CN101582248B - 显示器的源极驱动器、运算放大器及其相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明关于显示器的源极驱动器、运算放大器及其相关方法。其中显示器的源极驱动器包含有一数字模拟转换器、一输出开关及一运算放大器。运算放大器耦接于数字模拟转换器，用以根据模拟像素信号来经由该输出开关以驱动显示器的至少一数据线。运算放大器接收一偏压电流，其中该偏压电流仅在输出开关为关闭状态时才会被提高。

Description

显示器的源极驱动器、运算放大器及其相关方法
技术领域
本发明涉及一运算放大器及其相关方法，尤其是涉及一种用于显示器中可提升回转率(slew rate)的运算放大器。
背景技术
液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)为一种外型轻薄的平面显示装置(Flat Panel Display，FPD)，其具有低辐射、体积小及低耗能等优点，已逐渐取代传统的阴极射线管显示器(Cathode Ray Tube Display，CRT)，因而被广泛地应用在笔记型计算机(Notebook Computer)、个人数字助理(PersonalDigital Assistant，PDA)、平面电视或移动电话等信息产品上。液晶显示器包含一液晶显示面板(Liquid Crystal Panel)、一时序控制器(Timing Controller，TCON)、一栅极驱动器(Gate Driver)及一源极驱动器(Source Driver)。时序控制器用来产生影像数据信号，及驱动液晶显示面板所需的控制信号和时钟信号。栅极驱动器用来产生开启或关闭像素电路阵列的扫描信号，而源极驱动器则依据影像数据信号、控制信号和时钟信号来产生液晶显示面板的驱动信号。
图1为传统源极驱动器的运算放大器110的示意图。运算放大器110根据一输入电压Vin来产生一输出电压Vout，当经由一开关控制信号C_SW来导通一开关SW时，此时运算放大器110会驱动源极驱动器的一输出负载120。通常，为了节省电力，会将运算放大器110的偏压电流I设计得很小，然而，较小的偏压电流I会限制住运算放大器110的驱动能力及其回转率。
为了提升运算放大器110的驱动能力及其回转率，会在驱动输出负载120的同时，提高运算放大器110的偏压电流I。图2为图1所示的运算放大器110的开关控制信号C_SW以及偏压电流I的波形图。如图2所示，于时间T1期间内，开关SW为关闭状态，此时运算放大器110的偏压电流I维持在电流值I1。而于时间T2期间内，开关SW为导通状态，且运算放大器110的偏压电流I提高至电流值I1’，其中电流值I1’大于电流值I1。
然而，上述提高偏压电流I的步骤会造成电流上的迅速转变，而导致输出波形中产生突波干扰(glitch)，在输出波形中的突波干扰会在该液晶显示装置上引起电压跳动(bouncing)并造成显示画面的亮度不均(mura)，而此将大大地降低其显示的画面质量。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提出一种显示器的源极驱动器及其相关运算放大器与方法，以解决上述的问题。
本发明披露一种显示器的源极驱动器。源极驱动器包含一数字模拟转换器、一输出开关以及一运算放大器。数字模拟转换器将一数字像素(pixel)信号转换成一模拟像素信号。运算放大器耦接于数字模拟转换器，用来根据模拟像素信号以经由该输出开关来驱动显示器的至少一数据线。运算放大器接收一偏压电流，其中偏压电流仅有在输出开关为关闭状态时才会被提高。
本发明还披露一种源极驱动器的运算放大器。运算放大器包含第一级、偏压电流源、第二级以及电容元件。第一级用以接收一模拟像素信号。偏压电流源用以提供偏压电流给第一级，其包含有：一第一电流源、一第二电流源以及一偏压开关。第一电流源提供一第一偏压电流，而第二电流源经由该偏压开关来提供一第二电流源。其中，当偏压开关为关闭时，偏压电流等于第一偏压电流；而当偏压开关为导通时，偏压电流等于第一偏压电流与第二偏压电流的总和。第二级经由输出开关来耦接于源极驱动器的一输出负载，而电容元件则耦接于第一级与第二级之间。偏压电流仅有在输出开关为关闭时才会被提高。当输出开关为关闭时，导通偏压开关；且于输出开关导通之前，关闭偏压开关。
本发明还披露一种控制源极驱动器的运算放大器的方法。该方法包含有：提供该运算放大器，其包含第一级、偏压电流源、第二级以及耦接于第一级与第二级之间的电容元件，并提供一输出开关，其中偏压电流源包含第一电流源、第二电流源以及偏压开关；将第二级经由输出开关耦接于源极驱动器的输出负载；以及提供偏压电流给第一级，其中当偏压开关为关闭时，偏压电流等于第一电流源所提供的第一偏压电流，而当偏压开关为导通时，偏压电流等于第一偏压电流与第二电流源所提供的第二偏压电流的总和。其中，偏压电流仅有在输出开关为关闭时才会被提高。
附图说明
图1为传统源极驱动器的运算放大器的示意图。
图2为图1所示的运算放大器的开关控制信号以及偏压电流的波形图。
图3为本发明显示器的一源极驱动器的一实施例的方块图。
图4为图3所示的运算放大器的详细电路图。
图5为图4所示的运算放大器的偏压开关控制信号、输出开关控制信号以及偏压电流的第一实施例的波形图。
图6为图4所示的运算放大器的偏压开关控制信号、输出开关控制信号以及偏压电流的第二实施例的波形图。
图7为图4所示的运算放大器的偏压开关控制信号、输出开关控制信号以及偏压电流的第三实施例的波形图。
图8为本发明控制一源极驱动器的运算放大器的方法的一操作范例的流程图。
附图符号说明
110、340                     运算放大器
Vin                          输入电压
Vout                         输出电压
C_SW                         开关控制信号
SW                           开关
120、360                     输出负载
C                            电容
I                            偏压电流
I1、I1’、I11+I22、I11        电流值
T1、T2、T11、T22、T11’、T12’ 时间
300                          源极驱动器
320                          数字模拟转换器
SW2                          输出开关
S1                           数字像素信号
S2                           模拟像素信号
C_SW2                        输出开关控制信号
C_SW1                        偏压开关控制信号
410                          第一级
420                          第二级
460                          偏压电流源
C1                           电容元件
Q1～Q4、Q5                   晶体管
430                          第一电流源
440                          第二电流源
SW1                          偏压开关
450                          第三电流源
802～812                     步骤
具体实施方式
在本申请文本当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本申请文本并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在本申请文本当中所提及的“包含”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限定于”。另外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
图3为本发明显示器的一源极驱动器300的一实施例的方块图。源极驱动器300包含(但不局限于)一数字模拟转换器320、一输出开关SW2以及一运算放大器340。数字模拟转换器320将一数字像素信号S1转换成一模拟像素信号S2，而运算放大器340耦接于数字模拟转换器320，用来根据模拟像素信号S2以经由输出开关SW2来驱动显示器上的至少一数据线，此数据线则是仿真成一输出负载360，例如由运算放大器340所驱动的电容C。
图4为图3所示的运算放大器340的详细电路图，运算放大器340包含第一级410、偏压电流源460、第二级420以及电容元件C1。电容元件C1耦接于第一级410以及第二级420之间，而输出开关SW2则是耦接于第二级420以及输出负载360之间。其中，第一级410用来接收来自数字模拟转换器320的模拟像素信号，其包含有四个晶体管Q1～Q4，关于晶体管Q1～Q4的连接方式已显示于图4中，为简洁起见于此不再赘述。偏压电流源460提供偏压电流给第一级410，其包含一第一电流源430、一第二电流源440以及一偏压开关SW1。第一电流源430耦接于晶体管Q3、Q4，用来提供第一偏压电流I11；而第二电流源440经由偏压开关SW1来提供一第二偏压电流I22，其中偏压开关SW1与第二电流源440串联耦接，且偏压开关SW1、第二电流源440与第一电流源430并联耦接。当偏压开关SW1为关闭时，此时偏压电流I会等于第一偏压电流I11；当偏压开关SW1为导通时，偏压电流I会等于第一偏压电流I11与第二偏压电流I22的总和(亦即I＝I11+I22)。第二级420包含一第五晶体管Q5以及一第三电流源450，其中第三电流源450耦接于第五晶体管Q5。
以上所述的实施例仅用来说明本发明的技术特征，并非用来局限本发明的范畴。本领域技术人员可了解，在不违背本发明的精神下，采用其它设计来实现运算放大器340皆是可行的。
当输出开关控制信号C_SW2导通输出开关SW2时，运算放大器340会开始驱动输出负载360；当输出开关控制信号C_SW2关闭输出开关SW2时，运算放大器340会停止驱动输出负载360。为了在不造成输出波形中突波干扰的情况下，达到提升运算放大器340的扭转率的目的，本发明披露了一种用以控制运算放大器340的机制。于关闭输出开关SW2时，提高运算放大器340的偏压电流I；换言之，于关闭输出开关SW2时，经由一偏压开关控制信号C_SW1来导通偏压开关SW1。
请注意，偏压开关SW1与输出开关SW2可由一金属氧化物半导体晶体管(MOSFET)来实现，或者由其它种类的开关来实现。再者，上述的显示器也可为一液晶显示装置，但本发明并不局限于此。
图5为图4所示的运算放大器340的偏压开关控制信号C_SW1、输出开关控制信号C_SW2以及偏压电流I的第一实施例的波形图。如图5所示，于时间T11期间内，输出开关SW2为关闭且偏压开关SW1为导通，此时由于偏压开关SW1为导通，所以运算放大器340的偏压电流I会被提高至电流值(I11+I22)；于时间T22期间内，输出开关SW2为导通而偏压开关SW1为关闭，此时由于偏压开关SW1为关闭，所以运算放大器340的偏压电流I会保持在电流值I11。如此一来，因为电流的迅速转变而产生的突波干扰可通过输出开关SW2而减轻。此外，于时间T11期间之内，当偏压开关SW1为导通时，电容元件C1可被充电至一目标电压，因此，运算放大器340的扭转率将不会被限制住。而于时间T22期间内，当输出开关SW2为导通时，电容元件C1可轻易地维持在一固定值，并拥有较好的稳压能力。请注意，在本实施例中，偏压开关SW1的导通时间(turn-on period)(亦即T11)等于输出开关SW2的关闭时间(turn-off period)。
图6为图4所示的运算放大器340的偏压开关控制信号C_SW1、输出开关控制信号C_SW2以及偏压电流I的第二实施例的波形图。图6的波形图与图5的波形图类似，两者不同之处在于：在图6中，偏压开关SW1于时间T11’期间内导通，且时间T11’小于时间T11。换言之，时间T11与时间T11’之间存在着一延迟时间(T11-T11’)。请注意，在本实施例中，偏压开关SW1的导通时间小于输出开关SW2的关闭时间(亦即T11’<T11)。
请参考图7，图7为图4所示的运算放大器340的偏压开关控制信号C_SW1、输出开关控制信号C_SW2以及偏压电流I的第三实施例的波形图。图7的波形图与图5的波形图类似，两者不同之处在于：在图7中，偏压开关SW1于时间T12’期间内导通，并于时间T11结束前关闭。换言之，在输出开关SW2导通前，便会关闭偏压开关SW1。请注意，在本实施例中，偏压开关SW1的导通时间小于输出开关SW2的关闭时间(亦即T12’<T11)。
当然，上述的实施例仅为用来描述本发明特征的例子，而非本发明的限制条件。本领域技术人员应可了解，时间T11、T22的各式各样变化皆是可行的。举例而言，时间T11与时间T22可以重迭(overlap)一小段时间，此也属于本发明所涵盖的范围。
请参考图8，图8为本发明控制一源极驱动器的运算放大器的方法的一操作范例的流程图，其包含(但不局限于)以下的步骤(请注意，假若可获得实质上相同的结果，则这些步骤并不一定要遵照图8所示的执行次序来执行)：
步骤802：开始。
步骤804：提供一运算放大器，其包含第一级、偏压电流源、第二级及耦接于第一级与第二级之间的一电容元件，并提供一输出开关，其中偏压电流源包含第一电流源、第二电流源以及偏压开关。
步骤806：将第二级经由输出开关耦接于源极驱动器的一输出负载。
步骤808：提供一偏压电流给第一级，其中当偏压开关为关闭时，偏压电流等于第一电流源所提供的一第一偏压电流，而当偏压开关为导通时，偏压电流等于第一偏压电流与第二电流源所提供的第二偏压电流的总和。
步骤810：仅在输出开关为关闭时，才导通偏压开关以提高运算放大器的偏压电流。
步骤812：关闭偏压开关，接着导通输出开关。
接下来，将结合图8所示的各步骤、图4所示的各元件以及图5、图7的波形图来进一步说明详细运作方式。在步骤804～806中，提供运算放大器340，由于运算放大器340的内部架构以及耦接方式已详述于前，为简洁起见，故于此不再赘述。在步骤808中，提供偏压电流I给第一级410，其中在关闭偏压开关SW1时，偏压电流I等于第一偏压电流I11；否则，偏压电流I等于第一偏压电流I11与第二偏压电流I22的总和。在步骤810，偏压开关SW1仅有在关闭输出开关SW2时才会导通，如图5所示的时间T11，此时偏压电流I才会被提高。在步骤812，当导通输出开关SW2时，才会关闭偏压开关SW1，如图5所示的时间T22。如图7所示，先关闭偏压开关SW1后再导通输出开关SW2。
请注意，图8的方法仅为本发明可行实施例之一，并非用来局限本发明的范畴，此外，上述步骤顺序仅为本发明方法的一较佳实施例。换言之，上述的步骤顺序可视情况而调整，并不限定要依据实施例所示的顺序来执行。
以上所述的实施例仅用来说明本发明的技术特征，并非用来局限本发明的范畴。由上可知，本发明提供一种显示器的源极驱动器及其相关运算放大器与方法。仅在输出开关SW2为关闭时才将运算放大器340的电流I提高，如此一来，可以达到改善运算放大器340的回转率的目的而不会导致输出波形中产生突波干扰。假使提高运算放大器340的偏压电流I的动作在开始驱动输出负载360前就结束了，可以避免液晶显示装置上发生亮度不均的现象，此外，电容元件C1可以很轻易地维持在一固定值内，并拥有较好的稳压能力。本发明所披露的控制运算放大器340的机制尤其适用于轻负载装置，例如笔记型计算机等要求低功耗的装置。如此一来，不仅轻负载装置的显示质量可以提升，且可以达到节省功率的目的。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种应用于显示器的源极驱动器，包含有：
一数字模拟转换器，用以将一数字像素信号转换成一模拟像素信号；
一输出开关；以及
一运算放大器，耦接于该数字模拟转换器，用来根据该模拟像素信号以经由该输出开关来驱动该显示器的至少一数据线，且该运算放大器接收一偏压电流；
其中，该偏压电流仅有在该输出开关为关闭时才会被提高。
2.如权利要求1所述的源极驱动器，其中该运算放大器还包含：
一第一级，用以接收该模拟像素信号；
一偏压电流源，用以提供该偏压电流给该第一级，该偏压电流源包含有：
一第一电流源，用以提供一第一偏压电流；
一偏压开关；及
一第二电流源，用以经由该偏压开关来提供一第二电流源；
其中，当该偏压开关为关闭时，该偏压电流等于该第一偏压电流；而当该偏压开关为导通时，该偏压电流等于该第一偏压电流与该第二偏压电流的总和；以及
一第二级，经由该输出开关来耦接于该数据线；以及
一电容元件，耦接于该第一级与该第二级之间。
3.如权利要求2所述的源极驱动器，其中该偏压开关仅有在该输出开关为关闭时才会导通，或者该偏压开关的一导通时间小于该输出开关的一关闭时间。
4.如权利要求2所述的源极驱动器，其中该偏压开关于导通该输出开关时被关闭。
5.如权利要求2所述的源极驱动器，其中该偏压开关于导通该输出开关前被关闭。
6.如权利要求2所述的源极驱动器，其中该偏压开关以及该输出开关各为一金属氧化物半导体晶体管。
7.如权利要求2所述的源极驱动器，其中该第一级还包含：
一第一晶体管；
一第二晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的一第一端，一控制端耦接于该第一晶体管的一控制端，以及一第二端耦接于该电容元件；
一第三晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的一第二端以及该第一、第二晶体管的该控制端，以及一第二端耦接于该第一电流源以及该偏压开关；以及
一第四晶体管，具有一第一端耦接于该第二晶体管的该第二端以及该电容元件，以及一第二端耦接于该第三晶体管的该第二端、该第一电流源以及该偏压开关。
8.如权利要求7所述的源极驱动器，其中该第二级还包含：
一第五晶体管，具有一第一端耦接于该第一、第二晶体管的该第一端，一控制端耦接于该第二晶体管的该第二端以及该电容元件的一第一端，以及一第二端耦接于该电容元件的一第二端；以及
一第三电流源，耦接于该第五晶体管的该第二端以及该电容元件的该第二端。
9.一种源极驱动器的运算放大器，该运算放大器接收一偏压电流，其包含有：
一第一级，用以接收一模拟像素信号；
一偏压电流源，用以提供该偏压电流给该第一级，该偏压电流源包含有：
一第一电流源，用以提供一第一偏压电流；
一偏压开关；及
一第二电流源，用以经由该偏压开关来提供一第二电流源；
其中，当该偏压开关系为关闭时，该偏压电流等于该第一偏压电流；而当该偏压开关为导通时，该偏压电流等于该第一偏压电流与该第二偏压电流的总和；以及
一第二级，经由该输出开关来耦接于该源极驱动器的一输出负载；以及
一电容元件，耦接于该第一级与该第二级之间；
其中，该偏压电流仅有在该输出开关为关闭时才会被提高。
10.如权利要求9所述的运算放大器，其中该偏压开关的一导通时间不大于该输出开关的一关闭时间。
11.如权利要求9所述的运算放大器，其中该偏压开关于导通该输出开关时被关闭。
12.如权利要求9所述的运算放大器，其中该偏压开关于导通该输出开关前被关闭。
13.如权利要求9所述的运算放大器，其中该偏压开关以及该输出开关各为一金属氧化物半导体晶体管。
14.如权利要求9所述的运算放大器，其中该第一级还包含：
一第一晶体管；
一第二晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的一第一端，一控制端耦接于该第一晶体管的一控制端，以及一第二端耦接于该电容元件；
一第三晶体管，具有一第一端耦接于该第一晶体管的一第二端以及该第一、第二晶体管的该控制端，以及一第二端耦接于该第一电流源以及该偏压开关；以及
一第四晶体管，具有一第一端耦接于该第二晶体管的该第二端以及该电容元件，以及一第二端耦接于该第三晶体管的该第二端、该第一电流源以及该偏压开关。
15.如权利要求14所述的运算放大器，其中该第二级还包含：
一第五晶体管，具有一第一端耦接于该第一、第二晶体管的该第一端，一控制端耦接于该第二晶体管的该第二端以及该电容元件的一第一端，以及一第二端耦接于该电容元件的一第二端；以及
一第三电流源，耦接于该第五晶体管的该第二端以及该电容元件的该第二端。
16.一种控制一源极驱动器的一运算放大器的方法，包含有：
提供该运算放大器，该运算放大器包含一第一级、一偏压电流源、一第二级以及耦接于该第一级与该第二级之间的一电容元件，并提供一输出开关，其中该偏压电流源包含一第一电流源、一第二电流源以及一偏压开关；
将该第二级经由该输出开关耦接于该源极驱动器的一输出负载；以及
提供一偏压电流给该第一级，其中当该偏压开关为关闭时，该偏压电流等于该第一电流源所提供的一第一偏压电流，而当该偏压开关为导通时，该偏压电流等于该第一偏压电流与该第二电流源所提供的一第二偏压电流的总和；
其中，该偏压电流仅有在该输出开关为关闭时才会被提高。
17.如权利要求16所述的方法，其还包含于导通该输出开关时关闭该偏压开关。
18.如权利要求16所述的方法，其还包含于导通该输出开关前关闭该偏压开关。
CN2008102151918A 2008-05-16 2008-09-12 显示器的源极驱动器、运算放大器及其相关方法 Expired - Fee Related CN101582248B (zh)

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