CN1340918A - 一种电路的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

可由MOS晶体管构造一个模拟开关并形成同步于一时钟的信号来抑制门限变化,该时钟是处于连续或非连续状态的共同信号。本发明的目的是通过同步于该时钟的电路中的MOS晶体管门限的变化,来减小同步于该时钟的信号的变化。

Description

一种电路的驱动方法
                       发明背景
发明领域
本发明涉及一种电子电路的结构，更具体地是一种需要同步的电路，涉及一种技术用于降低缘于晶体管的特性变化而导致的同步信号漂移(延迟)变化。
相关领域描述
通过接收与共用信号对应的数据并准备计算结果来完成同步的电路通常被使用，使用的共用信号如时钟。
注意，在电路中，当电路的结构复杂时，整个电路的运行必须在某种节奏下进行，否则由于每部分的时间处理周期不同，漂移会出现在工作时序中，这样电路就不能满意地运行。因此，为了同步整个电路，通常为电路提供一个基本脉冲。在本说明书中，基本脉冲是指共用信号或同步信号。典型地用作共用信号的有，如时钟信号、时钟反信号(Clock backsignal)、触发信号及相似的。注意，时钟反信号是一种相位与时钟信号相反的信号。
请注意，在本说明书中，触发信号指能够引起状态变化的信号。更具体地，一个电路，如多谐振荡器，本身不能够连续振荡。但是，如果从外部输入一个输入脉冲，就会输出一个时间宽度不同于输入脉冲的输出脉冲。因为这样的输入脉冲有触发功能来振荡输出脉冲，所以它被称为触发信号。
在电路中，传统上的共用信号是输入到晶体管的控制电极(栅极端)，通过利用输入端和输出端之间阻抗的改变来形成被共用信号同步的信号。
注意，在本说明书中，晶体管的输入端和输出端指晶体管的源区和漏区。也就是晶体管的源区和漏区中的一个为输入端，另一个为输出端。
但是，晶体管的特性会有变化，由于这种变化，会在要与共用信号同步的信号中产生变化。
作为构造电路的一种方法，有公知的一种使用CMOS的方法，该方法通过结合n沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管来构造逻辑电路。
在CMOS中使用的MOS晶体管中，当控制电极(栅极端)电压等于门限电压或低于门限电压时，几乎没有电流，当它超过门限电压时，电流开始增加。因此，门限电压的变化是一个问题，因为变化会出现在要与共用信号同步的信号中。
作为传统电路结构的一个特定实例，图3给出使用与门(AND)的电路。该与门有两个输入端，当有一个高电平(Hi)输入到两个输入端时(此时有一个与较高的电源电压同样的电压输入)，有一个高电平输出。共用信号输入到与门两个输入端中的一个输入端，控制信号输入到另一个输入端。
注意，在本说明书中，控制信号是指视频信号、起始脉冲等。
图4示出了当图3中的与门是由CMOS构造的电路实例，参考数字101、102和103指p沟道MOS晶体管，参考数字104、105和106指n沟道MOS晶体管。这里Vdd和Vss是电源线，并且满足Vdd＞Vss。
图3所示电路输入有图5所示的共用信号、控制信号1和控制信号2。理想地，如图5所示，优选地输出1只有在共用信号和控制信号1同为高电平时才输出，并且只有在共用信号和控制信号2同为高电平时输出2和输出3才输出。以这种方法，被共用信号所同步的信号才可形成。
实际上，信号如共用信号和控制信号通过与门后将被延迟。如果所有晶体管有完全一样的特性，在所有的与门中会出现同样的延迟。但是，所有晶体管并非有同样的特性，因此会出现延迟和变化(图7)。此外，波形如输出信号的上升时间和下降时间会出现变化，尽管这里没有示出。
图6示出了一个实例，其中变化出现在MOS晶体管的门限电压中。这里，横轴坐标Vg表示加于栅极端的电压，纵轴坐标log(Id)表示晶体管源区和漏区之间的流动电流的对数显示。如果在晶体管源区和漏区间加一个恒定电压，当测量源区和漏区之间的流动电流并改变栅极端所加的电压时，从某一电压(门限电压)开始有电流流动。
由于门限电压变化导致的晶体管特性的变化，可能产生如图7所示的传播延迟和波形变化，并且变化出现在要与时钟同步的信号中。
电路中多个晶体管的特性各不相同，因此多个晶体管的门限电压是有变化的。
                    发明概述
考虑到上述情况形成了本发明，本发明的一个目的是解决晶体管门限电压变化带来的问题。
此外，本发明的一个目的是当需要多个与共用信号同步的信号时，减小多个信号的变化。
本发明人认为，从晶体管输出的信号产生变化的原因之一是由于使用用于同步的共用信号通和断晶体管。因此，提出一种方法，其中利用不同信号作为将晶体管变为通状态或断状态的输出信号，并且共用信号以连续的方式给出，从而形成被同步的信号。
传统上，与共用信号同步的信号是通过为晶体管的控制电极(栅极端)输入一个共用信号、并利用晶体管输入电极和输出电极之间阻抗的改变来形成。在本发明中，共用信号输入到晶体管输入端和输出端中的一个。
晶体管作为开关元件的例子如图1和图2所示。图1表明传统的方法，其中共用信号连接到晶体管的控制电极(栅极端)。待同步的信号连接到晶体管输入端和输出端中的一个，并且以与共同信号相一致的时序输出。
图2示出了本发明的一种方法，其中共用信号连接到晶体管输入端和输出端中的一个。待同步的信号连接到晶体管的控制电极(栅极端)，晶体管由待同步的信号置为通状态，并且共用信号在此状态下输出。晶体管不因为共用信号而变为通状态，但是当晶体管在通状态时，共用信号保持连续。因此，晶体管对共用信号而言相当于一个阻抗，并且不容易受到晶体管变化的影响。
特别地，直到在晶体管变为通状态之前的期间，MOS晶体管和MIS晶体管都受门限值的影响。因此用传统方法，晶体管容易受门限值变化的影响。
MOS晶体管和MIS晶体管是控制电传导特性的晶体管，其中由于在控制电极(栅极端)加电压产生的电场在沟道部分受影响，该沟道部分是对应于输入端和输出端的源极端和漏极端之间的电流通路。
在共用信号受配线及类似的寄生电容和电阻影响因而波形发生畸变的情形下，用这种方法可以获得尽可能接近共用信号的信号。此外，当被同步于共用信号的信号的下一级驱动能力不够时，传统上是利用多个反相器构成缓冲电路。尽管如此，由于共用信号通过模拟开关，有一个优点即缓冲电路变得不需要了。注意，一个电路中可存在多个共用信号。
                     附图简述
在附图中：
图1示出了晶体管作为开关元件的传统结构；
图2示出了本发明中晶体管作为开关元件的结构；
图3示出了使用与门的传统电路的实例；
图4示出了由MOS晶体管构成的与门的电路的实例；
图5示出了输入输出信号的理想时序图；
图6示出了具有门限变化的MOS晶体管静态特性。
图7示出了具有传播延迟的输入输出信号时序图；
图8示出了与图3有同样的功能、使用模拟开关构成的电路的实例；
图9示出了一电路实例，其中模拟开关由MOS晶体管构成；
图10示出了具有与象素部分一样直接形成在同一基底上的驱动器电路的有源矩阵液晶显示装置的实例；
图11示出了输入到源侧驱动器电路的信号；
图12示出了源侧驱动器电路的实例；
图13示出了输入到源侧驱动器电路的信号和移位寄存器输出的关系；
图14示出了一个传统移位寄存器的电路的实例；
图15示出了使用本发明的移位寄存器的电路的实例；
图16示出了一个反相器的电路的实例；
图17示出了一个与非门的电路的实例；
图18示出了一个定时反相器的电路的实例；
图19示出了使用本发明移位寄存器电路的第二个实例；
图20A到20E示出了最近的电子设备实例；
图21A到21D示出了投影仪(三片系统)；
图22A到22C示出了投影仪(单片系统)。
               本发明的优选实施例
考虑了一种电路，该电路用于通过将一个共用信号输入到晶体管的输入输出端产生同步于共用信号的信号。
图8示出了与图3中使用模拟开关(表示为ASW)的与门具有相同功能的电路的实例。模拟开关有一个控制端、一个输入端和一个输出端，其中加于控制端的电压决定着连续性或不连续性。控制端有控制信号输入。共用信号输入到输入端和输出端中的一个。
图9示出了用MOS晶体管来构造模拟开关的电路的实例。这里，通过结合一个n沟道MOS晶体管111和一个p沟道MOS晶体管112来实现性能平衡。当然，只有n沟道晶体管或者只有p沟道晶体管的模拟开关也能工作。此外，Vinb和Vin是相位相反的信号并且总是以一个相反位相的逻辑电平输出。
此外，即使图5的信号输入到图8所示的电路中，也可以得到在与门情况下的同样结果。从图9所示的电路实例中，共用信号输入到MOS晶体管的一个输入输出电极，而控制信号输入到MOS晶体管的控制电极(栅极端)。对图5的输入信号，首先由控制信号将晶体管变到通状态，然后输入共用信号。
就是说，晶体管不是由共用信号置成通状态的，但是晶体管在通状态时共用信号是处于连续的，因此晶体管的作用对共用信号而言相当于一个电阻，且不容易受到晶体管变化的影响。结果，与使用与门的情况相比，减小了输出信号变化。
实施例(实施例1)
最近，通过在玻璃基底上形成半导体薄膜来制造薄膜晶体管(TFT)的技术发展很快。在薄膜晶体管中，特别是多晶硅薄膜晶体管(poly-Si TFT)与非晶薄膜晶体管相比可以在更高速度下工作。因此，在使用多晶硅薄膜晶体管的半导体显示设备中，不同于使用非晶薄膜晶体管的情形，驱动器电路可直接与象素部分一样形成于同一基底上。
在一种有源矩阵液晶显示设备中，其中驱动器电路直接形成在与象素部分相同的基底上，这里示出了一个，应用本发明的以点顺序制的模拟信号方法来驱动驱动器电路的实例，图10示出一个实例的示意图。
有源矩阵液晶显示设备电路示意图由图10给出，它有一个源侧驱动器电路201、栅侧驱动器电路202和象素部分203。在象素部分203中，源信号线204与源侧驱动器电路201相连接，栅极信号线205与栅侧驱动电路202交点相连。在提供(包围)有源信号线204和栅极信号线205的区域中，提供一个象素的薄膜晶体管(象素TFT)206、夹在相对电极和象素电极之间的液晶盒207、以及储存电容器208。
从源侧驱动器电路201输出到源信号线(204)的模拟视频信号(带有图象信息的模拟视频信号)由象素TFT206选择，并写入预定象素的象素电极。象素TFT206通过选中的来自栅极侧驱动器电路202经由栅极信号线205的信号输入来工作。
图10所示的有源矩阵液晶显示设备电路图在象素部分203有m×n个象素。即需要m个源信号线204和n个门信号线205。
源侧驱动器电路201输入有源侧起始脉冲、源侧时钟信号和视频信号，它们之间关系如图11所示。视频信号开始时，起始脉冲显示出时序，而视频信号在时钟的半个周期为一个象素传输图象信息。第一行到第m行中的象素信息顺续排列在视频信号中。
每个象素中，为了传输视频信号的图象信息，源侧驱动器电路201构造成如图12所示的样子。SR1、SR2、…、SR(m-1)和SR(m)是移位寄存器，移位寄存器的恰在前面的状态通过时钟的上升时间和时钟的下降时间传输出去。图13显示了SR1、SR2、…、SR(m-1)和SR(m)的输出。
移位寄存器的信号(采样信号)传送到模拟开关ASW1、ASW2、…、ASW(m-1)和ASW(m)，视频信号以合适的时序传送到源信号线204上。
这里，源侧时钟信号是指本说明书中使用的“共用信号”。需要尽可能抑制移位寄存器输出信号(采样信号)的变化。这是因为，当视频信号传送给源信号线204所用的时序发生变化时，有可能出现成象失败，如写入了一个应写入到下一个象素的信号。
图14示出了传统移位寄存器电路的一个实例，图15示出使用本发明移位寄存器的一个实例。图14和15都是用RS(SET RESET)触发器作为移位寄存器的例子，有四个输入端SET、RESET、用于同步的CLK(时钟)和与CLK位相相反的CLKb。此外，移位寄存器电路还有输出端OUT和OUTb，其中0UTb输出OUT的反相信号。输出端0UT与下一级移位寄存器的SET端相连，且模拟开关的控制端与源信号线204和视频信号相连，OUTb与下一级移位寄存器的RESET相连。
图14给出由反相器211、反相器212、与非门213和与非门214构成的RS触发器。图15给出由反相器221、反相器222、与非门223和与非门214构成的RS触发器。图16给出反相器的结构，图17给出与非门的结构。
图16中的反相器由一个p沟道TFT231和一个n沟道TFT232构成，并输出反相的输入信号。图17中的与非门包括p沟道TFT233、p沟道TFT234，n沟道TFT235和n沟道TFT236。仅仅在高电平输入到两个输入端的情况下，输出为低电平。
在图14和15的RS触发器中，当SET信号变为高电平时，从那时起与非门213(在图15中参考数字223)的输出电平变为Hi，并且这种状态一直维持到RESET信号变为高电平为止。
图14示出移位寄存器的传统电路的实例，其中定时反相器215和定时反相器216输出与时钟同步的RS触发器的信息。图18示了该出定时反相器的结构。该定时反相器由p沟道TFT 237、p沟道TFT238、n沟道TFT239和n沟道TFT240构成，且当CK为高电平以及CK的反相信号CKb为低电平时，它作为反相器工作。
图15给出了本发明移位寄存器的电路的实例，其中用模拟开关225和模拟开关226来输出被时钟同步的信号。在这个例子中，通过将传统的定时反相器变为模拟开关，可以输出一个具有小的变化的信号。
注意，为了容易理解图15中的电路结构，该电路只用了最少必需的结构来说明，但实际上，它可以如图19所示。与图15给出的模拟开关相比在图19示出的电路中，还通过另外提供一个模拟开关246形成一个输出端0UT2，并且输出到下一级移位寄存器SET端的0UT和输出到模拟开关控制端的OUT2彼此是分开的，其中该模拟开关与视频信号和源信号线204相连接。此外，为了确保逻辑操作，提供有n沟道TFT 249、n沟道TFT 250和p沟道TFT 248。
到此为止，是通过源侧驱动器电路201分离视频信号以及将分离的视频信号写入相应的源信号线204上的过程。在此期间，栅极侧驱动器电路202已选中一行栅极信号线205，此行的象素TFT206变为通，源信号线204上的信号被写进液晶盒207和存储电容器208。栅极侧驱动器电路202需要顺序选择栅极信号线205，因此与源侧驱动器电路相似，移位寄存器用来放大移位寄存器的输出并且输出到栅极信号线205上。
如上所述，栅极信号线205是被逐一选择的。当所有栅极信号线都被选中，就形成一幅图象。(实施例2)
本发明可用于多种半导体显示设备。特别是，本发明可用于有源矩阵液晶显示设备、有源矩阵EL显示设备(光发射设备)以及有源矩阵EC显示设备。即本发明可用于所有结合半导体器件作为显示介质的电的设备。
类似这样的电子设备有视频摄像机、数字摄像机、投影仪(背投式或前投式)、头戴式显示器(眼镜式显示器)、游戏机、汽车导航系统、个人计算机、便携式信息终端(移动计算机、便携电话、电子书籍及类似的)。这些的实例如图20A至22C所示。
图20A示出了个人计算机，该机包括主体1001、图像输入部分1002、显示设备1003和键盘1004。本发明可用于显示设备1003和其它电路。
注意，在此实施例中，其它电路指寄存器或相类似的，它是一种存储器电路，其作为存储介质暂时储存记忆和数字数据。在数字电路中寄存器是一种具有类似备忘录功能的电路。
图20B示出了视频摄像机，该机由主体1101、显示设备1102、声音输入部分1103、操作开关1104、电池1105和图像接收部分1106构成。本发明可用于显示设备1102和其它电路。
图20C示出了移动计算机，该机由主体1201、摄像机部分1202、图像接收部分1203、操作开关1204和显示设备1205构成。本发明可用于显示设备1105和其它电路。
图20D示出了眼镜式显示器，该显示器由主体1301、显示设备1302和支架部分1303构成。本发明可用于显示设备1302和其它电路。
图20E示出了利用记录有程序的记录介质(此后称记录介质)的唱机，它由主体1041、显示设备1402、扬声器部分1403、记录介质1404和操作开关1405构成。注意，此设备使用DVD(数字多用途光盘)、CD或类似的作为记录介质，可以用来听音乐、看电影、玩游戏和使用因特网。本发明可用于显示设备1402和其它电路。
图21A示出了前投式投影仪，该投影仪由光源光学系统和显示设备1601、屏幕1602构成。本发明可用于显示设备1601和其它电路。
图21B示出了背投式投影机，该机由主体1701、光源光学系统和显示设备1702、镜子1703、镜子1704和屏幕1705构成。本发明可用于显示设备1702和其它电路。
注意，图21C示出了图21A或21B中光源光学系统和显示设备1601或1702的结构实例的图示。光源光学系统和显示设备1601、1702由光源光学系统1801、镜子1802、1804到1806、分色镜1803、光学系统1807、显示设备1808、相位差片1809和投影光学系统1810构成。该投影光学系统1810由配备投影透镜的多个光学透镜构成。这种结构称为三片系统，因为它使用三个显示设备1808。此外，操作者可以在图21C箭头所示的光路中提供光学透镜、有偏振功能的薄膜、用于调节位相差的薄膜、IR薄膜以及类似的。
另外，图21D示出了图21C中光源光学系统1801的结构的实例的图示。在此实施例中，光源光学系统1801由反射镜1811、光源1812，透镜阵列1813和1814、偏振转换元件1815和聚光透镜1816构成。注意，图21D所示的光源光学系统是一个实例，而它并不限于这个结构。例如，操作者可以适当提供光源透镜、有偏振功能的薄膜、用于调节位相差的薄膜，IR薄膜以及类似的。
图21C示出一个三片系统的实例，而图22A是一个单片系统的实例的图示。图22A所示的光源光学系统和显示设备由光源光学系统1901、显示设备1902、投影光学系统1903和相位差片1904构成。该投影光学系统1903由配备投影透镜的多个光学透镜构成。图22A所示的光源光学系统和显示设备可用于图21A和图21B中的光源光学系统和显示设备1601、1702。此外，光源光学系统1901可使用图21D所示的光源光学系统。注意，显示设备1902配备有滤色镜(未示出)，并以彩色显示图象。
此外，图22B所示的光源光学系统和显示设备是图22A的一个应用实例，RGB旋转滤色镜圆盘1905用于以彩色显示图像，而不是提供滤色镜。图22B所示的光源光学系统和显示设备可应用于图21A和图21B所示的光源光学系统和显示设备1601、1702。
此外，图22C所示的光源光学系统和显示设备称为无滤色镜的单片系统。此系统在显示设备1916中提供一个微型透镜阵列1915，并通过使用分色镜(绿色)1912、分色镜(红色)1913和分色镜(蓝色)1914来显示彩色图像。投影光学系统1917由配有投影透镜的多个光学透镜构成。图22C所示的光源光学系统和显示设备可用于图21A和图21B所示的光源光学系统和显示设备1601、1702。此外，作为光源光学系统1911，除使用光源外，也可采用使用耦合透镜和准直透镜的光学系统。
如上所述，本发明的应用范围极为广阔，并且本发明可用于电子设备的多种领域。
本发明结构简单，可用于所有工作需要同步的半导体电路。此外，减小由半导体元件变化引起的被同步的信号的漂移的效果是可以期待的。
此外，通过将被同步的信号输入到由半导体元件构成的模拟开关，会有一个优点，因为这使得用多个反相器构成的传统缓冲电路变得没有必要。

Claims (22)

1.一种具有一个模拟开关的电子电路的驱动方法，其中模拟开关与输入到电子电路的信号同步，并且对输入到模拟开关的共用信号进行采样以输出它。
2.一种具有一个模拟开关的电子电路的驱动方法，其中模拟开关与输入到电子电路的视频信号同步，并且对输入到模拟开关的共用信号进行采样以输出它。
3.根据权利要求1中的一种电子电路的驱动方法，其中该共用信号是时钟信号或时钟反信号。
4.根据权利要求2中的一种电子电路的驱动方法，其中该共用信号是时钟信号或时钟反信号。
5.根据权利要求1中的一种电子电路的驱动方法，其中该共用信号是触发信号。
6.根据权利要求2中的一种电子电路的驱动方法，其中该共用信号是触发信号。
7.根据权利要求1中的一种电子电路的驱动方法，其中该模拟开关包括MOS晶体管或MIS晶体管。
8.根据权利要求2中的一种电子电路的驱动方法，其中该模拟开关包括一个MOS晶体管或一个MIS晶体管。
9.一种包括一个触发器、一个第一模拟开关和一个第二模拟开关的电子电路的驱动方法，其中：
第一个信号和第二个信号从触发器输出；
第一个模拟信号用输入到电路的第三个信号同步，并且对输入到模拟开关的第一个共用信号进行采样并输出它；以及
第二个模拟开关用输入到电子电路中的第四个信号同步，并且对输入到模拟开关的第二个共用信号进行采样并输出它；
10.根据权利要求9中的一种电子电路的驱动方法，其中所述第一个信号和第二个信号总是以相反的逻辑电平输出。
11.根据权利要求9中的一种电子电路的驱动方法，其中所述第三个信号和第四个信号是视频信号。
12.根据权利要求9中的一种电子电路的驱动方法，其中该第一逻辑开关和该第二逻辑开关包括一个MOS晶体管或一个MIS晶体管。
13.根据权利要求9中的一种电子电路的驱动方法，其中在第一个共用信号和第二个共用信号中，一个是时钟信号，而另一个是时钟反信号。
14.根据权利要求9中的一种电子电路的驱动方法，其中第一个共用信号和第二个共用信号是触发信号。
15.一种电子电路的驱动方法，其中权利要求1中所要求的电子电路是数字电路。
16.一种电子电路的驱动方法，其中权利要求2中要求的电子电路是数字电路。
17.一种电子电路的驱动方法，其中权利要求9中要求的电子电路是数字电路。
18.如权利要求1所要求的一种电子电路的驱动方法，其中所述方法用于从下组所选的设备中：图像显示设备、光发射设备，液晶显示设备、存储器、寄存器和电子设备。
19.如权利要求2所要求的一种电子电路的驱动方法，其中所述方法用于从下组所选的设备中：图像显示设备、光发射设备，液晶显示设备、存储器、寄存器和电子设备。
20.如权利要求9所要求的一种电子电路的驱动方法，其中所述方法用于从下组所选的设备中：图像显示设备、光发射设备，液晶显示设备、存储器、寄存器和电子设备。
21.一种显示设备的驱动方法，包括：
至少一个有至少一个移位寄存器的驱动器电路，该移位寄存器包括至少一个第一模拟开关，所述第一模拟开关有第一控制端、第一输入端和第一输出端；
至少一个电连接到所述移位寄存器的第二模拟开关，所述第二模拟开关有电连接到所述第一个输出端的第一控制端、第二个输入端和第二个输出端；以及
至少一个电连接到所述输出端的象素，所述方法包括步骤：
将一个起始脉冲输入到所述移位寄存器；
响应所述起始脉冲，将第一个信号输入到所述第一个控制端；
输入所述第一个信号之后，将时钟信号输入到所述第一输入端；
从所述第一输出端输出第二个信号；
将所述第二个信号输入到所述第二个控制端；
将一视频信号输入到所述第二输入端；
输出与所述第二个信号同步的视频信号到所述象素。
22.如权利要求21中所要求的显示设备的一种驱动方法，其中所述方法用于从下组所选的设备中：图像显示设备、光发射设备，液晶显示设备。
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