梁欣然-一种新的白光LED 背光驱动芯片的研制

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暨南大学硕士学位论文
摘要
白光 LED 因其绿色环保、能耗低、效率高和使用寿命长等优点，近年来已成为便携式 电子产品的最优质背光源之一。作为连接电源和照明单位之间的桥梁，驱动芯片是白光 LED 背光照明系统中不可或缺的重要部分。由于电子产品的迅速更新，并随着对电源驱动 效率、 稳定性和兼容性等更高的要求， 传统的白光 LED 背光驱动芯片的性能质量已无法满 足当今社会的需求。 本文设计了一种基于电荷泵的新型白光 LED 背光驱动恒流型输出的专用集成芯片。 首 先，提出芯片的技术指标，并构建了芯片系统的整体框架；接着，设计了基准模块、保护 模块、振荡器模块、电荷泵模块、控制模块和 LED 驱动模块等功能电路模块，并给出各个 模块的仿真结果。其中，基准模块采用了自举基准和温度补偿技术，保证偏置电流和基准 电压的稳定性；电荷泵模块改造了传统的电荷泵电路结构，提出了一种新的 1X/1.5X/2X 三模式电荷泵电路，提高了芯片的转换效率；LED 驱动模块则采用了高精度的驱动电流匹 配技术，使输出电流误差大幅减少。然后，基于 CSMC 0.5uM 的工艺模型，采用 Synopsys 公司的 Hspice 仿真软件，对系统的技术指标进行仿真验证。最后，使用 Cadence 公司的 Virtuoso 软件，对芯片版图进行设计及验证。 对经流片生产的上述芯片搭建平台进行测试， 结果表明， 所研制的白光 LED 背光驱动 芯片标准输出电流为 80mA，最大输出电流达 124mA，关断电流为 0.36uA，位间电流输出 误差为 0.5%，片间电流输出误差为 0.9%，芯片效率达 92%。因此，所研制的白光 LED 背 光驱动专用集成芯片达到预期的技术指标要求。
暨南大学 硕士学位论文
题名（中英对照） ： 一种新的白光 LED 背光驱动芯片的研制 Design of a new white LED backlight diver IC
作者姓名：梁欣然 指导教师姓名 及学位、职称：黄君凯 教授 学科、专业名称：电子与通信工程 论文提交日期：2011 年 6 月 论文答辩日期：2011 年 6 月 答辩委员会主席： 郑学仁 论文评阅人：郑学仁 张树群
关键词： 白光 LED
背光驱动芯片 电荷泵 恒流输出
I
暨南大学硕士学位论文
Abstract
White LED has become one of the highest quality backlight of the portable electronic products in recent years for its green, low energy consumption, high efficiency and long useful life. As a bridge which connects the voltage supply and lighting equipment, the driver chip is an indispensable part in the white LED backlight system. As a result of the rapid development of the electronic products, with the higher requirements to the efficiency, stability and compatibility.. White LED backlight driver chip based on the traditional mode can no longer meet the requirements of the consumers today. In this article, a new mode white LED backlight driving application specific chip for constant current output based on charge pump is proposed. Firstly, the overall framework of the chip system is constructed and the scope of work and performances of the chip are proposed. After that, the reference module, the over-temperature protection module, the oscillator module, the charge pump module, the logic control module and the LED driving module are designed. For the reference module, bootstrap and temperature compensation are used to produce stable bias current and reference voltage. For the charge pump module, to significantly increase in the efficiency, reforming in the structure of traditional 1X/1.5X/2X charge pump circuit. And driving with the high-precision current matching technology is in the LED driving module to substantially reduced in the output current error .The simulation results are given. Then, simulating to the crucial parameters by using the Synopsys Hspice simulation software with the CSMS 0.5uM model, and then, using Cadence's Virtuoso for chip design and verification. The chip current of made by the tape-outing is tested, the result show that, the standard output
is 80mA, the maximum output current is 124mA and the shutdown current is
0.36uA,output current error between channels is 0.5%, output current error between chips is 0.8%, and the efficiency of the chip is 92%. The simulation and the practical tests illustrate that the designed white LED backlight driving application specific integrated chip has achieved the desired technical requirements.
Keywords: white LED; backlight driving chip; charge pump; constant output
II
暨南大学硕士学位论文
目录
摘要 ..........................................................................................................................................I Abstract .................................................................................................................................. II 目录 ....................................................................................................................................... III 第一章 绪 论 ....................................................................................................................... 1 1.1 研究背景意义 .................................