CN100550586C - 具有非线性增益并可转换增益极性的电压转换装置 - Google Patents

Abstract

具有非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置，包含一开关模块、一增益决定模块、一第一电压选择模块、一第二电压选择模块、一第一开关单元、一第二开关单元及一电压输出模块。该开关模块用来输出电压。该增益决定模块用来判断输出增益。该第一电压选择模块用来输出第一直流电压。该第二电压选择模块用来输出第二直流电压。该第一开关单元用来根据极性选择讯号，输出第一直流电压。该第二开关单元用来根据该极性选择讯号的反向讯号，输出第二直流电压。该电压输出模块用来根据该增益决定模块所判断的输出增益，输出一直流电压的放大结果。

Description

具有非线性增益并可转换增益极性的电压转换装置

技术领域

本发明涉及一种电压转换装置，特别是涉及一种具有非线性增益并可转换增益极性的电压转换装置。

背景技术

液晶显示器具有外型轻薄、耗电量少以及无辐射污染等特性，已被广泛地应用在计算机系统、移动电话、个人数字助理(PDA)等信息产品上。液晶显示器的工作原理是利用液晶分子在不同排列状态下，对光线具有不同的偏振或折射效果，因此可经由不同排列状态的液晶分子来控制光线的穿透量，进一步产生不同强度的输出光线，及不同灰度强度的红、蓝、绿光。

请参考图1，图1为现有薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)液晶显示器10的示意图。液晶显示器10包含一液晶显示面板(LCD Panel)100、一控制电路102、一数据线讯号输出电路104、一扫描线讯号输出电路106以及一电压产生器108。液晶显示面板100是由两基板(Substrate)构成，而于两基板间填充有液晶材料(LCD layer)。一基板上设置有多条数据线(Data Line)110、多条垂直于数据线110的扫描线(Scan Line，或称栅极线，Gate Line)112以及多个薄膜晶体管114，而于另一基板上设置有一共享电极(Common Electrode)用来经由电压产生器108提供一电压(Vcom)。为便于说明，图1中仅显示四个薄膜晶体管114，实际上，液晶显示面板100中每一数据线110与扫描线112的交接处(Intersection)均连接有一薄膜晶体管114，亦即薄膜晶体管114是以矩阵的方式分布于液晶显示面板100上，每一数据线110对应于薄膜晶体管液晶显示器10的一行(Column)，而扫描线112对应于薄膜晶体管液晶显示器10的一列(Row)，且每一薄膜晶体管114系对应于一像素(Pixel)。此外，液晶显示面板100的两基板所构成的电路特性可视为一等效电容116。

现有薄膜晶体管液晶显示器10的驱动原理详述如下，当控制电路102接收到水平同步讯号(Horizontal Synchronization)118及垂直同步讯号(Vertical Synchronization)120时，控制电路102产生相对应的控制讯号分别输入至数据线讯号输出电路104及扫描线讯号输出电路106，然后数据线讯号输出电路104及扫描线讯号输出电路106依据该控制讯号而对不同的数据线110及扫描线112产生输入讯号，因而控制薄膜晶体管114的导通及等效电容116两端的电位差，并进一步地改变液晶分子的排列以及相对应的光线穿透量，以将显示数据122显示于面板上。举例来说，扫描线讯号输出电路106对扫描线112输入一脉冲使薄膜晶体管114导通，因此数据线讯号输出电路104所输入数据线110的讯号可经由薄膜晶体管114而输入等效电容116，因此达到控制相对应像素的灰度(Gray Level)状态。另外，通过控制数据线讯号输出电路104输入至数据线110的讯号大小，可产生不同的灰度大小。

在现有技术中，为了达到高速操作下能够降低EMI及节省功率消耗，显示数据122所输出的所输出的电压电平摆幅通常很小(如0.1V至1V)。因此，数据线讯号输出电路104所输入的讯号会经过一电压转换电路，以将数据线讯号的电压电平摆幅转换至预设范围，从而控制对应像素的色度(Chrominance)、亮度(Luminance)。举例来说，请参考图2，图2为一现有电压转换电路20的示意图。电压转换电路20包含有一运算放大器200及电阻202、204，运算放大器200的输入端206耦接于显示数据122的输出端，输出端208耦接于数据线讯号输出电路104的输入端。如本领域的技术人员所知的若运算放大器200为一理想运算放大器(增益无限大)，且电阻202、204的电阻值为R1、R2，可知电压转换电路20的增益为(1+R2/R1)。换言之，电压转换电路20的输入及输出电压为一线性关系。

因此，显示数据122所输出的数据讯号会通过电压转换电路20线性放大后，传送至数据线讯号输出电路104。在此情形下，通过现有电压转换电路20，数据线讯号输出电路104所输出的数据线讯号仅会线性地放大到薄膜晶体管114的工作范围，使得薄膜晶体管液晶显示器10所呈现的不同灰度与亮度的关系近似于一直线，因而影响画面的渐层效果，造成影像不自然。

除此之外，对于液晶显示器而言，还需考虑输出电压的极性需反转的问题，请参考以下说明。对于液晶显示器而言，若一直使用正电压或负电压不断地驱动液晶分子会降低液晶分子对光线的偏振或折射效果，使得画面显示的品质恶化。因此，为了保护液晶分子不受驱动电压的破坏，须使用正负电压交互的方式来驱动液晶分子。此外，液晶显示面板除了包含等效电容外，电路本身还会产生寄生电容(Parasitic Capacitor)，所以当同样的影像于液晶显示面板上显示过久时，寄生电容会因为储存电荷而产生残影现象(Residual Image Effect)，还会影响后续画面的显示，所以亦必须利用正负电压交互的方式来驱动液晶分子以改善寄生电容对影像输出的影响，如列反向驱动(Line Inversion)、单点反向驱动(Dot Inversion)等。也就是说，数据线讯号输出电路所输出的数据线讯号的极性应适时地反转，以避免残影或液晶分子毁损。

因此，现有电压转换电路20会将显示数据122所输出的讯号线性放大，造成薄膜晶体管液晶显示器10所呈现的不同灰度与亮度的关系近似于一直线，因而影响画面的渐层效果，造成影像不自然。此外，电压转换电路20无法提供正负电压交互的驱动方式，使得数据线讯号输出电路104所输出的数据线讯号的极性无法适时地反转，容易造成薄膜晶体管液晶显示器10残影或液晶分子毁损。

发明内容

因此，本发明的主要目的即在于提供一种具非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置。

本发明披露一种具非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置，用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压，该电压转换装置包含有一开关模块、一增益决定模块、一第一电压选择模块、一第二电压选择模块、一第一开关单元、一第二开关单元及一电压输出模块。该开关模块耦接于该模拟电压源及一系统地端，用来根据一极性选择讯号，输出该模拟电压源所输出的模拟电压或该系统地端所对应的电压。该增益决定模块包含有一模拟至数字转换器，耦接于该模拟电压源，用来将该模拟电压源所输出的模拟电压转换为数字讯号；以及一增益选择器，耦接于该模拟至数字转换器及该开关模块，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号及该开关模块所输出的电压以及该极性选择讯号，判断一输出增益。该第一电压选择模块耦接于该模拟至数字转换器，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，由多个直流电压选择输出一第一直流电压。该第二电压选择模块耦接于该模拟电压源及该模拟至数字转换器，用来根据该模拟电压源所输出的模拟电压及该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，由多个直流电压选择输出一第二直流电压。该第一开关单元耦接于该第一电压选择模块，用来根据该极性选择讯号，输出该第一电压选择模块所输出的第一直流电压。该第二开关单元耦接于该第二电压选择模块，用来根据该极性选择讯号的反向讯号，输出该第二电压选择模块所输出的第二直流电压。该电压输出模块包含有一第一输入端及一输出端耦接于该增益选择器，及一第二输入端耦接于该第一开关单元及该第二开关单元之间，用来根据该增益选择器所判断的输出增益，由该输出端输出该第二输入端所接收的直流电压的放大结果。

本发明还披露一种具非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置，用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压，该电压转换装置包含有一切换模块、一增益决定模块及一电压输出模块。切换模块耦接于该模拟电压源及一直流电压源，包含有一第一输出端及一第二输出端，用来根据一极性选择讯号，决定由该第一输出端输出该模拟电压源所输出的模拟电压及由该第二输出端输出该直流电压源的直流电压，或由该第一输出端输出该直流电压源的直流电压及由该第二输出端输出该模拟电压源所输出的模拟电压。增益决定模块包含有一模拟至数字转换器，耦接于该模拟电压源，用来将该模拟电压源所输出的模拟电压转换为数字讯号；以及一增益选择器，耦接于该模拟至数字转换器及该切换模块的第一输出端，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号及该切换模块的第一输出端所输出的电压以及该极性选择讯号，判断一输出增益。电压输出模块包含有一第一输入端及一输出端耦接于该增益选择器，及一第二输入端耦接于该切换模块的第二输出端，用来根据该增益选择器所判断的输出增益，由该电压输出模块的输出端输出该第二输入端所接收的直流电压的放大结果。

附图说明

图1为现有薄膜晶体管液晶显示器的示意图。

图2为现有电压转换电路的示意图。

图3为本发明一实施例电压转换装置的示意图。

图4为一模拟至数字转换器的示意图。

图5为一增益选择器的示意图。

图6为一增益选择器的示意图

图7为一第一电压选择模块的示意图。

图8为一第一电压选择模块的示意图。

图9为一第二电压选择模块的示意图。

图10为一第二电压选择模块的示意图。

图11为一模拟电压源所输出的模拟电压的示意图。

图12为图3中电压输出模块的输出电压对应于图11模拟电压的示意图。

图13为图3中电压输出模块的输出电压对应于图11模拟电压的示意图。

图14为一模拟电压源所输出的模拟电压的示意图。

图15为一预期输出电压对应于模拟电压的示意图。

图16为一模拟至数字转换器的示意图。

图17为一增益选择器的示意图。

图18为图17的增益选择器的真值表。

图19为一增益选择器的示意图。

图20为图19的增益选择器的真值表。

图21为一第一电压选择模块的示意图。

图22为图21的第一电压选择模块的真值表。

图23为一第一电压选择模块的示意图。

图24为图23的第一电压选择模块的真值表。

图25为一第二电压选择模块的示意图。

图26为图25的第二电压选择模块的真值表。

图27为一第二电压选择模块的示意图。

图28为图27的第二电压选择模块的真值表。

图29为本发明一实施例电压转换装置的示意图。

附图符号说明

10     薄膜晶体管液晶显示器

100    液晶显示面板

102    控制电路

104    数据线讯号输出电路

106    扫描线讯号输出电路

108    电压产生器

110    数据线

112                     扫描线

114                     薄膜晶体管

116                     等效电容

118                     水平同步讯号

120                     垂直同步讯号

122                     显示数据

20                      电压转换电路

200                     运算放大器

206                     输入端

208                     输出端

30、2800                电压转换装置

32、282                 增益决定模块

340、11340              第一电压选择模块

342、11342              第二电压选择模块

36、286                 电压输出模块

2802                    切换模块

320、11320、2820        模拟至数字转换器

322、11322、2822        增益选择器

360                     第一输入端

362                     第二输入端

364、2804、2806         输出端

CMP1～CMPn              比较器

Vr(1)～Vr(n)            参考电压

400、1600               数字译码电路

D0、D1、D(n)            数字讯号

702、2102               讯号端

706、806                开关模块

908、1008、2508、2708   直流电压选择模块

500、900、1700、2500    第一讯号端

502、902、1702、2502    第二讯号端

50、1704                第三讯号端

506、1706、704、2104、2504     第一电阻单元

610、1910、2300、2700          译码模块

t1、t2...tn                    电压转折点

POL、POLB                      极性选择讯号

R1、R2、R(1)～R(4)、202、204、R50_1～R50_n、R70_1～R70_n、R90_1～R90_n电阻

Vi、Vo、Vcom、Vdc(1)～Vdc(n)、V1、V2、Vt1、Vt2...Vtn、V1、Vx、Vy、V2、Vo1、Vox、Voy、Vo2电压

SW50_1～SW50_n、SW70_1～SW70_n、SW90_1～SW90_n、SW92_1～SW92_n、380、382、384、386    开关单元

508、608、1708、1908、906、1006、2506、2706    电阻值决定模块

1710、1712、1714、1716、1718、1720、1900、1902、1904、1906、2110、2112、2114、2116、2118、2120、2310、2312、2314、2316、2510、2512、2514、2516、2518、2520、2521、2522、2524、2526、2528、2530、2714、2716、2718、2720、2724、2726、2728、2730    开关

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明一实施例电压转换装置30的示意图。电压转换装置30用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压Vi，该模拟电压源可以是一平面显示器中的显示数据。电压转换装置30包含有一增益决定模块32、一第一电压选择模块340、一第二电压选择模块342、一电压输出模块36及开关单元380、382、384、386。增益决定模块32用来根据模拟电压Vi的大小，动态地选择不同的增益，其包含有一模拟至数字转换器320及一增益选择器322。模拟至数字转换器320用以将模拟电压Vi转换为数字讯号，而增益选择器322则根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号，判断一输出增益。第一电压选择模块340可根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号，由多个直流电压选择一直流电压输出至开关单元384。第二电压选择模块342可根据模拟电压Vi及模拟至数字转换器320所输出的数字讯号，由多个直流电压选择一直流电压输出至开关单元386。电压输出模块36较佳地为一由运算放大器组成的负回授电路，其包含有一第一输入端360、一第二输入端362及一输出端364，用以根据增益选择器322所判断的输出增益，放大开关单元384或开关单元386所输出的直流电压。换言之，增益决定模块32用来决定电压输出模块36的输出电压Vo与电压输出模块36第二输入端362所接收的电压间的增益，而多个直流电压则用来决定输出电压Vo的平移量。

为清楚说明，以下先描述电压转换装置30中各模块的详细架构，再说明其运作方式。

首先，请参考图4，图4为模拟至数字转换器320的示意图。模拟至数字转换器320包含有比较器CMP1～CMPn及一数字译码电路400。比较器CMP1～CMPn用来比较模拟电压Vi与参考电压Vr(1)～Vr(n)，并将比较结果输出至数字译码电路400。数字译码电路400可根据比较器CMP1～CMPn所输出的比较结果，输出一数字讯号D(n)。

请参考图5，图5为增益选择器322的示意图。增益选择器322包含有一第一讯号端500、一第二讯号端502、一第三讯号端504、一第一电阻单元506及一电阻值决定模块508。第一讯号端500耦接于电压输出模块36的输出端364，第二讯号端502耦接于电压输出模块36的第一输入端360，第三讯号端504耦接于开关单元380、382。第一电阻单元506介于第一讯号端500与第二讯号端502之间，其可为固定值电阻、可变电阻等。电阻值决定模块508可根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，通过电阻R50_1～R50_n及开关单元SW50_1～SW50_n，决定第二讯号端502与第三讯号端504间的电阻大小。电阻R50_1～R50_n皆耦接于第三讯号端504，开关单元SW50_1～SW50_n可根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，导通电阻R50_1～R50_n中一电阻与第二讯号端502间的连接。

在图5中，开关单元SW50_1～SW50_n、SW50a_1～SW50a_n中每一开关单元皆包含有等于数字讯号D(n)所包含的位数的开关。换言之，在某些应用中，数字讯号D(n)所包含的位数较多时，开关单元SW50_1～SW50_n中每一开关单元所包含的开关数相对也较多，使得电路复杂度增加。因此，本发明另提供一电阻值决定模块608用以取代电阻值决定模块508，请参考图6。电阻值决定模块608的运作方式与图5的电阻值决定模块508相似，其中模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)会先经过一译码模块610后，才输入至对应的开关。在此情形下，电阻值决定模块608所需的开关数较电阻值决定模块508所需的开关数少，因而节省电路成本。

请参考图7，图7为第一电压选择模块340的示意图。第一电压选择模块340包含有一讯号端702及一开关模块706。讯号端702耦接于开关单元384，开关模块706用以根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，通过开关单元SW70_1～SW70_n，导通直流电压Vdc(1)～Vdc(n)的一直流电压与讯号端702间的连接。当然，亦可如图8所示，以一开关模块806取代开关模块706以节省电路成本，其概念与图6所示的电阻值决定模块608相似，在此不赘述。

请参考图9，图9为第二电压选择模块342的示意图。第二电压选择模块342包含有一第一讯号端900、一第二讯号端902、一第一电阻单元904、一电阻值决定模决906及一直流电压选择模块908。第一讯号端900耦接于开关单元386，第二讯号端902耦接于模拟电压源。第一电阻单元904可为固定值电阻、可变电阻等。电阻值决定模块906可根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，通过电阻R90_1～R90_n及开关单元SW90_1～SW90_n，决定第二讯号端902与第一讯号端900间的电阻大小。电阻R90_1～R90_n皆耦接于第二讯号端902，开关单元SW90_1～SW90_n可根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，导通电阻R90_1～R90_n中一电阻与第一讯号端900间的连接。此外，直流电压选择模块908用以根据模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)，通过开关单元SW92_1～SW92_n，导通直流电压Vdc(1)～Vdc(n)的一直流电压与第一电阻904间的连接。当然，亦可如图10所示，以一电阻值决定模块1006、一直流电压选择模块1008及一译码模块1000取代电阻值决定模块906及直流电压选择模块908以节省电路成本，其概念与图6所示的电阻值决定模块608相似，在此不赘述。

因此，在电压转换装置30中，电压输出模块36以负回授方式，根据增益选择模块322所决定的增益，放大电压输出模块36的第二输入端362所接收的电压。通过本发明电压转换装置30，本领域技术人员可根据所需的电压转折(详述于后)，决定适当的参考电压Vr(1)～Vr(n)、Vdc(1)～Vdc(n)的大小及电阻R50_1～R50_n、R70_1～R70_n、R90_1～R90_n的电阻值，进而通过模拟至数字转换器320所输出的数字讯号D(n)控制开关单元SW50_1～SW50_n、SW50a_1～SW50a_n、SW70_1～SW70_n、SW90_1～SW90_n及SW92_1～SW92_n的开启或关闭，以决定所需的电压增益。举例来说，请参考图11、图12及图13，图11为模拟电压源所输出的模拟电压Vi的示意图；图12为极性选择讯号POL的反向讯号POLB被致能时，电压输出模块36的输出电压Vo对应于模拟电压Vi的示意图；图13为极性选择讯号POL被致能时，电压输出模块36的输出电压Vo对应于模拟电压Vi的示意图。由图11至图13可知，模拟电压Vi的电压范围在V1至V2间，若所需的输出电压转折点t1、t2...tn所对应的电压为Vt1、Vt2...Vtn，则可通过控制相关组件的值，达到如图12及图13所示的输出电压Vo对输入电压Vi的增益变化图。也就是说，电压转换装置30具有正极性及反极性的非线性增益。

一般而言，现有电压转换电路的增益会被要求越接近线性越好。然而，某些特殊应用会要求非线性增益。举例来说，对于液晶显示器的数据线讯号而言，由于人眼对不同亮度有不同的辨识效果，因此理想的灰度曲线应贴近于人眼对亮度的辨识能力。通过本发明，电压转换装置30可根据不同的输入电压，提供不同的增益，使得液晶显示器的数据线讯号输出电路可输出适合人眼观赏的灰度曲线。如此一来，液晶显示器所呈现的灰度曲线近似于人眼对亮度的辨识能力，则使用者所感受的影像较自然。除此之外，本发明可通过控制极性选择讯号POL(及其反向讯号POLB)，使得电压转换装置30可输出正负极性交互的输出电压。因此，电压转换装置30可用以转换一液晶显示器的显示数据，使得液晶显示器所呈现的灰度曲线可近似于人眼对亮度的辨识能力，且液晶分子是以正负极性电压交互的方式来驱动，提升影像品质，并可避免残影现象及液晶分子毁损。

通过调整电压转换装置30中各组件的数量与值，可得所需的增益曲线。举例来说，请参考图14及图15。图14为模拟电压源所输出的模拟电压Vi的示意图，图15为所需(预期)的输出电压Vo对应于模拟电压Vi的示意图。由图14及图15可知，模拟电压Vi的电压范围在V1至V2间，其转折点x、y所对应的电压为Vx、Vy，若其对应的Vo输出电压为Vox、Voy，则可通过调整相关组件的数量与值，达到如图15所示输出电压Vo对输入电压Vi的增益变化图。

首先，请参考图16，图16为一模拟至数字转换器11320的示意图。模拟至数字转换器11320用以取代图3中模拟至数字转换器320，以达到图15所示的增益变化，其包含有四个比较器CMP1～CMP4及一数字译码电路1600。数字译码电路1600可根据比较器CMP1～CMP4所输出的比较结果，输出数字讯号D0、D1。

请参考图17，图17为增益选择器11322的示意图。增益选择器11322用以取代图3中增益选择器322，以达到图15所示的增益变化，其包含有一第一讯号端1700、一第二讯号端1702、一第三讯号端1704、一第一电阻单元1706及一电阻值决定模块1708，其运作方式如图5的增益选择器322相似，在此不赘述。其中，为达到图15的增益变化，电阻值决定模块1708包含四个电阻R(1)～R(4)及开关1710、1712、1714、1716、1718、1720。开关1710受数字讯号D1驱动；开关1712受数字讯号D1的反向讯号驱动；开关1714、1718受数字讯号D0驱动；开关1716、1720受数字讯号D0的反向讯号驱动。也就是说，电阻值决定模块1708的操作方式，如图18的真值表所示。此外，亦可根据图6的电阻值决定模块608，形成一电阻值决定模块1908取代电阻值决定模块1708，请参考图19。电阻值决定模块1908包含有四个电阻R(1)～R(4)、开关1900、1902、1904、1906及一译码模块1910。译码模块1910可将数字讯号D0、D1译码为数为讯号D(1)、D(2)、D(3)及D(4)，分别用来控制开关1900、1902、1904、1906的开启与关闭。在此情形下，电阻值决定模块1908的操作方式，如图20的真值表所示。

请参考图21，图21为第一电压选择模块11340的示意图。第一电压选择模块11340用以取代图3中第一电压选择模块340，以达到图15所示的增益变化，其包含有一讯号端2102及开关2110、2112、2114、2116、2118、2120，其运作方式如图7的第一电压选择模块340相似，在此不赘述。开关2110受数字讯号D1驱动；开关2112受数字讯号D1的反向讯号驱动；开关2114、2118受数字讯号D0驱动；开关2116、2120受数字讯号D0的反向讯号驱动。也就是说，第一电压选择模块11340的操作方式，如图22的真值表所示。此外，亦可根据图8的概念，以一译码模块2300及开关2310、2312、2314、2316取代开关2110、2112、2114、2116、2118、2120，如图23所示，其真值表如图24所示。

请参考图25，图25为第二电压选择模块11342的示意图。第二电压选择模块11342用以取代图3中第二电压选择模块342，以达到图15所示的增益变化，其包含有第一讯号端2500、一第二讯号端2502、一第一电阻单元2504、一电阻值决定模块2506及一直流电压选择模块2508，其运作方式与图9的第二电压选择模块342相似，在此不赘述。其中，为达到图15的增益变化，电阻值决定模块2506包含有四个电阻R(1)～R(4)及开关2510、2512、2514、2516、2518、2520。开关2510受数字讯号D1驱动；开关2512受数字讯号D1的反向讯号驱动；开关2514、2518受数字讯号D0驱动；开关2516、2520受数字讯号D0的反向讯号驱动。直流电压选择模块2508包含有开关2521、2522、2524、2526、2528、2530。开关2521受数字讯号D1驱动；开关2522受数字讯号D1的反向讯号驱动；开关2524、2528受数字讯号D0驱动；开关2526、2530受数字讯号D0的反向讯号驱动。因此，在此情形下，第二电压选择模块11342的操作方式，系如图26的真值表所示。此外，亦可根据图10的概念，以一译码模块2700、一电阻值决定模块2706及一直流电压选择模块2708，取代一电阻值决定模块2506及一直流电压选择模块2508，如图27。译码模块2700可将数字讯号D0、D1译码为数为讯号D(1)、D(2)、D(3)及D(4)以控制电阻值决定模块2706中的开关2714、2716、2718、2720及直流电压选择模块2708中的开关2724、2726、2728、2730，其真值表如图28所示。

因此，通过电压转换装置30转换一液晶显示器的显示数据讯号，液晶显示器的不仅可输出贴近于人眼对亮度辨识能力的灰度曲线，提升画面的渐层效果，使影像更接近自然。除此之外，通过控制极性选择讯号POL(及其反向讯号POLB)，电压转换装置30可据以改变输出讯号的极性，以避免液晶显示器一直使用正极性电压或负极性电压不断地驱动液晶分子而导致画面显示的品质恶化，进而避免残影现象或液晶分子毁损。

请参考图29，图29为本发明一实施例电压转换装置2800的示意图。电压转换装置2800用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压Vi，该模拟电压源可以是一平面显示器中的显示数据。电压转换装置2800包含有一增益决定模块282、一电压输出模块286及一切换模块2802。增益决定模块282包含有一模拟至数字转换器2820及一增益选择器2822，其架构与增益决定模块32完全相同(可参考前述说明)，只有连接方式不同。在电压转换装置30中，增益决定模块32耦接于开关单元380、382的一端，在电压转换装置2800中耦接于切换模块2802。切换模块2802包含有输出端2804、2806，用来根据一极性选择讯号POL，决定由输出端2804输出Vi及由输出端2806输出一直流电压源的直流电压Vdc，或由输出端2804输出直流电压Vdc及由输出端2806输出模拟电压Vi。因此，增益决定模块282用来决定电压输出模块286的输出增益，而切换模块2802则用来决定输出电压的极性。

因此，通过电压转换装置2800，极性选择讯号POL致能时，切换模块2802将模拟电压Vi导通至输出端2804，并将直流电压Vdc导通至输出端2806。相反地，当极性选择讯号POL的反向讯号POLB致能时，切换模块2802将模拟电压Vi导通至输出端2806，并将直流电压Vdc导通至输出端2804。如此一来，电压转换装置2800的输出电压Vo对模拟电压Vi的曲线即如图15所示。其中，直流电压Vdc的大小根据所需的灰度曲线而定，亦可根据不同的模拟电压Vi，通过第一电压选择模块340、11340或第二电压选择模块342、11342，提供对应的直流电压Vdc。举例来说，通过第一电压选择模块11340及第二电压选择模块11342提供直流电压Vdc时，在图15中，若所需的增益曲线的特性为：V1＝0.1V、Vx＝0.2V、Vy＝0.9V、V2＝1V、Vo1＝0.1V、Vox＝1V、Voy＝4V、Vo2＝4.9V，则于极性选择讯号POL致能时，图17电阻值决定模块11322的第一讯号端1700耦接于电压输出模块36的输出端364，第二讯号端1702接电压输出模块36的第一输入端360，第三讯号端1704耦接于开关单元380、382的一端。设定R(1)＝(第一电阻单元1706的电阻值/9)(Ω)、R(2)＝((第一电阻单元1706的电阻值*0.7)/3)(Ω)、R(3)＝(第一电阻单元1706的电阻值/9)(Ω)；以及于图21第一电压选择模块11340中，设定Vdc1＝(5.8/10)V、Vdc2＝(3.4/3.7)V、Vdc3＝(9.1/10)V。相反地，于极性选择讯号POL的反向讯号POLB致能时，于图17电阻值决定模块11322中，设定R(11)＝(第一电阻单元1706的电阻值/17)(Ω)、R(12)＝((第一电阻单元1706的电阻值*7)/53)(Ω)、R(13)＝(第一电阻单元1706的电阻值/17)(Ω)；以及于图25第二电压选择模块11342中，设定Vdc5＝(-0.8/9)V、Vdc6＝(0.1/3)V、Vdc7＝(-4.1/9)V、R(1)＝R(2)＝R(3)＝第一电阻单元2504的电阻值(Ω)。

综上所述，本发明可通过控制电压转换装置中的组件值，调整输出增益，使得本发明在不同的输入电压下，有不同的增益。进一步地，本发明还可通过极性选择讯号，输出正负极性交互的输出电压。因此，当本发明的电压转换装置系用以转换一液晶显示器的显示数据时，液晶显示器所呈现的灰度曲线可近似于人眼对亮度的辨识能力，且液晶分子是以正负极性电压交互的方式来驱动，使得使用者所感受的影像自然，并可避免残影现象及液晶分子毁损。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (22)

1.一种具有非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置，用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压，该电压转换装置包含有：

一开关模块，耦接于该模拟电压源及一系统地端，用来根据一极性选择讯号，输出该模拟电压源所输出的模拟电压或该系统地端所对应的电压；

一增益决定模块，包含有：

一模拟至数字转换器，耦接于该模拟电压源，用来将该模拟电压源所输出的模拟电压转换为数字讯号；以及

一增益选择器，耦接于该模拟至数字转换器及该开关模块，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号及该开关模块所输出的电压以及该极性选择讯号，判断一输出增益；

一第一电压选择模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，由多个直流电压选择输出一第一直流电压；

一第二电压选择模块，耦接于该模拟电压源及该模拟至数字转换器，用来根据该模拟电压源所输出的模拟电压及该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，由多个直流电压选择输出一第二直流电压；

一第一开关单元，其一端耦接于该第一电压选择模块，用来根据该极性选择讯号，输出该第一电压选择模块所输出的第一直流电压；

一第二开关单元，其一端耦接于该第二电压选择模块，用来根据该极性选择讯号的反向讯号，输出该第二电压选择模块所输出的第二直流电压；以及

一电压输出模块，包含有一第一输入端及一输出端耦接于该增益选择器，及一第二输入端耦接于该第一开关单元的另一端及该第二开关单元的另一端之间，用来根据该增益选择器所判断的输出增益，由该输出端输出该第二输入端所接收的直流电压的放大结果。

2.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该开关模块包含有：

一第三开关单元，耦接于该模拟电压源及该增益选择器之间，用来根据该极性选择讯号，输出该模拟电压源所输出的模拟电压至该增益选择器；以及

一第四开关单元，耦接于该系统地端及该增益选择器之间，用来根据该极性选择讯号的反向讯号，输出该系统地端所对应的电压至该增益选择器。

3.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该模拟至数字转换器包含有：

多个比较器，每一比较器包含有一第一输入端耦接于该模拟电压源，一第二输入端耦接于一参考电压源，及一输出端，每一比较器用来由其输出端输出其第一输入端及其第二输入端的电压的比较结果；以及

一数字译码电路，耦接于该多个比较器，用来根据该多个比较器所输出的比较结果，输出该数字讯号。

4.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该增益选择器包含有：

一第一讯号端，耦接于该电压输出模块的输出端；

一第二讯号端，耦接于该电压输出模块的第一输入端；

一第三讯号端，耦接于该开关模块；

一第一电阻单元，耦接于该第一讯号端与该第二讯号端之间；以及

一电阻值决定模块，耦接于该模拟至数字转换器，且介于该第二讯号端与该第三讯号端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号以及该极性选择讯号，决定该第二讯号端与该第三讯号端间的电阻大小。

5.如权利要求4所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

多个电阻，耦接于该第三讯号端；以及

多个第五开关单元和多个第六开关单元，

其中每一第五开关单元耦接于该模拟至数字转换器，且介于该多个第六开关单元的二个第六开关单元与该第二讯号端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该二个第六开关单元与该第二讯号端间的连接；

其中每一第六开关单元耦接于该极性选择讯号，且介于该多个电阻的一电阻与该多个第五开关单元的一第五开关单元之间，用来根据该极性选择讯号，导通该每一第六开关单元与其相对应的该第五开关单元间的连接。

6.如权利要求4所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

一译码模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来对该模拟至数字转换器所输出的数字讯号进行译码；

多个电阻，耦接于该第二讯号端；以及

多个第五开关单元，每一第五开关单元耦接于该译码模块，且介于多个第六开关单元的二个第六开关单元与该第三讯号端之间，用来根据该译码模块所输出的译码结果，导通该二个第六开关单元与该第三讯号端间的连接；

多个第六开关单元，每一第六开关单元耦接于该极性选择讯号，且介于该多个第五开关单元的一第五开关单元与该多个电阻的一电阻之间，用来根据该极性选择讯号导通该每一第六开关单元与其相对应的该第五开关单元间的连接。

7.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该第一电压选择模块包含有多个开关单元，每一开关单元耦接于该模拟至数字转换器，且介于多个直流电压源的一直流电压源与该第一开关单元之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该直流电压源与该第一开关单元间的连接。

8.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该第一电压选择模块包含有：

一译码模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来对该模拟至数字转换器所输出的数字讯号进行译码；以及

多个开关单元，每一开关单元耦接于该译码模块，且介于多个直流电压源的一直流电压源与该第一开关单元之间，用来根据该译码模块所输出的译码结果，导通该直流电压源与该第一开关单元间的连接。

9.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该第二电压选择模块包含有：

一第一电阻单元，包含有一第一端耦接于该第二开关单元，及一第二端；

一电阻值决定模块，耦接于该模拟至数字转换器，且介于该第一电阻单元的第一端与该模拟电压源之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，决定该模拟电压源至该第一电阻单元的第一端的电阻大小；以及

一直流电压选择模块，耦接于该模拟至数字转换器，且介于多个直流电压源与该第一电阻单元的第二端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该多个直流电压源的一直流电压源与该第一电阻单元的第二端间的连接。

10.如权利要求9所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

多个电阻，分别耦接于该模拟电压源；以及

多个开关单元，每一开关单元耦接于该模拟至数字转换器，且介于该多个电阻的一电阻与该第一电阻单元的第一端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该电阻与该第一电阻单元的第一端间的连接。

11.如权利要求9所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

一译码模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来对该模拟至数字转换器所输出的数字讯号进行译码；

多个电阻，分别耦接于该模拟电压源；以及

多个开关单元，每一开关单元耦接于该译码模块，且介于该多个电阻的一电阻与该第一电阻单元的第一端之间，用来根据该译码模块所输出的译码结果，导通该电阻与该第一电阻单元的第一端间的连接。

12.如权利要求9所述的电压转换装置，其中该直流电压选择模块包含有多个开关单元，每一开关单元耦接于该模拟至数字转换器，且介于该多个直流电压源的一直流电压源与该第一电阻单元的第二端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该直流电压源与该第一电阻单元的第二端间的连接。

13.如权利要求9所述的电压转换装置，其中该直流电压选择模块包含有：

一译码模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来对该模拟至数字转换器所输出的数字讯号进行译码；以及

多个开关单元，每一开关单元耦接于该译码模块，且介于该多个直流电压源的一直流电压源与该第一电阻单元的第二端之间，用来根据该译码模块所输出的译码结果，导通该直流电压源与该第一电阻单元的第二端间的连接。

14.如权利要求1所述的电压转换装置，其中该电压输出模块是一运算放大器。

15.如权利要求1所述的电压转换装置，其用于转换一平面显示器的显示数据。

16.一种具非线性增益且可转换增益极性的电压转换装置，用以转换一模拟电压源所输出的模拟电压，该电压转换装置包含有：

一切换模块，耦接于该模拟电压源及多个直流电压源，包含有一第一输出端及一第二输出端，用来根据一极性选择讯号，决定由该第一输出端输出该模拟电压源所输出的模拟电压及由该第二输出端输出该多个直流电压源的一直流电压；

一增益决定模块，包含有：

一模拟至数字转换器，耦接于该模拟电压源，用来将该模拟电压源所输出的模拟电压转换为数字讯号；以及

一增益选择器，耦接于该模拟至数字转换器及该切换模块的第一输出端，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号及该切换模块的第一输出端所输出的电压以及该极性选择讯号，判断一输出增益；以及

一电压输出模块，包含有一第一输入端及一输出端耦接于该增益选择器，及一第二输入端耦接于该切换模块的第二输出端，用来根据该增益选择器所判断的输出增益，由该电压输出模块的输出端输出该第二输入端所接收的直流电压的放大结果。

17.如权利要求16所述的电压转换装置，其中该模拟至数字转换器包含有：

多个比较器，每一比较器包含有一第一输入端耦接于该模拟电压源，一第二输入端耦接于一参考电压源，及一输出端，每一比较器用来由其输出端输出其第一输入端及其第二输入端的电压的比较结果；以及

一数字译码电路，耦接于该多个比较器，用来根据该多个比较器所输出的比较结果，输出该数字讯号。

18.如权利要求16所述的电压转换装置，其中该增益选择器包含有：

一第一讯号端，耦接于该电压输出模块的输出端；

一第二讯号端，耦接于该电压输出模块的第一输入端；

一第三讯号端，耦接于该切换模块的第一输出端；

一第一电阻单元，耦接于该第一讯号端与该第二讯号端之间；以及

一电阻值决定模块，耦接于该模拟至数字转换器，且介于该第二讯号端与该第三讯号端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号以及该极性选择讯号，决定该第二讯号端与该第三讯号端间的电阻大小。

19.如权利要求18所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

多个电阻，耦接于该第三讯号端；以及

多个第一开关单元和多个第二开关单元，

其中，每一第一开关单元耦接于该模拟至数字转换器，且介于该多个第二开关单元的二个第二开关单元与该第二讯号端之间，用来根据该模拟至数字转换器所输出的数字讯号，导通该二个第二开关单元与该第二讯号端间的连接；

其中，每一第二开关单元耦接于该极性选择讯号，且介于该多个第一开关单元的一第一开关单元与该多个电阻的一电阻之间，用来根据该极性选择讯号导通该每一第二开关单元与其相对应的该第一开关单元间的连接。

20.如权利要求18所述的电压转换装置，其中该电阻值决定模块包含有：

一译码模块，耦接于该模拟至数字转换器，用来对该模拟至数字转换器所输出的数字讯号进行译码；

多个电阻，耦接于该第二讯号端；

多个第一开关单元和多个第二开关单元，

其中每一第一开关单元耦接于该译码模块，且介于该多个第二开关单元的二个第二开关单元与该第三讯号端之间，用来根据该译码模块所输出的译码结果，导通该二个第二开关单元与该第三讯号端间的连接；以及

其中每一第二开关单元耦接于该极性选择讯号，且介于该多个第一开关单元的一第一开关单元与该多个电阻的一电阻之间，用来根据该极性选择讯号导通该每一第二开关单元与其相对应的该第一开关单元间的连接。

21.如权利要求16所述的电压转换装置，其中该电压输出模块是一运算放大器。

22.如权利要求16所述的电压转换装置，其用于转换一平面显示器的显示数据。

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