CN101102113A - 薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，其特点是，通过给数模转换器中的CMOS管分别设置不同的衬底电压V_B以减小体效应，进而减小CMOS管译码开关的导通电阻和时延，提高数模转换器的动作速度。所述衬底电压V_B，对于NMOS管应小于或等于该NMOS管其余3个端子的电压，对于PMOS管应大于或等于该PMOS管其余3个端子的电压，使每个NMOS管或者PMOS管的衬底被反向偏置。由于减小了CMOS管子的衬底与源极之间的电压，减少了CMOS管子的体效应影响，在不增加电路复杂度和芯片面积的前提下，减小了数模转换器的延时，提高了数模转换器的动作速度。

Description

薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器

技术领域

本发明涉及一种薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器。

背景技术

参照图4，文献“Jin-Ho Kim，Byong-Deok Choi，Oh-Kyong Kwon.1-Billion-Color TFT-LCD TVwith Full HD Format.Consumer Electronics，2005，pp：1042-1050”公开了一种全部采用NMOS管的数模转换器，其中所有NMOS管的衬底都接电源地VSS。选中的γ电压要经过N个串联的NMOS管才能到达模拟驱动Buffer，这N个串联的CMOS管的导通电阻与输出结点的等效寄生电容C_PAR形成等效延时电路，导致数模转换器的动作速度降低。由于每个NMOS管的源极电压V_S都大于0，且越接近VH端的NMOS管，其源极电压V_S越大，而衬底电压V_B都等于0，这样源极与衬底之间的电压V_SB＞0，且越接近VH端的NMOS管，其源极与衬底之间的电压V_SB越大，根据(1)式，这将导致NMOS管的阈值电压V_TH增加，即体效应增强。另外，对于选通的NMOS管，其栅极电压为VDD，这样越接近VH端的NMOS管其栅极与源极之间的电压V_GS越小。

$V_{\mathrm{TH}}=V_{\mathrm{TH}0}+\mathrm{\γ}(\sqrt{|2{\mathrm{\Φ}}_F+V_{\mathrm{SB}}|}-\sqrt{\left|2{\mathrm{\Φ}}_F\right|})---\left(1\right)$

$R_{\mathrm{on}}=\frac{1}{{\mathrm{\μ}}_n{C}_{\mathrm{ox}}\frac{W}{L}(V_{\mathrm{GS}}-V_{\mathrm{TH}})}---\left(2\right)$

根据(2)式，对于接近VH端的NMOS管，由于阈值电压V_TH增加和栅源电压V_GS减小的双重效应，NMOS管的导通电阻R_on就会变得很大。随着色彩度的进一步提高，串联译码开关的数目增加，使得总导通电阻增大，从而引起数模转换器的动作速度进一步降低。另一方面，随着薄膜晶体管型液晶显示屏(TFT-LCD)的尺寸增大和分辨率的提高，行扫描的时间越来越短，为了保证高质量画面显示，必须在行扫描时间内将液晶单元充/放电到相应的γ电压值。因此，现有的数模转换器的延时已经成为制约数模转换器动作速度的瓶颈，对于高分辨率和深色彩度的TFT-LCD显示驱动，必须提高现有数模转换器的速度。

发明内容

为了克服现有技术动作速度慢的不足，本发明提供一种薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，在不增加电路复杂度和芯片面积的前提下，可以减小数模转换器的延时，提高数模转换器的动作速度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，其特点是，通过给数模转换器中的CMOS管分别设置不同的衬底电压V_B以减小体效应，进而减小CMOS管译码开关的导通电阻和时延，提高数模转换器的动作速度。

所述衬底电压V_B，对于NMOS管应小于或等于该NMOS管其余3个端子的电压，使每个NMOS管的衬底被反向偏置。

所述衬底电压V_B，对于PMOS管应大于或等于该PMOS管其余3个端子的电压，使每个PMOS管的衬底被反向偏置。

本发明的有益效果是：由于减小了CMOS管子的衬底与源极之间的电压，减少了CMOS管子的体效应影响，在不增加电路复杂度和芯片面积的前提下，减小了数模转换器的延时，提高了数模转换器的动作速度。

下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。

附图说明

图1是本发明的2-阈值N-bitNMOS管数模转换器。

图2是图1中2-阈值N-bit NMOS管数模转换器的工艺实现原理图。

图3是本发明的4-阈值3-bit NMOS管数模转换器。

图4是现有技术的N-bit NMOS管数模转换器。

图5是现有技术与本发明的2-阈值10-bit NMOS管数模转换器的信号延时仿真结果对比曲线。

具体实施方式

参照图1～3，本发明通过给数模转换器中的CMOS管子分别设置不同的衬底电压V_B以减小体效应，进而减小CMOS管译码开关的导通电阻和时延，提高数模转换器的动作速度。

以图1的2-阈值N-bit NMOS管数模转换器为例说明。对于N-bit显示数据，电阻网络需要产生2^N个电压(V0～V2^N-1)，我们以V2^N-1电压为界，NMOS管的源极连接到大于或等于V2^N-1电压的所有NMOS管开关的衬底都接到V2^N-1，而NMOS管的源极连接到小于V2^N-1电压的所有NMOS管开关的衬底都接地VSS。这样如果译码通道在虚线以上，即传统结构中体效应最严重的部分，所有NMOS管源极与衬底之间的电压V_SB都减小了V2^N-1，阈值电压相应下降，从而减小了导通电阻。称这种电路为“2-阈值”开关译码电路。依次类推，可以将图1中虚线分开的上下两部分分别作为一组译码电路，在组内继续设置不同的衬底电压，可得到“4-阈值”、“8-阈值”等多阈值开关译码电路，可以进一步减小虚线以上部分NMOS管的体效应。衬底电压的接法，必须保证每个NMOS管的衬底电压V_B小于或等于该管其余3个端子的电压。即若两个上下相邻的NMOS管的衬底电压V_B不一致，那么与之相连的后一级NMOS管的衬底必须和二者中衬底电压较低的一个衬底相连，以保证每个NMOS管的衬底被反向偏置。下面以3-bitNMOS管数模转换器为例说明。

图3所示的4-阈值3-bit NMOS管数模转换器中，译码开关的衬底分别接到4种不同的电压：即V0，V2，V4，V6，称为“4-阈值”数模转换器。M1管和M2管的衬底电压分别为V6和V4，其后一级NMOS管M3的衬底必须接V4，而不能接V6。同样M6管的衬底只能接VSS，而不能接V2。这样做的目的是防止NMOS管的衬底被正向偏置，否则将会导致NMOS管工作不正常或者基板漏电流急剧增大。

对于由PMOS管组成的多阈值数模转换器，其衬底的分组与连接方法与上述NMOS管数模转换器对称，即衬底电压V_B的接法必须保证每个PMOS管的衬底电压大于或等于该管其余3个端子的电压，这里不再赘述。

参照图2，在“2-阈值”情况下，在工艺实现上需要增加两个工艺阱，阱电压为V2^N-1(NMOS)的P-well内可制作衬底电压为V2^N-1的NMOS开关，阱电压为V2^N-1(PMOS)的n-well内可制作衬底电压为V2^N-1的PMOS开关。随着所设置的阈值电压的数目增加，相应需要增加的工艺阱数目也增加，工艺变得更为复杂。这就要求在数模转换器的速度和工艺复杂度之间进行折中考虑。一般“2-阈值”或“4-阈值”数模转换器就可以大大减小开关延时，且不会显著增加工艺复杂度。

从图5所示的现有技术与本发明的2-阈值10-bit NMOS管数模转换器的信号延时仿真结果对比曲线中可以看到，设VL＝0V，VH＝6V，10-bit显示数据，采用NMOS开关译码电路，当输入电压由VL跳变到VH时，即延时最严重情况，对于现有技术的数模转换器，其所有管子的衬底电压V_B＝0V，信号上升到90％的延迟时间约为36ns；而对于本发明的“2-阈值”数模转换器，即上半部分管子的衬底电压V_B＝3V，下半部分管子的衬底电压V_B＝0V，该延迟时间约为18.6ns，与现有技术相比“2-阈值”数模转换器的信号延时减小了接近50％。

Claims (3)

1、一种薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，其特征在于：通过给数模转换器中的CMOS管分别设置不同的衬底电压V_B以减小体效应，进而减小CMOS管译码开关的导通电阻和时延，提高数模转换器的动作速度。

2、根据权利要求1所述的薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，其特征在于：对于NMOS管，所述衬底电压V_B应小于或等于该NMOS管其余3个端子的电压，使每个NMOS管的衬底被反向偏置。

3、根据权利要求1所述的薄膜晶体管型液晶显示屏源驱动芯片的多阈值数模转换器，其特征在于：对于PMOS管，所述衬底电压V_B应大于或等于该PMOS管其余3个端子的电压，使每个PMOS管的衬底被反向偏置。

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