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Hintergrund
der Erfindung
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Bereich der Erfindung:
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen SC-Filter (switched
capacitor filter), und insbesondere auf einen SC-Filter mit einer
Offset-Unterdrückungsfunktion.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich des Weiteren auf einen Bildschirmtreiber, der
den SC-Filter aufweist.
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Beschreibung des Standes
der Technik:
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Ein
LCD-Bildschirm (LCD – liquid
crystal display) mit Dünnschichttransistoren
(TFT – thin
film transistors), die in einer Matrix (TFT-LCD) angeordnet sind,
ist derzeit notwendig, um eine hohe Auflösung, einen großen Betrachtungswinkelbereich
und eine Multigradation zur Verwendung in einem Monitor zu erreichen.
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Ein
LCD-Bildschirmtreiber zur Spannungsversorgung, um einen Flüssigkristall,
wie den TFT-LCD zu steuern, ist dementsprechend notwendig, um eine
hochgenaue Ausgangsspannung, einen Spannungsbereich von 10–20 Volt
und eine Ausgabedauer von ungefähr
12–15 μs zu erreichen.
Das Dokument US-A-5453 757 offenbart einen D/A-Wandler von der Art eines geschalteten
Kondensators mit verringertem Stromverbrauch und einer Offset-Unterdrückungsfunktion.
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Wie
in 1 ersichtlich ist, wird in dem Bildschirmtreiber
ein anderer herkömmlicher
D/A-Wandler von der Art eines geschalteten Kondensators mit einer
Offset-Unterdrückungsfunktion
in dem Operationsverstärker
A1 verwendet, um die hochgenaue Ausgangsspannung zu realisieren.
Der D/A-Wandler von der Art eines geschalteten Kondensators wandelt
beispielsweise so viele Pixels um, wie in einer Leitung auf der
oberen Seite des Bildschirms angeordnet sind. Dieser Stand der Technik
enthält
als analoge Eingänge
die Pegelspannungen V1, V2 und die Referenzspannung Vr, und weist
die Eingangskondensatoren C0–Cn
mit einem Verhältnis
auf, das der Bitanzahl von digitalen Eingangsdaten entspricht und einen
Ausgangskondensators Cc, der mit dem Ausgang verbunden ist. Er enthält ausserdem
den Operationsverstärker
A1, der eine Leitung, die parallel mit den Eingangskondensatoren
und dem Ausgangskondensator verbunden ist, als invertierenden Eingang
verwendet, und eine Leitung von der Referenzspannung Vr als nicht-invertierenden Eingang
verwendet. Des Weiteren enthält
er die Schalter S1–Sn, um
die Verbindungen zwischen den Pegelspannungen und den Eingangskondensatoren
gemäß der digitalen
Eingangsdaten zu ändern,
sowie die Schalter SW1–SW5,
um den Betrieb des D/A-Wandlers
von der Art eines geschalteten Kondensators zu ändern. Darüber hinaus enthält er Controller
zur Steuerung der Schalter SW1–5.
Im Fall von n-Bit-Eingangsdaten haben die Kondensatoren C0–Cn Kapazitäten von
C0 = Cu, C1 = Cu, C2 = 2 × Cu,
C3 = 2 × 2 × Cu, ...,
und Cn (n ≥ 1)
hat eine Kapazität,
die durch das Produkt der (n – 1)ten
Leistung von 2 und Cu dargestellt wird, wobei Cu eine Einheitskapazität angibt. Bei
den Werten der Pegelspannungen V1 und V2 handelt es sich um zwei
Zustände,
die einen Spannungsbereich definieren, der von dem D/A-Wandler von
der Art eines geschalteten Kondensators aus 1 ausgegeben
werden kann. Die Kapazität
des Ausgangskondensators Cc wird zusammen mit den Pegelspannungen
V1 und V2 (V1 > V2)
so festgelegt, dass ein Verhältnis
zwischen einer Gesamtsumme der Eingangskapazitä ten und der Ausgangskapazität einen
gewünschten
Ausgangsvariationsbereich des D/A Wandlers von der Art eines geschalteten
Kondensators ermöglichen
kann. Eine Kapazität
des Ausgangskondensators wird durch Cc = (X × Cu) unter Verwendung der
Einheitskapazität
Cu dargestellt. Die Referenzspannung Vr wird verstärkt und
gemäß eines
Verstärkungsgrades
ausgegeben, der anhand des Kapazitätenverhältnisses zwischen der Ausgangskapazität Cc und
der Gesamtsumme der Eingangskapazitäten C0–Cn festgelegt wird, und bei dem
es sich dementsprechend um eine Spannung handelt, mit der eine Referenz
für die
Ausgangsspannung festgelegt wird.
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Die
Arbeitsweisen des herkömmlichen D/A-Wandlers
von der Art eines geschalteten Kondensators mit einer Offset-Unterdrückungsfunktion wird
unten mit Bezug auf 2 beschrieben. Die Schalter
SW1 und Sn aus 1 werden auf H gestellt, wenn
die Pegel der entsprechenden Signale in 2 hoch werden,
während
sie auf L gestellt, wenn die Pegel der entsprechenden Signale in 2 niedrig
werden. Die Schalter SW2 bis SW5 werden eingeschaltet, wenn die
Pegel der entsprechenden Signale in 2 hoch werden,
während
sie abgeschaltet werden, wenn die Pegel der entsprechenden Signale in 2 niedrig
werden.
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Im
Anfangszustand (oder Ausgabemodus) wird SW1 auf L eingestellt, SW3
und SW5 werden auf AUS eingestellt, SW2 und SW4 werden auf EIN eingestellt,
und S1 bis Sn werden entweder auf den H-Status oder den L-Status
gemäß der digitalen
Eingangsdaten eingestellt. Wie später beschrieben wird, wird
die Ausgangsspannung Vo wie folgt dargestellt: Vo = (1 + (n'/x) × Vr
– (n'/x) × (V2 +
(α/n') × (V1 – V2) (1),wobei n' die n-te Leistung
von 2 darstellt, und α eine Menge
ist, die der n-Bit-Eingabe von Daten entspricht, die Zahlen von
1 bis (n' – 1) aufweist.
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In
dem, auf den Ausgabemodus folgenden Reset-Modus werden SW1 auf H,
SW3 und SW5 auf EIN, SW2 und SW4 auf AUS und S1–Sn auf L eingestellt. Der
D/A Wandler von der Art eines geschalteten Kondensators fungiert
in diesem Modus als ein Spannungsfolger, und eine Spannung von Vr
+ ΔVos (ΔVos ist eine
Offset-Spannung des Verstärkers
A1) taucht am Punkt a in dem Schaltkreis auf. Daher wird die Spannung
Vr + ΔVos
an den Anschlüssen
der Eingangskondensatoren C0–Cn
und des Ausgangskondensators Cc an einer Seite angelegt, mit der
der Punkt a verbunden ist. Vr wird ebenfalls an weiteren Anschlüssen der
Eingangskondensatoren C0–Cn und
des Ausgangskondensators Cc angelegt.
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Daher
werden die folgenden Ladungen in den Eingangskondensatoren C0–Cn und
in dem Ausgangskondensator Cc akkumuliert: (Vr + ΔVos – Vr) × C0 + ...
+ (Vr + ΔVos – Vr) × Cn
+
(Vr + Vos – Vr) × Cc
= ΔVos × (n' + x) × Cu (2)
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In
dem, auf den Reset-Modus folgenden Ausgabemodus werden SW1 auf L,
SW3 und SW5 auf AUS, SW2 und SW4 auf EIN und S1–Sn auf H oder L gemäß der digitalen
Eingangsdaten eingestellt.
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In
diesem Ausgabemodus werden die folgenden Ladungen in den Eingangskondensatoren C0–Cn und
in dem Ausgangskondensator Cc akkumuliert: (Va – V1) × α × Cu + (Va – V2) × (n' – α) × Cu
+ (Va – Vo) × Cc (3),wobei Va
eine Spannung an Punkt a bezeichnet. Wenn eine Spannung Vr an den
nicht-invertierenden Eingang des Operationsverstärkers A1 angelegt wird, ergibt
sich Va = Vr + ΔVos.
Die rechte Seite der Gleichungen (2) und (3) ist gleich, da die
Ladungen im Reset-Modus und im Ausgabemodus reserviert sind. Gleichung
(1) wird hergeleitet, indem die Gleichung, die die Gleichungen (2)
und (3) in Beziehung setzt, in Bezug auf Vo gelöst wird, während Va = Vr + ΔVos ersetzt
wird.
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Der
D/A Wandler von der Art eines geschalteten Kondensators mit Offset-Unterdrückungsfunktion,
die nicht von der Offset-Spannung ΔVos des Operationsverstärkers A1
betroffen ist, kann mit der oben genannten Operation konfiguriert
werden.
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Bei
dem oben erwähnten
Stand der Technik handelt es sich um einen Schaltkreis, der den Wunsch
nach dem hochgenauen Ausgang neben den Anforderungen an einen Source-Treiber
für TFT-LCD
erfüllt.
Es wird ein Schaltkreis erwünscht, der
ausserdem den Wunsch nach Erzielung eines Ausgangsspannungsbereichs
von 10–20
Volt, sowie gleichzeitig den Wunsch nach Erzielung einer Ausgabedauer
von ungefähr
12–15 μm erfüllt.
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Wenn
der Wunsch nach Erzielung des Ausgangsspanungsbereichs von 10–20 Volt
erfüllt
ist, gibt es im Stand der Technik jedoch einen großen Unterschied
zwischen der Ausgangsspannung (Vr + ΔVos), die als Spannungsfolger
in der letzten Stufe des Reset-Modus
von dem Schaltkreis ausgegeben wird, und der Ausgangsspannung Vo,
die in der ersten Stufe im Reset-Modus die letzte Spannung in dem
letzten Ausgabemodus ist. Daher ist eine Dauer von mindestens ((Vo – (Vr + ΔVos))/β) (μ/s) notwendig,
bis die Ausgangsspannung nach dem Eintritt in den Reset-Modus bei
(Vr + ΔVos)
stabilisiert wird, wenn eine Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers A1 β(V/μs) ist. 3 stellt
Zeitabweichungen der Spannungen an den Punkten a und b in dem herkömmlichen
Schaltkreis von 1 dar. Die Dauer, die notwendig
ist, um den Ausgang des Spannungsfolgers zu stabilisieren, wird
als Reset-Dauer bezeichnet und ist notwendig, sobald sie zwischen den
Ausgabemodi eingefügt
wurde. Wenn die Reset-Dauer lang wird, wird eine Ausgangsdauer reduziert,
um eine Spannung an den TFT-LCD
anzulegen, was den Nachteil mit sich bringt, dass die hochgenaue
Spannung nicht an den TFT-LCD angelegt werden kann.
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Um
den oben erwähnten
Nachteil im Stand der Technik zu lösen, wird die Reset-Dauer verkürzt, indem
ein durch den Operationsverstärker
fließender Strom
nur in der Reset-Dauer verlängert
wird, wodurch die Anstiegsgeschwindigkeit (slew rate) des Opera tionsverstärkers in
der Reset-Dauer erhöht wird.
Durch einen solchen Ansatz kann gegenwärtig eine Reset-Dauer von 2–3 μs realisiert
werden. Der oben erwähnte
Ansatz enthält
jedoch die folgenden Nachteile:
der Stromverbrauch steigt an;
der
Operationsverstärker
muss erneut konstruiert werden; und
der Schaltumfang des Operationsverstärkers wird groß und ein
Layoutbereich davon vergrößert sich. Eine
Weiterentwicklung der hohen Auflösung
und des großen
Bildschirmbereichs wird die gegenwärtige Ausgabedauer von 12–15 μs verringern,
und dementsprechend wird eine weitere Verringerung der Reset-Dauer
notwendig sein.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Um
die zuvor erwähnten
Nachteile zu vermeiden, wurde die vorliegende Erfindung entwickelt, und
hat dementsprechend die Aufgabe, einen D/A-Wandler nach Art eines
geschalteten Kondensators mit einer Offset-Unterdrückungsfunktion
zu bieten, der die Reset-Dauer
verkürzen
kann, ohne dabei den Schaltumfang zu vergrößern.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bildschirmtreiber
zu bieten, der einen solchen D/A-Wandler nach Art eines geschalteten
Kondensators aufweist.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es einen D/A-Wandler
nach Art eines geschalteten Kondensators, der Folgendes aufweist:
einen Operationsverstärker;
eine Vielzahl von Kondensatoren; eine Vielzahl von ersten Schaltern, die
alternativ die Verbindung ändern
können,
abhängig
davon, ob der D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators
sich im Ausgabemodus oder im Reset-Modus befindet, so dass der D/A-Wandler
nach Art eines geschalteten Kondensators eine Offset-Unterdrückungsfunktion
realisiert; eine Spannungsquelle; und einen zweiten Schalter zur
direkten Verbindung eines Ausgangs des Ope rationsverstärkers mit
der Spannungsquelle zu Beginn des Reset-Modus.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators kann gemäß dem ersten
Aspekt ein Vielzahlset aus der Spannungsquelle und der zweiten Schaltung,
und des Weiteren Folgendes aufweisen: Erfassungsvorrichtungen zur
Erfassung einer Ausgangsspannung des Wandlers; sowie Auswahlvorrichtungen,
die basierend auf der erfassten Ausgangsspannung, jeden der zweiten
Schalter dazu bringen, den Ausgang des Operationsverstärkers zu
Beginn des Reset-Modus mit einer entsprechenden Spannungsquelle
zu verbinden.
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Die
Erfassungsvorrichtungen können
die Ausgangsspannung durch Erfassung der digitalen Eingangsdaten
erfassen.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators kann gemäß dem ersten
Aspekt des Weiteren aufweisen: Erfassungsvorrichtungen zur Erfassung
einer Ausgangsspannung; und Sperrvorrichtungen, die basierend auf
der erfassten Ausgangsspannung den zweiten Schalter daran hindern, den
Ausgang des Operationsverstärkers
zu Beginn des Reset-Modus mit der Spannungsquelle zu verbinden.
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Die
Erfassungsvorrichtungen können
die Ausgangsspannung durch Erfassung der digitalen Eingangsdaten
erfassen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es einen SC-Filter,
der Folgendes aufweist: einen Operationsverstärker; eine Vielzahl von Kondensatoren;
eine Vielzahl von ersten Schaltungen, die alternativ die Verbindung
derer ändern, abhängig davon,
ob der Filter sich in einem Ausgabemodus oder in einem Reset-Modus
befindet, so dass der D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators
eine Offset-Unterdrückungsfunktion
realisiert; eine Spannungsquelle; und einen zweiten Schalter zur
direkten Verbindung eines Ausgangs des Operationsverstärkers mit
der Spannungsquelle zu Beginn des Reset-Modus.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators kann gemäß dem zweiten
Aspekt ein Vielzahlset aus der Spannungsquelle und des zweiten Schalters,
sowie des Weiteren Folgendes aufweisen: Erfassungsvorrichtungen
zur Erfassung einer Ausgangsspannung des D/A-Wandlers nach Art eines
geschalteten Kondensators; sowie Auswahlvorrichtungen, die basierend
auf der erfassten Ausgangsspannung jeden der zweiten Schalter dazu bringen,
den Ausgang des Operationsverstärkers
zu Beginn des Reset-Modus
mit einer entsprechenden Spannungsquelle zu verbinden.
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Gemäß einem
dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es einen D/A-Wandler
nach Art eines geschalteten Kondensators, der Folgendes aufweist:
einen Operationsverstärker;
Eingangskondensatoren, von denen jeder einen Anschluss aufweist, der
mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden
ist; einen Ausgangskondensator, der einen Anschluss aufweist, der
mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden
ist; eine erste Spannungsquelle; eine zweite Spannungsquelle; eine
dritte Spannungsquelle, die mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluss
des Operationsverstärkers
verbunden ist; einen ersten Schalter, der einen Anschluss aufweist,
der mit der zweiten Spannungsquelle verbunden ist; zweite Schalter,
die jeden der Eingangskondensatoren mit der ersten Spannungsquelle
oder einem anderen Anschluss des ersten Schalters verbinden; einen
dritten Schalter, der den anderen Anschluss des ersten Schalters
mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss verbindet; einen vierten
Schalter, der einen anderen Anschluss des Ausgangskondensators mit
dem nicht-invertierenden Eingangsanschluss oder mit einem Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers
verbindet; einen fünften
Schalter, der den invertierenden Eingangsanschluss mit dem Ausgangsanschluss
des Operationsverstärkers
verbindet; einen sechsten Schalter, der den Ausgangsanschluss des
Operationsverstärkers
mit einem letzten Ausgangsanschluss verbindet; eine vierte Spannungsquelle;
und einen siebten Schalter, der die vierte Spannungsquelle mit dem
Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers verbindet.
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In
dem D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators gemäß dem dritten
Aspekt, kann ausgeführt
sein, dass der erste und sechste Schalter eingeschaltet sind, der
dritte, fünfte
und siebte Schalter ausgeschaltet sind, der weitere Anschluss des vierten
Schalters mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkes verbunden
ist, und der zweite Schalter eine Verbindung gemäß der digitalen Eingangsdaten
in dem Ausgabemodus herstellt; der dritte und siebte Schalter werden
eingeschaltet, der erste, fünfte
und sechste Schalter werden ausgeschaltet, der andere Anschluss
des vierten Schalters wird mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers verbunden,
und der zweite Schalter stellt eine Verbindung zwischen den entsprechenden
Eingangskondensatoren und dem einen Anschluss des dritten Schalters
in dem, auf den Ausgabemodus folgenden, ersten Reset-Modus her;
und der dritte und fünfte
Schalter werden eingeschaltet, der erste, sechste und siebte Schalter
werden ausgeschaltet, der weitere Anschluss des vierten Schalters
wird mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss verbunden, und
die zweiten Schalter stellen eine Verbindung zwischen den entsprechenden
Eingangskondensatoren und dem einen Anschluss des dritten Schalters
in dem zweiten auf den ersten Reset-Modus folgenden Reset-Modus
her.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators kann gemäß dem dritten
Aspekt ein Mehrfachset aus der vierten Spannungsquelle und des siebten
Schalters, sowie des Weiteren Folgendes aufweisen: Erfassungsvorrichtungen
zur Erfassung einer Ausgangsspannung des Wandlers; sowie Auswahlvorrichtungen,
um basierend auf der erfassten Ausgabe, jeden der siebten Schalter
dazu zu bringen, den Ausgang des Operationsverstärkers mit der entsprechenden
vierten Spannungsquelle in dem ersten Reset-Modus zu verbinden.
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Die
Erfassungsvorrichtungen können
die Ausgangsspannung durch Erfassung der digitalen Eingangsdaten
erfassen.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators kann gemäß dem dritten
Aspekt des Weiteren Folgendes aufweisen: Erfassungsvorrichtungen
zur Erfassung einer Ausgangsspannung des Wandlers; und Sperrvorrichtungen,
um basierend auf der erfassten Ausgangsspannung den ersten Reset-Modus
zu sperren.
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Die
Erfassungsvorrichtungen können
die Ausgangsspannung durch Erfassung der digitalen Eingangsdaten
erfassen.
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Gemäß dem vierten
Aspekt der vorliegenden Erfindung gibt es einen Bildschirmtreiber,
der den D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators gemäß dem ersten
oder zweiten Aspekt aufweist.
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Andere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sind anhand der folgenden Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
davon erkennbar.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
vorliegende Erfindung wird durch die folgende detaillierte Erläuterung
mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verstanden werden, in
denen:
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1 ein
Blockdiagramm ist, das eine Anordnung eines D/A-Wandlers nach Art
eines geschalteten Kondensators im Stand der Technik darstellt;
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2 ein
Ablaufdiagramm der Abläufe
des D/A-Wandlers nach Art eines geschalteten Kondensators in 1 ist.
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3 ein
Diagramm ist, das die Zeitunterschiede an den Punkten a und b in
dem D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators in 1 darstellt;
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4 ein
Blockdiagramm ist, das eine Anordnung eines D/A-Wandlers nach Art
eines geschalteten Kondensators gemäß einer ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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5 ein
Ablaufdiagramm der Abläufe
des D/A-Wandlers nach Art eines geschalteten Kondensators in 4 ist;
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6 ein
Blockdiagramm ist, das eine Anordnung eines D/A-Wandlers nach Art
eines geschalteten Kondensators gemäß einer zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7 ein
Blockdiagramm ist, das eine Anordnung eines D/A-Wandlers nach Art
eines geschalteten Kondensators gemäß einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
-
8 ein
Blockdiagramm ist, das eine Anordnung eines D/A-Wandlers nach Art
eines geschalteten Kondensators gemäß einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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9 ein
Diagramm ist, das die Zeitunterschiede an den Punkten a und b in
dem D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators in 4 darstellt;
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10 ein
Blockdiagramm ist, das einen Bildschirmtreiber gemäß einer
sechsten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine von dem Bildschirmtreiber gesteuerte
LCD-Konsole darstellt; und
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11 ein Blockdiagramm ist, das den in 10 dargestellten
Source-Treiber darstellt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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(ERSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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In 4 ist
ein D/A-Wandlers nach Art eines n-Bit-geschalteten Kondensators
dargestellt, der eine Offset-Unterdrückungsfunktion (D/A-Wandlers nach
Art eines geschalteten Kondensators) gemäß der vorliegenden Erfindung
aufweist. Diese Ausführungsform
enthält
als analoge Eingaben die Pegelspannungen V1 und V2, die Referenzspannung
Vr und die externe Steuerspannung Vex, und weist die Eingangskondensatoren
C0–Cn
mit einem Verhältnis auf,
das der Anzahl von Bits der digitalen Eingangsdaten und des mit
der Ausgangsseite verbundenen Ausgangskondensators Cc entspricht.
Des Weiteren enthält
sie den Operationsverstärker
A1, der eine Leitung verwendet, die parallel mit den Eingangskondensatoren
und dem Ausgangskondensator als der invertierender Eingang verbunden
ist, sowie eine Leitung von der Referenzspannung Vr als nicht invertierenden
Eingang verwendet. Zudem enthält
sie die Schalter S1–Sn
zur Schaltung der Verbindungen der Eingangskondensatoren C0–Cn mit
den Pegelspannungen V1 oder V2 gemäß der digitalen Eingabedaten
sowie die Schalter SW1–SW6
zur Änderung
der Arbeitsweise des D/A-Wandlers nach Art eines geschalteten Kondensators.
Außerdem
enthält
sie noch den Controller U0 zur Steuerung der Schalter SW1–6. Im Fall
von digitalen n-Bit-Eingangsdaten haben die Eingangskondensatoren
C0–Cn
Kapazitäten
von C0 = Cu, C1 = Cu, C2 = 2 × Cu,
C3 = 2 × 2 × Cu, ...,
und Cn (n ≥ 1)
hat eine Kapazität,
die durch das Produkt der (n – 1)ten
Leistung von 2 und Cu dargestellt wird, wobei Cu eine Einheitskapazität angibt. Bei
den Werten der Pegelspannungen V1 und V2 handelt es sich um einen
der Zustände,
die einen Spannungsbereich definieren, der von dem geschalteten
D/A-Wandler von der Art eines geschalteten Kondensators ausgegeben
werden kann. Die Kapazität
des Ausgangskondensators Cc wird zusammen mit den Pegelspannungen
V1 und V2 (V1 > V2)
so festgelegt, dass ein Verhältnis
zwischen einer Gesamtsumme der Eingangskapazitäten und der Ausgangskapazität einen
gewünschten
Ausgangsvariationsbereich des D/A Wandlers von der Art eines geschalte ten
Kondensators realisieren kann. Eine Kapazität des Ausgangskondensators
wird durch Cc = (X × Cu)
dargestellt, wobei Cu eine Einheitsgröße ist. Die Referenzspannung
Vr, die gemäß eines
Verstärkungswertes
verstärkt
wird, der anhand des Kapazitätenverhältnisses
zwischen der Ausgangskapazität Cc
und der Gesamtsumme der Eingangskapazitäten C0–Cn festgelegt wird, legt eine
Referenz für
die Ausgangsspannung fest. Die externe Steuerspannung Vex, die im
Stand der Technik nicht vorhanden ist, zwingt den Operationsverstärker dazu,
bei einer hohen Geschwindigkeit zu arbeiten, wenn sie vor dem Ausführen der
Offset-Unterdrückungsfunktion an
den Ausgang des Operationsverstärkers
A1 angelegt wird. Neben den Schaltern zur Änderung der Arbeitsweise des
D/A-Wandlers nach
Art eines geschalteten Kondensators steuert SW6 die Verbindung der
externen Steuerspannung Vex.
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Die
Arbeitsweise des in 4 dargestellten Schaltkreises
wird als nächstes
beschrieben.
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5 stellt
ein Ablaufdiagramm für
jeden Schalter der vorliegenden Erfindung dar. Die Schalter SW1
und Sn in 1 werden auf H gestellt, wenn
die Pegel der entsprechenden Signale in 2 hoch werden,
während
sie auf L gestellt werden, wenn die Pegel der entsprechenden Signale
in 2 niedrig werden. Die Schalter SW2 bis SW6 werden
eingeschaltet, wenn die Pegel der entsprechenden Signale in 2 hoch
werden, während
sie ausgeschaltet werden, wenn die Pegel der entsprechenden Signale in 2 niedrig
werden.
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Der
Schaltkreis von 4 erzeugt eine Ausgangsspannung
von Vo im Anfangszustand. Im Anfangszustand wird SW1 mit L verbunden,
SW3, SW5 und SW6 werden ausgeschaltet und SW2 und SW4 werden eingeschaltet.
Im Anfangszustand verbinden die Schalter S1–Sn eine Pegelspannung V1 oder
V2 bzw. die Eingangskondensatoren C0–Cn gemäß der digitalen Eingangsdaten.
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Die
Ausgangsspannung Vo wird im Anfangszustand, ähnlich dem Stand der Technik,
durch die Gleichung (1) dargestellt.
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Wenn
ein Modus in einen auf den Anfangszustand folgenden ersten Reset-Modus
versetzt wird, wird SW1 mit L verbunden, SW2–4 werden ausgeschaltet, SW5
und SW6 werden eingeschaltet, und S1–Sn werden mit L verbunden.
Zu diesem Zeitpunkt wird die externe Steuerspannung Vex an den Ausgang
des Operationsverstärkers
A1 angelegt. Die Referenzspannung Vr wird an den Anschlüssen der Eingangskondensatoren
C0–Cn
auf einer Seite angelegt, mit der der invertierende Eingang des
Operationsverstärkers
nicht verbunden ist. Die Spannung an dem Punkt b wird zu Vex, weil
die externe Steuerspannung Vex direkt angelegt wird. Andererseits
unterscheidet sich die Spannung an dem Punkt a, der mit dem invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers
A1 verbunden ist, kaum von der Spannung Vr in dem Ausgabemodus.
Ein Strom von mehreren 100 μA
fließt
in die Ausgangsstufe des Operationsverstärkers A1, weil die externe
Steuerspannung Vex an den Punkt b oder an den Ausgang des Operationsverstärkes A1
angelegt wird. Daher ändert
sich der interne Zustand des Operationsverstärkers A1 schneller als die
Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers. Der erste Reset-Modus
benötigt dementsprechend
nur eine sehr kurze Zeit (einige 10 ns).
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Wenn
ein Modus in einen zweiten, auf den ersten Reset-Modus folgenden,
Reset-Modus versetzt wird, wird SW1 mit H verbunden, SW3 und SW5 werden
eingeschaltet, und SW2, SW4 und SW6 werden ausgeschaltet. Zu diesem
Zeitpunkt fungiert der D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators
als Spannungsfolger, und die Punkte a und b werden miteinander kurzgeschlossen.
Eine Spannung von Vr + ΔVos
(wobei es sich bei ΔVos
um die Offset-Spannung des Operationsverstärkers A1 handelt) wird an den
Punkt a angelegt. Daher wird die Spannung von Vr + ΔVos an die
Anschlüsse
der Eingangskondensatoren C0–Cn
und des Ausgangskondensators Cc an einer Seite angelegt, mit der
der Punkt a verbunden ist. Die Spannung Vr wird an die Anschlüsse der
Eingangskondensatoren C0–Cn
und des Ausgangskondensators Cc auf der anderen Seite angelegt.
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Deswegen
werden die durch Gleichung (2) dargestellten Ladungen in den Eingangskondensatoren
C0–Cn
und in dem Ausgangskondensator Cc akkumuliert.
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Die
für den
zweiten Reset-Modus notwendige Dauer ist eine Dauer zwischen der
Zeit, wenn der erste Reset-Modus abgeschlossen ist, und der Zeit, wenn
die Spannung an dem Punkt a gemäß der Anstiegsgeschwindigkeit
des Operationsverstärkers
A1 bei Vr + ΔVos
stabilisiert wird. Die für
den zweiten Reset-Modus notwendige Dauer hängt von dem internen Zustand
des Operationsverstärkers
bei Abschluss des ersten Reset-Modus ab. Je näher der interne Betriebszustand
des Operationsverstärkers
an dem Zustand der Ausgabe von Vr als Spannungsfolger in dem zweiten
Reset-Modus bei
Abschluss des ersten Reset-Modus ist, desto kürzer kann die für den zweiten
Reset-Modus notwendige Dauer gehalten werden. Daher ist die für den ersten
Reset-Modus notwendige externe Steuerspannung Vex so festgelegt,
dass sie die für
den zweiten Reset-Modus notwendige Dauer auf das Kürzeste einstellt,
wenn der Unterschied zwischen Vo und Vr im Anfangszustand am größten ist.
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Wenn
ein Modus in den auf den zweiten Reset-Modus folgenden Ausgabemodus
versetzt wird, wird SW1 mit L verbunden, SW2 und SW4 werden eingeschaltet,
SW3, SW5 und SW6 werden ausgeschaltet, und S1–Sn werden gemäß den digitalen
Daten mit H oder L verbunden.
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Die
durch Gleichung (3) dargestellten Ladungen werden in den Eingangskondensatoren
C0–Cn und
in dem Ausgangskondensator Cc in dem Ausgabemodus akkumuliert, wobei
Va die Spannung an dem Punkt a angibt. Wenn Vr an den nicht-invertierenden
Eingang des Operationsverstärkers
A1 angelegt wird, ergibt sich Va = Vr + ΔVos.
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Die
rechte Seite von Gleichung (2) und (3) ist gleich, weil die Ladungen
in den zweiten Reset-Modi und in den Ausgabemodi reserviert sind.
Gleichung (1) wird hergeleitet, indem die die Gleichungen (2) und
(3) verbindende Gleichung mit Bezug auf Vo gelöst wird, während Va = Vr + ΔVos ersetzt
wird.
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Der
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators mit Offset-Unterdrückungsfunktion,
die durch die Offset-Spannung ΔVos
des Operationsverstärkers
A1 nicht betroffen ist, kann mit dem oben erwähnten Ablauf konfiguriert werden.
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(ZWEITE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Nachstehend
wird eine zweite Ausführungsform
erläutert.
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Die
erste Ausführungsform
enthält
nur eine externe Steuerspannung Vex. Die zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung bietet zwei externe Steuerspannungen,
falls die oben erwähnte Referenzspannung
Vr nahe des Zentrums des Ausgangsspannungsbereichs des D/A-Wandlers
nach Art eines geschalteten Kondensators festgelegt wird. Indem
eine der externen Steuerspannungen davon abhängend ausgewählt wird,
ob die Ausgangsspannung Vo im Anfangszustand größer oder kleiner als die Referenzspannung
Vr ist, kann die Summe der ersten Reset-Modusdauer und der zweiten
Reset-Modusdauer oder die Gesamtdauer der Reset-Modi in jedem Fall
verkürzt
werden. Da die Ausgangsspannung Vo im Anfangszustand durch die Gleichung
(1) dargestellt wird, kann die Ausgangsspannung Vo unter Verwendung
der Gleichung (1) berechnet werden.
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Die
zweite Ausführungsform
kann durch die folgende Anordnung und den folgenden Ablauf realisiert
werden. Wie in 6 dargestellt ist, sind zusätzlich zu
der Anordnung der ersten Ausführungsform zwei
Referenzspannungen Vex1 und Vex2 sowie die Schalter SW6-1 und SWE6-2
vorhanden, die den entsprechenden Referenzspannungen und SW6 in der
ersten Ausführungsform ähneln. Der
Controller U0 der ersten Ausführungsform
wird zu dem Controller U1 abgeändert,
damit er eine Funktion enthält,
um zu berechnen, ob die Ausgangsspannung Vo im Anfangszustand größer oder
kleiner als die Referenzspannung Vr ist, die auf den digitalen Eingangsdaten im
Anfangszustand und der Gleichung (1) basiert. Zum Zeitpunkt des
Beginns des ersten Reset-Modus wählt der
Controller U1 durch Schließen
von SW6-1, wenn Vo > Vr,
die Referenzspannung Vex1 oder sonst die Referenzspannung Vex2 durch
Schließen von
SW6-2 aus.
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(DRITTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Nachstehend
wird eine dritte Ausführungsform
erläutert.
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Es
gibt einen Fall, wobei die benötigte
Dauer für
einen Ablauf, der nicht den ersten Reset-Modus, sondern den zweiten
Reset-Modus als
Ablauf des Standes der Technik enthält, kürzer ist als die für benötigte Dauer
für einen
Ablauf ist, der sowohl den ersten Reset-Modus, als auch den zweiten
Reset-Modus als erste Ausführungsform
für einen
bestimmten Bereich der Ausgangsspannung V0 enthält. Ein solcher Bereich der
Ausgangsspannung Vo wird für
jede Art von Operationsverstärker
bestimmt, und die Ausgangsspannung Vo im Anfangszustand wird durch
die Gleichung (1) dargestellt. In dieser Ausführungsform wird daher nur der
zweite Reset-Modus ausgeführt,
wenn er basierend auf den digitalen Eingangsdaten festlegt wird,
damit die benötigte
Dauer für
einen Ablauf, der nicht den ersten Reset-Modus, sondern den zweiten
Reset-Modus enthält,
kürzer
als die benötigte
Dauer für
einen Ablauf ist, der sowohl den ersten Reset-Modus, als auch den
zweiten Reset-Modus enthält,
während
sonst sowohl der erste Reset-Modus, als auch der zweite Reset-Modus
durchgeführt
werden. Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der, für
den in der ersten Ausführungsform
durchgeführten,
Reset-Modus benötigte Strom
verringert werden, und der D/A-Wandler nach Art eines geschalteten
Kondensators mit Offset-Unterdrückungsfunktion
kann realisiert werden, ohne dass dabei der Vorteil der ersten Ausführungsform verloren
geht.
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Die
dritte Ausführungsform
kann durch die folgende Anordnung und den folgenden Ablauf realisiert
werden. Wie in 7 dargestellt ist, wird der Controller
U0 der ersten Ausführungsform
zu dem Controller U2 abgeändert,
damit er eine Funktion enthalten kann, um zu berechnen, ob sich
die Ausgangsspannung Vo im Anfangszustand in dem zuvor erwähnten Bereich
befindet, der auf den digitalen Eingangsdaten im Anfangszustand
und der Gleichung (1) basiert, und um festzustellen, ob nur der zweite
Reset-Modus, oder
sowohl der erste, als auch der zweite Reset-Modus gemäß der Berechnung durchgeführt werden
sollen.
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(VIERTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Nachstehend
wird eine vierte Ausführungsform
erläutert.
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Bei
dieser Ausführungsform
handelt es sich um eine Kombination der zweiten und dritten Ausführungsform.
Wenn Vo > Vr + α(α ≥ 0), wird
der Ablauf sowohl in dem ersten, als auch in dem zweiten Reset-Modus
ausgeführt,
während
Vex1 als die externe Steuerspannung ausgewählt wird. Wenn Vr + α ≥ Vo ≥ Vr – β (β ≥ 0), wird
der Ablauf nur in dem zweiten Reset-Modus ausgeführt. Wenn Vo < Vr – β, wird der Ablauf
sowohl in dem ersten, als auch in dem zweiten Reset-Modus ausgeführt, während Vex2
als die externe Steuerspannung ausgewählt wird. Die Werte von α und β können so
eingestellt werden, dass die maximale Reset-Dauer zur kürzesten
wird. Gemäß dieser
Ausführungsform
kann die Reset-Dauer verkürzt
werden, und ein überflüssiger Stromverbrauch verringert
werden.
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Die
vierte Ausführungsform
kann durch die folgende Anordnung und den folgenden Ablauf realisiert
werden. Wie in 8 dargestellt ist, ähnelt die Anordnung
der vierten Ausführungsform
der Anordnung der zweiten Ausführungsform.
Der Controller U1 der zweiten Ausführungsform wird jedoch zu dem Controller
U3 abgeändert.
Der Controller U3 berechnet basierend auf den digitalen Eingangsdaten
im Anfangszustand und der Gleichung (1), ob Vo > Vr + α,
Vr + α ≥ Vo ≥ Vr – β, oder Vo < Vr – β und wählt einen
der zuvor erwähnten
drei Abläufe
basierend auf der Berechnung aus.
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(FÜNFTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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Nachstehend
wird eine fünfte
Ausführungsform
erläutert.
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Diese
Ausführungsform
erhöht
die Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers durch Erhöhung des
Stroms, der in den Operationsverstärker fließt, wenn dieser in dem zweiten
Reset-Modus für die
erste bis vierte Ausführungsform
arbeitet. Gemäß dieser
Ausführungsform
kann die Reset-Zeit mit Bezug auf den Stand der Technik verkürzt werden,
weil der notwendige Pegel zur Steuerung in dem zweiten Reset-Modus
kleiner als der in dem herkömmlichen Fall
ist.
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(SECHSTE AUSFÜHRUNGSFORM)
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10 ist
ein Blockdiagramm, das einen Bildschirmtreiber gemäß der sechsten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung und eine von dem Bildschirmtreiber gesteuerte
LCD-Konsole 105 darstellt, die in dem LCD-Modul 100 enthalten
sind.
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Der
Bildschirmtreiber enthält
den Signalwandler 101, den γ-Kompensator 102, den
Source-Treiber 103, sowie den Gate-Treiber 104.
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Der
Signalwandler empfängt
ein Bildsignal von außerhalb,
beispielsweise von einem PC. Der γ-Kompensator 102 führt dem
Source-Treiber 103 eine Spannung für die γ-Kompensation zu. Der Signalwandler 101 wandelt
das Bildsignal um, um so dem Source-Treiber 103 Signale
zuzuführen.
Die Signale beinhalten digitale RGB-Daten, ein Startsignal, damit der Source-Treiber 103 den
Zeitpunkt der Dateneingabe festlegt, ein Taktsignal zur Steuerung
des Source-Treibers 103, sowie ein Ausgabe-Timingsignal,
um den Zeitpunkt festzulegen, an dem ein analoges Signal von dem
D/A-Wandler in die
LCD-Konsole 105 eingespeist wird. Die γ-Kompensation hat den Effekt,
dass die digitalen RGB-Daten mit den Transparenz-Spannungscharakteristika
der LCD-Konsole 105 übereinstimmen.
Gemäß den Signalen
des Signalwandlers 101 und des γ-Kompensators 102 speist der
Source-Treiber 103 das analoge Signal in die LCD-Konsole 105 ein.
Der Signalwandler 101 führt dem Gate-Treiber 104 ausserdem
ein Signal zum Scannen der LCD-Konsole 105 zu.
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11 ist ein Blockdiagramm, das den in 10 dargestellten
Source-Treiber 103 darstellt.
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Das
Schieberegister 111 ist aus Registern aufgebaut, die in
Reihe geschaltet sind. Alle Register werden durch das Ausgangs-Timingsignal zurückgesetzt.
Das Startsignal verbreitet sich taktsynchron in den Registern. Die
Ausgabe von jedem Register wird als ein Speichersignal von jedem
der Datenregister 112 verwendet. Die digitalen Dateneingangssignale werden
allen Datenregistern 112 a bis n zugeführt. Jedes Datenregister speichert
die digitalen Eingangsdaten, wenn das Speichersignal aktiv wird.
Alle Datenspeicher a bis n fragen die Ausgaben der Datenregister
synchron mit dem Ausgabe-Timingsignal ab, und speichern diese, bis
das nächste
Ausgabe-Timingsignal wieder aktiv wird. Die D/A-Wandler n wandeln die Ausgaben der Datenspeicher
um. Jeder D/A-Wandler
entspricht jedem der ersten bis fünften Ausführungsform.
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Der
herkömmliche
D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators mit Offset-Unterdrückungsfunktion
arbeitet nur in dem zweiten Reset-Modus und Ausgabemodus, aber nicht
im ersten Reset-Modus. Die in dem zweiten Reset-Modus notwendige
Dauer wird durch den Ausgangsbereich des D/A-Wandlers nach Art eines
geschalteten Kondensators, die Größe der Referenzspannung Vr,
und die Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers zur
Verwendung in dem D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators
festgelegt.
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Die
vorliegende Erfindung ändert
den internen Zustand des Operationsverstärkers in dem D/A-Wandler nach
Art eines geschalteten Kondensators dadurch, dass die externe Spannung
in dem ersten Reset-Modus vor dem zweiten Reset-Modus bereitgestellt
wird, und der Operationsverstärker
danach als Spannungsfolger in dem zweiten Reset-Modus fungiert.
Daher kann die Spannung, die den Operationsverstärker als Spannungsfolger steuert,
mit Bezug auf den Stand der Technik verringert werden, und die notwendige
Dauer für
den zweiten Reset-Modus kann verkürzt werden.
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9 zeigt
Zeitschwankungen der Spannungen an den Punkten a und b in dem Schaltkreis, der
in 4 gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. 3 zeigt
die Zeitabhängigkeit
der Spannungen an den Punkten a und b in dem Schaltkreis, der in 1 gemäß des Standes
der Technik dargestellt ist. Die Anfangsspannung an dem Punkt a
in dem zweiten Reset-Modus von 9 wird zu
einer Spannung, die näher
an Vr mit Bezug auf 1 ist, indem der erste Reset-Modus auf
mehrere 10 ns eingestellt wird, woraufhin der zweite Reset-Modus
dann in 1–2 μs abgeschlossen werden
kann. Dadurch kann die Reset-Dauer, die für die zwei Ausgabemodi notwendig
ist, im Vergleich zum Stand der Technik verkürzt werden.
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Obwohl
in dem ersten Reset-Modus Strom in den Operationsverstärker fließt, der
sich von dem Strom beim herkömmlichen
Betrieb unterscheidet, beträgt
die Zeitspanne für
die Dauer des ersten Reset-Modus gemäß der vorliegenden Erfindung
mehrere 10 ns. Dadurch steigt der gesamte Stromverbrauch leicht
an.
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Die
vorliegende Erfindung kann ausgeführt werden, indem eine Spannung
von ausserhalb des Operationsverstärkers angelegt wird. Deswegen muss
der Schaltkreis in dem Operationsverstärker nicht modifiziert werden.
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Im
Vergleich zu dem Stand der Technik handelt es sich bei einem zusätzlichen
Bauteil der vorliegenden Erfindung nur um einen Schalter in der Schaltanordnung.
Daher entspricht die für
den D/A-Wandler nach Art eines geschalteten Kondensators notwendige
Schaltfläche
fast dem Stand der Technik. Alle D/A-Wandler nach Art eines geschalteten
Kondensators in dem LCD-Treiber können sich eine externe Steuerspannungsquelle
teilen, die die Schaltfläche
kaum vergrößert.