JP6782614B2 - 出力回路及び液晶表示装置のデータドライバ - Google Patents

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Description

本発明は、出力回路及びそれを用いた液晶表示装置のデータドライバに関する。
現在、表示装置の分野ではアクティブマトリクス型の液晶表示装置が主流となっている。液晶表示装置は、スマートフォンやタブレット端末等の携帯情報端末から、4K、2K等の高解像度のモニタやTV等の大画面を有する装置まで、あらゆる表示装置に広く用いられている。
表示パネルを駆動するデータドライバは、高品質の画像表示や動画表示に対応するため、高精度な階調電圧の出力とともに、データ線の高速駆動が求められる。そのため、データドライバの出力回路は、表示パネルのデータ線容量を高速に充放電するために高い駆動能力が必要とされる。また、良好な表示品質を実現するために、データ線の充電時及び放電時の駆動波形の傾き、すなわちデータドライバの出力増幅回路のスルーレートの対称性や均一性も必要とされる。
また液晶ディスプレイは、液晶に印加される電圧の電圧レベルで階調に応じた透過率が制御されるが、液晶の劣化を防ぐために液晶に印加する電圧極性を所定の周期で変える必要がある。一般的には、一定のコモン電圧に対して正極側の階調電圧と負極側の階調電圧を所定の周期で切り替えてデータ線を駆動する駆動方式が採用されている。このため、データドライバには、液晶印加電圧範囲の約2倍の電源電圧(最大約20V)が必要となる。
近時、データドライバの駆動方式は、消費電力の削減のため、ドット反転駆動(正極と負極とをデータ期間単位で切り替え)からカラム反転駆動(正極と負極とを1フレーム期間(1画面書き換え期間)単位で切り替え)に移行している。カラム反転駆動用のデータドライバでは、上位電源電圧VDD、中位電源電圧VML(コモン電圧付近)、低位電源電圧VSS(=GND)の3電源を用いて、正極性及び負極性の階調電圧を出力するハーフVDDアンプが出力回路として用いられる。
カラム反転駆動用のハーフVDDアンプとして、駆動用の電源を正/負極性のダイナミックレンジに応じて夫々設けた2出力構成の出力アンプが知られている(例えば、特許文献1)。
この2出力構成の出力アンプでは、差動入力段回路の電源電圧範囲がフルVDD(VDD−VSS)であるのに対し、2つの出力段回路の電源電圧範囲は、夫々正極側ハーフVDD(VDD−VML)、負極側ハーフVDD(VMH−VSS)となる(例えば、VML=VMH=VDD/2)。そして、差動入力段回路の入力電圧の電圧極性に応じて、2つの出力段回路が切り替え可能に構成されている。
これは、正極側と負極側の出力電圧のオフセット電圧(出力期待値からの誤差)にばらつきがあると表示品質が低下するため、出力オフセット電圧のばらつきを決める差動入力段回路を正極電圧出力時と負極電圧出力時とで共通とすることにより、表示品質の低下を防ぐ構成としたものである。
しかしながら、重負荷の高速駆動(カラム反転駆動)において、例えば、差動入力段回路の正極入力電圧として、中位電源電圧VML付近の正極電圧が入力された初期状態から、第1データ期間に高位電源電圧VDD付近の正極電圧が入力される(充電動作)とき、出力段回路のPch及びNch出力段トランジスタのゲート電圧は過渡的に正極電圧範囲を大きく逸脱して中位電源電圧VMLより低い電位まで低下する場合がある。この段階で第1データ期間が終了し、次の第2データ期間に正極入力電圧が低電圧側(例えば中位電源電圧VML付近)へと変化すると、Pch及びNch出力段トランジスタのゲート電圧が中位電源電圧VMLを超えて、Nch出力段トランジスタがオンする電位まで上昇しないと放電動作に切り替わらないため、第2データ期間では大きな出力信号遅延が発生し、表示品質が低下するという問題がある。
同様に、差動入力段回路の負極入力電圧が、中位電源電圧VMH付近の負極電圧が入力された初期状態から、第1データ期間に低位電源電圧VSS付近の負極電圧が入力される(放電動作)とき、出力段回路のPch及びNch出力段トランジスタのゲート電圧は過渡的に負極電圧範囲を大きく逸脱して中位電源電圧VMHより高い電位まで上昇する場合がある。この段階で第1データ期間が完了し、次の第2データ期間に負極入力電圧が高電圧側(例えば中位電源電圧VMH付近)へ変化すると、Pch及びNch出力段のゲート電圧が中位電源電圧VMHを超えて、Pch出力段トランジスタがオンする電位まで低下しないと充電動作に切り替わらないため、第2データ期間では大きな出力信号遅延(出力波形の非対称性や不均一性)が発生し、表示品質が低下するという問題がある。
そこで、正極電圧が入力される差動増幅回路は、低電位側のカレントミラー回路とNch出力段トランジスタのゲートとの間にバイアス信号を受けてオン又はオフとなる制御トランジスタを設け、Nch出力段トランジスタのゲートが中位電源電圧VMLから更に低下しようとすると制御トランジスタがオフすることにより、出力段トランジスタのゲート電圧が中位電源電圧以下に低下することを防止する出力回路が考えられた(例えば特許文献2の図1)。同様に、負極電圧が入力される差動増幅回路は、高電位側のカレントミラー回路とPch出力段トランジスタのゲートとの間にバイアス信号を受けてオン又はオフとなる制御トランジスタを設け、Pch出力段トランジスタのゲートが中位電源電圧VMHから更に上昇しようとすると制御トランジスタがオフすることにより、出力段トランジスタのゲート電圧が中位電源電圧以上に上昇することを防止する出力回路が考えられた(例えば特許文献2の図2)
特開2009−244830号公報 特開2012−39345号公報
上記の特許文献2の出力回路では、制御トランジスタのゲートに供給するクランプ用のバイアス信号が新たに必要であり、バイアス線が増加する。また、上記特許文献1の構成においても、同様なクランプ素子を正極側及び負極側の出力増幅段にそれぞれ追加することにより、正極側の出力段トランジスタのゲート電圧が正極側電源電圧範囲を逸脱するのを防止し、負極側の出力段トランジスタのゲート電圧が負極側電源電圧範囲を逸脱するのを防止して出力信号遅延を抑制することができるが、この場合にもクランプ用のバイアス信号が新たに必要となるため、バイアス線が増加する。
表示用データドライバのバイアス線は、一般的にチップ中央のバイアス回路から複数の出力回路に共通配線される構成であるため、バイアス線が増加すると、交差する配線とのカップリング等によりノイズの影響を受けやすくなり、誤動作のリスクが高くなるという問題があった。また、設計容易性の観点からも、バイアス線の数は少ない方が好ましく、線数の削減要請があるという問題があった。
本発明に係る出力回路は、差動増幅回路と、出力増幅回路と、制御回路と、入力信号の入力を受ける入力端子と、出力信号を出力する出力端子と、第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と、第2の電源電圧が供給される第2の電源端子と、前記第1の電源電圧及び前記第2の電源電圧の間の電圧値を有する第3の電源電圧が供給される第3の電源端子と、を備え、前記差動増幅回路は、前記入力信号と前記出力信号との差分に対応した差動電流を生成する差動入力段と、前記第1の電源端子に接続された、第1導電型のトランジスタ対を含む第1のカレントミラーと、前記第2の電源端子に接続された、前記第1導電型とは反対導電型の第2導電型のトランジスタ対を含む第2のカレントミラーと、前記第1のカレントミラーの入力ノード及び前記第2のカレントミラーの入力ノードの間に接続された第1の電流源回路と、前記第1のカレントミラーの出力ノード及び前記第2のカレントミラーの出力ノードの間に接続された第2の電流源回路と、を備え、前記第1及び第2のカレントミラーの少なくとも一方が前記差動入力段の差動電流を受け、前記第1の電流源回路は、制御端子に第1のバイアス電圧を受ける第1導電型の第1トランジスタと、前記第1トランジスタと直列に接続され、制御端子に第2のバイアス電圧を受ける第2導電型の第2トランジスタと、を備え、前記出力増幅回路は、前記第1の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第1のカレントミラーの出力ノードと前記第2の電流源回路の一端との接続点に接続された第1導電型の第3トランジスタと、前記第3の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2の電流源回路の他端に接続された第2導電型の第4トランジスタと、を備え、前記制御回路は、前記第2の電流源回路の他端と前記出力増幅回路の前記第4トランジスタの制御端子との接続点に第1端子が接続され、前記第2のカレントミラーの出力ノードに第2端子が接続され、前記第1のバイアス電圧を制御端子に受ける第1導電型の第5トランジスタを備える、ことを特徴とする。
また、本発明に係る出力回路は、差動増幅回路と、出力増幅回路と、制御回路と、入力信号の入力を受ける入力端子と、出力信号を出力する出力端子と、第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と、第2の電源電圧が供給される第2の電源端子と、前記第1の電源電圧及び前記第2の電源電圧の間の電圧値を有する第3の電源電圧が供給される第3の電源端子と、を備えた出力回路であって、前記差動増幅回路は、前記入力信号と前記出力信号との差分に対応した差動電流を生成する差動入力段と、前記第1の電源端子に接続された、第1導電型のトランジスタ対を含む第1のカレントミラーと、前記第2の電源端子に接続された、前記第1導電型とは反対導電型の第2導電型のトランジスタ対を含む第2のカレントミラーと、前記第1のカレントミラーの入力ノード及び前記第2のカレントミラーの入力ノードの間に接続された第1の電流源回路と、前記第1のカレントミラーの出力ノード及び前記第2のカレントミラーの出力ノードの間に接続された第2の電流源回路と、を備え、前記第1及び第2のカレントミラーの少なくとも一方が前記差動入力段の差動電流を受け、前記第1の電流源回路は、制御端子に第1のバイアス電圧を受ける第1導電型の第1トランジスタと、前記第1トランジスタと直列に接続され、制御端子に第2のバイアス電圧を受ける第2導電型の第2トランジスタと、を有し、前記出力増幅回路は、前記第3の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2の電流源回路の一端に接続された第1導電型の第3トランジスタと、前記第2の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2のカレントミラーの出力ノードと前記第2の電流源回路の他端との接続点に接続された第2導電型の第4トランジスタと、を備え、前記制御回路は、前記第2の電流源回路の一端と前記出力増幅回路の前記第3トランジスタの制御端子との接続点に第1端子が接続され、前記第1のカレントミラーの出力ノードに第2端子が接続され、前記第2のバイアス電圧を制御端子に受ける第2導電型の第5トランジスタを有する、ことを特徴とする。
本発明に係る出力回路によれば、バイアス線の増加を抑えつつ、出力信号の遅延を防止することが可能となる。
実施例1の出力回路の構成を示す回路図である。 出力回路の比較例を示す回路図である。 実施例2の出力回路の構成を示す回路図である。 実施例3の出力回路の構成を示す回路図である。 実施例4の出力回路の構成を示す回路図である。 実施例5のバイアス回路の構成を示す回路図である。 実施例6のバイアス回路の構成を示す回路図である。 実施例7のデータドライバの構成を示すブロック図である。
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一又は等価な部分には同一の参照符号を付している。
図1は、本発明の実施例1の出力回路100Aの構成を示す図である。出力回路100Aは、差動入力段10と、出力増幅回路20と、第1のカレントミラー回路30と、第2のカレントミラー回路40と、第1の浮遊電流源回路50と、第2の浮遊電流源回路60と、制御回路70と、を備える。差動入力段10、第1のカレントミラー回路30、第2のカレントミラー回路40、第1の浮遊電流源回路50及び第2の浮遊電流源回路60は、差動増幅回路を構成している。
また、出力回路100Aは、差動入力段10に接続された入力端子T1と、出力増幅回路20に接続された出力端子T2と、高位電源電圧VDD、中位電源電圧VML及び低位電源電圧VSSの供給を受ける各電源端子と、を有する。中位電源電圧VMLは、高位電源電圧VDD及び低位電源電圧VSSの中間の電圧値を有する電圧である。
差動入力段10は、定電流源113と、NMOSトランジスタ111及び112からなるNch差動対と、定電流源116と、PMOSトランジスタ114及び115からなるPch差動対と、から構成されている。
Nch差動対の出力をなすNMOSトランジスタ111及び112のドレインは、PMOSトランジスタ131及び133の接続ノードN5と、PMOSトランジスタ132及び134の接続ノードN6と、に夫々接続されている。Pch差動対の出力をなすPMOSトランジスタ114及び115のドレインは、NMOSトランジスタ141及び143の接続ノードN7と、NMOSトランジスタ142及び144の接続ノードN8と、に夫々接続されている。
定電流源113は、一端がVSS電源端子に接続されている。Nch差動対を構成するNMOSトランジスタ111及び112は、ソースが共通して定電流源113の他端に接続されている。NMOSトランジスタ111のゲートは出力端子T2に接続され、NMOSトランジスタ112のゲートは入力端子T1に接続されている。
定電流源116は、一端がVDD電源端子に接続されている。Pch差動対を構成するPMOSトランジスタ114及び115は、ソースが共通して定電流源116の他端に接続されている。PMOSトランジスタ114のゲートはNMOSトランジスタ111のゲート及び出力端子T2に接続されている。PMOSトランジスタ115のゲートはNMOSトランジスタ112のゲート及び入力端子T1に接続されている。
出力増幅回路20は、VDD電源端子とVML電源端子との間に直列接続されたPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122から構成される。PMOSトランジスタ121は、ソースがVDD電源端子に接続され、ドレインが出力端子T2に接続され、ゲートが第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2及び第2の浮遊電流源回路60の一端に接続されている。NMOSトランジスタ122は、ソースがVML電源端子に接続され、ドレインがPMOSトランジスタ121のドレイン及び出力端子T2に接続され、ゲートが第2の浮遊電流源回路60の他端及び制御回路70の一端に接続されている。
第1のカレントミラー回路30は、PMOSトランジスタ131、132、133及び134から構成されている。一般的なPMOS構成の低電圧カスコードカレントミラーである。
PMOSトランジスタ131及び132は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVDD電源端子に接続されている。
PMOSトランジスタ133及び134は、ゲート同士が互いに接続されている。PMOSトランジスタ133のソースはノードN5を介してPMOSトランジスタ131のドレインに接続され、PMOSトランジスタ134のソースはノードN6を介してPMOSトランジスタ132のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ131及び132のゲートは、PMOSトランジスタ133のドレインとノードN1で共通接続されている。PMOSトランジスタ133及び134のゲートには、バイアス電圧BP1が供給される。
第2のカレントミラー回路40は、NMOSトランジスタ141、142、143及び144から構成されている。一般的なNMOS構成の低電圧カスコードカレントミラーである。
NMOSトランジスタ141及び142は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVSS電源端子に接続されている。
NMOSトランジスタ143及び144は、ゲート同士が互いに接続されている。NMOSトランジスタ143のソースはノードN7を介してNMOSトランジスタ141のドレインに接続され、NMOSトランジスタ144のソースはノードN8を介してNMOSトランジスタ142のドレインに接続されている。NMOSトランジスタ141及び142のゲートは、NMOSトランジスタ143のドレインとノードN3で共通接続されている。NMOSトランジスタ143及び144のゲートには、バイアス電圧BN1が供給される。
第1の浮遊電流源回路50は、ソース同士が互いに接続された直列接続のNMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152から構成されている。
NMOSトランジスタ151のドレインは、第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1を介して、PMOSトランジスタ133のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ152のドレインは、第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3を介して、NMOSトランジスタ143のドレインに接続されている。NMOSトランジスタ151のゲートにはバイアス電圧BN3が供給され、PMOSトランジスタ152のゲートにはバイアス電圧BP3が供給される。
第2の浮遊電流源回路60は、並列接続されたPMOSトランジスタ161及びNMOSトランジスタ162から構成され、第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2と第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4との間に接続されている。
PMOSトランジスタ161のソース及びNMOSトランジスタ162のドレインは、第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2を介してPMOSトランジスタ134のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ161のドレイン及びNMOSトランジスタ162のソースは、制御回路70及び第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4を介してNMOSトランジスタ144のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ161のゲートにはバイアス電圧BP2が供給され、NMOSトランジスタ162のゲートにはバイアス電圧BN2が供給される。
制御回路70は、PMOSトランジスタ171から構成されている。PMOSトランジスタ171のソースは、第2の浮遊電流源回路60の他端とNMOSトランジスタ122のゲートとを接続する接続ノードN4Aに接続されている。PMOSトランジスタ171のドレインは、第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4を介してNMOSトランジスタ144のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ171のゲートは、第1の浮遊電流回路50のPMOSトランジスタ152のゲートに接続され、バイアス電圧BP3が供給される。
バイアス電圧BP3は、中位電源電圧VMLに応じた電圧信号であり、具体的には中位電源電圧VMLよりもPMOSトランジスタの閾値電圧の絶対値(|Vtp|)程度低い電圧(すなわち、VML−|Vtp|)である。バイアス電圧BP3は、制御回路70のPMOSトランジスタ171のゲート及び第1の浮遊電流回路50のPMOSトランジスタ152のゲートに共通のバイアス電圧として供給される。
次に、本実施例の出力回路100Aの動作について説明する。
大画面の液晶表示装置のデータ線等の重い容量負荷を高速に駆動(カラム反転駆動)する場合、例えば、中位電源電圧VML付近の正極電圧が入力端子T1に入力された初期状態から、1データ期間の開始時に高位電源電圧VDD付近の正極電圧が出力回路100Aの入力端子T1に入力されると、出力端子T2とPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122の接続端とを結ぶ出力ラインL1の充電動作が行われる。具体的には、1データ期間の開始直後の出力端子T2の出力電圧VOは初期状態の中位電源電圧VML付近の正極電圧で、入力端子T1の入力信号VIが高位電源電圧VDD付近の正極電圧へと変化する。これにより入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるNch差動対のNMOSトランジスタ112、111の電流はそれぞれ減少、増加し、同じく入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるPch差動対のPMOSトランジスタ115、114の電流はそれぞれ減少、増加する。
第1のカレントミラー回路30のノードN5の電位は、NMOSトランジスタ111の電流の減少により上昇し、それに応じて第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1の電位も上昇する。入力ノードN1の電位の上昇により、PMOSトランジスタ131、132の電流は共に減少する。また、NMOSトランジスタ112の電流は増加するため、ノードN6の電位は低下し、PMOSトランジスタ134の電流は減少又は遮断される。これにより第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位は低電圧側へ引き下げられ、電流源回路60を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き下げられる。
一方、第2のカレントミラー回路40のノードN7の電位は、PMOSトランジスタ114の電流の増加により上昇し、それに応じて第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3の電位も上昇する。入力ノードN3の電位の上昇により、NMOSトランジスタ141、142の電流は共に増加する。また、PMOSトランジスタ115の電流は減少するため、ノードN8の電位は低下し、NMOSトランジスタ144の電流は増加する。これにより第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4の電位は低電圧側へ引き下げられ、電流制御回路70のPMOSトランジスタ171を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き下げられる。さらに電流源回路60を介してノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位も引き下げられる。
以上のように、Nch差動対(112、111)の差動電流に応じて、第1のカレントミラー回路30の出力電流が減少又は遮断されることにより、PMOSトランジスタ121のゲート電位及びNMOSトランジスタ122のゲート電位が低下する。一方、Pch差動対(115、114)の差動電流に応じて、第2のカレントミラー回路40の出力電流が増加することにより、PMOSトランジスタ121のゲート電位及びNMOSトランジスタ122のゲート電位が低下する。これにより出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121の電流が増加し、NMOSトランジスタ122の電流が減少又は遮断され、出力端子TOに対する充電作用により出力電圧VOは上昇する。なお、図1の差動入力段10がNch差動対(112、111)又はPch差動対(115、114)のいずれか一方のみの場合でも、PMOSトランジスタ121のゲート電位及びNMOSトランジスタ122のゲート電位の変動に寄与するため、両方の差動対を備えた構成と同様の作用を生じる。
ここで出力増幅回路20のNMOSトランジスタ122のゲート電位(すなわち、接続ノードN4Aの電位)が中位電源電圧VMLからさらに低下しようとすると(すなわち、PMOSトランジスタ171のソース電位が中位電源電圧VMLより低下しようとすると)、PMOSトランジスタ171のゲート・ソース間電圧が閾値電圧以下となるところで、PMOSトランジスタ171がオフとなる。これにより、高位電源電圧VDD及び低位電源電圧VSSの間の電流パス(PMOSトランジスタ132、134、第2の浮遊電流源回路60、PMOSトランジスタ171、NMOSトランジスタ144及び142を流れる電流)が遮断される。
従って、接続ノードN4Aの電位は、中位電源電圧VML付近に保持され、中位電源電圧VML以下には低下しない。また、出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121のゲート電位も、中位電源電圧VML以下には低下しない。すなわち、PMOSトランジスタ171がオフとなることにより、出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122のゲート電位が正極側の電源電圧範囲(高位電源電圧VDDと中位電源電圧VMLとの間)を逸脱することが防止される。
この状態で次の1データ期間に切り替わり、中位電源電圧VML付近の正極電圧が入力端子T1へ入力されると、出力ラインL1の放電動作に速やかに切り替わる。具体的には、入力端子T1の入力信号VIが中位電源電圧VML付近の正極電圧へと変化すると、入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるNch差動対のNMOSトランジスタ112、111の電流はそれぞれ減少、増加し、同じく入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるPch差動対のPMOSトランジスタ115、114の電流はそれぞれ増加、減少する。
第1のカレントミラー回路30のノードN5の電位は、NMOSトランジスタ111の電流の増加により低下し、それに応じて第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1の電位も低下する。入力ノードN1の電位の低下により、PMOSトランジスタ131、132の電流は共に増加する。また、NMOSトランジスタ112の電流は減少するため、ノードN6の電位は上昇し、PMOSトランジスタ134の電流は増加する。これにより第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位は高電圧側へ引き上げられ、電流源回路60を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き上げられる。
一方、第2のカレントミラー回路40のノードN7の電位は、PMOSトランジスタ114の電流の減少により低下し、それに応じて第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3の電位も低下する。入力ノードN3の電位の低下により、NMOSトランジスタ141、142の電流は共に減少する。また、PMOSトランジスタ115の電流は増加するため、ノードN8の電位は上昇し、NMOSトランジスタ144の電流は減少又は遮断される。これにより第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4の電位は高電圧側へ引き上げられ、電流制御回路70のPMOSトランジスタ171を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き上げられる。さらに電流源回路60を介してノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位も引き上げられる。
以上のように、Nch差動対(112、111)の差動電流に応じて第1のカレントミラー回路30の出力電流が増加し、Pch差動対(115、114)の差動電流に応じて第2のカレントミラー回路30の出力電流が減少又は遮断されることにより、ノードN2、ノードN4Aは共に上昇する。したがって、ノードN2、ノードN4Aの電位が、前の1データ期間で、出力安定状態まで戻りきれていない場合でも、正極側電源電圧範囲内であれば、速やかに出力安定状態時の電位まで上昇し、更にノードN2及びノードN4Aの電位は上昇し、PMOSトランジスタ121はオフ状態となり、NMOSトランジスタ122はオン状態(導通状態)となる。これにより、出力ラインL1の中位電源電圧VML付近への放電動作が速やかに開始される。
なお、図1の差動入力段10がNch差動対(112、111)又はPch差動対(115、114)のいずれか一方のみの場合でも、PMOSトランジスタ121のゲート電位及びNMOSトランジスタ122のゲート電位の変動に寄与するため、両方の差動対を備えた構成と同様の作用を生じる。
以上より、本実施例の出力回路100Aでは、制御回路70のPMOSトランジスタ171がクランプ素子として機能し、出力段(出力増幅回路20)のトランジスタ121,122のゲート電圧が正極側電源電圧範囲を逸脱するのを防ぐことにより、出力信号の遅延が回避される。
また、第1の浮遊電流源回路50において、NMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152のソース同士が接続され、NMOSトランジスタ151のドレインが第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1に接続され、PMOSトランジスタ152のドレインが第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3に接続されている。トランジスタ151及び152のそれぞれのゲートに供給されるバイアス電圧BN3、BP3は、例えば中位電源電圧VMLを基準として生成された電圧が供給され、トランジスタ151及び152の共通ソースが中位電源電圧VML付近の電位となるように制御される。この構成によれば、第1の浮遊電流源回路50は、高位電源電圧VDDや低位電源電圧VSSや中位電源電圧VMLの電源ノイズに対しても安定したアンプ動作を行うことができる。具体的には、高位電源電圧VDDが大きく電圧降下(電圧ドロップ)した場合、第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1の電位にも電圧降下が生じる。しかし、NMOSトランジスタ151のゲート電圧、ソース電位はドレイン(ノードN1)の電位変動に依らないため、ノードN1が変動しても定電流を安定的に流すことができる。同様に、PMOSトランジスタ152のゲート電圧、ソース電位はドレイン(ノードN3)の電位変動に依らないため、低位電源電圧VSSの電源ノイズによりノードN3が変動しても定電流を安定的に流すことができる。一方、中位電源電圧VMLの電源ノイズにより、バイアス電圧BN3、BP3が変動しても、トランジスタ151及び152の共通ソースも追随するため、定電流を安定的に流すことができる。したがって第1の浮遊電流源回路50を備えた出力回路100Aは、安定的なアンプ動作を常に行うことが可能である。
また、本実施例の出力回路100Aでは、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152のゲートと制御回路70のPMOSトランジスタ171のゲートとが共通に接続され、共通のバイアス電圧BP3の供給を受ける。従って、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152及び制御回路70のPMOSトランジスタ171に別個にバイアス電圧を供給する場合と比べて、バイアス信号(バイアス線)の数が少ない。
図2は、比較例としての出力回路を示す図である。本実施例の出力回路100Aとは異なり、第1の浮遊電流源回路50が、第2の浮遊電流源回路60と同様の構成を有する。すなわち、NMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152が、第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1と第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3との間に並列に接続されている。この構成において、高位電源電圧VDDのノイズによりノードN1の電位が変動すると、ノードN1にソースが接続されているPMOSトランジスタ152で制御する電流が変動して、正常なアンプ動作ができなくなる場合がある。同様に、低位電源電圧VSSのノイズによりノードN3の電位が変動すると、ノードN3にソースが接続されているNMOSトランジスタ151で制御する電流が変動して、正常なアンプ動作ができなくなる場合がある。また、制御回路70のPMOSトランジスタのゲートには、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152に供給されるバイアス電圧BP3とは別の中位電源電圧VMLを基準としたバイアス電圧BP4が供給されている。従って、本実施例の出力回路100Aと比べてバイアス信号の数が多い。
以上のように、本実施例の出力回路100Aによれば、電源ノイズ等の変動を受けにくい安定的なアンプ動作を実現することができる。また、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152のゲートに供給されるバイアス電圧と制御回路70のPMOSトランジスタ171のゲートに供給されるバイアス電圧とが共通化されているため、バイアス信号(バイアス線)の数を削減することができる。バイアス信号の削減は、交差配線とのカップリング等によるノイズの影響のリスクを低減し、設計容易性を高める効果を有する。
図3は、本発明の実施例2の出力回路100Bの構成を示す図である。出力回路100Bは、差動入力段10と、出力増幅回路20と、第1のカレントミラー回路30と、第2のカレントミラー回路40と、第1の浮遊電流源回路50と、第2の浮遊電流源回路60と、制御回路70と、を備える。
また、出力回路100Bは、差動入力段10に接続された入力端子T1と、出力増幅回路20に接続された出力端子T2と、高位電源VDD、中位電源VMH及び低位電源VSSの供給を受ける各電源端子と、を有する。中位電源VMHは、高位電源VDD及び低位電源VSSの中間の電圧値を有する電圧である。
本実施例の出力回路100Bは、出力増幅回路20及び制御回路70の構成において、実施例1の出力回路100Aと異なる。差動入力段10、第1のカレントミラー回路30、第2のカレントミラー回路40、第1の浮遊電流回路50及び第2の浮遊電流回路60の構成については、実施例1の出力回路100Aと同様であるため、説明を省略する。
出力増幅回路20は、VMH電源端子とVSS電源端子との間に直列接続されたPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122から構成される。PMOSトランジスタ121は、ソースがVMH電源端子に接続され、ドレインが出力端子T2に接続され、ゲートが第2の浮遊電流源回路60の一端及び制御回路70の他端に接続されている。NMOSトランジスタ122は、ソースがVSS電源端子に接続され、ドレインがPMOSトランジスタ121のドレイン及び出力端子T2に接続され、ゲートが第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4及び第2の浮遊電流源回路60の他端に接続されている。
制御回路70は、NMOSトランジスタ171から構成されている。NMOSトランジスタ171のソースは、第2の浮遊電流源回路60の一端とPMOSトランジスタ121のゲートとを接続する接続ノードN2Aに接続されている。NMOSトランジスタ171のドレインは、第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2を介してPMOSトランジスタ134のドレインに接続されている。NMOSトランジスタ171のゲートは、第1の浮遊電流回路50のNMOSトランジスタ151のゲートに接続され、バイアス電圧BN3が供給される。
バイアス電圧BN3は、中位電源VMHに応じた電圧信号であり、中位電源VMHの電圧よりもNMOSトランジスタの閾値電圧(Vth)程度高い電圧(すなわち、VMH+Vth)である。バイアス電圧BN3は、制御回路70のNMOSトランジスタ171のゲート及び第1の浮遊電流源回路50のNMOSトランジスタ151のゲートに共通のバイアス電圧として供給される。
次に、本実施例の出力回路100Bの動作について説明する。
大画面の液晶表示装置のデータ線等の重い容量負荷を高速に駆動(カラム反転駆動)する場合、例えば、中位電源電圧VMH付近の負極電圧が入力端子T1に入力された初期状態から、1データ期間の開始時に低位電源電圧VSS付近の負極電圧が出力回路100Bの入力端子T1に入力されると、出力端子T2とPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122の接続端とを結ぶ出力ラインL1の放電動作が行われる。具体的には、1データ期間の開始直後の出力端子T2の出力電圧VOは初期状態の中位電源電圧VMH付近の負極電圧で、入力端子T1の入力信号VIが低位電源電圧VSS付近の負極電圧へと変化する。これにより入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるNch差動対のNMOSトランジスタ112、111の電流はそれぞれ減少、増加し、同じく入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるPch差動対のPMOSトランジスタ115、114の電流はそれぞれ増加、減少する。カレントミラー回路30及び40の作用は出力回路100A(図1)と同様であり、Nch差動対(112、111)の差動電流に応じて第1のカレントミラー回路30の出力電流が増加し、Pch差動対(115、114)の差動電流に応じて第2のカレントミラー回路30の出力電流が減少又は遮断されることにより、ノードN2、N4は共に上昇する。また制御回路70及び第2の浮遊電流源回路60を介してノードN2、N4にそれぞれ接続されるノードN2Aも上昇する。これにより、ノードN2Aにゲートが接続された出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121の電流が減少又は遮断され、ノードN4にゲートが接続された出力増幅回路20のNMOSトランジスタ122の電流が増加し、出力端子TOに対する放電作用により出力電圧VOは低下する。
ここで出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121のゲート電位(すなわち、接続ノードN2Aの電位)が中位電源電圧VMHからさらに上昇しようとすると(すなわち、NMOSトランジスタ171のソース電位が中位電源電圧VMHより上昇しようとすると)、NMOSトランジスタ171のゲート・ソース間電圧が閾値電圧以下となるところで、NMOSトランジスタ171がオフとなる。これにより、高位電源電圧VDD及び低位電源電圧VSSの間の電流パス(PMOSトランジスタ132、134、NMOSトランジスタ171、第2の浮遊電流源回路60、NMOSトランジスタ144及び142を流れる電流)が遮断される。
従って、接続ノードN2Aの電位は、中位電源電圧VMH付近に保持され、中位電源電圧VMH以上には上昇しない。また、出力増幅回路20のNMOSトランジスタ122のゲート電位も、中位電源電圧VMH以上には上昇しない。すなわち、NMOSトランジスタ171がオフとなることにより、出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122のゲート電位が負極側の電源電圧範囲(低位電源電圧VSSと中位電源電圧VMHとの間)を逸脱することが防止される。
この状態で次の1データ期間に切り替わり、中位電源電圧VMH付近の負極電圧が入力端子T1へ入力されると、出力ラインL1の充電動作に速やかに切り替わる。具体的には、入力端子T1の入力信号VIが中位電源電圧VMH付近の負極電圧へと変化すると、入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるNch差動対のNMOSトランジスタ112、111の電流はそれぞれ増加、減少し、Pch差動対のPMOSトランジスタ115、114の電流はそれぞれ減少、増加する。カレントミラー回路30及び40の作用は出力回路100A(図1)と同様であり、Nch差動対(112、111)の差動電流に応じて第1のカレントミラー回路30の出力電流が減少又は遮断され、Pch差動対(115、114)の差動電流に応じて第2のカレントミラー回路30の出力電流が増加することにより、ノードN2、N2A、N4は共に低下する。したがって、ノードN2A、ノードN4A電位が、前の1データ期間で、出力安定状態まで戻りきれていない場合でも、負極側電源電圧範囲内であれば、速やかに出力安定状態時の電位まで低下し、更にノードN2A及びノードN4の電位は低下し、NMOSトランジスタ122はオフ状態となり、PMOSトランジスタ121はオン状態(導通状態)となる。これにより、出力ラインL1の中位電源電圧VMH付近への充電動作が速やかに開始される。
以上より、本実施例の出力回路100Bでは、制御回路70のNMOSトランジスタ171がクランプ素子として機能し、出力段(出力増幅回路20)のトランジスタ121、122のゲート電圧が負極側電源電圧範囲を逸脱するのを防ぐことにより、出力信号の遅延が回避される。
また、実施例1の出力回路100Aと同様、本実施例の出力回路100Bにおける第1の浮遊電流源回路50は、ソース同士が互いに接続された直列接続のNMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152から構成されている。従って、高位電源電圧VDDや低位電源電圧VSSや中位電源電圧VMHの電源ノイズに対しても安定したアンプ動作を行うことができる。
また、第1の浮遊電流源回路50のNMOSトランジスタ151のゲートと制御回路70のNMOSトランジスタ171のゲートとが共通に接続され、共通のバイアス電圧BN3の供給を受ける。従って、第1の浮遊電流源回路50のNMOSトランジスタ151及び制御回路70のNMOSトランジスタ171に別個にバイアス電圧を供給する場合と比べて、バイアス信号(バイアス線)の数を削減することができるため、交差配線とのカップリング等によるノイズの影響のリスクが低減され、設計容易性が高くなる。
図4は、本発明の実施例3の出力回路100Cの構成を示す図である。出力回路100Cは、差動入力段10と、出力増幅回路20と、第1のカレントミラー回路30と、第2のカレントミラー回路40と、第1の浮遊電流源回路50と、第2の浮遊電流源回路60と、制御回路70と、を備える。
本実施例の出力回路100Cは、第1のカレントミラー回路30及び第2のカレントミラー回路40が、実施例1のような低電圧カスコードカレントミラーではなく、1段のカレントミラーから構成されている点で、実施例1の出力回路100Aと異なる。
第1のカレントミラー回路30は、PMOSトランジスタ131及び132から構成されている。PMOSトランジスタ131及び132は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVDD電源端子に接続されている。また、PMOSトランジスタ131はドレイン及びゲートが接続されている。PMOSトランジスタ131のドレインは、入力ノードN1を介して第1の浮遊電流源回路50の一端に接続されている。PMOSトランジスタ132のドレインは、出力ノードN2を介して第2の浮遊電流源回路60の一端に接続されている。
第2のカレントミラー回路40は、NMOSトランジスタ141及び142から構成されている。NMOSトランジスタ141及び142は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVSS電源端子に接続されている。また、NMOSトランジスタ141はドレイン及びゲートが接続されている。NMOSトランジスタ141のドレインは、入力ノードN3を介して第1の浮遊電流源回路50の他端に接続されている。NMOSトランジスタ142のドレインは、出力ノードN4を介して制御回路70の他端に接続されている。
次に、本実施例の出力回路100Cの動作について説明する。大画面の液晶表示装置のデータ線等の重い容量負荷を高速に駆動(カラム反転駆動)する場合、例えば、中位電源電圧VML付近の正極電圧が入力端子T1に入力された初期状態から、1データ期間の開始時に高位電源電圧VDD付近の正極電圧が出力回路100Cの入力端子T1に入力されると、出力端子T2とPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122の接続端とを結ぶ出力ラインL1の充電動作が行われる。具体的には、1データ期間の開始直後の出力端子T2の出力電圧VOは初期状態の中位電源電圧VML付近の正極電圧で、入力端子T1の入力信号VIが高位電源電圧VDD付近の正極電圧へと変化する。これにより入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるNch差動対のNMOSトランジスタ112、111の電流はそれぞれ減少、増加し、同じく入力電圧VI及び出力電圧VOを受けるPch差動対のPMOSトランジスタ115、114の電流はそれぞれ減少、増加する。
第1のカレントミラー回路30の入力ノードN1の電位は、NMOSトランジスタ111の電流の減少により上昇し、PMOSトランジスタ131、132の電流は共に減少する。また、NMOSトランジスタ112の電流は増加するため、第1のカレントミラー回路30の出力ノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位は低電圧側へ引き下げられ、電流源回路60を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き下げられる。
一方、第2のカレントミラー回路40の入力ノードN3の電位は、PMOSトランジスタ114の電流の増加により上昇し、NMOSトランジスタ141、142の電流は共に増加する。また、PMOSトランジスタ115の電流は減少するため、第2のカレントミラー回路40の出力ノードN4の電位は低電圧側へ引き下げられ、電流制御回路70のPMOSトランジスタ171を介してノードN4A、すなわちNMOSトランジスタ122のゲート、の電位も引き下げられる。さらに電流源回路60を介してノードN2、すなわちPMOSトランジスタ121のゲート、の電位も引き下げられる。すなわち、本実施例のカレントミラー回路30及び40は、出力回路100Aのカレントミラー回路30及び40と構成は異なるが、作用は同じである。また制御回路70も出力回路100Aと同じ作用を有する。したがって、本実施例の出力回路100Cも、実施例1の出力回路100Aと同様の動作を行い、同様の作用効果を奏する。
すなわち、出力ラインL1の充電動作において、出力増幅回路20のNMOSトランジスタ122のゲート電位(接続ノードN4Aの電位)が中位電源電圧VMLからさらに低下しようとすると、PMOSトランジスタ171がオフとなり、高位電源電圧VDD及び低位電源電圧VSSの間の電流パスが遮断される。接続ノードN4Aの電位は、中位電源電圧VML付近に保持され、中位電源電圧VML以下には低下しない。従って、出力増幅回路20(出力段)のPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122のゲート電圧が正極側の電源電圧範囲(高位電源電圧VDDと中位電源電圧VMLとの間)を逸脱することが防止され、中位電源電圧VMLの電圧レベルよりも低下することはないため、出力信号の遅延が回避される。
また、本実施例の第1の浮遊電流回路50は、実施例1と同様、ソース同士が互いに接続された直列接続のNMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152から構成されている。従って、高位電源電圧VDDや低位電源電圧VSSや中位電源電圧VMLの電源ノイズに対しても安定したアンプ動作を行うことができる。
また、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152のゲートと制御回路70のPMOSトランジスタ171のゲートとが共通に接続され、共通のバイアス電圧BP3の供給を受ける。従って、第1の浮遊電流源回路50のPMOSトランジスタ152及び制御回路70のPMOSトランジスタ171に別個にバイアス電圧を供給する場合と比べて、バイアス信号(バイアス線)の数を削減することができるため、交差配線とのカップリング等によるノイズの影響のリスクが低減され、設計容易性が高くなる。
図5は、本発明の実施例4の出力回路100Dの構成を示す図である。出力回路100Dは、差動入力段10と、出力増幅回路20と、第1のカレントミラー回路30と、第2のカレントミラー回路40と、第1の浮遊電流源回路50と、第2の浮遊電流源回路60と、制御回路70と、を備える。
本実施例の出力回路100Dは、第1のカレントミラー回路30及び第2のカレントミラー回路40が、実施例2のような低電圧カスコードカレントミラーではなく、1段のカレントミラーから構成されている点で、実施例2の出力回路100Dと異なる。
第1のカレントミラー回路30は、PMOSトランジスタ131及び132から構成されている。PMOSトランジスタ131及び132は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVDD電源端子に接続されている。また、PMOSトランジスタ131はドレイン及びゲートが接続されている。PMOSトランジスタ131のドレインは、入力ノードN1を介して第1の浮遊電流源回路50の一端に接続されている。PMOSトランジスタ132のドレインは、出力ノードN2を介して制御回路70の一端に接続されている。
第2のカレントミラー回路40は、NMOSトランジスタ141及び142から構成されている。NMOSトランジスタ141及び142は、ゲート同士が互いに接続され、ソースが共通してVSS電源端子に接続されている。また、NMOSトランジスタ141はドレイン及びゲートが接続されている。NMOSトランジスタ141のドレインは、入力ノードN3を介して第1の浮遊電流源回路50の他端に接続されている。NMOSトランジスタ142のドレインは、出力ノードN4を介して第2の浮遊電流源回路60の他端に接続されている。
本実施例のカレントミラー回路30及び40は、出力回路100Bのカレントミラー回路30及び40と同じ作用を有する。また制御回路70も出力回路100Bと同じ作用を有する。したがって、本実施例の出力回路100Dは、実施例2の出力回路100Bと同様の動作を行い、同様の作用効果を奏する。
すなわち、出力増幅回路20のPMOSトランジスタ121のゲート電位(接続ノードN4Aの電位)が中位電源電圧VMHからさらに上昇しようとすると、NMOSトランジスタ171がオフとなり、高位電源電圧VDD及び低位電源電圧VSSの間の電流パスが遮断される。接続ノードN2Aの電位は中位電源電圧VMH付近に保持され、中位電源電圧VMH以上には上昇しない。従って、出力増幅回路20(出力段)のPMOSトランジスタ121及びNMOSトランジスタ122のゲート電圧が負極側の電源電圧範囲(低位電源電圧VSSと中位電源VMH電圧との間)を逸脱することが防止され、中位電源電圧VMHよりも上昇することはないため、出力信号の遅延が回避される。
また、本実施例の第1の浮遊電流回路50は、実施例2と同様、ソース同士が互いに接続された直列接続のNMOSトランジスタ151及びPMOSトランジスタ152から構成されている。従って、高位電源電圧VDDや低位電源電圧VSSや中位電源電圧VMHの電源ノイズに対しても安定したアンプ動作を行うことができる。
また、第1の浮遊電流源回路50のNMOSトランジスタ151のゲートと制御回路70のNMOSトランジスタ171のゲートとが共通に接続され、共通のバイアス電圧BN3の供給を受ける。従って、第1の浮遊電流源回路50のNMOSトランジスタ151及び制御回路70のNMOSトランジスタ171に別個にバイアス電圧を供給する場合と比べて、バイアス信号(バイアス線)の数を削減することができるため、交差配線とのカップリング等によるノイズの影響のリスクが低減され、設計容易性が高くなる。
図6は、本発明の実施例5のバイアス回路200Aの構成を示す図である。バイアス回路200Aは、例えば実施例1の出力回路100A(図1)及び実施例3の出力回路100C(図4)にバイアス電圧BN3及びBP3を供給する回路である。
バイアス回路200Aは、PMOSトランジスタ181と、定電流源182と、PMOSトランジスタ183と、NMOSトランジスタ184と、NMOSトランジスタ191と、定電流源192と、を備える。
PMOSトランジスタ181は、ソースがVML電源端子に接続され、ドレインが定電流源182の一端に接続されている。PMOSトランジスタ181のゲートとドレインは共通接続され、バイアス電圧BP3を出力する出力端子T4に接続されている。
定電流源182は、一端がPMOSトランジスタ181のドレインに接続され、他端がVSS電源端子に接続されている。
PMOSトランジスタ183は、ソースがNMOSトランジスタ191のソースに接続され、ドレインがNMOSトランジスタ184のドレインに接続されている。PMOSトランジスタ183のゲートは、バイアス電圧BP3を出力する出力端子T4に接続されている。
NMOSトランジスタ184は、PMOSトランジスタ183とVSS電源端子との間に接続された負荷素子であり、ゲート及びドレインが共通にPMOSトランジスタ183のドレインに接続され、ソースがVSS電源端子に接続されている。
NMOSトランジスタ191は、ドレインとゲートが共通接続され、ソースがPMOSトランジスタ183のソースに接続されている。NMOSトランジスタ191のゲートは、バイアス電圧BN3を出力する出力端子T3に接続されている。
定電流源192は、一端がVDD電源端子に接続され、他端がNMOSトランジスタ191のドレインに接続されている。定電流源182及び192は、等しい電流値mI3を流すように設定されている。
バイアス回路200Aは、PMOSトランジスタ181のドレインの電圧をバイアス電圧BP3として出力し、NMOSトランジスタ191のドレインの電圧をバイアス電圧BN3として出力する。バイアス電圧BP3は、中位電源電圧VMLを基準に生成され、中位電源電圧VMLの電圧よりもPMOSトランジスタ181の閾値電圧の絶対値(|Vtp|)程度低い電圧(VML−|Vtp|)となる。
また、PMOSトランジスタ181及び183はゲート電圧がともにバイアス電圧BP3となり、定電流源182及び192の電流値が等しい。このため、PMOSトランジスタ183及びNMOSトランジスタ191の共通ソースの電位は、ほぼ中位電源電圧VMLとなる。このため、バイアス電圧BN3は、中位電源電圧VMLを基準に生成されたのと同等で、中位電源電圧VMLよりもNMOSトランジスタ191の閾値電圧(Vth)程度高い電圧(VML+Vtn)となる。
これにより、バイアス電圧BP3及びBN3が供給される図1及び図4の第1の浮遊電流源回路50は、バイアス回路200Aで設定される定電流を安定的に流すことができる。また、バイアス電圧BP3により、図1及び図4の制御回路70のクランプ動作を実現することができる。
なお、図6のバイアス回路200Aでは、負荷素子が、ソースがVSS電源端子に接続され、ドレイン及びゲートが共通接続(ダイオード接続)され且つPMOSトランジスタ183のドレインに接続されたNMOSトランジスタ184から構成されている。しかし、抵抗素子等により負荷素子を構成しても良い。
また、中位電源電圧VML及び中位電源電圧VMHが同一の電源電圧(例えば、VDD/2)である場合、本実施例のバイアス回路200Aを、実施例2の出力回路100B(図3)及び実施例4の出力回路100D(図5)にバイアス電圧BN3及びBP3を供給する回路として適用することができる。すなわち、図2及び図5の第1の浮遊電流源回路50は、バイアス回路200Aで設定される定電流を安定的に流すことができる。また、バイアス電圧BN3により、図3及び図5の制御回路70のクランプ動作を実現することができる。
なお、バイアス回路200Aを、複数の出力回路に対して共通にバイアス電圧BP3及びBN3を供給する構成とすることも可能である。例えば、定電流源182及び192の電流値をm倍とし、PMOSトランジスタ181、183及びNMOSトランジスタ191を夫々m個並列に設けることにより、バイアス回路の電流供給能力をm倍にすることができる。
図7は、本発明の実施例6のバイアス回路200Bの構成を示す図である。バイアス回路200Bは、例えば実施例2の出力回路100B(図3)及び実施例4の出力回路100D(図5)にバイアス電圧BN3及びBP3を供給する回路である。
バイアス回路200Bは、PMOSトランジスタ181と、定電流源182と、NMOSトランジスタ191と、定電流源192と、NMOSトランジスタ193と、PMOSトランジスタ194と、を備える。
PMOSトランジスタ181は、ソースがNMOSトランジスタ193のソースに接続され、ドレインが定電流源182の一端に接続されている。PMOSトランジスタ181のゲートとドレインは、バイアス電圧BP3を出力する出力端子T4に接続されている。
定電流源182は、一端がPMOSトランジスタ181のドレインに接続され、他端がVSS電源端子に接続されている。
NMOSトランジスタ191は、ソースがVMH電源端子に接続され、ドレインが定電流源192の他端に接続されている。NMOSトランジスタ191のゲートとドレインは、バイアス電圧BN3を出力する出力端子T3に接続されている。
定電流源192は、一端がVDD電源端子に接続され、他端がNMOSトランジスタ191のドレインに接続されている。定電流源182及び192は、等しい電流値mI3を流すように設定されている。
NMOSトランジスタ193は、ドレインがPMOSトランジスタ194のドレインに接続され、ソースがPMOSトランジスタ181のソースに接続されている。NMOSトランジスタ193のゲートは、バイアス電圧BN3を出力する出力端子T3に接続されている。
PMOSトランジスタ194は、VDD電源端子とNMOSトランジスタ193との間に接続された負荷素子であり、ゲート及びドレインが共通にNMOSトランジスタ193のドレインに接続され、ソースがVDD電源端子に接続されている。
バイアス回路200Bは、NMOSトランジスタ191のドレインの電圧をバイアス電圧BN3として出力し、PMOSトランジスタ181のドレインの電圧をバイアス電圧BP3として出力する。バイアス電圧BN3は、中位電源電圧VMHを基準に生成され、中位電源VMHの電圧よりもNMOSトランジスタ191の閾値電圧(Vth)程度高い電圧(VMH+Vth)となる。
また、NMOSトランジスタ191及び193はゲート電圧がともにバイアス電圧BN3となり、定電流源182及び192の電流値が等しい。このため、NMOSトランジスタ193及びNMOSトランジスタ181の共通ソースの電位は、ほぼ中位電源電圧VMHとなる。このため、バイアス電圧BP3は、中位電源電圧VMHを基準に生成されたのと同等で、中位電源電圧VMHよりもPMOSトランジスタ181の閾値電圧の絶対値(|Vtp|)程度低い電圧(VMH−|Vtp|)となる。
これにより、バイアス電圧BN3及びBP3が供給される図3及び図5の第1の浮遊電流源回路50は、バイアス回路200Bで設定される定電流を安定的に流すことができる。また、バイアス電圧BN3により、図3及び図5の制御回路70のクランプ動作を実現することができる。
なお、図7のバイアス回路200Bでは、負荷素子が、ソースがVDD電源端子に接続され、ドレイン及びゲートが共通接続(ダイオード接続)され且つNMOSトランジスタ193のドレインに接続されたPMOSトランジスタ194から構成されている。しかし、抵抗素子等により負荷素子を構成しても良い。
また、中位電源電圧VML及び中位電源電圧VMHが同一の電源電圧(例えば、VDD/2)である場合、本実施例のバイアス回路200Bを、実施例1の出力回路100A(図1)及び実施例3の出力回路100C(図4)にバイアス電圧BP3及びBN3を供給する回路として適用することができる。すなわち、図1及び図4の第1の浮遊電流源回路50は、バイアス回路200Bで設定される定電流を安定的に流すことができる。また、バイアス電圧BP3により、図1及び図4の制御回路70のクランプ動作を実現することができる。
なお、バイアス回路200Bを、複数の出力回路に対して共通にバイアス電圧BN3及びBP3を供給する構成とすることも可能である。例えば、定電流源182及び192の電流値をm倍とし、PMOSトランジスタ181、NMOSトランジスタ191及び193を夫々m個並列に設けることにより、バイアス回路の電流供給能力をm倍にすることができる。
図8は、本発明の実施例7の液晶表示装置のデータドライバ300の要部構成を示す図である。データドライバ300は、シフトレジスタ801と、データレジスタ/ラッチ802と、レベルシフタ群803と、参照電圧発生回路804と、デコーダ回路群805と、出力回路群806と、バイアス電圧発生回路807と、を含んで構成される。
シフトレジスタ801は、スタートパルスSP及びクロック信号CLKに基づいて、データレジスタ/ラッチ802におけるデータラッチのタイミングを決定し、タイミング信号をデータレジスタ/ラッチ802に供給する。
データレジスタ/ラッチ802は、シフトレジスタ801から供給されたタイミング信号に基づいて、入力された映像デジタルデータVDを各出力単位のデジタルデータ信号に展開し、所定の出力数毎にラッチする。データレジスタ/ラッチ802は、ラッチしたデジタルデータ信号を制御信号CSに応じてレベルシフタ群803に供給する。
レベルシフタ群803は、データレジスタ/ラッチ802から供給された各出力単位のデジタルデータ信号を低振幅信号から高振幅信号に変換し、デコーダ回路群805に供給する。
参照電圧発生回路804は、複数の参照電圧(参照電圧群)を生成し、デコーダ回路群805に供給する。
デコーダ回路群805は、レベルシフタ群803から供給されたデジタルデータ信号に応じた参照電圧を、出力毎に参照電圧発生回路804から供給された参照電圧群から選択する。
出力回路群806は、実施例1〜4の出力回路(図1、3、4及び5の出力回路100A〜100Dのいずれか)を出力数に対応して複数備えた構成を有する。出力回路群806は、出力毎に、デコーダ回路群805の対応するデコーダで選択された1つ又は複数の参照電圧の入力を受け、入力された参照電圧に対応した階調信号を増幅して、液晶表示装置(図示せず)のデータ線を駆動する駆動電圧を出力する。出力回路群806の出力端子群は液晶表示装置の複数のデータ線に夫々接続されている。
バイアス電圧発生回路807は、実施例5又は6のバイアス回路(図6及び7のバイアス回路200A及び200Bのいずれか)を含む。バイアス電圧発生回路807は、出力回路群806に含まれる複数の出力回路のうち、正極駆動アンプを構成する各出力回路(図1、4のバイアス回路100A及び100C)に必要なバイアス電圧信号を供給する。特に、バイアス電圧発生回路807は、出力回路内の浮遊電流源回路50にはバイアス電圧BP3及びBN3を供給し、制御回路70にはバイアス電圧BP3を供給する。
また、バイアス電圧発生回路807は、出力回路群806に含まれる複数の出力回路のうち、負極駆動アンプを構成する各出力回路(図2、5のバイアス回路100B及び100D)に必要なバイアス電圧信号を供給する。特に、バイアス電圧発生回路807は、出力回路内の浮遊電流源回路50にはバイアス電圧BP3及びBN3を供給し、制御回路70にはバイアス電圧BN3を供給する。
シフトレジスタ801及びデータレジスタ/ラッチ802はロジック回路であり、低電圧(例えば0V/1.8V)で動作するように構成され、対応する電源電圧が供給されている。レベルシフタ群803、デコーダ回路群805及び出力回路群806は、表示素子を駆動するのに必要な基準電圧、中位電圧、高位電圧(例えば0V/9V/18V)で動作するように構成され、対応する電源電圧が供給されている。
本実施例のデータドライバ300は、実施例1〜4の各実施例の出力回路(100A〜100D)及び実施例5及び6のバイアス回路(200A、200B)を備えて構成される。従って、本実施例によれば、出力回路の出力端子に接続されるデータ線の充電時及び放電時の遅延を抑制し、電源ノイズ等に強い高品質なデータドライバを実現することができる。
以上のように、本発明によれば、バイアス線の増加を抑えることによりノイズの影響を低減しつつ、出力信号の遅延を防止することが可能となる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、出力回路が定電流源113及び116を備え、バイアス回路が定電流源182及び192を備える構成について説明したが、これらの定電流源は、例えばソースに所定の電源が供給され、ゲートに所定のバイアス電圧が供給されるトランジスタとして構成されていても良い。
また、実施例1〜4の出力回路及び実施例5及び6のバイアス回路は、適宜組み合わせて用いることが可能である。
10 差動入力段
20 出力増幅回路
30 第1のカレントミラー回路
40 第2のカレントミラー回路
50 第1の浮遊電流源回路
60 第2の浮遊電流源回路
100A〜100D 出力回路
200A、200B バイアス回路

Claims (13)

  1. 差動増幅回路と、出力増幅回路と、制御回路と、入力信号の入力を受ける入力端子と、出力信号を出力する出力端子と、第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と、第2の電源電圧が供給される第2の電源端子と、前記第1の電源電圧及び前記第2の電源電圧の間の電圧値を有する第3の電源電圧が供給される第3の電源端子と、を備え、
    前記差動増幅回路は、
    前記入力信号と前記出力信号との差分に対応した差動電流を生成する差動入力段と、
    前記第1の電源端子に接続された、第1導電型のトランジスタ対を含む第1のカレントミラーと、
    前記第2の電源端子に接続された、前記第1導電型とは反対導電型の第2導電型のトランジスタ対を含む第2のカレントミラーと、
    前記第1のカレントミラーの入力ノード及び前記第2のカレントミラーの入力ノードの間に接続された第1の電流源回路と、
    前記第1のカレントミラーの出力ノード及び前記第2のカレントミラーの出力ノードの間に接続された第2の電流源回路と、
    を備え、
    前記第1及び第2のカレントミラーの少なくとも一方が前記差動入力段の差動電流を受け、
    前記第1の電流源回路は、
    制御端子に第1のバイアス電圧を受ける第1導電型の第1トランジスタと、
    前記第1トランジスタと直列に接続され、制御端子に第2のバイアス電圧を受ける第2導電型の第2トランジスタと、
    を備え、
    前記出力増幅回路は、
    前記第1の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第1のカレントミラーの出力ノードと前記第2の電流源回路の一端との接続点に接続された第1導電型の第3トランジスタと、
    前記第3の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2の電流源回路の他端に接続された第2導電型の第4トランジスタと、
    を備え、
    前記制御回路は、前記第2の電流源回路の他端と前記出力増幅回路の前記第4トランジスタの制御端子との接続点に第1端子が接続され、前記第2のカレントミラーの出力ノードに第2端子が接続され、前記第1のバイアス電圧を制御端子に受ける第1導電型の第5トランジスタを備える、
    ことを特徴とする出力回路。
  2. 差動増幅回路と、出力増幅回路と、制御回路と、入力信号の入力を受ける入力端子と、出力信号を出力する出力端子と、第1の電源電圧が供給される第1の電源端子と、第2の電源電圧が供給される第2の電源端子と、前記第1の電源電圧及び前記第2の電源電圧の間の電圧値を有する第3の電源電圧が供給される第3の電源端子と、を備えた出力回路であって、
    前記差動増幅回路は、
    前記入力信号と前記出力信号との差分に対応した差動電流を生成する差動入力段と、
    前記第1の電源端子に接続された、第1導電型のトランジスタ対を含む第1のカレントミラーと、
    前記第2の電源端子に接続された、前記第1導電型とは反対導電型の第2導電型のトランジスタ対を含む第2のカレントミラーと、
    前記第1のカレントミラーの入力ノード及び前記第2のカレントミラーの入力ノードの間に接続された第1の電流源回路と、
    前記第1のカレントミラーの出力ノード及び前記第2のカレントミラーの出力ノードの間に接続された第2の電流源回路と、
    を備え、
    前記第1及び第2のカレントミラーの少なくとも一方が前記差動入力段の差動電流を受け、
    前記第1の電流源回路は、
    制御端子に第1のバイアス電圧を受ける第1導電型の第1トランジスタと、
    前記第1トランジスタと直列に接続され、制御端子に第2のバイアス電圧を受ける第2導電型の第2トランジスタと、を有し、
    前記出力増幅回路は、
    前記第3の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2の電流源回路の一端に接続された第1導電型の第3トランジスタと、
    前記第2の電源端子と前記出力端子との間に接続され、制御端子が前記第2のカレントミラーの出力ノードと前記第2の電流源回路の他端との接続点に接続された第2導電型の第4トランジスタと、
    を備え、
    前記制御回路は、前記第2の電流源回路の一端と前記出力増幅回路の前記第3トランジスタの制御端子との接続点に第1端子が接続され、前記第1のカレントミラーの出力ノードに第2端子が接続され、前記第2のバイアス電圧を制御端子に受ける第2導電型の第5トランジスタを有する、
    ことを特徴とする出力回路。
  3. 前記第3の電源端子に第1端子が接続され、第2端子及び制御端子が共通接続された第1導電型の第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの前記第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された第1の電流源と、
    第2端子及び制御端子が共通接続された第2導電型の第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの前記第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された第2の電流源と、
    第1端子が前記第7トランジスタの第1端子に接続され、制御端子が前記第6トランジスタの前記制御端子に接続された第1導電型の第8トランジスタと、
    前記第8トランジスタの第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された負荷素子と、
    を含み、
    前記第6トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第1のバイアス電圧として供給し、前記第7トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第2のバイアス電圧として供給するバイアス回路を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の出力回路。
  4. 前記第3の電源端子に第1端子が接続され、第2端子及び制御端子が共通接続された第2導電型の第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの前記第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された第1の電流源と、
    第2端子及び制御端子が共通接続された第1導電型の第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの前記第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された第2の電流源と、
    第1端子が前記第7トランジスタの第1端子に接続され、制御端子が前記第6トランジスタの前記制御端子に接続された第2導電型の第8トランジスタと、
    前記第8トランジスタの第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された負荷素子と、
    を含み、
    前記第6トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第2のバイアス電圧として供給し、前記第7トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第1のバイアス電圧として供給するバイアス回路を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の出力回路。
  5. 前記差動入力段は、
    前記第2の電源端子に一端が接続された第1の電流源と、
    共通接続された第1端子が前記第1の電流源の他端に接続され、制御端子が前記入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続され、第2端子が前記第1のカレントミラーの前記第1導電型のトランジスタ対にそれぞれ接続された第2導電型の差動トランジスタ対と、
    前記第1の電源端子に一端が接続された第2の電流源と、
    共通接続された第1端子が前記第2の電流源の他端に接続され、制御端子が前記入力端子及び前記出力端子にそれぞれ接続され、第2端子が前記第2のカレントミラーの前記第2導電型のトランジスタ対にそれぞれ接続された第1導電型の差動トランジスタ対と、
    を備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の出力回路。
  6. 前記第1のカレントミラーは、
    第1端子が前記第1の電源端子に共通に接続され、制御端子が互いに接続された第1導電型の第1トランジスタ対と、
    第1端子が前記第1トランジスタ対の第2端子に夫々接続され、共通接続された制御端子に第3のバイアス電圧が印加される第1導電型の第2トランジスタ対と、
    を備え、
    前記第2トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子は、前記第1トランジスタ対の共通接続された制御端子に接続され、前記第1のカレントミラーの入力ノードをなし、
    前記第2トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子は、前記第1のカレントミラーの出力ノードをなし、
    前記差動入力段の前記第2導電型の差動トランジスタ対の第2端子は、前記第1のカレントミラーの前記第1導電型の第1トランジスタ対の第2端子にそれぞれ接続され、
    前記第2のカレントミラーは、
    第1端子が前記第2の電源端子に共通に接続され、制御端子が互いに接続された第2導電型の第3トランジスタ対と、
    第1端子が前記第3トランジスタ対の第2端子に夫々接続され、共通接続された制御端子に第4のバイアス電圧が印加される第1導電型の第4トランジスタ対と、
    を備え、
    前記第4トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子は、前記第3トランジスタ対の共通接続された制御端子に接続され、前記第2のカレントミラーの入力ノードをなし、
    前記第4トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子は、前記第2のカレントミラーの出力ノードをなし、
    前記差動入力段の前記第1導電型の差動トランジスタ対の第2端子は、前記第2のカレントミラーの前記第2導電型の第3トランジスタ対の第2端子にそれぞれ接続されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の出力回路。
  7. 前記第1のカレントミラーは、第1端子が前記第1の電源端子に共通に接続され、制御端子が互いに接続された第1導電型の第1トランジスタ対を備え、
    前記第2のカレントミラーは、第1端子が前記第2の電源端子に共通に接続され、制御端子が互いに接続された第2導電型の第2トランジスタ対を備え、
    前記第1トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子は、前記第1トランジスタ対の共通接続された制御端子に接続され、前記第1の入力ノードをなすとともに、前記差動入力段の前記第2導電型の差動トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子に接続され、
    前記第1トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子は、前記第1の出力ノードをなすとともに、前記差動入力段の前記第2導電型の差動トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子に接続され、
    前記第2トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子は、前記第2トランジスタ対の共通接続された制御端子に接続され、前記第2の入力ノードをなすとともに、前記差動入力段の前記第1導電型の差動トランジスタ対の一方のトランジスタの第2端子に接続され、
    前記第2トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子は、前記第2の出力ノードをなすとともに、前記差動入力段の前記第1導電型の差動トランジスタ対の他方のトランジスタの第2端子に接続されている
    ことを特徴とする請求項5に記載の出力回路。
  8. 前記第2の電流源回路は、前記第1のカレントミラーの出力ノード及び前記第2のカレントミラーの出力ノードの間に並列に接続され、制御端子に第4のバイアス電圧を受ける第1導電型のトランジスタと、制御端子に第5のバイアス電圧を受ける第2導電型のトランジスタと、を備えることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1に記載の出力回路。
  9. 請求項1の前記出力回路において、前記第1導電型をP型、前記第2導電型をN型とし、前記第1の電源電圧を高電位電源電圧、前記第2の電源電圧を低電位電源電圧、前記第3の電源電圧を第1中間電源電圧とした正極出力回路と、
    請求項1の前記出力回路において、前記第1導電型をN型、前記第2導電型をP型とし、前記第1の電源電圧を前記低電位電源電圧、前記第2の電源電圧を前記高電位電源電圧、前記第3の電源電圧を第2中間電源電圧とした負極出力回路と、
    を備えることを特徴とする出力回路。
  10. 請求項1の前記出力回路において、前記第1導電型をP型、前記第2導電型をN型とし、前記第1の電源電圧を高電位電源電圧、前記第2の電源電圧を低電位電源電圧、前記第3の電源電圧を第1中間電源電圧とした正極出力回路と、
    請求項2の前記出力回路において、前記第1導電型をP型、前記第2導電型をN型とし、前記第1の電源電圧を前記高電位電源電圧、前記第2の電源電圧を前記低電位電源電圧、前記第3の電源電圧を第2中間電源電圧とした負極出力回路と、
    を備えることを特徴とする出力回路。
  11. 請求項1乃至10のいずれか1に記載の出力回路を複数備えた出力回路群を備えることを特徴とするデータドライバ。
  12. 請求項1に記載の出力回路を複数備えた出力回路群を備え、
    前記第3の電源端子に第1端子が接続され、第2端子及び制御端子が共通接続された第1導電型の第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの前記第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された第1の電流源と、
    第2端子及び制御端子が共通接続された第2導電型の第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの前記第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された第2の電流源と、
    第1端子が前記第7トランジスタの第1端子に接続され、制御端子が前記第6トランジスタの前記制御端子に接続された第1導電型の第8トランジスタと、
    前記第8トランジスタの第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された負荷素子と、
    を含み、
    前記第6トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第1のバイアス電圧として供給し、前記第7トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第2のバイアス電圧として供給するバイアス回路を、前記複数の出力回路に対して共通に少なくとも1つ備えることを特徴とするデータドライバ。
  13. 請求項2に記載の出力回路を複数備えた出力回路群を備え、
    前記第3の電源端子に第1端子が接続され、第2端子及び制御端子が共通接続された第2導電型の第6トランジスタと、
    前記第6トランジスタの前記第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された第1の電流源と、
    第2端子及び制御端子が共通接続された第1導電型の第7トランジスタと、
    前記第7トランジスタの前記第2端子と前記第2の電源端子との間に接続された第2の電流源と、
    第1端子が前記第7トランジスタの第1端子に接続され、制御端子が前記第6トランジスタの前記制御端子に接続された第2導電型の第8トランジスタと、
    前記第8トランジスタの第2端子と前記第1の電源端子との間に接続された負荷素子と、
    を含み、
    前記第6トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第2のバイアス電圧として供給し、前記第7トランジスタの前記第2端子の電圧を前記第1のバイアス電圧として供給するバイアス回路を、前記複数の出力回路に対して共通に少なくとも1つ備えることを特徴とするデータドライバ。
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