎖存器，所以大大減少在SLI總線上發(fā)送的數(shù)據(jù)量。該方法與“胖” SLI總線方法相比，提供若干明顯優(yōu)點，即:
[0146]?大大減少集成SLI總線移位寄存器所需的位數(shù)，節(jié)省晶片面積并降低成本，特別是在較小的(例如，2-通道)LED驅(qū)動器IC中
[0147]?以任何給定時鐘速率的SLI總線的有效帶寬增加，因為不重復(fù)發(fā)送冗余數(shù)據(jù)
[0148].SLI總線協(xié)議可以在不喪失多用性的情況下使用固定字長和函數(shù)標(biāo)準化
[0149]在圖10的示意電路圖中示出的LED驅(qū)動器IC81的實施例中示出前綴復(fù)用SLI總線的示例。除了可替換的LED驅(qū)動器IC81，圖10還示出包含16位前綴寄存器312和16位數(shù)據(jù)寄存器313的SLI總線410，以及前綴解碼器&復(fù)用器(mux)電路419。數(shù)據(jù)寄存器313中的數(shù)據(jù)分別被路由到鎖存器&計數(shù)器A410A以及鎖存器&計數(shù)器B410B中的D鎖存器41IA和41IB以及Φ鎖存器412A和412B、到數(shù)字控制和時序(DC&T)電路402中的D/A轉(zhuǎn)換器413A和413B之一、或到模擬控制和感測(AC&S)電路403中的故障鎖存器電路414。前綴 解碼器和復(fù)用器電路419根據(jù)包含在前綴寄存器312中的路由方向進行這些數(shù)據(jù)傳輸。因此前綴解碼器&復(fù)用器電路419對存儲在前綴寄存器312中的16-位字解碼并將存儲在數(shù)據(jù)寄存器313中的16-位數(shù)據(jù)復(fù)用到DC&T電路402和AC&S電路403中的適當(dāng)D、Φ或點鎖存器中。
[0150]在故障鎖存器電路414的情況中，復(fù)用器419雙向操作，允許存儲在數(shù)據(jù)寄存器313中的數(shù)據(jù)被寫入到故障鎖存器電路414中，或相反地，允許存儲在故障鎖存器電路414中的數(shù)據(jù)被寫入到數(shù)據(jù)寄存器313中。
[0151]在圖10中示出的實施例中，前綴復(fù)用SLI總線協(xié)議使用32位字，即存儲在前綴寄存器312中的字長度為16位，并且存儲在數(shù)據(jù)寄存器313中的字長度也為16位，有助于唯一地將高達65，536種組合的變量寫到65，536個不同的鎖存器中的一個或從其讀取。這提供尋址大量鎖存器的靈活性和維持短字長和較小SLI總線移位寄存器尺寸之間的良好平衡的折中，并且提供靈活性和可擴展性兩者。
[0152]盡管有助于大量組合，但并非需要使用SLI總線410中的所有數(shù)據(jù)。如果LED驅(qū)動IC81包含更少的功能鎖存器和通道，則少于16位的前綴字需要被解碼。同樣，如果要求更低的精度，則少于16位的數(shù)據(jù)字需要被傳輸?shù)侥繕?biāo)鎖存器中。例如，如果包含在數(shù)據(jù)寄存器313中的數(shù)據(jù)是PWM亮度占空系數(shù)，則12位數(shù)據(jù)可以被復(fù)用并加載到D鎖存器41IA中，而如果寄存器313中的數(shù)據(jù)是LED電流“點”設(shè)置，則與D/A轉(zhuǎn)換器413A相關(guān)聯(lián)的點寄存器可能僅需要8位。
[0153]所以在前綴復(fù)用SLI總線中，數(shù)據(jù)以順序的方式一次一位地通過接口 IClOl重復(fù)寫入數(shù)據(jù)寄存器312中，并且然后被復(fù)用到DC&T電路402和AC&S電路403中的若干功能鎖存器之一中。在圖10的實施例中，數(shù)據(jù)寄存器313中的數(shù)據(jù)散開(fanout)到具有不同功能角色的7個不同功能鎖存器中。
[0154]圖10中示出的“瘦”前綴復(fù)用SLI總線410與圖6中示出的“胖”SLI總線90A形成鮮明對比，其中SLI總線移位寄存器90A中的每一個寄存器與LED驅(qū)動器IC81中的功能鎖存器具有一一對應(yīng)，例如PWM A寄存器220A傳輸數(shù)據(jù)到D鎖存器21IA中，相位A寄存器221A傳輸數(shù)據(jù)到Φ鎖存器212A中，依此類推。這種一一對應(yīng)使得將胖SLI總線架構(gòu)縮放為更大通道數(shù)的驅(qū)動IC成問題且成本高。
[0155]前綴復(fù)用SLI總線的散開能力因此提供實現(xiàn)胖SLI總線協(xié)議的多通道LED驅(qū)動器IC的更多用的、低成本的方法。出于此及下面要考慮的其他原因，前綴復(fù)用SLI總線代表改進的串行照明接口總線協(xié)議、架構(gòu)和物理接口。
[0156]圖11中示出前綴復(fù)用SLI總線方法的進一步改進。在該示例中，SLI總線311中的16位前綴寄存器被細分成兩個8位前綴寄存器312C和312F，其分別存儲通道和功能前綴信息。數(shù)據(jù)寄存器313保持不變。如圖所示，前綴解碼器451具有兩個輸出，選擇控制哪一個LED通道的通道選擇輸出453，以及選擇詢問哪一個功能鎖存器，即向哪一個功能器寫入或從其讀取的功能選擇輸出452。
[0157]前綴解碼器451使用輸出453中的通道選擇信號選擇許多通道457中的一個；前綴解碼器451然后使用輸出452中的功能選擇信號選擇要被控制的功能(例如，PWM或相位)。復(fù)用器電路454然后將來自數(shù)據(jù)寄存器313的數(shù)據(jù)寫入選擇的特定信道457中的控制模擬或數(shù)字功能456的鎖存器455中。
[0158]以該方式，通過共享的SLI總線311，LED驅(qū)動器IC內(nèi)的任何數(shù)量的通道，即任何數(shù)量的LED串，可以實時地獨立控制，有助于每一個控制功能的精確調(diào)整，而不需要大的移位寄存器或長數(shù)字字。
[0159]在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，SLI總線311內(nèi)的前綴(ch)、前綴(fcn)和數(shù)據(jù)寄存器311存儲包含16位數(shù)據(jù)的32位字(即，16位未使用)。該字因此能夠?qū)ぶ?56個通道中的任何一個的256個不同的功能之一。因為可能的組合數(shù)大大超過單個LED驅(qū)動器IC中需要的通道和功能數(shù)，所以改進的SLI總線協(xié)議并不限于這里描述的LED驅(qū)動器示例。然而，在單個LED驅(qū)動器IC中，可以通過僅解碼可能的數(shù)字鎖存器地址的子集來限制組合數(shù)，將相關(guān)聯(lián)的電路尺寸減至最小。因為每一個LED驅(qū)動IC僅需要一個32位移位寄存器，因此在優(yōu)選的32位SLI總線協(xié)議中的額外的、未使用的位不會浪費大量晶片面積。
[0160]作為減少解碼的位數(shù)的示例，對通道前綴寄存器312C的兩個最低有效位(LSB)和功能前綴寄存器312F的兩個LSB解碼僅利用32位移位寄存器容易地適應(yīng)圖8的四LED驅(qū)動器301，比如圖9中示出的胖SLI總線協(xié)議所需要的176位移位寄存器311小得多。在作為一種可能的實現(xiàn)方式的下表中描述4-通道LED驅(qū)動器解碼。
[0161]
【權(quán)利要求】
1.一種用于控制視頻顯示器中的多個LED串的系統(tǒng)，包括: 多個LED驅(qū)動器集成電路(IC)，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個連接到所述LED串中的至少兩個，所述LED串中的每一個表示通道； 串行照明接口總線，所述串行照明接口總線包括在所述LED驅(qū)動器IC中的每一個中的串行移位寄存器，所述串行移位寄存器連接在菊花鏈中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個中的所述串行移位寄存器包括前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，所述LED驅(qū)動器IC的每一個中的所述前綴寄存器用于保存識別通道和/或通道內(nèi)的功能的數(shù)據(jù)，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個中的所述數(shù)據(jù)寄存器用于保存表示功能的值的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括接口1C、分別連接到所述接口 IC以形成回路的第一 LED驅(qū)動器IC和最后的LED驅(qū)動器1C。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，通道中的所述功能包含由連接到LED串的開關(guān)的占空系數(shù)、所述開關(guān)的相位延遲和在所述LED串中的電流大小組成的組中的一個或多個。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，通道中的所述功能包含由定義何時LED被開路的故障標(biāo)準、定義何時LED被短路的故障標(biāo)準以及定義LED驅(qū)動器IC中的過溫情形的故障標(biāo)準組成的組中的一個或多個。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括解碼器和復(fù)用器，所述前綴寄存器耦接到所述解碼器，所述解碼器的輸出端子耦接到所述復(fù)用器。
6.如權(quán)利要求5所述 的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于保存表示通道中的功能的值的數(shù)據(jù)的鎖存器，所述復(fù)用器的輸出端子耦接到所述鎖存器。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于控制功能的控制器件，所述鎖存器的輸出端子耦接到所述控制器件。
8.如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括連接到LED串的開關(guān)，所述控制器件用于控制由所述開關(guān)的占空系數(shù)、所述開關(guān)的相位延遲和在所述LED串中的電流大小組成的組中的一個或多個。
9.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于定義故障情形的故障設(shè)置器件，所述復(fù)用器的輸出耦接到所述故障設(shè)置器件。
10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述故障情形包括由LED驅(qū)動器IC中的開路的LED、短路的LED和過溫情形組成的組中的一個或多個。
11.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述前綴寄存器包括通道前綴寄存器和功能前綴寄存器，所述通道前綴寄存器用于保存識別通道的數(shù)據(jù)，所述功能前綴寄存器用于保存識別功能的數(shù)據(jù)。
12.如權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括解碼器和復(fù)用器，所述通道前綴寄存器和所述功能前綴寄存器耦接到所述解碼器，所述解碼器的輸出端子耦接到所述復(fù)用器。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于保存表示通道中的功能的值的數(shù)據(jù)的鎖存器，所述復(fù)用器的輸出端子耦接到所述鎖存器。
14.如權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于保存表示通道中的功能的值的所述數(shù)據(jù)的鎖存器，所述復(fù)用器的輸出端子耦接到所述鎖存器。
15.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于控制功能的控制器件，所述鎖存器的輸出端子耦接到所述控制器件。
16.如權(quán)利要求15所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括連接到LED串的開關(guān)，所述控制器件用于控制由所述開關(guān)的占空系數(shù)、所述開關(guān)的相位延遲和所述LED串中的電流大小組成的組中的一個或多個。
17.如權(quán)利要求16所述的系統(tǒng)，其中，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個還包括用于定義故障情形的故障設(shè)置器件、所述復(fù)用器的輸出耦接到所述故障設(shè)置器件。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述故障情形包括由LED驅(qū)動器IC中的開路的LED、短路的LED和過溫情形組成的組中的一個或多個。
19.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其中，所述鎖存器為有效鎖存器，所述系統(tǒng)還包括連接在所述復(fù)用器和所述有 效鎖存器之間的預(yù)加載鎖存器。
20.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述視頻顯示器是電視。
21.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述視頻顯示器是液晶顯示器。
22.—種LED驅(qū)動器集成電路(1C)，所述LED驅(qū)動器IC連接到視頻顯示器中的一個或多個LED串，所述LED串中的每一個表示通道，所述LED驅(qū)動器IC包括: 前綴寄存器，其用于保存識別通道和/或通道內(nèi)的功能的數(shù)據(jù)；以及 數(shù)據(jù)寄存器，其用于保存表示功能的值的數(shù)據(jù)。
23.如權(quán)利要求22所述的LED驅(qū)動器1C，還包括解碼器和復(fù)用器，所述前綴寄存器耦接到所述解碼器，所述解碼器的輸出端子耦接到所述復(fù)用器。
24.如權(quán)利要求23所述的LED驅(qū)動器1C，還包括用于保存表示通道中的功能的值的數(shù)據(jù)的鎖存器，所述復(fù)用器的輸出端子耦接到所述鎖存器。
25.如權(quán)利要求24所述的LED驅(qū)動器1C，還包括用于控制功能的控制器件，所述鎖存器的輸出端子耦接到所述控制器件。
26.如權(quán)利要求25所述的LED驅(qū)動器1C，還包括連接到LED串的開關(guān)，所述控制器件用于控制由所述開關(guān)的占空系數(shù)、所述開關(guān)的相位延遲和在所述LED串中的電流大小組成的組中的一個或多個。
27.如權(quán)利要求26所述的LED驅(qū)動器1C，還包括用于定義故障情形的故障設(shè)置器件，所述復(fù)用器的輸出耦接到所述故障設(shè)置器件。
28.如權(quán)利要求27所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述故障情形包括由LED驅(qū)動器IC中的開路的LED、短路的LED和過溫情形組成的組中的一個或多個。
29.如權(quán)利要求23所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述解碼器包括第一組大小比較器以及第二組大小比較器，所述第一組大小比較器中的每一個的輸入端子連接到所述通道前綴寄存器中的位存儲位置，所述第二組大小比較器中的每一個的輸入端子連接到所述功能前綴寄存器中的位存儲位置。
30.如權(quán)利要求29所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述解碼器還包括一組與門，所述第一和第二組大小比較器中的每一個的輸出端子連接到所述與門中的一個的輸入端子。
31.如權(quán)利要求30所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述復(fù)用器包括一組MOSFET開關(guān)，所述與門中的每一個的輸出端子耦接到所述MOSFET開關(guān)中的一個的柵極端子。
32.如權(quán)利要求31所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述數(shù)據(jù)寄存器中的位存儲位置連接到所述MOSFET開關(guān)中的一個的第一主要端子，所述MOSFET開關(guān)的第二主要端子連接到所述鎖存器中的一個中的位存儲位置。
33.如權(quán)利要求24所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述鎖存器為有效鎖存器，所述系統(tǒng)還包括連接在所述復(fù)用器和所述有效鎖存器之間的預(yù)加載鎖存器。
34.如權(quán)利要求22所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述視頻顯示器是電視。
35.如權(quán)利要求22所述的LED驅(qū)動器1C，其中，所述視頻顯示器是液晶顯示器。
36.一種控制視頻顯示器中的LED串的方法，包括: 將識別所述LED串內(nèi)的功能的數(shù)字數(shù)據(jù)移位到前綴寄存器中； 將表示所述功能的值的數(shù)字數(shù)據(jù)移位到數(shù)據(jù)寄存器中；以及 使用所述識別功能的數(shù)據(jù)以將所述功能的所述值應(yīng)用于所述LED串。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，使用所述數(shù)據(jù)包括將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到有效鎖存器。
38.如權(quán)利要求37所述的方法，包括與Vsyn。信號同步地將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到所述有效鎖存器，所述Vsyn。信號定義所述視頻顯示器的幀速率。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，使用所述數(shù)據(jù)包括將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到預(yù)加載鎖存 器，并且隨后將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到有效鎖存器。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，包括以第一速率將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到預(yù)加載鎖存器，并且以第二速率將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到所述有效鎖存器，所述第一速率大于所述第二速率。
41.如權(quán)利要求39所述的方法，包括與Vsync信號同步地將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到所述有效鎖存器，所述Vsyn。信號定義所述視頻顯示器的幀速率。
42.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述視頻顯示器是電視。
43.如權(quán)利要求36所述的方法，其中，所述視頻顯示器是液晶顯示器。
44.一種控制視頻顯示器中的多個LED串的方法，所述LED串中的每一個與通道相關(guān)聯(lián)，所述方法包括: 將識別所述通道中的一個的數(shù)字數(shù)據(jù)移位到通道前綴寄存器中； 將識別所述通道中的一個內(nèi)的功能的數(shù)字數(shù)據(jù)移位到功能前綴寄存器中； 將表示所述通道中的一個內(nèi)的所述功能的值的數(shù)字數(shù)據(jù)移位到數(shù)據(jù)寄存器中；以及 使用識別所述通道中的所述一個的所述數(shù)據(jù)和識別所述通道中的所述一個內(nèi)的所述功能的所述數(shù)據(jù)，以將所述功能的所述值應(yīng)用于與所述通道中的所述一個相關(guān)聯(lián)的LED串O
45.如權(quán)利要求44所述的方法，包括將所述數(shù)字數(shù)據(jù)移位通過多個通道前綴寄存器、多個功能前綴寄存器和多個數(shù)據(jù)寄存器以控制所述多個LED串。
46.如權(quán)利要求45所述的方法，其中，所述通道前綴寄存器、所述功能前綴寄存器和所述數(shù)據(jù)寄存器在菊花鏈中串行連接。
47.如權(quán)利要求46所述的方法，其中，所述菊花鏈在接口IC處開始和結(jié)束，使得當(dāng)將數(shù)據(jù)移位通過所述通道前綴寄存器、所述功能前綴寄存器和所述數(shù)據(jù)寄存器時將數(shù)據(jù)移位回所述接口 1C。
48.如權(quán)利要求47所述的方法，其中，第一通道前綴寄存器、第一功能前綴寄存器和第一數(shù)據(jù)寄存器與第一組通道相關(guān)聯(lián)，并且第二通道前綴寄存器、第二功能前綴寄存器和第二數(shù)據(jù)寄存器與第二組通道相關(guān)聯(lián)。
49.如權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述第一通道前綴寄存器、所述第一功能前綴寄存器和所述第一數(shù)據(jù)寄存器包含在第一 LED驅(qū)動器IC內(nèi)，并且所述第二通道前綴寄存器、所述第二功能前綴寄存器和所述第二數(shù)據(jù)寄存器包含在第二 LED驅(qū)動器IC內(nèi)。
50.如權(quán)利要求46所述的方法，其中，所述通道前綴寄存器、所述功能前綴寄存器和所述數(shù)據(jù)寄存器在多個LED驅(qū)動器IC中形成，所述LED驅(qū)動器IC中的每一個包括通道前綴寄存器、功能前綴寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。
51.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述功能包括由連接到所述LED串的開關(guān)的占空系數(shù)、所述開關(guān)的相位延遲和通過所述LED串的電流大小組成的組中的一個。
52.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述功能包含故障情形的定義，所述故障情形包含由開路的LED、短路的LED和過溫情形組成的組中的一個或多個。
53.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，使用所述數(shù)據(jù)包括將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制數(shù)據(jù)到鎖存器。
54.如權(quán)利要求53所述的方法，包括與Vsyn。信號同步地將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到所述鎖存器，所述Vsyn。信號定義所述視頻顯示器的幀速率。
55.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，使用所述數(shù)據(jù)包括將數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到預(yù)加載鎖存器，并且隨后將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到有效鎖存器。
56.如權(quán)利要求55所述的 方法，包括以第一速率將所述數(shù)據(jù)從所述數(shù)據(jù)寄存器復(fù)制到所述預(yù)加載鎖存器，并且以第二速率將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到所述有效鎖存器，所述第一速率大于所述第二速率。
57.如權(quán)利要求56所述的方法，包括與Vsyn。信號同步地將所述數(shù)據(jù)從所述預(yù)加載鎖存器復(fù)制到所述有效鎖存器，所述Vsyn。信號定義所述視頻顯示器的幀速率。
58.如權(quán)利要求44所述的方法，包括將所述數(shù)字數(shù)據(jù)移位通過多個通道前綴寄存器、多個功能前綴寄存器和多個數(shù)據(jù)寄存器，以控制所述多個LED串中的多個功能，所述方法還包括: 在初始化階段期間將用于第一組所述功能的數(shù)據(jù)移位到所述數(shù)據(jù)寄存器中；以及 在更新階段期間將用于第二組所述功能的數(shù)據(jù)移位到所述數(shù)據(jù)寄存器中，其中所述第一組大于所述第二組。
59.如權(quán)利要求58所述的方法，其中，所述第一組功能包括在全部所述通道中的全部所述功能。
60.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述視頻顯示器是電視。
61.如權(quán)利要求44所述的方法，其中，所述視頻顯示器是液晶顯示器。
【文檔編號】H05B33/08GK104011783SQ201280064344
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月24日
【發(fā)明者】R.K.威廉斯, K.丹格洛, D.A.布朗 申請人:先進模擬科技公司