CN102737593A - 源极驱动器的输出缓冲器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种源极驱动器的输出缓冲器。输出缓冲器包含缓冲器输入端、缓冲器输出端、差动输入级、偏压电流源、输出级、补偿电容及比较器。输出级与比较器均工作于模拟工作电压与接地电压之间。比较器比较输入电压与输出电压并根据比较结果输出控制信号至偏压电流源，以控制偏压电流源所输出的偏压电流，提升输出缓冲器的电压转换速率。

Description

源极驱动器的输出缓冲器
技术领域
本发明是与液晶显示装置有关，特别是关于一种应用于液晶显示装置的源极驱动器(source driver)中的输出缓冲器(output buffer)。
背景技术
近年来，由于显示技术不断地创新与进步，市面上亦出现了各种类型的显示装置，例如液晶显示器、电浆显示器等。由于液晶显示器的体积远较传统的CRT显示器来得小，对于生活空间狭小的现代人而言，占用桌面空间较小的液晶显示器使用起来的确较为方便。
薄膜电晶体液晶(TFT-LCD)显示器的驱动装置主要包含源极驱动器与闸极驱动器两部分。对于强调高品质、高解析度及低功率消耗的薄膜电晶体液晶显示器而言，源极驱动器扮演着相当重要的角色。请参照图1，图1是绘示传统的源极驱动器的电路架构的示意图。
如图1所示，源极驱动器1包含有接收器(receiver)10、数据暂存器(dataregister)12、双向的移位暂存器(bi-directional shift register)14、线性锁存器(line latch)16、电位转换器(level shifter)18、数字模拟转换器(Digital-to-AnalogConverter)20及输出缓冲器(output buffer)22。源极驱动器1的主要电源域(main power domain)包含有数字电源VDD、VSS以及模拟电源AVDD、AGND。
源极驱动器1的输出缓冲器22通常可通过运算放大器(operationalamplifier，OPAMP)实现。对于薄膜电晶体液晶显示器的源极驱动器1而言，其视觉效能(visual performance)是由运算放大器来决定，尤其是电压转换速率(slew rate)，对应用在高画面更新率(high frame rate)的薄膜电晶体液晶显示器更是愈来愈重要。
请参照图2，图2是绘示一种已知作为输出缓冲器22的运算放大器OPAMP的电路图。如图2所示，运算放大器OPAMP的电路是由差动输入级(differential input stage)DIS、偏压电流源(bias current source)IBS、输出级(output stage)OS及补偿电容(compensation capacitor)Cc所构成。由于运算放大器OPAMP是工作于模拟电源下，其输入电压Vin、输出电压Vout及输出级OS的工作电压将会介于AVDD与AGND之间。
对于运算放大器OPAMP而言，其电压转换速率(slew rate)效能是决定于偏压电流源IBS/补偿电容Cc的大小，因此，若将偏压电流源IBS增大或将补偿电容Cc减小，均可有效提升运算放大器OPAMP的电压转换速率。然而，采用增大偏压电流源IBS的方式将导致较大的功率消耗，而采用减小补偿电容Cc的方式将造成稳定性变差，均不利于整体系统的正常工作。
因此，本发明提出一种应用于液晶显示装置的源极驱动器中的输出缓冲器，以解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一具体实施例为一种应用于液晶显示装置的源极驱动器中的输出缓冲器，只需通过改变输入电压的大小的方式，即能有效提升输出缓冲器的电压转换速率(slew rate)，并且能够避免现有技术中的功率消耗大及稳定性差等缺点，故可增进薄膜电晶体液晶显示器的整体效能。
在此实施例中，输出缓冲器包含缓冲器输入端、缓冲器输出端、差动输入级、偏压电流源、输出级、补偿电容及比较器。输出级与比较器均工作于模拟工作电压(AVDD)与接地电压之间。比较器比较输入电压与输出电压并根据比较结果输出控制信号至偏压电流源。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1是绘示传统的源极驱动器的电路架构的示意图。
图2是绘示一种已知作为输出缓冲器的运算放大器的电路图。
图3是绘示本实施例中的作为输出缓冲器的运算放大器的电路架构图。
图4是绘示图3中的比较器的一实施例的电路架构图。
主要元件符号说明
1：源极驱动器             10：接收器
12：数据暂存器            14：双向的移位暂存器
16：线性锁存器            18：电位转换器
20：数字模拟转换器        22：输出缓冲器
Y1～Yn：输出通道          DIS：差动输入级
CLKP、CLKN：时脉信号
D00P、D00N、...、DxyP、DxyN：数据信号
OPAMP：运算放大器         IBSP：P型偏压电流源
IBSN：N型偏压电流源       OS：输出级
Cc：补偿电容              CP：比较器
Vin：输入信号             BO：缓冲器输出端
Vout：输出信号            CO：比较器输出端
MN1：第一N型电晶体元件    Ctrl_P：P型控制信号
MN2：第二N型电晶体元件    Ctrl_N：N型控制信号
MP1：第一P型电晶体元件    AVDD：模拟工作电压
MP2：第二P型电晶体元件    AGND：接地电压
BI：缓冲器输入端          CI1、CI2：比较器输入端
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为一种输出缓冲器。在此实施例中，该输出缓冲器是应用于一薄膜电晶体液晶(TFT-LCD)显示装置的一源极驱动器中，但不以此为限。
在此实施例中，该薄膜电晶体液晶显示装置的源极驱动器的电路架构亦请参照图1。如图1所示，源极驱动器1包含有接收器(receiver)10、数据暂存器(data register)12、双向的移位暂存器(bi-directional shift register)14、线性锁存器(line latch)16、电位转换器(level shifter)18、数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter)20及输出缓冲器(output buffer)22。其中，接收器10耦接至数据暂存器12；数据暂存器12耦接至线性锁存器16；移位暂存器14耦接至线性锁存器16；线性锁存器16耦接至电位转换器18；电位转换器18耦接至数字模拟转换器20；数字模拟转换器20耦接至输出缓冲器22。
需说明的是，源极驱动器1的主要电源域(main power domain)包含有数字电源VDD、VSS以及模拟电源AVDD、AGND，其中AVDD代表模拟工作电压(analog supply voltage)；AGND代表接地电压(ground voltage)。
由于上述的源极驱动器1的接收器10、数据暂存器12、双向的移位暂存器14、线性锁存器16、电位转换器18及数字模拟转换器20等元件的工作及功能与已知无异，故于此不另行赘述。接下来，将就本发明最主要的技术特征：源极驱动器1的输出缓冲器22进行详细的介绍。
在此实施例中，源极驱动器1的输出缓冲器22可通过运算放大器(operational amplifier，OPAMP)实现，但不以此为限。请参照图3，图3是绘示本实施例中的作为输出缓冲器22的运算放大器OPAMP的电路架构图。如图3所示，运算放大器OPAMP的电路包含有缓冲器输入端BI、缓冲器输出端BO、差动输入级DIS、P型偏压电流源IBSP、N型偏压电流源IBSN、输出级OS、两补偿电容Cc及比较器CP。
其中，差动输入级DIS耦接至缓冲器输入端BI及缓冲器输出端BO；P型偏压电流源IBSP及N型偏压电流源IBSN均耦接至差动输入级DIS；输出级OS耦接于差动输入级DIS与缓冲器输出端BO之间；补偿电容Cc的一端耦接至差动输入级DIS与输出级OS之间，其另一端耦接至输出级OS与缓冲器输出端BO之间；比较器CP的两比较器输入端CI1及CI2分别耦接至缓冲器输入端BI及缓冲器输出端BO，比较器CP的比较器输出端CO耦接至P型偏压电流源IBSP及N型偏压电流源IBSN。
在此实施例中，P型偏压电流源IBSP是串接于差动输入级DIS与模拟工作电压AVDD之间且P型偏压电流源IBSP所输出的电流流向差动输入级DIS，N型偏压电流源IBSN是串接于差动输入级DIS与接地电压AGND之间且N型偏压电流源IBSN所输出的电流流向接地电压AGND。缓冲器输入端BI是用以接收输入电压Vin并将输入电压Vin传送至差动输入级DIS的正输入端。当差动输入级DIS处理完输入电压Vin后，再将处理后的信号传送至输出级OS。当输出级OS将信号处理为输出电压Vout后，通过缓冲器输出端BO将输出电压Vout加以输出。
由于比较器CP的两比较器输入端CI1及CI2分别耦接至缓冲器输入端BI及缓冲器输出端BO，故比较器CP能够比较输入电压Vin与输出电压Vout，并根据比较结果通过其比较器输出端CO选择性地输出P型控制信号至P型偏压电流源IBSP，以控制P型偏压电流源IBSP所输出的P型偏压电流的大小，或者输出N型控制信号至N型偏压电流源IBSN，以控制N型偏压电流源所输出的N型偏压电流的大小。
接着，请参照图4，图4是绘示图3中的比较器CP的一实施例的电路架构图。如图4所示，比较器CP是通过串联式源极追踪器实现，但不以此为限。在此实施例中，比较器CP除了包含有比较器输入端CI1、CI2与比较器输出端CO之外，还包含有第一N型电晶体MN1、第二N型电晶体MN2、第一P型电晶体MP1及第二P型电晶体MP2。实际上，第一N型电晶体MN1及第二N型电晶体MN2可以是NMOS电晶体元件，第一P型电晶体MP1及第二P型电晶体MP2可以是PMOS电晶体元件，但不以此为限。
其中，第一N型电晶体MN1耦接至缓冲器输入端BI、缓冲器输出端BO及比较器输出端CO；第二N型电晶体MN2耦接至接地电压AGND及比较器输出端CO；第一P型电晶体MP1耦接于第一N型电晶体MN1与第二N型电晶体MN2之间，并且耦接至缓冲器输入端BI、缓冲器输出端BO及比较器输出端CO；第二P型电晶体MP2耦接于第一N型电晶体MN1与模拟工作电压AVDD之间，并且耦接至比较器输出端CO。
接下来，将分别针对输入电压Vin与输出电压Vout的两种比较结果进行探讨。
若输入电压Vin大于输出电压Vout，比较器CP通过其比较器输出端CO输出至P型偏压电流源IBSP的控制信号为P型控制信号Ctrl_P，以控制P型偏压电流源IBSP所输出的P型偏压电流的大小。实际上，由于运算放大器OPAMP(亦即输出缓冲器22)的驱动电压转换速率(driving slew rate)是由P型偏压电流IBSP/补偿电容Cc所决定，因此，当输入电压Vin大于输出电压Vout时，P型偏压电流源IBSP根据P型控制信号Ctrl_P增大P型偏压电流，以提升运算放大器OPAMP的驱动电压转换速率。
若输出电压Vout大于输入电压Vin，比较器CP通过其比较器输出端CO输出至N型偏压电流源IBSN的控制信号为N型控制信号Ctrl_N，以控制N型偏压电流源IBSN所输出的N型偏压电流的大小。实际上，由于运算放大器OPAMP(亦即输出缓冲器22)的汲入电压转换速率(sinking slew rate)是由N型偏压电流IBSN/补偿电容Cc所决定，因此，当输出电压Vout大于输入电压Vin时，N型偏压电流源IBSN根据N型控制信号Ctrl_N增大N型偏压电流，以提升运算放大器OPAMP的汲入电压转换速率。
综上所述，无论是在输入电压Vin大于输出电压Vout或是输入电压Vin小于输出电压Vout的情况下，输出缓冲器22(运算放大器OPAMP)的驱动或汲入电压转换速率均能获得提升。相较于现有技术，根据本发明的应用于液晶显示装置的源极驱动器中的输出缓冲器，只需通过改变输入电压的大小的方式，即能有效提升输出缓冲器的电压转换速率(slew rate)，并且能够避免现有技术中的功率消耗大及稳定性差等缺点，故可增进薄膜电晶体液晶显示器的整体效能。
通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种输出缓冲器，应用于一液晶显示装置的一源极驱动器中，该输出缓冲器包含：
一缓冲器输入端，用以接收一输入电压；
一缓冲器输出端，用以输出一输出电压；
一差动输入级，耦接至该缓冲器输入端及该缓冲器输出端；
一偏压电流源，耦接至该差动输入级；
一输出级，耦接于该差动输入级与该缓冲器输出端之间，该输出级工作于一模拟工作电压与一接地电压之间；
一补偿电容，其一端耦接至该差动输入级与该输出级之间，其另一端耦接至该输出级与该缓冲器输出端之间；以及
一比较器，工作于该模拟工作电压与该接地电压之间，该比较器的两比较器输入端分别耦接至该缓冲器输入端及该缓冲器输出端，该比较器的一比较器输出端耦接至该偏压电流源，该比较器比较该输入电压与该输出电压并根据比较结果输出一控制信号至该偏压电流源，以控制该偏压电流源所输出的一偏压电流。
2.如权利要求1所述的输出缓冲器，其中该偏压电流源包含一P型偏压电流源及一N型偏压电流源，该P型偏压电流源耦接于该模拟工作电压与该差动输入级之间，该N型偏压电流源耦接于该差动输入级与该接地电压之间，该比较器的该比较器输出端耦接至该P型偏压电流源及该N型偏压电流源。
3.如权利要求2所述的输出缓冲器，其中该比较器更包含：
一第一N型电晶体，耦接至该缓冲器输入端、该缓冲器输出端及该比较器输出端；
一第二N型电晶体，耦接至该接地电压及该比较器输出端；
一第一P型电晶体，耦接于该第一N型电晶体与该第二N型电晶体之间，并且耦接至该缓冲器输入端、该缓冲器输出端及该比较器输出端；以及
一第二P型电晶体，耦接于该第一N型电晶体与该模拟工作电压之间，并且耦接至该比较器输出端。
4.如权利要求3所述的输出缓冲器，其中若该输入电压大于该输出电压，该比较器输出端输出至该P型偏压电流源的该控制信号为一P型控制信号，以控制该P型偏压电流源所输出的一P型偏压电流的大小。
5.如权利要求4所述的输出缓冲器，其中该P型偏压电流源是根据该P型控制信号增大该P型偏压电流，以提升该输出缓冲器的一驱动电压转换速率，该驱动电压转换速率是由该P型偏压电流/该补偿电容所决定。
6.如权利要求4所述的输出缓冲器，其中该P型偏压电流源所输出的该P型偏压电流流向该差动输入级。
7.如权利要求3所述的输出缓冲器，其中若该输出电压大于该输入电压，该比较器输出端输出至该N型偏压电流源的该控制信号为一N型控制信号，以控制该N型偏压电流源所输出的一N型偏压电流的大小。
8.如权利要求7所述的输出缓冲器，其中该N型偏压电流源是根据该N型控制信号增大该N型偏压电流，以提升该输出缓冲器的一汲入电压转换速率，该汲入电压转换速率是由该N型偏压电流/该补偿电容所决定。
9.如权利要求7所述的输出缓冲器，其中该N型偏压电流源所输出的该N型偏压电流流向该接地电压。
10.如权利要求1所述的输出缓冲器，其中该差动输入级包含一正输入端及一负输入端，该正输入端及该负输入端分别耦接至该缓冲器输入端及该缓冲器输出端，用以分别接收该输入电压及该输出电压。
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