一種彩色LED顯示屏16位恒流驅動芯片設計

　　圖4中運放電路的AC特性采用Hspice仿真器進行掃描，結果表明，OP的開環增益為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據的接收、鎖存、串并轉換以及使能控制，并結合脈沖寬度調制，輸出16位LED邏輯控制信號，實現對LED顯示屏的開關控制和灰度控制。在本文的邏輯控制模塊中，專門設計了SDO腳和OE腳，使外部顯示數據可通過SDO腳串行輸入，以支持高至25 MHz的數據移位時鐘頻率，在彩色LED顯示屏上實現圖像的快速刷新；采用脈沖寬度調制方式對使能OE腳進行控制，達到動態控制彩色LED顯示屏的灰度和亮度；在每個輸入腳加入施密特觸發器進行整形，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生的影響。

　　采用Maxplus對上述設計的邏輯控制模塊進行邏輯功能仿真驗證。結果表明，邏輯控制模塊完成了對外部數據的串并轉換，并對輸出數據進行了鎖存和使能控制。

　　3 版圖設計與流片測試

　　隨機失配和系統失配將造成芯片性能的下降，因此本文在版圖設計時，采用了叉指結構的MOS管，并在兩側加入冗余dummy，以降低上述兩種失配。同時，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致閾值電壓和跨導改變。

　　此外，考慮到當輸出電路驅動兩個及兩個以上的串聯LED時，輸出的NMOS管耐壓將超過10 V。因此，本文在CMOS標準工藝基礎上，通過調整個別工藝，例如采用低摻雜濃度的N阱，并利用N阱作為漂移區以提高耐壓；同時對NMOS高壓管采用Metal 2覆蓋，并作為漏極的引出端，從而節省了版圖面積并降低了連線電阻。

　　基于以上的電路設計和仿真驗證結果，在CSMC 0.5 μm N阱CMOS標準工藝的規則下完成物理設計和版圖驗證，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工業和信息化部電子第五研究所中國賽寶實驗室測試，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；當數據移位時鐘工作頻率為25 MHz時，本文研制樣片的主要技術參數的檢測結果在表1中列出，并與業界廣泛應用的臺灣聚積LED顯示屏16位恒流驅動芯片MBI5026進行了比較。

表1 LED顯示屏16位恒流驅動芯片的主要技術指標

　　本文所研制的芯片具有功耗低、電壓電流紋波系數小等優點，可應用于戶外大型彩色LED顯示屏。