CN1804688A - 液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路，第一级放大器是由MOS管(M1～M5)组成的差分跨导级电路，第二级放大器是由MOS管(M9)和MOS管(M10)组成的共源级放大电路，在输出端增加MOS管(M8)的源极跟随器。由于本发明采用了互补式推挽输出电路，在任意时刻MOS管(M9)和MOS管(M8)中只有一个管子工作，另一个截止，1)当输出电压稳定时，MOS管(M8)截止，没有静态偏置电流流过MOS管(M8)，且MOS管(M9)的静态偏置电流只有现有技术静态偏置电流的0.2％，而且减小了电路的静态功耗；2)当MOS管(M8)截止时，输出缓冲电路仅由两级放大器组成，系统的稳定性能好，不需要加入相位补偿电容，节省了芯片的面积，电路结构简单。

Description

液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路

技术领域

本发明涉及一种输出电压的缓冲电路，特别是液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路。

背景技术

参照图5～7，电压VCOM是TFT-LCD显示屏的公共电极端的驱动电压，而电压VGOFF是非扫描行的Gate关断电压。由于VCOM电压在VCOMH与VCOML之间周期性地变化，相应的VGOFF电压在VGOFFH与VGOFFL之间周期性地变化。TFT-LCD显示屏的每个像素单元由薄膜晶体管TFT、液晶等效电容C_LC和保持电容Cs构成，另外在薄膜晶体管TFT的栅极和漏极之间存在寄生电容Cgd。当第N+1行的Gate从关断状态变为导通状态时，该行的Gate电压由VGOFF跳变到VGH。由于第N行的Gate处于关断状态，因此第N+1行的Gate电压跳变会通过第N行的保持电容Cs和液晶等效电容C_LC形成回馈电压，使公共电极端的驱动电压VCOM升高；另外通过第N行的保持电容Cs和薄膜晶体管TFT的寄生电容Cgd形成的回馈电压，使非扫描行的Gate关断电压VGOFF升高。与此相反，当第N+1行的Gate从导通状态变为关断状态时时，该行的Gate电压由VGH跳变到VGOFF，同样会产生负的回馈电压使公共电极端的驱动电压VCOM和非扫描行的Gate关断电压VGOFF降低。由于多行的公共电极端和Gate端是分别连接在同一个VCOM和VGOFF输出缓冲电路的输出端，这就要求这些驱动电压的输出缓冲电路对这些回馈电压的干扰具有很强的抑制能力。通常采取的措施是，在这些输出缓冲电路的输出端外接较大的稳压电容，同时要求输出缓冲电路能够提供足够的拉电流和灌电流对外接稳压电容进行充放电，使输出缓冲电路在任意时刻都能起到正常的电压调节作用，抑制回馈电压的影响，从而保持输出驱动电压稳定。

参照图4，文献“Allen P E，Holberg D R，CMOS Analog Circuit Design [M].(2nd Ed).北京：电子工业出版社，2002.”介绍了一种液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路。该电路由差分跨导级、高增益级和输出缓冲级三级放大器级联组成，为了增加输出缓冲电路的稳定性，还需要加入相位补偿电路。为了能够同时给外接稳压电容提供拉电流和灌电流，输出缓冲级通常采用互补式推挽电路结构，由于这种输出缓冲电路在结构上设置了同时提供拉电流和灌电流的并行输出通道，导致电路结构复杂、静态偏置电流大，而导致功耗大，电路占用芯片面积相对较大，另外由于是由三级放大器级联组成，电路的稳定性能较差，需要加入较大的相位补偿电容。

发明内容

为了克服现有技术输出缓冲电路结构复杂、稳定性差、静态偏置电流大的不足，本发明提供一种液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路，包括差分跨导级、输出缓冲级和偏置电路，其特征在于：对于驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路，其中第一级放大器是由MOS管M1～M5组成的差分跨导级电路，第二级放大器是由MOS管M9和MOS管M10组成的共源级放大电路，在输出端增加MOS管M8的源极跟随器，由MOS管M6和MOS管M7构成的浮动偏置电路为MOS管M8提供浮动的偏置电压V2，由MOS管M9和MOS管M10组成的共源级放大电路和由MOS管M8构成的源极跟随器形成了互补推挽输出电路结构；在输出端外接一个电容值为负载电容100倍左右的电容Cout，电源电压VDD＝0V，Vss＝-15V；

对于驱动电压VGOFFL的输出缓冲电路，输入级采用由PMOS管构成的差分跨导级电路，所以相应的偏置电路管和MOS管M8与VGOFFH输出缓冲电路中的极性相反；

输出缓冲电路与VGOFFH的输出缓冲电路结构完全相同，只是电源电压不同，VDD＝5V，VSS＝0V。

本发明的有益效果是：由于本发明采用了互补式推挽输出电路，在任意时刻MOS管M9和MOS管M8中只有一个管子工作，另一个截止，而且静态偏置电流比较小。1)当输出电压稳定时，MOS管M8截止，没有静态偏置电流流过MOS管M8，且MOS管M9的静态偏置电流只有现有技术静态偏置电流的0.2％，而且减小了电路的静态功耗；2)当MOS管M8截止时，输出缓冲电路仅由两级放大器组成，系统的稳定性能好，不需要加入相位补偿电容，节省了芯片的面积，电路结构简单；3)当输出端电压受到回馈电压的干扰时，能够瞬时提供较大的拉电流和灌电流，使输出电压能够迅速恢复到稳定值。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

图1是本发明液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路框图

图2是本发明液晶显示驱动控制芯片中驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路图

图3是本发明液晶显示驱动控制芯片中驱动电压VGOFFL的输出缓冲电路图

图4是现有技术液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路框图

图5是液晶显示驱动控制芯片中驱动电压VCOM和驱动电压Vgoff与TFT-LCD显示屏的连接图

图6是液晶显示驱动控制芯片中驱动电压VCOM和驱动电压Vgoff的波形图

图7是TFT-LCD的相邻两行像素的等效电路

具体实施方式

参照图1～3，本发明提供的驱动电压的输出缓冲电路包括差分跨导级和输出缓冲级二级放大器，外加偏置电路。

差分跨导级的输出电压V1直接加到共源级放大电路的输入端，而共源级放大电路的输出端与源极跟随器的输出端连接在一起，作为输出缓冲电路的输出端。差分跨导级的输出电压V1同时加到源极跟随器的浮动偏置电路中，产生浮动的偏置电压V2加到源极跟随器的输入端。偏置电路给差分跨导级和输出缓冲级提供固定的直流偏置电压VBIAS。

四个驱动电压VGOFFH、VGOFFL、VCOMH、VCOML的输出缓冲电路的结构和工作原理非常相似，这里首先以驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路为例说明本发明。本发明采用低功耗模拟电路的设计思想，即电路处于稳定状态时静态偏置电流比较小，当输出电压出现波动时可瞬间提供较大的驱动电流，通过负反馈调节输出电压，使其尽快恢复到稳定值。

驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路，其中第一级放大器是由MOS管M1～M5组成的差分跨导级电路，第二级放大器则是由MOS管M9和MOS管M10组成的共源级放大电路，以获得更高的增益和较大的电压摆幅。电压负反馈使两级运放组成了一个单位增益放大器。为了提高输出电压的稳定性，在输出端外接一个较大的稳定电容Cout，该电容的值通常是负载电容的100倍左右。另外，电源电压VDD＝0V，Vss＝-15V。

在第二级放大器中，由于MOS管M9是大尺寸的PMOS管子，它作为共源级放大器的驱动管，因此具有较大的拉电流输出能力。但由于MOS管M10的偏置电流较小，灌电流能力比较弱。为了增强输出电路的灌电流能力，在输出端另外增加了由大尺寸的MOS管M8组成的源极跟随器，由MOS管M6和MOS管M7构成的浮动偏置电路为MOS管M8提供浮动的偏置电压V2。这样由MOS管M9构成的共源级放大器和由MOS管M8构成的源极跟随器形成了互补推挽输出电路结构。但是，当输出电路的输出端没有受到回馈电压的干扰，即输出电压Vout稳定时，调整MOS管M6和MOS管M7的尺寸，使MOS管M8的偏置电压V2略大于输出电压Vout与MOS管M8的阈值电压|VTH|之差，确保MOS管M8处于截止状态。例如：如果输出电压Vout＝-8V，MOS管M8的阈值电压|VTH|＝0.7V，则偏置电压V2应大于-7.3V。

整个输出缓冲电路的工作原理如下：当输出电压稳定时，输出电压与输入电压近似相等，由于具有很高的开环增益保证了输出电压的精度。当输出电压Vout由于负回馈电压的干扰而降低时，即当下一行的Gate电压从VGH切换到VGOFF时，出现负回馈电压，由于电压负反馈的作用使电压V1降低，MOS管M9的电流相应增大，此时电路输出拉电流给外接稳压电容充电，使输出电压Vout升高，输出电压Vout迅速恢复到稳定值；与此相反，当输出电压Vout由于正回馈电压的干扰而升高时，即当下一行的Gate电压从VGOFF切换到VGH时出现正回馈电压，电压V2降低，MOS管M8导通，输出电路提供灌电流，形成外接稳压电容的放电回路，使输出电压Vout降低并迅速恢复到稳定值。此时由于负反馈的作用使电压V1升高，MOS管M9截止，电路不提供拉电流。当输出电压Vout接近正常稳定值时，电压V2升高，MOS管M8截止。因此，由MOS管M9和MOS管M8构成的互补推挽式输出电路分别给外接稳压电容提供拉电流和灌电流，当输出端出现正、负回馈电压干扰时，输出电压能够迅速恢复到稳定值。

参照图3中驱动电压VGOFFL的输出缓冲电路。驱动电压VGOFFL的输出缓冲电路与驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路的不同点是，输入级采用由PMOS管构成的差分跨导级电路，所以相应的偏置电路管和MOS管M8与VGOFFH输出缓冲电路中的极性相反。

驱动电压VCOML的输出缓冲电路与VGOFFH的输出缓冲电路结构完全相同，只是电源电压不同，VCOMH的输出缓冲电路中VDD＝5V，VSS＝0V。

驱动电压VCOML的输出缓冲电路与VGOFFL的输出缓冲电路结构完全相同，只是电源电压不同，VCOML的输出缓冲电路中VDD＝5V，VSS＝-3V。

Claims (1)

1、一种液晶显示驱动控制芯片中驱动电压的输出缓冲电路，包括差分跨导级、输出缓冲级和偏置电路，其特征在于：对于驱动电压VGOFFH的输出缓冲电路，其中第一级放大器是由MOS管(M1～M5)组成的差分跨导级电路，第二级放大器是由MOS管(M9)和MOS管(M10)组成的共源级放大电路，在输出端增加MOS管(M8)的源极跟随器，由MOS管(M6)和MOS管(M7)构成的浮动偏置电路为MOS管(M8)提供浮动的偏置电压V2，由MOS管(M9)和MOS管(M10)组成的共源级放大电路和由MOS管(M8)构成的源极跟随器形成了互补推挽输出电路结构；在输出端外接一个电容值为负载电容100倍左右的电容(Cout)，电源电压VDD＝0V，Vss＝-15V；

对于驱动电压VGOFFL的输出缓冲电路，输入级采用由PMOS管构成的差分跨导级电路，所以相应的偏置电路管和MOS管(M8)与VGOFFH输出缓冲电路中的极性相反；

输出缓冲电路与VGOFFH的输出缓冲电路结构完全相同，只是电源电压不同，VDD＝5V，VSS＝0V。

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