CN103532539B - 一种电平转移电路、栅极驱动电路及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电平转移电路，包括：第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6，源极分别与直流电源VDD电连接，栅极分别与偏置电压端VBias电连接；第三晶体管M3和第五晶体管M5的漏极电连接作为第一输出端OUT1；第四晶体管M4和第六晶体管M6的漏极电连接作为第二输出端OUT2；第一晶体管M1和第二晶体管M2，栅极均与输入信号端VIn电连接，源极均与第七晶体管M0的漏极电连接；第一晶体管M1的漏极与OUT1电连接，第二晶体管M2的漏极与OUT2电连接；第七晶体管M0的源极与源极地电源VSS电连接，栅极与VBias电连接。本发明还提供一种栅极驱动电路及显示装置。

Description

一种电平转移电路、栅极驱动电路及显示装置
技术领域
本发明涉及液晶显示技术，尤其涉及一种电平转移电路、栅极驱动电路及显示装置。
背景技术
在许多集成电路中，为满足集成电路中不同半导体器件的耐压要求，需要将较低的电平信号转换成较高的电平信号，或者将较高的电平信号转换成较低的电平信号，电平转移电路即用于实现这种功能。
液晶显示技术中，栅极驱动电路的功能是产生液晶显示面板所需要的扫描信号，使得每一扫描行按照次序依次导通。栅极驱动电路主要由移位寄存器、电平转移电路和缓冲器等电路组成。其中电平转移电路尤为重要，它直接提供液晶显示面板中各栅极开启所需要的电压。
在栅极驱动电路中，电平转移电路是一个典型的放大电路，一般采用差动放大电路来提高对环境噪声的抗干扰能力，如图1所示的电平转移电路，包括P型晶体管M3和M4，N型晶体管M0、M1和M2；P型晶体管M3和M4的源极分别与电源VDD电连接，P型晶体管M3和M4的栅极分别与偏置电路的输出V Bias 电连接，P型晶体管M3的漏极电连接作为第一输出端OUT1；P型晶体管M4的漏极电连接作为第二输出端OUT2；N型晶体管M1的漏极与第一输出端OUT1电连接，N型晶体管M2的漏极与第二输出端OUT2电连接；N型晶体管M1和M2栅极与输入信号VIn电连接；N型晶体管M1和M2的源极与N型晶体管M0的漏极连接；N型晶体管M0的源极与源极地电源V S S连接，N型晶体管M0栅极与偏置电路的输出V Bias 连接。对于差动放大电路，由于差动放大电路的增益与负载晶体管的跨导成反比，而且跨导又与该负载晶体管成正比，因此，为了获取更大的增益，通常减小该差动放大电路的负载晶体管的宽长比以减小负载晶体管的跨导，实现提高该差动放大电路的增益的目的。但是，负载晶体管的宽长比的减小会降低差动放大电路的第一输出端和第二输出端与源极地电源VSS之间的共模电压。
发明内容
本发明的目的是提供一种电平转移电路、栅极驱动电路及显示装置，电平转移电路用于解决现有技术中通过减小负载晶体管的宽长比来提高提高放大增益时，会降低差动放大电路的第一输出端和第二输出端与源极地电源VSS之间的共模电压的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施例提供一种电平转移电路，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6和第七晶体管M0；
所述第三晶体管M3、所述第四晶体管M4、所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6的源极分别与直流电源V D D电连接，栅极分别与偏置电压端V Bias 电连接；所述第三晶体管M3和所述第五晶体管M5的漏极电连接作为第一输出端OUT1；所述第四晶体管M4和所述第六晶体管M6的漏极电连接作为第二输出端OUT2；
所述第一晶体管M1的漏极与所述第一输出端OUT1电连接，所述第二晶体管M2的漏极与所述第二输出端OUT2电连接；所述第一晶体管M1和所述第二晶体管M2栅极均与输入信号端VIn电连接，源极均与所述第七晶体管M0的漏极电连接，所述输入信号端VIn提供待进行电平转换的信号；所述第七晶体管M0的源极与源极地电源V SS 电连接，栅极与所述偏置电压端V Bia s电连接。
优选的，所述第三晶体管M3、所述第四晶体管M4、所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6为P型晶体管，所述第一晶体管M1、所述第二晶体管M2和所述第七晶体管M0为N型晶体管。
优选的，所述第一晶体管M1和所述第一晶体管M2的宽长比相等。
优选的，所述输入信号端VIn提供的待进行电平转换的信号为模拟信号。
本发明实施例有益效果如下：对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导，提高电平转移电路的增益；由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低。
本发明实施例提供一种栅极驱动电路，包括偏置电路，所述偏置电路包括偏置电压端V Bia s，还包括如上述实施例所述的电平转移电路。
本发明实施例有益效果如下：栅极驱动电路所包括的电平转移电路，对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导从而提高电平转移电路的增益，由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低，确保了栅极驱动电路的驱动能力。
本发明实施例提供一种显示装置，包括阵列基板，所述阵列基板上设置像素阵列和用于驱动所述像素阵列的栅极信号线；以及包括如上述实施例所述的栅极驱动电路，所述栅极驱动电路所包括的电平转移电路的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2同时连接所述栅极信号线。
本发明实施例有益效果如下：栅极驱动电路所包括的电平转移电路，对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导从而提高电平转移电路的增益，由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低，确保了栅极驱动电路的驱动像素阵列的能力，从而保证显示效果。
附图说明
图1为现有技术的电平转移电路；
图2为本发明实施例提供的电平转移电路。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明实施例的实现过程进行详细说明。需要注意的是，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参见图2，本发明实施例提供一种电平转移电路，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6和第七晶体管M0；
第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6的源极分别与直流电源V D D电连接，栅极分别与偏置电压端VB ia s电连接；第三晶体管M3和第五晶体管M5的漏极电连接作为第一输出端OUT1；第四晶体管M4和第六晶体管M6的漏极电连接作为第二输出端OUT2；
第一晶体管M1的漏极与第一输出端OUT1电连接，第二晶体管M2的漏极与第二输出端OUT2电连接；第一晶体管M1和第二晶体管M2栅极均与输入信号端V In 电连接，源极均与第七晶体管M0的漏极电连接，输入信号端VIn提供待进行电平转换的信号；第七晶体管M0的源极与源极地电源V S S电连接，栅极与偏置电压端VBias电连接。
优选的，第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6为P型晶体管，第一晶体管M1、第二晶体管M2和第七晶体管M0为N型晶体管。
本发明实施例中，通过在负载端增加第五晶体管M5和第六晶体管M6，使流经作为负载晶体管的第三晶体管M3和第四晶体管M4的电流减小，从而减小如图2所示电平转移电路的跨导。
详细原理及推导过程如下：
图1所示的现有技术的电平转移电路是一个典型的差动放大电路，差动放大电路增益计算公式如公式（1）
A V = - g mN ( g mP - 1 | | r ON | | r OP ) ≈ - g mN g mP 公式（1）
其中，gmN为N型晶体管差分对的跨导，gmP为P型晶体管差分对的跨导，rON为N型晶体管的内阻，rOP为P型晶体管的内阻。
在N型晶体管和P型晶体管同时工作时，差动放大电路的增益AV取决于N型晶体管和P型晶体管的跨导的比值，在需要调整增益AV时，通常采用调整负载晶体管的跨导gmP，即调整如图1所示P型晶体管M3和M4的跨导g m P。
因此，为了使增益AV增大，通常减小P型晶体管M3和M4的跨导g m P，而跨导gm如公式（2）所示：
g m = ∂ I D ∂ V GS ( V DS , const ) = μ n C ox W L ( V GS - V TH ) 公式（2）
其中，V D S为晶体管的源漏电压，VGS为晶体管的栅漏电压，VT H 为晶体管的阈值电压，Cox为氧化层电容，μn为晶体管的迁移率，W为晶体管的沟道宽度，L为晶体管的沟道长度，ID为偏置电流。
其中，偏置电流ID如公式（3）所示：
I D = 1 2 μ n C ox W L ( V GS - V TH ) 2 公式（3）
对于如图1所示的差动放大电路，根据公式（2），为了减小P型晶体管M3和M4的跨导gmP，通常通过减小P型晶体管M3和M4的宽长比来实现。但是对于给定的偏置电流ID，当减小P型晶体管M3和M4的宽长比时，造成VGS-V T H增大。因此对于整个差动放大电路而言，由于电路的电源V D D保持一定值，负载晶体管的P型晶体管M3和M4的VGS-VTH增大，也就意味着输出信号对地的共模电压将减小，使得如图1所示的电平转移电路的驱动能力受限。
为了解决上述问题，根据公式（2）和公式（3）推导出表示跨导gm的另一公式（4），如下：
g m = 2 μ n C ox W L I D 公式（4）
由公式（4）可知，在不改变给定负载晶体管的尺寸的情况下，可以改变偏置电流ID以实现减小跨导gm。
相比如图1所示的电平转移电路，根据上述的原理，本发明实施例提供的如图2所示的电平转移电路，在负载端增加了与第三晶体管M3并联的第五晶体管M5，与第四晶体管M4并联的第六晶体管M6，在不改变给定负载晶体管的宽长比W/L的情况下，流经作为负载的各P型晶体管偏置电流减小，从而减小了P型晶体管差分对的跨导。
优选的，第一晶体管M1和第一晶体管M2的宽长比相等。
优选的，输入信号端VIn提供的待进行电平转换的信号为模拟信号。
本发明实施例有益效果如下：对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导，提高电平转移电路的增益；由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低。
本发明实施例提供一种栅极驱动电路，包括偏置电路，所述偏置电路包括偏置电压端V Bia s，如上述实施例所述的电平转移电路；电平转移电路的第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5和第六晶体管M6的栅极分别与偏置电路提供的偏置电压端V Bias 电连接；电平转移电路的第七晶体管M0的栅极与偏置电压端V Bias 电连接。
本发明实施例有益效果如下：栅极驱动电路所包括的电平转移电路，对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导从而提高电平转移电路的增益，由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低，确保了栅极驱动电路的驱动能力。
本发明实施例提供一种显示装置，包括阵列基板，阵列基板上设置像素阵列和用于驱动像素阵列的栅极信号线；以及包括如上述实施例所述的栅极驱动电路，栅极驱动电路所包括的电平转移电路的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2同时连接所述栅极信号线。
本发明实施例有益效果如下：栅极驱动电路所包括的电平转移电路，对于给定电平转移电路中负载晶体管的宽长比，通过减小流经负载晶体管的电流来减小负载晶体管的跨导从而提高电平转移电路的增益，由于未减小负载晶体管的宽长比，因此电平转移电路的两输出端与源极地电源之间的共模电压不会降低，确保了栅极驱动电路的驱动像素阵列的能力，从而保证显示效果。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种电平转移电路，其特征在于，包括第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4、第五晶体管M5、第六晶体管M6和第七晶体管M0；
所述第三晶体管M3、所述第四晶体管M4、所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6的源极分别与直流电源VDD电连接，栅极分别与偏置电压端VBias电连接；所述第三晶体管M3和所述第五晶体管M5的漏极电连接作为第一输出端OUT1；所述第四晶体管M4和所述第六晶体管M6的漏极电连接作为第二输出端OUT2；
所述第一晶体管M1的漏极与所述第一输出端OUT1电连接，所述第二晶体管M2的漏极与所述第二输出端OUT2电连接；所述第一晶体管M1和所述第二晶体管M2栅极均与输入信号端V In 电连接，源极均与所述第七晶体管M0的漏极电连接，所述输入信号端V In 提供待进行电平转换的信号；所述第七晶体管M0的源极与源极地电源V SS 电连接，栅极与所述偏置电压端VBi as 电连接。
2.如权利要求1所述的电平转移电路，其特征在于，所述第三晶体管M3、所述第四晶体管M4、所述第五晶体管M5和所述第六晶体管M6为P型晶体管，所述第一晶体管M1、所述第二晶体管M2和所述第七晶体管M0为N型晶体管。
3.如权利要求2所述的电平转移电路，其特征在于，所述第一晶体管M1和所述第一晶体管M2的宽长比相等。
4.如权利要求1所述的电平转移电路，其特征在于，所述输入信号端V I n提供的待进行电平转换的信号为模拟信号。
5.一种栅极驱动电路，包括偏置电路，所述偏置电路包括偏置电压端VBi as ，其特征在于，包括如权利要求1至4任一项所述的电平转移电路。
6.一种显示装置，包括阵列基板，所述阵列基板上设置像素阵列和用于驱动所述像素阵列的栅极信号线；其特征在于，所述显示装置包括如权利要求5所述的栅极驱动电路，所述栅极驱动电路所包括的电平转移电路的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2同时连接所述栅极信号线。
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