CN100587784C - 一种液晶显示装置的可控高电压调整电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成电路领域，具体的公开了一种液晶显示装置的可控高电压调整电路。其特征在于，包括：电阻分压网络部件，用于产生各种电平的电压；可控选择器部件，通过输入控制信号选择电阻分压网络部件的电压输出；基准电源部件，产生第一比较器和第二比较器的基准比较电平；第一比较器部件，用于比较可控选择器部件的输出电压和基准电源部件的输出电压；第二比较器部件，用于比较可控选择器部件的输出电压和基准电源部件的输出电压；逻辑控制部件6，输入是第二比较器部件的两个输出电压，输出送至放电部件的栅端，控制冲放电逻辑。放电部件，用于快速降低幅度过高的高电压；电荷泵升压部件，用于产生高电压。由于本电路同时具有两个不同灵敏度比较器部件，应用灵活，且抗干扰能力强，同时具有可控选择信号，配置灵活，可应用于各种不同应用场合，比如各种液晶显示装置。

Description

一种液晶显示装置的可控高电压调整电路

技术领域

本发明涉及用于集成电路中的高电压调整电路。本发明中包含的调整电路更具体地涉及液晶显示装置及相关模拟集成电路技术。本发明适用于需提供灵活的可调节、稳定、可靠的高电压技术，尤其是需要高电压的CSTN、TFT等液晶显示装置。

背景技术

一般而言，LCD-CSTN是通过控制象素电极之间的电压改变液晶的取向，调节透光率，以显示图像的装置。而象素电极两端的电平都是由驱动芯片最高电压以及它的分压提供的，为了使闪烁(Flicker)的发生最小化，必须使最高电压平稳、可靠。

图一是用于说明现有技术的高电压调整电路的电路图，如图所示，由电压分配部件10、比较器部件20、高电压产生部件30和基准电源40组成。该电压分配部件10由串联耦合在电源级和接地之间的第1、第2电阻(R1、R2)构成，分配电源电压，输出V100。该比较器部件20用来比较电压分配部件10的输出电压V100和基准电源40的参考电压V400，输出逻辑电压V200。该高电压产生部件30是带使能端OE的高电压产生的部件，使能端OE为高时产生输出电压继续升高，使能端OE为低时，输出电压保持不变。基准电源40用于产生稳定的参考电压V400。

如图一，电压分配部件10将高电压产生部件30产生的高电压VOUT进行电压分配，输出电压为V100。第一种情况，当高电压VOUT大于预期电压值VOUTO，则V100大于V400，比较器部件20的输出电压V200为逻辑低电平，即OE为低电平，使得高电压产生部件30的输出电压VOUT保持不变；第二种情况，当VOUT小于或等于预期电压值VOUTO，则V100小于V400，比较器部件20的输出电压V200为逻辑高电平，OE为高电平，使得高电压产生部件30的输出电压VOUT继续升高，直到VOUT大于预期电压值，回到第一种情况。这样，VOUT在以VOUTO为中心，不断进行上下进行调整。

在应用如上述的现有的高电压调整电路时，有两个缺点，一是分压比不能改变，使得输出电压是一个固定值，当液晶显示装置的高电压需调整时，现有的高电压调整电路是不能实现这样的一个调整。第二个缺点是对高电压过冲保护不够，当VOUT瞬时过大时对电压分配部件10和高电压产生部件30会造成极大的伤害，同时会对液晶显示装置也会造成极大的伤害。

因此，本发明的目的在于，为了解决上述问题，提供一种新型的液晶显示装置的可控高电压调整电路，一方面对电路采用可调输出高电压，另一方面对高电压过冲采取了保护机制。

发明内容

用于实现上述目的的本发明第一实施方式的特征在于，包括：电阻分压网络部件1，用于产生各种电平的电压；可控选择器部件2，通过输入控制信号选择电阻分压网络部件1的电压输出；基准电源部件3，产生第一比较器4和第二比较器5的基准比较电平；第一比较器部件4，用于比较可控选择器部件2的输出电压和基准电源部件3的输出电压；第二比较器部件5，用于比较可控选择器部件2的输出电压和基准电源部件3的输出电压；逻辑控制部件6，用于产生放电部件7的控制信号；放电部件7，用于快速降低过高的输出高电压；电荷泵升压部件8，用于产生高电压。

用于实现上述目的的本发明第二实施方式的特征在于，包括：电阻分压网络部件1，用于产生各种电平的电压，以及可控选择器部件2，通过输入控制信号选择电阻分压网络部件1的电压输出，这里以三个输入控制信号、八个输出电阻为例，其余同理。

用于实现上述目的的本发明第三实施方式的特征在于，包括：第一比较器部件4，用于比较基准电源部件3的输出电压V31和可控选择器部件2的输出电压V21，输出逻辑电平V41，控制电荷泵升压部件8是否升压。

用于实现上述目的的本发明第四实施方式的特征在于，包括：第二比较器部件5，用于比较基准电源部件3输出电压V31和可控选择器部件2的输出电压V21，输出逻辑电平V51、V52，送至逻辑控制部件6。逻辑控制部件6，输出送至放电部件7的栅端。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

图1为现有技术的高电压调整电路的电路框图；

图2为根据本发明第一实施例的整体电路框图；

图3为根据本发明第二实施例的电路框图；

图4为根据本发明第二实施例电阻分压网络部件的电路图；

图5为根据本发明第二实施例可控选择器部件的电路图；

图6为根据本发明第三实施例的电路框图；

图7为根据本发明第三实施例第一比较器部件的电路图；

图8为本发明第四实施例的电路框图；

图9为本发明第四实施例第二比较器部件的电路图；

图10为本发明第四实施例逻辑控制部件的电路图。

具体实施方式

在阅读以下各方面的详细描述，还包括附图的说明后，本发明的这些和其他优点将显现无疑。下面结合附图对本发明作详细说明。

图2是本发明的第一实施例的整体电路框图，包括：电阻分压网络部件1，可控选择器部件2，基准电源部件3，第一比较器部件4，第二比较器部件5，逻辑控制部件6，放电部件7，电荷泵升压部件8。

下面将针对LCD驱动电路这一典型实例来对本发明进行阐述。

对于CSTN-LCD，要驱动该液晶面板需要为输出跟随电路模块提供四种激励电平VL5、VL4、VL3、VL2，再通过脉宽调制，调整这四种电平的导通时间，就可以实现对显示灰阶的控制。这四种电压的产生就是通过本发明所阐述的高压调整电路，再通过5个电阻分压来得到的。

在图2中，输出高电压VOUT通过一个分压电阻网络部件1得到八个输出电压，送到一个8选1的可控选择器部件2中，通过三个选择信号S1～S3，选择其中的一个电压作为该可控选择器部件2的输出V21；基准电源部件3产生一个比较电压V31，该电压可以通过带隙基准电压源(BGR)来产生。可控选择器部件2的输出V21与比较基准电源部件3的输出V31，分别送到第一比较器部件4的正输入端和负输入端：如果V21大于或等于V31，则第一比较器部件4输出逻辑高电平V41，送入电荷泵升压部件8，作为其使能信号(低电平有效)，使电荷泵升压部件8停止工作，VOUT不再上升；反之，如果V21小于V31，则第一比较器部件4输出逻辑低电平，送入电荷泵升压部件8，作为其使能信号(低电平有效)，使电荷泵升压部件8开始工作，使VOUT上升，直到达到预期的值，此时V21大于或等于V31，重复上一步的操作。另外，为了避免VOUT瞬时过大对液晶驱动电路的相关部件和液晶显示装置本身造成伤害，本发明电路特意设计了第二比较器部件5、逻辑控制部件6和放电部件7，可控选择器部件2的输出V21与基准电源部件3的输出V31，分别送到第二比较器部件5的正输入端和负输入端：如果V21大于V31到一定的值VT51，则第二比较器部件5的两个输出V51、V52分别为逻辑高电平和逻辑低电平，输入到逻辑控制部件6，逻辑控制部件6输出一个高电平，送到放电部件7的栅端，使其打开放电，把VOUT电平很快的拉下来；如果V21略大于V31，但差值小于VT51时，则第二比较器部件5的两个输出端V51、V52均为逻辑低电平，V51、V52送到逻辑控制部件6，逻辑控制部件6输出一个低电平，送到放电控制部件7的输入端，放电部件7由于控制电压是低电平仍然关闭，不进行放电；如果V21小于或等于V31，则第二比较器部件5的两个输出端V51、V52分别为逻辑低电平和逻辑高电平，V51、V52送到逻辑控制部件6，逻辑控制部件6输出一个低电平，送到放电部件7的输入端，放电部件7由于控制电压是低电平仍然关闭，不进行放电。

图3、图4、图5构成本发明第二实施实例的电路图，下面对其进行详细的说明。

由于在液晶驱动中，不同的对比度需要不同的VOUT电平，因此做到VOUT的灵活调节是本发明的一个很重要的特征。在本发明中VOUT的调节可以通过图3中的电路来实现。图3由一个电阻分压网络部件1和可控选择器部件2组成，这里以三个输入控制信号、八个输出电压为例，其余同理。VOUT加到电阻分压网络上，产生八个输出电压，送到可控选择部件2中，可控选择部件在三个控制信号S1～S3的控制下，选择八个输出电压中的一个，送到第一比较器部件4和第二比较器部件5，产生用于控制放电部件7，电荷泵升压部件8的控制信号，从而完成对VOUT电平的调节。需要特别指出的是，对VOUT的调节也可以通过改变基准电源部件3的输出电压来实现，因此，可以看出，本发明的这种电路结构在调解VOUT时非常灵活。在图4中给出了电阻分压网络部件的原理图，可以看出它是由一个电阻网络组成，VOUT加在电阻网络的一端，另一端接地，利用电阻的分压作用来产生不同的电压，根据VOUT的大小，从中抽取八个典型的值，送给可控选择器部件2中。图5给出了可控选择部件2的原理图，可以看出它是由三-八译码器29和八个控制开关构成，每个控制开关的一端接电阻分压网络部件1的八个输出电压中的一个，另一端接到可控选择器部件2的输出V21上，而控制开关的控制端连接到译码器的输出上，且在逻辑高电平时闭合。译码器根据S1～S3的数据，译码得到八位译码结果D1～D8，其中只有一个对应的位为逻辑高电平，控制相应的控制开关关闭，使该控制开关对应的那个电压送到可控选择器部件2的输出端V21，完成电压的选择。

图6、图7是构成本发明的第三实施例的电路图，下面对其进行详细说明。

图6由基准电源部件3、第一比较器部件4和电荷泵升压部件8构成。这个电路的本质在于产生电荷泵升压部件8的使能控制信号(逻辑低电平有效)，以控制电荷泵升压部件8是否继续工作，如果继续工作，则VOUT为继续上升，如果停止工作，则VOUT保持不变。电荷泵升压部件8的使能控制信号是由基准电源部件3输出的基准电压V31和可控选择部件2的输出电压V21通过第一比较器部件4来完成的。V31送到第一比较器4的负输入端，V21送到第一比较器4的正输入端，如果V21大于或等于V31，第一比较器4将输出一个逻辑高电平，送到电荷泵升压部件8的使能端，使其停止工作，VOUT保持不变；如果V21小于V31，第一比较器4将输出一个逻辑低电平，送到电荷泵升压部件8的使能端，使其开始工作，VOUT开始上升，直到V21大于或等于V31，重复上一步。图7是第一比较器部件4的电路原理图，它是一个由NMOS差分输入对M1、M2构成的运算放大器，NMOS管M3为差分输入对M1、M2提供直流偏置，偏置的大小可以由偏置电压VBIAS进行调解，PMOS管M5与M4形成电流镜，PMOS管M6与M7形成电流镜，与NMOS管M8、M9构成输出级。需要指出的是，该比较器的NMOS差分输入对通过采用较大的宽长比，提高了开环增益，使比较器的分辨率可以达到规定的要求。

图8、图9、图10是构成本发明第四实施例的电路图，下面对其进行详细说明。

图8由第二比较器部件5，逻辑控制部件6和放电部件7构成。该实施例的本质在于产生一种决策，以在VOUT过高时，启动放电部件7，把VOUT拉下到正常的电平，以避免对电路中的相关部件以及显示装置本身造成伤害。图8电路的原理是，可控选择器部件的输出V21和基准电源部件3的输出电压V31分别送到第二比较器部件5的正、负输入端，比较的结果送到逻辑控制部件6的输入端，逻辑控制部件6根据输入的结果，控制放电部件7是否进行放电。需要特别指出的是，在本发明中，只有当VOUT非常大时才需要启动放电部件7对VOUT进行放电，因此，必须在第二比较器部件5和逻辑控制部件6中进行特别的设计，以满足这种要求，这也是本发明的另一个重要的特征。图9给出了第二比较器部件5的实现电路，可以看出它是由两种类型的比较器构成，左边的比较器是一个NMOS差分输入的运算放大器，它与第一比较器部件的显著不同在于，它的正输入端NMOS管M11的宽长比(8/3)比它的负输入端NMOS管M12的宽长比(13/1)要小很多，这样就实现了只有正输入端的电压比负输入端的电压大到一定的值VT51时，该比较器才会输出一个逻辑高电平V51，而当正输入端的电压比负输入端的电压大，但却小于设定的值VT51时，该比较器仍然输出逻辑低电平。图9中右边的比较器电路是一个NMOS差动输入的两级运算放大器，NMOS管M21、M22构成第一级差动输入，PMOS管M26和NMOS管M27构成第二级共源放大电路，这也是该比较器的输出级，我们在设计中之所以把该比较器设计成两级，并且它的NMOS差分输入对的宽长比(130/3)设计的也比较大一些，是为了使其分辨率更高，以避免出现错误打开放电部件7的情况。右边比较器的输出为V52，只要V21大于V31，就会输出一个逻辑低电平V52，反之输出逻辑高电平。图9中左右两个比较器的正负输入端，分别连接到可控选择器部件2的输出端V21和基准电源部件3的输出端V31，输出V51、V52送入逻辑控制部件6中。图10给出了逻辑控制部件6的实现电路，它是产生放电控制部件7使能信号的决策部件，从图10我们可以看到，当V51为逻辑高电平，V52为逻辑低电平时，逻辑控制部件6输出一个高电平信号V61，该信号打开放电控制部件7，对VOUT进行放电，拉下VOUT的电平；而在V51、V52的其他逻辑组合下，逻辑控制部件总是输出一个低电平，使放电控制部件7关闭，不会对VOUT进行放电。由前面的表述可以看出，通过图9中的左右两个比较器和图10的逻辑控制部件，就可以实现：当VOUT非常大的时候，打开放电控制部件，对VOUT进行放电；而在正常工作的情况下，放电控制部件是关闭的，不会对VOUT进行放电。

综合前面的表述，我们可以看到，本发明在实现液晶显示装置的高驱动电压时，与现有的技术相比，通过引入电阻分压网络部件1和可控选择器部件2，使得该高电压可以灵活、稳定、可靠的进行调解；另外通过引入第二比较器部件5、逻辑控制部件6和放电控制部件7，使得当实现的高电压VOUT过高时，打开放电控制部件，对VOUT进行放电，保护了系统中的相关电路和显示装置本身不受伤害，其优越性是显著的。

Claims (9)

1、一种液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于，包括：

电阻分压网络部件(1)，由一电阻串串联分压，产生8个电平的电压，电阻串一端连接电荷泵升压部件(8)的输出VOUT，另一端接地；

可控选择器部件(2)，通过数字输入控制信号选择电阻分压网络部件(1)的8个电压，可控选择器部件(2)的另外8个输入端连接电阻分压网络部件(1)产生的8个电平，输出电压送至第一比较器部件(4)和第二比较器部件(5)的输入端；

基准电源部件(3)，产生第一比较器(4)和第二比较器(5)的基准比较电平；

第一比较器部件(4)，用于比较可控选择器部件(2)的输出电压和基准电源部件(3)的输出电压，第一比较器部件(4)的输出送给电荷泵升压部件(8)；

第二比较器部件(5)，用于比较可控选择器部件(2)的输出电压和基准电源部件(3)的输出电压，第二比较器部件(5)的输出送给逻辑控制部件(6)；

逻辑控制部件(6)，用于产生放电部件(7)的控制信号，逻辑控制部件(6)的输入端连接第二比较器部件(5)的输出，输出端连接放电部件(7)；

放电部件(7)，用于快速降低过高的电荷泵升压部件(8)的输出高电压VOUT；

电荷泵升压部件(8)，用于产生高电压VOUT。

2、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述电阻分压网络部件(1)是一电阻串串联，电阻串头接VOUT，电阻串尾接地；电阻串分压得到电压V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18，电压V11、V12、V13、V14、V15、V16、V17、V18分别送至可控选择器部件(2)的8个输入端。

3、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述可控选择器部件(2)由三一八译码器(29)，根据输入控制信号S1、S2、S3进行译码，每次只有一个输入电压被选中输出，输出电压为V21送至第一比较器部件(4)和第二比较器部件(5)的输入端。

4、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述基准电源部件(3)，产生一个稳定的直流电平V31，送至第一比较器部件(4)和第二比较器部件(5)的输入端。

5、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述第一比较器部件(4)，用于比较基准电源部件(3)输出电压V31和可控选择器部件(2)的输出电压V21，当V21大于V31，第一比较器部件(4)输出V41为逻辑高电平，反之，当V21小于V31，第一比较器部件(4)输出V41为逻辑低电平。

6、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述第二比较器部件(5)，用于比较基准电源部件(3)的输出电压V31和可控选择器部件(2)的输出电压V21，当V21大于V31，并且V21大于V31的差值比一定的值VT51大时，第二比较器部件(5)的两个输出V51、V52分别为逻辑高电平和逻辑低电平；当V21大于V31，但V21大于V31的差值比VT51小时，两个输出V51、V52均为逻辑低电平；当V21小于或等于V31时，两个输出V51、V52分别为逻辑低电平和逻辑高电平。

7、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述逻辑控制部件(6)的输入，是第二比较器部件(5)的两个输出电压V51、V52，输出V61送至放电部件(7)的栅端。

8、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述放电部件(7)，受逻辑控制部件(6)的输出V61控制，当V61为高时，启动放电过程，使得VOUT变低；当V61为低时，不启动放电过程。

9、如权利要求1所述的液晶显示装置的可控高电压调整电路，其特征在于：所述电荷泵升压部件(8)，由控制端V41控制是否进行电压提升，如果V41为高时，不进行电压提升，VOUT维持不变；而当V41为低时，进行电压提升，VOUT继续升高。

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