KR100597312B1 - Low power source driver for liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
입력 전압을 입력받아 출력 전압을 생성하여 액정 표시 장치의 데이터 라인을 구동하는 소스 드라이버가 제공된다. 상기 소스 드라이버에 따르면, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터는 제1 소스 폴로워로 사용되어 상기 입력 전압을 따라가며 바디 효과(body effect)를 제거하고 로딩 부하 손실을 일정하도록 유지한다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터는 제2 소스 폴로워로 사용된다. 커패시터는 적어도 상기 입력 전압에 상기 NMOS 트랜지스터들의 문턱 전압을 더한 전압 레벨로 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압을 올리도록 동작한다. 또한, 여분의 스위치(들)가 상기 출력 전압이 상기 입력 전압에 접근할 경우 정확한 출력 전압에 도달되도록 사용된다. A source driver for receiving an input voltage and generating an output voltage to drive a data line of a liquid crystal display is provided. According to the source driver, first and second PMOS transistors are used as the first source follower to follow the input voltage to eliminate body effects and to maintain a constant loading load loss. The first and second NMOS transistors are used as the second source follower. The capacitor is operable to raise the drain voltage of the first NMOS transistor to a voltage level at least the input voltage plus the threshold voltage of the NMOS transistors. In addition, redundant switch (es) are used to reach the correct output voltage when the output voltage approaches the input voltage.
Description
도 1은 종래의 LCD 구동 장치의 회로를 나타낸 블록도이다. 1 is a block diagram showing a circuit of a conventional LCD driving apparatus.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소스 드라이버의 회로도이다.2 is a circuit diagram of a source driver according to a first embodiment of the present invention.
도 3a 내지 도 3h는 도 2 및 도 4의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.3A to 3H are timing diagrams for describing an operation of the source driver of FIGS. 2 and 4.
도 4는 도 2의 소스 드라이버를 변형한 회로도이다.4 is a circuit diagram modified from the source driver of FIG. 2.
도 5는 도 2의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 테이블이다.FIG. 5 is a table for describing an operation of the source driver of FIG. 2.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소스 드라이버의 회로도이다.6 is a circuit diagram of a source driver according to a second embodiment of the present invention.
도 7a 내지 도 7i는 도 6의 소스 드라이버의 제1 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.7A to 7I are timing diagrams for describing a first operation of the source driver of FIG. 6.
도 8a 내지 도 8i는 도 6의 소스 드라이버의 제2 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.8A to 8I are timing diagrams for describing a second operation of the source driver of FIG. 6.
도 9a 내지 도 9i는 도 6의 소스 드라이버의 제3 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.9A to 9I are timing diagrams for describing a third operation of the source driver of FIG. 6.
도 10은 도 6의 소스 드라이버를 변형한 회로도이다.FIG. 10 is a circuit diagram of a modified source driver of FIG. 6.
도 11은 도 6의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 테이블이다.FIG. 11 is a table for describing an operation of the source driver of FIG. 6.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
101 : 전압 분배기 102 : 디코더101: voltage divider 102: decoder
103 : 드라이버 103: driver
본 발명은 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display)를 구동하기 위한 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 LCD 구동 장치용 저전력 소스 드라이버에 관한 것이다. The present invention relates to an apparatus for driving a liquid crystal display (LCD), and more particularly, to a low power source driver for an LCD driving apparatus.
액정표시패널(LCD panel)은 음극선관(CRT) 패널에 비하여 두께가 얇고 전력 소모량이 적으므로, 개인용 컴퓨터, 워드 프로세서 및 칼라 텔레비전 등에 사용되어 왔다. 구체적으로, 능동 매트릭스형 액정표시장치는 고속 응답속도, 고밀도의 스크린 및 다중 계조 표시가 가능한 특성을 가지므로 많은 수요가 있다.LCD panels are used in personal computers, word processors and color televisions because they are thinner and consume less power than cathode ray tube (CRT) panels. Specifically, active matrix liquid crystal displays have high demands because of their high response speed, high-density screen, and multi-gradation display.
일반적으로, 능동매트릭스 액정표시장치는 반도체 기판, 대향 기판 및 상기 반도체 기판과 대향 기판사이에 삽입된 액정으로 이루어진다. 상기 반도체 기판은 박막 메탈 배선, 투명 픽셀 전극들 및 박막트랜지스터들(thin-film transistors)을 포함하며, 상기 대향 기판은 투명 공통 전극을 포함한다. 계조 전압(gradation voltage)은 스위칭 작용을 하는 상기 박막트랜지스터를 제어함으로써 상기 각각의 픽셀 전극으로 인가된다. 액정의 투과율은 상기 각각의 픽셀 전극과 상기 투명 공통 전극간의 전압 차에 의하여 변하며, 그 결과 영상이 디스플레이된다. In general, an active matrix liquid crystal display device includes a semiconductor substrate, an opposing substrate, and a liquid crystal inserted between the semiconductor substrate and the opposing substrate. The semiconductor substrate includes thin metal wires, transparent pixel electrodes, and thin-film transistors, and the opposing substrate includes a transparent common electrode. A gradation voltage is applied to each of the pixel electrodes by controlling the thin film transistor that performs a switching action. The transmittance of the liquid crystal is changed by the voltage difference between each pixel electrode and the transparent common electrode, and as a result, an image is displayed.
상기 반도체 기판에는 상기 픽셀 전극들로 계조 전압을 인가하기 위한 데이터 라인과, 상기 박막트랜지스터들로 스위칭 컨트롤 신호들 (또는 스캔 신호들)을 인가하기 위한 스캔 라인들이 제공된다. 상기 스캔 라인의 스캔 신호가 하이 레벨 상태이면, 상기 스캔 라인에 연결된 모든 박막트랜지스터들이 턴온되고, 상기 데이터 라인에 보내지는 계조 전압이 상기 박막트랜지스터들을 통하여 상기 픽셀 전극들에 인가된다. 스캔 신호가 상기 박막트랜지스터를 턴오프시킬 정도로 낮으면, 상기 픽셀 전극과 상기 공통 전극사이의 전압 차가 다음 계조 전압이 상기 픽셀 전극에 인가될 때까지 유지된다. 따라서, 스캔 신호들이 순차적으로 각각의 스캔 라인들에 인가되면, 계조 전압이 모든 픽셀 전극들에 인가되고, 그 결과 디스플레이 스크린은 매 프레임 주기마다 갱신된다.The semiconductor substrate is provided with a data line for applying a gray voltage to the pixel electrodes and a scan line for applying switching control signals (or scan signals) to the thin film transistors. When the scan signal of the scan line is in a high level state, all the thin film transistors connected to the scan line are turned on, and a gray voltage sent to the data line is applied to the pixel electrodes through the thin film transistors. If the scan signal is low enough to turn off the thin film transistor, the voltage difference between the pixel electrode and the common electrode is maintained until the next gray voltage is applied to the pixel electrode. Thus, when scan signals are sequentially applied to the respective scan lines, the gradation voltage is applied to all the pixel electrodes, so that the display screen is updated every frame period.
상기 데이터 라인들을 구동하기 위한 LCD 구동 장치는 액정 커패시턴스, 배선 저항 및 배선 커패시턴스를 가지는 각각의 데이터라인의 큰 부하(load)를 충전시키고 방전시킬 수 있어야 한다.The LCD driving apparatus for driving the data lines should be able to charge and discharge a large load of each data line having liquid crystal capacitance, wiring resistance and wiring capacitance.
상기 LCD 구동 장치는 전압 분배기, 디코더 및 데이터 라인에 연결된 드라이버(driver)로 이루어진다. 종래의 드라이버는 연산 증폭기(S.Saito et al., "A 6-bit Digital Data Printer for Color TFT-LCDs", SID 95 Digest, 페이지 257-260, 1995 참고)로 구현되었다. 연산 증폭기는 큰 전류 공급 능력을 가지고 있으므로, 큰 커패시턴스 값을 가진 데이터 라인을 고속으로 구동할 수 있다. 또한, 상기 연산 증폭기 내의 트랜지스터의 문턱 전압이 조금씩 변동될 경우에도, 상기 연산 증폭기의 출력 전압의 변동은 상대적으로 적다. 또한, 상기 출력 전압은 매우 정확하다.The LCD driving device includes a voltage divider, a decoder, and a driver connected to a data line. Conventional drivers are implemented with operational amplifiers (see S. Saito et al., “A 6-bit Digital Data Printer for Color TFT-LCDs”, SID 95 Digest, pages 257-260, 1995). Because op amps have a large current supply capability, they can drive data lines with large capacitance values at high speed. In addition, even when the threshold voltage of the transistor in the operational amplifier varies little by little, the variation in the output voltage of the operational amplifier is relatively small. In addition, the output voltage is very accurate.
그러나, 종래의 드라이버에 있어서, 데이터 라인의 수가 증가함에 따라 다수의 구성 요소로 이루어진 연산 증폭기의 개수가 증가한다. 따라서, 만일 상기 종래의 드라이버를 가진 LCD 구동 장치가 단일 집접회로의 형태로 구현될 경우, 상기 집적회로는 상기 증가된 연산 증폭기를 수용할 수 있을 정도의 충분한 크기를 갖도록 증가해야 하고, 그 결과 집적 회로의 제조 비용이 증가한다. 또한, 연산 증폭기는 안정한 전류(steady current)가 요구되고 그 결과 전력 소모가 증가된다. 연산 증폭기의 구조는 저전력 소모에는 적합하지 않다. 상기 연산 증폭기를 LCD 구동 장치에 채택한 구체적인 기술은 미국 특허 US 6,075,524(특허권자 Ruta, 발명의 명칭 "Integrated Analog Source Driver For Active Matrix Liquid Crystal Display")에 개시되어 있다. 미국 특허 US 6,127,997(특허권자 Tsuchi, 발명의 명칭 "Driver For Liquid Crystal Display Apparatus With No operational Amplifier") 에서는 연산 증폭기를 채택하지 않은 LCD 구동 장치를 개시하고 있다. 그러나, 연산 증폭기를 채택하지 않은 LCD 구동 장치에서도, 충전 또는 방전 동작시의 스윙 폭이 크기 때문에 채널 프리 차아지 (channel precharge) 전하 손실이 커지는 문제가 여전히 존재한다. However, in the conventional driver, as the number of data lines increases, the number of operational amplifiers composed of a plurality of components increases. Thus, if the LCD driver with the conventional driver is implemented in the form of a single integrated circuit, the integrated circuit should be increased to have a sufficient size to accommodate the increased operational amplifier, resulting in integration The manufacturing cost of the circuit increases. In addition, op amps require a steady current, resulting in increased power consumption. The structure of the op amp is not suitable for low power consumption. A specific technique employing the operational amplifier in an LCD driving device is disclosed in US Pat. No. 6,075,524 (Patent Holder Ruta, titled “Integrated Analog Source Driver For Active Matrix Liquid Crystal Display”). U.S. Patent No. 6,127,997 (patent owner Tsuchi, entitled "Driver For Liquid Crystal Display Apparatus With No operational Amplifier") discloses an LCD drive without an operational amplifier. However, even in an LCD driving apparatus that does not employ an operational amplifier, there is still a problem of increasing channel precharge charge loss because of the large swing width during charge or discharge operation.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 제조 비용을 절감할 수 있고, 전력 소모를 줄일 수 있으며, 정확한 소스 드라이버 출력을 얻을 수 있고, 충전 전하 손실을 줄일 수 있는 LCD 구동 장치용 소스 드라이버를 제공하는데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to reduce the manufacturing cost, to reduce the power consumption, to obtain an accurate source driver output, the source for the LCD driving device that can reduce the charge charge loss To provide a driver.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 입력 전압을 입력받아 출력 전압을 생성하여 액정 표시 장치의 데이터 라인을 구동하는 소스 드라이버가 제공된다. 상기 소스 드라이버에 따르면, 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터는 제1 소스 폴로워로 사용되어 상기 입력 전압을 따라가며 n-well 공정에서의 바디 효과(body effect)를 제거하고 로딩 부하 손실을 일정하도록 유지한다. 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터는 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인에 결합된 공통 게이트를 가지고 있다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 소오스는 출력 단자에 결합된다. 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터는 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인에 결합된 공통 게이트를 가지며, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 소오스는 상기 출력 단자에 결합된다. 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트는 입력 단자에 결합되고, 소오스는 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소오스에 결합된다. 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트는 입력 단자에 결합되고, 소오스는 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 소오스에 결합된다. 제3 PMOS 트랜지스터의 소오스는 상기 전원 공급 단자에 결합되고, 게이트는 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인에 결합된다. 제1 스위치는 상기 제3 PMOS 트랜지스터의 드레인과 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인 사이에 결합된다. 제2 스위치는 상기 접지 단자와 상기 제1 PMOS 트랜지스터의 드레인간에 결합된다. 제3 스위치는 전원 전압 단자와 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 드레인간에 결합된다. 제4 스위치는 상기 입력 단자와 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소오스간에 결합된다. 제5 스위치는 상기 전원 공급 단자와 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 드레인간에 결합된다. 제6 스위치는 상기 접지 단자와 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인간에 결합된다. 제1 커패시터는 제어 신호를 입력받아 적어도 상기 입력 전압에 상기 NMOS 트랜지스터들의 문턱 전압을 더한 전압 레벨로 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인 전압을 올리도록 동작한다. 제1 커패시터는 접지와 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 드레인간에 결합된다.In order to achieve the above object, the present invention provides a source driver that receives an input voltage and generates an output voltage to drive a data line of a liquid crystal display. According to the source driver, first and second PMOS transistors are used as the first source follower to follow the input voltage and eliminate body effect in the n-well process and to maintain a constant loading load loss. do. The first and second PMOS transistors have a common gate coupled to the drain of the first PMOS transistor. The source of the second PMOS transistor is coupled to the output terminal. The first and second NMOS transistors have a common gate coupled to the drain of the first NMOS transistor, and the source of the second NMOS transistor is coupled to the output terminal. The gate of the third NMOS transistor is coupled to the input terminal and the source is coupled to the source of the first PMOS transistor. The gate of the third NMOS transistor is coupled to the input terminal and the source is coupled to the source of the first PMOS transistor. A source of a third PMOS transistor is coupled to the power supply terminal and a gate is coupled to the drain of the third PMOS transistor. A first switch is coupled between the drain of the third PMOS transistor and the drain of the first NMOS transistor. A second switch is coupled between the ground terminal and the drain of the first PMOS transistor. The third switch is coupled between the power supply voltage terminal and the drain of the third NMOS transistor. A fourth switch is coupled between the input terminal and the source of the first NMOS transistor. A fifth switch is coupled between the power supply terminal and the drain of the second NMOS transistor. A sixth switch is coupled between the ground terminal and the drain of the second PMOS transistor. The first capacitor receives a control signal and operates to raise the drain voltage of the first NMOS transistor to a voltage level of at least the input voltage plus the threshold voltage of the NMOS transistors. The first capacitor is coupled between ground and the drain of the first NMOS transistor.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 소스 드라이버는 제4 PMOS 트랜지스터와 제7 스위치를 더 포함한다. 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 게이트는 상기 입력 단자에 결합되며, 소오스는 상기 제1 NMOS 트랜지스터의 소오스에 결합된다. 상기 제7 스위치는 상기 접지 단자와 상기 제4 PMOS 트랜지스터의 드레인에 결합된다.According to an aspect of the present invention, the source driver further includes a fourth PMOS transistor and a seventh switch. The gate of the fourth PMOS transistor is coupled to the input terminal, and the source is coupled to the source of the first NMOS transistor. The seventh switch is coupled to the ground terminal and the drain of the fourth PMOS transistor.
본 발명의 일측면에 따르면, 상기 소스 드라이버는 상기 입력 단자와 상기 제3 NMOS 트랜지스터의 소오스간에 결합된 제9 스위치를 더 포함한다.According to one aspect of the invention, the source driver further comprises a ninth switch coupled between the input terminal and the source of the third NMOS transistor.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 소스 드라이버는 게이트가 저전압에 연결되고 소오스가 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 드레인에 결합되며 드레인이 상기 출력 단자에 결합된 제4 NMOS 트랜지스터를 더 포함한다.According to another aspect of the invention, the source driver further comprises a fourth NMOS transistor having a gate coupled to a low voltage, a source coupled to the drain of the second PMOS transistor, and a drain coupled to the output terminal.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 상기 소스 드라이버는 상기 입력 단자와 상기 출력 단자간에 결합된 제8 스위치를 더 포함한다. 상기 제2 PMOS 트랜지스터 또는 상기 제2 NMOS 트랜지스터가 소스 폴로워로 동작한 후 상기 제8 스위치는 턴 온된다. According to another aspect of the invention, the source driver further comprises an eighth switch coupled between the input terminal and the output terminal. The eighth switch is turned on after the second PMOS transistor or the second NMOS transistor operates as a source follower.
본 발명에 따른 상기 LCD 구동 장치는 연산 증폭기를 사용하지 않으며, 채널의 프리 차지 전하 손실이 커지는 문제를 줄일 수 있다.The LCD driving apparatus according to the present invention does not use an operational amplifier and can reduce a problem of a large precharge charge loss of a channel.
이하, 본 발명에 따른 LCD 구동 장치의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the LCD driving apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저, 본 발명에 따른 LCD 구동 장치의 실시예들을 설명하기 전에 일반적인 LCD 구동 장치에 대해 도 1을 참조하여 설명한다. 도 1에 도시된 바와 같이, LCD 구동장치는 일반적으로 전압 분배기(101), 디코더(102) 및 데이터 라인(DL)에 연결된 드라이버(103)로 이루어진다. 데이터 라인(DL)은 박막 트랜지스터(TFTs)를 통하여 픽셀 전극들에 연결된다. 전압 분배기(101)는 다중 계조 전압(multi-gradation voltage)을 발생시키는 저항들(R1, R2, ..., R64)로 이루어진다. 또한, 디코더(102)는 상기 저항들(R1, R2, ..., R64)과 연결된 제1 라인들과 비디오 데이터 신호들(D0, D1, ..., D5)을 입력받는 제2 라인들간의 교차점에 위치하는 CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 스위치들로 이루어진다.First, a general LCD driving apparatus will be described with reference to FIG. 1 before describing embodiments of the LCD driving apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, the LCD driver generally includes a
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소스 드라이버의 회로도이다. 2 is a circuit diagram of a source driver according to a first embodiment of the present invention.
상기 본 발명의 제1 실시예에 따르는 소스 드라이버의 제1 PMOS 트랜지스터와 제2 PMOS 트랜지스터는 입력 전압을 쫓아가므로써 n-well 공정에서의 바디 효과(body effect)를 제거할 수 있고, 로딩 전하 손실(loading charge loss)을 일정하게 유지할 수 있다. 상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터들(PT1, PT2)은 각각 상기 제1 PMOS 트랜지스터(MP1)의 드레인에 연결된 공통 게이트를 가지며, 상기 제2 PMOS 트랜지스터의 소오스는 출력 단자에 연결된다. The first PMOS transistor and the second PMOS transistor of the source driver according to the first embodiment of the present invention can remove the body effect in the n-well process by following the input voltage, and the loading charge loss (loading charge loss) can be kept constant. The first and second PMOS transistors PT1 and PT2 have a common gate connected to a drain of the first PMOS transistor MP1, respectively, and a source of the second PMOS transistor is connected to an output terminal.
제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(NT1, NT2)는 각각 상기 제1 NMOS 트랜지스터(MN1)의 드레인에 연결된 공통 게이트를 가지며, 상기 제2 NMOS 트랜지스터의 소오스는 출력 단자에 연결된다. 제3 NMOS 트랜지스터의 게이트는 입력 단자에 연결되고, 소오스는 상기 제1 PMOS 트랜지스터(PT1)의 소오스에 연결된다. 제3 PMOS 트랜지스터(PT3)의 드레인은 전원 공급 단자에 연결되고, 게이트는 상기 제3 PMOS 트랜지스터(PT3)의 소오스에 연결된다. 제1 스위치(S1)는 상기 제3 PMOS 트랜지스터(PT3)의 소오스와 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인간에 연결된다. 제2 스위치(S2)는 접지 단자와 상기 제1 PMOS 트랜지스터(PT1)의 드레인간에 연결된다. 제3 스위치(S3)는 전원 공급 단자와 상기 제3 NMOS 트랜지스터(NT3)의 드레인간에 연결된다. 제4 스위치(S4)는 상기 입력 단자와 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 소오스간에 연결된다. 제5 스위치(S5)는 상기 전원 공급 단자와 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NT2)의 드레인간에 연결된다. 제6 스위치(S6)는 접지 단자와 상기 제2 PMOS 트랜지스터(NP2)의 드레인간에 연결된다. 제1 커패시터(C1)는 상기 제어 신호 단자와 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인간에 연결된다. 제1 커패시터(C1)는 제어 신호(NP)를 입력받아 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인 전압을 최소한 상기 입력 전압에 상기 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압 값을 더한 전압 레벨로 올린다. 어떤 종류의 커패시터(예를 들어, 금속-절연층-금속 형태의 커패시터 또는 공극 형태의 커패시터)라도 상기 제1 커패시터(C1)로 사용될 수 있다. Each of the first and second NMOS transistors NT1 and NT2 has a common gate connected to the drain of the first NMOS transistor MN1, and a source of the second NMOS transistor is connected to an output terminal. A gate of the third NMOS transistor is connected to the input terminal, and a source is connected to the source of the first PMOS transistor PT1. A drain of the third PMOS transistor PT3 is connected to a power supply terminal and a gate is connected to a source of the third PMOS transistor PT3. The first switch S1 is connected between the source of the third PMOS transistor PT3 and the drain of the first NMOS transistor NT1. The second switch S2 is connected between the ground terminal and the drain of the first PMOS transistor PT1. The third switch S3 is connected between the power supply terminal and the drain of the third NMOS transistor NT3. The fourth switch S4 is connected between the input terminal and the source of the first NMOS transistor NT1. The fifth switch S5 is connected between the power supply terminal and the drain of the second NMOS transistor NT2. The sixth switch S6 is connected between the ground terminal and the drain of the second PMOS transistor NP2. The first capacitor C1 is connected between the control signal terminal and the drain of the first NMOS transistor NT1. The first capacitor C1 receives the control signal NP and raises the drain voltage of the first NMOS transistor NT1 to a voltage level of at least the input voltage plus the threshold voltage value of the NMOS transistor. Any kind of capacitor (for example, a capacitor in the form of a metal-insulation layer-metal or a capacitor in the form of a pore) may be used as the first capacitor C1.
제3 NMOS 트랜지스터(NT3), 상기 제3 및 제2 스위치(S2, S3)는 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2)의 게이트 전압을 상기 입력 전압을 상기 제1 PMOS 트랜지스터(PT1)의 문턱 전압과 상기 제3 NMOS 트랜지스터(NT3)의 문턱 전압만큼 쉬프트시킨 전압 레벨로 바이어스 하도록 동작한다. 상기 제3 PMOS 트랜지스터(PT3), 상기 제4 및 제1 스위치(S4, S1)는 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NT2)의 게이트 전압을 상기 입력 전압을 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 문턱 전압만큼 쉬프트 시킨 전압 레벨로 바이어스 한다. 상기 제6 스위치(S6)는 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2)를 소스 폴로워로 동작하도록 한다. 따라서, 상기 제1 및 제2 PMOS 트랜지스터(PT1, PT2)의 공통 게이트 전압을 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2)의 문턱 전압만큼 쉬프트 시킨 전압 레벨이 출력 전압으로서 상기 출력 단자에 출력된다. 상기 제5 스위치(S5)는 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NT2)를 소스 폴로워로 동작하도록 한다. 따라서, 상기 제1 및 제2 NMOS 트랜지스터(NPT1, NPT2)의 공통 게이트 전압을 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NPT2)의 문턱 전압만큼 쉬프트 시킨 전압 레벨이 출력 전압으로서 상기 출력 단자에 출력된다.The third NMOS transistor NT3 and the third and second switches S2 and S3 may include a gate voltage of the second PMOS transistor PT2, the input voltage, and a threshold voltage of the first PMOS transistor PT1. It operates to bias the voltage level shifted by the threshold voltage of the third NMOS transistor NT3. The third PMOS transistor PT3, the fourth and first switches S4 and S1 may have a gate voltage of the second NMOS transistor NT2 as the input voltage and a threshold voltage of the first NMOS transistor NT1. Bias to the shifted voltage level. The sixth switch S6 operates the second PMOS transistor PT2 as a source follower. Therefore, a voltage level obtained by shifting the common gate voltages of the first and second PMOS transistors PT1 and PT2 by the threshold voltage of the second PMOS transistor PT2 is output to the output terminal as an output voltage. The fifth switch S5 allows the second NMOS transistor NT2 to operate as a source follower. Therefore, a voltage level obtained by shifting the common gate voltages of the first and second NMOS transistors NPT1 and NPT2 by the threshold voltage of the second NMOS transistor NPT2 is output to the output terminal as an output voltage.
본 발명에 따른 상기 소스 드라이버에서는 제4 PMOS 트랜지스터(PT4)와 제7 스위치(S7)를 더 포함한다. 상기 제4 PMOS 트랜지스터(PT4)의 게이트는 상기 입력 단자에 연결되고, 소오스는 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 소오스와 연결된다. 상기 제7 스위치(S7)는 상기 접지 단자와 상기 제4 PMOS 트랜지스터(PT4)의 드레인간에 연결된다. 더욱, 상기 소오스 드라이버는 제4 NMOS 트랜지스터(NT4)를 더 포함할 수 있다. 상기 제4 NMOS 트랜지스터(NT4)의 게이트는 저전압과 연결되고, 소오스는 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2)의 드레인에 연결되며, 드레인은 상기 출력 단자에 연결된다.The source driver according to the present invention further includes a fourth PMOS transistor PT4 and a seventh switch S7. The gate of the fourth PMOS transistor PT4 is connected to the input terminal, and the source is connected to the source of the first NMOS transistor NT1. The seventh switch S7 is connected between the ground terminal and the drain of the fourth PMOS transistor PT4. In addition, the source driver may further include a fourth NMOS transistor NT4. A gate of the fourth NMOS transistor NT4 is connected to a low voltage, a source is connected to a drain of the second PMOS transistor PT2, and a drain is connected to the output terminal.
도 3a 내지 도 3h는 도 2 및 도 4의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하, 도 2의 소오스 드라이버의 동작을 2번의 데이터 출력 주기(data output period)를 도시한 도 3a 내지 3h를 이용하여 설명한다. 3A to 3H are timing diagrams for describing an operation of the source driver of FIGS. 2 and 4. Hereinafter, the operation of the source driver of FIG. 2 will be described with reference to FIGS. 3A to 3H showing two data output periods.
먼저, 도 3b에 도시된 바와 같이, t0 시간에 스위치 S1 및 S2는 둘 다 턴온된다. 트랜지스터 PT1 및 PT2의 바이어스 전압 V1은 0 볼트이다. 또한, 트랜지스터 NT1 및 NT2의 게이트에서의 바이어스 전압 V2는 VDD-Vthp4 볼트이다.First, as shown in FIG. 3B, both switches S1 and S2 are turned on at time t0. The bias voltage V1 of the transistors PT1 and PT2 is 0 volts. The bias voltage V2 at the gates of the transistors NT1 and NT2 is VDD-Vthp4 volts.
다음, 도 3b 및 3c에 도시된 바와 같이, t1 시간에 스위치 S1 및 S2는 턴오프되고, 제어 신호(NP)는 온(ON) 상태로서 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인 전압을 상기 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압에 소정의 감마 전압을 더한 전압 레벨보다 더 높은 전압 레벨로 올려준다. 동시에, 스위치 S3 및 S7, 그리고 트랜지스터 PT4(또는 PT4 및 S7)가 턴온되고, 그 결과 바이어스 전압 V1 및 V2는 다음의 수학식 1 및 수학식 2와 같게 된다.Next, as shown in FIGS. 3B and 3C, the switches S1 and S2 are turned off at a time t1, and the control signal NP is turned on to turn the drain voltage of the first NMOS transistor NT1 to the NMOS. The threshold voltage of the transistor is added to a voltage level higher than the voltage level obtained by adding a predetermined gamma voltage. At the same time, the switches S3 and S7 and the transistors PT4 (or PT4 and S7) are turned on, so that the bias voltages V1 and V2 become the following equations (1) and (2).
(여기서, Vthp1은 트랜지스터 PT1의 문턱 전압, Vthn3은 트랜지스터 NT3의 문턱 전압, Vthn1은 트랜지스터 NT1의 문턱 전압, Vthp4는 트랜지스터 PT4의 문턱 전압이다.)(Vthp1 is the threshold voltage of transistor PT1, Vthn3 is the threshold voltage of transistor NT3, Vthn1 is the threshold voltage of transistor NT1, and Vthp4 is the threshold voltage of transistor PT4.)
다음, 도 3d 및 3e에 도시된 바와 같이, t2 시간에 스위치 S4 및 S6은 턴온되고, 그 결과 바이어스 전압 V2는 다음의 수학식 3을 만족한다.3D and 3E, the switches S4 and S6 are turned on at time t2, and as a result, the bias voltage V2 satisfies the following expression (3).
이 경우, 트랜지스터 PT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 다음의 수학식 4를 만족한다.In this case, since the transistor PT2 operates as a source follower, the output voltage Vout satisfies the following expression (4).
(여기서, Vthp2는 트랜지스터 PT2의 문턱 전압이다.)Where Vthp2 is the threshold voltage of transistor PT2.
여기서, PMOS 트랜지스터 PT4와 스위치 S7은 본 발명에서 본질적인 요소가 아니다. 만일 PMOS 트랜지스터 PT4와 스위치 S7이 존재하지 않는 다면, t1 및 t2 시간에서의 동작은 다음과 같이 조금 달라질 수 있다. Here, the PMOS transistor PT4 and the switch S7 are not essential elements in the present invention. If there is no PMOS transistor PT4 and switch S7, the operation at times t1 and t2 may be slightly different as follows.
다음, 도 3c 및 3f에 도시된 바와 같이, t1 시간에 스위치 S3은 턴온되고, 그 결과 바이어스 전압 V1은 상기 수학식 1에 의하여 V1 = Vin - Vthn3 + Vthp1 값을 가진다. Next, as shown in FIGS. 3C and 3F, the switch S3 is turned on at the time t1, and as a result, the bias voltage V1 has a value of V1 = Vin − Vthn3 + Vthp1 according to
다음, 도 3d 및 3e에 도시된 바와 같이, t2 시간에 스위치 S4 및 S6은 턴온되고, 그 결과 바이어스 전압 V2는 상기 수학식 3에 의하여 V2 = Vin + Vthn1 + Vthp4 값을 가진다.Next, as shown in FIGS. 3D and 3E, the switches S4 and S6 are turned on at the time t2, and as a result, the bias voltage V2 has a value of V2 = Vin + Vthn1 + Vthp4 according to
이 경우, 트랜지스터 PT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 상기 수학식 4에 의하여 Vout = Vin - Vthn3 + Vthp1 - Vthp2 값을 가진다.In this case, since the transistor PT2 operates as a source follower, the output voltage Vout has a value of Vout = Vin-Vthn3 + Vthp1-Vthp2 according to Equation 4 above.
상기 바이어스 전압 V2는 상기 PMOS 트랜지스터 PT4 및 스위치 S7이 존재하지 않는 경우나 존재하는 경우나 t2 시간에 동일한 값을 가진다. 그러나, 본 발명에 따른 소스 드라이버가 PMOS 트랜지스터 PT4 및 스위치 S7을 가지지 않은 경우에는 입력 단자에 큰 전류가 흐르게 된다. 따라서, 만약 Vthp1이 Vthp2와 유사한 값을 가진다면, 출력 전압 Vout는 다음의 수학식 5에 따른 값을 가진다. The bias voltage V2 has the same value at the time t2 when the PMOS transistor PT4 and the switch S7 are not present or present. However, when the source driver according to the present invention does not have the PMOS transistor PT4 and the switch S7, a large current flows through the input terminal. Therefore, if Vthp1 has a value similar to Vthp2, the output voltage Vout has a value according to the following equation (5).
여기서, 트랜지스터 PT1 및 PT2가 상호 인접하게 형성되고 서로 거의 동일한 사이즈를 가지게 된다면, 문턱 전압 Vthp1은 대략 문턱 전압 Vthp2와 같게 된다.Here, when the transistors PT1 and PT2 are formed adjacent to each other and have almost the same size, the threshold voltage Vthp1 becomes approximately equal to the threshold voltage Vthp2.
다음, 도 3g에 도시된 바와 같이, 시간 t3에서 스위치 S5는 턴온된다. 이 상태에서, 트랜지스터 NT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 다음의 수학식 6을 만족한다.Next, as shown in Fig. 3G, the switch S5 is turned on at time t3. In this state, since the transistor NT2 operates as a source follower, the output voltage Vout satisfies the following expression (6).
(여기서, Vthn2는 트랜지스터 NT2의 문턱 전압이다.)(Vthn2 is the threshold voltage of transistor NT2.)
따라서, 만약 Vthn1이 Vthn2와 유사한 값을 가진다면(Vthn1 ≒ Vthn2), 출력 전압은 다음의 수학식 7을 만족한다.Therefore, if Vthn1 has a value similar to Vthn2 (Vthn1 ≒ Vthn2), the output voltage satisfies
따라서, 상기 첫 번째 실시예에서는, 출력 전압 Vout는 상기 입력 전압 Vin 과 동일한 값을 가질 수 있으며, 소스 폴로워로서의 트랜지스터 PT2는 트랜지스터 NT2와 함께 높은 정밀도의 전압 버퍼를 제공한다.Thus, in the first embodiment, the output voltage Vout can have the same value as the input voltage Vin, and transistor PT2 as the source follower provides a high precision voltage buffer with transistor NT2.
또한, PMOS 트랜지스터의 소스 폴로워는 초저전압의 감마 전압(ultra-low gamma voltage)을 쫓아 갈 수 없기 때문에, 일반적인 N-well 공정에서 비디오 데이터가 상기 초저전압의 감마전압을 선택한 경우에는 또 하나의 NMOS 트랜지스터를 사용하여 출력 전압을 접지 전압으로 풀다운 시키는 것이 바람직하다. 입력 전압이 트랜지스터 PT2의 문턱 전압보다 작은 경우에는 출력 전압을 접지 전압으로 풀다운 시키기 위하여 상기 NMOS 트랜지스터 NT4가 사용된다.In addition, since the source follower of the PMOS transistor cannot follow the ultra-low gamma voltage, when the video data selects the gamma voltage of the ultra-low voltage in a general N-well process It is desirable to use an NMOS transistor to pull down the output voltage to ground. When the input voltage is less than the threshold voltage of the transistor PT2, the NMOS transistor NT4 is used to pull down the output voltage to the ground voltage.
시간 t5 내지 t8에서의 동작은 시간 t0 내지 t3에서의 동작을 반복한다.The operation at times t5 to t8 repeats the operation at times t0 to t3.
도 4는 도 2의 소스 드라이버를 변형한 회로도이다.4 is a circuit diagram modified from the source driver of FIG. 2.
도 4의 소스 드라이버는 상기 입력 단자와 상기 출력 단자간에 연결된 제8 스위치(S8)를 더 포함한다. 상기 제8 스위치(S8)는, 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2) 또는 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NT2)가 소스 폴로워로서의 동작이 종료된 후에 턴온된다. 출력 전압 Vout이 Vin에 가까워 질 경우 소스 폴로워의 구동 능력이 매우 약해지므로 제8 스위치(S8)를 사용함으로써 정확한 최적 값(목표 값)을 얻을 수 있다. 제8 스위치(S8)를 사용하는 다른 이유는 트랜지스터 NT1과 NT2간의 문턱 전압의 차이에 기인한 Vout와 최적 값의 차이를 보상하기 위한 것이다. The source driver of FIG. 4 further includes an eighth switch S8 connected between the input terminal and the output terminal. As illustrated in FIG. 3H, the eighth switch S8 is turned on after the second PMOS transistor PT2 or the second NMOS transistor NT2 is terminated as a source follower. When the output voltage Vout is close to Vin, the driving capability of the source follower becomes very weak, and thus, an accurate optimum value (target value) can be obtained by using the eighth switch S8. Another reason for using the eighth switch S8 is to compensate for the difference between Vout and the optimum value due to the difference in the threshold voltage between the transistors NT1 and NT2.
예를 들어, 도 4의 소스 드라이버의 동작은 도 3a 내지 3h에 도시된 바와 같다. t2 내지 t4 시간동안 출력 전압 Vout는 수학식 6의 Vout = Vin + Vthn1 - Vthn2로 나타낼 수 있다.For example, the operation of the source driver of FIG. 4 is as shown in FIGS. 3A-3H. The output voltage Vout during the t2 to t4 time may be represented by Vout = Vin + Vthn1-Vthn2 of
이 경우, Vthn1과 Vthn2간에 차이가 있는 경우, 출력 전압 Vout는 최적 값(즉 Vin)으로부터 △V만큼의 편차를 갖게 된다. 다음, 시간 t4에서, 스위치 S5 및 S6은 둘 다 턴오프되고, 스위치 S8은 턴온된다. 그 결과, 출력 전압 Vout는 동일한 그레이 출력 전압(gray output voltage)을 가진 소스 출력들(소스 드라이버들의 출력들)에 의해 평균화 될 것이고, 만약 시간이 충분히 길다면 △V가 작은 값을 가지므로 출력 전압 Vout는 궁극적으로 입력 전압 Vin과 같아질 것이다. 스위치 S8 턴온 시간이 길지 않은 경우에도 동일한 그레이 출력 전압을 가지는 각각의 소스 드라이버 출력은 여전히 평균화되고, 반대 극성에서의 소스 드라이버 출력은 상기 최적 값으로부터 동일한 오프셋(offset)을 가질 것이므로 상기 최적 값으로부터의 △V값은 상기 반대 극성에 의해 상쇄 될 수 있다. 그러므로, 도 4에서는 스위치 S8을 턴온시킴으로써 출력 전압 Vout의 정밀도는 증가된다. In this case, when there is a difference between Vthn1 and Vthn2, the output voltage Vout has a deviation of ΔV from the optimum value (that is, Vin). Next, at time t4, switches S5 and S6 are both turned off and switch S8 is turned on. As a result, the output voltage Vout will be averaged by the source outputs (outputs of the source drivers) with the same gray output voltage, and if the time is long enough, the output voltage Vout will be small since ΔV will be small. Will ultimately equal the input voltage Vin. Even if the switch S8 turn-on time is not long, each source driver output with the same gray output voltage will still be averaged, and the source driver output at the opposite polarity will have the same offset from the optimum value and thus from the optimum value. The ΔV value may be canceled by the opposite polarity. Therefore, in FIG. 4, the accuracy of the output voltage Vout is increased by turning on the switch S8.
상기 소스 드라이버는 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)와 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)를 더 포함한다. 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)의 소오스는 상기 출력 단자에 연결되고, 드레인은 상기 전원 공급 단자에 연결되며, 게이트는 상기 입력 단자에 연결된다. 상기 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)와 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)는 목표 값에 도달하기 위하여 소스 드라이버의 출력을 방전 또는 충전시키는데 사용된다. 제5 NMOS 트랜지스터(NT5) 및 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)에 의해 소스 드라이버의 출력은 좀 더 정확한 값을 가질 수 있다.The source driver further includes a fifth NMOS transistor NT5 and a fifth PMOS transistor PT5. A source of the fifth NMOS transistor NT5 is connected to the output terminal, a drain is connected to the power supply terminal, and a gate is connected to the input terminal. The fifth NMOS transistor NT5 and the fifth PMOS transistor PT5 are used to discharge or charge the output of the source driver to reach a target value. The output of the source driver may have a more accurate value by the fifth NMOS transistor NT5 and the fifth PMOS transistor PT5.
도 5는 도 2의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 테이블이다. FIG. 5 is a table for describing an operation of the source driver of FIG. 2.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 소스 드라이버는 논리 회로에 의해 쉽게 구현될 수 있다.As shown in FIG. 5, the source driver can be easily implemented by logic circuits.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 소스 드라이버의 회로도이다. 도 6의 소스 드라이버 회로 구조는 실질적으로 도 2의 소스 드라이버 회로 구조와 동일하다. 주된 차이점은 다음과 같다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 소스 드라이버는 제4 PMOS 트랜지스터(PT4)와 제7 스위치(S7)를 필요로 한다. 더욱, 제9 스위치(S9)는 상기 입력 단자와 제1 PMOS 트랜지스터(PT1)간에 연결된다.6 is a circuit diagram of a source driver according to a second embodiment of the present invention. The source driver circuit structure of FIG. 6 is substantially the same as the source driver circuit structure of FIG. The main differences are as follows. The source driver according to the second embodiment of the present invention requires the fourth PMOS transistor PT4 and the seventh switch S7. Furthermore, a ninth switch S9 is connected between the input terminal and the first PMOS transistor PT1.
PMOS 트랜지스터의 소스 폴로워는 저레벨의 감마 전압을 쫓아가지 못하므로, 저레벨의 감마 전압을 쫓아가도록 하기 위하여 NMOS 트랜지스터로 이루어진 소스 폴로워가 필요하다. 예를 들어, V0은 가장 높은 감마 전압, V63은 가장 낮은 감마 전압이라고 가정한다. 감마 전압 V1, V2, ..., V62는 순차적으로 감소한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 소스 드라이버는 상기 감마 전압을 세 부분으로 분리한다. 상기 제1 부분의 감마 전압은 V0 내지 V7이고, 제2 부분의 감마 전압은 V8 내지 V55이고, 제3 부분의 감마 전압은 V56 내지 V63이다. Since the source follower of the PMOS transistor cannot follow the low level gamma voltage, a source follower composed of the NMOS transistor is required to follow the low level gamma voltage. For example, assume that V0 is the highest gamma voltage and V63 is the lowest gamma voltage. Gamma voltages V1, V2, ..., V62 decrease sequentially. The source driver according to the second embodiment of the present invention divides the gamma voltage into three parts. The gamma voltage of the first portion is V0 to V7, the gamma voltage of the second portion is V8 to V55, and the gamma voltage of the third portion is V56 to V63.
도 7a 내지 도 7f는 도 6의 소스 드라이버의 2번의 데이터 출력 주기를 나타내는 제1 동작을 파트(part) I에서 설명하기 위한 타이밍도이다. 스위치 S4는 제1 부분 및 제2 부분에서 항상 턴오프된다.7A to 7F are timing diagrams for explaining, in part I, a first operation indicating two data output cycles of the source driver of FIG. The switch S4 is always turned off in the first part and the second part.
먼저, 도 7b에 도시된 바와 같이, t0 시간에 스위치 S1 및 S2는 둘 다 턴온된다. 트랜지스터 PT1 및 PT2의 게이트에서의 바이어스 전압 V1은 0 볼트이다. 또한, 트랜지스터 NT1 및 NT2의 게이트에서의 바이어스 전압 V2는 VDD-Vthp3 볼트 이다.First, as shown in FIG. 7B, both switches S1 and S2 are turned on at time t0. The bias voltage V1 at the gates of the transistors PT1 and PT2 is 0 volts. Further, the bias voltage V2 at the gates of the transistors NT1 and NT2 is VDD-Vthp3 volts.
다음, 도 7b, 7c 및 7e에 도시된 바와 같이, t1 시간에 스위치 S1 및 S2는 턴오프되고, 스위치 S3 및 S7은 턴온된다. 또한, 제어 신호(NP)는 온(ON) 상태로서 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인 전압을 상기 입력 전압에 NMOS 트랜지스터의 문턱 전압 및 PMOS 트랜지스터의 문턱 전압만큼 더한 전압 레벨로 올려준다. 동시에, 바이어스 전압 V2는 다음의 수학식 2와 같이 V2 = Vin + Vthn1 + Vthp4가 된다. Next, as shown in Figs. 7B, 7C, and 7E, at the time t1, the switches S1 and S2 are turned off, and the switches S3 and S7 are turned on. In addition, the control signal NP is turned on to raise the drain voltage of the first NMOS transistor NT1 to a voltage level obtained by adding the threshold voltage of the NMOS transistor and the threshold voltage of the PMOS transistor to the input voltage. At the same time, the bias voltage V2 becomes V2 = Vin + Vthn1 + Vthp4 as shown in
다음, 도 7f에 도시된 바와 같이, t2 시간에 스위치 S3 및 S7은 턴오프되고, 스위치 S9는 턴온되므로 바이어스 전압 V1은 다음의 수학식 8을 만족한다.Next, as shown in FIG. 7F, at the time t2, the switches S3 and S7 are turned off and the switch S9 is turned on so that the bias voltage V1 satisfies Equation 8 below.
스위치 S5는 턴온되면, 이 상태에서 트랜지스터 NT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 다음의 수학식 9를 만족한다.When the switch S5 is turned on, in this state, the transistor NT2 operates as a source follower, so the output voltage Vout satisfies the following expression (9).
따라서, 만약 Vthn1이 Vthn2 값과 유사하다면, 출력 전압은 다음의 수학식 10을 만족한다.Therefore, if Vthn1 is similar to the Vthn2 value, the output voltage satisfies the following equation (10).
상기 (Vin + Vthp4)의 최대 가능한 전압 레벨은 전원 전압 레벨이다.The maximum possible voltage level of (Vin + Vthp4) is the power supply voltage level.
다음, 도 7d 및 7g에 도시된 바와 같이, 시간 t3에서 스위치 S5는 턴오프되고, 스위치 S6은 턴온된다. 이 상태에서, 트랜지스터 PT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 다음의 수학식 11을 만족한다.Next, as shown in FIGS. 7D and 7G, at time t3, switch S5 is turned off and switch S6 is turned on. In this state, since the transistor PT2 operates as a source follower, the output voltage Vout satisfies the following expression (11).
(여기서, Vthp2는 트랜지스터 PT2의 문턱 전압이다.)Where Vthp2 is the threshold voltage of transistor PT2.
따라서, 만약 Vthp1이 Vthp2와 유사한 값을 가진다면(Vthp1 ≒ Vthp2), 출력 전압은 상기 수학식 7에 따라 Vout ≒ Vin이 된다.Therefore, if Vthp1 has a value similar to Vthp2 (Vthp1? Vthp2), the output voltage becomes Vout? Vin according to
여기서, 트랜지스터 PT1 및 PT2가 상호 인접하게 형성되고 서로 거의 대략 동일한 사이즈를 가지게 된다면, 문턱 전압 Vthp1은 대략 문턱 전압 Vthp2와 같게 된다.Here, if the transistors PT1 and PT2 are formed adjacent to each other and have substantially the same size as each other, the threshold voltage Vthp1 becomes approximately equal to the threshold voltage Vthp2.
또한, PMOS 트랜지스터의 소스 폴로워는 초저전압의 감마 전압(ultra-low gamma voltage)을 쫓아 갈 수 없기 때문에, 일반적인 N-well 공정에서 비디오 데이터가 상기 초저전압의 감마전압을 선택한 경우에는 또 하나의 NMOS 트랜지스터를 사용하여 출력 전압을 접지 전압으로 풀다운 시키는 것이 바람직하다. 입력 전압이 트랜지스터 PT2의 문턱 전압보다 작은 경우에는 출력 전압을 접지 전압으로 풀다운 시키기 위하여 상기 NMOS 트랜지스터 NT4가 사용된다.In addition, since the source follower of the PMOS transistor cannot follow the ultra-low gamma voltage, when the video data selects the gamma voltage of the ultra-low voltage in a general N-well process It is desirable to use an NMOS transistor to pull down the output voltage to ground. When the input voltage is less than the threshold voltage of the transistor PT2, the NMOS transistor NT4 is used to pull down the output voltage to the ground voltage.
시간 t5 내지 t8에서의 동작은 시간 t0 내지 t3에서의 동작을 반복한다.The operation at times t5 to t8 repeats the operation at times t0 to t3.
도 8a 내지 도 8f는 도 6의 소스 드라이버의 제2 동작을 파트(part) II에서 설명하기 위한 타이밍도이다. 상기 파트 II에 따른 소스 드라이버의 제2 동작은, 도 7a 및 8a에 도시된 바와 같이, S5가 턴온된 기간동안 (Vin + Vthp4)의 관계가 유지된다는 점을 제외하고는 본 발명의 제1 실시예에 따른 소스 드라이버와 유사하다. 8A through 8F are timing diagrams for describing a second operation of the source driver of FIG. 6 in part II. The second operation of the source driver according to the above part II is the first embodiment of the present invention except that the relationship of (Vin + Vthp4) is maintained during the period in which S5 is turned on, as shown in Figs. 7A and 8A. Similar to the source driver according to the example.
도 9a 내지 도 9i는 도 6의 소스 드라이버의 제3 동작을 파트(part) III에서 설명하기 위한 타이밍도이다. 파트(part) III의 V56 및 V63 사이 감마 전압은 낮은 값을 가지므로, PMOS 트랜지스터의 소스 폴로워는 낮은 감마 전압을 정확히 따라갈 수 없으며, NMOS 트랜지스터의 소스 폴로워는 상기 낮은 감마 전압을 따라가도록 하는데 사용된다. 스위치 S9는 파트(part) III에서 항상 턴오프되어 있다.9A to 9I are timing diagrams for describing a third operation of the source driver of FIG. 6 in part III. Since the gamma voltage between V56 and V63 of part III has a low value, the source follower of the PMOS transistor cannot exactly follow the low gamma voltage, and the source follower of the NMOS transistor follows the low gamma voltage. Used. Switch S9 is always turned off in part III.
먼저, 도 9b에 도시된 바와 같이, t0 시간에 스위치 S1 및 S2는 둘 다 턴온된다. 트랜지스터 PT1 및 PT2의 게이트에서의 바이어스 전압 V1은 0 볼트이다. 또한, 트랜지스터 NT1 및 NT2의 게이트에서의 바이어스 전압 V2는 VDD-Vthp3 볼트이다.First, as shown in Fig. 9B, both switches S1 and S2 are turned on at time t0. The bias voltage V1 at the gates of the transistors PT1 and PT2 is 0 volts. The bias voltage V2 at the gates of the transistors NT1 and NT2 is VDD-Vthp3 volts.
다음, 도 9b 및 9c에 도시된 바와 같이, t1 시간에 스위치 S1 및 S2는 턴오프되고, 스위치 S3 및 S7은 턴온된다. 또한, 제어 신호(NP)는 온(ON) 상태로서 상기 제1 NMOS 트랜지스터(NT1)의 드레인 전압을 상기 NMOS 트랜지스터 NT1의 문턱 전압 및 상기 PMOS 트랜지스터 PT4의 문턱 전압에 상기 입력 전압을 더한 전압 레벨로 올려준다. Next, as shown in Figs. 9B and 9C, at the time t1, the switches S1 and S2 are turned off, and the switches S3 and S7 are turned on. In addition, the control signal NP is in an ON state, and the drain voltage of the first NMOS transistor NT1 is set to a voltage level obtained by adding the threshold voltage of the NMOS transistor NT1 and the threshold voltage of the PMOS transistor PT4 to the input voltage. Raise it.
다음, t2 시간에, 도 9d 및 9f에 도시된 바와 같이, 스위치 S4는 턴온되고, 상기 바이어스 전압 V1은 상기 수학식 1의 V1 = Vin + Vthp1 - Vthn3을 만족하고, 상기 바이어스 전압 V2는 상기 수학식 3의 V2 = Vin + Vthn1을 만족한다. Next, at time t2, as shown in FIGS. 9D and 9F, the switch S4 is turned on, the bias voltage V1 satisfies V1 = Vin + Vthp1-Vthn3 of
동시에, 스위치 S6은 턴온된다. 이 상태에서 트랜지스터 PT2는 소스 폴로워로서 작동하고, 출력 전압 Vout는 상기 수학식 4의 Vout = Vin + Vthp1 - Vthn3 - Vthp2를 만족한다. 여기서, Vthp2는 트랜지스터 PT2의 문턱 전압이다. 따라서, 만약 Vthp1이 Vthp2와 유사한 값을 가진다면, 출력 전압 Vout는 상기 수학식 5의 Vout ≒ Vin - Vthn3을 만족한다.At the same time, switch S6 is turned on. In this state, the transistor PT2 operates as a source follower, and the output voltage Vout satisfies Vout = Vin + Vthp1-Vthn3-Vthp2 of Equation 4 above. Where Vthp2 is the threshold voltage of transistor PT2. Therefore, if Vthp1 has a value similar to Vthp2, the output voltage Vout satisfies Vout? Vin-Vthn3 in
여기서, 트랜지스터 PT1 및 PT2가 상호 인접하게 형성되고 서로 거의 동일한 사이즈를 가지게 된다면, 문턱 전압 Vthp1은 대략 문턱 전압 Vthp2와 같게 된다.Here, when the transistors PT1 and PT2 are formed adjacent to each other and have almost the same size, the threshold voltage Vthp1 becomes approximately equal to the threshold voltage Vthp2.
다음, 도 9g에 도시된 바와 같이, 시간 t3에서 스위치 S5는 턴온된다. 이 상태에서, 트랜지스터 NT2는 소스 폴로워로 동작하므로, 출력 전압 Vout는 상기 수학식 6의 Vout = Vin + Vthn1 - Vthn2를 만족한다. 여기서, Vthn2는 트랜지스터 NT2의 문턱 전압이다. 따라서, 만약 Vthn1이 Vthn2와 유사한 값을 가진다면(Vthn1 ≒ Vthn2), 출력 전압은 상기 수학식 7의 Vout ≒ Vin을 만족한다.Next, as shown in Fig. 9G, the switch S5 is turned on at time t3. In this state, since the transistor NT2 operates as a source follower, the output voltage Vout satisfies Vout = Vin + Vthn1-Vthn2 in
도 10은 도 6의 소스 드라이버를 변형한 회로도이다. 상기 소스 드라이버는 상기 입력 단자와 상기 출력 단자간에 연결된 제8 스위치(S8)를 더 포함한다. 상기 제8 스위치(S8)는, 도 7h, 8h 및 9h에 도시된 바와 같이, 상기 제2 PMOS 트랜지스터(PT2) 또는 상기 제2 NMOS 트랜지스터(NT2)가 소스 폴로워 동작 후에 턴온된다. 출력 전압 Vout이 Vin에 가까워 질 경우 소스 폴로워의 구동 능력이 매우 약해지므로 제8 스위치(S8)를 사용함으로써 정확한 최적 값(목표 값)을 얻을 수 있다. 제8 스위치(S8)를 사용하는 다른 이유는 도 4에 대한 설명에서 설명된 바와 같이 트랜지스터 NT1과 NT2간의 문턱 전압의 차이에 기인한 Vout와 최적 값의 차이 를 보상하기 위한 것이다. FIG. 10 is a circuit diagram of a modified source driver of FIG. 6. The source driver further includes an eighth switch S8 connected between the input terminal and the output terminal. As shown in FIGS. 7H, 8H, and 9H, the eighth switch S8 is turned on after the source follower operation of the second PMOS transistor PT2 or the second NMOS transistor NT2. When the output voltage Vout is close to Vin, the driving capability of the source follower becomes very weak, and thus, an accurate optimum value (target value) can be obtained by using the eighth switch S8. Another reason for using the eighth switch S8 is to compensate for the difference between Vout and the optimum value due to the difference in the threshold voltage between the transistors NT1 and NT2 as described in the description of FIG. 4.
상기 소스 드라이버는 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)와 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)를 더 포함한다. 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)의 소오스는 상기 출력 단자에 연결되고, 드레인은 상기 전원 공급 단자에 연결되며, 게이트는 상기 입력 단자에 연결된다. 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)의 소오스는 상기 출력 단자에 연결되고, 드레인은 상기 접지 단자에 연결되며, 게이트는 상기 입력 단자에 연결된다. 상기 제5 NMOS 트랜지스터(NT5)와 제5 PMOS 트랜지스터(PT5)는 더 정확한 출력 전압을 얻기 위하여 사용된다. The source driver further includes a fifth NMOS transistor NT5 and a fifth PMOS transistor PT5. A source of the fifth NMOS transistor NT5 is connected to the output terminal, a drain is connected to the power supply terminal, and a gate is connected to the input terminal. A source of the fifth PMOS transistor PT5 is connected to the output terminal, a drain is connected to the ground terminal, and a gate is connected to the input terminal. The fifth NMOS transistor NT5 and the fifth PMOS transistor PT5 are used to obtain a more accurate output voltage.
도 11은 도 6의 소스 드라이버의 동작을 설명하기 위한 테이블이다. 소스 드라이버의 동작은 파트(part) I, 파트(part) II, 파트(part) III에서 서로 다르지만, 소스 드라이버의 동작은, 도 7 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 논리 회로(도시하지 않음)에 의하여 여전히 구현될 수 있다. 즉, 상기 파트(part) I, II, III의 스위치 S5 및 S6 또는 스위치 S4 및 S8은 상기 멀티플렉서에 의하여 쉽게 구현될 수 있다.FIG. 11 is a table for describing an operation of the source driver of FIG. 6. Although the operation of the source driver is different in part I, part II, and part III, the operation of the source driver is not shown in the logic circuit (not shown) as shown in FIGS. 7 to 9. Can still be implemented. That is, the switches S5 and S6 or the switches S4 and S8 of the parts I, II, and III may be easily implemented by the multiplexer.
따라서, 상기 본 발명의 제2 실시예에서는, 상기 출력 전압 Vout는 상기 입력 전압 Vin과 동일할 수 있으며, 소스 폴로워로서의 상기 트랜지스터 NT2에 결합된 소스 폴로워로서의 트랜지스터 PT2에 의하여 높은 전류 공급 능력이 제공 될 수 있다.Thus, in the second embodiment of the present invention, the output voltage Vout may be equal to the input voltage Vin, and high current supply capability is provided by the transistor PT2 as the source follower coupled to the transistor NT2 as the source follower. Can be provided.
상술한 본 발명의 실시예들에서는, 상기 PMOS 트랜지스터들은 게이트가 절연된 형태의 다른 P 채널 트랜지스터가 될 수도 있고, 상기 NMOS 트랜지스터들은 게 이트가 절연된 형태의 다른 N 채널 트랜지스터가 될 수도 있다. In the above-described embodiments of the present invention, the PMOS transistors may be other P-channel transistors in which the gate is insulated, and the NMOS transistors may be other N-channel transistors in which the gate is insulated.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 상기 소스 드라이버는 많은 회로 구성 효소들로 이루어진 연산 증폭기를 사용하지 않으며, LCD 장치에 적용되는 상기 신규한 구성의 소스 드라이버 회로는 반도체 웨이퍼 IC 공정을 적절하게 이용함으로써 상기 소스 드라이버의 칩 사이즈는 감소될 수 있고, 결과적으로 제조 비용뿐만 아니라 전력 소모도 줄일 수 있다. As described above, according to the present invention, the source driver does not use an operational amplifier composed of many circuit constituent enzymes, and the novel driver configuration of the source driver circuit applied to the LCD device appropriately uses a semiconductor wafer IC process. As a result, the chip size of the source driver can be reduced, and as a result, the power consumption as well as the manufacturing cost can be reduced.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art will be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.
Claims (20)
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Family Applications (1)
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