CN102891655B - 具有瞬时辅助电路的vcom放大器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有瞬时辅助电路的VCOM放大器。具有V_COM显示面板的电子设备配置为向被称为V_COM参考面的V_COM显示面板背板提供公共电压V_COM。公共电压由耦合于V_COM参考面的V_COM应用电路供应。V_COM应用电路包括线性放大器，比如AB类放大器，其耦合到配置为输出公共电压的开关瞬时辅助电路。当存在大的瞬时输出电流时开关瞬时辅助电路稳定放大器，但使放大器中的功率损耗和升温最小化。

Description

具有瞬时辅助电路的VCOM放大器

相关申请

本专利申请是2012年2月21日提交的编号为13/401,591、发明名称为“VCOM开关放大器”的美国专利申请的部分延续。该编号为13/401,591的美国专利申请要求由至少一个共同发明人于2011年2月25日提交的编号为61/446,662、发明名称为“VCOM开关放大器”的美国临时申请的优先权。本申请通过引用将编号为13/401,591的美国专利申请以及编号61/446,662的美国临时申请整体结合于此。

技术领域

本发明涉及电子设备显示器。更具体地说，本发明涉及用于向显示面板提供公共电压的放大器。

背景技术

显示器应用在笔记本电脑、平板电脑、移动设备、电视以及其他电子设备上。如同大多数电子设备，必须校准显示器以准确地显示视频和图形图像。例如，校准显示器的公共电压以获取最佳浏览和操作。没有适当的校准，显示器上的图像可能大幅闪烁。对于某些类型的显示器，比如液晶显示器(LCD)、电子墨水显示器、以及电润湿显示器，如果没有正确地设置公共电压则可能损坏像素材料。

某些显示器的特点是公共电压(V_COM)，以下称为V_COM显示器。V_COM电压适用于V_COM显示面板的公共电压参考面，称为V_COM参考面。V_COM参考面将V_COM电压分配到V_COM显示面板中的每个像素。V_COM电压的应用允许调整施加到像素的绝对电压，从而打开和关闭像素。V_COM电压的适当校准使每个像素能够正确操作，并且还可以保持像素间的基本为零伏特的平均值，以防止像素材料损坏，比如造成图像被烧伤到显示屏上。

使用一个或多个适当的V_COM应用电路来提供V_COM电压。传统的V_COM应用电路使用AB类放大器以生成适当的V_COM电压电平，其提供给V_COM显示面板。图1A说明一个典型的传统V_COM应用电路10。数字-模拟转换器(DAC)2接收作为输入的代表适当V_COM电压电平的数字代码。DAC 2将转换的模拟信号输出至放大器4的第一输入。放大器4是AB类运算放大器。放大器4的第二输入是反馈信号。向放大器4提供模拟电源供应电压AVDD。放大器4的输出是V_COM电压电平，其提供给LCD面板20的V_COM参考面。V_COM参考面可以建模为分布式RC。在某些应用中，V_COM电压电平基本恒定。如图1B所示，V_COM应用电路10’的可替换配置也可以被实施为提供恒定的V_COM电压电平。V_COM应用电路10’包括从AB类放大器4’的输出至AB类放大器4’的第二输入的局部反馈。AB类放大器4’可以与图1A中的AB类放大器4相同的或不同的。在其他应用中，可以使用V_COM应用电路10(图1A)通过提供从V_COM平面20至AB类放大器4的第二输入的反馈信号来调整V_COM电压电平。

在许多应用中，V_COM放大器驱动V_COM参考面一侧上的一个点，并接收来自V_COM参考面另一侧的反馈电压。由于V_COM参考面具有比较大的电阻，所以很难控制跨过整个V_COM参考面的绝对电压，而这对于合理操作每个像素是必要的。此外，当像素被刷新、打开或关闭时，会在施加的像素电压上产生变化，其将电流电容耦合进V_COM参考面。因此，V_COM参考面的局部电压随着不同的像素被更新而改变，进一步影响跨过整个V_COM参考面的绝对电压。反馈电压(比如图1A中的电压V_{COM_FB})被输入至V_COM放大器以调整驱动V_COM电压。这提供了用于提供跨过V_COM参考面的平均电压的主动反馈。然而，由于V_COM参考面的大负载电容，响应于反馈电压V_{COM_FB}而调整V_COM电压会导致大电流输出。这些大的电流造成线性V_COM放大器的剧烈升温。

发明内容

具有V_COM显示面板的电子设备配置为向V_COM显示面板背板(被称为V_COM参考面)提供公共电压V_COM。通过耦合于V_COM参考面的V_COM应用电路来提供公共电压。V_COM应用电路包括线性放大器，比如AB类线性放大器，其耦合到配置为输出公共电压的开关瞬时辅助电路。当存在大的瞬时输出电流时，开关瞬时辅助电路稳定放大器，但使放大器中的功率损耗和升温最小化。

在一方面，公开了一种向负载提供输出电压的方法。该方法包括使用应用电路输出输出电压，其中应用电路包括耦合到电源的线性放大器。该方法还包括在时序周期的第一部分期间使用电源驱动输出电压，以及在时序周期的第二部分期间使用线性放大器驱动输出电压。在一些实施例中，输出电压是供应给显示器的公共电压。在一些实施例中，线性放大器在时序周期的第二部分期间的线性模式和时序周期的第一部分期间的开关模式之间进行调制。在一些实施例中，该方法还包括从负载接收反馈电压并向线性放大器输入该反馈电压。在一些实施例中，该方法还包括将反馈电压与输入到线性放大器的参考电压进行比较以确定电压差，进一步其中当电压差超过第一阈值时第一部分开始。在一些实施例中，当电压差低于第二阈值时第一部分结束且第二部分开始。在其他实施例中，在第一部分开始后固定时间量，第一部分结束并且第二部分开始。在其他实施例中，在第一部分开始后可变时间量，第一部分结束并且第二部分开始，其中在第一部分开始时根据反馈电压的峰值来确定该可变时间量。在其他实施例中，在第一部分开始后一定时间量，第一部分结束并且第二部分开始，其中根据反馈电压的上升率来确定该一定时间量。在其他实施例中，时序周期包括多个第一部分以及多个第二部分，每个第一部分对应于持续第一固定时间量的开启脉冲，每个第二部分对应于持续第二固定时间量的关闭脉冲，从而形成一系列开关脉冲，进一步其中一系列开关脉冲持续到电压差低于第二阈值为止。在一些实施例中，在第一部分期间，应用电路的输出耦合到电源，并且线性放大器的输出从应用电路的输出解耦合；以及在第二部分期间，应用电路的输出从电源解耦合，并且线性放大器的输出耦合到应用电路的输出。在其他实施例中，在第一部分期间，应用电路的输出耦合到电源并禁用线性放大器，以及在第二部分期间，应用电路的输出从电源解耦合并启用线性放大器。

在另一方面，公开了一种配置为驱动负载的模拟电路。该电路包括应用电路、电源、开关电路以及控制电路。应用电路耦合于负载且配置为向负载提供输出电压，其中应用电路包括配置为接收来自负载的电压反馈作为输入的线性放大器。电源耦合到线性放大器。开关电路耦合到线性放大器和电源。控制电路耦合到开关电路和线性放大器，其中控制电路配置为控制开关电路以及应用电路，使得在时序周期的第一部分期间由电源驱动输出电压，并且在时序周期的第二部分期间由线性放大器驱动输出电压。在一些实施例中，线性放大器是AB类放大器。在一些实施例中，电源包括正电源导轨和负电源导轨。在一些实施例中，开关电路包括耦合于应用电路的输出和正电源导轨之间的第一开关，并且开关电路包括耦合于应用电路的输出和负电源导轨之间的第二开关。在一些实施例中，开关电路还包括耦合于线性放大器输出和应用电路的输出之间的第三开关。在一些实施例中，开关电路配置为在时序周期的第一部分期间将应用电路的输出耦合到电源，以及在时序周期的第二部分期间将应用电路的输出从电源解耦合。在一些实施例中，开关电路进一步配置为在时序周期的第一部分期间将线性放大器从应用电路的输出解耦合，以及在时序周期的第二部分期间将线性放大器耦合到应用电路的输出。在其他实施例中，控制电路配置为在时序周期的第一部分期间禁用线性放大器，以及在时序周期的第二部分期间启用线性放大器。

在一些实施例中，线性放大器配置为将反馈电压与输入到线性放大器的参考电压进行比较以确定电压差，进一步其中控制电路配置为当电压差超过第一阈值时开始第一部分。在一些实施例中，控制电路配置为当电压差低于第二阈值时结束第一部分并且开始第二部分。在其他实施例中，控制电路配置为在第一部分开始后固定时间量结束第一部分并且开始第二部分。在其他实施例中，控制电路配置为在第一部分开始后可变时间量结束第一部分并且开始第二部分，其中控制电路配置为在第一部分开始时根据反馈电压的峰值来确定该可变时间量。在其他实施例中，控制电路配置为在第一部分开始后一定时间量结束第一部分并且开始第二部分，其中根据反馈电压的上升率来确定该时间量。在其他实施例中，时序周期包括多个第一部分以及多个第二部分，每个第一部分对应于持续第一固定时间量的开启脉冲，每个第二部分对应于持续第二固定时间量的关闭脉冲，从而形成一系列开关脉冲，进一步其中控制电路配置为将系列开关脉冲持续到电压差低于第二阈值为止。在一些实施例中，负载为显示器，并且输出电压是供应给显示器的公共电压。

在另一个方面，公开了一种用于驱动使用公共电压的显示器的电子设备。该电子设备包括公共电压应用电路、电源、开关电路以及控制电路。公共电压应用电路被耦合到显示器以向显示器输出公共电压。公共电压应用电路包括线性放大器，配置为接收来自显示器的公共电压反馈作为输入。电源被耦合到线性放大器。开关电路被耦合到公共电压应用电路和电源。控制电路被耦合到开关电路和公共电压应用电路，其中控制电路配置为控制开关电路以及公共电压应用电路，使得在时序周期的第一部分期间由电源来驱动公共电压，并且在时序周期的第二部分期间由线性放大器来驱动公共电压。

附图说明

参照附图描述若干示例性实施例，其中相同组成部分具有相同的附图标记。这些示例性实施例意在说明而不是限制本发明。附图包括以下示图：

图1A示出了典型传统V_COM应用电路的示意图。

图1B示出了根据一个可替换的配置的典型传统V_COM应用电路的示意图。

图2A示出了根据一个实施例的V_COM应用电路的示意图。

图2B示出了根据另一个实施例的一个可替换的V_COM应用电路的示意图。

图2C示出了根据又一个实施例的一个可替换的V_COM应用电路的示意图。

图3示出了图2的V_COM应用电路，其中V_COM参考面由其概念上的等效电路代替。

图4示出了根据一个实施例的包括控制电路的图2A的V_COM应用电路的示意性方框图。

图5示出了根据一个实施例的V_COM应用电路200的示意性方框图。

图6示出了公共电压V_COM以及对应于图1A的传统V_COM应用电路的公共电压反馈V_{COM_FB}的典型波形。

图7示出了对应于图5中包括瞬时辅助电路的V_COM应用电路的典型应用的波形。

图8示出了根据一个实施例的V_COM应用电路的示意性方框图。

图9示出了由图8的V_COM应用电路使用的典型闭环增益波形。

具体实施方式

本申请的实施例针对V_COM应用电路。本领域的普通技术人员应该明白以下V_COM应用电路的具体描述仅是说明性的，而不是意在以任何方式进行限制。受益于本发明公开内容的这些技术人员很容易从中得到V_COM应用电路的其他实施例。

现在将详细参考如附图所示的V_COM应用电路实施方式。相同的参考指示符将在整个附图和以下详细说明中指代相同或相似的部分。为了清楚明晰，没有示出和描述本文所描述实施方式的所有常规功能。当然，应该理解在任何此类实际实施方式的开发中，必须做出许多特定实施方式的决定以实现开发者的具体目标，比如符合相关应用和商业的约束，且这些具体目标将会随着实施方式和开发者而变化。此外，应该理解这样的开发努力可能是复杂且费时的，但仍然会是受益于本发明公开内容的那些本领域普通技术人员的常规开展工程。

在一些实施例中，本申请针对具有耦合到V_COM应用电路的V_COM显示面板的电子设备，该V_COM应用电路具有开关放大器以向V_COM显示面板供应V_COM电压。在一些实施例中，开关放大器是D类放大器。开关放大器的输出级包括一对接通和断开的互补晶体管，使得开关放大器有效地起到开关电源的作用。开关放大器的电源效率至少达到80％，其明显改善了使用AB类放大器的传统V_COM应用电路，比如图1A或图1B所示的传统V_COM应用电路。如果有必要，V_COM显示面板的V_COM背板的电感器和电容可以过滤开关放大器的输出信号。

图2A说明根据本发明一个实施例的V_COM应用电路100的示意图。V_COM应用电路100包括DAC 102、开关运算放大器104、电感器110、电阻器106以及电阻器108。V_COM应用电路100耦合于V_COM显示面板120的背板。该背板也称为V_COM参考面。V_COM参考面120接收开关放大器104输出的V_COM电压输出。DAC 102接收代表适当V_COM电压电平的数字代码作为输入。DAC 102向开关放大器104的第一输入输出转换的模拟信号。开关放大器104的第二输入是反馈信号，称为公共电压反馈V_{COM_FB}。公共电压反馈V_{COM_FB}是来自V_COM参考面的用于调整V_COM电压电平以补偿跨过V_COM参考面的电压变化的反馈信号。向开关放大器104提供模拟电源供应电压AVDD。在一些实施例中，模拟电源供应电压AVDD具有约8V至约30V范围内的最高电压。开关放大器104起到开关电源的作用并因此输出开关波形，如图2A所示。过滤开关放大器104输出的开关波形以产生供应至V_COM显示面板120的V_COM参考面的V_COM电压电平。V_COM参考面120向V_COM显示面板内的每个像素分配V_COM电压。在某些应用中，开关放大器输出的瞬时电流约为1安培，其中当刷新显示器的水平线时产生瞬时电流。在某些应用中，耦合于V_COM应用电路的负载是需要V_COM应用电路输出直流的直流负载。在其他应用中，负载不是直流负载。图3示出了图2A中的V_COM应用电路100，其中V_COM参考面由其概念上的等效电路代替，其为一系列RC部件。

开关放大器104调制方波输出的占空比以生成所需的V_COM电压电平。在一些实施例中，如图4所示，控制电路112耦合至开关放大器104。控制电路112耦合至开关放大器104以调制开关波形的占空比。

控制电路112还可以配置为执行额外控制功能，用于控制可加入到V_COM应用电路的开关放大器和/或额外部件。例如，控制电路112可配置为控制修改的V_COM应用电路以稳定大的瞬时输出电流同时将开关放大器的功率损耗和温升降低至最小化。在这一典型应用中，可以将具有由控制电路112控制的多个开关的瞬时辅助电路加入到V_COM应用电路中，这样在瞬时情况下，可快速的向正极或负极供应驱动V_COM电压。以下更为详细地描述包括瞬时辅助电路的V_COM应用电路的实施例。

在另一个例子中，控制电路112可被配置为控制修改的V_COM应用电路以快速地改变其闭环增益。在典型的应用中，修改V_COM应用电路以包括可变电阻电阻器，其电阻由控制电路112控制。以下将更为详细地描述具有可调闭环增益的V_COM应用电路的实施例。

包括电感器110和V_COM参考面120的电容的滤波器过滤开关波形以输出V_COM电压电平。V_COM参考面120内存在固有的寄生电容。过滤器的设计要考虑该寄生电容。如果寄生电容不足以满足滤波器的设计考虑，可以将额外电容加入到V_COM应用电路，比如将电容器耦合到电感器110。使用开关放大器需要选择合适的电感器110以及任何附加电容，以便在输出负载不断变化的情况下提供必要的电路稳定性以及V_COM电压输出至V_COM参考面120的瞬时响应的快速性。

在一些实施例中，V_COM电压电平基本恒定。如图2B所示，可实施V_COM应用电路100’的另一种可替换的配置以提供恒定的V_COM电压电平。V_COM应用电路100’包括从开关放大器104的输出至开关放大器104第二输入的局部反馈。提供恒定V_COM电压电平的V_COM应用电路100”的另一种替代配置如图2C所示，且包括从电感器110的另一端到开关放大器104的第二输入的局部反馈。

在V_COM应用电路中使用开关放大器的优势是当与使用AB类放大器的传统V_COM应用电路相比时电源效率明显改善。尤其是当应用于需要相对高的模拟电源电平(比如8V至18V)的V_COM显示面板时，电源效率的改善使得V_COM应用电路中生成的热量明显减少。

关于图2A-图4所描述的V_COM应用电路的实施例是针对具有开关放大器的V_COM应用电路。可以使用耦合于开关瞬时辅助电路的线性放大器(比如AB类放大器)获得类似的优势。开关瞬时辅助电路辅助放大器稳定大的瞬间输出电流但同时降低线性放大器中的电源功耗和升温。

在一些实施例中，开关瞬时辅助电路包括多个耦合至线性放大器的开关。控制电路耦合于这些开关和线性放大器。在一些实施例中，线性放大器是传统的V_COM放大器。线性放大器具有线性输出级，其包括配置为用于拉电流和灌电流的两个互补晶体管。

图5示出了根据一个实施例的V_COM应用电路200的示意图。V_COM应用电路200包括耦合于开关瞬时辅助电路的线性放大器204。线性放大器204由两个电源导轨供电，在图5中示为AVDD和GND。尽管线性放大器204被显示和描述为耦合于电源导轨AVDD和接地，但是应理解可以使用替代电源导轨，通常被称为正电源电压导轨(比如+V_AVDD)和负电源电压导轨(比如-V_AVDD)。在图5所示的典型配置中，开关瞬时辅助电路包括3个耦合于控制电路212的开关S1，S2以及S3。开关S3位于线性放大器204的输出和V_COM应用电路200的输出之间。V_COM应用电路200的输出向V_COM参考面(比如图4中的V_COM参考面120)提供V_COM电压。开关S1位于正电源导轨和V_COM应用电路200的输出之间。开关S2位于负电源导轨和V_COM应用电路200的输出之间。在一些实施例中，开关S1，S2及S3是晶体管，其可以是也包括线性放大器204的集成设备的一部分。在其他实施例中，开关S1，S2及S3是离散的元件。开关S1，S2及S3能够处理线性放大器204的全部供应电压。控制电路212控制每个开关S1、S2及S3的操作。在一些实施例中，控制电路212还控制线性放大器204的操作。

提供公共电压反馈V_{COM_FB}作为输入放大器204的第一输入。公共电压反馈V_{COM_FB}是来自V_COM参考面的反馈信号。线性放大器的第二输入(在图5中标记为电压V_IN)是稳定的直流电压。在一些实施例中，由数字-模拟转换器(比如图4中的DAC 102)供应电压V_IN。线性放大器204在相反的方向输出驱动信号作为公共电压反馈V_{COM_FB}。输出驱动电压是到V_COM参考面的V_COM电压输入。线性放大器204利用公共电压反馈V_{COM_FB}补偿跨过V_COM参考面的变化的电压。

当线性放大器的线性输出级有一定量的输出电流，且输出电压在电源导轨之间时，从电源导轨降至输出电压的电压下降导致跨过放大器的电源消耗，从而生成热量。

图6示出了对应于图1A的传统V_COM应用电路的公共电压V_COM和公共电压反馈V_{COM_FB}的典型波形。图1A所示的放大器4是线性放大器。公共电压V_COM是线性放大器的输出电压。公共电压反馈V_{COM_FB}是来自V_COM参考面的反馈电压，其输入至线性放大器以调整公共电压V_COM。如图6所示，公共电压V_COM的波形是公共电压反馈V_{COM_FB}波形的负反馈，以调整跨过V_COM参考面的电压的连续变化。由于V_COM参考面的高负载电容，公共电压V_COM的大幅波动导致高的输出RMS电流。当公共电压V_COM在电源导轨之间时，电源导轨和公共电压V_COM值之间的电压差导致跨过线性放大器4的电源消耗，如图6中的交叉影线所示。电源消耗量等于输出RMS电流乘以电压差的积分。

V_COM应用电路被设计为在每个半周期结束时(如在图6所示的时刻t1、t3、t5、t7、t9以及t11)大致稳定在设计的公共电压V_COM，其是至V_COM参考面的输出。如本文所用，周期是对应于一个水平线同步周期的持续时间，比如从时刻t1到时刻t5的持续时间。同样如本文所用，广义术语“时序周期”指允许公共电压V_COM稳定到其所需值的持续时间期间。例如，图7中涉及的时序周期是从时刻t1到时刻t3的持续时间，其对应于前面所述的半周期。公共电压V_COM在每个半周期结束时是两个电源导轨之间的中间值。本申请中，公共电压V_COM的内半周期值不重要，只有已稳定为设计值的半周期结束值或有关设计值的可接受范围是重要的。正因为如此，在内半周期或瞬时持续时间期间，瞬时辅助电路被配置为将公共电压V_COM驱动至与正极或负极电源导轨相等的值。在瞬时持续时间内，虽然公共电压V_COM的值与正极或负极电源导轨相等，但是由于公共电压V_COM与电源导轨的差为零，所以跨过线性放大器没有电源消耗。在瞬时持续时间之后，半周期结束之前，瞬时辅助电路配置为允许线性放大器驱动公共电压V_COM，其由半周期结束稳定为设计值。如图6所示，在半周期结束时公共电压V_COM没有以任何方式稳定到所需电平。这是由于传统V_COM应用电路的稳定时间缓慢。

图7示出了对应于图5的包括瞬时辅助电路的V_COM应用电路的典型应用的波形。时刻t1、t3、t5、t7、t9及t11对应于半周期的结束/开始。在时刻t1，开关S2闭合，且开关S1和S3打开。随着开关S3的打开，线性放大器204不驱动公共电压V_COM。相反，随着开关S2的闭合，负电源导轨驱动公共电压V_COM，且公共电压V_COM的值等于或接近负电源的值。只要开关S1闭合或开关S2闭合，都打开开关S3以避免线性放大器204与电源短路。从时刻t1到t2的时间是公共电压V_COM保持在或接近负电源导轨的瞬时持续期间。图7显示的从时刻t1延伸到时刻t2的交叉影线区域表明跨过闭合的开关S2有一些少量的功率损耗。

在时刻t2，开关S1和S2打开，且开关S3闭合。在时刻t2到t3期间，线性放大器204驱动公共电压V_COM，其最终在时刻t3在半周期结束时稳定至设计值。

在时刻t3，开关S1闭合，且开关S2和S3打开。随着开关S3打开，线性放大器204不驱动公共电压V_COM。相反，随着开关S1闭合，正电源导轨驱动公共电压V_COM，且公共电压V_COM的值与正电源的值相等或接近。从时刻t3到t4的时间是公共电压V_COM保持在或接近正电源导轨的瞬时持续期间。图7显示的从时刻t3延伸到时刻t4的交叉影线区域表明跨过闭合的开关S1有少量的功率损耗。

在时刻t4，开关S1和S2打开，且开关S3闭合。在时刻t4到t5的期间，线性放大器204驱动公共电压V_COM，其最终在时刻t5在半周期结束时稳定至或接近设计值。

在时刻t5到时刻t9重复上述过程。

将图7中的交叉影线区域与图6中的交叉影线区域进行比较，表明使用具有瞬时辅助电路的V_COM应用电路减小了生成功率的量以及消耗的热量。此外，由于公共电压V_COM输出很难切换到电源导轨，与传统V_COM应用电路相比，稳定时间增加。在一些实施例中，公共电压V_COM稳定为所设计电压的25mV范围内的值。在其他实施例中，公共电压V_COM稳定为所设计电压的10mV范围内的值。相反，图1A的传统V_COM应用电路的公共电压V_COM稳定为所设计电压的约100mV范围内的值。

在瞬时持续期间内功率损耗和热量生成的部分原因是闭合的开关S1和S2的电阻。开关尺寸越大，电阻越低。然而，较大的开关在面积和驱动电源消耗方面更昂贵。正因为如此，开关的尺寸是设计考虑，其考虑价格、最小的热规格、V_COM应用电路和V_COM应用电路在其中实现的整个系统这二者。

控制电路212配置为执行触发瞬时持续时间开启和关闭的算法。存在多种控制方案可用于开关瞬时辅助电路。这样的一种技术是简单的比较器方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过第一阈值时，激活瞬时持续时间，例如在图7中的时刻t1、t3、t5、t7或t9。当电压差绝对值返回到第二阈值(其可能与第一阈值相同或不同)内时，停用瞬时持续时间，例如在图7中的时刻t2、t4、t6、t8或t10。

另一种技术是简单的固定的接通时间方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，激活瞬时持续时间。瞬时持续时间被激活为固定时间量，例如由数字寄存器或外部元件编程。在该固定时间量之后，停用瞬时持续时间。在一些实施例中，如果公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值还超过所编程的阈值，则可以重新激活瞬时持续时间。在其他实施例中，不能在相同的半周期内重新激活瞬时持续时间。在一种变体中，可以确定接通时间的持续时间。例如，可以使用公共电压反馈V_{COM_FB}的上升率计算接通时间。在一些实施例中，上升率和接通时间的持续时间之间有一对一的关系。在其他实施例中，使用上升率和接通时间的持续时间之间的不同关系。另一个例子是，可以根据上升率使用查找表来确定接通时间的持续时间。可以在周期基础上确定接通时间。例如，可以计算图7描述的每个周期的接通时间。

另一种技术是可变接通时间方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，激活瞬时持续时间。瞬时持续时间被激活由在线性放大器内检测到的公共电压反馈V_{COM_FB}的峰值所确定的可变时间量。可以存在对该时间的比例因子，其可在数字寄存器中编程或由外部部件编程。

另一种技术是固定脉冲序列方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，激活瞬时持续时间。随着固定打开时间和固定闭合时间，开关S1和S2打开和关闭，生成一系列脉冲。脉冲持续到公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值在所编程的阈值内为止。

另一种技术是数字接通时间控制方案。根据所接收的视频数据，将瞬时持续时间激活由显示器时序控制器或其他数字信号源在数字域内编程的一段时间周期。视频数据由系统核心处理器、图形处理器或标准视频源提供。视频数据由显示器的时序控制器接收并转换为可以驱动显示器本身的信号。控制器预测哪些瞬时辅助是必要的并相应地编程线性放大器。控制器根据接收的视频数据对公共电压V_COM的预期干扰预测哪些时序是必要的。在V_COM参考面上的许多干扰的严重程度取决于所接收的视频信号以及多种驱动像素的方法。

应该理解可以使用替代技术实现瞬时持续时间。

图5所示的瞬时辅助电路配置是一个实现瞬时辅助概念的示例配置。一般来说，线性放大器、瞬时辅助电路以及控制电路被配置为在瞬时持续时间内将公共电压V_COM驱动到正或负电源导轨，并随后使用线性放大器驱动公共电压V_COM，以使公共电压V_COM在时序周期结束时稳定为所需值。控制电路配置为执行触发瞬时持续时间开启和关闭的算法。在本质上，该技术是对应于瞬时持续时间的开关模式技术和对应于当线性放大器驱动公共电压V_COM时的线性模式技术的结合。该组合技术在两种技术前后交替的时域内组合了开关模式技术和线性模式技术。

图5所示的另一种可替换配置中，可以去除开关S3，而是分别根据开关S3切换为闭合和打开时的相同的时序考虑来启用和停用线性放大器。应该理解可以使用替代配置实现所需的瞬时持续时间。

瞬时辅助概念适用于上文中的V_COM应用电路范围。可以理解瞬时辅助概念可用于替代性应用。一般来说，瞬时辅助概念可用于那些在由时序周期的结束而稳定至所需输出电压电平之前，调节移动输出电压与时序周期的部分电源的值相等或相近的应用，如图7中的半周期所示。

图5和图7所述的相关V_COM应用电路实施例针对具有用于在瞬时持续期间向电源导轨驱动输出电压的瞬时辅助电路的V_COM应用电路。可以通过在时序周期的选择部分期间改变V_COM放大器的增益取得相似的结果。在一些实施例中，V_COM放大器的闭环增益在高增益和低增益之间交替。控制电路耦合于V_COM放大器。以高增益驱动V_COM放大器模拟在电源导轨上驱动输出电压。以低增益驱动V_COM放大器激活线性操作模式，以在时序周期结束之前将输出电压稳定至所需电平。闭环增益可以调整至无限，或几乎等同于放大器的开环增益。V_COM放大器的闭环增益决定了V_COM放大器的一部分温升。闭环增益越高，输出电压和瞬时电流趋势越大。闭环增益在时序周期内从高增益到低增益改变的有益效果是改善在大的瞬态期间V_COM参考面的稳定时间。另一个有益效果是减少了V_COM放大器的热量消耗。随着输出接近电源导轨，跨过输出设备的电压量减小。

图8示出了根据一个实施例的V_COM应用电路300的示意图。V_COM应用电路300包括V_COM放大器304。在一些实施例中，V_COM放大器是线性放大器，如AB类放大器。在其他实施例中，V_COM放大器是开关放大器，如D类放大器。通过两个电源导轨向V_COM放大器304提供电源，一般如图7中的+V_AVDD和-V_AVDD所示。图8所示的典型配置中，V_COM应用电路300还包括可变电阻器R1和R2。可变电阻器R1和R2示意性地表示了改变V_COM放大器304增益的任何传统方法。如图8所示，可变电阻器用于改变V_COM放大器304的闭环增益。改变V_COM放大器增益的替代方法的例子包括但不限于在V_COM放大器内配置可变电阻器或在V_COM放大器内使用内部开关。在另一个例子中，如果V_COM放大器是跨导放大器，则可以调整电流以改变放大器的增益。一般来说，可以使用任何类型的放大器和任何改变放大器增益的方法，以使放大器增益改变为用于在瞬时持续期间生成热量消耗小而输出变化大的高增益，以及使放大器增益改变为用于在时序周期结束时以输出所需公共电压V_COM值的线性模式操作放大器的低增益。

V_COM放大器304及可变电阻器R1和R2耦合于控制电路312。控制电路312控制V_COM放大器304和每个可变电阻器R1和R2的操作，以有选择性地改变V_COM放大器304的闭环增益。一般来说，控制电路312控制用于设置和改变V_COM放大器增益的那些元件。

提供公共电压反馈V_{COM_FB}作为V_COM放大器304的第一输入。公共电压反馈V_{COM_FB}是来自V_COM参考面的反馈信号。V_COM放大器的第二输入(如图8标记的电压V_IN)是稳定的直流电压。在一些实施例中，电压V_IN由数字-模拟转换器(如图4中的DAC 102)供应。V_COM放大器304在相反方向输出驱动信号作为公共电压反馈V_{COM_FB}。输出驱动电压是到V_COM参考面的V_COM电压输入。V_COM放大器304利用公共电压反馈V_{COM_FB}来补偿跨过V_COM参考面的电压变化。

图9示出了图8中V_COM应用电路300所用的典型闭环增益波形。时刻t1-t11与图7所示的相同时间结构相当。图9所示的闭环增益波形的应用导致图7所示的公共电压反馈V_{COM_FB}和公共电压V_COM的波形相似。在操作中，V_COM放大器304根据正常的增益以线性模式操作。如本文所用，正常的增益是指低增益。时刻t1、t3、t5、t7、t9及t11对应于半周期的结束/开始。在时刻t1，配置可变电阻器R1和R2以使V_COM放大器304在高增益操作。在高增益，V_COM放大器304不再以线性模式操作，而是将V_COM放大器的输出值驱动至电源导轨。在高增益，公共电压反馈V_{COM_FB}的任何干扰都会导致输出电压(公共电压V_COM)的大的变化。随着增益大幅升高，输出值达到与电源导轨的输出相同或相近。如适用于图7中的公共电压反馈V_{COM_FB}和公共电压V_COM的波形，在高增益，公共电压V_COM的值与正或负电源导轨的值相等或相近。从时刻t1到时刻t2的时间是公共电压V_COM保持在负电源导轨的瞬时持续期间。

在时刻t2，配置可变电阻器R1和R2以使V_COM放大器304在其正常增益或低增益上操作。在时刻t2到时刻t3期间，V_COM放大器304在线性模式操作并驱动公共电压V_COM以最终在时刻t3在半周期结束时稳定至或接近设计值。

在时刻t3，配置可变电阻器R1和R2以使V_COM放大器304再次在高增益上操作。如适用于图7的波形，在高增益，公共电压V_COM的值等于或接近时刻t3正电源的值。从时刻t3到时刻t4的时间是公共电压V_COM保持在正电源导线上的瞬时持续期间。

在时刻t4，配置可变电阻器R1和R2以使V_COM放大器304再次在低增益上操作。在时刻t4到时刻t5期间，V_COM放大器304在线性模式操作并驱动公共电压V_COM以最终在时刻t5在半周期结束时稳定至或接近设计值。

在时刻t5到时刻t9重复上述过程。

控制电路312配置为执行在高增益和低增益之间变化的算法，从而分别触发瞬时持续时间的开启和关闭。有多种控制放大器增益变化的控制方案。在一些实施例中，控制方案与那些用于控制瞬时辅助电路开关的方案相似。这样的一种技术是简单的比较器方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过第一阈值时，按固定量调整V_COM放大器闭环增益，比如在图9中的时刻t1、t3、t5、t7或t9。由此产生的闭环增益为高增益。当电压差绝对值返回到第二阈值(其可能与第一阈值相同或不同)内时，闭环增益降低为原始值，比如在图9中的时刻t2、t4、t6、t8或t10。由此产生的闭环增益为低增益。闭环增益调整量取决于检测公共电压反馈V_{COM_FB}振幅的峰值检测电路。

另一种技术是简单的固定接通时间方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，按固定量调整V_COM放大器闭环增益以获取高增益。高增益保持并且瞬时持续时间激活例如由数字寄存器编程或由外部组件编程的固定时间量。在该固定时间量之后，通过降低闭环增益至原始值使瞬时持续时间停用以获取低增益。在一些实施例中，如果公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值还超过所编程的阈值，则可以重新激活瞬时持续时间。在其他实施例中，不能在相同的半周期内重新激活瞬时持续时间。在一种变体中，可以确定高增益保持的持续时间。例如，可以使用公共电压反馈V_{COM_FB}的上升率来计算持续时间。在一些实施例中，上升率和持续时间之间有一对一的关系。在其他实施例中，使用上升率和持续时间之间的不同关系。另一个例子是，可以根据上升率使用查找表来确定持续时间。可以在周期基础上确定持续时间。例如，可以如图9的有关描述为每个周期计算接通时间。

另一种技术是可变接通时间方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，闭环增益改变为高增益，从而激活瞬时持续时间。瞬时持续时间被激活为由在V_COM放大器内检测到的公共电压反馈V_{COM_FB}的峰值所确定的可变时间量。可以存在对该时间的比例因子，其可在数字寄存器中编程或由外部元件编程。

另一种技术是固定脉冲序列方案。当公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值超过阈值时，通过改变为高增益来将瞬时持续时间激活。闭环增益在高增益和低增益间来回改变，每个持续固定时间量，从而生成一系列脉冲。脉冲一直持续到公共电压反馈V_{COM_FB}和电压V_IN之间差的绝对值在所编程的阈值内为止。

另一种技术是数字接通时间控制方案。根据所接收的视频数据，闭环增益在一段由显示器时序控制器或其他数字信号源在数字域内编程的时间周期内被调整至高增益。控制器预测增益量和增益的调整时间是必要的，并相应地编程V_COM放大器。

应该理解可以使用替代技术实现控制放大器增益改变的控制方案。

在另一种可替换的应用中，可以使用图8的V_COM应用电路将不同的增益运用到V_COM参考面的每条水平线。如上所述的图8中V_COM应用电路的每个周期具有相同的低增益值。作为选择，低增益值可在时序周期的基础上随时序周期变化。在典型应用中，V_COM应用电路物理地位于显示面板的顶部。V_COM参考面上第一条水平线的低增益值设置为第一值，其中第一条水平线是V_COM参考面上最上面的线。对于每条连续的降至V_COM参考面底部的水平线，低增益值是增加的。例如，第二条水平线的低增益值高于第一条水平线的低增益值，等等，这样V_COM参考面底部的最后一条水平线使用最高的低增益值。每条水平线使用的低增益值可以是基于显示器可测量特征的计算值，或比如从查找表预定低增益值。可以使用替代的方法确定每条水平线的低增益值。

可以无需在时序周期的第一部分期间向电源导轨驱动公共电压V_COM而实现如上所述的逐线调整增益。在这种情况下，每个时序周期内，没有高增益和低增益。相反，“正常增益”，或低增益，被保持在时序周期的持续时间内，但低增益值在逐线的基础上调整。

可变增益概念适用于以上V_COM应用电路范围。可以理解可变增益概念适用于替代性应用。一般来说，可变增益的概念可用于那些在时序周期的结束时稳定至或接近所需输出电压电平之前在时序周期的一部分期间调节移动输出电压至或接近电源的值的应用。

已在融入细节以便于理解V_COM应用电路的创建和操作原则的具体实施例方面描述本申请。可以互换各种示图中所示出或所描述的许多组件以获取所需的结果，并且本说明书的内容也将包含上述互换内容。因此，本文所引用的有关具体实施例及细节不是为了限制本申请所附权利要求书的范围。本领域的技术人员应该明白可以有选择地更改这些实施例而不偏离本申请的主旨和范围。

Claims (27)

1.一种向负载提供输出电压的方法，该方法包括：

a.使用应用电路输出输出电压，其中所述应用电路包括耦合到电源的线性放大器，所述线性放大器配置为接收来自所述负载的公共电压反馈作为输入并且将反馈电压与参考电压进行比较以确定电压差；

b.在时序周期的第一部分期间使用所述电源驱动所述输出电压；以及

c.在时序周期的第二部分期间使用所述线性放大器驱动所述输出电压。

2.如权利要求1的方法，其中所述输出电压包括供应到显示器的公共电压。

3.如权利要求1的方法，其中所述线性放大器在时序周期的第二部分期间的线性模式和时序周期的第一部分期间的开关模式之间进行调制。

4.如权利要求1的方法，其中当所述电压差超过第一阈值时所述第一部分开始。

5.如权利要求4的方法，其中当所述电压差低于第二阈值时所述第一部分结束且所述第二部分开始。

6.如权利要求4的方法，其中在所述第一部分开始之后的固定时间量，所述第一部分结束且所述第二部分开始。

7.如权利要求4的方法，其中在所述第一部分开始之后的可变时间量，所述第一部分结束且所述第二部分开始，其中在所述第一部分开始时根据反馈电压的峰值来确定所述可变时间量。

8.如权利要求4的方法，其中在所述第一部分开始之后的一定时间量，所述第一部分结束且所述第二部分开始，其中根据反馈电压的上升率来确定该一定时间量。

9.如权利要求4的方法，其中所述时序周期包括多个第一部分以及多个第二部分，每个第一部分对应于持续第一固定时间量的开启脉冲，每个第二部分对应于持续第二固定时间量的关闭脉冲，从而形成一系列开关脉冲，进一步其中所述一系列开关脉冲持续到所述电压差低于第二阈值为止。

10.如权利要求1的方法，其中在所述第一部分期间，所述应用电路的输出耦合到电源，且所述线性放大器的输出从所述应用电路的输出解耦合，以及在所述第二部分期间，所述应用电路的输出从电源解耦合，且所述线性放大器的输出耦合到所述应用电路的输出。

11.如权利要求1的方法，其中在所述第一部分期间，所述应用电路的输出耦合到所述电源并禁用所述线性放大器，以及在所述第二部分期间，所述应用电路的输出从电源解耦合并启用所述线性放大器。

12.一种配置为驱动负载的模拟电路，该电路包括：

a.耦合于负载且配置为向负载提供输出电压的应用电路，其中所述应用电路包括配置为接收来自负载的电压反馈作为输入的线性放大器；

b.耦合于所述线性放大器的电源；

c.耦合于所述线性放大器和所述电源的开关电路；以及

d.耦合于所述开关电路和所述线性放大器的控制电路，其中所述控制电路配置为控制所述开关电路以及所述线性放大器，使得在时序周期的第一部分期间由所述电源驱动输出电压，并且在时序周期的第二部分期间由所述线性放大器驱动输出电压，

其中所述线性放大器配置为将反馈电压与参考电压进行比较以确定电压差。

13.如权利要求12的电路，其中所述线性放大器包括AB类放大器。

14.如权利要求12的电路，其中所述电源包括正电源导轨和负电源导轨。

15.如权利要求14的电路，其中所述开关电路包括耦合于所述应用电路的输出和所述正电源导轨之间的第一开关，并且所述开关电路包括耦合于所述应用电路的输出和所述负电源导轨之间的第二开关。

16.如权利要求14的电路，其中所述开关电路进一步包括耦合于所述线性放大器的输出和所述应用电路的输出之间的第三开关。

17.如权利要求12的电路，其中所述开关电路配置为在所述时序周期的第一部分期间将所述应用电路的输出耦合于所述电源，以及在所述时序周期的第二部分期间将所述应用电路的输出从所述电源解耦合。

18.如权利要求17的电路，其中所述开关电路进一步配置为在所述时序周期的第一部分期间将所述线性放大器从所述应用电路的所述输出解耦合，以及在所述时序周期的第二部分期间将所述线性放大器耦合于所述应用电路的所述输出。

19.如权利要求17的电路，其中所述控制电路配置为在所述时序周期的第一部分期间禁用所述线性放大器，以及在所述时序周期的第二部分期间启用所述线性放大器。

20.如权利要求12的电路，其中所述控制电路配置为当所述电压差超过第一阈值时开始所述第一部分。

21.如权利要求20的电路，其中所述控制电路配置为当电压差低于第二阈值时结束所述第一部分且开始所述第二部分。

22.如权利要求20的电路，其中所述控制电路配置为在所述第一部分开始之后的固定时间量结束所述第一部分且开始所述第二部分。

23.如权利要求20的电路，其中所述控制电路配置为在所述第一部分开始之后的可变时间量结束所述第一部分并开始所述第二部分，其中所述控制电路配置为在所述第一部分开始时根据反馈电压的峰值来确定所述可变时间量。

24.如权利要求20的电路，其中所述控制电路配置为在所述第一部分开始之后的一定时间量结束所述第一部分并开始所述第二部分，其中根据所述反馈电压的上升率来确定所述一定时间量。

25.如权利要求20的电路，其中所述时序周期包括多个第一部分以及多个第二部分，每个第一部分对应于持续第一固定时间量的开启脉冲，每个第二部分对应于持续第二固定时间量的关闭脉冲，从而形成一系列开关脉冲，进一步其中控制电路配置为以将一系列开关脉冲持续到电压差低于第二阈值为止。

26.如权利要求12的电路，其中所述负载包括显示器，并且所述输出电压包括供应给所述显示器的公共电压。

27.用于驱动使用公共电压的显示器的电子设备，该电子设备包括：

a.耦合于所述显示器以向所述显示器输出公共电压的公共电压应用电路，其中所述公共电压应用电路包括配置为接收来自所述显示器的公共电压反馈作为输入的线性放大器；

b.耦合于所述线性放大器的电源，其中所述线性放大器配置为将反馈电压与参考电压进行比较以确定电压差；

c.耦合于所述公共电压应用电路和所述电源的开关电路；以及

d.耦合于所述开关电路和所述公共电压应用电路的控制电路，其中所述控制电路配置为控制所述开关电路以及所述公共电压应用电路，使得在时序周期的第一部分期间由所述电源驱动所述公共电压，并且在时序周期的第二部分期间由所述线性放大器驱动所述公共电压。