JPH06138966A - 多階調電位出力回路 - Google Patents

多階調電位出力回路

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JPH06138966A
JPH06138966A JP28759692A JP28759692A JPH06138966A JP H06138966 A JPH06138966 A JP H06138966A JP 28759692 A JP28759692 A JP 28759692A JP 28759692 A JP28759692 A JP 28759692A JP H06138966 A JPH06138966 A JP H06138966A
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JP
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potential
source
mos transistor
circuit
drain
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JP28759692A
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Inventor
Isao Abe
功 安倍
Satoshi Suzuki
悟史 鈴木
Katsuichi Iwamoto
勝一 岩元
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Microelectronics Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】回路面積が小さく、かつ高インピーダンスの階
調電源を使用できる多階調電位出力回路を提供すること
である。 【構成】Nチャネルトランジスタ18、19からなるカレン
トミラー回路の入力側と定電流源12との間にPチャネル
トランジスタ15のソース・ドレイン間とアナログスイッ
チ16を直列に挿入し、出力側と定電流源12との間にPチ
ャネルトランジスタ13−1〜13−4の各ソース・ドレイ
ン間とデコーダ30の出力信号により導通制御される各ア
ナログスイッチ14−1〜14−4を直列接続する。トラン
ジスタ13−1〜13−4の各ゲートには階調電位を供給す
る。Nチャネルトランジスタ22のソース・ドレイン間を
定電流源20と接地電位との間に挿入し、ゲートを上記ア
ナログスイッチの他端共通接続点に接続する。トランジ
スタ17のゲートとトランジスタ22のドレインを接続して
電位出力端子19とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は液晶表示装置を駆動す
るアクティブマトリクス用ドライバ集積回路に内蔵され
る多階調電位出力回路に係り、特に画像データとしてデ
ジタル信号を用いるオフィスオートメーション(OA)
機器に好適な多階調電位出力回路に関する。
【0002】
【従来の技術】図4の(a)は従来の多階調電位出力回
路の回路図である。
【0003】図において、40は2ビットのデジタル信号
A、Bに応じて4通りの制御信号を出力するデコード回
路である。41は図示しない階調電源から出力されるそれ
ぞれ異なる4つの階調電位V1〜V4が供給される電位
入力端子であり、これらの電位はCMOS型の各アナロ
グスイッチ42によっていずれか一つが選択され、電位出
力端子43から出力される。これらアナログスイッチ42の
導通制御は、上記デコード回路40から出力される制御信
号に基づいて行われる。
【0004】上記電位出力端子43には図示しないアクテ
ィブマトリクス方式の液晶表示素子が接続され、アナロ
グスイッチ42によって選択された階調電位がこの液晶表
示素子に供給されることより表示駆動がなされる。
【0005】ここで、上記従来回路の動作を説明する。
デジタル信号A、Bの論理レベルに応じて上記4通りの
制御信号のうち1つだけ“H”レベルになり、その他は
“L”レベルになる。アナログスイッチ42のなかで
“H”レベルの制御信号が入力されているものが導通状
態となり、“L”レベルの制御信号が入力されているも
のは非導通状態になる。従って、図4の(b)の波形図
に示すように、デジタル信号A、Bに応じて、電位入力
端子41に供給されている階調電位V1、V2、V3、V
4のいずれか1つが電位出力端子43から出力される。
【0006】ところで、電位出力端子43から出力された
階調電位により、等価的には容量素子として働く液晶素
子の充電が行われるため、電位出力端子43の出力インピ
ーダンスは低いことが望ましい。このため、出力インピ
ーダンスを決定するアナログスイッチ42の導通抵抗と、
電位入力端子41に接続される階調電源のインピーダンス
は共に低くしてある。アナログスイッチ42はPチャネル
及びNチャネルのMOSトランジスタを用いたCMOS
型のものが用いられており、導通抵抗を低くするために
両トランジスタのチャネル幅を大きくしているので、素
子のパターン面積が大きくなっている。また、階調電源
は低インピーダンス化のために部品点数が多くなるの
で、多階調電位出力回路のユーザーにとっては問題であ
る。
【0007】さらに多数の液晶表示素子が液晶表示装置
に設けられているので、この液晶表示素子の数だけ多階
調電位出力回路を設ける必要があり、これに応じて電位
出力端子43の数も多くなる。図4の(a)に示す回路は
4値(V1〜V4)の階調電位を出力する例であるが、
液晶表示素子の表示階調数を例えば32のように増やす
と、アナログスイッチ42も32個設けなければならな
い。従って、多階調電位出力回路には素子面積の大きな
アナログスイッチ42が各電位出力端子43に対して階調数
分必要となり、チップ面積の6〜8割がアナログスイッ
チ42で占有されることになる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記のように従来の多
階調電位出力回路では、パターン面積の大きなアナログ
スイッチを多数使用しており、出力インピーダンスの低
減化を図るにはこれらアナログスイッチのパターン面積
をさらに大きくする必要があるため、集積化する際に回
路面積が大きくなるという問題がある。
【0009】また、従来の多階調電位出力回路では階調
電位を供給する階調電源も低インピーダンス化を図る必
要があるので、階調電源の部品点数が多くなるという問
題がある。
【0010】この発明は上記のような事情を考慮してな
されたものであり、その目的は、集積回路化する際に従
来よりも回路面積を小さくすることができ、かつ出力イ
ンピーダンスをそれ程低くする必要がなく従って部品点
数の少ない階調電源の使用が可能な多階調電位出力回路
を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明の多階調電位出
力回路は、一端が第1の電位供給点に接続された第1の
定電流源と、第2の電位供給点に接続されたカレントミ
ラー回路と、上記カレントミラー回路の電流出力端と上
記第1の定電流源の他端との間に並列に挿入された複数
個の第1のアナログスイッチと、上記複数個の各第1の
アナログスイッチに対してソース・ドレイン間が直列に
接続され、各ゲートに異なる電位が供給される第1導電
型の複数個の第1のMOSトランジスタと、制御信号に
応じて上記複数個のアナログスイッチを選択するデコー
ド回路と、上記カレントミラー回路の電流入力端と第1
の定電流源の他端との間に挿入され、常時選択状態にさ
れた第2のアナログスイッチと、上記第2のアナログス
イッチに対してソース・ドレイン間が直列に接続された
第1導電型の第2のMOSトランジスタと、上記第2の
MOSトランジスタのゲートに接続された出力端子と、
第1の電位供給点と上記出力端子との間に挿入された第
2の定電流源と、上記出力端子と第2の電位供給点との
間にソース・ドレイン間が挿入され、ゲートが上記カレ
ントミラー回路の電流出力端に接続された第2導電型の
第3のMOSトランジスタとを具備したことを特徴とす
る。
【0012】
【作用】第1の定電流源の他端とカレントミラー回路の
電流出力端との間には第1のMOSトランジスタと第1
のアナログスイッチが直列に挿入されており、第1の定
電流源の他端とカレントミラー回路の電流入力端との間
には第2のMOSトランジスタと第2のアナログスイッ
チが直列に挿入されている。ここで、第1及び第2のM
OSトランジスタの特性と、第1及び第2のアナログス
イッチの特性がそれぞれ等しく設定されているならば、
第1のMOSトランジスタのゲートに供給される電位と
等しい電位が第2のMOSトランジスタのゲートに得ら
れるように作用する。また、第2の定電流源と第3のM
OSトランジスタによって出力端子から出力される電位
の低インピーダンス化が図られる。
【0013】
【実施例】以下図面を参照してこの発明を実施例により
説明する。図1はこの発明の第1の実施例に係る多階調
電位出力回路の構成を示す回路図である。
【0014】図において、10は階調電源の一例を示すも
のであり、この階調電源10は正極性の電源電位と接地電
位との間に直列接続された例えば5個の抵抗11によって
構成されており、これら各抵抗の直列接続点から互いに
値が異なった4種類の電位V1、V2、V3、V4が出
力される。
【0015】12は定電流源であり、この定電流源12の一
端は電源電位に接続されている。この定電流源12の他端
には4個のPチャネルMOSトランジスタ13−1〜13−
4の各ソースが共通に接続されている。これら4個のM
OSトランジスタ13−1〜13−4の各ドレインにはCM
OS型のアナログスイッチ14−1〜14−4の各一端が接
続されており、これらアナログスイッチ14−1〜14−4
の各他端は共通に接続されている。上記MOSトランジ
スタ13−1〜13−4の各ゲートには、上記階調電源10で
発生される4階調の各電位V4、V3、V2、V1がそ
れぞれ供給される。
【0016】上記定電流源12の他端にはPチャネルMO
Sトランジスタ15のソースが接続されている。このMO
Sトランジスタ15のドレインにはCMOS型のアナログ
スイッチ16の一端が接続されている。そして、上記MO
Sトランジスタ15のゲートは多階調電位を出力するため
の電位出力端子17に接続されている。
【0017】上記アナログスイッチ14−1〜14−4の他
端の共通接続点にはNチャネルMOSトランジスタ18の
ドレインが接続されている。また、上記アナログスイッ
チ16の他端にはNチャネルMOSトランジスタ19のドレ
インが接続されている。上記両MOSトランジスタ18、
19のソースは共に接地電位に接続され、かつ両ゲートは
共通に接続され、このゲート共通接続点はMOSトラン
ジスタ19のドレインに接続されている。
【0018】上記MOSトランジスタ18、19はカレント
ミラー回路を構成しており、それぞれのディメンジョン
比、すなわちチャネル幅Wとチャネル長Lとの比(W/
L)が等しく設定されている。このため、一方のMOS
トランジスタ19に流れる電流と等しい電流が他方のMO
Sトランジスタ18に流れるようになっている。
【0019】上記電位出力端子17と電源電位との間には
定電流源20が接続されており、さらに電位出力端子17に
はNチャネルMOSトランジスタ21のドレインが接続さ
れている。このMOSトランジスタ21のゲートは上記ア
ナログスイッチ14−1〜14−4の他端の共通接続点に接
続されており、ソースは接地電位に接続されている。ま
た、電位出力端子17と上記MOSトランジスタ21のゲー
トとの間には、発振防止のための位相補償用のキャパシ
タ22が接続されている。
【0020】30は2ビットのデジタル信号A、Bに応じ
て4通りの制御信号を出力するデコード回路であり、こ
のデコード回路30には信号A、Bがそのまま入力される
ANDゲート31、信号Aは反転されて信号Bはそのまま
で入力されるANDゲート32、信号Aはそのままで信号
Bが反転されて入力されるANDゲート33、信号A、B
が共に反転されて入力されるANDゲート34が設けられ
ている。そして、上記4個のANDゲート31〜34の出力
は上記アナログスイッチ14−1〜14−4の各制御端子に
入力される。また、上記アナログスイッチ22の制御端子
は電源電位に接続されており、このアナログスイッチ22
は常時、導通状態となるように制御されている。なお、
上記MOSトランジスタ13−1〜13−4それぞれとMO
Sトランジスタ15とは特性が等しくなるようにチャネル
幅、チャネル長等が設定されており、かつアナログスイ
ッチ14−1〜14−4それぞれとアナログスイッチ16とは
特性が等しくなるようにPチャネル及びNチャネル側M
OSトランジスタのチャネル幅、チャネル長等が設定さ
れている。
【0021】次に上記構成でなる多階調電位出力回路の
動作を説明する。デジタル信号A、Bの論理レベルに応
じて、デコード回路30内の4個のANDゲート31〜34の
出力のうちいずれか一つが“H”レベルとなり、その他
の出力は“L”レベルとなる。すると、アナログスイッ
チ14−1〜14−4のなかで“H”レベルの制御信号が入
力されているものが導通状態となり、他は全て非導通状
態になる。ここで例えばアナログスイッチ14−1が導通
していると仮定すると、この導通状態のアナログスイッ
チ14−1に接続されているトランジスタ13−1にはその
ゲートに供給されている電位V4に応じた電流が流れ
る。この電流は上記カレントミラー回路の出力側である
MOSトランジスタ18のドレインに流れる。この電流が
流れることによってMOSトランジスタ18のソース・ド
レイン間には所定の電位が発生する。この電位がMOS
トランジスタ21のゲートに供給されることにより、この
MOSトランジスタ21の導通抵抗と定電流源20の電流値
に応じてMOSトランジスタ15のゲート電位が決まる。
また、このゲート電位に応じてMOSトランジスタ15の
導通抵抗が決まり、このMOSトランジスタ15を流れる
電流がカレントミラー回路の入力側に流れる。
【0022】上記カレントミラー回路の出力側、すなわ
ちMOSトランジスタ18側の電流経路におけるインピー
ダンスは、導通状態になっているアナログスイッチ14−
1、このスイッチ14−1に接続されたMOSトランジス
タ13−1、MOSトランジスタ18それぞれの導通抵抗に
より決まり、入力側、すなわちMOSトランジスタ19側
の電流経路におけるインピーダンスは、アナログスイッ
チ16、MOSトランジスタ15及びMOSトランジスタ19
それぞれの導通抵抗により決まる。従って、上記両電流
経路のインピーダンスが等しくなるのは、MOSトラン
ジスタ13−1と15の導通抵抗が等しくなるときである。
【0023】このため、上記両インピーダンスが等しく
なり、定電流源12の電流の丁度半分の電流がカレントミ
ラー回路の入力側及び出力側に流れるとき、MOSトラ
ンジスタ15のゲート電位すなわち出力電位はMOSトラ
ンジスタ13−1のゲートに供給されている電位V4と等
しくなる。つまり、この実施例回路は、MOSトランジ
スタ13−1〜13−4の各ゲートに入力される電位と等し
い電位を電位出力端子17から出力するリニアアンプとし
て動作をする。
【0024】また、出力電位が変動すると次のような負
帰還が生じて出力電位が安定する。いま、出力電位が高
くなるとMOSトランジスタ15のゲート・ソース間電圧
が低下し、このMOSトランジスタ15の導通抵抗が高く
なり、MOSトランジスタ15、アナログスイッチ16及び
MOSトランジスタ19からなる電流経路において、MO
Sトランジスタ15のソース・ドレイン間の電圧降下が大
きくなる。このため、MOSトランジスタ19のドレイン
電位が低くなり、MOSトランジスタ18のゲート電位が
低下する。したがって、MOSトランジスタ18のゲート
・ソース間電圧が低下し、このMOSトランジスタ18の
導通抵抗が高くなり、導通状態のアナログスイッチ14−
1、MOSトランジスタ13−1及びMOSトランジスタ
18からなる電流経路において、MOSトランジスタ18の
電圧降下が大きくなる。このため、MOSトランジスタ
18のドレイン電位が高くなり、MOSトランジスタ21の
ゲート電位が高くなる。すると、MOSトランジスタ21
のゲート・ソース間電圧が高くなり、MOSトランジス
タ21の導通抵抗が下がり、出力電位を下げるように負帰
還が作用して出力電位が一定になる。
【0025】ところで、上記実施例の多階調電位出力回
路における出力インピーダンスは、定電流源20の内部抵
抗とMOSトランジスタ21の導通抵抗で決定される。一
般的な定電流源はPチャネルMOSトランジスタを飽和
領域で動作させるものであるため、この定電流源用のM
OSトランジスタとMOSトランジスタ21としてチャネ
ル幅が大きくパターン面積の大きなものを使用すれば、
出力インピーダンスを低くすることができる。従って、
この実施例の多階調電位出力回路は、高インピーダンス
の階調電源10から出力される電位を低インピーダンスに
変換することができる。従って、部品点数が少なくコン
パクトな高インピーダンスの階調電源が使用可能とな
り、多階調電位出力回路と共に同一チップ上に集積化す
ることもでき、階調電源と階調電位出力回路とのトータ
ルコストの低減が可能である。
【0026】これに対して、従来の多階調電位出力回路
では、階調電位を低インピーダンスで出力するために各
出力端子ごとに階調電位の数と同数の低インピーダンス
のパターン面積の大きなアナログスイッチを必要として
いた。しかし、上記実施例回路では階調電位数とは関係
なく、低インピーダンス出力のために必要とする大きな
素子は出力端子1つに対して2つ、すなわち定電流源用
のPチャネルMOSトランジスタとMOSトランジスタ
21である。このため、階調電位数が多くなるに伴って従
来よりも回路面積のより小さなものが実現でき、回路面
積を1/3程度にまで縮小することが可能となった。
【0027】ところで、前記図4の(a)に示す従来回
路では、直流電流が流れる経路が存在しないために消費
電力を少なくすることができる。これに対して、上記実
施例回路では定電流源12、20からの直流電流経路が常に
存在するため、従来回路に比べて消費電力が多くなって
いる。そこで、この消費電力の増大という問題を解決し
たこの発明の第2の実施例について以下に説明する。
【0028】図2の(a)はこの第2の実施例の回路図
であり、(b)はその波形図である。この第2の実施例
回路は上記図1に示す第1の実施例回路とほぼ同様に構
成されているため、以下、第1の実施例回路と異なって
いる箇所のみを説明する。この実施例回路では、前記デ
コード回路30に設けられている2入力のANDゲート31
〜34がそれぞれ3入力のANDゲート35〜38に置き換え
られている。これら各ANDゲート35〜38には前記2ビ
ットの信号A、Bと共に、これら2ビットの信号A、B
のレベルが変化する前後に“L”レベルとなるクロック
信号Cが入力される。また、電源電位と前記定電流源20
の他端との間にはPチャネルMOSトランジスタ23のソ
ース・ドレイン間が挿入されている。このMOSトラン
ジスタ23のゲートには上記クロック信号Cが入力され
る。また、前記MOSトランジスタ21のゲートと接地
電位との間にNチャネルMOSトランジスタ24のドレイ
ン・ソース間が挿入されている。このMOSトランジス
タ24のゲートにはインバータ25を介して上記クロック信
号Cが入力される。さらに前記アナログスイッチ16の制
御端子には上記クロック信号Cが入力される。
【0029】この実施例回路におけるデコード回路30で
は、クロック信号Cが論理“H”レベルの時は図1中の
デコード回路と同様に信号A、Bの論理レベルに応じて
4つの制御信号のロジックレベルが決定される。一方、
信号Cが“L”レベルの時は4つの制御信号が全て
“L”レベルになり、全てのアナログスイッチ14−1〜
14−4は非導通状態になる。
【0030】また、信号Cはアナログスイッチ16にも入
力されており、このアナログスイッチ16は信号Cが
“L”レベルのときは非導通状態になり、“H”レベル
のときは導通する。
【0031】この第2の実施例回路が第1の実施例回路
よりも消費電力が少なくなる理由を以下に説明する。信
号Cが“L”レベルのとき、すなわち画像デジタル信号
が切替わる前後の期間に、アナログスイッチ14−1〜14
−4と16は非導通状態になる。従ってこの期間では定電
流源12からの電流流出はない。さらに、MOSトランジ
スタ24は導通しており、MOSトランジスタ21のゲート
が接地電位に放電されているため、このMOSトランジ
スタ21は非導通状態になる。また、MOSトランジスタ
23も導通しており、定電流源20の両端間の電位差がほぼ
0になるため、この定電流源20にも電流がほとんど流れ
ない。従って、信号Cが“L”レベルのときは定電流源
20からの電流流出もなくなる。この結果、消費電力の削
減が図られる。
【0032】ところで、クロック信号Cが“L”レベル
のとき、MOSトランジスタ23が導通することによっ
て、電位出力端子17には電源電位が出力される。このと
き、等価的には容量素子として動作する液晶素子は充電
される。そして、クロック信号Cが“H”レベルに変わ
ると上記定電流源12、20から電流が流れ出し、第1の実
施例回路の場合と同様に第2の実施例回路もリニアアン
プとして動作する。ただし、この場合に液晶素子は電源
電位によって予め充電されているので、上記リニアアン
プとして動作するときは、信号Cの変化で導通状態にな
るMOSトランジスタ21により液晶素子が放電されるこ
とによって、電位出力端子17に階調電位が現れる。
【0033】すなわち、この場合の電位出力端子17の電
位は図2の(b)に示すように変化する。従って、MO
Sトランジスタ21と23の導通抵抗を低く設定しておけ
ば、液晶素子の充電/放電が素早く行われるので、階調
電位は従来例回路と同程度の時間で安定する。また、定
電流源20からの電流により液晶素子を充電する必要がな
いためにこの定電流源20の電流値を小さくすることがで
き、リニアアンプとして動作する際の消費電力を削減す
ることができる。
【0034】なお、この発明は上記実施例に限定される
ものではなく種々の変形が可能であることはいうまでな
い。例えば上記第1および第2の実施例回路におけるM
OSトランジスタ13−1〜13−4とアナログスイッチ14
−1〜14−4の位置関係を逆にしてもよい。すなわち、
図3に示す第3の実施例回路のように、アナログスイッ
チ14−1〜14−4を定電流源12側に配置し、MOSトラ
ンジスタ13−1〜13−4をMOSトランジスタ18側に配
置するように回路接続を変更してもよい。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
集積回路化する際に従来よりも回路面積を小さくするこ
とができ、かつ出力インピーダンスがそれ程低い必要が
なく従って部品点数の少ない階調電源の使用が可能な多
階調電位出力回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施例に係る多階調電位出力
回路の回路図。
【図2】この発明の第2の実施例に係る多階調電位出力
回路を示し、(a)は回路図、(b)は波形図。
【図3】この発明の第3の実施例に係る多階調電位出力
回路の回路図。
【図4】従来の多階調電位出力回路を示し、(a)は回
路図、(b)は波形図。
【符号の説明】
10…階調電源、11…抵抗、12,20…定電流源、13−1〜
13−4,15,23…PチャネルMOSトランジスタ、14−
1〜14−4,16…アナログスイッチ、17…電位出力端
子、18,19,21,24…NチャネルMOSトランジスタ、
30…デコード回路、31〜38…ANDゲート。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岩元 勝一 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一端が第1の電位供給点に接続された第
    1の定電流源と、 第2の電位供給点に接続されたカレントミラー回路と、 上記カレントミラー回路の電流出力端と上記第1の定電
    流源の他端との間に並列に挿入された複数個の第1のア
    ナログスイッチと、 上記複数個の各第1のアナログスイッチに対してソース
    ・ドレイン間が直列に接続され、各ゲートに異なる電位
    が供給される第1導電型の複数個の第1のMOSトラン
    ジスタと、 制御信号に応じて上記複数個のアナログスイッチを選択
    するデコード回路と、 上記カレントミラー回路の電流入力端と第1の定電流源
    の他端との間に挿入され、常時選択状態にされた第2の
    アナログスイッチと、 上記第2のアナログスイッチに対してソース・ドレイン
    間が直列に接続された第1導電型の第2のMOSトラン
    ジスタと、 上記第2のMOSトランジスタのゲートに接続された出
    力端子と、 第1の電位供給点と上記出力端子との間に挿入された第
    2の定電流源と、 上記出力端子と第2の電位供給点との間にソース・ドレ
    イン間が挿入され、ゲートが上記カレントミラー回路の
    電流出力端に接続された第2導電型の第3のMOSトラ
    ンジスタとを具備したことを特徴とする多階調電位出力
    回路。
  2. 【請求項2】 前記第1の電位供給点と前記出力端子と
    の間にソース・ドレイン間が挿入され、前記制御信号の
    レベルが変化する前後の期間に導通するように制御され
    る第1導電型の第4のMOSトランジスタと、 前記第3のMOSトランジスタのゲートと前記第2の電
    位供給点との間にソース・ドレイン間が挿入され、前記
    制御信号のレベルが変化する前後の期間に非導通となる
    ように制御される第2導電型の第5のMOSトランジス
    タとをさらに具備した請求項1に記載の多階調電位出力
    回路。
JP28759692A 1992-10-26 1992-10-26 多階調電位出力回路 Withdrawn JPH06138966A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR100338960B1 (ko) * 2000-10-06 2002-06-01 박종섭 전원불량 감지회로
KR100556480B1 (ko) * 1999-05-13 2006-03-03 엘지전자 주식회사 평면 디스플레이소자의 전류제어 장치

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KR100556480B1 (ko) * 1999-05-13 2006-03-03 엘지전자 주식회사 평면 디스플레이소자의 전류제어 장치
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