一種彩色LED顯示屏16位恒流驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)

　　圖4中運(yùn)放電路的AC特性采用Hspice仿真器進(jìn)行掃描，結(jié)果表明，OP的開環(huán)增益為99 dB～103 dB，單位增益帶寬為1.7 MHz～2 MHz，相位裕度為62 °～70 °。

　　2.4 邏輯控制模塊

　　邏輯控制模塊用于對外部顯示數(shù)據(jù)的接收、鎖存、串并轉(zhuǎn)換以及使能控制，并結(jié)合脈沖寬度調(diào)制，輸出16位LED邏輯控制信號，實(shí)現(xiàn)對LED顯示屏的開關(guān)控制和灰度控制。在本文的邏輯控制模塊中，專門設(shè)計(jì)了SDO腳和OE腳，使外部顯示數(shù)據(jù)可通過SDO腳串行輸入，以支持高至25 MHz的數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘頻率，在彩色LED顯示屏上實(shí)現(xiàn)圖像的快速刷新；采用脈沖寬度調(diào)制方式對使能OE腳進(jìn)行控制，達(dá)到動(dòng)態(tài)控制彩色LED顯示屏的灰度和亮度；在每個(gè)輸入腳加入施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，以消除由于存在對地電容和較長傳輸線而對波形上升沿和下降沿產(chǎn)生的影響。

　　采用Maxplus對上述設(shè)計(jì)的邏輯控制模塊進(jìn)行邏輯功能仿真驗(yàn)證。結(jié)果表明，邏輯控制模塊完成了對外部數(shù)據(jù)的串并轉(zhuǎn)換，并對輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行了鎖存和使能控制。

　　3 版圖設(shè)計(jì)與流片測試

　　隨機(jī)失配和系統(tǒng)失配將造成芯片性能的下降，因此本文在版圖設(shè)計(jì)時(shí)，采用了叉指結(jié)構(gòu)的MOS管，并在兩側(cè)加入冗余dummy，以降低上述兩種失配。同時(shí)，注意匹配的MOS管與其他晶體管之間的間距，以免引起背柵摻雜濃度變化而導(dǎo)致閾值電壓和跨導(dǎo)改變。

　　此外，考慮到當(dāng)輸出電路驅(qū)動(dòng)兩個(gè)及兩個(gè)以上的串聯(lián)LED時(shí)，輸出的NMOS管耐壓將超過10 V。因此，本文在CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝基礎(chǔ)上，通過調(diào)整個(gè)別工藝，例如采用低摻雜濃度的N阱，并利用N阱作為漂移區(qū)以提高耐壓；同時(shí)對NMOS高壓管采用Metal 2覆蓋，并作為漏極的引出端，從而節(jié)省了版圖面積并降低了連線電阻。

　　基于以上的電路設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證結(jié)果，在CSMC 0.5 μm N阱CMOS標(biāo)準(zhǔn)工藝的規(guī)則下完成物理設(shè)計(jì)和版圖驗(yàn)證，得到面積為1 630 μm×1 230 μm的芯片版圖。

　　上述流片后的樣品經(jīng)工業(yè)和信息化部電子第五研究所中國賽寶實(shí)驗(yàn)室測試，在電壓變化范圍為4.5 V～7 V，溫度變化范圍為-40 ℃～80 ℃，送檢樣片工作正常；當(dāng)數(shù)據(jù)移位時(shí)鐘工作頻率為25 MHz時(shí)，本文研制樣片的主要技術(shù)參數(shù)的檢測結(jié)果在表1中列出，并與業(yè)界廣泛應(yīng)用的臺(tái)灣聚積LED顯示屏16位恒流驅(qū)動(dòng)芯片MBI5026進(jìn)行了比較。

表1 LED顯示屏16位恒流驅(qū)動(dòng)芯片的主要技術(shù)指標(biāo)

　　本文所研制的芯片具有功耗低、電壓電流紋波系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于戶外大型彩色LED顯示屏。