TWI687130B - 具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路 - Google Patents

具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路 Download PDF

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Abstract

本發明係一種具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路，係包含一內部電路、一系統直流電源及複數輸入輸出電路，各該輸入輸出電路係連接於一接腳與該內部電路之間，且包含有一輸出緩衝單元及一負載驅動電路；當一光學負載連接至該積體電路其中二接腳時，除可透過該內部電路選擇由原本輸出緩衝單元提供驅動電流予該光學負載外，亦可選擇由該負載驅動電路提供不同的驅動電流予不同的光學負載；如此，本發明積體電路的輸入輸出電路具有具多段輸出電流驅動功能。

Description

具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路
本發明係關於一種積體電路的輸入輸出電路改良，尤指一種具多段輸出電流之輸入輸出電路。
不同應用的處理器，其積體電路中的各輸入輸出接腳(以下簡稱I/O接腳)所連接的輸入輸出電路推動負載的電流大小並不相同，假設該輸入輸出電路的推動負載電流為ILOAD，若將低於負載電流ILOAD之驅動電流ILED的負載(如發光二極體)直接連接至I/O接腳，會因負載電流過大而使發光二極體過亮；因此，會進一步於I/O接腳與各該發光二極體之間串接一電阻，作為限流用，連接的方式可如圖8所示，將發光二極體LED1~LED7的陽極連接至一外部直流電源的正電位VLED，其陰極則透過限流電阻R1~R7再連接至對應的I/O接腳P11~P17，亦可如圖9所示，將發光二極體LED1~LED9的陽極透過限流電阻R1~R7連接至對應的I/O接腳P11~P17，其陰極再接地GND。
由於目前電子產品越趨小型化，嚴重壓縮電路板元件佈設空間，若以圖8及圖9所示的電路，除必要的發光二極體LED1~LED7外，限流電阻R1~R7亦佔據不少空間；是以，有必要進一步改良之。
有鑑於上述作處理器用的積體電路驅動光學負載外接電阻的缺點，本發明主要目的係提出一種具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路。
欲達上述目的所使用主要技術手段係令該具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路包含有一內部電路、一系統直流電源、一第一輸入輸出電路以及一第二輸入輸出電路；其中：上述該第一輸入輸出電路係連接於一第一接腳與該內部電路之間，其包含有：一輸出緩衝單元，係連接至該系統直流電源，且其輸入端係透過一預驅動電路連接至該內部電路，其輸出端係連接至該第一接腳；以及一輸入緩衝單元，其輸出端係連接至該內部電路，其輸入端係連接至該第一接腳；一第一負載驅動電路，係包含有一電流產生單元及一開關單元；其中該電流產生單元係透過該開關單元電性連接於該系統直流電源與該第一接腳之間；以及上述該第二輸入輸出電路係連接於一第二接腳與該內部電路之間，其包含有：一輸出緩衝單元，係連接至該系統直流電源，且其輸入端係透過一預驅動電路連接至該內部電路，其輸出端係連接至該第二接腳；以及一輸入緩衝單元，其輸出端係連接至該內部電路，其輸入端係連接至該第二接腳。
由上述說明可知，本發明積體電路的至少一輸入輸出電路主要包含有一輸出緩衝單元及一負載驅動電路，當一光學負載連接至該積體電路其中二接腳時，除可透過該內部電路選擇由原本輸出緩衝單元提供驅動電流予該光學負載外，亦可選擇由該負載驅動電路提供不同的驅動電流予不同的光學負 載，使本發明積體電路的輸入輸出電路具有具多段輸出電流驅動功能，而不必外加限流電阻，加上積體電路中的電子元件在相同製程中完成，其誤差值差異小，可令外接的光學負載發光的均勻度提升。
本發明另一積體電路係包含有分別連接一光學負載之兩端的一第一接腳與一第二接腳，其中該積體電路進一步包括：一第一電壓源；一負載驅動電路，係耦接至該第一電壓源與該第一接腳之間，該負載驅動電路係包含有一電流產生單元及一開關單元；其中該電流產生單元係透過該開關單元電性連接於該第一電壓源與該第一接腳之間；以及一第二電壓源，係耦接至該第二接腳，其中該第二電壓源的電位與該第一電壓源的電位不同。
由上述說明可知，本發明積體電路的二支第一及第二接腳係供一光學負載連接，其中該第一接腳透過該負載驅動電路連接至該第一電壓源，而第二腳連接與第二電壓源；當該負載驅動電路的開關單元將第一接腳與該第一電壓源耦接，即可驅動電流予該光學負載，不必外加限流電阻，即可順利驅動光學負載。
1、1a、1b:積體電路
10:內部電路
20:輸入輸出電路
20a:第一輸入輸出電路
20b:第二輸入輸出電路
21、21a:輸出緩衝單元
211:前驅動電路
212:第一輸出緩衝器
213:第二輸出緩衝器
22:輸入緩衝單元
30、30a、30b:負載驅動單元
31:電流產生單元
32:開關單元
圖1：本發明積體電路的第一實施例的一電路方塊圖。
圖2：本發明積體電路的第二實施例的一電路方塊圖。
圖3：本發明積體電路的第三實施例的一電路方塊圖。
圖4A：圖1之積體電路其中一輸入輸出電路之一電路圖。
圖4B：圖1之積體電路其中一輸入輸出電路之另一電路圖。
圖4C：圖1之積體電路其中一輸入輸出電路之再一電路圖。
圖5A：圖2之積體電路其中一輸入輸出電路之一電路圖。
圖5B：圖2之積體電路其中一輸入輸出電路之另一電路圖。
圖5C：圖2之積體電路其中一輸入輸出電路之再一電路圖。
圖6：本發明積體電路連接光學負載的一電路圖。
圖7：本發明積體電路連接光學負載的另一電路圖。
圖8：既有一作處理器用之積體電路與發光二極體的電路圖。
圖9：既有一作處理器用之積體電路與發光二極體的電路圖。
本發明係針對積體電路的輸入輸出電路進行改良，令使該輸入輸出電路增加多段推動光學負載的能力，以下謹以複數實施例配合前揭圖式詳加說明本發明的技術內容。
首先請參閱圖1所示，係為本發明積體電路1的其中一實施例，其包含有一內部電路10、一系統直流電源、複數輸入輸出電路20及複數輸入輸出接腳(以下簡稱I/O接腳)；其中各該輸入輸出電路20係連接至該內部電路10、系統直流電源的高、低電位VDD、GND，並由該內部電路10設定各該輸入輸出電路20，以定義其所連接的I/O接腳為輸出用接腳或輸入用接腳。
上述各該輸入輸出電路20係包含有一輸出緩衝單元21、一輸入緩衝單元22及一負載驅動電路30；其中各該輸出緩衝單元21係透過一預驅動電路211連接至該內部電路10，並與對應的I/O接腳P11…P17、P18連接，由該內部電路10控制該預驅動電路211致能該輸出緩衝單元21後，控制輸出高、低電位訊號予對應的I/O接腳P11…P17、P18，以實現數位數值”0”或”1”的傳送。於本實施例，該輸出緩衝單元21係包含有單一級第一輸出緩衝器212，係由一上開關(PMOS電 晶體)Q11串接一下開關(NMOS電晶體)Q12組成，該上、下開關Q11、Q12的控制端均連接至該預驅動電路211，由該預驅動電路211決定該上、下開關Q11、Q12的啟、閉。同理，該輸入緩衝單元22係連接至該內部電路10，由該內部電路10致能後，接收其對應I/O接腳P11…P17、P18的高、低電位訊號，以將數位數值”0”或”1”輸入至該內部電路10。
該負載驅動電路30係連接至該內部電路10、該系統直流電源的高、低電位VDD、GND及對應I/O接腳P11…P17、P18，由該內部電路10控制該負載驅動電路30提供連接至I/O接腳P11…P17、P18的光學負載LED1~LED7所需的驅動電流。於圖1所示的實施例，該負載驅動電路30係連接於該系統直流電源的高電位VDD與各光學負載LED1~LED7之間，於光學負載LED1~LED7的控制應用中係提供一高電流汲取模式(High Sink Mode)，再如圖2所示的另一積體電路1a的實施例，其各該負載驅動電路30係連接於該系統直流電源的低電位GND與各光學負載LED1~LED7之間，於光學負載LED1~LED7的控制應用中係提供一高電流驅動模式(High Drive Mode)；此外，再如圖3所示之又一積體電路1b實施例，其各該輸入輸出電路20亦可包含如圖1及圖2所示的二個負載驅動電路30，該二個負載驅動電路30係分別連接至該系統直流電源之高、低電位VDD、GND，並共同連接至該內部電路10，由該內部電路10選擇以高電流汲取模式或高電流驅動模式驅動光學負載LED1~LED7，或可如圖6所示，部分之該輸入輸出電路20包含圖1所示的負載驅動電路30，部分之該輸入輸出電路20為圖2所示的負載驅動電路30。
以下進一步說明上述該負載驅動電路30的各種電路的實施態樣，首先請參閱圖4A所示，係對應圖1中該輸入輸出電路20中的其中一種負載驅動電路30，其包含有一電流產生單元31及一開關單元32，其中該電流產生單元31係透過該開關單元32電性連接於該系統直流電源與該I/O接腳P11…P17、P18 之間，由該內部電路10控制該開關單元32來決定該系統直流電源是否電性連接該對應的I/O接腳P11…P17、P18，以提供連接至I/O接腳P11…P17、P18的光學負載LED1~LED7所需的驅動電流。於本實施態樣，該開關單元32係包含有複數開關SW1、SW2，該開關SW1、SW2係分別經由控制端CT1、CT2連接該內部電路10，該內部電路10控制該開關SW1、SW2的開啟或關閉，其中該開關SW1、SW2係以一電晶體實施。該電流產生單元31係包含有並聯設置的複數電阻Ra、Rb，以便該電阻Ra、Rb能分別透過對應開關SW1、SW2連接至該系統直流電源的高電位VDD；或者，如圖5A對應圖2之負載驅動電路30，其電流產生單元31的複數電阻Ra、Rb則是分別透過對應開關SW1、SW2連接至該系統直流電源的低電位GND。此外，於本實施例中，各該輸出緩衝單元21係包含有二級並聯設置的輸出緩衝器，即該輸出緩衝單元21包含有並聯設置的一第一輸出緩衝器212及一第二輸出緩衝器213，其中該第一輸出緩衝器212之上開關Q11、下開關Q12與該第二輸出緩衝器213之上開關Q21、下開關Q22的控制端均連接至該預驅動電路211。
再如圖4B所示，係對應圖1中輸入輸出電路20中的另其中一種負載驅動電路30a，其與圖4A同樣包含有一電流產生單元31及一開關單元32，惟與圖4A實施樣態之間的差異在於，該電流產生單元31係包含有一定電流電路單元，其一端係連接至該第一I/O接腳P11，另一端則連接至該開關單元32所對應該開關SW1、SW2的另一端，該定電流電路單元係包含複數產生不同定電流的定電流源Ia、Ib，各該定電流源Ia、Ib同樣透過對應的開關SW1、SW2連接至該系統直流電源的高電位VDD；或者，如圖5B對應圖2之負載驅動電路30a，其電流產生單元31的複數定電流源Ia、Ib則分別透過對應開關SW1、SW2連接至該系統直流電源的低電位GND。
再請參閱圖4C所示，係對應圖1中輸入輸出電路20中的其中一種負載驅動電路30b，其與圖4A大致相同，均包含有一電流產生單元31及一開關單元32，惟該電流產生單元31係包含有一定電流電路單元，該定電流電路單元係為一可調電流源11，該內部電路10可控制該可調電流源11產生不同的輸出電流，且該開關單元32包含單一開關SW1，該可調電流源I1可透過該開關SW1連接至該系統直流電源的高電位VDD；或者，如圖5C對應圖2之負載驅動電路30b，其電流產生單元31的可調電流源I1係分別透過對應開關SW1連接至該系統直流電源的低電位GND。
以下為方便詳細說明本發明積體電路1應用於驅動光學負載的電路動作，以下以第一及第二輸入輸出電路20a、20b驅動單一發光二極體為例加以說明之。
首先請參閱圖6所示，將該發光二極體LED1的陽極連接至該第一I/O接腳P11，其陰極則連接至該第二I/O接腳P18；此時，該內部電路10設定與該第一I/O接腳P11的第一輸入輸出電路20a相連接的預驅動電路211，不作動該輸出緩衝單元21a，但控制該開關單元32的第一開關SW1導通，使該發光二極體LED1的陽極透過該第一開關SW1所連接之電阻Ra連接至該系統直流電源的高電位VDD，同時，該內部電路10亦控制該第二輸入輸出電路20b的預驅動電路211，令其輸出緩衝單元21a的第一輸出緩衝器212的下開關Q12’導通，使該發光二極體LED1的陰極連接到該系統直流電源的低電位GND，藉此構成迴路而產生驅動電流ILED1來使該發光二極體LED1點亮；此外，若欲提供不同之驅動電流來驅動該發光二極體LED1，則亦可選擇控制該開關單元32的第二開關SW2導通，以產生不同之驅動電流予該發光二極體LED1。再請配合圖1所示，若欲驅動複數發光二極體LED1~LED7，即將該些發光二極體LED1~LED7的陽極分別連接至對應的I/O接腳P11~P17後，該些發光二極體LED1~LED7的陰極則可共同連接至其 中一I/O接腳P18，由該內部電路10依據前揭控制方式，即可點亮全部或部分之該發光二極體LED1~LED7。
再請參閱圖7所示，為另一種驅動方式，該發光二極體LED1的陽極及陰極同樣連接於第一及第二I/O接腳P11、P18，此時，該內部電路10設定連接第一I/O接腳P11的第一輸入輸出電路20a的預驅動電路211致能該輸出緩衝單元21a，使其第一輸出緩衝器212的上開關Q11導通，以便該發光二極體LED1的陽極透過該上開關Q11連接至該系統直流電源的高電位VDD，同時，該內部電路10亦控制該第二輸入輸出電路20b的預驅動電路211，不作動該輸出緩衝單元21a，但控制該開關單元32的第一開關SW1’導通，使該發光二極體LED1的陰極透過該第一開關SW1’所連接之電阻Ra連接至該系統直流電源的低電位GND，藉此構成迴路而產生驅動電流ILED1來使該發光二極體LED1點亮；此外，若欲提供不同之驅動電流來驅動該發光二極體LED1，則亦可選擇控制該開關單元32的第二開關SW2’導通，以產生不同之驅動電流予該發光二極體LED1。請配合圖2所示，若欲驅動複數發光二極體LED1~LED7，即將該些發光二極體LED1~LED7的陽極分別連接至對應的I/O接腳P11~P17後，該些發光二極體LED1~LED7的陰極則可共同連接至其中一I/O接腳P18，由該內部電路10依據前揭控制方式，即可點亮全部或部分之該發光二極體LED1~LED7。
綜前所述，本發明積體電路應用於光學負載驅動應用，並不需要額外電阻進行限流，而直接於該積體電路1內的各該輸入輸出電路20中增設一負載驅動電路30，依據所使用之光學負載所需的驅動電流，如圖4A、圖4B、圖5A及圖5B所示，導通該負載驅動電路30的開關電路中的不同開關，以決定不同驅動電流；或者，可如圖4C或圖5C，直接調整該可調電流源的輸出電流來作為光學負載所需的驅動電流。
由於各該輸入輸出電路中的輸出緩衝單元的第一及第二輸出緩衝器亦具有負載推動能力，其中該第一輸出緩衝器的輸出電流值係介於第二輸出緩衝器的輸出電流值與該負載驅動電路的輸出電流值之間；因此，本發明的負載驅動單元30、30a、30b(如圖4A、圖4B、圖5A及圖5B所示)的開關單元32亦可只包含單一開關SW1，而該電流產生單元31亦可只包含單一電阻Ra或定電流Ia，配合該第一輸出緩衝器122及/或該第二輸出緩衝器123，同樣可提供不同光學負載所需的多段驅動電流。
由上述說明可知，本發明積體電路的至少一輸入輸出電路主要包含有一輸出緩衝單元及一負載驅動電路，當一光學負載連接至該積體電路其中二接腳時，除可透過該內部電路選擇由原本輸出緩衝單元提供驅動電流予該光學負載外，亦可選擇由該負載驅動電路提供不同的驅動電流予不同的光學負載，使本發明積體電路的輸入輸出電路具有具多段輸出電流功能，而不必外加限流電阻。
以上所述僅是本發明的實施例而已，並非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明技術方案的範圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
1‧‧‧積體電路
10‧‧‧內部電路
20‧‧‧輸入輸出電路
21‧‧‧輸出緩衝單元
211‧‧‧前驅動電路
212‧‧‧第一輸出緩衝器
22‧‧‧輸入緩衝單元
30‧‧‧負載驅動單元

Claims (12)

  1. 一種具多段輸出電流之輸入輸出電路的積體電路，包括一內部電路、一系統直流電源、一第一輸入輸出電路以及一第二輸入輸出電路；其中：上述該第一輸入輸出電路係連接於一第一接腳與該內部電路之間，其包含有：一輸出緩衝單元，係連接至該系統直流電源，且其輸入端係透過一預驅動電路連接至該內部電路，其輸出端係連接至該第一接腳；以及一輸入緩衝單元，其輸出端係連接至該內部電路，其輸入端係連接至該第一接腳；一第一負載驅動電路，係包含有一電流產生單元及一開關單元；其中該電流產生單元係透過該開關單元電性連接於該系統直流電源與該第一接腳之間；以及上述該第二輸入輸出電路係連接於一第二接腳與該內部電路之間，其包含有：一輸出緩衝單元，係連接至該系統直流電源，且其輸入端係透過一預驅動電路連接至該內部電路，其輸出端係連接至該第二接腳；以及一輸入緩衝單元，其輸出端係連接至該內部電路，其輸入端係連接至該第二接腳；其中：該第一接腳與第二接腳之間連接有一光學負載，且該第一接腳與第二接腳分別連接該光學負載的一第一極及一第二極。
  2. 如請求項1所述之積體電路，其中：該第一負載驅動電路係連接至該系統直流電源的高電位；以及該第二接腳透過該第二輸入輸出電路的該輸出緩衝單元連接至該系統直流電源的低電位。
  3. 如請求項1所述之積體電路，其中：該第一負載驅動電路係連接至該系統直流電源的低電位；以及該第二接腳透過該第二輸入輸出電路的該輸出緩衝單元連接至該系統直流電源的高電位。
  4. 如請求項2所述之積體電路，該第二輸入輸出電路係進一步包含有一第二負載驅動電路，其包含有一電流產生單元及一開關單元；其中該電流產生單元係透過該開關單元電性連接至該系統直流電源的低電位與該第二接腳之間，並由該開關單元決定該系統直流電源的低電位透過該電流產生單元與該第二接腳電性連接。
  5. 如請求項3所述之積體電路，該第二輸入輸出電路係進一步包含有一第二負載驅動電路，其包含有一電流產生單元及一開關單元；其中該電流產生單元係透過該開關單元電性連接至該系統直流電源的高電位與該第二接腳之間，並由該開關單元決定該系統直流電源的高電位透過該電流產生單元與該第二接腳電性連接。
  6. 如請求項4所述之積體電路，其中該第一極為陽極，而該第二極為陰極，該第一接腳係供該光學負載的陽極連接，而該第二接腳則供該光學負載的陰極連接。
  7. 如請求項5所述之積體電路，其中該第一極為陰極，而該第二極為陽極，該第一接腳係供該光學負載的陰極連接，而該第二接腳則供該光學負載的陽極連接。
  8. 如請求項2或3所述之積體電路，其中：該第一負載驅動電路之開關單元包含至少一開關，其一端係連接至該系統直流電源，其一控制端係連接至該內部電路；以及
    該第一負載驅動電路之電流產生單元係包含至少一電阻元件，其一端係連接至其所對應的第一或第二接腳，另一端則連接至對應的該開關的另一端。
  9. 如請求項2或3所述之積體電路，其中：該第一負載驅動電路之開關單元，係包含至少一開關，其一端係連接至該系統直流電源，其一控制端係連接至該內部電路；以及該第一負載驅動電路之電流產生單元係包含一定電流電路單元，其一端係連接至其所對應的第一或第二接腳，另一端則連接至對應的該開關的另一端。
  10. 如請求項9所述之積體電路，該定電流電路單元包含單一定電流源或一可調電流源。
  11. 如請求項9所述之積體電路，其中：該開關單元包含複數開關；以及該定電流電路單元包含複數定電流源，其同一端係共同連接至其所對應的第一或第二接腳，另一端則分別連接至該開關單元的對應該開關。
  12. 如請求項2或3所述之積體電路，其中：上述該第一輸入輸出電路的該輸出緩衝單元係進一步包含有並聯連接的一第一輸出緩衝電路及一第二輸出緩衝電路；其中該第一及第二輸出緩衝電路的輸出端係共同連接至該第一接腳，且該第一輸出緩衝電路輸出的驅動電流係小於該第二輸出緩衝電路輸出的驅動電流。
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