CN114596823B - 实现低功耗宽工作电压的lcd驱动电路结构 - Google Patents

实现低功耗宽工作电压的lcd驱动电路结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，包括倍压电路VOLT模块、电平转换电路模块、电源切换电路模块、电阻分压电路模块、电平保持电路模块和电压跟随器组。本发明的电阻分压模块间隙工作，结合电平保持电路和电压跟随器，可以在低功耗下得到较强驱动能力的LCD驱动电压VLCD、V2和V1。采用了本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，相对于电阻型LCD驱动电路，驱动能力更强，且LCD工作电压VLCD可以调节，不受电源电压VDD影响。本发明减少了V1、V2两个端口，并减少了稳压电容，降低了应用成本。本发明的工作电压范围较宽，且电阻分压模块间隙工作，适用于单、双电池等低功耗工作场合。

Description

实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构
技术领域
本发明涉及电路结构领域，尤其涉及电阻型LCD驱动电路领域，具体是指一种实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构。
背景技术
在电阻型LCD驱动电路中，VDD通过内部电阻分压得到LCD工作电压VLCD、三分之一分压V1、三分之二分压V2等，再供给COM段、SEG段。此LCD驱动电路一般应用于双电池场合，工作电压范围为2V～3.6V。如果内部分压电阻取值较小，则会导致驱动电路工作电流较大，不适用于电池供电的方案；而如果为了减小功耗，取较大的电阻值，则V1、V2等的驱动能力偏弱，导致LCD显示效果较差，出现如显示暗淡、对比度低、有残影等现象。
在电容型LCD驱动电路中，需要倍压端口LCA、LCB并外接倍压电容，再选择一个较低电压V1，V1可以是内部基准产生，比如1.2V～1.3V；也可以是单电池供电的VDD，电压范围为1.2～1.8V。倍压后得到二倍压V2、三倍压VLCD，再供给COM段、SEG段。V1、V2、VLCD端口都需要外接稳压电容，增加了电路面积和成本，且外接电容也增加了整体成本。另一种电容型LCD驱动电路中，将VLCD与外部供电VDD相连，通过LCA、LCB倍压，得到三分之一分压V1、三分之二分压V2，V1、V2需要外接电容进行稳压，再供给COM段、SEG段，该LCD驱动电路应用于双电池场合，同样存在所需端口和外接电容多的缺点。
电阻型LCD驱动电路设计如图1所示，以1/3bias为例。此方案将VLCD与VDD相连，并接到外部电源上，通过内部电阻分压得到VLCD的三分之一分压V1、三分之二分压V2。分压电阻偏小，电路待机电流偏大；分压电阻偏大，V1、V2驱动能力偏弱。
电容型LCD驱动电路设计如图2所示，以1/3bias为例。此方案将VLCD与VDD相连，并接到外部电源上，LCA、LCB端口连接倍压电容。而VLCD的三分之一分压V1、三分之二分压V2需要通过V1、V2引脚外接电容进行稳压。如此一来，需要增加至少4个端口，分别为LCA、LCB、V1和V2，而外围也多了三个电容C1、C2、C3。另外，由于LCD工作电压VLCD与VDD相连，VLCD、V2、V1的电压会随着VDD波动而波动，在VDD电压值较高时，不显示的LCD笔段会隐约显示，而在VDD电压值较低时，LCD显示的笔段暗淡。
现有的技术中，电阻型LCD驱动电路通过内部电阻进行分压，在待机电流受限的情况下，驱动能力会偏弱；电容型LCD驱动电路通过外接倍压电容进行倍压，增加了电路端口，又增加了外围电容，成本增长明显。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种满足低功耗、宽工作电压、电路面积小、外接电容少、成本低、显示效果好的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构。
为了实现上述目的，本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构如下：
该实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其主要特点是，所述的电路结构包括倍压电路VOLT模块、电平转换电路模块、电源切换电路模块、电阻分压电路模块、电平保持电路模块和电压跟随器组，
所述的倍压电路VOLT模块在电源电压为第一电压值的情况下，与倍压电容和稳压电容相连接，在电源电压为第二电压值的情况下，不外接倍压电容和稳压电容；所述的电源切换电路模块与倍压电路VOLT模块和电源电压VDD相连接，选择倍压电路VOLT模块的输出电压VH和电源电压VDD之间的较大电压作为驱动电路结构的工作电压VHH；所述的电平转换电路模块与电源切换电路模块、电阻分压电路模块和电平保持电路模块相连接，当电平转换电路的输入信号为低电平时，输出信号也为低电平，输出信号为高电平时即电源电压VDD时，输出信号的高电平为LCD驱动电路的工作电压VHH；
所述的电阻分压电路模块包括依次串联的第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和NMOS管，所述的第一电阻与电源切换电路模块相连接，所述的NMOS管接地；所述的电平保持电路模块包括第一传输门、第二传输门、第三传输门、第二NMOS电容、第四NMOS电容和第六NMOS电容，所述的第一传输门与第二NMOS电容相连，且另一端接在第一电阻和第二电阻之间，所述的第二传输门与第四NMOS电容相连，且另一端接在第二电阻和第三电阻之间，所述的第三传输门与第六NMOS电容相连，且另一端接在第三电阻和第四电阻之间；
所述的电压跟随器组包括三个电压跟随器，分别与第二NMOS电容、第四NMOS电容和第六NMOS电容相连接，输出电压VLCD、V2和V1。
较佳地，所述的倍压电路VOLT模块包括LCA端口、LCB端口、VH端口、PUMP_EN端口和CK1端口，在单电池的情况下，LCA端口和LCB端口间接倍压电容，VH端口接稳压电容，使能后，PUMP_EN为高电平，VH电压随着倍压时钟CK1逐步稳定在2倍的电源电压；在双电池的情况下，LCA端口、LCB端口和VH端口均悬空，PUMP_EN端口和CK1端口均为低电平，VH端口与电源电压VDD为弱导通。
较佳地，所述的电平转换电路包括PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口，PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口在输入信号的高电平即电源电压VDD时，输出驱动电路结构的最大电压VHH，在单电池工作场合，电平转换电路将高电平信号转换为驱动电路结构的最大电压VHH，即电源电压VDD信号的2倍；在双电池工作场合，驱动电路结构的最大电压VHH为电源电压VDD，电平转换电路正常工作。
较佳地，所述的电源切换电路包括PMOS管P0和PMOS管P1，所述的PMOS管P0和PMOS管P1的源极相连，PMOS管P0的漏极与倍压电路输出电压VH相连，PMOS管P1的漏极与电源电压VDD相连，所述的电源切换电路选择电源电压VDD和倍压电路输出电压VH中的最大电压作为工作电压VHH。
较佳地，所述的电阻分压电路中第一电阻和第二电阻间的节点电压为VA3，第二电阻和第三电阻间的节点电压为VA2，第三电阻和第四电阻间的节点电压为VA1，所述的电阻分压电路通过第一电阻来调节VA3的电压大小，NMOS管的栅极接CK2信号，在信号CK2高电平的情况下，将VA3电压A3三等分，得到三分之一分压VA1、三分之二分压VA2，电阻分压电路产生功耗；在信号CK2低电平的情况下，电阻分压电路不产生功耗，VA1、VA2、VA3的电压均等于电压VHH。
较佳地，所述的电平保持电路中第二NMOS电容、第四NMOS电容和第六NMOS电容的节点电压分别为VB3、VB2和VB1，在CK3为高电平的情况下，VB3、VB2和VB1接收节点VA3、VA2和VA1传递的电压；在CK3为低电平的情况下，VB3、VB2和VB1分别通过NMOS电容N2、NMOS电容N4和NMOS电容N6保持电平。
较佳地，所述的第一电压值的电压范围为1.2～1.8V，所述的第二电压值的电压范围为2V～3.6V。
采用了本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，相对于电阻型LCD驱动电路，驱动能力更强，且LCD工作电压VLCD可以调节，不受电源电压VDD影响。本发明减少了V1、V2两个端口，并减少了稳压电容，降低了应用成本，且LCD工作电压VLCD不受电源电压VDD影响。本发明的工作电压范围较宽，在1.0V～3.6V之间可以正常工作，且电阻分压模块间隙工作，适用于单、双电池等低功耗工作场合。
附图说明
图1为现有技术的电阻型LCD驱动电路结构示意图。
图2为现有技术的电容型LCD驱动电路结构示意图。
图3为本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构的结构示意图。
图4为本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构的电平转换图。
图5为本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构的信号CK3与CK2的关系示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
本发明的该实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其中包括倍压电路VOLT模块、电平转换电路模块、电源切换电路模块、电阻分压电路模块、电平保持电路模块和电压跟随器组，电阻分压模块间隙工作，结合电平保持电路和电压跟随器，可以在低功耗下得到较强驱动能力的LCD驱动电压VLCD、V2和V1，本发明驱动电路结构的驱动电压VLVD、V2和V1可以调节。在双电池场合，LCA、LCB不需要外接倍压电容，VH不需要外接稳压电容。工作电压范围宽，适用于单、双电池工作场合。本发明驱动电路结构具备低功耗、宽工作电压的特点，减少了外部电容，降低了成本，同时LCD工作电压VLCD不受外部电源电压VDD的影响，提高了显示性能。
倍压电路VOLT模块在电源电压为第一电压值的情况下，与倍压电容和稳压电容相连接，在电源电压为第二电压值的情况下，不外接倍压电容和稳压电容；所述的电源切换电路模块与倍压电路VOLT模块和电源电压VDD相连接，选择倍压电路VOLT模块的输出电压VH和电源电压VDD之间的较大电压作为驱动电路结构的工作电压VHH；所述的电平转换电路模块与电源切换电路模块、电阻分压电路模块和电平保持电路模块相连接，当电平转换电路的输入信号为低电平时，输出信号也为低电平，输出信号为高电平时即电源电压VDD时，输出信号的高电平为LCD驱动电路的工作电压VHH；
其中，所述的第一电压值的电压范围为1.2～1.8V，所述的第二电压值的电压范围为2V～3.6V。
电阻分压电路模块包括依次串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和NMOS管N0，第一电阻R1与电源切换电路模块相连接，NMOS管N0接地；电平保持电路模块包括第一传输门、第二传输门、第三传输门、第二NMOS电容N2、第四NMOS电容N4和第六NMOS电容N6，第一传输门与第二NMOS电容N2相连，且另一端接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，第二传输门与第四NMOS电容N4相连，且另一端接在第二电阻R2和第三电阻R3之间，第三传输门与第六NMOS电容N6相连，且另一端接在第三电阻R3和第四电阻R4之间；
电压跟随器组包括三个电压跟随器，分别与第二NMOS电容N2、第四NMOS电容N4和第六NMOS电容N6相连接，输出电压VLCD、V2和V1。
作为本发明的优选实施方式，倍压电路VOLT模块包括LCA端口、LCB端口、VH端口、PUMP_EN端口和CK1端口，在单电池的情况下，LCA端口和LCB端口间接倍压电容，VH端口接稳压电容，使能后，PUMP_EN为高电平，VH电压随着倍压时钟CK1逐步稳定在2倍的电源电压；在双电池的情况下，LCA端口、LCB端口和VH端口均悬空，PUMP_EN端口和CK1端口均为低电平，VH端口与电源电压VDD为弱导通。
作为本发明的优选实施方式，电平转换电路包括PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口，PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口在输入信号的高电平即电源电压VDD时，输出驱动电路结构的最大电压VHH，在单电池工作场合，电平转换电路将高电平信号转换为驱动电路结构的最大电压VHH，即电源电压VDD信号的2倍；在双电池工作场合，驱动电路结构的最大电压VHH为电源电压VDD，电平转换电路正常工作。
电平转换电路的作用是在单电池工作场合，控制信号PUMP_EN、CK2、CK3、LCDX<2:0>的高电平等于电源电压VDD，电平转换电路则把这些信号的高电平转换为LCD驱动电路的最高电压VHH，即VDD的2倍压，然后再去控制电源切换电路、电阻分压电路、电平保持电路等。在双电池工作场合，控制信号PUMP_EN、CK2、CK3、LCDX<2:0>的高电平等于电源电压VDD，LCD驱动电路的最高电压VHH也等于电源电压VDD，电平转换电路不影响正常使用。
作为本发明的优选实施方式，电源切换电路包括PMOS管P0和PMOS管P1，PMOS管P0和PMOS管P1的源极相连，PMOS管P0的漏极与倍压电路输出电压VH相连，PMOS管P1的漏极与电源电压VDD相连，电源切换电路选择电源电压VDD和倍压电路输出电压VH中的最大电压作为工作电压VHH。
其中，电源切换电路由PMOS管P0、P1构成，在电源电压VDD、倍压电路输出电压VH中选择最高电压作为LCD驱动电路的工作电压VHH。
在单电池工作场合，PUMP_EN为高电平，使能倍压电路，其输出电压VH等于电源电压VDD的2倍，PUMP_EN_N为0V，VHH等于VH；PUMP_EN_M等于VHH，关断VDD、VHH之间的通路。在双电池工作场合，PUMP_EN为0V，不使能倍压电路，在其内部，VH与电源电压VDD存在弱导通，PUMP_EN_M为0V，VHH等于VDD；PUMP_EN_N等于VHH，关断VH、VHH之间的通路。
作为本发明的优选实施方式，电阻分压电路中第一电阻R1和第二电阻R2间的节点电压为VA3，第二电阻R2和第三电阻R3间的节点电压为VA2，第三电阻R3和第四电阻R4间的节点电压为VA1，电阻分压电路通过第一电阻来调节VA3的电压大小，NMOS管N0的栅极接CK2信号，在信号CK2高电平的情况下，将VA3电压A3三等分，得到三分之一分压VA1、三分之二分压VA2，电阻分压电路产生功耗；在信号CK2低电平的情况下，电阻分压电路不产生功耗，VA1、VA2、VA3的电压均等于电压VHH。
其中，本发明以1/3bias为例，电阻分压电路包括电阻R1、R2、R3、R4和NMOS管N0。R2、R3、R4都是80KΩ，电阻R1受信号LCDXM<2:0>控制，其有8个等级的电阻输出，分别是0KΩ、12.6KΩ、26.7KΩ、42.4KΩ、60KΩ、80KΩ、102.9KΩ、129.2KΩ，可以调节VA3的电压大小，CK2高电平时，VA3分别等于1*VHH、0.95*VHH、0.90*VHH、0.85*VHH、0.80*VHH、0.75*VHH、0.70*VHH、0.65*VHH。由于R2、R3、R4电阻相等，CK2高电平时，把VA3电压三等分，得到三分之一分压VA1、三分之二分压VA2。为了降低电阻分压电路的功耗，CK2是一个8％占空比的脉冲信号，比如高电平设置为110us，低电平设置为1265us，在CK2高电平时，电阻分压电路才产生功耗；在CK2低电平时，电阻分压电路的功耗为0，此时VA1、VA2、VA3的电压都等于VHH。
作为本发明的优选实施方式，电平保持电路中第二NMOS电容N2、第四NMOS电容N4和第六NMOS电容N6的节点电压分别为VB3、VB2和VB1，在CK3为高电平的情况下，VB3、VB2和VB1接收节点VA3、VA2和VA1传递的电压；在CK3为低电平的情况下，VB3、VB2和VB1分别通过NMOS电容N2、NMOS电容N4和NMOS电容N6保持电平。
其中，电平保持电路由3组传输门和3个NMOS电容N2、N4、N6构成，CK3高电平时，VA3、VA2、VA1电压分别传递给VB3、VB2、VB1；CK3低电平时，VB3、VB2、VB1分别依靠NMOS电容N2、N4、N6来保持电平。这里，CK3是一个7.3％占空比的脉冲信号，比如高电平设置为100us，低电平设置为1275us。CK3与CK2的关系如图5所示，CK2高电平之后，等待5us，VA1、VA2、VA3的电压达到稳定，CK3才变为高电平，并把VA3、VA2、VA1电压分别传递给VB3、VB2、VB1；CK3高电平持续100us，再变为低电平，依靠电容N2、N4、N6分别保持VB3、VB2、VB1的电压；再等待5us，CK2才变为低电平。
其中，本发明以1/3bias为例，VB3、VB2、VB1后面分别接3个电压跟随器，产生较强驱动能力的电压VLCD、V2和V1，以提高LCD显示效果。
采用了本发明的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，相对于电阻型LCD驱动电路，驱动能力更强，且LCD工作电压VLCD可以调节，不受电源电压VDD影响。本发明减少了V1、V2两个端口，并减少了稳压电容，降低了应用成本，且LCD工作电压VLCD不受电源电压VDD影响。本发明的工作电压范围较宽，在1.0V～3.6V之间可以正常工作，且电阻分压模块间隙工作，适用于单、双电池等低功耗工作场合。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (6)

1.一种实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的电路结构包括倍压电路VOLT模块、电平转换电路模块、电源切换电路模块、电阻分压电路模块、电平保持电路模块和电压跟随器组，
所述的倍压电路VOLT模块在电源电压为第一电压值的情况下，与倍压电容和稳压电容相连接，在电源电压为第二电压值的情况下，不外接倍压电容和稳压电容；所述的电源切换电路模块与倍压电路VOLT模块和电源电压VDD相连接，选择倍压电路VOLT模块的输出电压VH和电源电压VDD之间的较大电压作为驱动电路结构的工作电压VHH；所述的电平转换电路模块与电源切换电路模块、电阻分压电路模块和电平保持电路模块相连接，当电平转换电路的输入信号为低电平时，输出信号也为低电平，输出信号为高电平时即电源电压VDD时，输出信号的高电平为LCD驱动电路的工作电压VHH；
所述的电阻分压电路模块包括依次串联的第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)和NMOS管(N0)，所述的第一电阻(R1)与电源切换电路模块相连接，所述的NMOS管(N0)接地；所述的电平保持电路模块包括第一传输门、第二传输门、第三传输门、第二NMOS电容(N2)、第四NMOS电容(N4)和第六NMOS电容(N6)，所述的第一传输门与第二NMOS电容(N2)相连，且另一端接在第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，所述的第二传输门与第四NMOS电容(N4)相连，且另一端接在第二电阻(R2)和第三电阻(R3)之间，所述的第三传输门与第六NMOS电容(N6)相连，且另一端接在第三电阻(R3)和第四电阻(R4)之间；
所述的电压跟随器组包括三个电压跟随器，分别与第二NMOS电容(N2)、第四NMOS电容(N4)和第六NMOS电容(N6)相连接，输出电压VLCD、V2和V1；
所述的第一电压值的电压范围为1.2～1.8V，所述的第二电压值的电压范围为2V～3.6V。
2.根据权利要求1所述的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的倍压电路VOLT模块包括LCA端口、LCB端口、VH端口、PUMP_EN端口和CK1端口，在单电池的情况下，LCA端口和LCB端口间接倍压电容，VH端口接稳压电容，使能后，PUMP_EN为高电平，VH电压随着倍压时钟CK1逐步稳定在2倍的电源电压；在双电池的情况下，LCA端口、LCB端口和VH端口均悬空，PUMP_EN端口和CK1端口均为低电平，VH端口与电源电压VDD为弱导通。
3.根据权利要求1所述的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的电平转换电路包括PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口，PUMP_EN端口、CK2端口、CK3端口和LCDX端口在输入信号的高电平即电源电压VDD时输出驱动电路结构的最大电压VHH，在单电池工作场合，电平转换电路将高电平信号转换为驱动电路结构的最大电压VHH，即电源电压VDD信号的2倍；在双电池工作场合，驱动电路结构的最大电压VHH为电源电压VDD，电平转换电路正常工作。
4.根据权利要求1所述的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的电源切换电路包括PMOS管(P0)和第一PMOS管(P1)，所述的PMOS管(P0)和第一PMOS管(P1)的源极相连，PMOS管(P0)的漏极与倍压电路输出电压VH相连，第一PMOS管(P1)的漏极与电源电压VDD相连，所述的电源切换电路选择电源电压VDD和倍压电路输出电压VH中的最大电压作为工作电压VHH。
5.根据权利要求1所述的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的电阻分压电路中第一电阻(R1)和第二电阻(R2)间的节点电压为VA3，第二电阻(R2)和第三电阻(R3)间的节点电压为VA2，第三电阻(R3)和第四电阻(R4)间的节点电压为VA1，所述的电阻分压电路通过第一电阻来调节VA3的电压大小，NMOS管(N0)的栅极接CK2信号，在信号CK2高电平的情况下，将VA3电压A3三等分，得到三分之一分压VA1、三分之二分压VA2，电阻分压电路产生功耗；在信号CK2低电平的情况下，电阻分压电路不产生功耗，VA1、VA2、VA3的电压均等于电压VHH。
6.根据权利要求5所述的实现低功耗宽工作电压的LCD驱动电路结构，其特征在于，所述的电平保持电路中第二NMOS电容(N2)、第四NMOS电容(N4)和第六NMOS电容(N6)的节点电压分别为VB3、VB2和VB1，在CK3为高电平的情况下，VB3、VB2和VB1接收节点VA3、VA2和VA1传递的电压；在CK3为低电平的情况下，VB3、VB2和VB1分别通过所述的第二NMOS电容(N2)、第四NMOS电容(N4)和第六NMOS电容(N6)保持电平。
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