DE69124134T2

DE69124134T2 - Quasi-statischer Pegelumsetzer

Info

Publication number: DE69124134T2
Application number: DE69124134T
Authority: DE
Inventors: Kurt Muehlemann
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1990-05-07
Filing date: 1991-05-03
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2011-05-04
Also published as: US5212474A; KR910021037A; KR100188380B1; DE69124134D1; JPH0795017A

Description

Die Erfindung betrifft einen Pegelumsetzer mit einem Aufladepfad zwischen einer ersten Versorgungsspannung und einem Ausgang und mit einem Entladepfad zwischen dem Ausgang und einer zweiten Versorgungsspannung, wobei die Pfade von einem Eingangssignal an einem Eingang zueinander komplementär steuerbar sind, und wobei einer der Pfade gleichstrommäßig mit dem Eingang gekoppelt ist, während der andere Pfad über eine Kapazität damit gekoppelt ist, sowie auch eine Treiberschaltung, die derartige Pegelumsetzer umfaßt und ein mit einer solchen Treiberschaltung versehenes Display.
Ein solcher Pegelumsetzer ist an sich bekannt. Die Funktionsweise des bekannten Pegelumsetzers ist vollständig dynamisch, das heißt, sein Ausgangssignal steht nicht in statischer Form zur Verfügung. Ansteuern weiterer Schaltungen mit diesem Ausgangssignal erfordert entweder ein zeitkritisches Verhalten dieser Schaltungen oder spezielle Maßnahmen zum Sicherstellen der Steuerung dieser Schaltungen, weil zumindest einer der Pegel dieses Ausgangssignals nicht stabil ist. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Pegelumsetzer der dargelegten Art zu schaffen, der diese Nachteile nicht aufweist.
Diese Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Pegelumsetzer gelöst, der dadurch gekennzeichnet ist, daß zum Auffrischen einer Steuerspannung an einem Steuereingang des anderen Pfades das Eingangssignal mit einem sich wiederholenden Signal logisch verknüpft ist, um ein kombiniertes Signal zu bilden, das dem Steuereingang über die Kapazität zugeführt wird. Das über die Kapazität übertragene Signal an der Steuerelektrode wird jetzt von einem sich wiederholenden Signal stets wieder aufgefrischt. Die logische Verknüpfung mit dem Eingangssignal sorgt dafür, daß der Pegelumsetzer sich am Ausgang so verhält wie ein statischer Pegelumsetzer, das heißt, beide logischen Pegel am Ausgang sind nahezu konstant.
Im Kontext der vorliegenden Erfindung ist unter einem sich wiederholenden Signal nicht nur ein Signal zu verstehen, das sich nach einem regelmäßigen Zeitintervall wiederholt, sondern auch ein Signal, das sich nach einem nicht regelmäßigen Zeitintervall und/oder mit abweichender Signalform wiederholt.
Außerdem erfordert der erfindungsgemäße Pegelumsetzer im Vergleich zu statischen Pegelumsetzern eine geringere Fläche. Darüberhinaus ist der Stromverbrauch des erfindungsgemäßen Pegelumsetzers bedeutend niedriger.
Vorzugsweise wird der Pegelumsetzer in einer Treiberschaltung zum Steuern der in Spalten und Zeilen angeordneten Bildelemente eines Displays verwendet, wie zum Beispiel einer LCD-Anzeige. Dabei können mehrere Pegelumsetzer vorteilhaft so kombiniert werden, daß mehrere Komponenten in einer Anzahl Pegelumsetzer gemeinsam genutzt werden können. Zum Beispiel kann ein Spike-Generator mehreren Pegelumsetzern gleichzeitig dasselbe sich wiederholende Signal zuführen. Die gemeinsame Nutzung führt zu einer weiteren bedeutenden Verringerung der erforderlichen Oberfläche.
Es sei bemerkt, daß der erfindungsgemäße Pegelumsetzer und erfindungsgemäße Treiberschaltungen auf einem Halbleitersubstrat oder auch in sogenannter Dünnfilmtechnik hergestellt werden können. Es sei dazu auf den Artikel von J.C. Erskine und P.A. Snopko, "A thin-film-transistor-controlled liquid-crystal numeric display", IEEE TED 26 (5), 1979, S. 802-806 verwiesen. Integrierte Dünnfilm-Schaltungen können vorteilhaft für Display-Anwendungen verwendet werden, wobei die Schaltungen in einem dünnen Film auf einem Substrat, zum Beispiel einer Glasplatte oder einer Quarzplatte, integriert worden sind. Das Substrat bildet dann einen Teil des Bildschirms des (LCD)-Displays. Es wird deutlich sein, daß hiermit ein höherer Grad an Systemintegration erreicht werden kann.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 ein Beispiel für einen dynamischen Pegelumsetzer,
Figur 2 ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Pegelumsetzer,
Figur 3 die Spannungen an verschiedenen Stellen in der Schaltung von Figur 2 und
Figur 4 eine Anordnung erfindungsgemäßer Pegelumsetzer, die Teile gemeinsam nutzen.
Figur 1 zeigt einen dynamischen Pegelumsetzer 10, der in diesem Beispiel auf einem Halbleitersubstrat integriert worden ist. Der Pegelumsetzer 10 enthält zwischen einer ersten Versorgungsklemme 12 und dem Ausgang 14 einen p-Kanal-Transistor 16 und zwischen dem Ausgang 14 und einer zweiten Versorgungsklemme 18 einen n-Kanal-Transistor 20. Die Versorgungsspannung an der Klemme 12 ist beispielsweise 5 V und die an der Klemme 18 beispielsweise minus 30 V. Der Eingang 22 empfängt Eingangssignale, deren Pegel (z. B. 0-5 V) von dem Pegelumsetzer 10 transformiert werden. Der Eingang 22 ist unmittelbar mit dem Gate des Transistors 16 verbunden, und die Kapazität 24 bewirkt eine kapazitive Kopplung zwischen dem Eingang 22 und dem Gate des Transistors 20. Weiter ist ein Steuerentladepfad für das Gate des Transistors 20 vorhanden, der hier den Ausgangszweig 26 eines Stromspiegels 28 umfaßt. Der Steuerentladepfad sorgt dafür, daß eine am Gate des Transistors 20 von einem positiven Signalübergang am Eingang 22 verursachte Ladungsanhäufung zur Klemme 18 fließt. Andererseits bewirkt der pn-Übergang 30, der einer P-Wannen-Technologie inhärent ist, bei einem negativen Signalübergang am Eingang 22 einen Ausgleich. Der Steuerentladepfad sowie der genannte pn-Übergang vermeiden ein schwebendes Potential am Gate. Ein Nachteil dieser Schaltung ist, daß am Ausgang 14 der niedrigste Pegel des Ausgangssignals keinen festen Wert hat, da Transistor 20 nur während und kurz nach einem positiven Übergang des Eingangssignals leitet. Die vom Ausgangssignal gesteuerten Schaltungen brauchen somit nur kurzzeitig auf den negativen Übergang des Ausgangssignals anzusprechen oder eingangsseitig ist Pufferung erforderlich.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pegelumsetzers 40, der diese Nachteile nicht aufweist. Die Bezugszeichen, die denen von Figur 1 entsprechen, deuten ähnliche oder identische Komponenten an. Statt der direkten kapazitiven Kopplung des Eingangs 22 mit dem Gate des n-Kanal-Transistors 20 wird das Eingangssignal in dem Logikgatter 42, das eingangsseitig mit dem Eingang 22 und mit einem Spike-Generator 44 verbunden ist, zuerst mit einem nadelförmigen, sich wiederholenden Signal verknüpft. Die an verschiedenen Stellen in der Schaltung vorhandenen Signale werden in Figur 3 gezeigt. Die obere Linie V&sub2;&sub2; stellt das Eingangssignal am Eingang 22 dar. Die zweite Linie V&sub1; stellt das nadelförmige, sich wiederholende Ausgangssignal des Spike-Generators 44 dar; die Linie V&sub2; darunter stellt das in dem Logikgatter 42 verknüpfte Signal dar, das der Kapazität 24 unterliegt. V&sub3; stellt das von der Kapazität 24 gefilterte und am Gate des Transistors 20 vorhandene Signal dar, und die Linie 14 stellt das Ausgangssignal des Pegelumsetzers am Ausgang 14 dar. Infolge der Verknüpfungsoperation wird die Spannung am Gate des Transistors 20 periodisch aufgefrischt. Das bedeutet, daß der hohe Logikpegel dieser Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs definiert bleibt und somit auch der niedrige Pegel des Ausgangssignals V&sub1;&sub4;.
Statt eines nadelförmigen Signals kann auch ein Signal mit willkürlicher Signalform verwendet werden, wenn dieses Signal dem Logikgatter 42 während einer kurzen Zeitdauer wiederholt zugeführt wird.
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform mit einer Vielzahl von n erfindungsgemäßen Pegelumsetzern, wobei der Spike-Generator 44 sowie der Eingangszweig des Stromspiegels 28 von mehreren Pegelumsetzern a ... n gemeinsam benutzt werden. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, daß die benötigte Fläche und auch der Stromverbrauch weiter verringert werden. In dieser Figur wird jedes der Elemente der Pegelumsetzer a... n mit dem gleichen Bezugszeichen angedeutet, wie sie in Figur 2 verwendet werden, ergänzt durch einen der Buchstaben a,...n.
Es sei bemerkt, daß die beschriebenen Ausführungsbeispiele sich auf eine verknüpfte Steuerung des n-Kanal-Transistors beziehen. Eine ähnliche Anordnung im Komplementärfall, das heißt im Fall einer kapazitiven Steuerung des p-Kanal-Transistors, kann auf ähnliche Weise gesteuert werden.
Es sei auch bemerkt, daß das gleiche Prinzip beispielsweise auch bei einer Gegentaktstufe aus zwei n-Kanal-Transistoren verwendet werden kann.
Schließlich sei bemerkt, daß statt eines Stromspiegels wie in der obigen bevorzugten Ausführungsform auch andere Steuereingangsentladepfade verwendet werden können, wie eine Diode, z. B. eine hochohmige Poly-Diode, ein Widerstand, eine Parallelschaltung aus einem Widerstand und einer Diode.

Claims

1. Pegelumsetzer (40) mit einem Aufladepfad (16) zwischen einer ersten Versorgungsspannung (VDD) und einem Ausgang (14) und mit einem Entladepfad (20) zwischen dem Ausgang und einer zweiten Versorgungsspannung (VEE), wobei die Pfade von einem Eingangssignal (V22) an einem Eingang zueinander komplementär steuerbar sind, und wobei einer der Pfade gleichstrommäßig mit dem Eingang gekoppelt ist, während der andere Pfad über eine Kapazität damit gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auffrischen einer Steuerspannung (V&sub3;) an einem Steuereingang des anderen Pfades das Eingangssignal mit einem sich wiederholenden Signal logisch verknüpft ist, um ein kombiniertes Signal (V&sub2;) zu bilden, das dem Steuereingang über die Kapazität zugeführt wird.

2. Pegelumsetzer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegelumsetzer einen Spike-Generator (44) umfaßt zum Erzeugen eines sich wiederholenden Impulssignals als das sich wiederholende Signal und ein Logikgatter (42) zum Verknüpfen des Impulssignals mit dem Eingangssignal.

3. Pegelumsetzer nach Anspruch 1, mit einem Ausgangszweig (26) eines in einem weiteren Entladepfad für den Steuereingang angeordneten Stromspiegels (28), der zwischen dem Steuereingang und der zweiten Versorgungsspannung verläuft.

4. Treiberschaltung mit wenigstens einem Pegelumsetzer nach Anspruch 1, 2 oder 3.

5. Treiberschaltung nach Anspruch 4 mit einer Vielzahl von Pegelumsetzern, wobei wenigstens eine der folgenden Komponenten gemeinsam für diese Vielzahl verwendet wird:

- ein Spike-Generator (44) zum Erzeugen des sich wiederholenden Signals;

- ein Eingangszweig eines Stromspiegels (28), von dem je ein Ausgangszweig in einem weiteren Entladepfad zwischen dem Steuereingang eines betreffenden anderen Pfades und der zweiten Versorgungsspannung angeordnet ist.

6. Treiberschaltung nach Anspruch 4 oder 5, die auf einem Halbleitersubstrat integriert ist.

7. Display mit einer Matrix aus Bildelementen, die in Zeilen und Spalten angeordnet sind und mit einer Treiberschaltung nach Anspruch 4 oder 5 zum Steuern wenigstens der Zeilen oder der Spalten versehen sind.

8. Display nach Anspruch 7, auf einem Substrat, beispielsweise einer Glasplatte oder einer Quarzplatte, wobei die Treiberschaltung wenigstens teilweise auf dem Substrat integriert worden ist.

9. Datenwiedergabeanordnung mit einem Display nach Anspruch 7 oder 8.