TWI417864B - 源極驅動器之輸出放大器 - Google Patents

Description

源極驅動器之輸出放大器

本發明是有關於一種輸出放大器，且特別是有關於一種用來驅動顯示器面板的源極驅動器輸出放大器。

一般來說，液晶顯示器通常含有源極驅動器來驅動LCD面板上的源極線(或行線)。源極驅動器提供源極驅動信號或輸入畫素信號給每一源極線，以在特定的源極線上顯示顏色或資料，使液晶顯示器顯示畫面。

由於部分的源極驅動器係應用於攜帶式設備，例如筆記型電腦或手機，這些攜帶式設備通常在低類比功率之下工作，因此，降低功耗成為一個非常重要的問題。然而，源極驅動器的輸出放大器通常需要於高電壓製程當中製造(如12V)，礙於輸出放大器所含電晶體受到基體效應(body effect)的影響，使得具有輸出放大器的源極驅動器更難於低類比電壓之下工作。

所謂的基體效應是指電晶體源極與基體之間存在的電壓降所引起的電晶體臨界電壓(threshold voltage)變化，如果電晶體的源極和基體沒有連接在一起，將會產生基體效應，使電晶體的等效電阻提高。臨界電壓與基體效應之間的關係可以公式表示：其中，V _SB 是指電晶體源極與基體之間的電壓降，V _{T 0} 是指V _SB 為零時電晶體的臨界電壓，V _TN 是電晶體實際上的臨界電壓，γ是基體效應參數，2φ是表面電位參數。因為電晶體的基體可以作為第二個閘極，所以有時也被稱為「後閘」，基體效應也因此被稱為「後閘」效應。

由於基體效應的影響，使輸出放大器的驅動能力減弱，當電源所提供的類比功率下降時，將使輸出放大器的驅動能力更為衰減，導致輸出放大器無法驅動畫素電路。

因此，需要一種新的輸出放大器，可以保存輸出放大器的驅動能力，以驅動畫素電路。

因此，本發明之一態樣在提供一種源極驅動器之一輸出放大器，能夠減少電晶體的基體效應，加強輸出放大器的驅動能力，以驅動畫素電路。

依據本發明之一實施例，源極驅動器之一輸出放大器含有一放大電路、一輸出級電路、一第一開關電晶體以及一第二開關電晶體。放大電路具有提供一反相信號之一反相端，以及提供一非反相信號之一非反相端，其中放大電路係放大一輸入畫素信號來產生反相信號以及非反相信號。輸出級電路具有一第一輸出端，以依據反相信號以及非反相信號，將來自一電源供應端之一供應電壓或是來自一接地端之一接地電壓傳遞至畫素電路。第一開關電晶體具有一源極、一基體以及一汲極，此源極以及基體均電性連接至電源供應端，此汲極電性連接至輸出級電路，其中第一開關電晶體係依據一高阻抗信號，傳遞或阻隔供應電壓。第二開關電晶體具有一源極、一基體以及一汲極，此源極以及基體均電性連接至接地端，汲極電性連接至輸出級電路，其中第二開關電晶體係依據一反相高阻抗信號，傳遞或阻隔接地電壓。

在以上實施例的輸出放大器當中，因為電晶體的源極與基體相連接，因此可減少基體效應，加強輸出放大器的驅動能力。

在以下實施例的輸出放大器當中，係將高阻抗控制開關(即具有PMOS與NMOS的傳輸閘；transmission gate)由畫素電路與源極驅動器之間，移至電源供應端或接地端所在區域，因此可減少輸出放大器的基體效應，加強輸出放大器的驅動能力。

請參照第1圖，其係繪示本發明一實施方式源極驅動器之輸出放大器電路圖。輸出放大器100係用來驅動顯示器面板的畫素電路，此輸出放大器100含有放大電路101、輸出級電路105、第一開關電晶體147以及第二開關電晶體145，其中第一開關電晶體147以及第二開關電晶體145已經由先前所在的第一輸出端O1以及輸出埠X1之間，移動至電源供應端所在區域以及接地端所在區域。

放大電路101，例如運算放大器，具有提供反相信號之反相端(-)，並具有提供非反相信號之非反相端(+)，其中此放大電路101係放大輸入畫素信號來產生反相信號以及非反相信號。輸出級電路105具有第一輸出端O1，此第一輸出端O1會依據反相信號以及非反相信號，將來自電源供應端之供應電壓或是來自接地端之接地電壓，傳遞至畫素電路。

第一開關電晶體147可為一PMOS電晶體，此第一開關電晶體147之源極S1以及基體B1均電性連接至電源供應端，其汲極D1則電性連接至輸出級電路105。第二開關電晶體145可為一NMOS電晶體，此第二開關電晶體145之源極S2以及基體B2均電性連接至接地端，其汲極D2則電性連接至輸出級電路105。在此一實施例的輸出放大器100當中，第一開關電晶體147以及第二開關電晶體145並不會直接由放大電路101接收信號，必需透過其他電子元件，例如透過輸出級電路105。

第一開關電晶體147係依據高阻抗信號TP，傳遞或阻隔來自電源供應端的供應電壓，第二開關電晶體145則依據反相的高阻抗信號，傳遞或阻隔來自接地端的接地電壓，其中高阻抗信號TP之邏輯準位代表畫素電路與輸出放大器100之間的連接端點X1是否處於高阻抗狀態(High impedance status)。當連接端點X1處於高阻抗狀態，畫素電路無法自源極驅動器之輸出放大器100接收信號。

如上所述，第一開關電晶體147以及第二開關電晶體145的源極以及基體會相互連接，因此可以消除這些電晶體的基體效應。如此一來，這些開關電晶體的臨界電壓值(Threshold voltage)以及等效電阻值不會往上增加，即使此輸出放大器100工作於較低的電壓準位下，其驅動能力仍然足以驅動畫素電路。

輸出級電路105含有第三電晶體137以及第四電晶體139。第三電晶體137可為一PMOS電晶體，其閘極G3電性連接至放大電路101之反相端(-)，其源極S3電性連接至第一開關電晶體147之汲極D1，基體B3則電性連接電源供應端。第四電晶體139可為一NMOS電晶體，其閘極G4電性連接至放大電路101之非反相端(+)，其汲極D4電性連接第三電晶體137之汲極D3，其基體B4電性連接至接地端，第四電晶體139之源極S4則電性連接至第二開關電晶體145之汲極D2。

當第一開關電晶體147與第二開關電晶體145導通(導電)時，第一開關電晶體147與第二開關電晶體145的等效電阻值很小(大約如同導線的電阻值一樣大小)，因此第三電晶體137以及第四電晶體139的源極幾乎等同於直接連接至電源供應端或是接地端。如此一來，第三電晶體137的基體以及源極等同於相互連接且均接收供應電壓，而第四電晶體139的基體以及源極亦等同於相互連接且均接收接地電壓，使得第三電晶體137以及第四電晶體139不再受基體效應的影響。

輸出放大器100更含有電性連接至輸出級電路105的第一電容115以及第二電容117。第一電容115係藉由第一輸出端O1，來電性連接於放大電路101之反相端(-)以及負輸入端(-)之間，以維持反相端(-)與負輸入端(-)之間的電壓降。第二電容117電性連接於放大電路101之非反相端(+)以及負輸入端(-)之間，以維持非反相端(+)與負輸入端(-)之間的電壓降。

請參照第2圖，其係繪示本發明另一實施方式源極驅動器之輸出放大器的電路圖。用來驅動顯示器面板畫素電路的輸出放大器200含有放大電路101、輸出級電路105b、第一開關電晶體147、第二開關電晶體145，其中第一開關電晶體147以及第二開關電晶體145已由第一輸出端O1與輸出埠X1之間，分別移動至電源供應端或是接地端所在區域。

輸出放大器200的電路結構以及運作與第1圖所繪示的輸出放大器100近似，但輸出級電路105b內的第三電晶體137b以及第四電晶體139b的基體與源極電性連接，使基體以及源極上的電壓準位相等，因此這些電晶體不再受基體效應的影響。

請參照第3圖，其係繪示本發明另一實施方式源極驅動器之輸出放大器電路圖。在此一實施例當中，增加了額外的驅動級電路111，此驅動級電路111內含第五電晶體141以及第六電晶體143。第五電晶體141之閘極接收反相信號，其源極則接收供應電壓。第六電晶體143之閘極接收非反相信號，汲極電性連接第五電晶體141之汲極，第六電晶體143之源極則接收接地電壓。

上述驅動級電路111提供第二輸出端E1來驅動畫素電路，其係將供應電壓或是接地電壓傳遞至畫素電路。因此，畫素電路可由輸出級電路105以及驅動級電路111兩者來共同驅動，提升了輸出放大器推動畫素電路的驅動能力。

除了驅動級電路111以外，此一實施例中的放大電路101、輸出級電路105、第一開關電晶體147、第二開關電晶體145、第一電容115以及第二電容117的結構、配置以及運作則與第1圖的這些元件近似，其中，放大電路101的負輸入端(-)電性連接至第一輸出端O1以及第二輸出端E1，致使負輸入端(-)上、第一輸出端O1以及第二輸出端E1上之電壓準位相同。

根據上述實施例，內含PMOS以及NMOS電晶體的高阻抗控制開關已由輸出放大器與畫素電路之間，移動至電源端或是接地端所在區域，因此高阻抗控制開關內的電晶體不再被基體效應影響；同時，高阻抗控制開關仍然能夠能夠依據高阻抗信號的電壓準位，來決定是否將畫素電路設置於高阻抗狀態。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何在本發明所屬技術領域中具有通常知識者者，在不脫離本發明之精神和範圍內，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。

100．．．輸出放大器

101．．．放大電路

105．．．輸出級電路

105b．．．輸出級電路

111．．．驅動級電路

115．．．第一電容

117．．．第二電容

137．．．第三電晶體

137b．．．第三電晶體

139．．．第四電晶體

139b．．．第四電晶體

141．．．第五電晶體

143．．．第六電晶體

145．．．第二開關電晶體

147．．．第一開關電晶體

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示本發明一實施方式源極驅動器之輸出放大器電路圖。

第2圖係繪示本發明另一實施方式源極驅動器之輸出放大器電路圖。

第3圖係繪示本發明再一實施方式源極驅動器之輸出放大器電路圖。

100．．．輸出放大器

101．．．放大電路

105．．．輸出級電路

115．．．第一電容

117．．．第二電容

137．．．第三電晶體

139．．．第四電晶體

145．．．第二開關電晶體

147．．．第一開關電晶體

Claims (10)

1. 一種源極驅動器之一輸出放大器，用以驅動一顯示器面板之至少一畫素電路，該輸出放大器包含：一放大電路，包含提供一反相信號之一反相端，以及提供一非反相信號之一非反相端，其中該放大電路係放大一輸入畫素信號來產生該反相信號以及該非反相信號；一輸出級電路，包含：一第一輸出端，以依據該反相信號以及該非反相信號，將來自一電源供應端之一供應電壓或是來自一接地端之一接地電壓傳遞至該畫素電路；一第三電晶體，具有一閘極以及一源極，該閘極電性連接至該放大電路之該反相端，該源極電性連接至該第一開關電晶體之該汲極；以及一第四電晶體，具有一閘極、一汲極以及一源極，該第四電晶體之該閘極電性連接至該放大電路之該非反相端，該第四電晶體之該汲極電性連接該第三電晶體之一汲極，該第四電晶體之該源極電性連接至該第二開關電晶體之該汲極；一第一開關電晶體，具有一源極、一基體以及一汲極，該源極以及該基體均電性連接至該電源供應端，該汲極電性連接至該輸出級電路，其中該第一開關電晶體係依據一高阻抗信號，傳遞或阻隔該供應電壓；以及一第二開關電晶體，具有一源極、一基體以及一汲極，該源極以及該基體均電性連接至該接地端，該汲極電性連接至該輸出級電路，其中該第二開關電晶體係依據一反相 高阻抗信號，傳遞或阻隔該接地電壓。
2. 如請求項1所述之輸出放大器，其中該高阻抗信號之邏輯準位代表該畫素電路與該輸出放大器之間的一連接端點是否處於一高阻抗狀態。
3. 如請求項1所述之輸出放大器，其中該第一開關電晶體以及該第二開關電晶體不直接自該放大電路接收信號。
4. 如請求項1所述之輸出放大器，其中該第三電晶體之一基體電性連接至該第三電晶體之該源極，該第四電晶體之一基體電性連接至該第四電晶體之該源極。
5. 如請求項1所述之輸出放大器，其中該第三電晶體之一基體電性連接至該電源供應端，該第四電晶體之一基體電性連接至該接地端。
6. 如請求項1所述之輸出放大器，更包含一驅動級電路，該驅動級電路提供一第二輸出端以驅動該畫素電路，其中該驅動級電路係將該供應電壓或是該接地電壓傳遞至該畫素電路。
7. 如請求項6所述之輸出放大器，其中該驅動級電 路更包含：一第五電晶體，具有一閘極以及一源極，該第五電晶體之該閘極接收該反相信號，該第五電晶體之該源極接收該供應電壓；以及一第六電晶體，具有一閘極、一汲極以及一源極，該第六電晶體之該閘極接收該非反相信號，該第六電晶體之該汲極電性連接該第五電晶體之一汲極，該第六電晶體之該源極則接收該接地電壓。
8. 如請求項7所述之輸出放大器，其中該放大電路更包含一負輸入端，電性連接至該第一輸出端以及該第二輸出端，致使該負輸入端上、該第一輸出端以及該第二輸出端上之電壓準位相同。
9. 如請求項8所述之輸出放大器，更包含：一第一電容，電性連接於該放大電路之該反相端以及該負輸入端之間，以維持該反相端與該負輸入端之間的電壓降；以及一第二電容，電性連接於該放大電路之該非反相端以及該負輸入端之間，以維持該非反相端與該負輸入端之間的電壓降。
10. 如請求項1所述之輸出放大器，其中該放大電路為一運算放大器，該運算放大器包含該反相端以及該非反相端，來提供該反相信號以及該非反相信號。