TWI450259B - 電荷回收電路 - Google Patents

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Description

電荷回收電路
本發明相關於一種電荷回收電路，尤指一種用來回收一驅動電路之放電電荷以提供該驅動電路所需之充電電荷的電荷回收電路。
液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有外型輕薄、耗電量少以及無輻射污染等特性，已被廣泛地應用在電腦系統、行動電話、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)等資訊產品上。液晶顯示器的工作原理係利用液晶分子在不同排列狀態下，對光線具有不同的偏振或折射效果，因此可經由不同排列狀態的液晶分子來控制光線的穿透量，進一步產生不同強度的輸出光線，及不同灰階強度的紅、綠、藍光。液晶顯示器一般使用時序控制器(timing controller)來產生相關於顯示影像的資料訊號，以及驅動液晶顯示面板所需之控制訊號和時脈訊號。液晶顯示器之源極驅動器(source driver)再依據資料訊號、控制訊號和時脈訊號以產生液晶顯示面板之驅動訊號。
一般而言，施加在液晶材料層兩端的電壓極性必須每隔一段時間進行反轉，用以避免液晶材料產生極化而造成永久性的破壞，也用以避免影像殘存(image sticking)效應。一般會使用圖框反轉(frame inversion)、線反轉(line inversion)或點反轉(dot inversion)等方式來驅動液晶顯示裝置，因此源極驅動器常需要重複進行充放電以提供不同極性之驅動訊號。另一方面，時序控制器之輸出亦會在邏輯1和邏輯0之間進行切換。
第1圖為先前技術一驅動電路10之示意圖。驅動電路10可為一液晶顯示裝置之源極驅動器，用來將一輸入電壓VIN 轉換為複數組輸出電壓VOUT1 ～VOUTN 。OP_O代表驅動電路10中所有奇數輸出通道之單位增益緩衝器(unity gain buffer)，而OP_E代表所有偶數輸出通道之單位增益緩衝器(假設N為正偶數)。單位增益緩衝器OP_O和OP_E耦接至一電源產生器提供之偏壓VDD，可擷取偏壓VDD之電荷或將內存電荷放電至一接地電位GND，進而提供相對應之輸出電壓VOUT1 ～VOUTN 。
第2A圖和第2B圖為先前技術驅動電路10運作時之輸出訊號圖。第2A圖為全擺(full-swing)驅動時單位增益緩衝器OP_O和OP_E之輸出波形，在同一週期所提供之奇數組輸出電壓(以輸出電壓VOUT1 為例)和偶數組輸出電壓(以輸出電壓VOUT2 為例)彼此極性相反。第2B圖為半擺(half-swing)驅動時單位增益緩衝器OP_O和OP_E之輸出波形，在每一週期提供正極性之奇數組輸出電壓(以輸出電壓VOUT1 為例)和負極性之偶數組輸出電壓(以輸出電壓VOUT2 為例)。
無論先前技術之驅動電路10以全擺或半擺驅動方式運作，單位增益緩衝器OP_O和OP_E所需對負載電容之充電電荷皆由偏壓VDD來提供，而單位增益緩衝器OP_O和OP_E皆會將其負載電容內存電荷放電至接地電位GND，因此會消耗相當多的能量。
本發明提供一種電荷回收電路，用來回收一驅動電路之放電電荷以提供該驅動電路所需之充電電荷。該電荷回收電路包含一第一節點，耦接至該驅動電路之一第一充電路徑和一第二充電路徑；一第二節點，耦接至該驅動電路之一第一放電路徑和一第二放電路徑；一第一電容，耦接於該第一節點和該第二節點之間；以及一開關，耦接於該第二節點，並為一控制訊號所控制。
第3圖為本發明之電荷回收電路應用在一驅動電路10時之功能方塊圖。驅動電路10可為一液晶顯示裝置之源極驅動器，用來將一輸入電壓VIN 轉換為複數組輸出電壓VOUT1 ~VOUTN 。OP_O代表驅動電路10中所有奇數輸出通道之單位增益緩衝器，而OP_E代表所有偶數輸出通道之單位增益緩衝器(假設N為正偶數)。本發明之電荷回收電路耦接至驅動電路10之單位增益緩衝器OP_O和OP_E，可在一特定週期回收單位增益緩衝器OP_O之放電電荷QO 或單位增益緩衝器OP_E之放電電荷QE ，並在下一週期提供相對應之回收電荷QO ’或QE ’以充電單位增益緩衝器OP_O或OP_E，進而減少驅動電路10之電源消耗。
在本發明第一實施例中，前一週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷QO 可在目前週期內用來充電單位增益緩衝器OP_O，而前一週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放電電荷QE 可在目前週期內用來充電單位增益緩衝器OP_E。若單位增益緩衝器OP_O在目前週期內所需之充電電荷不多於前一週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷(QO ’≦QO )，此時單位增益緩衝器OP_O不需要再從偏壓VDD擷取能量；若單位增益緩衝器OP_O在目前週期內所需之充電電荷多於前一週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷，此時單位增益緩衝器OP_O才需要從偏壓VDD擷取額外能量。同理，若單位增益緩衝器OP_E在目前週期內所需之充電電荷不多於前一週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放電電荷(QE ’≦QE )，此時單位增益緩衝器OP_E不需要再從偏壓VDD擷取能量；若單位增益緩衝器OP_E在目前週期內所需之充電電荷多於前一週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放電電荷，此時單位增益緩衝器OP_E才需要從偏壓VDD擷取額外能量。由於前一週期回收之放電電荷可提供目前週期內所需之充電電荷，單位增益緩衝器OP_O或OP_E可完全不需要從偏壓VDD擷取額外能量或是只需從偏壓VDD擷取少量能量，因此本發明第一實施例可有效地降低驅動電路10之電源消耗。
第4圖為本發明第一實施例中一電荷回收電路100之示意圖。電荷回收電路100包含兩電容C1和C2、開關元件SW0~SW6，以 及一偵測電路DS。開關元件SW0耦接於一節點VSS和一接地電位GND之間。開關元件SW1耦接於奇數組輸出電壓之單位增益緩衝器OP_O和電容C1之間。開關元件SW2耦接於偶數組輸出電壓之單位增益緩衝器OP_E和電容C2之間。開關元件SW3耦接於單位增益緩衝器OP_O和接地電位GND之間。開關元件SW4耦接於單位增益緩衝器OP_E和接地電位GND之間。開關元件SW5之第一端耦接於開關元件SW1和電容C1之間，而第二端耦接於一節點VSS。開關元件SW6之第一端耦接於開關元件SW2和電容C2之間，而第二端耦接於節點VSS。偵測電路DS可依據節點VSS之電位或流經節點VSS之電流來產生開關元件SW0之控制訊號S0。
第5圖為本發明第一實施例之電荷回收電路100運作時之時序圖。在第5圖中，S0~S6分別代表開關元件SW0~SW6控制訊號。為了說明方便，假設當控制訊號S0~S6為高電位時，開關元件SW0~SW6為導通(短路)；當控制訊號S0~S6為低電位時，開關元件SW0~SW6為關閉(開路)。然而，控制訊號S0~S6可依據開關元件SW0~SW6的種類而有所變化，第5圖所示僅為了說明本發明之實施例，並不限定本發明之範疇。
第6A~6D圖為電荷回收電路100運作時之等效電路圖。在週期TE 內，單位增益緩衝器OP_E會進行充電，而單位增益緩衝器OP_O會進行放電，此時開關元件SW1和SW4為導通而開關元件SW2和SW3為關閉，亦即單位增益緩衝器OP_O會耦接至電容C1， 而單位增益緩衝器OP_E會耦接至接地電位GND。在週期TO 時，單位增益緩衝器OP_O會進行充電，而單位增益緩衝器OP_E會進行放電，此時開關元件SW2和SW3為導通而開關元件SW1和SW4為關閉，亦即單位增益緩衝器OP_E會耦接至電容C2，而單位增益緩衝器OP_O會耦接至接地電位GND。
如第6A圖所示，在時間點t1至t2之間，開關元件SW0和SW5為關閉而開關元件SW6為導通，因此電容C2會耦接於節點VSS和接地電位GND之間，此時電容C1可儲存單位增益緩衝器OP_O之放電電荷，而電容C2可將其內存之回收電荷(前一週期單位增益緩衝器OP_E之放電電荷)傳送至單位增益緩衝器OP_E以將輸出電壓充電至目標準位。箭頭PD1代表驅動電路10之第一放電路徑，而箭頭PC2代表驅動電路10之第二充電路徑。
如第6B圖所示，當電容C2將回收電荷放電至單位增益緩衝器OP_E時，可能會改變節點VSS之電位，進而影響系統穩定度。假設在時間點t2時，偵測電路DS偵測到節點VSS之電位或是流經節點VSS之電流偏離預定值，控制訊號S0會切換至高電位以導通開關元件SW0，此時控制訊號S6會切換至低電位以關閉開關元件SW6。因此，在時間點t2至t3之間，節點VSS會被耦接至接地電位GND。
如第6C圖所示，在時間點t3至t4之間，開關元件SW0和SW6 為關閉而開關元件SW5為導通，因此電容C1會耦接於節點VSS和接地電位GND之間，此時電容C2可儲存單位增益緩衝器OP_E之放電電荷，而電容C1可將其內存之回收電荷(前一週期單位增益緩衝器OP_O之放電電荷)傳送至單位增益緩衝器OP_O以將輸出電壓充電至目標準位。箭頭PD2代表驅動電路10之第二放電路徑，而箭頭PC1代表驅動電路10之第一充電路徑。
如第6D圖所示，當電容C1將回收電荷放電至單位增益緩衝器OP_O時，可能會改變節點VSS之電位，進而影響系統穩定度。假設在時間點t4時，偵測電路DS偵測到節點VSS之電位或是流經節點VSS之電流偏離預定值，控制訊號S0會切換至高電位以導通開關元件SW0，此時控制訊號S5會切換至低電位以關閉開關元件SW5。因此，在時間點t4至t5之間，節點VSS會被耦接至接地電位GND。
在本發明第二實施例中，目前週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷QO 可在目前週期內用來充電單位增益緩衝器OP_E，而目前週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放電電荷QE 可在目前週期內用來充電單位增益緩衝器OP_O。若單位增益緩衝器OP_O在目前週期內所需之充電電荷不多於目前週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放電電荷(QO ≦QE )，此時單位增益緩衝器OP_O不需要再從偏壓VDD擷取能量；若單位增益緩衝器OP_O在目前週期內所需之充電電荷多於目前週期從單位增益緩衝器OP_E回收之放 電電荷，此時單位增益緩衝器OP_O才需要從偏壓VDD擷取額外能量。同理，若單位增益緩衝器OP_E在目前週期內所需之充電電荷不多於目前週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷(QE ≦QO )，此時單位增益緩衝器OP_E不需要再從偏壓VDD擷取能量；若單位增益緩衝器OP_E在目前週期內所需之充電電荷多於目前週期從單位增益緩衝器OP_O回收之放電電荷，此時單位增益緩衝器OP_E才需要從偏壓VDD擷取額外能量。由於目前週期回收之放電電荷可提供目前週期內所需之充電電荷，單位增益緩衝器OP_O或OP_E可完全不需要從偏壓VDD擷取額外能量或是只需從偏壓VDD擷取少量能量，因此本發明第二實施例可有效地降低驅動電路10之電源消耗。
第7圖為本發明第二實施例中一電荷回收電路200之示意圖。電荷回收電路200包含一電容C3、一開關元件SW0，以及一偵測電路DS。開關元件SW0之第一端耦接於單位增益緩衝器OP_O和OP_E，而第二端耦接於一接地電位GND。電容C3之第一端耦接於一偏壓VDD，而第二端耦接於一節點VSS。偵測電路DS可依據節點VSS之電位或流經節點VSS之電流來產生開關元件SW0之控制訊號S0。
如前所述，單位增益緩衝器OP_E之充電週期為單位增益緩衝器OP_O之放電週期，而單位增益緩衝器OP_E之放電週期為單位增益緩衝器OP_O之充電週期。當單位增益緩衝器OP_O開始充電 而單位增益緩衝器OP_E開始放電時，電荷回收電路200之開關元件SW0為關閉，此時電荷回收電路200可回收單位增益緩衝器OP_E之放電電荷，再將回收電荷傳送至單位增益緩衝器OP_O以將輸出電壓充電至目標準位。同理，當單位增益緩衝器OP_E開始充電而單位增益緩衝器OP_O開始放電時，電荷回收電路200之開關元件SW0為關閉，此時電荷回收電路200可回收單位增益緩衝器OP_O之放電電荷，再將回收電荷傳送至單位增益緩衝器OP_E以將輸出電壓充電至目標準位。若偵測電路DS偵測到節點VSS之電位或是流經節點VSS之電流偏離預定值，控制訊號S0會切換至高電位以導通開關元件SW0，進而將節點VSS耦接至接地電位GND以維持系統穩定。在第7圖中，箭頭PC1和PC2分別代表驅動電路10之第一充電路徑和第二充電路徑箭頭，而箭頭PD1和PD2分別代表驅動電路10之第一放電路徑和第二放電路徑。
無論驅動電路10以全擺或半擺驅動方式運作，本發明之電荷回收電路皆能在放電週期回收驅動電路10之放電電荷，並在充電週期提供所有或部分回收電荷以進行充電，進而減少驅動電路10之電源消耗。
除了前述液晶顯示裝置之源極驅動器外，本發明之驅動電路10亦可包含於其他電路，例如時序控制器(timing controller)、數位訊號處理器(digital signal processor,DSP)和微控制器(microcontroller)等數位電路，或是運算放大器、比較器和相位鎖 定迴路(phase locked loop,PLL)等類比電路，其皆可依本發明所揭露之方法與實施方式，達到省電之目的。
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‧‧‧驅動電路
100、200‧‧‧電荷回收電路
DS‧‧‧偵測電路
SW0~SW6‧‧‧開關元件
C1~C3‧‧‧電容
OP_O、OP_E‧‧‧單位增益緩衝器
第1圖為先前技術一驅動電路之示意圖。
第2A圖和第2B圖為先前技術驅動電路運作時之輸出訊號圖。
第3圖為本發明之一電荷回收電路應用在一驅動電路時之功能方塊圖。
第4圖為本發明實施例中一電荷回收電路之示意圖。
第5圖為本發明實施例之電荷回收電路運作時之時序圖。
第6A~6D圖為本發明實施例之電荷回收電路運作時之等效電路圖。
第7圖為本發明實施例中一電荷回收電路之示意圖。
OP_O、OP_E．．．單位增益緩衝器

Claims (8)

  1. 一種電荷回收電路，用來回收一驅動電路之放電電荷以提供該驅動電路所需之充電電荷，該電荷回收電路包含：一第一節點，耦接至該驅動電路之一第一充電路徑和一第二充電路徑；一第二節點，耦接至該驅動電路之一第一放電路徑和一第二放電路徑；一第一電容，耦接於該第一節點和該第二節點之間；以及一開關，耦接於該第二節點，並為一控制訊號所控制。
  2. 如請求項1所述之電荷回收電路，其中：當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流不超過一預定值時，該控制訊號關閉該開關以使該第二節點和一接地電位呈電性分離；而當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流超過該預定值時，該控制訊號導通該開關以使該第二節點電性連接至該接地電位。
  3. 如請求項1所述之電荷回收電路，其中當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流不超過一預定值時，該電荷回收電路將從該第一放電路徑回收到之電荷透過該第一電容傳送至該第二充電路徑，或是將從該第二放電路徑回收到之電荷透過該第一 電容傳送至該第一充電路徑。
  4. 如請求項1所述之電荷回收電路，其另包含：一第三節點，耦接至該第一放電路徑；一第四節點，耦接至該第二放電路徑；一第二電容，其包含：一第一端，其透過一第一開關選擇性地耦接至該第三節點；以及一第二端，耦接至一接地電位；以及一第三電容，其包含：一第一端，其透過一第二開關選擇性地耦接至該第四節點；以及一第二端，耦接至該接地電位。
  5. 如請求項4所述之電荷回收電路，其中該第三節點另透過一第三開關選擇性地耦接至該接地電位，而該第四節點另透過一第四開關選擇性地耦接至該接地電位。
  6. 如請求項4所述之電荷回收電路，其中該第二電容之該第一端另透過一第五開關選擇性地耦接至該第二節點，而該第三電容之該第一端另透過一第六開關選擇性地耦接至該第二節點。
  7. 如請求項4所述之電荷回收電路，其中： 當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流不超過一預定值時，該控制訊號關閉該開關以使該第二節點和該接地電位呈電性分離；而當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流超過該預定值時，該控制訊號導通該開關以使該第二節點電性連接至該接地電位。
  8. 如請求項4所述之電荷回收電路，其中當該第二節點之電壓或流經該第二節點之電流不超過一預定值時，該電荷回收電路將從該第一放電路徑回收到之電荷傳送至該第一充電路徑，或是將從該第二放電路徑回收到之電荷傳送至該第二充電路徑。
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