一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路论文和设计-李河清

全文摘要

一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路，包括第一传输门（TG1）、第二传输门（TG2），第一反相器（INV1），第一PMOS管（P1），第一电阻（R1）、第二电阻（R2），按键处理电路和外围应用器件；所述第一传输门（TG1）的控制端和第二传输门（TG2）的C反端相连后连接第一反相器（INV1）的输出端，所述第一反相器（INV1）的输入端连接第一PMOS管（P1）的栅极。本专利完全靠逻辑器件实现LED灯控制和按键输入检测分时复用功能，不管在待机状态或者正常工作状态时，都不消耗静态电流，也不增加芯片面积，有效降低了系统功耗，节省了芯片成本；本专利没有特殊器件，完全与CMOS工艺相兼容，对于低功耗和电池供电的电子设备，比传统方案更有优势。

主设计要求

1.一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路，其特征在于：包括第一传输门（TG1）、第二传输门（TG2），第一反相器（INV1），第一PMOS管（P1），第一电阻（R1）、第二电阻（R2），按键处理电路和外围应用器件；所述外围应用器件包括LED灯和按键（K1）；所述第一传输门（TG1）和第二传输门（TG2）的输入端相连后连接芯片引脚（KEY_PIN），连接处通过LED灯接地，同时连接处还依次串接第一电阻（R1）、按键（K1）后接地；所述第一传输门（TG1）的控制端和第二传输门（TG2）的C反端相连后连接第一反相器（INV1）的输出端，所述第一反相器（INV1）的输入端连接第一PMOS管（P1）的栅极；所述第一传输门（TG1）的C反端和第二传输门（TG2）的控制端相连后接于第一反相器（INV1）与第一PMOS管（P1）之间；所述第一传输门（TG1）的输出端连接第二电阻（R2）后连接第一PMOS管（P1）的漏极；所述第一PMOS管（P1）的源极接电源输入（VIN），衬底与源极相连；所述第二传输门（TG2）的输出端连接按键处理电路后输出信号。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路，其特征在于：所述按键处理电路由第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、施密特反相器（Schmitt）、第二反相器（INV2）、第三反相器（INV3）、与非门（NAND1）和延时消噪模块组成；所述第三电阻（R3）一端连接电源输入（VIN），另一端连接在IN信号和第四电阻（R4）连接处；所示第四电阻（R4）另一端依次连接施密特反相器（Schmitt）、第三反相器（INV3）、第二反相器（INV2）；所述第二反相器（INV2）的输出端直接连接与非门（NAND1）的一个输入端，同时通过延时消噪模块连接与非门（NAND1）的另一个输入端；所述延时消噪模块输出端连接按键输出信号（KEY_OUT）。

3.根据权利要求2所述的一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路，其特征在于：所述延时消噪模块由第二PMOS管（P2）、第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）、电容（C0）和反相器（INV0）组成；所述第二PMOS管（P2）、第一NMOS管（N1）和第二NMOS管（N2）的栅极连在一起接IN信号；所述第二PMOS管（P2）的源极与衬底相连，漏极与第一NMOS管（N1）的漏极相连后接反相器（INV0）的输入端；所述第一NMOS管（N1）的源极连接第二NMOS管（N2）的漏极；所述电容（C0）一端接反相器（INV0）的输入端，另一端和第二NMOS管（N2）的源极相连后接地线，第一NMOS管（N1）的衬底连接第二NMOS管（N2）的衬底后接于电容（C0）和地线之间。

设计说明书

技术领域

本发明涉及分时复用电路，特别提供一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路。

背景技术

在集成电路设计中，经常会出现利用一个端子实现分时复用功能，最常见的对LED照明控制和按键输入检测的分时复用电路如图1所示，电路结构复杂，使用器件较多，一个严重缺陷是不管芯片处于工作状态还是待机状态，比较器都会消耗一定的静态电流，在低功耗或电池供电的系统中该缺点就更为突出。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，易于实现，成本低的零静态电流的LED控制和按键输入分时复用电路。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路，包括第一传输门（TG1）、第二传输门（TG2），第一反相器（INV1），第一PMOS管（P1），第一电阻（R1）、第二电阻（R2），按键处理电路和外围应用器件；所述外围应用器件包括LED灯和按键（K1）；所述第一传输门（TG1）和第二传输门（TG2）的输入端相连后连接芯片引脚（KEY_PIN），连接处通过LED灯接地，同时连接处还依次串接第一电阻（R1）、按键（K1）后接地；所述第一传输门（TG1）的控制端和第二传输门（TG2）的C反端相连后连接第一反相器（INV1）的输出端，所述第一反相器（INV1）的输入端连接第一PMOS管（P1）的栅极；所述第一传输门（TG1）的C反端和第二传输门（TG2）的控制端相连后接于第一反相器（INV1）与第一PMOS管（P1）之间；所述第一传输门（TG1）的输出端连接第二电阻（R2）后连接第一PMOS管（P1）的漏极；所述第一PMOS管（P1）的源极接电源输入（VIN），衬底与源极相连；所述第二传输门（TG2）的输出端连接按键处理电路后输出信号。

进一步，所述按键处理电路由第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、施密特反相器（Schmitt）、第二反相器（INV2）、第三反相器（INV3）、与非门（NAND1）和延时消噪模块组成；所述第三电阻（R3）一端连接电源输入（VIN），另一端连接在IN信号和第四电阻（R4）连接处；所示第四电阻（R4）另一端依次连接施密特反相器（Schmitt）、第三反相器（INV3）、第二反相器（INV2）；所述第二反相器（INV2）的输出端直接连接与非门（NAND1）的一个输入端，同时通过延时消噪模块连接与非门（NAND1）的另一个输入端；所述延时消噪模块输出端连接按键输出信号（KEY_OUT）。

进一步，所述延时消噪模块由第二PMOS管（P2）、第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）、电容（C0）和反相器（INV0）组成；所述第二PMOS管（P2）、第一NMOS管（N1）和第二NMOS管（N2）的栅极连在一起接IN信号；所述第二PMOS管（P2）的源极与衬底相连，漏极与第一NMOS管（N1）的漏极相连后接反相器（INV0）的输入端；所述第一NMOS管（N1）的源极连接第二NMOS管（N2）的漏极；所述电容（C0）一端接反相器（INV0）的输入端，另一端和第二NMOS管（N2）的源极相连后接地线，第一NMOS管（N1）的衬底连接第二NMOS管（N2）的衬底后接于电容（C0）和地线之间。

本发明的有益效果是：本专利完全靠逻辑器件实现LED灯控制和按键输入检测分时复用功能，不管在待机状态或者正常工作状态时，都不消耗静态电流，也不增加芯片面积，有效降低了系统功耗，节省了芯片成本；本专利没有特殊器件，完全与CMOS工艺相兼容，对于低功耗和电池供电的电子设备，比传统方案更有优势。

附图说明

图1为传统的LED控制和按键输入分时复用电路图；图2为本发明电路图；图3为本发明按键处理电路结构图；图4为本发明延时消噪模块电路图；图5为本发明控制信号时序图。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式。

如图2所示，下面将其工作原理进行说明：一种零静态电流的LED灯控制和按键输入分时复用电路包括第一传输门（TG1）、第二传输门（TG2），第一反相器（INV1），第一PMOS管（P1），第一电阻（R1）、第二电阻（R2），按键处理电路和外围应用器件；第二电阻（R2）是限流电阻，防止LED灯出现过大电流。其中LED灯，按键（K1）是外围应用器件。KEY_PIN是芯片引脚，用于连接LED灯和按键（K1），KEY_OUT代表按键输出信号，在按键检测允许时间内，若未有有效按键动作，则KEY_OUT输出高电平，若有有效按键动作，则KEY_OUT输出低电平。CTR是分时复用控制信号，CTR为低电平时，CTR_b是高电平，控制第一PMOS管（P1）导通，第一传输门（TG1）导通，第二传输门（TG2）截止，允许对LED灯实现控制，在CTR为低电平期间，由于第二传输门（TG2）截止，按键输入对按键输出信号KEY_OUT不会产生影响，在此期间KEY_OUT输出恒高。CTR是高电平时，CTR_b是低电平，控制第一PMOS管（P1）截止，第一传输门（TG1）截止，第二传输门（TG2）导通，允许按键输入。在CTR为高电平期间，由于第一传输门（TG1）截止，LED灯处于不亮的状态，在此期间内，若发生有效按键动作，通过第二传输门（TG2），再经过按键处理电路处理后按键输出信号KEY_OUT输出低电平，代表有按键按下。图5是分时复用控制信号(CTR)的时序图，在T1低电平期间允许对LED灯进行控制，在此期间内不管按键与否，按键输出信号KEY_OUT恒为高电平；在T2高电平期间允许对按键输入进行检测，若发生有效按键动作，则按键输出信号KEY_OUT输出低电平，代表有按键按下，若没有发生有效按键动作，则按键输出信号KEY_OUT输出高电平，代表没有按键按下，在此期间内LED灯处于不亮的状态。

如图3所示，对按键处理电路的工作原理进行说明：该模块由第三电阻（R3）、第四电阻（R4）、施密特反相器（Schmitt）、第二反相器（INV2）、第三反相器（INV3）、与非门（NAND1）和延时消噪模块组成。其中第三电阻（R3）是上拉电阻，保证在T1期间不管按键与否和在T2期间没有按键动作时，按键输出信号KEY_OUT恒为高电平。若外部发生有效按键动作，第三电阻（R3）、第一电阻（R1）通过按键（K1）与地形成通路，形成电阻分压器，第一电阻（R1）和第三电阻（R3）的节点电压使施密特反相器（Schmitt）发生翻转，按键输出信号KEY_OUT变为低。在电路设计中第一电阻（R1）、第三电阻（R3）组成的分压电阻，第一电阻（R1）和第三电阻（R3）节点的电压既要保证施密特反相器（Schmitt）正常翻转，又要小于LED灯的导通电压，保证在允许按键期间内LED灯不亮。第一电阻（R1）、第三电阻（R3）要足够大，防止有按键动作时第一电阻（R1）、第三电阻（R3）和按键（K1）通路出现大电流。第四电阻（R4）是静电(ESD)保护器件，当人体或机器触碰KEY_PIN时防止静电损害芯片。施密特反相器（Schmitt）用来检测是否发生按键动作。第一反相器（INV1）和第二反相器（INV2）用于整形和增加驱动。延时消噪模块电路(图4)用于消除按键（K1）产生的误动作，延时时间可以根据需要进行调整。

如图4所示，延时消噪模块由第二PMOS管（P2）、第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）、电容（C0）和反相器（INV0）组成。第二PMOS管（P2）的宽长比较大，第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）的宽长比较小，当该模块输入端是高电平时，电容（C0）通过第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）放电，由于第一NMOS管（N1）、第二NMOS管（N2）的宽长比较小，放电速度比较慢，若按键（K1）端由于误动作被按下时，若误动作持续时间较短，小于延时消噪模块的延时时间，KEY_OUT的状态不变仍为高电平，从而起到延时消噪作用。与非门（NAND1）的输出KEY_OUT代表按键情况，当KEY_OUT是高电平时代表按键（K1）没有被按下，当KEY_OUT是低电平时代表按键（K1）按下。

下面按照分时复用控制信号CTR高低电平两种情况介绍其工作原理。

第一种情况，分时复用信号CTR是低电平T1期间(图5)，CTR_b是高电平，控制第一PMOS管（P1）导通，第一传输门（TG1）导通，第二传输门（TG2）截止，允许对LED灯实现控制，在CTR为低电平期间，由于第二传输门（TG2）截止，按键输入对按键输出KEY_OUT不会产生影响，在此期间KEY_OUT输出恒高。LED灯根据控制信号CTR的高低电平情况点亮或者熄灭，所述分时复用控制信号CTR的频率要远高于24Hz，即要高于人眼敏感频率，使人眼感觉不到LED闪亮的情况。需要注意的是，在T1期间内，若有按键动作，第一电阻（R1），第二电阻（R2）形成分压电阻，此时要保证第一电阻（R1）和第二电阻（R2）节点处的分压小于LED灯的导通电压，防止LED灯出现错误的亮灯指示。

第二种情况，分时复用信号CTR是高电平T2期间(图5)：CTR_b是低电平，控制第一PMOS管（P1）截止，第一传输门（TG1）截止，第二传输门（TG2）导通，允许按键输入。在CTR为高电平期间内，由于第一传输门（TG1）截止，LED灯处于熄灭的状态，在此期间内，若发生有效按键动作，通过第二传输门（TG2），再经过按键处理电路处理后按键输出信号KEY_OUT输出低电平，代表有按键按下。需要注意的是，对于第一电阻（R1）、第三电阻（R3）(按键处理电路中的电阻)的值，第一电阻（R1）、第三电阻（R3）要足够大，防止按键时第一电阻（R1）、第三电阻（R3）和按键（K1）通路出现大电流，在电路设计中第一电阻（R1）、第三电阻（R3）组成的分压电阻，第一电阻（R1）和第三电阻（R3）节点的电压既要保证施密特反相器（Schmitt）正常翻转，又要小于LED灯的导通电压，保证在允许按键期间LED灯处于熄灭状态。对于分时复用控制信号CTR的频率要远高于24Hz，即要高于人眼敏感频率，使人眼感觉不到LED灯闪亮的情况。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

设计图

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