CN102035513B - 基于非晶硅的比较器和液晶显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于非晶硅的比较器和液晶显示器。该比较器包括检测单元、比较单元和放大单元。检测单元用于将输入的比较电压与基准电压进行比较，输出比较电压与基准电压之间的差异值；比较单元用于形成一中间电压，将检测单元输出的差异值与中间电压叠加后输出一控制电压；放大单元包括基于非晶硅的第六n型场效应管和放大电路，第六n型场效应管用于在控制电压的控制下导通或断开，且放大电路将第六n型场效应管导通或断开时传输的电压进行放大，作为比较结果输出。本发明采用设置中间电压的技术手段，第六n型场效应管能对微小差异值进行快速反应，具备工艺简单和响应速度快的优势。

Description

基于非晶硅的比较器和液晶显示器

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术，尤其涉及一种基于非晶硅的比较器和液晶显示器。

背景技术

随着薄膜晶体管液晶显示器(Thin Film Transistor；以下简称：TFT-LCD)技术的成熟，高集成度成为TFT-LCD产业的一个发展方向，从栅极驱动器到源极驱动器，以及一些控制及检测模块都逐步的集成在TFT阵列基板内。比较器作为一常用模块，被广泛应用在模数转换和信号检测等电路中，大量应用在阵列基板中。

现有的比较器通常需要包括场效应管，场效应管分为n型场效应管和p型场效应管，可以由多晶硅或非晶硅制成。多晶硅中的低温多晶硅(LowTemperature Poly-silicon；以下简称：LTPS)的载流子迁移率高，但是制作工艺复杂。非晶硅的载流子迁移率低，但是制作工艺简单。由于低迁移率，所以非晶硅通常用作n型场效应管的制备材料。

虽然非晶硅的制造工艺简单，但是由于载流子迁移率低，导致所制备的比较器电路的响应时间长，延迟性能不佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于非晶硅的比较器和液晶显示器，以提高响应速度，改善比较器的延迟性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于非晶硅的比较器，包括检测单元、比较单元和放大单元，其中，

所述检测单元用于将输入的比较电压与基准电压进行比较，输出比较电压与基准电压之间的差异值；

所述比较单元用于形成一中间电压，将所述检测单元输出的差异值与所述中间电压叠加后输出一控制电压；

所述放大单元包括基于非晶硅的第六n型场效应管和放大电路，所述第六n型场效应管用于在所述控制电压的控制下导通或断开，且所述放大电路将所述第六n型场效应管导通或断开时传输的电压进行放大，作为比较结果输出。

为实现上述目的，本发明还提供了一种采用本发明的基于非晶硅的比较器的液晶显示器。

由以上技术方案可知，本发明采用设置中间电压的技术手段，首先使检测单元识别到的比较电压与基准电压的差异值能够叠加至中间电压，差异值的变化迅速反映为中间电压的变化，而后以叠加了差异值的中间电压作为控制电压来控制第六n型场效应管的导通或断开，进而放大第六n型场效应管传输的电压作为比较结果输出。由于为第六n型场效应管预置了一个中间电压作为偏置电压，使差异值的小幅度变化即可迅速反映为可控制第六n型场效应管导通或断开的控制电压，能够快速形成电压比较输出结果。本实施例的技术方案利用了基于非晶硅制作的n型场效应管，具备工艺简单的优势，且提高了响应速度，改善了比较器的延迟性能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的基于非晶硅的比较器的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的基于非晶硅的比较器的电压时序示意图；

图3为本发明实施例二提供的基于非晶硅的比较器的电路结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的基于非晶硅的比较器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的基于非晶硅的比较器的结构示意图，本实施例的比较器主要包括三个部分，检测单元100、比较单元200和放大单元300。其中，检测单元100用于将输入的比较电压Vin与基准电压Vref进行比较，输出比较电压Vin与基准电压Vref之间的差异值；比较单元200用于形成一中间电压，将检测单元100输出的差异值与中间电压叠加后输出一控制电压；放大单元300包括基于非晶硅的第六n型场效应管(以下简称T6)和放大电路310，T6用于在控制电压的控制下导通或断开，且放大电路310将T6导通或断开时传输的电压进行放大，作为比较结果Vout输出。

具体地，检测单元100设有第一时钟输入端101、第二时钟输入端102、基准电压输入端103、比较电压输入端104和初级输出端105。图2为本发明实施例一提供的基于非晶硅的比较器的电压时序示意图。其中，第一时钟输入端101和第二时钟输入端102用于输入互为反向的时钟信号，即第一时钟信号CLK和第二时钟信号CLKB。第一时钟信号CLK和第二时钟信号CLKB具有相同的时钟频率，且脉冲波形互为反向。基准电压输入端103用于输入恒定的基准电压Vref。比较电压输入端104用于输入比较电压Vin。实际的比较电压Vin可以是模拟电压或脉冲形式的电压，从比较电压输入端104输入的比较电压Vin可以视为按照任一时钟信号进行采样而获得的，下面以比较电压Vin基于第二时钟信号CLKB采样获得为例进行说明。检测单元100按照上述时钟信号的频率在初级输出端105输出比较电压Vin与基准电压Vref之间的差异值。

检测单元100的作用在于识别比较电压Vin和基准电压Vref之间的差异值，比较器输出的电压比较结果一般需要达到一定的电压值才能作为有效输出。而检测单元100所形成的电压差异值往往不能满足要求，所以还需要比较单元200和放大单元300对电压差异值进一步处理，形成稳定、有效的电压比较结果后输出。

比较单元200设有中级输入端201和中级输出端202。中级输入端201与初级输出端105相连，用于接收差异值，中级输出端202用于输出控制电压。

T6的源极与第三电位点303相连，放大电路310连接在T6的漏极和第四电位点304之间，第三电位点303的电位高于第四电位点304的电位，第三电位点303通常可以为电压源，第四电位点304通常可以为地线。T6的栅极接收控制电压，在控制电压的控制下导通或断开T6的源极和漏极。放大电路310对T6导通或断开时传输的电压进行放大，作为电压比较结果Vout输出。

本发明采用设置中间电压的技术手段，首先使检测单元识别到的比较电压与基准电压的差异值能够叠加至中间电压，差异值的变化迅速反映为中间电压的变化，而后以叠加了差异值的中间电压作为控制电压来控制第六n型场效应管的导通或断开，进而放大第六n型场效应管传输的电压作为比较结果输出。由于为第六n型场效应管预置了一个中间电压作为偏置电压，使差异值的小幅度变化即可迅速反映为可控制第六n型场效应管导通或断开的控制电压，能够快速形成电压比较输出结果。本实施例的技术方案利用了基于非晶硅制作的n型场效应管，具备工艺简单的优势，且提高了响应速度，改善了比较器的延迟性能。

实施例二

图3为本发明第二实施例提供的基于非晶硅的比较器的结构示意图。本实施例可以以实施例一为基础。其中具体结构描述如下：

具体应用中，检测单元100可采用多种形式的电路，能够识别出比较电压和基准电压之间的差异值即可。其中一种优选的实现方式为：检测单元100包括基于非晶硅的第一n型场效应管(以下简称T1)和第二n型场效应管(以下简称T2)，以及检测电容(以下简称C1)。T1的栅极为第一时钟输入端，T2的栅极为第二时钟输入端；T1的源极为基准电压输入端，T2的源极为比较电压输入端。各端输入的电压序列可以如图2所示。T1和T2的漏极连接至C1的第一端，C2的第二端为初级输出端。

比较单元200包括串联在第一电位点203和第二电位点204之间的基于非晶硅的第四n型场效应管(以下简称T4)和第五n型场效应管(以下简称T5)，即T4的源极连接第一电位点203，T4的漏极和T5的源极相连，T5的漏极连接第二电位点204。第一电位点203的电位高于第二电位点204的电位，通常，第一电位点203为电压源，第二电位点204可以为地线。T4的漏极与T5的源极之间的第一连接点可以形成中间电压，且作为中级输出端来输出控制电压，T4的栅极连接第一电位点203，T5的栅极连接中级输入端。第一连接点和第二电位点204之间还连接有第三n型场效应管(以下简称T3)，T3的栅极连接至第一时钟输入端，T3的源极连接至第一连接点，T3的漏极连接至中级输入端，其中，第一时钟输入端输入的时钟信号与比较电压的采样时钟信号反向。T3可以共用检测单元100的第一时钟输入端，也可以独立连接一个时钟输入端，只要该时钟输入端输入的时钟信号与比较电压的采样时钟信号反向即可。

放大电路的形式有多种选择，能实现电压放大功能即可。图3中所示的结构为放大电路的一种优选实现形式。T6的栅极连接中级输出端，即连接在T4和T5之间的第一连接点。放大电路具体为一镜像正反馈电路，包括串联在T6漏极和第四电位点304之间的第七n型场效应管(以下简称T7)和第八n型场效应管(以下简称T8)，以及串联在第五电位点305和第六电位点306之间的第九n型场效应管(以下简称T9)和第十n型场效应管(以下简称T10)。T7的源极和栅极连接T6的漏极，T7的漏极与T8的源极之间的第二连接点连接至T10的栅极，T8的漏极连接第四电位点304。T9的源极和栅极连接第五电位点305，T9的漏极与T10的源极之间的第三连接点连接至T8的栅极，T10的漏极连接第六电位点306。第三连接点作为比较输出端输出电压比较输出结果Vout。其中，第五电位点305可以为电压源，第六电位点306可以为地线，低于第五电位点305的电位即可。其中，第一电位点203、第三电位点303和第五电位点305可以采用相同的电压源。

并且，T8的栅极通过基于非晶硅的第十一n型场效应管(以下简称T11)连接至第三连接点，T11的栅极与第二时钟输入端相连。第二时钟输入端输入第二时钟信号CLKB，与第一时钟输入端输入的第一时钟信号CLK反向，且比较电压输入端输入的比较电压Vin基于第二时钟信号CLKB采样获得。放大电路所使用的时钟信号优选的是来自于第二时钟输入端，也可以来自于其他时钟输入端，只要该时钟输入端输入的时钟信号与比较电压的采样时钟信号同步即可。

图3中所示的结构采用了比较单元的一种优选实现形式。本实施例比较器的工作过程如下：首先，第一时钟信号CLK为高电平，第二时钟信号CLKB为低电平时，T1和T3导通，T3的漏极电压作用于T5的栅极，使T5导通，则基准电压Vref通过导通的T1对C1进行充电，同时，由于T3使T5导通，T4和T5构成分压电路，在第一连接点形成中间电压，作为偏置电压提供给T6。通过设置第一电位点和第二电位点之间的电压差，以及T4和T5的电流参数，可以使形成的中间电压低于T6的开启电压值，使T6不完全打开而处于中间状态，相当于一个电阻，此时比较输出端输出的信号为中间值V_M，可参见图2所示。而后，时钟信号翻转，第一时钟信号CLK为低电平，第二时钟信号CLKB为高电平时，T2导通，T3断开，则C1的第二端电压悬空，所以当比较电压输入端通过导通的T2输入比较电压Vin对C1充电时，C1第二端随比较电压Vin相对于基准电压Vref的差异大小而浮动，在C1的第二端体现识别到的差异值。差异值作用到T5的栅极，由T5进行放大后控制中间电压的大小，并将改变的中间电压值输入至T6的栅极。由于T6已经处于半开启的中间状态，所以中间电压的小幅度变化就可以使T6迅速导通或断开。当T11在第二时钟信号CLKB高电平的作用下导通时，T6、T7、T8、T9、T10和T11组成镜像正反馈电路，迅速放大输入的中间电压，从比较输出端输出电压比较输出结果Vout。若比较电压Vin高于基准电压Vref，则中间电压迅速升高，电压比较输出结果Vout为高电平值V_H，若比较电压Vin低于基准电压Vref，则中间电压迅速下降，T6断开，则镜像正反馈电路无电压输入，电压比较输出结果Vout为低电平值V_L。

本实施例的比较器相当于在第一连接点和第二电位点之间形成了两条通路，一条是经过T5连接至第二电位点，一条是经过T3连接至第二电位点，则在T3导通时能够在第一连接点预置一个介于第一电位点电位和第二电位点电位之间的中间电压。可以使形成的中间电压低于T6的导通电压值，使T6不完全打开而处于中间状态，相当于一个电阻。而后，以检测单元识别比较电压和基准电压的电压差异值，电压差异值作用到T5的栅极，控制T5内通过的漏电流，由于场效应管的放大作用，T5栅极和漏极间电流的变化迅速且成倍地放大到源极和漏极间的电流变化，使第一连接点的中间电压快速变化。由于T6已经处于半开启的中间状态，所以中间电压的小幅度变化就可以触发T6迅速导通或关闭，从而改变输入至放大电路中的电压值，放大电路对输入的电压值放大后即可输出达到一定值的电压比较输出结果Vout。

本发明的比较器采用基于非晶硅的n型场效应管来形成比较器电路，既利用了非晶硅形成n型场效应管工艺简单的特点，又能够通过设置串联的两个n型场效应管形成中间电压，以比较电压和基准电压的微小差异控制中间电压的迅速变化，提高了比较器的响应速度，可改善比较器的延迟性能。

本实施例的技术方案进一步结合了镜像正反馈技术，能够对T6导入的电压进行迅速放大后输出。由于本实施例中前一级的微小电压变化均可以导致后一级场效应管的迅速变化，相当于提高了比较器的响应速度，增强了灵敏度。

实施例三

图4为本发明实施例三提供的基于非晶硅的比较器的电路结构示意图。本实施例与实施例二的区别在于比较单元200的结构不同，采用了另一种优选实施方案。

比较单元200包括串联在第一电位点203和第二电位点204之间的基于非晶硅的T4和T5，第一电位点203的电位高于第二电位点204的电位。T4的漏极与T5的源极之间的第一连接点形成中间电压，且作为中级输出端，T4的栅极连接第一电位点203。第一连接点和第二电位点204之间还连接有T3，T3的栅极和源极连接至第一连接点，T3的漏极连接至第二电位点204。T5的栅极连接中级输入端，即与初级输出端相连，用于在初级输出端输出的差异值的控制下改变第一连接点形成的中间电压。

本实施例以T3和T5形成并联二极管，同样能够实现在第一连接点设置中间电压的目的。

本实施例比较器的工作流程为：首先，第一时钟信号CLK为高电平，第二时钟信号CLKB为低电平时，T1导通，T5处于常闭状态，基准电压Vref通过导通的T1对C1进行充电，同时，T4与T5和T3构成的分压电路在第一连接点形成中间电压，作为偏置电压提供给T6，此时T6处于中间状态，比较输出端输出的信号为中间值V_M，可参见图2所示。而后，时钟信号翻转，第一时钟信号CLK为低电平，第二时钟信号CLKB为高电平时，T2导通，则C1的第二端电压悬空，所以当比较电压输入端通过导通的T2输入比较电压Vin对C1充电时，C1第二端随比较电压Vin相对于基准电压Vref的差异大小而浮动，在C1的第二端体现识别到的差异值。差异值作用到T5的栅极，由T5进行放大后控制中间电压的大小，并将改变的中间电压值输入至T6的栅极。由于T6已经处于半开启的中间状态，所以中间电压的小幅度变化就可以使T6迅速导通或断开。当T11在第二时钟信号CLKB高电平的作用下导通时，T6、T7、T8、T9、T10和T11组成镜像正反馈电路，迅速放大输入的中间电压，从比较输出端输出电压比较输出结果Vout。若比较电压Vin高于基准电压Vref，则中间电压迅速升高，电压比较输出结果Vout为高电平值V_H，若比较电压Vin低于基准电压Vref，则中间电压迅速下降，T6断开，则镜像正反馈电路无电压输入，电压比较输出结果Vout为低电平值V_L。

本发明各实施例提供了一种新型的基于非晶硅的比较器，不仅可应用于TFT-LCD的驱动电路中，更可以广泛应用各种集成电路中。通过设置中间电压可缩短响应时间，既利用了非晶硅n型场效应管工艺简单的特点，又使比较器具有良好的响应延迟性能。本发明还可以进一步应用正反馈的放大电路，缩短放大时间，进一步提高响应速度。并且，由于设置了中间电压，使得所需的电压变化幅度减小，因此能够降低驱动功耗。

本发明还可以提供一种采用本发明任一实施例的基于非晶硅的比较器的液晶显示器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种基于非晶硅的比较器，其特征在于：包括检测单元、比较单元和放大单元，其中，

所述检测单元用于将输入的比较电压与基准电压进行比较，输出比较电压与基准电压之间的差异值；

所述比较单元用于形成一中间电压，将所述检测单元输出的差异值与所述中间电压叠加后输出一控制电压，其中，比较单元设有中级输入端和中级输出端，所述中级输入端用于接收所述差异值，所述中级输出端用于输出所述控制电压；所述比较单元包括串联在第一电位点和第二电位点之间的基于非晶硅的第四n型场效应管和第五n型场效应管，所述第一电位点的电位高于所述第二电位点的电位；所述第四n型场效应管的漏极与所述第五n型场效应管的源极之间的第一连接点形成所述中间电压，且作为所述中级输出端，所述第四n型场效应管的栅极连接所述第一电位点，所述第五n型场效应管的栅极连接所述中级输入端；所述第一连接点和所述第二电位点之间还连接有第三n型场效应管；

所述第三n型场效应管的栅极连接至第一时钟输入端，所述第三n型场效应管的源极连接至所述第一连接点，所述第三n型场效应管的漏极连接至所述中级输入端，其中，所述第一时钟输入端输入的时钟信号与所述比较电压的采样时钟信号反向；或者所述第三n型场效应管的栅极和源极连接至所述第一连接点，所述第三n型场效应管的漏极连接至第二电位点；

所述放大单元包括基于非晶硅的第六n型场效应管和放大电路，所述第六n型场效应管用于在所述控制电压的控制下导通或断开，且所述放大电路将所述第六n型场效应管导通或断开时传输的电压进行放大，作为比较结果输出。

2.根据权利要求1所述的基于非晶硅的比较器，其特征在于：

所述检测单元设有第一时钟输入端、第二时钟输入端、基准电压输入端、比较电压输入端和初级输出端；

所述第一时钟输入端用于输入第一时钟信号，所述第二时钟输入端用于输入第二时钟信号，所述第一时钟信号和所述第二时钟信号互为反向，所述比较电压输入端输入的比较电压基于所述第二时钟信号采样获得；

所述基准电压输入端用于输入恒定的基准电压；

所述比较电压输入端用于输入比较电压；

所述检测单元按照所述时钟信号的频率在初级输出端输出比较电压与基准电压之间的差异值。

3.根据权利要求2所述的基于非晶硅的比较器，其特征在于：

所述检测单元包括基于非晶硅的第一n型场效应管和第二n型场效应管，以及检测电容；

所述第一n型场效应管的栅极为第一时钟输入端，所述第二n型场效应管的栅极为第二时钟输入端；

所述第一n型场效应管的源极为基准电压输入端，所述第二n型场效应管的源极为比较电压输入端；

所述第一n型场效应管和第二n型场效应管的漏极连接至所述检测电容的第一端，所述检测电容的第二端为所述初级输出端。

4.根据权利要求1～3任一所述的基于非晶硅的比较器，其特征在于：

所述第六n型场效应管的源极与第三电位点相连，所述放大电路连接在所述第六n型场效应管的漏极和第四电位点之间，所述第三电位点的电位高于所述第四电位点的电位；

所述第六n型场效应管的栅极接收所述控制电压，在所述控制电压的控制下导通或断开所述第六n型场效应管的源极和漏极；

所述放大电路对所述第六n型场效应管导通或断开时传输的电压进行放大，作为比较结果输出。

5.根据权利要求4所述的基于非晶硅的比较器，其特征在于：

所述放大电路为基于非晶硅的镜像正反馈电路，包括串联在所述第六n型场效应管漏极和第四电位点之间的第七n型场效应管和第八n型场效应管，以及串联在第五电位点和第六电位点之间的第九n型场效应管和第十n型场效应管，其中，所述第七n型场效应管的栅极连接所述第六n型场效应管的漏极，所述第九n型场效应管的栅极连接所述第五电位点；

所述第七n型场效应管的漏极与第八n型场效应管的源极之间的第二连接点连接至所述第十n型场效应管的栅极；

所述第九n型场效应管的漏极与第十n型场效应管的源极之间的第三连接点通过基于非晶硅的第十一n型场效应管连接至所述第八n型场效应管的栅极；

所述第八n型场效应管的栅极通过基于非晶硅的第十一n型场效应管连接至所述第三连接点，所述第十一n型场效应管的栅极与第二时钟输入端相连，其中，所述第二时钟输入端输入的时钟信号与所述比较电压的采样时钟信号同步。

6.一种采用权利要求1～5任一所述的基于非晶硅的比较器的液晶显示器。

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