一种输出电流可调的电流驱动电路的制作方法
专利名称：一种输出电流可调的电流驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及进行电流驱动的电子电路和集成电路，尤其是可以设定输出电流大小的集成电路的电流驱动级。
现在，我们在车站候车室、机场候机室可以看到各种由发光二极管LED组成的大屏幕点阵显示屏，上面发布了车辆班次信息、航班信息等；数码管是一种由多个(或多组)可以独立控制的发光二极管的管芯组成“8”字形的显示器件，用在银行可以显示存贷款的利率和当前汇率等，用在证券公司可以显示当前股市、股价信息等，另外，还可以用在电子仪器上显示各种数据等。这里的发光二极管和数码管属于电流发光器件，其发光亮度与通过该器件的电流有一定的关系；另外，在设计微型电动机的驱动电路时，通常也要考虑驱动电流与电动机转速的关系。
在设计通用的电流驱动集成电路时，一般我们会提供较大的电流驱动能力，但由于最终的产品应用不同，有可能需要调节其驱动能力。例如，一款通用的电流驱动电路，其静态电流驱动能力为100mA，对于直径10mm的发光二极管也许驱动正常，但是对于直径3mm的发光二极管就有可能因为驱动电流过大而损坏发光二极管；数码管也是一样，0.5英寸数码管的电流承受能力只有2英寸数码管的几分之一；即使电流承受能力没问题，有时我们也需要通过调节驱动电流控制发光器件的显示亮度或者电动机的转速。
当前在调节电流驱动能力方面有两个方法一种方法是在电流驱动输出端串接限流电阻，由于电流驱动输出端的输出电压有限，所以串接电阻的阻值越大则输出电流越小；另一种方法是脉宽调制，即以一定时间为周期，每个周期内仅部分时间输出电流，其余时间不输出电流，所以电流输出时间占整个周期的比例越小则在负载上得到的平均输出电流越小。前一种方法，因为各个电流驱动输出端都要串接限流电阻而使得整个电路的元器件增多，不符合当前电子产品应该精致小巧的大趋势，一般每个数码管要7个电阻，如果带小数点则要8个电阻，而且各个电阻的阻值不能相差太大，否则显示亮度不均匀。后一种方法，因为增加脉宽调制电路而使驱动电路本身有些复杂，并且由于在脉宽调制过程中，驱动电流时有时无，一方面，整个电路的峰值电流较大，容易干扰其它电路；另一方面，由于方波信号在频谱上包含有大量的谐波，从而产生较多的电磁辐射，不利于环保。
本发明的目的是，提供一种结构简单、成本低廉的输出电流可调的电流驱动电路。
本发明的技术构思是CMOS场效应管(晶体管)是一种电压控制器件，其栅极电压可以影响沟道电阻，也就能够控制输出电流；所以，将输入的信号电压与某一参考电压进行合成，由合成电压控制CMOS器件的沟道电阻；这样，通过调节参考电压的大小就可以影响CMOS器件的输出电流。
另外，CMOS器件包括PMOS和NMOS，两者具有类似的工作原理，两者的主要差别在于电气极性相反。CMOS属于4端器件，包括栅极(G端)、源极(S端)、漏极(D端)、衬底(B端)，但在一般的CMOS集成电路中，衬底都具有默认的连接。在本发明中，除非单独注明，PMOS的衬底默认连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)，NMOS的衬底默认连接到整个电流驱动电路的接地端(GND)。考虑到CMOS数字集成电路的一般特性，在本发明中不再区分CMOS器件的源极与漏极；并且对于多个同类CMOS器件进行并联的描述，在本发明中将等同于单个CMOS器件。除非单独注明，本发明所述的某点电压是指该点相对于整个电流驱动电路的接地端的电压。
实现本发明的技术方案是电流驱动电路包括参考电压输入端(VREF)、电压限幅合成模块(11)、压控电流驱动模块(12)。电压限幅合成模块将输入的信号电压与参考电压合成为控制电压，压控电流驱动模块根据控制电压的大小输出相应的电流。整个电流驱动电路还包括正电源端(VCC)、接地端或者称为负电源端(GND)、信号电压输入端(IN)、电流驱动输出端(OUT)。
上述方案中，电压限幅合成模块包括一个由M1(PMOS)和M2(NMOS)组成的反相器。该反相器的输入端，即M1和M2的栅极相连接后，作为整个电流驱动电路的信号电压输入端(IN)；该反相器的输出端(VC)，即M1和M2的漏极相连接后，连接到压控电流驱动模块的输入端；该反相器的正电源端，即M1的源极，连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)；该反相器的负电源端，即M2的源极，连接到参考电压输入端(VREF)。
上述方案中，压控电流驱动模块包括一个M3(PMOS)，实际电路通常由多个PMOS并联以获得足够的电流驱动能力，但用于电流驱动时，多个PMOS并联等同于单个较大尺寸的PMOS。M3的栅极连接到电压限幅合成模块的输出端(VC)；M3的源极连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)；M3的漏极作为整个电流驱动电路的电流驱动输出端(OUT)。
在上述方案中，当参考电压为0V时，电压限幅合成模块输出的控制电压的幅度为0V至整个电流驱动电路的正电源电压；当参考电压为1V时，电压限幅合成模块输出的控制电压的幅度为1V至整个电流驱动电路的正电源电压。由于参考电压不同时，压控电流驱动模块的M3的栅极所获得的控制电压不同，所以其沟道电阻以及输出电流都会作相应的变化。实际的CMOS器件属于非线性电子元器件，栅极电压对沟道电阻的影响还同时受源漏电压的影响。在本发明的技术方案以及此方案的实际应用电路中，参考电压在一定范围内的逐步增大，会使得压控电流驱动模块的输出电流逐步减小，直到电流减小到0；当参考电压为0V时(理论上还可以为负值，输出电流可能更大，但实际电路中一般不会出现这类情况，所以不必考虑)，压控电流驱动模块的输出电流达到最大值。
因为PMOS和NMOS具有类似的工作原理，差别主要在于电气极性相反，所以在需要输出负电流或者称为吸入电流时，只要基于本发明技术方案的原理对前述电路作下述调整将电压限幅合成模块的反相器的正电源端，即M4(PMOS，原标号是M1)的源极，改接到参考电压输入端(VRO，原标号是VREF)；将电压限幅合成模块的反相器的负电源端，即M5(NMOS，原标号是M2)的源极，改接到整个电流驱动电路的接地端(GND)；用M6(NMOS)替换压控电流驱动模块的原M3(PMOS)，并将M6的源极改接到整个电流驱动电路的接地端(GND)。在这个电路中，参考电压在一定范围内的逐步减小，会使得压控电流驱动模块的输出负电流逐步减小，直到电流减小到0；当参考电压等于整个电流驱动电路的正电源电压时(理论上还可以大于正电源电压，输出负电流可能更大，但实际电路中一般不会出现这类情况，所以不必考虑)，压控电流驱动模块的输出负电流达到最大值。输出负电流也就是吸入电流，可以用于驱动共阳数码管(数码管中多个发光二极管的阳极已经连接在一起，所以只能在各个发光二极管的阴极进行负电流驱动)；而输出正电流，可以用于驱动共阴数码管(阴极共用，阳极正电流驱动)。
在实际应用中，整个电流驱动电路可以是一个独立的电子电路，也可以是某个集成电路的电流驱动级。电流驱动级的信号电压输入端可以直接连接到该集成电路的其它功能模块。例如，对多个数码管进行动态显示扫描的集成电路，其电流驱动级的信号电压就是来自于当前所激活的数码管的字段数据寄存器。
基于上述方案的实际集成电路中，多个电流驱动级可以共用一个参考电压输入端，使得各电流驱动级具有基本相同的电流驱动能力，这样可以保证该集成电路所驱动的多个发光器件具有均匀的发光亮度，同时也可以减少该集成电路所需要的外部连接。例如，驱动一个数码管的8个电流驱动级可以共用一个参考电压端，从而同步设定各电流驱动级输出电流的大小。另外，参考电压可以来自于集成电路内部的一个节点，称为参考电压节点，该节点可以由集成电路的其它功能模块进行驱动。例如由数模转换模块DAC的输出驱动参考电压节点，通过修改数模转换模块DAC的输入数据就可以设定参考电压的大小。
基于本发明的技术方案，调节参考电压就可以灵活地设定电流驱动电路或者集成电路电流驱动级的输出电流，结构简单，方便实用，成本低廉。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为基于本发明技术方案的电流驱动电路的结构示意图。
图2为CMOS器件的一般图示说明。
图3为基于本发明技术方案的电流驱动电路的原理图。
图4为基于本发明技术方案输出负电流的电流驱动电路的原理图。
图5为基于本发明技术方案的集成电路的局部硬件原理图。
图6是针对图3所示电流驱动电路的各关键点的波形示意图。
见图1，在本发明之前，常规的电流驱动电路包括信号电压输入端、电流驱动模块、电流驱动输出端；基于本发明的技术方案，电流驱动电路还包括参考电压输入端、电压限幅合成模块(11)，并且电流驱动模块也被替换为压控电流驱动模块(12)。
见图2，CMOS器件属于4端器件，包括PMOS和NMOS。图中，右边上下两个图示分别为PMOS和NMOS的4端图示，左边上下两个图示分别为PMOS和NMOS的3端图示。在本发明中，CMOS器件的衬底都采用默认连接，即PMOS的衬底接整个电路的正电源端(VCC)，NMOS的衬底接整个电路的接地端(GND)，所以原理图中采用了CMOS器件的3端图示。
见图3，这是基于本发明技术方案的电流驱动电路的原理图。电压限幅合成模块包括由M1(PMOS)和M2(NMOS)构成的反相器，反相器中的M2的源极连接到参考电压输入端(VREF)，反相器的输入端就是信号电压输入端(IN)，反相器的输出端(VC)连接到压控电流驱动模块的输入端。压控电流驱动模块包括M3(PMOS)，其输出端就是电流驱动输出端(OUT)。输入的信号电压可以开启或者关闭电流驱动电路的输出电流，当信号电压为低电平时，输出电流总是被关闭而为0；当信号电压为高电平时，如果参考电压为0V，则M2可以将M3的栅极下拉到0V，所以M3沟道电阻较小而输出较大的电流，如果参考电压为1V，则M2最多能将M3的栅极下拉到1V，所以M3沟道电阻稍大而输出稍小的电流。综上所述，电流驱动电路的输入信号电压决定输出电流的开与关，而参考电压决定输出电流的大小参考电压增大，输出电流减小，使整个电流驱动电路的输出电流可调。
见图4，这是基于本发明技术方案输出负电流的电流驱动电路的原理图，其工作原理与针对图3的描述相同，仅电气极性有所差别。电压限幅合成模块包括由M4(PMOS)和M5(NMOS)构成的反相器，M4的源极连接到参考电压输入端(VRO)，压控电流驱动模块包括M6(NMOS)，其输出端就是电流驱动输出端(OUT)，只不过是输出负电流也就是吸入电流。输入的信号电压可以开启或者关闭电流驱动电路的输出电流，当信号电压为高电平时，输出电流总是被关闭而为0；当信号电压为低电平时，如果参考电压等于整个电流驱动电路的正电源电压，假定该正电源电压为5V，则M4可以将M6的栅极上拉到5V，所以M6沟道电阻较小而吸入较大的电流，如果参考电压为4V，则M4最多能将M6的栅极上拉到4V，所以M6沟道电阻稍大而吸入稍小的电流。综上所述，电流驱动电路的输入信号电压决定输出电流的开与关，而参考电压决定输出电流的大小参考电压减小，输出电流减小。
见图5，虚线框内是基于本发明技术方案的集成电路的局部硬件原理图。该集成电路(CHIP)中具有8组基于本发明技术方案的电流驱动级，图中只画出了两组，分别是包括M11、M12、M13在内的第一组和包括M81、M82、M83在内的第八组。各电流驱动级的输入信号来自于该集成电路的其它功能模块；各电流驱动级的电流驱动输出端都被连接到集成电路的外部引脚(OUT1、OUT8，其它引脚在图中未画出)；所有电流驱动级的参考电压端都连接在一起，并被连接到集成电路的外部引脚(VREF)。该集成电路还包括全局共用的正电源引脚(VCC)和接地引脚(GND)。另外，为了在集成电路没有外接参考电压的情况下提供默认的参考电压，该集成电路还包括一个参考电压下拉设定器件M0(NMOS，在此起一个下拉电阻的作用)。这样，如果在应用电路中没有提供外接的参考电压，该集成电路仍然能够按默认设定输出电流；而在需要调整输出电流大小时，还可以在该集成电路的外部引脚(VREF)连接上拉电阻R1，由R1与M0分压决定参考电压的大小；如果没有参考电压下拉设定器件M0，则电阻R1通常选用3端可调电阻，两个固定端分别连接正电源线和接地线，可调端连接参考电压引脚(VREF)。图中R1的下固定端与接地线(GND)以虚线相连，说明该连接线是可选的。该集成电路在应用时，可以省去常规方案中的串接限流电阻，而将各电流驱动级的电流驱动输出端直接连接发光二级管(图中L1、L8)或者共阴数码管的各个阳极，调整参考电压的上拉电阻R1的阻值，就可以设定参考电压的大小，从而改变流过发光器件(图中L1、L8)中的电流，以匹配和调整发光器件的亮度。
见图6，从上至下依次显示图3电路的各关键点的波形信号电压输入端(IN)的电压波形，参考电压输入端(VREF)的电压波形，电压限幅合成模块输出端(VC)的电压波形，电流驱动输出端(OUT)的电流波形(以发光器件作为负载)。
随着时代的进步，人们对电子产品除了功能要求外，又有了一些附属要求环保、节能、精致、小巧、灵活等等，基于本发明技术方案的电流驱动电路以及相关的集成电路将能更好的满足人们的这些要求，并且结构简单、易于实现、成本低廉。
权利要求
1.一种输出电流可调的电流驱动电路，具有信号电压输入端和电流驱动输出端，其特征是包括一个参考电压输入端；包括一个电压限幅合成模块，用于将信号电压和参考电压合成为控制电压；包括一个压控电流驱动模块，用于根据控制电压的大小输出相应的电流。
2.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块包括一个反相器，该反相器的负电源端连接到参考电压输入端。
3.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块包括一个反相器，该反相器的正电源端连接到参考电压输入端。
4.根据权利要求2或3所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块中的反相器由一个PMOS器件和一个NMOS器件构成，两个器件的栅极相连接，并作为整个电流驱动电路的信号电压输入端。
5.根据权利要求2所述的电流驱动电路，其特征是压控电流驱动模块包括PMOS器件，其源极连接到电流驱动电路的正电源端，漏极作为电流驱动电路的电流驱动输出端。
6.根据权利要求3所述的电流驱动电路，其特征是压控电流驱动模块包括NMOS器件，其源极连接到电流驱动电路的接地端，漏极作为电流驱动电路的电流驱动输出端。
7.一种电流驱动级输出电流可调的集成电路，具有电流驱动输出端，其特征是集成电路内部包含一个参考电压节点；至少包括一个电压限幅合成模块和一个压控电流驱动模块。
8.根据权利要求7所述的集成电路，其特征是集成电路中包含一个参考电压下拉设定器件NMOS，该NMOS的漏极连接到参考电压节点，源极连接到集成电路的接地端。
9.根据权利要求7所述的集成电路，其特征是集成电路中包含一个参考电压上拉设定器件PMOS，该PMOS的漏极连接到参考电压节点，源极连接到集成电路的正电源端。
10.根据权利要求7、8或9所述的集成电路，其特征是参考电压节点与集成电路的外部引脚相连接，用于在集成电路外部调整参考电压的大小。
全文摘要
本发明是一种可以调整输出电流大小的电流驱动电路。包括电压限幅合成模块(11)和压控电流驱动模块(12)，电压限幅合成模块将信号电压与参考电压进行合成，控制压控电流驱动模块输出与参考电压相关的电流。该电流驱动电路可以用于集成电路的电流驱动级，从而通过调整参考电压的大小，设定集成电路的输出电流的大小。电路结构简单、易于实现、成本低廉。
文档编号G09G3/32GK1549434SQ0311340
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月8日 优先权日2003年5月8日
发明者尹启凤 申请人:尹启凤
技术领域：
本发明涉及进行电流驱动的电子电路和集成电路，尤其是可以设定输出电流大小的集成电路的电流驱动级。
现在，我们在车站候车室、机场候机室可以看到各种由发光二极管LED组成的大屏幕点阵显示屏，上面发布了车辆班次信息、航班信息等；数码管是一种由多个(或多组)可以独立控制的发光二极管的管芯组成“8”字形的显示器件，用在银行可以显示存贷款的利率和当前汇率等，用在证券公司可以显示当前股市、股价信息等，另外，还可以用在电子仪器上显示各种数据等。这里的发光二极管和数码管属于电流发光器件，其发光亮度与通过该器件的电流有一定的关系；另外，在设计微型电动机的驱动电路时，通常也要考虑驱动电流与电动机转速的关系。
在设计通用的电流驱动集成电路时，一般我们会提供较大的电流驱动能力，但由于最终的产品应用不同，有可能需要调节其驱动能力。例如，一款通用的电流驱动电路，其静态电流驱动能力为100mA，对于直径10mm的发光二极管也许驱动正常，但是对于直径3mm的发光二极管就有可能因为驱动电流过大而损坏发光二极管；数码管也是一样，0.5英寸数码管的电流承受能力只有2英寸数码管的几分之一；即使电流承受能力没问题，有时我们也需要通过调节驱动电流控制发光器件的显示亮度或者电动机的转速。
当前在调节电流驱动能力方面有两个方法一种方法是在电流驱动输出端串接限流电阻，由于电流驱动输出端的输出电压有限，所以串接电阻的阻值越大则输出电流越小；另一种方法是脉宽调制，即以一定时间为周期，每个周期内仅部分时间输出电流，其余时间不输出电流，所以电流输出时间占整个周期的比例越小则在负载上得到的平均输出电流越小。前一种方法，因为各个电流驱动输出端都要串接限流电阻而使得整个电路的元器件增多，不符合当前电子产品应该精致小巧的大趋势，一般每个数码管要7个电阻，如果带小数点则要8个电阻，而且各个电阻的阻值不能相差太大，否则显示亮度不均匀。后一种方法，因为增加脉宽调制电路而使驱动电路本身有些复杂，并且由于在脉宽调制过程中，驱动电流时有时无，一方面，整个电路的峰值电流较大，容易干扰其它电路；另一方面，由于方波信号在频谱上包含有大量的谐波，从而产生较多的电磁辐射，不利于环保。
本发明的目的是，提供一种结构简单、成本低廉的输出电流可调的电流驱动电路。
本发明的技术构思是CMOS场效应管(晶体管)是一种电压控制器件，其栅极电压可以影响沟道电阻，也就能够控制输出电流；所以，将输入的信号电压与某一参考电压进行合成，由合成电压控制CMOS器件的沟道电阻；这样，通过调节参考电压的大小就可以影响CMOS器件的输出电流。
另外，CMOS器件包括PMOS和NMOS，两者具有类似的工作原理，两者的主要差别在于电气极性相反。CMOS属于4端器件，包括栅极(G端)、源极(S端)、漏极(D端)、衬底(B端)，但在一般的CMOS集成电路中，衬底都具有默认的连接。在本发明中，除非单独注明，PMOS的衬底默认连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)，NMOS的衬底默认连接到整个电流驱动电路的接地端(GND)。考虑到CMOS数字集成电路的一般特性，在本发明中不再区分CMOS器件的源极与漏极；并且对于多个同类CMOS器件进行并联的描述，在本发明中将等同于单个CMOS器件。除非单独注明，本发明所述的某点电压是指该点相对于整个电流驱动电路的接地端的电压。
实现本发明的技术方案是电流驱动电路包括参考电压输入端(VREF)、电压限幅合成模块(11)、压控电流驱动模块(12)。电压限幅合成模块将输入的信号电压与参考电压合成为控制电压，压控电流驱动模块根据控制电压的大小输出相应的电流。整个电流驱动电路还包括正电源端(VCC)、接地端或者称为负电源端(GND)、信号电压输入端(IN)、电流驱动输出端(OUT)。
上述方案中，电压限幅合成模块包括一个由M1(PMOS)和M2(NMOS)组成的反相器。该反相器的输入端，即M1和M2的栅极相连接后，作为整个电流驱动电路的信号电压输入端(IN)；该反相器的输出端(VC)，即M1和M2的漏极相连接后，连接到压控电流驱动模块的输入端；该反相器的正电源端，即M1的源极，连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)；该反相器的负电源端，即M2的源极，连接到参考电压输入端(VREF)。
上述方案中，压控电流驱动模块包括一个M3(PMOS)，实际电路通常由多个PMOS并联以获得足够的电流驱动能力，但用于电流驱动时，多个PMOS并联等同于单个较大尺寸的PMOS。M3的栅极连接到电压限幅合成模块的输出端(VC)；M3的源极连接到整个电流驱动电路的正电源端(VCC)；M3的漏极作为整个电流驱动电路的电流驱动输出端(OUT)。
在上述方案中，当参考电压为0V时，电压限幅合成模块输出的控制电压的幅度为0V至整个电流驱动电路的正电源电压；当参考电压为1V时，电压限幅合成模块输出的控制电压的幅度为1V至整个电流驱动电路的正电源电压。由于参考电压不同时，压控电流驱动模块的M3的栅极所获得的控制电压不同，所以其沟道电阻以及输出电流都会作相应的变化。实际的CMOS器件属于非线性电子元器件，栅极电压对沟道电阻的影响还同时受源漏电压的影响。在本发明的技术方案以及此方案的实际应用电路中，参考电压在一定范围内的逐步增大，会使得压控电流驱动模块的输出电流逐步减小，直到电流减小到0；当参考电压为0V时(理论上还可以为负值，输出电流可能更大，但实际电路中一般不会出现这类情况，所以不必考虑)，压控电流驱动模块的输出电流达到最大值。
因为PMOS和NMOS具有类似的工作原理，差别主要在于电气极性相反，所以在需要输出负电流或者称为吸入电流时，只要基于本发明技术方案的原理对前述电路作下述调整将电压限幅合成模块的反相器的正电源端，即M4(PMOS，原标号是M1)的源极，改接到参考电压输入端(VRO，原标号是VREF)；将电压限幅合成模块的反相器的负电源端，即M5(NMOS，原标号是M2)的源极，改接到整个电流驱动电路的接地端(GND)；用M6(NMOS)替换压控电流驱动模块的原M3(PMOS)，并将M6的源极改接到整个电流驱动电路的接地端(GND)。在这个电路中，参考电压在一定范围内的逐步减小，会使得压控电流驱动模块的输出负电流逐步减小，直到电流减小到0；当参考电压等于整个电流驱动电路的正电源电压时(理论上还可以大于正电源电压，输出负电流可能更大，但实际电路中一般不会出现这类情况，所以不必考虑)，压控电流驱动模块的输出负电流达到最大值。输出负电流也就是吸入电流，可以用于驱动共阳数码管(数码管中多个发光二极管的阳极已经连接在一起，所以只能在各个发光二极管的阴极进行负电流驱动)；而输出正电流，可以用于驱动共阴数码管(阴极共用，阳极正电流驱动)。
在实际应用中，整个电流驱动电路可以是一个独立的电子电路，也可以是某个集成电路的电流驱动级。电流驱动级的信号电压输入端可以直接连接到该集成电路的其它功能模块。例如，对多个数码管进行动态显示扫描的集成电路，其电流驱动级的信号电压就是来自于当前所激活的数码管的字段数据寄存器。
基于上述方案的实际集成电路中，多个电流驱动级可以共用一个参考电压输入端，使得各电流驱动级具有基本相同的电流驱动能力，这样可以保证该集成电路所驱动的多个发光器件具有均匀的发光亮度，同时也可以减少该集成电路所需要的外部连接。例如，驱动一个数码管的8个电流驱动级可以共用一个参考电压端，从而同步设定各电流驱动级输出电流的大小。另外，参考电压可以来自于集成电路内部的一个节点，称为参考电压节点，该节点可以由集成电路的其它功能模块进行驱动。例如由数模转换模块DAC的输出驱动参考电压节点，通过修改数模转换模块DAC的输入数据就可以设定参考电压的大小。
基于本发明的技术方案，调节参考电压就可以灵活地设定电流驱动电路或者集成电路电流驱动级的输出电流，结构简单，方便实用，成本低廉。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为基于本发明技术方案的电流驱动电路的结构示意图。
图2为CMOS器件的一般图示说明。
图3为基于本发明技术方案的电流驱动电路的原理图。
图4为基于本发明技术方案输出负电流的电流驱动电路的原理图。
图5为基于本发明技术方案的集成电路的局部硬件原理图。
图6是针对图3所示电流驱动电路的各关键点的波形示意图。
见图1，在本发明之前，常规的电流驱动电路包括信号电压输入端、电流驱动模块、电流驱动输出端；基于本发明的技术方案，电流驱动电路还包括参考电压输入端、电压限幅合成模块(11)，并且电流驱动模块也被替换为压控电流驱动模块(12)。
见图2，CMOS器件属于4端器件，包括PMOS和NMOS。图中，右边上下两个图示分别为PMOS和NMOS的4端图示，左边上下两个图示分别为PMOS和NMOS的3端图示。在本发明中，CMOS器件的衬底都采用默认连接，即PMOS的衬底接整个电路的正电源端(VCC)，NMOS的衬底接整个电路的接地端(GND)，所以原理图中采用了CMOS器件的3端图示。
见图3，这是基于本发明技术方案的电流驱动电路的原理图。电压限幅合成模块包括由M1(PMOS)和M2(NMOS)构成的反相器，反相器中的M2的源极连接到参考电压输入端(VREF)，反相器的输入端就是信号电压输入端(IN)，反相器的输出端(VC)连接到压控电流驱动模块的输入端。压控电流驱动模块包括M3(PMOS)，其输出端就是电流驱动输出端(OUT)。输入的信号电压可以开启或者关闭电流驱动电路的输出电流，当信号电压为低电平时，输出电流总是被关闭而为0；当信号电压为高电平时，如果参考电压为0V，则M2可以将M3的栅极下拉到0V，所以M3沟道电阻较小而输出较大的电流，如果参考电压为1V，则M2最多能将M3的栅极下拉到1V，所以M3沟道电阻稍大而输出稍小的电流。综上所述，电流驱动电路的输入信号电压决定输出电流的开与关，而参考电压决定输出电流的大小参考电压增大，输出电流减小，使整个电流驱动电路的输出电流可调。
见图4，这是基于本发明技术方案输出负电流的电流驱动电路的原理图，其工作原理与针对图3的描述相同，仅电气极性有所差别。电压限幅合成模块包括由M4(PMOS)和M5(NMOS)构成的反相器，M4的源极连接到参考电压输入端(VRO)，压控电流驱动模块包括M6(NMOS)，其输出端就是电流驱动输出端(OUT)，只不过是输出负电流也就是吸入电流。输入的信号电压可以开启或者关闭电流驱动电路的输出电流，当信号电压为高电平时，输出电流总是被关闭而为0；当信号电压为低电平时，如果参考电压等于整个电流驱动电路的正电源电压，假定该正电源电压为5V，则M4可以将M6的栅极上拉到5V，所以M6沟道电阻较小而吸入较大的电流，如果参考电压为4V，则M4最多能将M6的栅极上拉到4V，所以M6沟道电阻稍大而吸入稍小的电流。综上所述，电流驱动电路的输入信号电压决定输出电流的开与关，而参考电压决定输出电流的大小参考电压减小，输出电流减小。
见图5，虚线框内是基于本发明技术方案的集成电路的局部硬件原理图。该集成电路(CHIP)中具有8组基于本发明技术方案的电流驱动级，图中只画出了两组，分别是包括M11、M12、M13在内的第一组和包括M81、M82、M83在内的第八组。各电流驱动级的输入信号来自于该集成电路的其它功能模块；各电流驱动级的电流驱动输出端都被连接到集成电路的外部引脚(OUT1、OUT8，其它引脚在图中未画出)；所有电流驱动级的参考电压端都连接在一起，并被连接到集成电路的外部引脚(VREF)。该集成电路还包括全局共用的正电源引脚(VCC)和接地引脚(GND)。另外，为了在集成电路没有外接参考电压的情况下提供默认的参考电压，该集成电路还包括一个参考电压下拉设定器件M0(NMOS，在此起一个下拉电阻的作用)。这样，如果在应用电路中没有提供外接的参考电压，该集成电路仍然能够按默认设定输出电流；而在需要调整输出电流大小时，还可以在该集成电路的外部引脚(VREF)连接上拉电阻R1，由R1与M0分压决定参考电压的大小；如果没有参考电压下拉设定器件M0，则电阻R1通常选用3端可调电阻，两个固定端分别连接正电源线和接地线，可调端连接参考电压引脚(VREF)。图中R1的下固定端与接地线(GND)以虚线相连，说明该连接线是可选的。该集成电路在应用时，可以省去常规方案中的串接限流电阻，而将各电流驱动级的电流驱动输出端直接连接发光二级管(图中L1、L8)或者共阴数码管的各个阳极，调整参考电压的上拉电阻R1的阻值，就可以设定参考电压的大小，从而改变流过发光器件(图中L1、L8)中的电流，以匹配和调整发光器件的亮度。
见图6，从上至下依次显示图3电路的各关键点的波形信号电压输入端(IN)的电压波形，参考电压输入端(VREF)的电压波形，电压限幅合成模块输出端(VC)的电压波形，电流驱动输出端(OUT)的电流波形(以发光器件作为负载)。
随着时代的进步，人们对电子产品除了功能要求外，又有了一些附属要求环保、节能、精致、小巧、灵活等等，基于本发明技术方案的电流驱动电路以及相关的集成电路将能更好的满足人们的这些要求，并且结构简单、易于实现、成本低廉。
权利要求
1.一种输出电流可调的电流驱动电路，具有信号电压输入端和电流驱动输出端，其特征是包括一个参考电压输入端；包括一个电压限幅合成模块，用于将信号电压和参考电压合成为控制电压；包括一个压控电流驱动模块，用于根据控制电压的大小输出相应的电流。
2.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块包括一个反相器，该反相器的负电源端连接到参考电压输入端。
3.根据权利要求1所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块包括一个反相器，该反相器的正电源端连接到参考电压输入端。
4.根据权利要求2或3所述的电流驱动电路，其特征是电压限幅合成模块中的反相器由一个PMOS器件和一个NMOS器件构成，两个器件的栅极相连接，并作为整个电流驱动电路的信号电压输入端。
5.根据权利要求2所述的电流驱动电路，其特征是压控电流驱动模块包括PMOS器件，其源极连接到电流驱动电路的正电源端，漏极作为电流驱动电路的电流驱动输出端。
6.根据权利要求3所述的电流驱动电路，其特征是压控电流驱动模块包括NMOS器件，其源极连接到电流驱动电路的接地端，漏极作为电流驱动电路的电流驱动输出端。
7.一种电流驱动级输出电流可调的集成电路，具有电流驱动输出端，其特征是集成电路内部包含一个参考电压节点；至少包括一个电压限幅合成模块和一个压控电流驱动模块。
8.根据权利要求7所述的集成电路，其特征是集成电路中包含一个参考电压下拉设定器件NMOS，该NMOS的漏极连接到参考电压节点，源极连接到集成电路的接地端。
9.根据权利要求7所述的集成电路，其特征是集成电路中包含一个参考电压上拉设定器件PMOS，该PMOS的漏极连接到参考电压节点，源极连接到集成电路的正电源端。
10.根据权利要求7、8或9所述的集成电路，其特征是参考电压节点与集成电路的外部引脚相连接，用于在集成电路外部调整参考电压的大小。
全文摘要
本发明是一种可以调整输出电流大小的电流驱动电路。包括电压限幅合成模块(11)和压控电流驱动模块(12)，电压限幅合成模块将信号电压与参考电压进行合成，控制压控电流驱动模块输出与参考电压相关的电流。该电流驱动电路可以用于集成电路的电流驱动级，从而通过调整参考电压的大小，设定集成电路的输出电流的大小。电路结构简单、易于实现、成本低廉。
文档编号G09G3/32GK1549434SQ0311340
公开日2004年11月24日 申请日期2003年5月8日 优先权日2003年5月8日
发明者尹启凤 申请人:尹启凤
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