CN100433514C - 含有稳定操作的调压器的供电电路 - Google Patents

含有稳定操作的调压器的供电电路 Download PDF

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Abstract

一种供电电路由升压电路(1)和多个调压器构成(2，3，4)，其中，升压电路用于接收输入DC电压(VDD)来生成多个输出DC电压，每个调压器由从输出DC电压与地电压的组合中选择的两个电压供电。调压器中的每一个中的两个电压之间的压差基本相同，以稳定地操作调压器。

Description

含有稳定操作的调压器的供电电路
技术领域
本发明涉及一种例如在液晶显示(LCD)装置中使用的供电电路。
背景技术
一般而言，在含有LCD面板、数据线(信号线)驱动电路和栅线(扫描线)驱动电路的LCD装置中，提供供电电路来向数据线驱动电路和栅线驱动电路供应调节电压。
在数据线驱动电路中，向其供应的调节电压无需很高；但是，需要有高电流驱动能力。因此，调节电压例如从2·VDD得到，其中，VDD是供电电压。另一方面，在栅线驱动电路中，向其供应的调节电压无需高电流驱动能力；但是，调节电压是足够高的电压且是足够低的电压。因此，调节电压例如从4·VDD和(-2)·VDD得到。这将在下面得到详细的解释。
现有技术的供电电路由下述所构成：升压电路，用于接收供电电压VDD，以生成4倍的升压电压4·VDD、2倍的升压电压2·VDD和(-2)倍的升压电压(-2)·VDD；第一调压器，由4倍的升压电压与地电压供电，以生成第一调节电压；第二调压器，由2倍的升压电压与地电压供电，以生成第二调节电压；以及第三调压器，由地电压与(-2)倍的升压电压供电。这将在下面得到详细的解释。
但是，在上述现有技术的供电电路中，第一调压器中的两个供电电压之间的压差是4·VDD，第二调压器中的两个供电电压之间的压差是2·VDD，以及第三调压器中的两个供电电压之间的压差是2·VDD。因而，所有的第一、第二和第三调压器并不能总是得到稳定的操作，或者一些调压器的可靠性可能会下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够稳定操作其调压器并改善其可靠性的供电电路。
根据本发明，供电电路由升压电路和多个调压器构成，其中，升压电路用于接收输入DC电压来生成多个输出DC电压，每个调压器由从各输出DC电压与地电压的组合中选择的两个电压供电。所述调压器中的每一个中的两个电压之间的压差基本相同，以稳定地操作调压器。
附图说明
参考附图，将能从下面对比现有技术的描述中更加清楚的理解本发明，在附图中：
图1是示出了向其应用了供电电路的现有LCD装置的方框图；
图2是图1的供电电路的方框图；
图3是图2的升压电路的电路图；
图4、5和6是图2的调压器的电路图；
图7是示出了根据本发明的供电电路的第一实施例的方框图；
图8是示出了根据本发明的供电电路的第二实施例的方框图；以及
图9是示出了根据本发明的供电电路的第三实施例的方框图。
具体实施方式
在描述优选实施例之前，参考图1、2、3、4、5和6对现有技术的供电电路进行解释说明。
在示出了向其应用了现有技术的供电电路的现有LCD装置的图1中，参考数字100表示具有例如240×3×320个点的LCD面板101的玻璃衬底。在这种情况中，LCD面板101包括720(240×3)个数据线(或信号线)DL和320个栅线(或扫描线)GL。位于数据线DL与栅线GL之间的一个像素由一个薄膜晶体管(TFT)Q、一个像素电容器C和一个液晶单元CC构成。向像素电容器C和液晶单元CC施加公共电压VCOM。
提供数据线驱动电路102来驱动这720个数据线DL，而提供栅线驱动电路103来驱动这320个栅线GL。
另外，供电电路104向数据线驱动电路102供应调节电压VR2且向栅线驱动电路103供应调节电压VR1和VR3。
此外，控制电路105对数据线驱动电路102、栅线驱动电路103和供电电路104进行控制。在这种情况中，控制电路105生成水平时钟信号HCK、水平开始脉冲信号HST、8位的数据信号D1、D2、......、D8等，并把它们发送至数据线驱动电路102。另外，控制电路105生成垂直时钟信号VCK、垂直开始脉冲信号VST等，并把它们发送至栅线驱动电路103。此外，控制电路105生成两个互补时钟信号φ和/φ，并把它们发送至供电电路104。
数据线驱动电路102、栅线驱动电路103、供电电路104和控制电路105由大规模集成(LSI)电路构成，其通过玻璃上芯片(Chips-on-glass，COG)工艺或玻璃上系统(system-on-glass，SOG)工艺被组装在LCD面板101的玻璃衬底100上，以降低制造成本。
在数据线驱动电路102中，每个数据线DL上的被施加到像素电容器C和液晶单元CC上的数据电压无需很高；但是，对于每个数据线DL上的数据电压则需要高电流驱动能力，以对像素电容器C和液晶显示单元CC进行充电和放电。因此，供应给数据线驱动电路102的调节电压VR2是例如从2·VDD得到的电压。
另一方面，在栅线驱动电路103中，由于向TFT Q的栅施加每个栅线QL上的选择电压，所以无需高电流驱动能力；但是，每个栅线GL上的选择电压比TFT Q的阈值电压高到足以接通TFT Q，而每个栅线GL上的非选择电压比相应的数据线上的电压低到足以断开TFT Q。因此，用作选择电压的调节电压VR1是例如从4·VDD得到的电压，而调节电压VR3是例如从(-2)·VDD得到的电压。
在示出了图1的供电电路104的详细电路图的图2中，升压电路1使用时钟信号φ和/φ来接收供电电压VDD，以生成的4·VDD、2·VDD和(-2)·VDD的电压。
调压器2由电压4·VDD与地电压GND供电，以生成调节电压VR1。同样，调压器3由电压2·VDD与地电压GND供电，以生成调节电压VR2。此外，调压器4由地电压GND和与电压(-2)·VDD供电，以生成调节电压VR3。
在图2中，参考电压Vref例如是供电电压VDD。
在作为图2的升压电路1的详细电路图的图3中，升压电路1由下述的电路构成：2倍的电荷泵电路1-1，用于接收由时钟信号φ和/φ定时钟的电压VDD，以生成2·VDD的电压；2倍的电荷泵电路1-2，用于接收来自2倍的电荷泵电路1-1的由时钟信号φ和/φ定时钟的电压2·VDD，以生成4·VDD；以及(-1)倍的电荷泵电路1-3，用于接收来自2倍的电荷泵电路1-1的电压2·VDD，以生成(-2)·VDD的电压。
2倍的电荷泵电路1-1由下述所构成：由时钟信号φ定时钟的充电开关111及112、由时钟信号/φ定时钟的升压开关113及由时钟信号/φ定时钟的输出开关114、升压电容器115以及平滑电容器116。首先，当时钟信号φ和/φ分别为高和低时，开关111及112被接通且开关113及114被断开，因此，电容器115在VDD上充电。接下来，当时钟信号φ和/φ分别为低和高时，开关111及112被断开且开关113及114被接通，因此，电压VDD被添加到电容器115的输出电压VDD上，从而生成了2·VDD。
2倍的电荷泵电路1-2由下述所构成：由时钟信号φ定时钟的充电开关121及122、由时钟信号/φ定时钟的升压开关123及由时钟信号/φ定时钟的输出开关124、升压电容器125以及平滑电容器126。首先，当时钟信号φ和/φ分别为高和低时，开关121及122被接通且开关123及124被断开，因此，电容器125在2·VDD上充电。接下来，当时钟信号φ和/φ分别为低和高时，开关121及122被断开且开关123及124被接通，因此，电压2·VDD被添加到电容器125的输出电压电压2·VDD上，从而生成了4·VDD。
-1倍的电荷泵电路1-3由下述所构成：由时钟信号φ定时钟的充电开关131及132、由时钟信号/φ定时钟的降压开关133及由时钟信号/φ定时钟的输出开关134、升压电容器135以及平滑电容器136。首先，当时钟信号φ和/φ分别为高和低时，开关131及132被接通且开关133及134被断开，因此，电容器135在2·VDD上充电。接下来，当时钟信号φ和/φ分别为低和高时，开关131及132被断开且开关133及134被接通，因此，从电容器135的地电压GND减去电压2·VDD，从而生成了(-2)·VDD。
在图3中，开关111、112、113、114、121、122、123、124、131、132、133和134可以由N沟道MOS晶体管形成。另外，如果开关111、112、121、122、131和132由N沟道MOS晶体管形成且开关113、114、123、124、133和134由P沟道MOS晶体管形成，则时钟信号φ和/φ替换为单个时钟信号φ。
在示出了图2(参见：JP-A-2002-189454的图7)的调压器的详细电路图的图4中，调压器2是差分放大器型的调压器，其由下述所构成：由N沟道MOS晶体管21及22形成的差分对、形成电流镜像电路且连接至由P沟道MOS晶体管23及24所形成的差分对的负载电路、用于生成调节电压VR1的输出P沟道MOS晶体管25以及其栅接收恒定偏置电压VB1且由N沟道MOS晶体管26及27所形成的恒定电流源。晶体管26及27分别被连接至差分对(21，22)和晶体管25。另外，向晶体管21的栅施加参考电压Vref，而向晶体管22的栅施加由晶体管28及29所分配的调节电压VR1的电压。在这种情况中，图4的调压器2由其压差是4·VDD的电压4·VDD与地电压GND供电。因此，如果P沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthp限定且N沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthn限定，则压差4·VDD需要大于3·Vth，其中|Vthp|＝Vthn＝Vth，以使调压器2的操作能够稳定进行，从而获得了下述结果：
Vref＝(R29/(R28+R29))·VR1
∴VR1＝((R28+R29)/R29)·Vref    (1)
其中，R28和R29分别是电阻器28和29的电阻值。
在示出了图2的调压器3的详细电路图的图5中，调压器3具有与图4的调压器2类似的结构。即，调压器3由下述所构成：由N沟道MOS晶体管31及32形成的差分对、形成电流镜像电路且连接至由P沟道MOS晶体管33及34所形成的差分对的负载电路、用于生成调节电压VR2的输出P沟道MOS晶体管35以及其栅接收恒定偏置电压VB2且由N沟道MOS晶体管36及37所形成的恒定电流源。晶体管36及37分别被连接至差分对(31，32)和晶体管35。另外，向晶体管31的栅施加参考电压Vref，而向晶体管32的栅施加由晶体管38及39所分配的调节电压VR2的电压。在这种情况中，图5的调压器3由其压差是2·VDD的电压2·VDD与地电压GND供电。因此，如果P沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthp限定且N沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthn限定，则压差2·VDD需要大于3·Vth，其中|Vthp|＝Vthn＝Vth，以使调压器3的操作能够稳定进行，从而获得了下述结果：
Vref＝(R39/(R38+R39))·VR2
∴VR2＝((R38+R39)/R39)·Vref    (2)
其中，R38和R39分别是电阻器38和39的电阻值。
在示出了图2的调压器4的详细电路图的图6中，调压器4是差分放大器型的调压器，其由下述所构成：由P沟道MOS晶体管41及42形成的差分对、形成电流镜像电路且连接至由N沟道MOS晶体管43和44所形成的差分对的负载电路、用于生成调节电压VR3的输出N沟道MOS晶体管45以及其栅接收恒定偏置电压VB3且由P沟道MOS晶体管46及47所形成的恒定电流源。晶体管46及47分别被连接至差分对(41，42)和晶体管45。另外，向晶体管41的栅施加地电压GND，而向晶体管42的栅施加由晶体管48及49所分配的参考电压Vref与调节电压VR3的电压之间的压差。在这种情况中，图6的调压器4由其压差是2·VDD的地电压与电压(-2)·VDD供电。因此，如果P沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthp限定且N沟道MOS晶体管的阈值电压由Vthn限定，则压差2·VDD需要大于3·Vth，其中|Vthp|＝Vthn＝Vth，以使调压器4的操作能够稳定进行，从而获得了下述结果：
Vref＝(R49/(R48+R49))·(VR3-Vref)
∴VR1＝((R48+2·R49)/R49)·Vref    (3)
其中，R48和R49分别是电阻器48和49的电阻值。
例如，电阻器28、29、38、39、48和49的电阻值R28、R29、R38、R39、R48和R49被调节为满足下面的表达式：
VR1＝2·VR2
VR3＝-VR2
因此，在图2中，调压器2由大电压差4·VDD供电，调压器3由小电压差2·VDD供电，以及调压器4由小电压差2·VDD供电。
因此，如果调压器2的MOS晶体管的阈值电压与调压器3和4的阈值电压相同，则MOS晶体管的阈值电压的绝对值需要小到足以操作由小电压差2·VDD供电的调压器3和4的MOS电阻器。但是，一般而言，在MOS晶体管中，阈值电压的绝对值越小，则击穿电压也越小。因而，由大电压差4·VDD所供电的调压器2的MOS晶体管容易发生故障，从而降低了可靠性。
请注意，由于在图1的LCD面板101中使用的TFT一般具有大的绝对阈值电压，所以具有这么小的绝对阈值电压的MOS晶体管不能被替换为TFT，其会提高图1的LCD装置的制造成本。
请注意，调压器2的MOS晶体管的绝对阈值电压可以高于调压器3和4的阈值电压，从而改善调压器2的击穿特性；但是，这会提高制造成本。
在示出了根据本发明的供电电路的第一实施例的图7中，图2的调压器3由电压2·VDD和电压(-2)·VDD供电，且图2的调压器4由电压2·VDD与电压(-2)·VDD供电。即调压器2、3和4都由大电压差4·VDD供电。
因此，可以增大调压器2、3和4的MOS晶体管的绝对阈值电压，以操作MOS晶体管，从而提高了击穿电压。另外，在这种情况中，由于MOS晶体管可以替换为具有大绝对阈值电压的TFT，所以降低了图1的LCD装置的制造成本。请注意，图1的升压电路也可以由TFT形成，其进一步降低了图1的LCD装置的制造成本。
在示出了根据本发明的供电电路的第二实施例的图8中，图2的调压器2由电压4·VDD和电压2·VDD供电。即调压器2、3和4都由小电压差2·VDD供电。
因此，可以降低调压器2、3和4的MOS晶体管的绝对阈值电压，以操作MOS晶体管。在这种情况中，击穿电压被降低；但是，由于调压器2、3和4都由小电压差供电，所以这不会造成什么问题。
在示出了根据本发明的供电电路的第三实施例的图9中，未使用图7的调节电压VR1和VR3；直接向图1的栅线驱动电路103施加电压4·VDD和电压(-2)·VDD。即，在栅线驱动电路103中，无需如上面所解释的高电流驱动能力，并且另外，功耗很小且所供应的电流的波动也很小。因此，栅线GL可以直接由电压4·VDD和(-2)·VDD供电。
因此，在图9中，由于不必使用图7的调压器2和4，所以能够降低图1的LCD装置的制造成本。
如上所解释，根据本发明，可以稳定地操作所有调压器并且还能够改善可靠性。

Claims (29)

1.一种供电电路，包括：
升压电路，用于接收输入DC电压来生成多个输出DC电压；以及
多个调压器，每个调压器由从所述多个输出DC电压和地电压之中选择的两个电压供电，
其中为所述多个调压器中的第一个调压器选择的两个电压具有第一压差，所述第一个调压器的输出DC电压处于所述第一个调压器的两个电压之间，以及为其他所述多个调压器的每一个分别选择的两个电压具有各自的压差，所述其他多个调压器的每一个的输出DC电压处于所述其他多个调压器的每一个的两个电压之间，所述多个调压器中的每一个的所述两个电压之间的压差相同，以稳定地操作所述多个调压器。
2.如权利要求1所述的供电电路，其中，所述升压电路包括多个电荷泵电路，每个均用于生成所述输出DC电压中的一个。
3.如权利要求2所述的供电电路，其中，所述电荷泵电路包括MOS晶体管。
4.如权利要求2所述的供电电路，其中，所述电荷泵电路包括薄膜晶体管。
5.如权利要求1所述的供电电路，其中，所述多个调压器中的每一个包括由MOS晶体管所构成的差分放大器。
6.如权利要求4所述的供电电路，其中，所述多个调压器中的每一个包括由薄膜晶体管所构成的差分放大器。
7.一种供电电路，包括：
升压电路，用于接收供电电压，以生成第一升压电压、低于所述第一升压电压且高于地电压的第二升压电压、以及低于地电压的第三升压电压；
第一调压器，由所述第一升压电压与地电压供电，以生成第一调节电压；
第二调压器，由所述第二升压电压与所述第三升压电压供电，以生成第二调节电压；以及
第三调压器，由所述第二升压电压与第三升压电压供电，以生成第三调节电压。
8.如权利要求7所述的供电电路，其中，所述升压电路包括：
第一电荷泵电路，用于接收所述供电电压，以生成所述第二升压电压；
第二电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第一升压电压；以及
第三电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第三升压电压。
9.如权利要求8所述的供电电路，其中，
所述第一电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第二电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第三电荷泵电路包括-1倍的电荷泵电路。
10.如权利要求8所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括MOS晶体管。
11.如权利要求8所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括薄膜晶体管。
12.如权利要求7所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三调压器中的每一个包括由MOS晶体管所构成的差分放大器。
13.如权利要求7所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三调压器中的每一个包括由薄膜晶体管所构成的差分放大器。
14.如权利要求7所述的供电电路，其中，所述第二调节电压被供应至液晶显示装置的数据线驱动电路且所述第一和第三调节电压被供应至所述液晶显示装置的栅线驱动电路。
15.一种供电电路，包括：
升压电路，用于接收供电电压，以生成第一升压电压、低于所述第一升压电压且高于地电压的第二升压电压、以及低于地电压的第三升压电压；
第一调压器，由所述第一升压电压与所述第二升压电压供电，以生成第一调节电压；
第二调压器，由所述第二升压电压与地电压供电，以生成第二调节电压；以及
第三调压器，由地电压与第三升压电压供电，以生成第三调节电压。
16.如权利要求15所述的供电电路，其中，所述升压电路包括：
第一电荷泵电路，用于接收所述供电电压，以生成所述第二升压电压；
第二电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第一升压电压；以及
第三电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第三升压电压。
17.如权利要求16所述的供电电路，其中，
所述第一电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第二电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第三电荷泵电路包括-1倍的电荷泵电路。
18.如权利要求16所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括MOS晶体管。
19.如权利要求16所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括薄膜晶体管。
20.如权利要求15所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三调压器中的每一个包括由MOS晶体管所构成的差分放大器。
21.如权利要求15所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三调压器中的每一个包括由薄膜晶体管所构成的差分放大器。
22.如权利要求15所述的供电电路，其中，所述第二调节电压被供应至液晶显示装置的数据线驱动电路且所述第一和第三调节电压被供应至所述液晶显示装置的栅线驱动电路。
23.一种供电电路，包括：
升压电路，用于接收供电电压，以生成第一升压电压、低于所述第一升压电压且高于地电压的第二升压电压、以及低于地电压的第三升压电压；以及
调压器，由所述第二升压电压与所述第三升压电压供电，以生成调节电压，
所述调节电压被供应至液晶显示装置的数据线驱动电路，
所述第一和第三升压电压被供应至所述液晶显示装置的栅线驱动电路。
24.如权利要求23所述的供电电路，其中，所述升压电路包括：
第一电荷泵电路，用于接收所述供电电压，以生成所述第二升压电压；
第二电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第一升压电压；以及
第三电荷泵电路，其连接至所述第一电荷泵电路，用于接收所述第二升压电压，以生成所述第三升压电压。
25.如权利要求24所述的供电电路，其中，
所述第一电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第二电荷泵电路包括2倍的电荷泵电路，
所述第三电荷泵电路包括-1倍的电荷泵电路。
26.如权利要求24所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括MOS晶体管。
27.如权利要求24所述的供电电路，其中，所述第一、第二和第三电荷泵电路包括薄膜晶体管。
28.如权利要求23所述的供电电路，其中，所述调压器包括由MOS晶体管所构成的差分放大器。
29.如权利要求23所述的供电电路，其中，所述调压器包括由薄膜晶体管所构成的差分放大器。
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