電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置及l(fā)ed驅動器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置及LED驅動器，該算術運算裝置包括邊沿觸發(fā)運算單元、充電單元和初始化單元，充電單元根據(jù)電源線輸入的邊沿信號為邊沿觸發(fā)運算單元提供供電電平，且初始化單元根據(jù)供電電平對邊沿觸發(fā)運算單元進行初始化。LED驅動器包括電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置和用于根據(jù)電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置的運算結果驅動LED的驅動單元。本發(fā)明利用電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，對電源線輸入的邊沿信號進行運算實現(xiàn)對驅動單元的控制進而驅動LED完成七彩發(fā)光，只需要一根電源線和地線，不需要額外信號線，有利于電路實現(xiàn)LED驅動器芯片。
【專利說明】電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置及LED驅動器

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電路【技術領域】，具體涉及一種電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置及LED驅動器。

【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de, LED)廣泛應用于建筑照明、汽車頭尾燈、景觀燈、節(jié)日燈等。LED具有效率高、方向性良好、色彩穩(wěn)定性良好、可靠性高、壽命長，體積小、以及環(huán)境安全性等顯著優(yōu)點，尤其適合應用于景觀照明、節(jié)日燈照明。紅、綠、藍三色LED通過控制裝置可實現(xiàn)七彩色或者更多種顏色的控制，讓LED燈具呈現(xiàn)出精彩多姿的綺麗景象，其中控制裝置是LED照明系統(tǒng)關鍵部分。
[0003]近年來，隨著集成電路技術及計算機技術的應用，基于DMX512協(xié)議、DALI協(xié)議、歸零碼協(xié)議等的LED控制方法在LED裝飾照明領域獲得較廣泛的應用，實現(xiàn)了 LED控制系統(tǒng)的數(shù)字化，提高了 LED控制系統(tǒng)的靈活度。
[0004]DMX512協(xié)議由美國劇場協(xié)會最早制定于1985年，物理層的設計采用RS-485收發(fā)器，總線用一對雙絞線實現(xiàn)調光臺與調光器連接。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，接收靈敏度高，而且抗干擾的能力強，信號傳輸距離可達千米。DMX512協(xié)議采用數(shù)字技術對實現(xiàn)調光設備的亮度調節(jié)，協(xié)議對燈光控制臺信息的數(shù)據(jù)格式以及物理層都做了嚴格的規(guī)定，給燈光控制提供了一個標準接口。由于DMX512協(xié)議具有廣泛的適用性，很快被全世界的制造商和用戶采用，幾乎所有的燈光控制臺和受控設備都兼容了 DMX512協(xié)議標準。
[0005]DALI是歐洲提出來的一種燈光控制總線方案，是用于照明系統(tǒng)控制的開放式異步串行數(shù)字通信協(xié)議。DALI系統(tǒng)采用主從式結構，系統(tǒng)最多可以連接64個從模塊，每個從模塊使用唯一的個體標識地址，該地址在系統(tǒng)初始化時設定，使用過程中根據(jù)需求可修改從模塊的地址。
[0006]目前也有采用歸零碼協(xié)議，在單根信號線上傳輸控制信號，通過設置紅、綠、藍LED的占空比實現(xiàn)多種顏色的控制。
[0007]現(xiàn)有的基于以上協(xié)議的控制裝置可以通過控制紅、綠、藍三色LED占空比獲得多種顏色效果，但都需要通過一根以上的信號線傳遞控制信號，不能通過電源線控制LED，不能應用到只有電源線、地線的產品場合。


【發(fā)明內容】

[0008]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置及LED驅動器。
[0009]一種電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，包括:
[0010]邊沿觸發(fā)運算單元，由電源線邊沿信號觸發(fā)進行算術運算，并輸出運算結果；
[0011]充電單元，用于根據(jù)電源線輸入的邊沿信號為邊沿觸發(fā)運算單元提供供電電平，當邊沿信號為高電平時充電，當邊沿信號為低電平時放電；
[0012]初始化單元，用于根據(jù)所述的供電電平對邊沿觸發(fā)運算單元進行初始化。
[0013]本發(fā)明的算術運算裝置中各個功能單元可以集成為計數(shù)芯片。
[0014]本發(fā)明中通過初始化，可以對邊沿觸發(fā)運算單元置任意數(shù)，根據(jù)需要設定，通常為置“零”(即清零)。
[0015]當電源線信號為高電平時，充電單元充電，當充電單元提供的電平達到高電平時，邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元上電成功。
[0016]為保證算術運算裝置正常工作，邊沿信號的低電平的持續(xù)時長必須小于充電單元的供電電平由高電平降低至低電平所需的時長。
[0017]所述的邊沿觸發(fā)運算單元包括η個并聯(lián)的D觸發(fā)器和一個η位算術邏輯單元，以各個D觸發(fā)器的輸出端輸出運算結果，其中:
[0018]各個D觸發(fā)器的觸發(fā)端分別與算術邏輯單元相應位的輸出端連接；
[0019]各個D觸發(fā)器的復位端與初始化單元連接，時鐘端與電源線連接；
[0020]算術邏輯單元的A組輸入端分別與相應位的D觸發(fā)器的輸出端連接，B組輸入端外接模式控制常量。
[0021]本發(fā)明中的算術邏輯單元可以為加法器、減法器，可以為乘法器或除法器。實際應用時模式控制常量可以固定不變，也可以外接模式選擇電路，由模式選擇電路對B組輸入進行置數(shù)，用戶根據(jù)需要通過模式選擇電路對模式控制常量進行置數(shù)，以使整個邊沿觸發(fā)運算單元以不同的方式進行運算。例如，在算術邏輯單元為加法器時，模式控制常量為2m(十進制表示，m為大于等于O且小于η的整數(shù))。當為m為O時模式控制常量為2°，邊沿觸發(fā)運算單元采用遞增方式進行計數(shù)；當!11為I時模式控制常量為21，邊沿觸發(fā)運算單元采用加2方式進行計數(shù)，運算結果(采用二進制表示)最低I位保持不變；當m為2時模式控制常量為22，邊沿觸發(fā)運算單元采用加4方式進行計數(shù)，運算結果(采用二進制表示)最低2位保持不變。
[0022]另外，在算術邏輯單元為加法器時，模式控制常量還可以設為2n_2m(十進制表示，m為大于等于O且小于η的整數(shù))。例如:當m為O時模式控制常量為2n_l，算術邏輯單元實際上加-1的補碼，邊沿觸發(fā)運算單元采用遞減方式進行計數(shù)；當m為I時模式控制常量為2n-2，算術邏輯單元實際上加-2的補碼，邊沿觸發(fā)運算單元采用減2方式進行計數(shù)，運算結果(采用二進制表示)最低I位保持不變；當m為2時模式控制常量為2n-4，算術邏輯單元實際上加-4的補碼，邊沿觸發(fā)運算單元采用減4方式進行計數(shù)，運算結果(采用二進制表示)最低2位保持不變。
[0023]可以看出，通過外接模式控制常量從而完成運算模式的多樣化，在LED彩燈上控制更加靈活，在LED彩燈控制領域更加具有應用競爭力。
[0024]未作特殊說明，本發(fā)明中的邊沿觸發(fā)運算單元的輸出具有高低位之分。第一個D觸發(fā)器是指根據(jù)邊沿觸發(fā)運算單元中最低位對應的D觸發(fā)器。相鄰兩個D觸發(fā)器中以相對低位的D觸發(fā)器作為前一個，相對高位的D觸發(fā)器作為后一個。相應的，對于算術邏輯單元，A組輸入和B組輸入中的各位也具有相應的高低位。
[0025]D觸發(fā)器可以為上升沿計數(shù)，也可以為下降沿計數(shù)，根據(jù)需求選擇。
[0026]D觸發(fā)器的個數(shù)越多，邊沿計數(shù)單元對應的計數(shù)范圍越大。作為優(yōu)選，所述的邊沿計數(shù)單元包括至少兩個并聯(lián)的D觸發(fā)器。進一步優(yōu)選，所述的邊沿計數(shù)單元包括2?200個并聯(lián)的D觸發(fā)器，即η的取值優(yōu)選為2?200。
[0027]所述的充電單元包括二極管，所述二極管的陽極與電源線連接，陰極通過一儲能元件接地，所述的充電單元通過二極管的陰極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
[0028]考慮到與COMS工藝的兼容性，作為優(yōu)選，所述的充電單元包括NPN三極管，所述NPN三極管的集電極和基極連接后與電源線連接，發(fā)射極通過一儲能元件接地，所述的充電單元通過NPN三極管的發(fā)射極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。作為優(yōu)選，所述的充電單元包括PNP三極管，所述PNP三極管的集電極和基極連接后通過一儲能元件接地，發(fā)射極與電源線連接，所述的充電單元通過PNP三極管的集電極或基極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
[0029]儲能元件應理解為可以進行充放電的電子元件。作為優(yōu)選，所述的儲能元件為充電電容或MOS管。由于充電電容與傳統(tǒng)的CMOS工藝不兼容，因此可以使用與CMOS工藝兼容性好的MOS管作為等效電容作為儲能元件，便于集成，使用MOS管時，該MOS管的源極和漏極短接，形成等效電容。
[0030]通過二極管防止充電電容反向放電，防止邊沿信號不穩(wěn)使計數(shù)結果出現(xiàn)錯誤。NPN三極管和PNP三極管通過設定對應的連接方式，也可以形成一等效二極管，也可以起到防止反向充電的作用。
[0031]本發(fā)明還提供了一種LED驅動器，包括上述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，以及用于根據(jù)電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置輸出的運算結果驅動LED的驅動單
J Li ο
[0032]驅動單元可以根據(jù)驅動需要采用現(xiàn)有的LED驅動電路實現(xiàn)。
[0033]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明中利用電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，通過對電源線輸入的邊沿信號進行運算實現(xiàn)對驅動單元的控制進而驅動LED完成七彩發(fā)光，只需要一根電源線和地線，不需要額外的信號線，有利于實現(xiàn)LED驅動器的芯片集成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1為本實施例的LED驅動器的結構框圖；
[0035]圖2為本實施例的邊沿觸發(fā)運算單元的電路原理圖；
[0036]圖3為本實施例的充電單元的電路原理圖；
[0037]圖4為本實施例的初始化單元的電路原理圖；
[0038]圖5為本實施例的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置的時序圖。

【具體實施方式】
[0039]下面將結合附圖和具體實施例對本發(fā)明進一步詳細描述。
[0040]如圖1所示(虛線框所示部分)，本實施例的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，包括:
[0041]邊沿觸發(fā)運算單元，由電源線邊沿信號觸發(fā)進行算術運算，并輸出運算結果；
[0042]充電單元，用于根據(jù)電源線輸入的邊沿信號為邊沿觸發(fā)運算單元提供供電電平，當邊沿信號為高電平時充電，當邊沿信號為低電平時放電；
[0043]初始化單元，用于根據(jù)所述的供電電平對邊沿觸發(fā)運算單元進行初始化。
[0044]圖2為本實施例的邊沿觸發(fā)運算單元，包括3個并聯(lián)的D觸發(fā)器和一個3位算術邏輯單元，以各個D觸發(fā)器的輸出端輸出運算結果。
[0045]本實施例中的D觸發(fā)器為帶低電平復位的時鐘上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器，分別為第一D觸發(fā)器F1、第二 D觸發(fā)器F2和第三D觸發(fā)器F3，對應的正向輸出端分別為Ql、Q2和Q3，對應的運算結果從低到高依次為Ql、Q2、Q3。
[0046]各個D觸發(fā)器的觸發(fā)端分別與算術邏輯單元相應位的輸出端連接，即Dl連C1、D2連 C2、D3 連 C3。
[0047]各個D觸發(fā)器的復位端(包括RD1、RD2和RD3)與初始化單元的輸出端連接，通過初始化單元對D觸發(fā)器進行初始置數(shù)。
[0048]時鐘端(包括CK1、CK2和CK3)與電源線連接，由電源線輸入的邊沿信號觸發(fā)進行算術運算。
[0049]本實施例中算術邏輯單元為三位加法器，該算術邏輯單元的A組輸入由低到高依次為A1、A2和A3，B組輸入由低到高依次為B1、B2和B3，輸出端由低到高依次為C1、C2和C3。算術邏輯單元的A組輸入端分別與相應位的D觸發(fā)器的輸出端連接(即Ql接Al、Q2接A2、Q3接A3)。B組輸入端外接模式控制常量。模式控制常量可以根據(jù)用戶需求進行置數(shù)。
[0050]圖3為本實施例的充電單元的具體電路，包括二極管D，二極管D的陽極與電源線連接，陰極通過一儲能元件C接地(本實施例中充電電容為源漏短接的MOS管等效電容，等效電容的大小為0.2 μ F)。整個充電單元通過二極管D的陰極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
[0051]圖4為初始化單元的電路原理圖，包括四個MOS管，分別為P溝道MOS管Tl、ρ溝道MOS管Τ2、η溝道MOS管Τ3和η溝道MOS管Τ4、第一反相器V1、第二反相器V2。具體連接關系如下:
[0052]MOS管Tl的源極和漏極均連接至充電單元中二極管Dl的陰極，柵極與MOS管Τ3的漏極連接，MOS管Τ3的柵極與MOS管Tl的源極連接，MOS管Τ3源極接地。MOS管Τ2的柵極和源極分別與MOS管Tl的柵極和源極連接，漏極串聯(lián)一限流電阻R后(本實施例中限流電阻的大小為500 Ω )，與MOS管Τ4的柵極連接，且MOS管Τ4的漏極和源極分別與MOS管Τ3的源極和地連接。
[0053]MOS管Τ4的柵極連接第一反相器Vl輸入端，第一反相器Vl的輸出端連接第二反相器V2輸入端，第二反相器V2的輸出端作為初始化單元的輸出端，以向邊沿觸發(fā)運算單元輸出復位信號對各個D觸發(fā)器進行初始置數(shù)。
[0054]本實施例的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置的工作原理如下:
[0055]當該運算裝置未上電時，充電單元提供的供電電平為低電平，此時初始化單元和邊沿觸發(fā)運算單元供電不足，整個運算裝置不能運算。
[0056]當運算裝置上電時，且在邊沿信號為高電平時，充電單元中的儲能元件C被充電。在高電平持續(xù)時間足夠長的情況下，供電電平由低電平翻轉為高電平，初始化單元和邊沿觸發(fā)運算單元被正常供電。
[0057]此時，初始化單元中的MOS管Τ3導通，使MOS管Τ2導通，因此，充電單元可以通過限流電阻R對用作電容的MOS管T4充電。在對MOS管T4充電過程中，MOS管T4柵極的電壓逐漸增大，當充電到達使得第二反相器V2輸出的復位信號由低電平翻轉至高電平后完成初始化。
[0058]第二反相器V2的輸出端與邊沿觸發(fā)運算單元中的各個D觸發(fā)器的復位端連接，當?shù)诙聪嗥鱒2輸出低電平時，各個D觸發(fā)器復位，即邊沿觸發(fā)運算單元清零。
[0059]圖5為本實施例中電源線輸入的邊沿信號、初始化單元輸出的復位信號以及三位加法器B組輸入的模式控制常量為二進制001時運算結果的時序示意圖，其中運算結果采用三個D觸發(fā)器的正向輸出端的輸出信號表不。在電源上電后，在T時間三個D觸發(fā)器復位為邏輯0，即運算結果清零。在邊沿信號的上升沿El處，運算結果為001 ;在電源線上升沿E2，運算結果為010 ;在電源線上升沿E3，運算結果為011 ;在電源線上升沿E4，運算結果為100 ;在電源線上升沿E5，運算結果為101 ;在電源線上升沿E6，運算結果為110 ;在電源線上升沿E7，運算結果為111 ;在電源線上升沿ES，運算裝置溢出，運算結果為000。
[0060]為保證運算過程中，初始化單元和邊沿觸發(fā)運算單元能夠正常供電，邊沿信號中低電平的持續(xù)時長必須小于充電單元中儲能元件C由高電平放電至低電平的放電時長。
[0061]此外，由于二極管的單向導通作用，放電時充電電容不會對電源線進行反向放電。
[0062]本實施例中未作特殊說明，高電平對應的電壓幅值為3.0?5V，低電平小于1.0V。
[0063]電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置可用于控制LED的驅動單元實現(xiàn)彩色控制，如應用于紅綠藍三色LED彩燈控制，就可以只通過電源線發(fā)送邊沿控制信號，實現(xiàn)七彩色的控制。驅動時，所采用的LED驅動器如圖1所示，包括上述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，以及用于根據(jù)電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置的運算結果驅動LED的驅動單元。驅動單元可采用現(xiàn)有的LED驅動電路實現(xiàn)，保證采用的LED驅動單元的輸入接口與運算裝置的輸入接口匹配。
[0064]本實施例的LED驅動器僅利用一根電源線輸入邊沿信號，通過對邊沿信號進行運算，使控制驅動單元驅動完成LED的七彩色發(fā)光，不需要使用多于一根的信號線傳遞控制信號。
[0065]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內，如:在電源線與邊沿觸發(fā)運算單元時鐘端之間增加濾波電路、延遲電路或取反電路；算術邏輯單元為隱含B組輸入的加法電路或減法電路。
【權利要求】
1.一種電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，包括: 邊沿觸發(fā)運算單元，由電源線邊沿信號觸發(fā)進行算術運算，并輸出運算結果； 充電單元，用于根據(jù)電源線輸入的邊沿信號為邊沿觸發(fā)運算單元提供供電電平，當邊沿信號為高電平時充電，當邊沿信號為低電平時放電； 初始化單元，用于根據(jù)所述的供電電平對邊沿觸發(fā)運算單元進行初始化； 所述的邊沿觸發(fā)運算單元包括η個并聯(lián)的D觸發(fā)器和一個η位算術邏輯單元，以各個D觸發(fā)器的輸出端輸出運算結果，其中: 各個D觸發(fā)器的觸發(fā)端分別與算術邏輯單元相應位的輸出端連接； 各個D觸發(fā)器的復位端與初始化單元連接，時鐘端與電源線連接； 算術邏輯單元的A組輸入端分別與相應位的D觸發(fā)器的輸出端連接，B組輸入端外接模式控制常量。
2.如權利要求1所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的η為大于I的整數(shù)。
3.如權利要求2所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的η取值為2?200。
4.如權利要求3所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的充電單元包括二極管，所述二極管的陽極與電源線連接，陰極通過一儲能元件接地，所述的充電單元通過二極管的陰極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
5.如權利要求3所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的充電單元包括NPN三極管，所述NPN三極管的集電極和基極連接后與電源線連接，發(fā)射極通過一儲能元件接地，所述的充電單元通過NPN三極管的發(fā)射極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
6.如權利要求3所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的充電單元包括PNP三極管，所述PNP三極管的集電極和基極連接后通過一儲能元件接地，發(fā)射極與電源線連接，所述的充電單元通過PNP三極管的集電極或基極為邊沿觸發(fā)運算單元和初始化單元提供供電電平。
7.如權利要求4?6中任意一項所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，其特征在于，所述的儲能元件為充電電容或MOS管。
8.—種LED驅動器，其特征在于，包括如權利要求1?7中任意一項權利要求所述的電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置，以及用于根據(jù)電源線邊沿信號觸發(fā)的算術運算裝置輸出的運算結果驅動LED的驅動單元。
【文檔編號】H05B37/02GK104363680SQ201410632645
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月11日 優(yōu)先權日:2014年11月11日
【發(fā)明者】羅小華 申請人:羅小華