0 引 言
现在用于白光驱动的升压型电路首要有电感型DC-DC电路和电荷泵电路。电感型DC-DC电路存在EMI等问题，而电荷泵电路结构简略，EMI较小，得到了广泛的运用。
白光LED驱动的电荷泵首要有两种类型：电压方法和电流方法。相对于电压方法或许形成每个LED亮度不匹配的缺陷，电流方法每路独自输出恒定电流，使亮度能够较好地匹配，而且不需求外围平衡电阻，大大节省了空间。
本文所提出的用于白光LED驱动的电流型电荷泵电路的规划方案。该规划方案选用1.5倍压升压，比传统的2倍压升压方法提高了功率，并选用数字调光方法，可提供32级灰度输出，满意不同场合的要求。体系结构如图1所示。首要可分为以下部分：带隙基准电路，软发动电路，振动器，1.5倍压电荷泵，数字调光模块。当EN/SET端输入高电平时，芯片发动，Vin经过1.5倍压电荷泵升压，使输出电压稳定在5 V，假如EN/SET端输入一串脉冲后置高电平，则数字调光模块可记录下脉冲个数，然后转换成不同的输出电流，完成调光功用。
1 1.5 倍压电荷泵原理
1.1 根本原理
1.5倍压电荷泵 原理如图2所示，其根本操控思维如下：OSC经过驱动电路，操控S1~S7的导通与关断。时序如下：榜首时刻，注册S1、S4、S6，Vin对电容C1充电，C2短接，使VC1=V1，VC2=0;第二时刻，封闭S1、S4、S6，注册S2、S3、S5、S7，C1对C2充电，使VC1=VC2=1/2 V1，终究加上V1对C3充电，循环往复，VCUT经过电阻分压，与基准电压做比较，操控上端MOS管的导通电阻，改动充电回路的RC充电常数，终究使输出稳定在5 V.图3为操控脉冲时序图，其间D1为S1的驱动信号，低有用；D2为S4、S6的驱动信号，高有用；D3为S2、S3、S5、S7的驱动信号，低有用。为了避免时钟馈通，驱动电路中包含了非交叠时钟电路。
1.2 实践电路规划
整个开关管网络由5个PMOS管S1、S2、S3、S5、S7及2个NMOS管S4、S6组成，如图4所示。以P管S1和N管S4为例，核算开关管的宽长比。依据地图规划规矩的要求，单个管子的宽长比W/L能够设定为2.8μm/0.6μm.假定S1的宽长比为x（W/L），S4的宽长比为y（W/L）。本规划选用CSMC0.6 μm工艺，依据工艺及规划要求，V1=3.3 V，unCOX=50μA/V2 VTHN=0.7 V，|VTHP|=1 V，2up=un，因为
其它管子的宽长比也能够同理求得。因为流过开关管的电流比较大，开关管的宽长比很大，一般选用晶体管并联的方法，在地图上通常以waffle的结构完成。
假如开关管的衬底未与源端相接，则会产生衬底偏置效应，使开关管产生阈值丢失，导致电荷泵电压无法升至设定值。如图4所示，开关管S1、S3、S4、S5、S6的源漏端能比较简单的判别出来，S2、S7的两头电压凹凸不决，因而假如处理不稳当，会引起衬底偏置效应，本规划选用了一种方法，比较好地处理了这个问题。经过一个比较器对V1和Vout进行比较，假如Vout》V1，则让S2、S7的衬底端接Vout端，假如Vout
2 调光功用完成
越来越多运用场合期望白光LED驱动器能够支撑LED光亮度的调理。现在调光技能首要有两种：PWM调光、数字调光。PWM（脉宽调制）调光方法是一种运用宽、窄不同的数字式脉冲，重复开关白光LED驱动器来改动输出电流，然后调理白光LED的亮度。但需求一个专用PWM口，一起会产生人耳听得见的噪声。本规划选用一种新式的数字调光技能。比较PWM操控有显着的长处：将时序信号存储在内部的寄存器中，使数据寄存器输出一连串的操控信号，假如需求改动白光LED的亮度，则从头经过EN/SET对ROM进行修正即可，不需求一向给EN/SET接连的PWM信号来操控白光LED的亮度，这个特性大大减轻了微处理器的担负，也减少了噪声。
其作业原理如下，EN/SET的榜首个上升沿脉冲敞开IC而且初始化设置LED电流到最低的549 μA.当终究的时钟序列输入为想得到的亮度等级时，EN/SET引脚坚持高电平来坚持设备输出电流在程序设置的等级。当EN/SET引脚置低TOFF=480μs今后，设备封闭。整个调光模块可分为四大部分：延时操控，计数器，ROM，恒流源。
（1） ROM与恒流源
白光LED的亮度和经过它的电流成正比。本规划选用并联恒流源的方法，最大输出为20 mA，亮度分为32个等级。如图7所示。ROM总共为8块，组成32×8 bit容量。恒流源由PMOS管组成，由电荷泵输出的5 V电源供电，每个恒流源icell电流为19.6μA.恒流源具有使能端，依据ROM中的数据决议该恒流源是否有用，其间ROM输出“0”为该恒流源有用，“1”为该恒流源无效。
以第5级亮度为例，如图8所示，EN/SET端输入5个脉冲后坚持高电平，经过减数计数器计数输出Q4~Q0数据为“11011”，ROM输出×7~×0数据为“11110100”，即×3，×1，×0所接恒流源有用。输出电流为：
icell×32+icell×8+icell×4=0.863 mA
表1列出了32级调光×7~×0的数据及对应输出电流。
数字调光部分的仿真波形如图9所示，32个脉冲为一个循环。
（2） 数字延时
本规划设置了如下功用，假如EN端输入低电平时刻超越480 us，则设备封闭。其原理如图10所示，其间IN为EN进行脉冲整形后得到的波形，时序与EN相同。IN端输入高电平时，PMOS管M3导通，VDD对C1进行充电，使NMOS管M5导通，施密特触发器输入被拉低，OUT端输出低电平，芯片正常作业。当IN端输入低电平时，M3截止，C1经过电流源M2进行放电，使M5截止，施密特触发器输入被拉高，OUT端输出高电平。放电时问由C1的电容值和放电电流决议。仿真波形如图11所示。在IN端输入低电平超越478 μs后，OUT端输处高电平，使芯片封闭。
3 振动器
本文规划一个600 kHz定频率电流操控振动器，原理如图12，首要假定Q端为“0”，则PMOS管M1导通，电流源经过M1向C1充电，一起PMOS管M3导通，R1无效，此刻比较器反相端电压VTH=VDD-R2I3，等C1两头电压略大于VTH时，比较器输出高电平，使Q端变为“1”，C1经过NMOS管M2进行放电，一起M3截止，R1与R2串联，此刻比较器反相端电压VTL=VDD-（R1+R2）I3，比及C1两头电压略小于VTL时，比较器输出又产生翻转，循环往复。波形经过4个反相器的整形，输出600 kHz的方波。设I1为充电电流，I2为放电电流，T1为充电周期，T2为放电周期，则振动器的频率为：
调理充放电电流，使I1=I2=IC，则振动频率可表示为：
式中：%&&&&&%为充放电电流。图13为振动器输出及C1电容上的电压仿真波形。
该电荷泵还包含带隙基准电路，温度保护电路，软发动电路等等，限于篇幅，在此不作累述。
4 结 论
本文共享了一个用于白光LED驱动的电流型电荷泵的规划方案，周边只运用3个小的陶瓷%&&&&&%器，可驱动4个白光LED，单路最大输出电流20 mA.与电压型电荷泵比较，不同LED之间亮度匹配较好，因为不需求镇流电阻，因而节省了面积。电路选用1.5×分数倍频方法，功率可达93%.具有32级数字调光功用，能够满意不同需求。依据CSMC 0.6 μm工艺，经过Cadence Spectre软件进行了仿真，仿真结果表明，该电路满意规划方案的要求，具有较宽广的运用远景。
