2.1 基于MOS管飽和區(qū)恒流特性的恒流模塊

　　這種結(jié)構(gòu)采用簡單的恒流方式，常應(yīng)用于大功率LED照明電路，結(jié)構(gòu)如圖1（a）所示。電路利用M1實現(xiàn)恒流驅(qū)動。外接電壓Vcc的增大使得M1進(jìn)入飽和區(qū)，利用運放保證M1柵電壓保持不變。工作于飽和區(qū)的M0與M1的共柵連接方式使得流經(jīng)它們的電流滿足線性比例關(guān)系且電流恒定，比例系數(shù)取決于兩者的寬長比的比值。這種恒流模式完全依賴于MOS管的柵電壓并且恒流工作電壓（VDS1）至少要滿足M1管飽和導(dǎo)通，因此結(jié)構(gòu)對于LED顯示電路來說功耗大。

　　2.2 基于電流負(fù)反饋的恒流模塊

　　為減小電路功耗，采用負(fù)反饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)恒流輸出。電路結(jié)構(gòu)如圖1（b）。當(dāng)電路由于某一原因?qū)е翸0的漏電流增加時，增加的電流通過R1作用反饋到運放的反相端，負(fù)反饋結(jié)構(gòu)會使得M0的柵壓降低，使M0上漏電流減小，從而實現(xiàn)動態(tài)平衡，保證M0的漏電流恒定不變，反之亦然。這樣的恒流方式降低了恒流工作電壓，電路功耗小。動態(tài)平衡方式很好的實現(xiàn)了恒流輸出，恒流特性好。負(fù)反饋結(jié)構(gòu)使得驅(qū)動電流Iout與I_rset之間滿足線性比列關(guān)系，比例系數(shù)取決于R0與R1的阻值比。

　　該結(jié)構(gòu)存在一些不足：①R1不宜過大，否則R1上壓降過高，產(chǎn)生較大功耗。②R1不宜過小，否則會導(dǎo)致反饋電壓過小，反饋電壓信噪比低，電路性能不穩(wěn)定。R1設(shè)置在幾個歐姆為宜，對于電阻的精確要求使得版圖設(shè)計相對困難，對工藝的要求較高。③反饋電阻的存在就不可避免的在R1上產(chǎn)生一定的壓降，造成集成電路內(nèi)部功耗的增加。

　　2.3 擬合工作區(qū)的恒流驅(qū)動模塊

　　為避免反饋電阻存在的問題，采用圖1（c）結(jié)構(gòu)，負(fù)反饋取樣點在M1漏端。同時為最大限度的降低恒流工作電壓需實現(xiàn)MOS管在線性區(qū)可以恒流輸出。這種方式將線性區(qū)恒流輸出曲線與飽和區(qū)恒流輸出特性曲線擬合成一條曲線，得到驅(qū)動電流的恒流輸出曲線恒流特性好，恒流工作電壓低。

　　MOS管漏電流ID在不同工作區(qū)滿足關(guān)系式：

　　當(dāng)VDS》VGS-VTHN時，MOS管處于飽和區(qū)：

　　當(dāng)V DS 《 VGS - V THN時， MOS 管處于線性區(qū)：

　　若某一原因?qū)е逻\放同相端輸入電壓增大，會使得M0柵電壓增加。而I_rset對于固定的外設(shè)電阻是恒定的，故M0的漏電壓減小，從而M1的柵電壓減小，漏電壓增加，即運放的反相端電壓也隨之增加，反之亦然。這一結(jié)構(gòu)保證運放的同相端和反相端輸入電壓始終保持相等，即保證M1和M2的漏電壓相等。同時M1和M2的共柵連接方式使得兩者的柵電壓相等。由式（1）、（2）可以看出，只要保證M1和M2的柵、漏電壓均相等，驅(qū)動電流Iout與I_rset就會滿足一個線性的比例關(guān)系，比例系數(shù)依賴于M1和M2的寬長比的比值。而對于一個固定的外設(shè)電阻，I_rset是固定不變的，電路可以利用此關(guān)系在M2尚處于線性區(qū)時就可以恒流輸出，顯著的降低恒流輸出的工作電壓。這一結(jié)構(gòu)要求電路中的運放的線性區(qū)的工作范圍寬，即保證在M2處于線性區(qū)時，運放一直能夠正常放大，保證M1和M2的漏源電壓相等。當(dāng)同相端的增加量使得運算放大器已經(jīng)進(jìn)入到飽和區(qū)時，盡管反饋結(jié)構(gòu)不再起作用，但M2已經(jīng)可以利用飽和區(qū)恒流特性實現(xiàn)恒流輸出，I_reST不變使得飽和區(qū)的恒流值與線性區(qū)一致，兩個工作區(qū)的曲線擬合在一起，形成最終的恒流輸出曲線。

　　三種結(jié)構(gòu)的恒流工作電壓和驅(qū)動電流最大誤差如表1所示。三種結(jié)構(gòu)的I_rset均是同一簡單電流鏡產(chǎn)生的1mA電流，驅(qū)動電流與I_rset的比例關(guān)系均設(shè)置為1：50，外接電壓的工作范圍均為0V~5V.

　　表1 三種結(jié)構(gòu)恒流工作電壓及驅(qū)動電流最大誤差比較

　　可以看出，圖1中（c）的結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)顯著降低恒流工作電壓的目的。總體電路中的恒流驅(qū)動模塊采用該結(jié)構(gòu)。

　　LED恒流驅(qū)動的總體電路如圖2所示，圖中控制電路部分用于控制是否有恒流輸出。ctr信號是外接PWM數(shù)字信號，可以實現(xiàn)對LED的調(diào)光控制。

　　整個控制模塊利用施密特觸發(fā)器實現(xiàn)電平的準(zhǔn)確翻轉(zhuǎn)，通過邏輯門作用于MC8、MC9.這兩個MOS管在控制信號發(fā)生翻轉(zhuǎn)時迅速將電平拉高或拉低，實現(xiàn)了對控制信號控制功能的加速作用，電路的響應(yīng)速度快。當(dāng)ctr信號為高時輸出禁止，ctr信號為低時輸出允許，從而實現(xiàn)利用外部的PWM信號實現(xiàn)調(diào)光功能。I_rset產(chǎn)生電路要實現(xiàn)通過外設(shè)電阻Rset對I_rest大小的控制，并且對與固定的Rset可以恒流輸出。利用帶隙電壓源產(chǎn)生一個基準(zhǔn)電壓，利用運放實現(xiàn)基準(zhǔn)電壓到基準(zhǔn)電流的轉(zhuǎn)換。將運放的反相端連接到外設(shè)電阻Rset就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)換的電流大小受控于Rset.通過后續(xù)電路將電流適當(dāng)放大，最終給出I_rset.總體電路利用確立好的恒流驅(qū)動模塊實現(xiàn)恒流輸出。

　　圖2 恒流驅(qū)動電路總圖