TW201637370A - 數位類比轉換器及相關的驅動模組 - Google Patents

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Abstract

一種數位類比轉換器，用於一顯示裝置中的一驅動模組，該數位類比轉換器包含有複數個開關，組成具有複數級的樹狀架構，用來根據一數位輸入訊號的複數個位元，由複數個伽瑪電壓選擇其中之一輸出至一輸出端；以及一繞行單元，耦接於該複數個開關中一第一開關的一第一輸出端其中之一與該輸出端之間，用來根據該複數個位元中一最大有效位元(Most Significant Bit)及位於該最大有效位元與該複數個位元中用來控制該第一開關的一第一位元之間的位元，調整該第一輸出端與該輸出端間的一連結。

Description

數位類比轉換器及相關的驅動模組
本發明係指一種用於顯示裝置的數位類比轉換器及相關的驅動模組，尤指一種具有快速反應速度的數位類比轉換器及相關的驅動模組。
液晶顯示器(Liquid Crystal Display，LCD)具有外型輕薄、低輻射、體積小及低耗能等優點，廣泛地應用在筆記型電腦或平面電視等資訊產品上。因此，液晶顯示器已逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器(Cathode Ray Tube Display)成為市場主流，其中又以主動矩陣式薄膜電晶體液晶顯示器(Active Matrix TFT LCD)最受歡迎。簡單來說，主動矩陣式薄膜電晶體液晶顯示器之驅動系統係由一時序控制器(Timing Controller)、源極驅動器(Source Driver)以及閘極驅動器(Gate Driver)所構成。源極驅動器及閘極驅動器分別控制資料線(Data Line)及掃描線(Scan Line)，其在面板上相互交叉形成電路單元矩陣，而每個電路單元(Cell)包含液晶分子及電晶體。液晶顯示器的顯示原理是閘極驅動器先將掃描訊號送至電晶體的閘極，使電晶體導通，同時源極驅動器將時序控制器送來的資料轉換成輸出電壓後，將輸出電壓送至電晶體的源極，此時液晶一端的電壓會等於電晶體汲極的電壓，並根據汲極電壓改變液晶分子的傾斜角度，進而改變透光率達到顯示不同顏色的目的。
隨著技術的演進，液晶顯示器的解析度逐漸上升(如從全高清(Full HD)解析度上升至4K解析度)，且液晶顯示器的畫面顯示品質也隨之 提高。當液晶顯示器的解析度增加時，液晶顯示器中用於驅動顯示面板的驅動裝置(如驅動晶片)對於顯示面板中顯示元件的充放電時間會被縮短。另一方面，色彩訊號的位元數亦需同步提升以提高液晶顯示器的畫面顯示品質。色彩訊號的位元數的上升會造成用於產生將色彩訊號轉換為實際類比電壓的數位類比轉換電路中的阻抗增加，進而延長了數位類比轉換電路依據色彩訊號產生相對應類比電壓所需的時間。因此，如何降低數位類比轉換電路產生類比電壓所需的時間，以滿足隨著液晶顯示器的解析度增加而減少的充放電時間便成為業界亟欲探討的議題。
為了解決上述的問題，本發明提供一種具有快速反應速度的數位類比轉換器及相關的驅動模組。
本發明揭露一種數位類比轉換器，用於一顯示裝置中的一驅動模組，該數位類比轉換器包含有複數個開關，組成具有複數級的樹狀架構，用來根據一數位輸入訊號的複數個位元，由複數個伽瑪電壓選擇其中之一輸出至一輸出端；以及一繞行單元，耦接於該複數個開關中一第一開關的一第一輸出端其中之一與該輸出端之間，用來根據該複數個位元中一最大有效位元(Most Significant Bit)及位於該最大有效位元與該複數個位元中用來控制該第一開關的一第一位元之間的位元，調整該第一輸出端與該輸出端間的一連結。
本發明另揭露一種驅動模組，用於一顯示裝置，該驅動模組包含有一伽瑪(Gamma)電壓分阻器，用來產生複數個伽瑪電壓；一數位類比轉換器，包含有複數個開關，組成具有複數級的樹狀架構，用來根據一數位輸入訊號的複數個位元，由該複數個伽瑪電壓選擇其中之一輸出至一輸出端；以及一繞行單元，耦接於該複數個開關中一第一開關一第一輸出端與該輸出 端之間，用來根據該複數個位元中一最大有效位元(Most Significant Bit)及該最大有效位元與該複數個位元中用來控制該第一開關的一第一位元之間的位元，調整該第一輸出端與該輸出端間的一連結；以及一輸出級放大器，包含有一放大器輸入端耦接於該輸出端，及一放大器輸出端，其中該放大器輸出端透過一輸出開關耦接至該顯示裝置中一資料線。
10‧‧‧驅動模組
100‧‧‧伽瑪電阻分壓器
102‧‧‧數位類比轉換器
104‧‧‧輸出級放大器
BPU‧‧‧繞行單元
Ca~C0、Cx、C0~C4‧‧‧位元
C0’~C4’‧‧‧反向訊號
CON‧‧‧控制訊號
CONNx‧‧‧連結
Din‧‧‧數位輸入訊號
OUT、OUT_Sx、OUT1_1~OUT1_16、 OUT2_1~OUT2_8、OUT3_1~OUT3_4、OUT4_1、OUT4_2‧‧‧ 輸出端
RES‧‧‧電阻串
Sa_1~S0_b+1、Sx、S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4、S4_1、S4_2‧‧‧開關
Sbp‧‧‧繞行開關
Vb~V0、V31~V0‧‧‧伽瑪電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
第1圖為本發明實施例一驅動模組的示意圖。
第2圖為第1圖所示驅動模組一實現方式的示意圖。
第3圖為第2圖所示判斷邏輯電路一實現方式的示意圖。
第4圖為第1圖所示驅動模組另一實現方式的示意圖。
請參考第1圖，第1圖為本發明實施例一驅動模組10的示意圖。驅動模組10可用於如智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦等包含有顯示面板的電子產品中，用來根據一數位輸入訊號Din的複數個位元Ca~C0，輸出複數個伽瑪電壓Vb~V0其中之一(其中a為常數，且b=2a+1-1)。舉例來說，驅動模組10可用於用來驅動顯示面板的源極驅動器中，且不限於此。如第1圖所示，驅動模組10包含有一伽瑪(Gamma)電阻分壓器100、一數位類比轉換器102以及一輸出級放大器104。伽瑪電阻分壓器100用來產生伽瑪電壓Vb~V0，其中伽瑪電壓Vb~V0介於電壓VGP與VGN之間。數位類比轉換器102耦接於伽瑪電阻分壓器100，且包含有組成樹狀架構的複數個開關Sa_1~S0_b+1，用來根據數位輸入訊號Din的複數個位元Ca~C0，選擇並輸出伽瑪電壓Vb~V0其中之一至輸出端OUT。根據數位類比轉換器102於輸出端OUT所輸出的電壓，輸出級放大器104透過一輸出開關SOUT，輸出相對應的輸出電壓VOUT至顯示面板中的顯示元件(如資料線、液晶分子 的一端，未繪示於第1圖)，以控制顯示元件的運作。
為了提升數位類比轉換器102的反應速度，數位類比轉換器102另包含有一繞行單元BPU。繞行單元BPU耦接於數位類比轉換器102中複數個開關Sa_1~S0_b+1中一開關Sx的輸出端OUT_Sx與輸出端OUT之間，用來根據位元Ca~C0中最大有效位元(Most Significant Bit)Ca及位於最大有效位元Ca與用來控制開關Sx的位元Cx之間的位元，調整輸出端OUT_Sx與輸出端OUT間的一連結CONNx。當最大有效位元Ca及位於最大有效位元Ca與位元Cx之間的位元指示導通複數個開關Sa_1~S0_b+1中位於輸出端OUT_Sx與輸出端OUT間的開關時，繞行單元BPU導通連結CONNx；而當最大有效位元Ca及位於最大有效位元Ca與位元Cx之間的位元指示斷開複數個開關Sa_1~S0_b+1中位於輸出端OUT_Sx與輸出端OUT間的開關時，繞行單元BPU斷開連結CONNx。據此，數位類比轉換器102的反應速度可被有效提升。
關於驅動模組10的詳細架構及運作方式舉例說明如下。請參考第2圖，第2圖為第1圖所示驅動模組10一實現方式的示意圖。在此實施例中，伽瑪電阻分壓器100利用電阻串RES產生伽瑪電壓V31~V0，且數位輸入訊號Din包含有位元C4~C0(即數位輸入訊號Din的位元數為5)。其中，C4為最大有效位元且C0為最小有效位元。數位類比轉換器102中包含有開關S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4及S4_1、S4_2(即複數個開關Sa_1~S0_b+1)。其中，開關S0_1~S0_32組成樹狀架構的第一級，且分別耦接於伽瑪電壓V0~V31。開關S1_1~S1_16組成樹狀架構的第二級，且分別耦接於第一級的輸出端OUT1_1~OUT1_16，以此類推。開關S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4及S4_1、S4_2分別由位元C0~C4及位元C0~C4的反向訊號C0’~C4’所控制。據此，數位 類比轉換器102可根據位元C0~C4，選擇伽瑪電壓V0~V31其中之一輸出至輸出端OUT，以使輸出級放大器104產生輸出電壓VOUT。
由第2圖可知，由伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104的導通路徑上至少需經過5個開關。假設開關S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4及S4_1、S4_2的電阻值為R，且輸出端OUT的電容值為C，則由伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104路徑的反應時間常數為5RC。若數位輸入訊號Din的位元數上升，從伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104的路徑需經過的開關數目也會隨之增加。也就是說，伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104的路徑的反應時間常數會隨著數位輸入訊號Din的位元數上升而提高，因而降低數位類比轉換器102的反應速度。
為了提升數位類比轉換器102的反應速度，本發明新增繞行單元BPU於輸出端OUT1_16(對應於前述的輸出端OUT_Sx)與OUT之間。在此實施例中，繞行單元BPU包含有一繞行開關Sbp(對應於前述的連結CONNx)及一判斷邏輯電路DL。當位元C4~C1指示導通位於輸出端OUT1_16至OUT間的開關S1_16、S2_8、S3_4、S4_2時，判斷邏輯電路DL調整一控制訊號CON，以導通繞行開關Sbp。當數位輸入訊號Din指示輸出伽瑪電壓V31或V30時，從伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104導通路徑上開關的最小數目下降至2。也就是說，當數位輸入訊號Din指示輸出電壓V31或V30時，由伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104導通路徑的反應時間常數可由5RC下降至大致為2RC。如此一來，數位類比轉換器102的反應時間可獲得改善。
透過於樹狀架構的複數個開關其中之一的輸出端與數位類比轉換器的輸出端間新增繞行單元，上述實施例中數位類比轉換器的反應速度可獲 得顯著的提升。根據不同應用及設計理念，本領域具通常知識者應可據以實施合適的更動及修改。舉例來說，數位類比轉換器中可包含有複數個繞行單元，以增加數位類比轉換器中反應速度獲得提升的路徑數目。此外，用來產生控制訊號CON的判斷邏輯電路DL可以各式各樣的方式實現。在第2圖中，判斷邏輯電路DL可為具有4輸入的反或(NOR)閘。請參考第3圖，第3圖為第2圖所示的判斷邏輯電路DL一實現方式的示意圖。在第3圖中，判斷邏輯電路DL包含有電晶體MP1~MP4、MN1~MN4，其中電晶體MP1~MP4為P型金氧半場效電晶體，而電晶體MN1~MN4則為N型金氧半場效電晶體。電晶體MP1~MP4的閘極分別耦接於位元C4~C1的反向訊號C1’~C4’，且電晶體MN1~MN4的閘極也分別耦接於反向訊號C1’~C4’。如此一來，當位元C4~C1為高邏輯準位而指示導通開關S1_16、S2_8、S3_4、S4_2，第3圖所示的判斷邏輯電路DL會將控制訊號CON調整為高邏輯準位，以導通繞行開關Sbp來降低數位類比轉換器102的反應時間。
此外，繞行單元BPU不限如第2圖所示耦接於第一級的輸出端OUT1_16，而可耦接於開關S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4其中任意一者的輸出端。請參考第4圖，第4圖為第1圖所示驅動模組10另一實現方式的示意圖。第4圖所示的驅動模組10類似於第2圖所示的驅動模組10，因此功能相似的元件及訊號沿用相同的符號。不同於第2圖，在第4圖中繞行開關Sbp耦接於位於第二級的開關S1_16的輸出端OUT2_8，且判斷邏輯電路DL改為根據位元C4~C2來控制繞行開關Sbp。據此，當數位輸入訊號Din指示輸出伽瑪電壓V31~V28其中之一時，從伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104導通路徑上開關的最小數目下降至3。在此狀況下，由伽瑪電阻分壓器100到輸出級放大器104路徑的反應時間常數可由5RC下降至大致為3RC。
相較於第2圖所示的驅動模組10，第4圖所示數位類比轉換器102的最小反應時間常數雖小幅度地由2RC上升至3RC，然而數位類比轉換器102中反應速度獲得提升的路徑數目也由2上升至4。根據不同應用及設計理念，本領域具通常知識者應可合適地配置繞行單元BPU，以最佳化數位類比轉換器102的反應速度及數位類比轉換器102中速度獲得提升的路徑數目。
綜上所述，透過於形成樹狀架構的複數個開關其中之一的輸出端與數位類比轉換器的輸出端間新增繞行單元，本發明實施例中數位類比轉換器的反應速度可獲得顯著的提升。如此一來，即使顯示裝置的解析度上升導致數位輸入訊號位元數增加，數位類比轉換器的反應速度仍不受影響。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10‧‧‧驅動模組
100‧‧‧伽瑪電阻分壓器
102‧‧‧數位類比轉換器
104‧‧‧輸出級放大器
BPU‧‧‧繞行單元
C0~C4‧‧‧位元
C0’~C4’‧‧‧反向訊號
CON‧‧‧控制訊號
OUT、OUT1_1~OUT1_16、OUT2_1 ~OUT2_8、OUT3_1~OUT3_4、OUT4_1、OUT4_2‧‧‧輸出端
RES‧‧‧電阻串
S0_1~S0_32、S1_1~S1_16、S2_1~S2_8、S3_1~S3_4、S4_1、S4_2‧‧‧開關
Sbp‧‧‧繞行開關
V31~V0‧‧‧伽瑪電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓

Claims (8)

  1. 一種數位類比轉換器，用於一顯示裝置中的一驅動模組，該數位類比轉換器包含有：複數個開關，組成具有複數級的樹狀架構，用來根據一數位輸入訊號的複數個位元，由複數個伽瑪電壓選擇其中之一輸出至一輸出端；以及一繞行單元，耦接於該複數個開關中一第一開關的一第一輸出端與該輸出端之間，用來根據該複數個位元中一最大有效位元(Most Significant Bit)及位於該最大有效位元與該複數個位元中用來控制該第一開關的一第一位元之間的位元，調整該第一輸出端與該輸出端間的一連結。
  2. 如請求項1所述的數位類比轉換器，其中當該最大有效位元及位於該最大有效位元與該第一位元之間的位元指示導通該第一輸出端與該輸出端間由該複數個開關形成的路徑時，該繞行單元導通該第一輸出端與該輸出端間的該連結。
  3. 如請求項1所述的數位類比轉換器，其中當該最大有效位元及位於該最大有效位元與該第一位元之間的位元指示斷開該第一輸出端與該輸出端間由該複數個開關形成的路徑時，該繞行單元斷開該第一輸出端與該輸出端間的該連結。
  4. 如請求項1所述的數位類比轉換器，其中該複數個伽瑪電壓為一伽瑪(Gamma)電壓分阻器所產生的複數個伽瑪電壓。
  5. 如請求項1所述的數位類比轉換器，其中該輸出端耦接於一輸出級放大 器的一放大器輸入端，且該輸出級放大器的一放大器輸出端透過一輸出開關耦接至該顯示裝置中一資料線。
  6. 一種驅動模組，用於一顯示裝置，該驅動模組包含有：一伽瑪(Gamma)電壓分阻器，用來產生複數個伽瑪電壓；一數位類比轉換器，包含有：複數個開關，組成具有複數級的樹狀架構，用來根據一數位輸入訊號的複數個位元，由該複數個伽瑪電壓選擇其中之一輸出至一輸出端；以及一繞行單元，耦接於該複數個開關中一第一開關的一第一輸出端與該輸出端之間，用來根據該複數個位元中一最大有效位元(Most Significant Bit)及該最大有效位元與該複數個位元中用來控制該第一開關的一第一位元之間的位元，調整該第一輸出端與該輸出端間的一連結；以及一輸出級放大器，包含有一放大器輸入端耦接於該輸出端，及一放大器輸出端，其中該放大器輸出端透過一輸出開關耦接至該顯示裝置中一資料線。
  7. 如請求項6所述的驅動模組，其中當該最大有效位元及位於該最大有效位元與該第一位元之間的位元指示導通該第一輸出端與該輸出端間由該複數個開關形成的路徑時，該繞行單元導通該第一輸出端與該輸出端間的該連結。
  8. 如請求項6所述的驅動模組，其中當該最大有效位元及位於該最大有效位元與該第一位元之間的位元指示斷開該第一輸出端與該輸出端間由該複數個開關形成的路徑時，該繞行單元斷開該第一輸出端與該輸出端間的該連結。
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