CN101071311A - 能够减少纹波分量的电源装置以及使用其的显示装置 - Google Patents

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Abstract

在包括升压电路的电源装置中，提供输出端子且其可连接到外部平滑电路，该外部平滑电路通过连接层的寄生电阻和外部电容器形成。电阻器被连接在升压电路的输出端和输出端子之间。

Description

能够减少纹波分量的电源装置以及使用其的显示装置
技术领域
本发明涉及一种能够减少纹波分量的电源装置以及一种使用这种电源装置的显示装置。
背景技术
显示装置如液晶显示(LCD)装置已经广泛地用在了个人计算机、电视机、移动电话或个人数字助理(PDA)中。在这种显示装置中，电源装置将电源电压提供给控制器、数据线(或信号线)驱动器、扫描线(或栅极线)驱动器以及LCD面板。
另一方面，为了降低制造成本和尺寸并增加LCD面板尺寸，安装技术已经从带式载体封装(TCP)技术变成了玻璃上芯片(COG)技术。
当在COG封装的玻璃衬底上形成一个半导体器件(芯片)时，形成了现有技术的电源装置，其中在所述COG封装的玻璃衬底上还形成了其他的半导体器件(芯片)如控制器、数据线(或信号线)驱动器或者扫描线(或栅极线)驱动器，以及LCD面板。
该电源装置通过电荷泵型升压电路以及稳压器来控制(见：JP-2004-157580A的图16)。
电荷泵型升压电路被连接到输出端子(焊垫)，该输出端子(焊垫)还被连接到外部平滑电路，该外部平滑电路是通过由氧化铟锡制成的布线(连接)层的寄生电阻与外部电容器来构成的，由此去除了电荷泵型升压电路输出电压中的纹波分量(噪音)的一部分。
另一方面，稳压器由通过电荷泵型升压电路的输出电压供电的运算放大器构成。运算放大器连接到另一个输出端子(焊垫)，该输出端子(焊垫)还连接到另一个外部平滑电路，该外部平滑电路是通过由ITO制成的连接层的寄生电阻与外部电容器来构成的，由此去除了另一输出焊垫处的输出电压中的纹波分量(噪音)的一部分。作为电源电压提供给运算放大器的电荷泵型升压电路输出电压的纹波分量本身能通过运算放大器的纹波降低作用来降低，并且能通过外部平滑电路来进一步降低。
以下将详细说明该现有技术电源装置。
发明内容
然而，在上述现有技术的电源装置中，电荷泵型升压电路输出电压的纹波分量的降低仅仅是通过外部平滑电路来进行的，且运算放大器输出电压的纹波分量的降低仅仅是通过运算放大器以及另一外部平滑电路来进行的，因此纹波分量的降低是不够的。
根据本发明，在包括升压电路的电源装置中，提供输出端子且其可连接到由连接层的寄生电阻和外部电容器形成的外部平滑电路。电阻器连接到升压电路的输出端和输出端子之间。
由此，升压电路输出电压的纹波分量能通过电阻器以及外部平滑电路来降低。
而且，提供了一种显示装置，其包括：氧化铟锡连接层；连接到氧化铟锡连接层的第一端的平滑电容器；具有连接到氧化铟锡氧连接层的第二端的第一端的金属连接层；连接到金属连接层的第二端的放大器；适于在其输出端产生升压电压的升压电路；和连接在升压电路输出端和金属连接层预定节点之间的电阻器。
附图说明
与现有技术相比，通过参考附图，根据以下描述，将更清楚地理解本发明，其中：
图1是示出现有技术电源装置的电路图；
图2是图1电荷泵型升压电路的详细电路图；
图3是用于说明图1电源装置操作的时序图；
图4是示出根据本发明电源装置第一实施例的电路图；
图5是用于说明图4电源装置操作的时序图；
图6是示出图4电源装置第一改进的电路图；
图7是示出图4电源装置第二改进的电路图；
图8是示出根据本发明电源装置第二实施例的电路图；
图9是图8稳压器的详细电路图。
具体实施方式
在描述优选实施例之前，将通过参考图1、2和3说明现有技术电源装置。
在示出现有技术电源装置的图1中，作为一个半导体器件(芯片)而形成的电源装置10被形成在玻璃衬底(未示出)上，在该玻璃衬底上还形成了其他半导体器件(芯片)20和30如控制器、数据线(或信号线)驱动器或扫描线(或栅级线)驱动器以及LCD面板(未示出)。由此，通过玻璃上芯片(COG)技术形成了一个液晶显示(LCD)装置。
电源装置10由电荷泵型升压电路11和稳压器12构成(见：JP-2004-157580A的图16)。
电荷泵型升压电路11连接到输出端子(焊垫)P1，该输出端子(焊垫)P1还连接到通过由ITO制成的连接层的寄生电阻R1和外部电容器C1而形成的平滑电路，由此去除了在电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0中的、即在输出端子P1处的输出电压Vout1中的纹波分量(噪音)部分。输出电压Vout1经由寄生电阻R1从输出焊垫P1提供到半导体芯片20。这种情况下，寄生电阻R1被连接在输出焊垫P1和半导体芯片20之间。
稳压器12通过运算放大器121构成，该运算放大器21是经由金属层的节点N、由电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0来供电的。运算放大器121具有接收由参考电压稳压器122(如带隙稳压器)产生的参考电压Vref1的正输入、和经由电阻器R121向其负反馈输出电压Vout2的负输入。而且，负输入经由电阻器R122连接到地端子GND。由此，由于电阻器R121和R122形成了产生分压Vd1的分压器，Vd1＝Vout2·R122/(R121+R122)
因此通过下式获得输出电压Vout2
Vout2＝((R121+R122)/R122)Vref1
其中，R121和R122也分别指定了电阻器R121和R122的电阻值。
注意，带隙稳压器通过一个或多个pn结构成，用于与温度和向其提供的电源电压无关地产生定电压，如大约1.2V或者是1.2V的倍数。
稳压器12连接到输出端子(焊垫)P2，该输出端子(焊垫)P2还连接到外部平滑电路，该外部平滑电路通过由ITO制成的连接层的寄生电阻R2和外部电阻器C2形成，由此去除了在输出焊垫P2处的输出电压Vout2中的纹波分量(噪音)r2的一部分。输出电压Vout2经由寄生电阻R2从输出焊垫P2提供到半导体芯片30。这种情况下，寄生电阻R2被连接在输出焊垫P2和半导体芯片30之间。
电荷泵型升压电路11被连接到外部升压电容器C3。电荷泵型升压电路响应于时钟信号CLK，接收电源电压VDD如约2.7V，以产生输出电压2·VDD如约5.4V。
如图2中所示出的(见：JP-2005-20971A的图4)，电荷泵型升压电路11由四个开关SW1、SW2、SW3和SW4构成。这种情况下，作为充电开关元件的该组开关SW1和SW2和作为放电开关元件的该组开关元件SW3和SW4通过时钟信号CLK互补地导通或断开。即，在其中CLK＝“0”(低电平)的备用状态下，开关SW1和SW2导通而开关SW3和SW4断开，以使升压电容器C3通过电源电压VDD充电。另一方面，在其中CLK＝“1”(高电平)的升压状态下，开关SW1和SW2断开而开关SW3和SW4导通，以使电源电压VDD叠加到升压电容器C3的充电电压上。由此，备用状态和升压状态交替重复，以使图1的平滑电容器C1处的电压、即输出电压Vout0变得高于电源电压VDD。这种情况下，如果备用状态和升压状态的持续周期长到足以分别对升压电容器C3和平滑电容器C1充电，则在其饱和状态下，电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0将变成电压2·VDD。
由此，如图3中所示，在图1的电源装置10中，输出电压Vout0的纹波分量r0可以被平滑电路(R1、C1)降低至输出电压Vout1’的纹波分量r1’。即，由于寄生电阻R1由ITO制成，而该ITO具有比金属大的电阻率，因此输出电压Vout0的纹波分量r0通过ITO的增加的电阻而得到增强。而且，作为电源电压施加到运算放大器121的输出电压Vout0的纹波分量r0可以通过运算放大器121本身的纹波降低作用而降低至输出电压Vout2的纹波分量r2，且输出电压Vout2的纹波分量r2能进一步通过平滑电路(R2、C2)降低至输出电压Vout2’的纹波分量r2’。
在LCD装置中，由于LCD面板尺寸已经增加且需要高的分辨率，因此图1的电源装置不仅需要功率低而且需要精确。然而，在图1的电源装置10中，输出电压Vout1’的纹波分量r1’的降低仅仅是通过平滑电路(R1、C1)来进行的，且输出电压Vout2’的纹波分量r2’的降低仅仅是通过运算放大器121和平滑电路(R2、C2)来进行的，因此纹波分量r1’和r2’的降低是不够的。
为了进一步抑制输出电压Vout2’的纹波分量r2’以实现具有较少闪烁的LCD装置，可增加运算放大器121的纹波降低作用。这种情况下，运算放大器121尺寸变大，使得图1的电源装置10尺寸变大。由此，通过COG技术带来的尺寸降低与图1电源装置10的精确度具有折衷关系。
此外，当将另一个稳压器增加到电荷泵型升压电路11，以实现脉冲跨越型升压电路时，电荷泵型升压电路10的输出电压Vout0的频率由于电源电压VDD的波动以及半导体器件(芯片)20、30等负载的波动而波动，使得电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0的频率降低到运算放大器121频率的纹波降低范围内。由此，运算放大器121纹波降低作用会变劣，以使LCD装置呈现出显示异常。
在示出了根据本发明的电源装置的第一实施例的图4中，图1的电源装置10被电源装置10A代替，其中电阻器R3被连接在电荷泵型升压电路11的输出端和图1的节点N之间。电阻器R3由多晶硅、杂质扩散区、阱区、在阱区中形成的杂质扩散区等形成，其由半导体制造步骤制造。通过考虑电阻器R1的电阻值来确定电阻器R3的电阻值。例如，如果寄生电阻R1的电阻值为50Ω，则电阻器R3的电阻值是50Ω，以使输出电压Vout1的纹波分量r1与电荷泵型升压电路10的输出电压Vout0的的波形分量r0相比减半。
由此，如图5中所示，在图4的电源装置10A中，输出电压Vout0的纹波分量r0能通过电阻器R3降低至输出电压Vout1的波形分量r1，而输出电压Vout1的波形分量r1能通过平滑电路(R1、C1)降低至输出电压Vout1’的波形分量r1’。这种情况下，由于引入了电阻器R3且测量条件不同，因此图5的输出电压Vout0的纹波分量r0大于图3输出电压Vout0的纹波分量r0。然而，图5的输出电压Vout1的纹波分量r1通过电阻器R3的分压作用而降低至输出电压Vout0纹波分量r0的一半。而且，作为电源电压提供到运算放大器121的输出电压Vout1的纹波分量r1能通过运算放大器121本身的纹波降低作用降低至输出电压Vout2的纹波分量r2，且输出电压Vout2的纹波分量r2能通过平滑电路(R2、C2)进一步降低至输出电压Vout2’的纹波分量r2’。
在图4的电源装置中，输出电压Vout1’的纹波分量r1’的降低是通过电阻器R3以及平滑电路(Ri、C1)进行的，且输出电压Vout2’的纹波分量R2’的降低是通过电阻器R3以及运算放大器121和平滑电路(R2、C2)进行的，因此纹波分量r1’和r2’的降低是足够的。
在图5的电源装置中，尽管电荷泵型升压电路11的输出电阻值通过电阻器R3增加，但是电荷泵型升压电路11的输出电阻值通过平滑电容器C1连接层和用于接收电源电压VDD的连接层的寄生电阻R1来增加。因此，电荷泵型升压电路11的性能不会因此降低。
在图6中，其示出了图4电源装置10A的第一改进，电阻器R3被ON态晶体管R3’如ON态MOS晶体管或ON态双极性晶体管替换。由此，不需要额外的电阻器R3。
在图7中，其示出了图4的电源装置的第二改进，电阻器R3被连接(或布线)电阻R3”替换。由此，不需要额外的电阻器R3。
在示出了根据本发明的电源装置的第二实施例的图8中，图4的电源装置10A被电源装置10B替换，其中图4的电阻器R3被可变电阻器VR替换，该可变电阻器VR通过多个电阻器和由外部控制信号CNT控制的开关构成，并且稳压器13被增加到电源装置10A的元件。由此，电荷泵型升压电路11和稳压器13被组合成为脉冲跨越型升压电路。
在图8的电源装置10B中，当电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0超出预定值时，稳压器13停止产生时钟信号CLK，以停止电荷泵型升压电路11的操作。这种情况下，可变电阻器VR被调整，以使电荷泵型升压电路11的操作频率不落入到运算放大器121的可能使纹波去除效果变劣的频率范围内。
在电荷泵型升压电路11中，如果备用状态和升压状态的持续周期不足以分别对升电容器C3和平滑电容器C1供电，则在它们的非饱和状态下，电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0会小于2·VDD。即，提供稳压器13，以使得电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0成为满足下式的目标电压Vt：
Vt≤2·VDD
在作为图8稳压器13的详细电路图的图9中，稳压器13通过用于产生电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0的分压Vd2的由电阻器R131和R132形成的分压器、由带隙稳压器等形成的用于产生对应于目标电压Vt的参考电压Vref2的参考电压源132、用于将分压器的分压Vd2与参考电压Vref2进行比较以产生比较输出信号CPS的比较器131、以及用于根据比较输出信号CPS来使时钟信号CLK作为时钟信号CLK·CPS从中通过的AND电路133构成。
而且，分压Vd2由下式表示：
Vd1＝Vout0·R132/(R131+R132)
其中R131和R132分别指定了电阻器R131和R132的电阻值。
因此，稳压器13调整电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0，以使输出电压Vout0接近目标电压Vt，该目标电压Vt通过下式表示：
Vt＝Vref2·(R131+R132)/R132≤2·VDD
由此，目标电压Vt能通过调整参考电压Vref2和电阻器R131和R132中的一个或多个来设置。
换句话说，比较器131实质上比较电荷泵型升压电路11的输出电压Vout0和目标电压Vt，以产生比较输出信号CPS。即，如果Vout0≤Vt，则CPS＝“1”(高电平)。另一方面，如果Vout0＞Vt，则CPS＝“0”(低电平)。
在图4的电源装置10A中，注意，能使用图8的可变电阻器VR，而不是使用电阻器R3。而且，在图8的电源装置10B中，注意，能使用电阻器R3、图4连接电阻R3”的ON态晶体管R3’，而不是使用可变电阻器VR。
而且，在图4和8的电源装置10A和10B中，可省略连接到平滑电路(R1、C1)的输出端子(焊垫)P1。

Claims (18)

1.一种电源装置，包括：
升压电路；
第一输出端子，其可连接到通过第一连接层的第一寄生电阻和第一外部电容器形成的第一外部平滑电路；和
电阻器，其被连接在所述第一升压电路的输出端和所述第一输出端子之间。
2.如权利要求1的电源装置，其中所述升压电路和所述电阻器被形成在一个半导体器件上，且所述第一寄生电阻和所述第一外部电容器被形成在显示装置的衬底上。
3.如权利要求1的电源装置，其中所述电阻器包括ON态电阻器。
4.如权利要求1的电源装置，其中所述电阻器包括连接电阻。
5.如权利要求1的电源装置，其中所述电阻器包括可变电阻器。
6.如权利要求1的电源装置，还包括：
第二输出端子，其可连接到由第二连接层的第二寄生电阻和第二外部电容器形成的第二外部平滑电路；和
第一稳压器，其包括由所述第一输出端子处的电压供电的运算放大器，所述运算放大器具有纹波降低作用和连接到所述第二输出端子的输出端。
7.如权利要求1的电源装置，其中所述升压电路包括电荷泵型升压电路，被适配用于与时钟信号同步地升高电源电压。
8.如权利要求7的电源装置，还包括第二稳压器，被适配用于将来自所述电荷泵型升压电路的输出电压与目标电压进行比较，以产生所述时钟信号，从而使得所述电荷泵型升压电路的输出电压接近所述目标电压。
9.一种电源装置，包括：
升压电路；
电阻器，其具有连接到所述升压电路的输出端的第一端；
输出端子，其可连接到外部平滑电路，该外部平滑电路通过连接层的寄生电阻和外部电容器形成；和
第一稳压器，其包括由所述电阻器第二端处的电压供电的运算放大器，所述运算放大器具有纹波降低作用和连接到所述输出端子的输出端。
10.如权利要求9的电源装置，其中所述升压电路和所述电阻器被形成在一个半导体器件上，且所述寄生电阻和所述外部电容器被形成在显示装置的衬底上。
11.如权利要求9的电源装置，其中所述电阻器包括ON态晶体管。
12.如权利要求9的电源装置，其中所述电阻器包括连接电阻。
13.如权利要求9的电源装置，其中所述电阻器包括可变电阻器。
14.如权利要求9的电源装置，其中所述升压电路包括电荷泵型升压电路，被适配用于与时钟信号同步地升高电源电压。
15.如权利要求14的电源装置，还包括第二稳压器，被适配用于对来自所述电荷泵型升压电路的输出电压与目标电压进行比较，以产生所述时钟信号，从而使得所述电荷泵型升压电路的输出电压接近所述目标电压。
16.一种电源装置，包括：
升压电路；
节点；
由所述节点处的电压供电的电路；
输出焊垫，其连接到所述节点，且能够连接到外部平滑电容器；和
电阻器，其被连接在所述升压电路的输出端和所述节点之间。
17.一种显示装置，包括：
氧化铟锡连接层；
平滑电容器，其连接到所述氧化铟锡连接层的第一端；
金属连接层，其具有连接到所述氧化铟锡连接层的第二端的第一端；
放大器，其连接到所述金属连接层的第二端；
升压电路，其被适配用于在其输出端处产生升高电压；和
电阻器，其被连接在所述升压电路的输出端和所述金属连接层的预定节点之间。
18.如权利要求17的显示装置，还包括：
另一氧化铟锡连接层，其具有连接到所述放大器的输出端的第一端；和
另一平滑电容器，其连接到所述另一氧化铟锡连接层的第二端。
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