TWI335731B

TWI335731B - Digital to analog converter and method thereof

Info

Publication number: TWI335731B
Application number: TW096112600A
Authority: TW
Inventors: Ko Yang Tso; Hui Wen Miao; Chin Chieh Chao
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2011-01-01
Also published as: US8786641B2; TW200841603A; US20080252667A1

Description

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三達編號：TW3293PA 九、發明說明： • 【發明所屬之技術領域】本發明是有關於一種數位類比（Digital To Analog， D/A)轉換器，且特別是有關於一種可經由内插法 (Interpolation)來找出與一數位數值之部分數值範圍對應之類比數值的數位類比轉換器。【先前技術】 • 在科技發展日新月異的現今時代中，液晶顯示器已經廣泛地應用在電子顯示產品上，如電視、電腦螢幕、筆記 • 型電腦、行動電話或個人數位助理等。液晶顯示器之資料 - 驅動器（Data Driver)包括類比數位(DigitalToAnal〇g，D/A) . 轉換器，用以根據灰階值(Gray Level)來提供畫素電壓至液曰曰顯示面板，另外搭配掃描驅動器（gcan Driver)將書素電壓掃描至液晶顯示面板之各個晝素中，以顯示出欲顯示之影像。〜^ • 由於晝素電壓與其對應之灰階值間為非線性 (Non-Linear)關係，傳統數位類比轉換器係經由嘉碼電斤 (Gamma Voltage)電阻串來轉換灰階值為晝素電壓，之^ 入液晶顯示面板。然而隨著對液晶顯示器之顯示品質^輪不斷地提升，灰階值之位元网數量及嘉瑪電虔電且求級數隨之:&巾§增力σ。這樣—來將使得數位類比〜< 用巨幅之電路面積電路，導致其成本隨之提高 =«Μ占採每一數位碼均執行内插(Interp〇lati〇n)之方式，來咸，上 ^數 6 1335731

" 三達編號：TW3293PA ·* 位類比轉換器之設計，亦具有晝素電壓誤差較高，及液晶 • 顯示器顯示晝面品質較差之缺點。【發明内容】本發明係有關於一種數位類比（Digital To Analog， D/A)轉換器及其方法，其係可有效地改善傳統技術中電路面積大、成本較高及全部數位碼内插（Interpol at ion)導致晝素電壓誤差較高之缺點，而實質上具有面積較小、成 φ 本較低、晝素電壓誤差較低且其應用之液晶顯示器的顯示晝面品質較佳之優點。 . 本發明提出一種數位類比轉換器，用以回應於灰階值 . (Gray Level)之數值來產生對應之電壓，其包括解碼裝置及運算放大器（Operational Amplifier)。解碼裝置，包括第一解碼單元及第二解碼單元。第一解碼單元回應灰階值之第一組數值，以對應之第一組電壓做為第一電壓及第二電壓。第二解碼單元用以回應灰階值之第二組數值中之 • 最大數值以第一邊界電壓做為第一與第二電壓、回應第二組數值中之最小數值以第二邊界電壓做為第一與第二電壓並回應第二組數值中之區間數值以第一及第二邊界電壓分別做為第一及第二電壓。運算放大器根據第一及第二電壓來產生晝素電壓，其位準係介於第一及第二電壓之間。根據本發明之另一目的提出一種數位類比轉換方法，應用於源極驅動器（Source Driver)中，用以回應一 7 1335731

' 三達編號：TW3293PA ' 灰階值之多個數值，以產生對應之多個電壓。類比數位轉 • 換方法包括下列之步驟。首先，回應灰階值之第一組數值，以對應之第一组電壓來做為第一電壓及第二電壓。接著，回應灰階值第二組數值之最大數值，以第一邊界電壓做為第一及第二電壓。然後，回應第二組數值之最小數值，以第二邊界電壓做為第一及第二電壓。接著，回應第二組數值之中間數值，分別以第一及第二邊界電壓做為第一及第二電壓。之後，根據第一及第二電壓執行内插法以 φ 得到輸出電壓，其位準介於第一及第二電壓之間。為讓本發明之上述内容能更明顯易懂，下文特舉一較 . 佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：【實施方式】請參照第1及第2圖，第1圖繪示本發明一較佳實施例的數位類比轉換器的一方塊圖，第2圖繪示應用本發明之數位類比轉換器之資料驅動器的方塊圖。數位類比 • (Digital To Analog，D/A)轉換器20應用於資料驅動器 10中，用以轉換經由資料驅動器10中部分硬體，如資料暫存器11、線性問鎖器13及位準移位器14處理後之灰階值（Gray Level)GS為對應之晝素電壓PV，之後經由輸出缓衝器15將晝素電壓PV輸出至液晶顯示面板（未繪示）。數位類比轉換器20包括解碼裝置21及運算放大器 (Operational Ampl if ier)22。解碼裝置 21 接收第一組電壓、第一及第二邊界電壓及灰階值GS。在本實施例中以灰 8 1335731

二達編戚.TW3293PA ⑽f資料，Π為例作說解碼裝置21包括弟一解碼單元及第二解碼單 ^單㈣以回應於灰階值防之第__組數值，乂弟一組電壓做為電壓01及〇2。 ‘心

=二解碼單·以回應灰階值Gs第二組數值中之最鹿=，以對應之第-邊界電壓做為電㈣UQ2，並回階值GS第二組數值中之最大數值，”應之第二 ::壓做為電壓01及02 ;第二解石馬單元更回應第二組及〇2㊣間數值’分別以第-及第二邊界電壓做為電壓〇1 運算放大器22用以根據電壓〇1及02來產生查夸兩 a ’其之位準介於電壓〇1及02之間。舉例來說，本實施例之運算放大器22係經由最近點内插法（Nearest ^ighbor Interpolation)來產生晝素電壓py，其内插值等於電壓01及〇2之平均電壓。如此’本實施例之數位類比轉換器2〇可將灰階值Gs 數值轮圍’區分為第一組及第二組數值。當灰階值gs 等於第一組數值時，電壓〇1及02為實質上相等，此時數位類比轉換器2〇係實質上不具有内插法之運算功效。當灰階值GS等於第二組數值時，電壓01及02分別等於對應之第一及第二邊界電壓，如此，此時本實施例之數位類比轉換器20會執行内插法以產生畫素電壓PV。這樣一來，數位類比轉換器20可彈性地選取灰階值GS與晝素電壓PV 間之嘉瑪曲線（Gamma Curve)中較線性（Linear )及較非線 9 1335731

三^11 號_ TW3293PA 性之數值範圍，分別以内插法運算及傳統電阻分壓之方式求得對應之晝素電壓，可有效同時改善傳統技術中數位類比轉換器面積較大、成本較高及晝素電壓誤差較大之缺請參照第3圖，其繪示本實施例中灰階值GS與晝素電壓PV間的嘉瑪曲線。嘉瑪曲線於灰階值GS介於32〜224 時較為線性，而於灰階值小於32及大於224時較為非線性。如此，本實施例之灰階值GS的第一組數值包括〇〜31 • 及224〜255 ’而對應之第一組電壓包括電壓L0〜L31及 L224〜L255。而本實施例之灰階值GS例如包括96組第二組數值32~34、34~36、36〜38、...222~224，其中之中間數值為上述之區間數值，而對應之第一及第二邊界電壓分別包括電壓 L32 與 L34、L34 與 L36、L36 與 L38、...L222 與 L224。如此，當灰階值GS等於0〜31及224〜255時，第_-解碼單元可以對應之電壓L0〜L31及L224〜L255來做為電壓 * 01及02輸出；當灰階值GS等於32〜34、34〜36、 36〜38、…222〜224中之最大或最小數值時，第二解碼單元可提供對應之邊界電壓L32或L34、L34或L36、L36或 L38、…L222或L224其中之一來做為電壓01及〇2 ;當灰階值等於33、35、37、…223時，第二解碼器可提供對應之邊界電壓 L32 及 L34、L34 及 L36、L36 及 L38、...L222 及L224來分別做為電壓01及02。解碼裝置21例如接收位元資料DT0〜DT7、DN0〜DM了、 1335731

ΞΜΜ^. : TW3293PA DN3〜DN7來選擇邊黑& ^ 十運界電壓L40、L48、L56、..，L224其中之一來做為電壓C。邏輯單元217如 1回應於位元資料DTO〜DT2及DNO〜DN2來選擇電壓A、Γ廿丄其中之一做為電壓01，並選擇電壓A 及B其中之一做鼻來免壓02。其中當灰階值GS等於32〜224 間之偶數時，邏鮫结_ 、科I元217係使電壓01與02為相等，例如灰階值GS等於h 、以，電壓01及02均等於電壓A。當灰階值GS等於31〜„ . ^間之奇數時，邏輯單元217使電壓〇1 與02實質上分为丨楚4 刀⑺#於電壓Α及Β，例如灰階值等於33時，電壓01及02分別^ y j痒於電壓A及B。之後，運算放大器22 係根據電壓〇1及的十，，夂υ2來經由内插法運算得到與灰階值gs 對應之晝素電壓ρν。士當灰階值Gs等於部分介於犯〜挪之奇數數值日:，貫施例之邏輯單元2151無法來做為乂電壓A及B，例如當灰階值GS等於39時電= 及B =別等於邊界電壓U6及U8，運算放大器22係益法根據邊界電壓L36及L38來產生與灰階值GS 39對紅晝素電壓Pv。此k本實施例之邏輯單元系以電壓c及b 來分別做為電壓01及02，而電壓c等於邊界電壓u〇。如此，運异放大器22係可根據邊界電壓L38及L4〇來產生與灰階值GS 39對應之晝素電壓pv。當灰階值GS等於 47 55、63、"’223時，邏輯單元215η亦將產生實質上相近之問題。此時邏輯單元217亦可以對獻電壓Β及c來做為電壤〇1及〇2,來避免計算出之晝素電壓pv 之問題。丧 13 1335731

三達編號：TW3293PA 本實施例雖僅以灰階值GS包括8個位元為例作說明，然，本實施例之數位類比轉換器係不限於對包括8個位元之灰階值進行數位類比轉換，而更可對包括8個位元以上或8個位元以下之灰階值進行數位類比轉換。而本實施例中灰階值GS之第一組及第二組之數值的分組方法亦不侷限於本實施例之分組方法而更可經由其他方式來進行分組。本實施例之數位類比轉換器，係經由設置可執行特定邏輯運算之邏輯單元，來達到彈性地對灰階值之數值範圍進行分組，並分別以實質上不同之運算方法來得到與不同之灰階值數值分組對應之晝素電壓。本實施例之數位類比轉換器，可有效地解決傳統技術中數位類比轉換器面積大、成本高之缺點，且實質上具有面積較小與成本較低之優點。另外，本實施例之數位類比轉換器亦可有效地改善傳統經由將全部數位碼内插進行數位類比轉換之技術中，容易因對應之嘉瑪曲線較為非線性而產生之晝素電壓誤差較高，且應用此技術之液晶顯示器之顯示晝面品質較差之缺點，而實質上具有晝素電壓誤差低，且應用其之液晶顯示器之顯示晝面品質較佳之優點。综上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。 14 1335731

三達編號：TW3293PA ' 【圖式簡單說明】 ' 第1圖繪示本發明一較佳實施例的數位類比轉換器的一方塊圖。第2圖繪示應用本發明之數位類比轉換器之資料驅動器的方塊圖。第3圖，其繪示本實施例中灰階值GS與晝素電壓PV 間的嘉瑪曲線。第4圖繪示第1圖中解碼裝置21的邏輯運算對照表。 • 第5圖繪示本實施例第一解碼單元之邏輯211單元的電路圖。第6圖繪示本實施例第一解碼單元之邏輯單元212的電路圖。第7圖繪示本實施例第一解碼單元之邏輯單元213的電路圖。第8圖繪示本實施例之第二解碼單元的邏輯單元214 的電路圖。 • 第9圖繪示本實施例之第二解碼單元的邏輯單元2151 的電路圖。第10圖繪示本實施例之第二解碼單元的邏輯單元216 的電路圖。第11圖繪示本實施例之第二解碼單元的邏輯單元217 的電路圖。 15 1335731

三達編號：TW3293PA 【主要元件符號說明】 10 ：貢料驅動為 11 : 資料暫存器 13 : 線性閂鎖器 14 : 位準移位器 15 ：輸出缓衝器 20 : 數位類比轉換器 21 : 解碼裝置 22 ：運算放大器 GS : 灰階值 PV ：晝素電壓 211、212、213、214、215η、216、217 :邏輯單元 L0~L3卜 L224〜L255 :電壓 L32 及 L34、L34 及 L36、...L222 及 L224 :邊界電壓 DTO〜DT7、M0〜DN7 :位元資料 DTD、DND :控制訊號鲁 01、02、A、B、C、D、E:電壓 16

Claims

1335731 S 9.年2 %修正替換: 2010/6/23修正十、申請專利範圍： 1. 一種數位類比（Digital To Analog，D/A)轉換器，用以回應一灰階值（Gray Level)之複數個數值，以產生對應之複數個電壓，該數位類比轉換器包括：一解碼裝置，包括：一第一解碼單元，回應該灰階值之一第一組數值，以對應之一第一組電壓來做為一第一電壓及一第二電壓；及 • 一第二解碼單元，用以回應該灰階值之至少一第二組數值中一最大數值以一第一邊界電壓做為該第一與該第二電壓、回應該至少一第二組數值中之一最小數值以一第二邊界電壓做為該第一與該第二電壓並回應該至少一第二組數值中至少一區間數值以該第一及該第二邊界電壓分別做為該第一及該第二電壓；以及一運算放大器（Operational Amplifier)，根據該第一及該第二電壓來產生一畫素電壓，該晝素電壓之位準係 ® 介於該第一及該第二電壓之間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其該第一組數值包括該些數值中m個數值最小之數值，該 m個數值最小之數值分別對應至該第一組電壓中m個位準最低之電壓，m為大於1之自然數。 3. 如申請專利範圍第2項所述之數位類比轉換器，其中該灰階值具有k個位元（Bit)，k為自然數，而該第一解碼單元包括： 17 1335731 2010/6/23 修正一第一邏輯單元，用以於該灰階值之i個最重要位元 (Most Significant Bit)均為邏輯0時，提供該m個位準最低之電壓來做為該第一及該第二電壓，i為小於k且相關於m之自然數。 4. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其該第一組數值包括該些數值中m個數值最大之數值，該 m個數值最大之數值分別對應至該第一組電壓之m個位準最高之電壓，m為大於1之自然數。 5. 如申請專利範圍第4項所述之數位類比轉換器，其中該第一解碼單元包括：一第二邏輯單元，用以於該灰階值之i個最重要位元均為1時，提供該m個位準最高之電壓，做為該第一及該第二電壓。 6. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該第一組數值包括該該些數值中m個數值最大及m個數值最小之數值，該m個數值最大之數值分別對應至該第一組電壓之m個位準最高之電壓，該m個數值最小之數值分別對應至該第一組電壓之m個位準最低之電壓。 7. 如申請專利範圍第6項所述之數位類比轉換器，其中該第一解碼單元包括：一第一邏輯單元，用以於該灰階值之i個最重要位元均為邏輯0時，提供該m個位準最低之電壓來做為該第一及該第二電壓，i為小於k且相關於m之自然數；及一第二邏輯單元，用以於該灰階值之i個最重要位元 18 1335731 • , " · · 2010/6/23 修正均為1時，提供該m個位準最高之電壓，做為該第一及該 ' 第二電壓。 8.如申請專利範圍第1項所述數位類比轉換器，其中該第二解碼單元包括：苐二邏輯早元，用以％--第一位元及一第二位元均為邏輯1時，或一第三位元為邏輯丨時輸出實質上為邏輯 1之一控制訊號，該第一、該第二及該第三位元係依序為该灰階值之第一、第二及第三最不重要位元（Least 籲 Significant Bit)。 9·如申請專利範圍第8項所述之數位類比轉換器，其中該第二解碼單元包括：一第四邏輯單元，用以回應於該灰階值之』個最重要 - 位元及該控制訊號來提供該第一及該第二邊界電壓其中之一做為一第一中間電壓，j為小於k-1之自然數；及一第五邏輯單元，用以回應於該灰階值之j + 1個最重要位兀來提供該第一及該第二邊界電壓其中之另一做為 •一第二中間電壓。 10.如申請專利範圍第9項所述之數位類比轉換器，其中該第二解碼單元更包括·· 一第六邏輯單元，於該第二位元為邏輯〇時，或該第二、該第二及該第一位元分別為邏輯0、邏輯1及邏輯1 時，提供該第一中間電壓做為該第一電壓；於該第一位元為邏輯0且該第二位元為邏輯丨時，提供該第二中間電壓做為該第一電壓；於該第三至該第一位元為邏輯1時，提 1335731 2010/6/23 修正供一第三中間電壓做為該第一電壓；及一第七邏輯單元，於該第一及該第二位元為邏輯〇時 ’ 提供該第一中間電壓做為該第一電壓，並於該第一位元為邏輯1時，或該第二位元為邏輯1時提供該第二中間電壓做為該第二電壓。 11. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器，其中該運算放大器具有兩個正端輸入端，以分別接收該第一及該第二電壓，該運算放大器係根據該第一及該第二電壓執行内插法（Interpo 1 at ion)以得到該晝素電壓。鲁 12. —種數位類比（Digital to Analog，D/A)轉換方法，應用於源極驅動器（Source Driver)中，用以回應於一灰階值之複數個數值來產生對應之複數個電壓，該類比數位轉換方法包括：回應該灰階值之一第一組數值，以對應之一第一組電壓來做為一第一電壓及一第二電壓；回應該灰階值之至少一第二組數值之一最大數值，以一第一邊界電壓做為該第一及該第二電壓；籲回應該至少一第二組數值之一最小數值，以一第二邊界電壓做為該第一及該第二電壓；回應該至少一第二組數值之一中間數值，分別以該第一及該第二邊界電壓做為該第一及該第二電壓；以及根據該第一及該第二電壓執行内插法 (Interpol at ion)以得到一晝素電壓，該晝素電壓之位準係介於該第一及該第二電壓之間。 20 1335731 )1-5.30/=0^¾^^¾)¾¾¾.^^¾^ 換替 ί 年. 9 —hr

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