CN105895037A - 应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路 - Google Patents

应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路 Download PDF

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Abstract

一种应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路，包含差动输入级、第一输出级、第二输出级及侦测模块。差动输入级分别接收正端及负端输入电压。第一输出级耦接于第一电压与第二电压之间。第一输出级的第一及第二晶体管分别耦接至差动输入级。第一电压大于第二电压。第二输出级耦接于第二电压与第三电压之间。第二输出级的第三及第四晶体管分别耦接至差动输入级。第二电压大于接地电压。侦测模块用以侦测正端输入电压是否小于参考电压并根据侦测结果选择性地启动第一输出级并关闭第二输出级，或启动第二输出级并关闭第一输出级。

Description

应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路
技术领域
本发明与放大器电路有关，尤其是关于一种应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路。
背景技术
请参照图1，图1为传统上应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路的示意图。如图1所示，应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路1包含运算放大器OP1及输出级OS。输出级OS包含具有高驱动能力的晶体管M1及M2。运算放大器OP1的负输入端－接收负端输入电压INN且其正输入端+接收正端输入电压INP。
假设放大器电路1的输出电压为VO且其输出电流为IO；流经晶体管M1的电流为I1且晶体管M1的跨压为V1；流经晶体管M2的电流为I2且晶体管M2的跨压为V2。由于晶体管M1的功率消耗PM1＝I1*V1且I1＝IO+I2及V1＝SUP1-VO，因此，晶体管M1的功率消耗PM1＝(IO+I2)*(SUP1-VO)。至于晶体管M2的功率消耗PM2＝I2*V2＝I2*(VO-VSN1)＝I2*VO。
当放大器电路1的输出电流IO很大时，流经晶体管M1的电流为I1亦会变大，连带使得晶体管M1的功率消耗PM1也会变大，导致电路的温度大幅上升以及非常多的能源耗损，在实务上温度甚至可能上升20度之多。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路，以有效解决现有技术所遭遇到的上述种种问题。
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的放大器电路。于此实施例中，放大器电路包含差动输入级、第一输出级、第二输出级及侦测模块。差动输入级分别接收一正端输入电压及一负端输入电压。
第一输出级耦接于一第一电压与一第二电压之间。第一输出级包含一第一晶体管及一第二晶体管。第一晶体管及第二晶体管分别耦接至差动输入级。第一电压大于第二电压。
第二输出级耦接于第二电压与一接地电压之间。第二输出级包含一第三晶体管及一第四晶体管。第三晶体管及第四晶体管分别耦接至差动输入级。第二电压大于接地电压。
侦测模块分别耦接至正端输入电压、第一输出级及第二输出级，用以侦测正端输入电压是否小于参考电压并根据侦测结果选择性地启动第一输出级并关闭第二输出级，或是启动第二输出级并关闭第一输出级。
于一实施例中，若侦测模块的侦测结果为是，侦测模块输出一控制信号去启动第二输出级并关闭第一输出级；若侦测模块的侦测结果为否，侦测模块输出控制信号去启动第一输出级并关闭第二输出级。
于一实施例中，差动输入级为一运算放大器。运算放大器的一正输入端及一负输入端分别接收正端输入电压及负端输入电压。运算放大器的一第一输出端分别耦接第一输出级中的第一晶体管及第二输出级中的第三晶体管且运算放大器的一第二输出端分别耦接第一输出级中的第二晶体管及第二输出级中的第四晶体管。
于一实施例中，运算放大器的第一输出端通过一第一开关耦接至第一输出级中的第一晶体管的闸极；运算放大器的第二输出端通过一第二开关耦接至第一输出级中的第二晶体管的闸极；运算放大器的第一输出端通过一第三开关耦接至第二输出级中的第三晶体管的闸极；运算放大器的第二输出端通过一第四开关耦接至第二输出级中的第四晶体管的闸极。
于一实施例中，第一晶体管及第二晶体管分别为P型晶体管及N型晶体管。
于一实施例中，第三晶体管及第四晶体管分别为P型晶体管及N型晶体管。
于一实施例中，侦测模块包含一比较器。比较器分别接收正端输入电压及参考电压并根据正端输入电压与参考电压的一比较结果输出控制信号。
于一实施例中，侦测模块包含一比较器及一计时器。比较器分别接收正端输入电压及参考电压并根据正端输入电压与参考电压的一比较结果产生控制信号至计时器。若比较结果维持超过计时器所计算的一预设时间，计时器输出控制信号。
于一实施例中，侦测模块包含一比较器及一延迟单元。延迟单元至少包含一电阻及一电容。比较器分别接收正端输入电压及参考电压并根据正端输入电压与参考电压的一比较结果产生控制信号至延迟单元。若比较结果维持超过延迟单元的电阻及电容所形成的一延迟时间，延迟单元输出控制信号。
于一实施例中，侦测模块进一步包含一施密特触发器(Schmitt trigger)。施密特触发器耦接延迟单元并用以稳定电阻及电容所形成的延迟时间并减少噪声干扰。
于一实施例中，参考电压等于第二电压。
相较于现有技术，本发明所提出应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路能够有效达到下列具体功效：
(1)由于本发明可通过侦测模块适时切换第一输出级或第二输出级进行运作，故能有效减少输出级的功率消耗并大幅降低放大器电路的温度，达到节省能耗及增加市场竞争力的功效。
(2)由于本发明的放大器电路的输出级不需工作于电压范围较大的第一电压与接地电压之间，而仅需工作于电压范围较小的第一电压与第二电压之间或是第二电压与接地电压之间即可，故可选用耐受较低电压(例如半电压)的晶体管来构成输出级，并可降低布局面积(IC Size)来节省生产成本。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明具体实施方式及所附附图得到进一步的了解。
附图说明
图1为传统上应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路的示意图。
图2为根据本发明的一较佳具体实施例的应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路的示意图。
图3为当正端输入电压小于参考电压时放大器电路运作的示意图。
图4至图7分别为放大器电路中的侦测模块的不同实施例。
主要组件符号说明
1 传统的放大器电路
OP1 运算放大器
OS 输出级
M1～M4 第一晶体管～第四晶体管
INN 负端输入电压
INP 正端输入电压
SUP1 第一电压
VSN1 第三电压
V1 第一晶体管的跨压
V2 第二晶体管的跨压
I1 流经第一晶体管的电流
I2 流经第二晶体管的电流
IO 输出电流
VO 输出电压
2 放大器电路
20 侦测模块
OS1 第一输出级
OS2 第二输出级
SUP2 第二电压
VCTRL 控制电压
I3 流经第三晶体管的电流
I4 流经第四晶体管的电流
CP 比较器
VREF 参考电压
TC 计时器
DL 延迟单元
R 电阻
C 电容
ST 施密特触发器
具体实施方式
根据本发明的一较佳具体实施例为一种放大器电路。于此实施例中，放大器电路应用于液晶显示装置的源极驱动器，但不以此为限。
请参照图2，图2为根据本发明的一较佳具体实施例的应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路的示意图。
如图2所示，放大器电路2包含差动输入级OP1、第一输出级OS1、第二输出级OS2及侦测模块20。差动输入级可以是一运算放大器，但不以此为限。其中，差动输入级OP1分别耦接至第一输出级OS1及第二输出级OS2；差动输入级OP1的正输入端+及负输入端－分别接收正端输入电压INP及负端输入电压INN；第一输出级OS1及第二输出级OS2彼此串接且第一输出级OS1的输出端与第二输出级OS2的输出端均耦接至输出电压VO端；第一输出级OS1耦接于第一电压SUP1与第二电压SUP2之间；第二输出级OS2耦接于第二电压SUP2与第三电压VSN1之间；侦测模块20分别耦接正端输入电压INP、参考电压VREF、第一输出级OS1与第二输出级OS2。
于一实施例中，若将输出电压VO端耦接至差动输入级OP1的负输入端－，亦即将输出电压作为负端输入电压INN，则会形成一缓冲器(Buffer)。在放大器电路2形成虚短路的效应下，输出电压VO会与差动输入级OP1的正输入端+所接收的正端输入电压INP相等或相近。
实际上，若放大器电路2作为缓冲器应用于液晶显示器时，缓冲器驱动液晶显示面板上的液晶的等效多级RC串联负载端，亦可推动电阻负载，但不以此为限。
以第一输出级OS1而言，第一输出级OS1包含第一晶体管M1及第二晶体管M2。第一晶体管M1及第二晶体管M2串接于第一电压SUP1与第二电压SUP2之间，其中第一电压SUP1大于第二电压SUP2。第一晶体管M1与第二晶体管M2之间的接点耦接至输出电压VO端；第一晶体管M1的闸极通过第一开关耦接至差动输入级OP1的第一输出端；第二晶体管M2的闸极通过第二开关耦接至差动输入级OP1的第二输出端。实际上，第一输出级OS1的第一晶体管M1及第二晶体管M2可分别是P型晶体管及N型晶体管，但不以此为限。
同理，以第二输出级OS2而言，第二输出级OS2包含第三晶体管M3及第四晶体管M4。第三晶体管M3及第四晶体管M4串接于第二电压SUP2与第三电压VSN1之间，其中第二电压SUP2大于第三电压VSN1。第三晶体管M3及第四晶体管M4之间的接点耦接至输出电压VO端；第三晶体管M3的闸极通过第三开关耦接至差动输入级OP1的第一输出端；第四晶体管M4的闸极通过第四开关耦接至差动输入级OP1的第二输出端。
实际上，第三电压VSN1可以是小于第二电压SUP2的正电压、接地电压或负电压，并无特定的限制。第二输出级OS2的第三晶体管M3及第四晶体管M4可分别是P型晶体管及N型晶体管，但不以此为限。
于此实施例中，侦测模块20用以侦测正端输入电压INP是否小于参考电压VREF并根据侦测结果选择性地启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2，或是启动第二输出级OS2并关闭第一输出级OS1。也就是说，第一输出级OS1与第二输出级OS2并不会同时启动，在同一时间下只有一个输出级会被启动，另一个输出级则会被关闭。
于一实施例中，参考电压VREF可等于第二电压SUP2，若侦测模块20侦测正端输入电压INP是否小于参考电压VREF(第二电压SUP2)的侦测结果为是，亦即正端输入电压INP小于参考电压VREF(第二电压SUP2)，侦测模块20会输出具有低准位(Low-level)的控制信号VCTRL去启动第二输出级OS2并关闭第一输出级OS1。
请参照图3，图3为当正端输入电压INP小于参考电压VREF时放大器电路2运作的示意图。如图3所示，侦测模块20启动第二输出级OS2的第三晶体管M3及第四晶体管M4并关闭第一输出级OS1的第一晶体管M1及第二晶体管M2。
因此，放大器电路2的输出级仅会运作于第二电压SUP2与第三电压VSN1之间，其电压范围小于图1的现有技术中的放大器电路1的输出级运作于第一电压SUP1与第三电压VSN1之间，这不仅有助于降低输出级的消耗功率，亦有助于选用承受较低电压的晶体管构成输出级，以节省成本。
以实际例子来看，假设第一电压SUP1与第二电压SUP2分别为10伏特(V)与5伏特(V)，第三电压VSN1为0伏特(V)，正端输入电压INP与输出电压VO均为4伏特(V)，输出电流IO为10毫安培(mA)，流经第二晶体管M2的电流I2及流经第四晶体管M4的电流I4均为1微安培(uA)。
于图1所示的现有技术的放大器电路1中，运作中的第一晶体管M1所消耗的功率PM1＝(10V-4V)*(10mA+1uA)＝0.06瓦特(W)且运作中的第二晶体管M2所消耗的功率PM2＝4V*1uA＝4微瓦特(uW)；于图3所示的本发明的放大器电路2中，运作中的第三晶体管M3所消耗的功率PM3＝(5V-4V)*(10mA+1uA)＝0.01瓦特(W)且运作中的第四晶体管M4所消耗的功率PM4＝4V*1uA＝4微瓦特(uW)。
由上述比较可知：本发明的第三晶体管M3所消耗的功率明显少于现有技术的第一晶体管M1所消耗的功率，使得本发明的放大器电路2运作时输出级的消耗功率可比现有技术的放大器电路1运作时输出级的消耗功率减少0.05瓦特(W)，其减少的幅度高达84％，故能达到非常优异的减少功耗效果。
另一方面，若侦测模块20的侦测结果为否，亦即正端输入电压INP不小于第二电压SUP2，侦测模块20会输出具有高准位(High-level)的控制信号VCTRL去启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2。
此时，放大器电路2的输出级仅会运作于第一电压SUP1与第二电压SUP2之间，其电压范围小于图1的现有技术中的放大器电路1的输出级运作于第一电压SUP1与第三电压VSN1之间，这不仅有助于降低输出级的消耗功率，亦有助于选用承受较低电压的晶体管构成输出级，以节省成本。
于另一实施例中，若侦测模块20的侦测结果为是，亦即正端输入电压INP小于第二电压SUP2，侦测模块20会输出具有高准位的控制信号VCTRL去启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2；若侦测模块20的侦测结果为否，亦即正端输入电压INP不小于第二电压SUP2，侦测模块20会输出具有低准位的控制信号VCTRL去启动第二输出级OS2并关闭第一输出级OS1。
综合上述可知：由于放大器电路2的第一输出级OS1与第二输出级OS2并不会同时启动，在同一时间下只有一个输出级会被启动，另一个输出级则会被关闭。由此，放大器电路2的输出级仅会运作于较小的电压范围内，有助于降低输出级的消耗功率，并可选用承受较低电压的晶体管构成输出级，以节省成本。
接着，请参照图4至图7，图4至图7分别为放大器电路2中的侦测模块20的不同实施例。
如图4所示，侦测模块20可包含比较器CP。当比较器CP的正输入端+及负输入端－分别接收到正端输入电压INP及参考电压VREF时，比较器CP会比较正端输入电压INP与参考电压VREF并根据比较结果选择性输出具有高准位或低准位的控制信号VCTRL至第一输出级OS1及第二输出级OS2，以控制第一输出级OS1及第二输出级OS2的启动或关闭。
举例而言，假设参考电压VREF为5伏特(V)，若比较器CP的正输入端+所接收到的正端输入电压INP大于5伏特(V)，比较器CP会输出具有高准位的控制信号VCTRL去启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2；若比较器CP的正输入端+所接收到的正端输入电压INP小于5伏特(V)，比较器CP会输出具有低准位的控制信号VCTRL去启动第二输出级OS2并关闭第一输出级OS1。
如图5所示，侦测模块20可包含比较器CP及计时器TC。当比较器CP分别接收到正端输入电压INP及参考电压VREF时，比较器CP会比较正端输入电压INP与参考电压VREF并根据比较结果产生具有高准位或低准位的控制信号VCTRL至计时器TC。
于此实施例中，计时器TC的主要功用在于计算一预设延迟时间作为一种数字型式的判断机制，由以避免噪声干扰正端输入电压INP及参考电压VREF，故能防止第一输出级OS1及第二输出级OS2误动作所导致输出错误电压及多余功耗的情事发生。
举例而言，若比较器CP的比较结果(例如正端输入电压INP大于5伏特(V)能够维持超过计时器TC所计算的预设时间，此时计时器TC才会输出具有高准位的控制信号VCTRL去启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2。
如图6所示，侦测模块20可包含比较器CP及延迟单元DL。当比较器CP分别接收到正端输入电压INP及参考电压VREF时，比较器CP会比较正端输入电压INP与参考电压VREF并根据比较结果产生具有高准位或低准位的控制信号VCTRL至延迟单元DL。
于此实施例中，延迟单元DL至少包含电阻R及电容C，其主要功用在于通过电阻R及电容C提供一RC延迟时间来作为模拟型式的判断机制。
举例而言，若比较器CP的比较结果(例如正端输入电压INP大于5伏特(V)能够维持超过延迟单元DL的电阻R及电容C所形成的RC延迟时间，此时延迟单元DL才会输出具有高准位的控制信号VCTRL去启动第一输出级OS1并关闭第二输出级OS2。
如图7所示，侦测模块20除了包含图6所示的比较器CP及延迟单元DL之外，还可进一步包含施密特触发器ST。需说明的是，设置施密特触发器ST的主要功用在于稳定延迟单元DL中的电阻R及电容C所形成的RC延迟时间并减少噪声的干扰。
相较于现有技术，本发明所提出应用于液晶显示装置的源极驱动器的放大器电路能够有效达到下列具体功效：
(1)由于本发明可通过侦测模块适时切换第一输出级或第二输出级进行运作，故能有效减少输出级的功率消耗并大幅降低放大器电路的温度，达到节省能耗及增加市场竞争力的功效。
(2)由于本发明的放大器电路的输出级不需工作于电压范围较大的第一电压与接地电压之间，而仅需工作于电压范围较小的第一电压与第二电压之间或是第二电压与接地电压之间即可，故可选用耐受较低电压(例如半电压)的晶体管来构成输出级，并可降低布局面积(IC Size)来节省生产成本。
由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权利要求的范畴内。

Claims (11)

1.一种放大器电路，应用于一液晶显示装置的一源极驱动器，其特征在于，该放大器电路包含：
一差动输入级，分别接收一正端输入电压及一负端输入电压；
一第一输出级，耦接于一第一电压与一第二电压之间，该第一输出级包含一第一晶体管及一第二晶体管，该第一晶体管及该第二晶体管分别耦接至该差动输入级，其中该第一电压大于该第二电压；
一第二输出级，耦接于该第二电压与一第三电压之间，该第二输出级包含一第三晶体管及一第四晶体管，该第三晶体管及该第四晶体管分别耦接至该差动输入级，其中该第二电压大于该第三电压；以及
一侦测模块，分别耦接至该正端输入电压、该第一输出级及该第二输出级，用以侦测该正端输入电压是否小于一参考电压并根据侦测结果选择性地启动该第一输出级并关闭该第二输出级，或是启动该第二输出级并关闭该第一输出级。
2.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，若该侦测模块的侦测结果为是，该侦测模块输出一控制信号去启动该第二输出级并关闭该第一输出级；若该侦测模块的侦测结果为否，该侦测模块输出该控制信号去启动该第一输出级并关闭该第二输出级。
3.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，该差动输入级为一运算放大器，该运算放大器的一正输入端及一负输入端分别接收该正端输入电压及该负端输入电压，该运算放大器的一第一输出端分别耦接该第一输出级中的该第一晶体管及该第二输出级中的该第三晶体管且该运算放大器的一第二输出端分别耦接该第一输出级中的该第二晶体管及该第二输出级中的该第四晶体管。
4.如权利要求3所述的放大器电路，其特征在于，该运算放大器的该第一输出端通过一第一开关耦接至该第一输出级中的该第一晶体管的闸极，该运算放大器的该第二输出端通过一第二开关耦接至该第一输出级中的该第二晶体管的闸极，该运算放大器的该第一输出端通过一第三开关耦接至该第二输出级中的该第三晶体管的闸极，该运算放大器的该第二输出端通过一第四开关耦接至该第二输出级中的该第四晶体管的闸极。
5.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，该第一晶体管及该第二晶体管分别为P型晶体管及N型晶体管。
6.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，该第三晶体管及该第四晶体管分别为P型晶体管及N型晶体管。
7.如权利要求2所述的放大器电路，其特征在于，该侦测模块包含一比较器，该比较器分别接收该正端输入电压及该参考电压并根据该正端输入电压与该参考电压的一比较结果输出该控制信号。
8.如权利要求2所述的放大器电路，其特征在于，该侦测模块包含一比较器及一计时器，该比较器分别接收该正端输入电压及该参考电压并根据该正端输入电压与该参考电压的一比较结果产生该控制信号至该计时器，若该比较结果维持超过该计时器所计算的一预设时间，该计时器输出该控制信号。
9.如权利要求2所述的放大器电路，其特征在于，该侦测模块包含一比较器及一延迟单元，该延迟单元至少包含一电阻及一电容，该比较器分别接收该正端输入电压及该参考电压并根据该正端输入电压与该参考电压的一比较结果产生该控制信号至该延迟单元，若该比较结果维持超过该延迟单元的该电阻及该电容所形成的一延迟时间，该延迟单元输出该控制信号。
10.如权利要求9所述的放大器电路，其特征在于，该侦测模块进一步包含一施密特触发器，该施密特触发器耦接该延迟单元并用以稳定该电阻及该电容所形成的该延迟时间并减少噪声干扰。
11.如权利要求1所述的放大器电路，其特征在于，该参考电压等于该第二电压。
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