CN1320739C - 电子设备、显示器和驱动显示器的电路装置及其启动方法 - Google Patents

电子设备、显示器和驱动显示器的电路装置及其启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种电路装置，该电路装置包括亚电压发生单元和用于产生至少一个电压(Vmult)的电压倍增器，通过在启动时间期间把电压倍增器转换到直接模式来控制电压倍增器。本发明还涉及用于驱动显示器的电路装置，涉及包括这种电路装置的显示器，涉及装备有用于图像数据显示的显示器的电子设备，该显示器包括用于驱动显示单元的电路装置，并且涉及包括亚电压发生单元(40)、电压倍增器(20)和启动控制单元(30)的电路装置(15)的启动方法。为了能够可靠和快速地启动这种电路装置(15)，同时有效地使用可用的电流和空间，提出在自适应的启动信号(ts)期间，利用初始启动信号(36)把电压倍增器(20)转换到直接模式，监视启动控制单元(30)中产生的触发信号(32)的变化，据此控制电压倍增器(20)。

Description

电子设备、显示器和驱动显示器的电路装置及其启动方法
技术领域
本发明涉及一种电路装置，包括亚电压发生单元和用于产生至少一个电压的电压倍增器。本发明还涉及一种用于产生至少一个电压的电压倍增器和一种用于驱动一个显示器的电路装置，和装备有这种电路装置的一种显示器，并且涉及一种电子设备，包括用于显示图像数据的显示单元以及用于驱动所述显示单元的电路装置。
背景技术
在必须具有高于可供电源电压的电压的设备中，需要电压倍增器。这种电压倍增器特别是用于显示器的驱动电路。现代的液晶显示的驱动需要使用比电源电压高几倍的电压，用于驱动电路。电压倍增器电路通常被构成为电荷泵，利用现有的系统电源电压驱动，并且经由多个泵级的串联连接把系统电源电压提高到必要的输出电压，每个泵级按开关或者二极管和电容器的原理构成。
将来，在信息和通信技术中显示技术将日益起到更重要的作用。作为人与数字世界之间的界面，对于现代信息系统的接受，显示器是至关重要的。特别是，便携式设备例如笔记本、电话、数字式摄象机和个人数字助理不利用显示器是不能实现的。驱动电路或者驱动电路装置用于驱动这种显示器或者这些显示器。驱动电路对准备在显示器上显示的图像信号进行转换。图像信息以数字信号的形式储存在存储介质中。这种数字信号必须转换成模拟信号，以便能够通过模拟电压在显示器上实现对应的对比度。
现今大量制造的显示装置要满足的一个主要条件是高的电流效率。
上述显示器主要用于电池供电的设备，所以低功耗和对应的电流效率变得日益更加重要。此外，这种设备中的可用空间起决定性的作用，所以充分地节省空间和降低重量构成主要的改进。不是必需的元件、或者仅暂时是需要的元件构成额外的功率损耗，在它们的待用周期期间也有对应的功耗。
DE 19639701公开了一种用于电压倍增器的控制电路，其中对输出电压进行监视。取决于输出电压的控制信号经由比较器施加到电荷泵的驱动器。这可使电荷泵根据输出电压接通或者断开。
这个电路开始时的不确定状态可能引起电路的误操作。不确定状态是起因于电荷泵及其控制电路的初始状态中的不确定电压。例如，亚电压的发生可能是不确定的，与外加参考电压相比的亚电压可能大于参考电压，所以电荷泵不启动，电荷泵的输出电压不能升高，因而最终导致整个电路装置的误操作。
电荷泵启动时，电荷泵输出的电压值达到零伏特或者是不确定的，所以各个亚电压值也是不确定的，比较器中的比较可能向不需要电压倍增的电荷泵输出信号。
施加于这种电路的附加要求涉及该电路能够支配的各种负载。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种具有自动、可靠和自适应的启动时序的电路装置，并且具有低的功耗和低的电路装置空间需求。
这个目的是通过用于产生至少一个电压值的电路装置来完成的，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，设置成在启动时间ts期间把电压倍增器转换到直接模式，以便控制电压倍增器。
根据本发明的电路装置必须提供一个升高的电压Vmult和由其决定的多个不同亚电压值。这些电压值要求例如用于驱动显示器并且必须是非常准确的。因为用于驱动显示器的一些亚电压值常常高于可利用的电源电压值，所以使用电压倍增器。这种电压倍增器在倍增系数方面是可编程的，例如电压倍增器不是所有级都被触发的。由于电压倍增器的可编程性，电荷泵的多级每次只有相关应用所需要的那些级被触发。因此，在电流消耗方面电压倍增器能够适合于相关应用。电压倍增器工作的倍增系数取决于必要的亚电压值，而亚电压值由电源电压、显示器特性和待显示的图像信息所决定。
显示器可以工作在例如不同分辩率的不同工作状态。低分辨率要求的亚电压值低于显示器工作在最大分辩率时的亚电压值。电压倍增器的倍增系数的可编程性在这方面也是有利的。
为了能够可靠和快速地接通电路装置，电路装置在启动时间期间的工作必须不同于正常方式。因此，提出对于启动时间直接地启动电压倍增器。为此目的，设置为电压倍增器供给触发信号和初始启动信号。在启动时间期间初始启动信号施加于电压倍增器，将电压倍增器转换到直接模式。然后，电源电压Vdd直接施加到电压倍增器的输出，以使亚电压发生单元能够产生电压倍增器的规定输出电压和规定的亚电压值。在启动时间已经过去并且所有必需的电压和亚电压得以调整之后，电压倍增器由触发信号控制。
按照本发明，提供了一种电路装置，用于产生至少一个电压值，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，其中，在启动时间期间，电压倍增器转换到直接模式，以控制电压倍增器，在直接模式范围，把电路装置的电源电压直接施加到电压倍增器的输出端。
按照本发明，提供了一种电路装置，用于驱动显示单元，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，其中，在启动时间期间，利用初始启动信号把电压倍增器转换到直接模式，以控制电压倍增器，在直接模式范围，把电路装置的电源电压直接施加到电压倍增器的输出端。
按照本发明，提供了一种显示单元，用于显示图像数据，该显示单元包括用于驱动显示单元的电路装置，该电路装置具有亚电压发生单元和电压倍增器，其中，在启动时间期间，利用至少一个信号把电压倍增器转换到直接模式，以控制电压倍增器，在直接模式范围，把电路装置的电源电压直接施加到电压倍增器的输出端。
按照本发明，提供了一种电子设备，装备有用于图像数据显示的显示单元，还具有用于驱动显示单元的电路装置，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，其中，在启动时间期间，利用至少一个信号把电压倍增器转换到直接模式，以控制电压倍增器，在直接模式范围，把电路装置的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器的输出端。
按照本发明，提供了一种电路装置的启动方法，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，该方法包括以下步骤：比较亚电压发生单元提供的亚电压和参考电压，以产生触发信号，来控制电压倍增器；在启动时间期间，利用至少一个触发信号把电压倍增器转换到直接模式，以控制电压倍增器，在直接模式范围，把电路装置的电源电压直接施加到电压倍增器的输出端，其中启动时间是根据对触发信号的监视而可调的。
在本发明的优选实施例中，触发信号由亚电压和参考信号组成。然后，在亚电压发生单元产生亚电压，参考信号由外部供给。
通过监视触发信号来产生初始启动信号。初始启动信号被施加于电压倍增器，直到触发信号呈现稳定的逻辑状态。
在启动控制单元产生初始启动信号和触发信号。这种单元是用于在启动时间期间按正常或常规工作模式控制电压倍增器。在电压倍增器的输出上出现规定的输出电压之后，工作在直接模式，也出现了规定的亚电压值，因此启动控制单元产生了规定的触发信号，电压倍增器可以转换到它的常规工作模式。
假设触发信号已经具有这样的稳定逻辑状态之后，电压倍增器由触发信号控制。此时，触发信号控制电压倍增器是否需要电压倍增。
根据本发明的电路装置包括电压倍增器和亚电压发生单元，由电压倍增器所产生的电压Vmult利用亚电压发生单元产生亚电压值。为了使电压倍增器导通或截止从而影响其倍增系数，从亚电压发生单元提供可选亚电压值以便施加于启动控制单元。通过与亚电压发生单元有关的开关装置，把可选亚电压值施加于启动控制单元。最好以晶体管阵列的形式获得开关装置，以便将任何可利用的亚电压施加于启动控制单元，与有关的应用一致。
启动控制单元包括至少一个比较器是有利的，例如是由差动放大器实现的。这个比较器接收来自亚电压发生单元的亚电压值。来自外部电源的参考电压Vref施加于比较器作为参考信号。这两个值的比较导致产生触发信号。利用电路装置的触发信号和初始状态，在启动控制单元产生初始控制信号，以便施加于电压倍增器。为此目的，触发信号施加于产生自适应启动时序的逻辑电路，这种启动时序以初始启动信号的形式施加于电压倍增器。为了保证电压倍增器工作在直接模式的时间尽可能的短，必须监视来自比较器的触发信号。对触发信号状态的这种监视能够使用于初始启动时序的时间尽可能的短。
结果，驱动显示单元的电路装置可以适合于许多不同的应用。同时，这种状态的监视能够可靠和快速地启动电路装置，亦即无需复杂的附加线路元件，以便保证可靠地启动。
施加到比较器的参考信号可以描述例如温度功能。因为显示单元可能尤其是取决于温度，在低温的情况必须使电压值适应相关的温度。
在本发明的优选实施例中，可以自适应地调整电压倍增器按直接模式工作期间的启动时间。这可以保证电压倍增器按直接模式工作的时间总是尽可能地短。为了能够这样适应启动时间，必须满足或实现以下条件。电压倍增器将工作在直接模式，亦即，可利用的电源电压Vdd直接地施加到电压倍增器的输出，无需触发电荷泵的各级。此外，亚电压发生单元必须连接到由电压倍增器给出的输出电压Vmult，亦即，亚电压发生单元在启动时间期间接收电源电压Vdd。参考电压Vref施加到比较器，然而此时应选择温度系数最低的参考电压Vref，以便在这个时候尽可能不依赖于温度。此外，针对产生亚电压值的转换单元的控制电压Vop应转换到可能的最高电压，该亚电压值是提供给比较器的。在这种情况下，电源电压Vdd是可能的最高电压。
用于控制转换单元的控制电压Vop来源于电压倍增器的输出电压，可以假设为地或Vss与Vmult之间的电压值。施加到比较器的亚电压则取决于分压器的可用亚电压值，在启动时间期间的最高电压不能高于Vdd。
电荷泵的输出存在小负载时对电路装置的快速启动是有利的，以致电路装置的电容可以尽可能快速地充电。因此，如果负荷的大小是可调节的，则应调节得尽可能地小。这是通过切断所有的连接的驱动电路即用于驱动显示器的电路来完成的。
在本发明的优选实施例中，电荷泵转换到直接模式。电源电压Vdd则直接地连接到电压倍增器或电荷泵的输出。电荷泵由串联的多个泵级组成，每个泵级包括至少一个开关或一个二极管和电荷储存元件。开关响应周期信号而断开和闭合。与此对应，电荷储存元件通过驱动电路充电。存在于每级的电荷则从一级向下一级传递。在直接模式电荷储存元件呈现为电容负载，必须在电源电压出现在电压倍增器输出之前首先充电。因此，提出在直接模式断开这些电容，也就是说用这种方式，充电不再是必需的，从而可以缩短启动时间。换句话说，电荷泵可以具备按直接模式桥接电荷泵的各级的连接，由此实现从电压倍增器的输入到其输出的直接连接。
实现电压倍增器的可靠启动所必需的元件的减少，简化了这种电路制造过程中的测试，因为例如仅需测试一个比较器。
通过引入使不同的亚电压值与参考电压比较的另一比较器，能够进一步开发这种电路装置，以使施加到两个比较器的两个亚电压值在所有情况下都不同，以使电荷泵能够在接通状态可靠地启动。
这个目的也是借助于用于产生至少一个电压值的电压倍增器来完成的，其中包括转换装置SWn、转换装置SCn和电容CSn的各级的串联连接，这样，在一个启动时间ts期间内，转换装置SWn被关闭，由此，在电压倍增器的输入端的一个电源电压vdd被转换至电压倍增器的输出端。借助于转换装置SCn，电容可被切换掉。此启动过程将被描述为一种直接模式，由此可更快地达到电压值。此直接模式可用于自由地运行电压倍增器，并用于可编程电压控制的电压倍增器。
最好，在启动时间之后，倍增因子可被逐步递增，直至达到预定的倍增因子。
这个目的也是通过用于驱动显示器的电路装置来完成的，该电路装置包括一个亚电压发生单元和一个电压倍增器，该电路装置被设置程在一个启动时间ts期间把电压倍增器转换到一个直接模式，以便通过初始启动信号来控制电压倍增器。
本发明另一个优选实施例中的亚电压发生单元提供不同的亚电压值，用于驱动显示器的各列，同时提供用于控制电压倍增器的亚电压值。这导致驱动显示单元的电路装置的实施在所需空间和能量方面非常有效率。
这个目的还是通过用于图像数据显示的显示单元来完成的，该显示单元包括用于驱动显示单元的电路装置，该电路装置具有亚电压发生单元和电压倍增器，设置成在启动时间ts期间利用至少一个信号把电压倍增器转换到直接模式。
这个目的还是通过电子设备来完成的，该电子设备装备有用于图像数据显示的显示单元，还具有用于驱动显示单元的电路装置，该电路装置包括亚电压发生单元和电压倍增器，设置成至少一个信号控制电压倍增器，并且在启动时间ts期间电压倍增器能够转换到直接模式。
这个目的还是通过电路装置的启动方法来完成的，该电路装置包括亚电压值和电压倍增器，该方法中，通过亚电压值和参考电压的比较产生触发信号，在启动时间ts期间电压倍增器转换到直接模式，通过监视触发信号适当地调节启动时间。
附图说明
以下将参考一些附图举例来详细描述本发明。其中；
图1展示了无需额外的启动比较器来驱动显示单元的电路装置，
图2展示了启动时序，
图3展示了显示单元，
图4展示了具有启动比较器的显示单元的驱动电路装置，
图5展示了具有用于直接模式的装置的电压倍增器的电路装置。
具体实施方式
图1展示了无需启动比较器来驱动显示单元的电路装置15。该显示单元的驱动电路装置15包括电压倍增器20、亚电压发生单元40，和启动控制单元30。电源电压Vdd21施加到电压倍增器20。电压倍增器20通过多个泵级从这个电源电压21形成更高的电压Vmult22。设置启动控制单元30，以便控制电压倍增器20。启动控制单元30包括比较器31和逻辑单元35。启动控制单元30接收亚电压值Vdac34和参考电压Vref33。这个参考电压发生于能带隙电路。
带隙电路是能够产生由半导体物理学赋予其值的电压的一种电路。这种电路用于产生参考电压。产生的电压由所用的半导体材料(硅、锗、砷化镓、InPh等)决定，批量生产几乎不变化。此外，对于产生的电压由此能够实现特定温度相关性。
比较器31比较电源电压值33和34，并且产生触发信号32。触发信号32被施加到电压倍增器20和逻辑单元35。逻辑单元35产生初始启动信号36。逻辑单元35规定例如电压倍增器20的倍增系数倍M。逻辑单元35还能够接通和断开电压倍增器20的电源电压。
借助例如由电阻链实现的分压器链42，由电压倍增器20产生的电压Vmult22形成几个亚电压值Vteil。通过例如作为晶体管阵列实现的开关装置41，一个亚电压Vteil作为信号34被施加到启动控制单元30。各种亚电压值Vteil借助于端子Al-An也施加到开关装置41，施加到如图3所示的放大器电路10，用来驱动显示器2的各列Z。开关控制装置41由晶体管阵列41来实现，如图4详细所示，并且借助于电压Vop来控制。这种电压Vop来源于电压Vmult22。Vop可以是以下电压值：地(Vss)或Vmult。通过控制来确定Vmult，但是至多是M*Vdd，其中M是选择的电压倍增器的倍增系数。通过逻辑单元35监视由比较器31给出的触发信号32。在所述逻辑单元35产生自适应启动时序，用于产生初始启动信号36。
这种电路装置15能够快速和可靠地启动电压倍增器20。在启动时间ts期间，电压倍增器20按直接模式工作。此时电源电压Vdd21直接地施加在电压倍增器20的输出，以使电压倍增器20的输出电压Vmult22相当于电源电压Vdd21。
图2展示了初始启动信号36的变化示意图。初始启动信号36由逻辑单元35产生。在由固定时间分量tf、监视时间tc和延迟时间td组成的启动时间ts期间，初始启动信号36施加到电压倍增器。在经过大约1ms的固定时间tf之后，由逻辑单元控制或者监视触发信号32。当触发信号32在时间tc期间改变成逻辑状态1或者保持在这种状态、并且经过了额外的延迟时间td时，电压倍增器20从直接模式转换到正常运行。从那一瞬间开始电压倍增器20由触发信号32控制。时间tf以及时间td也可以是0，这取决于相关的应用。因此，电压倍增器工作在直接模式的时间可以保持非常地短。
图3展示了装备有驱动电路1和显示器2的电路装置。驱动电路1装备有存储图像数据的存储器3。驱动电路1还包括用于驱动显示单元的电路装置15。转换和放大装置10把电路装置15产生的亚电压施加到开关7。函数发生器6产生几组正交函数。这些正交函数施加到开关7。施加的亚电压和正交函数在此组合，以便施加到显示器2的相关行Z。产生的亚电压值和电源电压Vmult、Vdd和Vss也施加到转换器8。转换器8还接收来自函数发生器6的正交函数。根据正交函数组和从存储器9读出的图像数据，在转换器8计算列电压。然后从可用亚电压的数目选择这个列电压，以便施加到显示器2的列S。
图4展示了例如驱动具有额外的启动比较器37的显示器的电路装置。与图1所示电路装置相同，本电路装置也包括产生亚电压值的电阻链42、电压倍增器20、启动控制单元30、由晶体管阵列构成的转换装置41、逻辑块48、比较器31和另一个逻辑块38。
启动比较器37接收亚电压值39。启动比较器37产生输出信号44施加到逻辑块38。逻辑块38还接收来自比较器31的比较信号43。在逻辑块38中执行“或”操作，使得触发信号32施加到电压倍增器20。包括两个比较器31和37的这个电路装置能够产生使电压倍增器20可靠启动的启动信号。这个电路装置需要额外的比较器37或启动比较器以及另外的逻辑或操作38。因为亚电压信号39在任何情况下确定Vmult的比例，所以启动控制单元30产生可靠的触发信号32。控制信号Vop来源于Vmult。Vop可以具有在Vss(地）和Vmult之间的值。对于Vmult的低电压值(启动)，Vdac34是不确定的。只有电压Vmult足够高时Vdac才能确定，比较器31才能通过信号43来控制电压倍增器20。选择信号39与电压29Vmult的比例，以使比较器37触发电压倍增器20，至少直至Vmult足够的高从而确定Vdac。图4中的逻辑单元48的功能与图1中的逻辑单元35的不同。例如，在逻辑单元48确定电压倍增器20的倍增系数M。逻辑单元48还能够接通和断开电压倍增器20的电压电源。
图5展示了具有用于直接模式的装置的电压倍增器的电路装置。按非常简化的形式展示了电压倍增器20。它包括多个级S1到Sn，每个级包括开关装置SWn、开关装置SCn和电容器CSn。在直接模式中，电源电压Vdd直接转换到输出Vmult。为此目的，闭合开关装置SWn。为了使电容性负载保持较小，断开各级的电容器与Vdd到Vmult的直接连接是有利的。开关装置SCn就是为这个目的而设的。在直接模式它们是断开的。在正常模式开关装置SCn是闭合的或导通的。作为这个电路装置的一种替换，可以在电压倍增器的输入Vdd与输出Vmult之间设置直接连接。为此目的，设置至少一个开关装置SA1，如果需要，可以补充另一个开关装置SA2。选择的结构取决于相关的应用，对于这种选择必须考虑电路中的可用空间和相关的额外电流损耗。
根据本发明的电路装置15还可以用于闪速存储器或类似应用，这些应用需要比系统电源电压能够提供的电压更高的电压。

Claims (10)

1.一种电路装置(15)，用于产生至少一个电压值(Vmult)，该电路装置包括亚电压发生单元(40)和电压倍增器(20)，其中，在启动时间(ts)期间，电压倍增器(20)转换到直接模式，以控制电压倍增器(20)，在直接模式范围，把电路装置(15)的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器(20)的输出端。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，向电压倍增器(20)提供触发信号(32)，该触发信号是根据亚电压发生单元(40)产生的亚电压(Vdac)和参考信号(Vref)形成的，其中，在启动时间(ts)期间向电压倍增器(20)提供由触发信号(32)形成的初始启动信号(36)。
3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，还包括用于控制电压倍增器(20)的启动控制单元(30)，该启动控制单元(30)包括至少一个比较器(31)和一个逻辑单元(35)，比较器(31)比较由亚电压发生单元(40)产生的亚电压(Vdac)和参考电压(Vref)，并且所述启动控制单元(30)产生触发信号(32)，而逻辑单元(35)产生初始启动信号(36)，以便把电压倍增器(20)转换到直接模式。
4.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，电压倍增器(20)工作在直接模式的启动时间(ts)是可调节的。
5.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，电压倍增器(20)中各级(Sn)的开关装置(SWh)在直接模式是闭合的，以将电压倍增器(20)输入端的电路装置(15)的电源电压连接到电压倍增器(20)的输出端，其中与各级(Sn)相关的电容(CSn)是可断开的。
6.一种电路装置，用于驱动显示单元(2)，该电路装置包括亚电压发生单元(40)和电压倍增器(20)，其中，在启动时间(ts)期间，利用初始启动信号(36)把电压倍增器(20)转换到直接模式，以控制电压倍增器(20)，在直接模式范围，把电路装置(15)的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器(20)的输出端。
7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，电压倍增器(20)产生一个电压(Vmult)，而亚电压发生单元(40)产生施加到显示单元(2)上的亚电压(Vteil)。
8.一种显示单元(2)，用于显示图像数据，该显示单元包括用于驱动显示单元(2)的电路装置(15)，该电路装置(15)具有亚电压发生单元(40)和电压倍增器(20)，其中，在启动时间(ts)期间，利用至少一个信号(32)把电压倍增器(20)转换到直接模式，以控制电压倍增器(20)，在直接模式范围，把电路装置(15)的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器(20)的输出端。
9.一种电子设备，装备有用于图像数据显示的显示单元(2)，还具有用于驱动显示单元(2)的电路装置(15)，该电路装置(15)包括亚电压发生单元(40)和电压倍增器(20)，其中，在启动时间(ts)期间，利用至少一个信号(32)把电压倍增器(20)转换到直接模式，以控制电压倍增器(20)，在直接模式范围，把电路装置(15)的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器(20)的输出端。
10.一种电路装置(15)的启动方法，该电路装置包括亚电压发生单元(40)和电压倍增器(20)，该方法包括以下步骤：
比较亚电压发生单元(40)提供的亚电压和参考电压(V-ref)，以产生触发信号(32)，来控制电压倍增器(20)；
在启动时间(ts)期间，利用至少一个触发信号(32)把电压倍增器(20)转换到直接模式，以控制电压倍增器(20)，在直接模式范围，把电路装置(15)的电源电压(Vdd)直接施加到电压倍增器(20)的输出端，其中启动时间是根据对触发信号(32)的监视而可调的。
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