TWI415099B - 液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法 - Google Patents
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Description
本發明相關於一種液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法,尤指一種能改善低溫起始不良之液晶顯示器驅動電路及相關驅動方法。
液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有低輻射、體積小及低耗能等優點,已逐漸取代傳統的陰極射線管顯示器(cathode ray tube display,CRT),因而被廣泛地應用在筆記型電腦、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、平面電視,或行動電話等資訊產品上。傳統液晶顯示器之驅動方式是利用外部源極驅動電路(source driver)和閘極驅動電路(gate driver)來驅動面板上的畫素以顯示影像,近年來逐漸發展成將驅動電路結構直接製作於顯示面板上,例如將閘極驅動電路(gate driver)整合於液晶面板(gate driver on array,GOA)之技術。
第1圖為先前技術中一採用GOA技術之液晶顯示裝置100的示意圖。液晶顯示裝置100包含一顯示面板110、一時序控制器(timing controller)120、一源極驅動電路(source driver)130,以及一閘極驅動電路(gate driver)140。顯示面板110上設有複數條資料線DL1
~DLM
、複數條閘極線GL1
~GLN
,以及一畫素矩陣。畫素矩陣包含複數個畫素單元PX,每一畫素單元PX包含一薄膜電晶體(thin film transistor,TFT)開關TFT、一液晶電容CLC
和一儲存電容CST
,分別耦接於相對應之資料線、相對應之閘極線,以及一共同電壓VCOM
。時序控制器120可產生源極驅動電路130和閘極驅動電路140運作所需之訊號,例如起始脈衝訊號VST和時脈訊號CK1
~CKN
等。源極驅動電路130可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1
~SDM
,進而充電相對應之畫素單元PX。閘極驅動電路140包含有複數級串接之移位暫存單元SR1
~SRN
,可依據時脈訊號CK1
~CKN
和起始脈衝訊號VST來依序輸出閘極驅動訊號SG1
~SGN
至相對應之閘極線GL1
~GLN
,進而開啟相對應畫素單元PX內之薄膜電晶體TFT。
在先前技術之液晶顯示裝置100中,每一級移位暫存單元會將同一時脈訊號選擇性地傳送至此級輸出端和下一級移位暫存單元。換而言之,除了第一級移位暫存單元SR1
係由起始脈衝訊號VST來觸發外,此級輸出之下傳驅動訊號SF1
~SFN-1
亦分別用來觸發下一級相對應之移位暫存單元SR2
~SRN
。
第2圖為先前技術之移位暫存單元SR1
~SRN
中一第n級移位暫存單元SRn
之示意圖。先前技術之移位暫存單元SRn
包含一輸出端OUTn
、一端點Qn
、一輸入電路12、一上拉電路(pull up circuit)14、一下傳電路16、一第一下拉電路(first pull down circuit)21,以及一第二下拉電路(second pull down circuit)22。移位暫存單元SRn
可於其輸出端OUTn
輸出閘極驅動訊號SGn
至閘極線GLn
。
上拉電路14包含一電晶體開關T1,其控制端耦接於端點Qn
,第一端耦接於時脈訊號CKn
,而第二端耦接於輸出端OUTn
;下傳電路16包含一電晶體開關T2,其控制端耦接於端點Qn
,第一端耦接於時脈訊號CKn
,而第二端耦接於第(n+1)級移位暫存單元SRn+1
。當端點Qn
之電位高於電晶體開關T1之導通電壓時,時脈訊號CKn
可透過導通之電晶體開關T1傳送至輸出端OUTn
以供應閘極驅動訊號SGn
;當端點Qn
之電位高於電晶體開關T2之導通電壓時,時脈訊號CKn
可透過導通之電晶體開關T2傳送至第(n+1)級移位暫存單元SRn+1
以供應下傳驅動訊號SFn
。負責訊號輸出之電晶體開關T1其通道寬長比(W/L ratio)通常遠大於負責訊號下傳之電晶體開關T2。
在GOA技術中,移位暫存單元SR1
~SRN
係利用TFT製程來製作。薄膜電晶體開關之導通電流ION
正比於通道寬長比和外加之閘極電壓VGH
,且會隨著外在環境溫度下降而變小,亦即薄膜電晶體之開啟速度會因溫度降低而變慢,因此移位暫存單元SR1
~SRN
在低溫環境下(例如剛啟動尚未完全熱機時)容易發生低溫起始不良(cold-start)的問題。如前所述,電晶體開關T2之通道寬長比其值較小,低溫操作環境對其導通電流的影響較電晶體開關T1為大,因此下傳驅動訊號在低溫操作環境下其波形會明顯惡化,進而引影響其觸發下一級移位暫存單元之能力。
在低溫操作環境下,先前技術一般會透過拉高薄膜電晶體開關之閘極電壓VGH
來增加薄膜電晶體開關之導通電流ION
。舉例來說,在第1圖所示之液晶顯示器中,時序控制器120可包含一計數器。在剛啟動移位暫存單元SR1
~SRN
時,時序控制器120會輸出脈衝振幅較大之時脈訊號CK1
~CKN
以拉高電晶體開關T1和T2之閘極電壓VGH
;在計數器判斷移位暫存單元SR1
~SRN
已啟動超過一預定時間後,時序控制器120會輸出脈衝振幅較小之時脈訊號CK1
~CKN
。
先前技術透過兩階段變換時脈訊號脈衝振幅之方式來驅動移位暫存單元,進而改善低溫起始不良。然而,在切換時脈訊號時,電晶體開關其閘極電壓的瞬間變化會造成電壓饋通(feed through),因此可能會造成畫面顯示不均(flicker)的情形,影響畫面顯示品質。
本發明提供一種液晶顯示器之驅動電路,其包含複數級移位暫存單元。該複數級移位暫存單元中一第N級移位暫存單元包含一端點;一輸入電路,其依據該複數級移位暫存單元中一第X級移位暫存單元傳來之訊號來維持該端點之電位;一上拉電路,其依據該端點之電位來選擇性地導通一第一時脈訊號至該第N級移位暫存單元之輸出端的傳送路徑;以及一下傳電路,其依據該端點之電位來選擇性地導通一第二時脈訊號至該複數級移位暫存單元中一第Y級移位暫存單元的傳送路徑;其中,該第二時脈訊號之驅動能力大於該第一時脈訊號之驅動能力,N為大於1之整數,X為小於N之正整數,而Y為大於N之整數。
本發明另提供一種液晶顯示器之驅動方法,用來在複數級驅動週期內分別提供相對應之複數級驅動訊號。該驅動方法包含在該複數級驅動週期中一第N級驅動週期內,提供一第一時脈訊號以作為該複數級驅動訊號中一第N級驅動訊號,並提供一第二時脈訊號以作為該複數級驅動週期中一第(N+1)級驅動週期之起始訊號,其中該第二時脈訊號之驅動能力大於該第一時脈訊號之驅動能力,且N為正整數。
第3圖為本發明中一採用GOA技術之液晶顯示裝置300的示意圖。液晶顯示裝置300包含一顯示面板310、一時序控制器320、一源極驅動電路330、一閘極驅動電路340,以及一調整電路350。顯示面板310上設有複數條資料線DL1
~DLM
、複數條閘極線GL1
~GLN
(M和N為大於1之整數),以及一畫素矩陣。畫素矩陣包含複數個畫素單元PX,每一畫素單元PX包含一薄膜電晶體開關TFT、一液晶電容CLC
和一儲存電容CST
,分別耦接於相對應之資料線、相對應之閘極線,以及一共同電壓VCOM
。時序控制器320可產生源極驅動電路330和閘極驅動電路340運作所需之訊號,例如起始脈衝訊號VST、第一組時脈訊號CK1
~CKN
和第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’等,其中第一組時脈訊號CK1
~CKN
和第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’以一預定週期在一致能電位和一除能電位之間切換,且第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’之驅動能力大於第一組時脈訊號CK1
~CKN
之驅動能力。在閘極驅動電路340啟動後經過一預定時間時,調整電路350可開始逐漸降低第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’之驅動能力。
源極驅動電路330可產生對應於顯示影像之資料驅動訊號SD1
~SDM
,進而充電相對應之畫素單元PX。閘極驅動電路340包含有複數級串接之移位暫存單元SR1
~SRN
,可依據起始脈衝訊號VST、相對應之第一組時脈訊號CK1
~CKN
和相對應之第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’依序輸出閘極驅動訊號SG1
~SGN
至相對應之閘極線GL1
~GLN
以開啟相對應畫素單元PX內之薄膜電晶體TFT,並依序輸出下傳驅動訊號SF1
~SFN
以觸發相對應之下級移位暫存單元。
在本發明之液晶顯示裝置300中,每一級移位暫存單元會將第一組時脈訊號CK1
~CKN
中一相對應之時脈訊號選擇性地傳送至此級輸出端,以及將第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’中一相對應之時脈訊號選擇性地傳送至下一級移位暫存單元。由於第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’之驅動能力大於第一組時脈訊號CK1
~CKN
之驅動能力,在剛啟動可能發生低溫起始不良時,每一級移位暫存單元會以較強下傳驅動訊號來觸發下一級移位暫存單元;在閘極驅動電路340啟動後經過一預定時間時,因為已經熱機一段時間通常不會再有低溫起始不良的情形,此時調整電路350可開始逐漸降低第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’之驅動能力,進而降低能量消耗。
第4A~4C圖為本發明複數級移位暫存單元SR1
~SRN
中一第n級移位暫存單元SRn
之示意圖(假設n為介於1和N之間的整數)。本發明實施例中之移位暫存單元SRn
包含一輸出端OUTn
、一端點Qn
、一輸入電路32、一上拉電路34、一下傳電路36、一第一下拉電路41,以及一第二下拉電路42。
輸入電路32包含一電晶體開關T3:在第4A圖所示之實施例中,電晶體開關T3之控制端耦接於第(n-1)級移位暫存單元SRn-1
以接收下傳驅動訊號SFn-1
,第一端耦接於一偏壓VDD,而第二端耦接於端點Qn
;在第4B圖所示之實施例中,電晶體開關T3之控制端耦接於第(n-1)級移位暫存單元SRn-1
以接收下傳驅動訊號SFn-1
,第一端耦接於控制第(n-1)級移位暫存單元SRn-1
輸出之時脈訊號CKn-1
,而第二端耦接於端點Qn
;在第5C圖所示之實施例中,電晶體開關T3之控制端和第一端耦接於第(n-1)級移位暫存單元SRn-1
以接收下傳驅動訊號SFn-1
,而第二端耦接於端點Qn
。偏壓VDD之電位和時脈訊號CKn-1
之致能電位高於上拉電路34和下傳電路36之導通電壓。
在第4A~4C圖所示之實施例中,上拉電路34包含一電晶體開關T1,其控制端耦接於端點Qn
,第一端耦接於時脈訊號CKn
,而第二端耦接於輸出端OUTn
;下傳電路36包含一電晶體開關T2,其控制端耦接於端點Qn
,第一端耦接於時脈訊號CKn
’,而第二端耦接於第(n+1)級移位暫存單元SRn-1
。依據端點Qn
之電位,上拉電路34會將第一時脈訊號CKn
選擇性地傳送至輸出端OUTn
以作為閘極驅動訊號SGn
,而下傳電路36會將第二時脈訊號CKn
’選擇性地傳送至第(n+1)級移位暫存單元SRn+1
以作為下傳驅動訊號SFn
。
第5A~5E圖和第6圖為本發明液晶顯示裝置300運作時之時序圖,第5A~5E圖顯示了本發明實施例中第一組時脈訊號CK1
~CK4
和第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之波形,而第6圖顯示了本發明實施例中閘極驅動訊號SGn
和下傳驅動訊號SFn
之波形。
在第5A圖所示之實施例中,在剛啟動時第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位為VGH
,第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位為VGH
’,其中VGH
’之值大於VGH
,因此脈衝振幅較大之第二組時脈訊號能以較高之閘極電壓來驅動電晶體開關,進而改善低溫起始不良的情形。在啟動後過了一預定時間後,第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位維持在VGH
,而第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位逐漸降低至為VGH
,因此能避免不必要的能量消耗。同時,由於電晶體開關之閘極電壓係隨著第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之電位逐漸降低,並不會造成畫面顯示不均的情形。
在第5B圖所示之實施例中,在剛啟動時第一組時脈訊號CK1
~CK4
之脈衝寬度為W,第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之脈衝寬度為W’,其中W’之值大於W,因此責任週期(duty cycle)較長之第二組時脈訊號能以較長的導通時間來驅動電晶體開關,進而改善低溫起始不良的情形。在啟動後過了一預定時間後,第一組時脈訊號CK1
~CK4
之脈衝寬度維持在W,而第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之脈衝寬度逐漸縮短至為W,因此能避免不必要的能量消耗。
在第5C圖所示之實施例中,在剛啟動時第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位為VGH
且脈衝寬度為W,第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位為VGH
’且脈衝寬度為W’,其中VGH
’之值大於VGH
且W’之值大於W,因此脈衝振幅較大和責任週期較長之第二組時脈訊號能以較高之閘極電壓和較長的導通時間來驅動電晶體開關,進而改善低溫起始不良的情形。在啟動後過了一預定時間後,第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位和脈衝寬度以及第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之脈衝寬度維持不變,而第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位逐漸降低至VGH
,因此能避免不必要的能量消耗。同時,由於電晶體開關之閘極電壓係隨著第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’之電位逐漸降低,並不會造成畫面顯示不均的情形。
在第5D圖所示之實施例中,在剛啟動時第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位為VGH
且脈衝寬度為W,第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位為VGH
’且脈衝寬度為W’,其中VGH
’之值大於VGH
且W’之值大於W,因此脈衝振幅和脈衝寬度皆較大之第二組時脈訊號能以較高之閘極電壓和較長的導通時間來驅動電晶體開關,進而改善低溫起始不良的情形。在啟動後過了一預定時間後,第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位和脈衝寬度以及第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位維持不變,而第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之脈衝寬度逐漸縮短至為W,因此能避免不必要的能量消耗。
在第5E圖所示之實施例中,在剛啟動時第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位為VGH
且脈衝寬度為W,第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位為VGH
’且脈衝寬度為W’,其中VGH
’之值大於VGH
且W’之值大於W,因此脈衝振幅和脈衝寬度皆較大之第二組時脈訊號能以較高之閘極電壓和較長的導通時間來驅動電晶體開關,進而改善低溫起始不良的情形;在啟動後過了一預定時間後,第一組時脈訊號CK1
~CK4
之高電位和脈衝寬度維持不變,而第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之高電位逐漸降低至為VGH
且脈衝寬度逐漸縮短至為W,因此能避免不必要的能量消耗。同時,由於電晶體開關之閘極電壓係隨著第二組時脈訊號CK1
’~CK4
’之電位逐漸降低,並不會造成畫面顯示不均的情形。
以第n級移位暫存單元SRn
為例,第5A圖至第5E圖所示實施例所產生之下傳驅動訊號分別由第6圖所示之SFn_A
~SFn_E
來表示。第6圖左側顯示了剛啟動時端點Qn
、閘極驅動訊號SGn
和下傳驅動訊號SFn_A
~SFn_E
之波形,第6圖中間顯示了啟動超過一預定時間後在調降第二組時脈訊號之驅動能力時端點Qn
、閘極驅動訊號SGn
和下傳驅動訊號SFn_A
~SFn_E
之波形,而第6圖右側顯示了調降完成後端點Qn
、閘極驅動訊號SGn
和下傳驅動訊號SFn_A
~SFn_E
之波形。如第6圖所示,在剛啟動時下傳驅動訊號SFn_A
之脈衝振幅大於閘極驅動訊號SGn
之脈衝振幅、下傳驅動訊號SFn_B
之脈衝寬度大於閘極驅動訊號SGn
之脈衝寬度,而下傳驅動訊號SFn_C
~SFn_E
之脈衝振幅和寬度皆大於閘極驅動訊號SGn
之脈衝振幅和寬度,因此能增加導通電晶體開關之能力以改善低溫啟動不良。在啟動後過了一預定時間後,下傳驅動訊號SFn_A
~SFn_E
之脈衝振幅或寬度隨著第二組時脈訊號CK1
’~CKN
’逐漸降低,因此能避免不必要的能量消耗。同時,由於下傳驅動訊號SFn_A
~SFn_E
之脈衝振幅或寬度係逐漸變化,並不會造成畫面顯示不均的情形。
在本發明之液晶顯示裝置300中,第一下拉電路41係用來穩定輸出端點Qn
之電位,而第二下拉電路42係用來穩定輸出電壓,其可採用相關領域內熟知技術之不同電路,第4A~4C圖所示僅為其中一例,第一下拉電路41和第二下拉電路42之結構和相關運作並不影響本發明之範疇。另一方面,電晶體開關T1~T3可為金氧半導體(MOS)開關,或是具備類似功能之元件。
本發明之液晶顯示裝置300使用兩組驅動能力相異之時脈訊號,使得每一級移位暫存單元在剛啟動時能以較強下傳驅動訊號來觸發下一級移位暫存單元,進而改善低溫啟動不良的情形。在啟動後經過一預定時間時,本發明開始逐漸減少兩組時脈訊號驅動能力之間的差異,進而降低能量消耗。
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。
12、32...輸入電路
100、300...液晶顯示裝置
14、34...上拉電路
110、310...顯示面板
16、36...下傳電路
120、320...時序控制器
21、41...第一下拉電路
130、330...源極驅動電路
22、42...第二下拉電路
140、340...閘極驅動電路
350...調整電路
TFT...薄膜電晶體開關
PX...畫素單元
DL1
~DLM
...資料線
CLC
...液晶電容
GL1
~GLN
...閘極線
CST
...儲存電容
T1~T3...電晶體開關
Qn
...端點
OUTn
...輸出端
SRn
、SR1
~SRN
...移位暫存單元
第1圖為先前技術中一GOA液晶顯示裝置之示意圖。
第2圖為先前技術中一移位暫存單元之示意圖。
第3圖為本發明中一GOA液晶顯示裝置之示意圖。
第4A~4C圖為本發明中一移位暫存單元之示意圖。
第5A~5E圖和第6圖為本發明液晶顯示裝置運作時之時序圖。
300...液晶顯示裝置
PX...畫素單元
310...顯示面板
CLC
...液晶電容
320...時序控制器
CST
...儲存電容
330...源極驅動電路
TFT...薄膜電晶體開關
340...閘極驅動電路
DL1
~DLM
...資料線
350...調整電路
GL1
~GLN
...閘極線
SR1
~SRN
...移位暫存單元
Claims (19)
- 一種液晶顯示器之驅動電路,其包含複數級移位暫存單元,該複數級移位暫存單元中一第N級移位暫存單元包含:一端點;一輸入電路,其依據該複數級移位暫存單元中一第X級移位暫存單元傳來之訊號來維持該端點之電位;一上拉電路,其依據該端點之電位來選擇性地導通一第一時脈訊號至該第N級移位暫存單元之輸出端的傳送路徑;以及一下傳電路,其依據該端點之電位來選擇性地導通一第二時脈訊號至該複數級移位暫存單元中一第Y級移位暫存單元的傳送路徑;其中,該第二時脈訊號之驅動能力大於該第一時脈訊號之驅動能力,N為大於1之整數,X=N-1,而Y=N+1。
- 如請求項1所述之驅動電路,其另包含一調整電路,用來在該驅動電路啟動後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之驅動能力。
- 如請求項1所述之驅動電路,其中該第二時脈訊號之脈衝振幅大於該第一時脈訊號之脈衝振幅。
- 如請求項3所述之驅動電路,其另包含一調整電路,用來在該驅動電路啟動後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之脈衝振幅。
- 如請求項1所述之驅動電路,其中該第二時脈訊號之責任週期大於該第一時脈訊號之責任週期。
- 如請求項1所述之驅動電路,其另包含一調整電路,用來在該驅動電路啟動後經過一預定時間時,開始逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
- 如請求項1所述之驅動電路,其中該第二時脈訊號之脈衝振幅大於該第一時脈訊號之脈衝振幅,且該第二時脈訊號之責任週期大於該第一時脈訊號之責任週期。
- 如請求項7所述之驅動電路,其另包含一調整電路,用來在該驅動電路啟動後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之脈衝振幅或逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
- 如請求項7所述之驅動電路,其另包含一調整電路,用來在該驅動電路啟動後經過一預定時間時,開始逐漸降 低該第二時脈訊號之脈衝振幅以及逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
- 如請求項1所述之驅動電路,其中:該上拉電路包含一第一開關,其包含:一控制端,耦接於該端點;一第一端,用來接收該第一時脈訊號;以及一第二端,耦接於該N級移位暫存單元之輸出端;而該下傳電路包含一第二開關,其包含:一控制端,耦接於該端點;一第一端,用來接收該第二時脈訊號;以及一第二端,耦接於該Y級移位暫存單元。
- 一種液晶顯示器之驅動方法,用來在複數級驅動週期內分別提供相對應之複數級驅動訊號,該驅動方法包含:在該複數級驅動週期中一第N級驅動週期內,提供一第一時脈訊號以作為該複數級驅動訊號中一第N級驅動訊號,並提供一第二時脈訊號以作為該複數級驅動週期中一第(N+1)級驅動週期之起始訊號,其中該第二時脈訊號之驅動能力大於該第一時脈訊號之驅動能力,且N為正整數。
- 如請求項11所述之驅動方法,其另包含:在一液晶顯示器開機後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之驅動能力。
- 如請求項11所述之驅動方法,其另包含:提供該第一和第二時脈訊號以使該第二時脈訊號之脈衝振幅大於該第一時脈訊號之脈衝振幅。
- 如請求項13所述之驅動方法,其另包含:在一液晶顯示器開機後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之脈衝振幅。
- 如請求項11所述之驅動方法,其另包含:提供該第一和第二時脈訊號以使該第二時脈訊號之責任週期大於該第一時脈訊號之責任週期。
- 如請求項15所述之驅動方法,其另包含:在一液晶顯示器開機後經過一預定時間時,開始逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
- 如請求項11所述之驅動方法,其另包含:提供該第一和第二時脈訊號以使該第二時脈訊號之脈衝振幅大於該第一時脈訊號之脈衝振幅,並使該第 二時脈訊號之責任週期大於該第一時脈訊號之責任週期。
- 如請求項17所述之驅動方法,其另包含:在一液晶顯示器開機後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之脈衝振幅,或逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
- 如請求項17所述之驅動方法,其另包含:在一液晶顯示器開機後經過一預定時間時,開始逐漸降低該第二時脈訊號之脈衝振幅,以及逐漸縮短該第二時脈訊號之責任週期。
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