CN115985237B - 驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备，驱动电路包括驱动电流产生模块，根据第一偏置电压产生驱动电流；驱动模块，与驱动电流产生模块连接于第一节点，根据驱动电流驱动显示单元；开关电容放大器，接第一节点和驱动模块的控制端，开关电容放大器在一时钟信号的第一相位存储第一参考电压，并在第一相位之后的第二相位根据第一参考电压调整第一节点的电位，开关电容放大器还在第一相位断开驱动模块与显示单元之间的电流路径，并将第二参考电压提供至驱动模块的控制端，在第二相位接通驱动模块与显示单元之间的电流路径，并向驱动模块的控制端提供开关控制信号，以在实现驱动电路的快速响应的同时降低功耗。

Description

驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备。

背景技术

发光二极管(light-emitting diode，LED)是一种常用的发光器件，其亮度通过流经LED的驱动电流决定。因此在使用LED进行显示时，需要在显示设备上设置驱动电路，该驱动电路通过调节流过LED的驱动电流对亮度进行控制。传统的LED驱动电路，通过运算放大器控制LED导通时的压降，为了使得LED能够流过更大电流，向LED传输驱动电流的晶体管的栅端电压应尽可能的小，以减小该晶体管的尺寸。而该晶体管的栅端电压等于运算放大器的输出电压，这就需要使得运算放大器的输出摆幅(对地摆幅)应该尽可能的大。

现有技术中的两级运算放大器和折叠式运算放大器都能实现上述输出摆幅尽可能的大以使得LED能够流过更大电流的需求。然而，运算放大器的功耗对于显示设备来说极为重要，原因在于，在显示设备上，LED通常设置为一个点阵，假设一列LED可共用一个运算放大器，当有很多列LED时，需要很多运算放大器，运算放大器功耗占显示设备的整体功耗的比重就会变得非常大。对于两级运算放大器，为了做频率补偿，其偏置电流通常取的比较大，浪费功耗；对于折叠式运算放大器，虽然每一级的偏置电流不大，但是它需要多路偏置电流，加在一起也是很可观的功耗。

此外，向LED传输驱动电流的晶体管的打开速度也会影响驱动电路的性能，在该晶体管的打开过程中，需要把该晶体管的栅端电压从电源电压下拉至一个合适的电压，而现有技术中两种运算放大器的下拉都是通过一个固定的偏置电流下拉的，因此为了加快下拉的速度，必须增大偏置电流，从而导致浪费功耗。

因此，有待提出一种新的驱动电路以解决上述问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备，从而可以在实现驱动电路的快速响应的同时降低功耗。

根据本发明的一方面，提供一种驱动电路，用于驱动至少一个显示单元，所述驱动电路包括：驱动电流产生模块，用于根据第一偏置电压产生一驱动电流；驱动模块，与所述驱动电流产生模块连接于第一节点，用于根据所述驱动电流驱动所述显示单元；开关电容放大器，与所述第一节点以及所述驱动模块的控制端连接，其中，所述开关电容放大器用于在一时钟信号的第一相位存储第一参考电压，并在所述第一相位之后的第二相位根据所述第一参考电压调整所述第一节点的电位，所述开关电容放大器还用于在所述时钟信号的第一相位断开所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径，并将第二参考电压提供至所述驱动模块的控制端，以及在所述第一相位之后的第二相位接通所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径，并向所述驱动模块的控制端提供一开关控制信号。

可选地，所述开关电容放大器包括存储电容；第一切换模块，用于根据所述时钟信号将所述存储电容的第一端连接到所述第一参考电压或者所述第一节点；放大模块，具有与所述存储电容的第二端连接的第二节点以及用于输出所述开关控制信号的输出节点；第二切换模块，用于根据所述时钟信号将所述驱动模块的控制端连接到所述第二参考电压或者所述输出节点。

可选地，所述第一切换模块包括第一开关，连接于所述第一节点与所述存储电容的第一端之间；第二开关，连接于所述第一参考电压与所述存储电容的第一端之间。

可选地，所述第二切换模块包括第三开关，连接于所述驱动模块的控制端与所述输出节点之间；第四开关，连接于所述驱动模块的控制端与所述第二参考电压之间。

可选地，所述驱动电路还包括第五开关，连接于所述驱动模块的输出端与所述显示单元的输入端之间，用于根据所述时钟信号接通或者断开所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径。

可选地，所述驱动电流产生模块包括第一晶体管，所述第一晶体管的第一端接收电源电压，所述第一晶体管的控制端接收所述第一偏置电压，所述第一晶体管的第二端连接所述第一节点；所述驱动模块包括第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接所述第一晶体管的第二端，所述第二晶体管的控制端连接所述输出节点以及所述第二参考电压，所述第二晶体管的第二端连接所述第五开关。

可选地，所述放大模块包括依次串联于所述电源电压与地之间的第三晶体管和第四晶体管；以及连接于所述第三晶体管的控制端与所述输出节点之间的第六开关，其中，所述第四晶体管的控制端接收第二偏置电压，所述第四晶体管根据所述第二偏置电压产生一偏置电流，所述输出节点为所述第三晶体管与所述第四晶体管的公共节点。

可选地，所述第三晶体管在所述时钟信号的第一相位等效为二极管，以及在所述时钟信号的第二相位等效为单管放大器。

根据本发明的第二方面，提供一种显示设备，包括如上述所述的驱动电路。

根据本发明的第三方面，提供一种电子设备，包括如上述所述的显示设备。

根据本发明的第四方面，提供一种芯片，包括如上述所述的驱动电路。

本发明提供的驱动电路、芯片、显示设备以及电子设备，驱动电路包括驱动电流产生模块，用于根据第一偏置电压产生一驱动电流；驱动模块，与驱动电流产生模块连接于第一节点，用于根据驱动电流驱动显示单元；开关电容放大器，与第一节点以及驱动模块的控制端连接，其中，开关电容放大器用于在一时钟信号的第一相位存储第一参考电压，并在第一相位之后的第二相位根据第一参考电压调整第一节点的电位，开关电容放大器还用于在时钟信号的第一相位断开驱动模块与显示单元之间的电流路径，并将第二参考电压提供至驱动模块的控制端，以及在第一相位之后的第二相位接通驱动模块与显示单元之间的电流路径，并向驱动模块的控制端提供一开关控制信号，该驱动电路的放大模块只进行一级放大，且仅需一个恒定的偏置电流，降低了驱动电路的功耗。此外，在驱动电流的输出通路即驱动模块与显示单元之间设置第五开关，加快了驱动电路的响应速度。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据现有技术的显示芯片的驱动电路的结构示意图；

图2示出了根据现有技术的两级运算放大器的结构示意图；

图3示出了根据现有技术的折叠运算放大器的结构示意图；

图4示出了根据本发明实施例的驱动电路的结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的驱动电路的电路示意图；

图6示出了根据本发明实施例的驱动电路在第一相位时的等效电路图；

图7示出了根据本发明实施例的驱动电路在第二相位时的等效电路图；

图8示出了根据本发明实施例的驱动电路的部分电压的时序图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件或者模块采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在以下的描述中，“电路”可包括单个或多个组合的硬件电路、可编程电路、状态机电路和/或能存储由可编程电路执行的指令的元件。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件或电路“连接在”两个节点之间时，它可以直接耦合或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的，或者其结合。相反，当称元件“直接耦合到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。

同时，在本专利说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的组件。本领域普通技术人员应当可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件。本专利说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。

此外，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本申请中，MOS管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管）包括第一端、第二端和控制端。例如，PMOS管的第一端、第二端和控制端可以分别为源极、漏极和栅极，NMOS管的第一端、第二端和控制端可以分别为漏极、源极和栅极。

图1示出了根据现有技术的显示芯片的驱动电路的结构示意图，如图1所示，驱动电路至少包括晶体管M1、M2、开关S1、S2以及运算放大器OPAMP，其中，晶体管M1用于为发光器件(例如LED)提供驱动电流，其导通由偏置电压Vctrl控制；晶体管M2和运算放大器OPAMP组成负反馈，以使节点A的节点电压(即VCRES)等于运算放大器的输入电压Vref，从而保持节点A的节点电压稳定；开关S1、S2的导通和关断由一时钟信号控制，在所述时钟信号的第一相位，开关S1关断，开关S2导通，晶体管M2的栅端会被上拉至AVDD电位；在第一相位之后的第二相位，开关S2关断，开关S1导通，晶体管M1、M2以及运算放大器OPAMP构成闭环系统，使得晶体管M1的漏端电压等于运算放大器OPAMP的输入电压Vref，从而控制晶体管M1的输出电流，进而控制流过发光器件的驱动电流。

为了降低驱动电路的功耗，运算放大器OPAMP的输入电压Vref的值通常设置为AVDD-0 .2V(假设发光器件的导通压降为0 .2V)，则运算放大器OPAMP需要N沟道晶体管作为输入级。发光器件导通时会有大电流流过发光器件，该电流同时流过晶体管M1和晶体管M2。为了节省功耗，通常希望相同功耗下能流过发光器件的电流更大，也即，需要晶体管M1和晶体管M2上的压降尽可能的小，因此晶体管M2的栅极电压应尽可能的小，以减小晶体管M2的尺寸，而晶体管M2的栅极电压由运算放大器OPAMP的输出电压决定，这就需要使得运算放大器OPAMP的输出摆幅(对地摆幅)应该尽可能的大。

图2示出了根据现有技术的两级运算放大器的结构示意图；图3示出了根据现有技术的折叠运算放大器的结构示意图。图2和图3所示的运算放大器都能实现高的输出电压摆幅。

然而，在显示设备上，LED通常设置为一个点阵，假设一列LED可共用一个运算放大器，当有很多列LED时，需要很多运算放大器，运算放大器功耗占显示设备的整体功耗的比重就会变得非常大，因此运算放大器的功耗对于显示设备来说极为重要。图2的示例中的两级运算放大器，VN、VP、OUT分别对应于图1中的VCRES、Vref、OUT，VB是偏置电压，该运算放大器需要三路偏置电流I1-I3，其中偏置电流I3通常需要取的比较大，造成功耗的增加。图3的示例中的折叠式运算放大器，VN、VP、OUT分别对应于图1中的VCRES、Vref、OUT，VB、VBN1、VBP1是偏置电压，该运算放大器需要六路偏置电流I1-I6，虽然每一路偏置电流都不大，但是多路偏置电流加在一起也是很可观的功耗。

此外，晶体管M2的打开速度也会影响驱动电路的性能，在晶体管M2的打开过程中，需要把晶体管M2的栅端电压从电源电压AVDD下拉至一个合适的电压，图2中的两级运算放大器是通过偏置电流I3下拉的，图3中的折叠运算放大器是通过偏置电流I4下拉的，为了加快下拉的速度，必须增大偏置电流I3/I4，从而造成功耗浪费。

有鉴于此，本发明提出了一种驱动电路、显示设备及电子设备，根据本发明实施例的驱动电路，能够使得驱动电路快速响应，同时可以降低驱动电路功耗，使得应用驱动电路的显示设备和电子设备的功耗也降低。

图4示出了根据本发明实施例的驱动电路的结构示意图；图5示出了根据本发明实施例的驱动电路的电路示意图。

如图4以及图5所示，本发明提供了一种驱动电路，用于驱动至少一个显示单元100（图中仅示出一个显示单元），驱动电路包括驱动电流产生模块210、驱动模块220以及开关电容放大器230。

显示单元100包括发光器件，发光器件例如为发光二极管LED。

驱动电流产生模块210用于根据电源电压AVDD以及偏置电压V1产生一驱动电流，偏置电压V1例如是用于控制驱动电流产生与否的电压。

驱动模块220与驱动电流产生模块210连接于节点A，用于根据驱动电流驱动显示单元100。

开关电容放大器230与节点A以及驱动模块220的控制端连接，用于在一时钟信号的第一相位存储参考电压VCRE，并在第一相位之后的第二相位根据参考电压VCRE调节节点A的电位。参考电压VCRE相当于图2、图3中运算放大器的输入电压Vref，为电源电压AVDD与发光器件的导通压降之差，例如为AVDD-0.2V(假设发光器件的导通压降为0.2V)。

开关电容放大器230还用于在所述时钟信号的第一相位断开驱动模块220与显示单元100之间的电流路径，并将参考电压VCAS提供至驱动模块220的控制端，以及在所述第一相位之后的第二相位接通驱动模块220与显示单元100之间的电流路径，并向驱动模块230提供一开关控制信号Vgate。参考电压VCAS与开关控制信号Vgate处于稳态值时的电压值接近，可以略小于或者略大于开关控制信号Vgate处于稳态值时的电压值，后面均以参考电压VCAS略大于开关控制信号Vgate处于稳态值时的电压值为例说明。

开关电容放大器230包括存储电容C、放大模块231、第一切换模块232以及第二切换模块233。第一切换模块232用于根据所述时钟信号将存储电容C的第一端连接到参考电压VCRE或者节点A。第二切换模块233用于根据所述时钟信号将驱动模块220的控制端连接到参考电压VCAS或者开关控制信号Vgate的输出节点B。放大模块231具有与存储电容C的第二端连接的节点X以及用于输出开关控制信号Vgate的输出节点B。

驱动电路还包括开关S5，连接于驱动模块220的输出端与显示单元100的输入端之间，用于根据所述时钟信号接通或者断开驱动模块220与显示单元100之间的电流路径。

驱动电流产生模块210包括晶体管M1，晶体管M1的第一端接收电源电压AVDD，晶体管M1的控制端接收偏置电压V1，晶体管M1的第二端连接至节点A。

驱动模块220包括晶体管M2，晶体管M2的第一端连接晶体管M1的第二端，晶体管M2的第二端连接显示单元100，晶体管M2的控制端接收参考电压VCAS或者开关控制信号Vgate。

放大模块231包括依次串联于电源电压AVDD与地GND之间的晶体管M3和晶体管M4、连接于晶体管M3的控制端与开关控制信号Vgate的输出节点B之间的开关S6，其中，晶体管M4的控制端接收偏置电压VBIAS，晶体管M4根据偏置电压VBIAS产生偏置电流IB，输出节点B为晶体管M3和晶体管M4的公共节点，节点X为晶体管M3的控制端与存储电容C的第二端的公共节点。

第一切换模块232包括开关S1，连接于节点A与存储电容C的第一端之间；开关S2，连接于参考电压VCRE与存储电容C的第一端之间。

第二切换模块233包括开关S3，连接于晶体管M2的控制端与开关控制信号Vgate的输出节点B之间；开关S4，连接于晶体管M2的控制端和参考电压VCAS之间。

进一步地，晶体管M3为PMOS管，晶体管M4为NMOS管。

进一步地，偏置电压VBIAS为恒定电压，因此，偏置电流IB也为恒定电流。

进一步地，开关S1-S6的导通和关断受所述时钟信号控制，当所述时钟信号处于第一相位时，开关S1、S3、S5均关断，开关S2、S4、S6均导通，当所述时钟信号处于第一相位之后的第二相位时，开关S1、S3、S5均导通，开关S2、S4、S6均关断。

图6示出了根据本发明实施例的驱动电路在第一相位时的等效电路图。

当所述时钟信号处于第一相位时，其等效电路图如图6所示，此时，晶体管M1、晶体管M2导通，晶体管M2的控制端电压V2为参考电压VCAS，因开关S5断开，所以晶体管M2与显示单元100之间的电流路径断开，晶体管M2的输出电压Vout为电源电压AVDD，因开关S6导通，晶体管M3等效为二极管，晶体管M3偏置在恒定的偏置电流IB下，且存储电容C的第一端接收参考电压VCRE，存储电容C的第二端存储的电荷为：Q1=C(VX-VCRE)，其中，VX为节点X的节点电压。

图7示出了根据本发明实施例的驱动电路在第二相位时的等效电路图。

当所述时钟信号处于第二相位时，其等效电路图如图7所示，此时，开关S5导通，所以晶体管M2与显示单元100之间的电流路径导通，因开关S6关断，晶体管M3等效为一个单管放大器，依旧偏置于偏置电流IB下，所以节点电压VX保持不变，存储电容C的第二端的电荷为：Q2=C(VX-VA)，根据电容的电荷守恒原理，Q1=Q2，所以节点电压VA等于参考电压VCRE，因此，图4中的开关电容放大器230可以与图2、图3中的运算放大器一样实现使得晶体管M1的漏端电压等于运算放大器OPAMP的输入电压Vref的功能，晶体管M2在所述时钟信号处于第一相位时一直导通，其控制端电压V2为与开关控制信号Vgate处于稳态值时的电压值接近的参考电压VCAS，因此，在时钟信号由第一相位切换至第二相位时，晶体管M2可以维持导通状态，节约了晶体管M2的打开时间。

相较于图2、图3中的运算放大器，本发明提供的开关电容放大器230只需进行一级放大，且只需一个恒定的偏置电流IB即可在驱动电路中实现与图2、图3的运算放大器一样的功能，可以有效降低驱动电路功耗，从而使得应用该驱动电路的显示设备和电子设备的功耗也降低。此外，在晶体管M2与显示单元100之间的电流路径设置开关S5，能快速打开驱动电路的输出通路，从而提高驱动电路的响应速度。

图8示出了根据本发明实施例的驱动电路的部分电压的时序图。

下面结合图8来说明本发明提供的驱动电路快速打开输出通路的原理，在时钟信号由第一相位切换为第二相位的瞬间，开关S5导通，晶体管M2的输出电压Vout会从电源电压AVDD下降至发光器件的开启电压，晶体管M2控制端电压V2会从参考电压VCAS耦合到一个比较低的值，节点电压VA会从电源电压AVDD耦合到一个比较低的值，节点电压VX也会瞬间拉至一个较低的值，节点电压VX的瞬间电压变化值为△V，之后由节点电压VX控制晶体管M3的充电电流，从而将晶体管M2控制端电压V2调整至开关控制信号Vgate最终的稳态值，在这个过程中晶体管M3的充电电流正比于(△V)²，因此，电路响应特别快。

在本发明的其他电路中，还提供了一种显示设备，包括多个显示单元以及至少一个如上述所述的驱动电路。

上述显示设备还被应用于电子设备中，电子设备包括但不限于台式电脑、电视机、具有大尺寸屏幕的移动设备如手机、平板电脑等。

此外，本发明还提供了一种芯片，包括上述所述的驱动电路。

依照本发明的实施例如上文，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求及其等效物所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种驱动电路，用于驱动至少一个显示单元，所述驱动电路包括：

驱动电流产生模块，用于根据第一偏置电压产生一驱动电流；

驱动模块，与所述驱动电流产生模块连接于第一节点，用于根据所述驱动电流驱动所述显示单元；

开关电容放大器，包括：

存储电容；

第一切换模块，用于根据一时钟信号将所述存储电容的第一端连接到第一参考电压或者所述第一节点；

第二切换模块，用于根据所述时钟信号将所述驱动模块的控制端连接到第二参考电压或者提供一开关控制信号的输出节点，

放大模块，包括：

依次串联于电源电压与地之间的第三晶体管和第四晶体管；以及

连接于所述第三晶体管的控制端与所述输出节点之间的第六开关，

其中，所述第三晶体管的控制端与所述存储电容的第二端连接，所述第四晶体管的控制端接收第二偏置电压，所述第四晶体管根据所述第二偏置电压产生一偏置电流，所述输出节点为所述第三晶体管与所述第四晶体管的公共节点；

其中，所述开关电容放大器用于在所述时钟信号的第一相位存储所述第一参考电压，并在所述第一相位之后的第二相位根据所述第一参考电压调整所述第一节点的电位，

所述开关电容放大器还用于在所述时钟信号的第一相位断开所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径，并将所述第二参考电压提供至所述驱动模块的控制端，以及在所述第一相位之后的第二相位接通所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径，并向所述驱动模块的控制端提供所述开关控制信号。

2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述第一切换模块包括：

第一开关，连接于所述第一节点与所述存储电容的第一端之间；

第二开关，连接于所述第一参考电压与所述存储电容的第一端之间。

3.根据权利要求2所述的驱动电路，其中，所述第二切换模块包括：

第三开关，连接于所述驱动模块的控制端与所述输出节点之间；

第四开关，连接于所述驱动模块的控制端与所述第二参考电压之间。

4.根据权利要求3所述的驱动电路，还包括：

第五开关，连接于所述驱动模块的输出端与所述显示单元的输入端之间，用于根据所述时钟信号接通或者断开所述驱动模块与所述显示单元之间的电流路径。

5.根据权利要求4所述的驱动电路，其中，所述驱动电流产生模块包括：

第一晶体管，所述第一晶体管的第一端接收电源电压，所述第一晶体管的控制端接收所述第一偏置电压，所述第一晶体管的第二端连接所述第一节点；

所述驱动模块包括：

第二晶体管，所述第二晶体管的第一端连接所述第一晶体管的第二端，所述第二晶体管的控制端连接所述输出节点以及所述第二参考电压，所述第二晶体管的第二端连接所述第五开关。

6.根据权利要求5所述的驱动电路，其中，所述第三晶体管在所述时钟信号的第一相位等效为二极管，以及在所述时钟信号的第二相位等效为单管放大器。

7.一种显示设备，包括如权利要求1-6任一项所述的驱动电路。

8.一种电子设备，包括如权利要求7所述的显示设备。

9.一种芯片，包括如权利要求1-6任一项所述的驱动电路。