TWI469532B - 數位類比轉換器 - Google Patents

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TWI469532B TW101123508A TW101123508A TWI469532B TW I469532 B TWI469532 B TW I469532B TW 101123508 A TW101123508 A TW 101123508A TW 101123508 A TW101123508 A TW 101123508A TW I469532 B TWI469532 B TW I469532B
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Description

數位類比轉換器
本發明是有關於一種數位類比轉換器,且特別是有關於一種可經由內插法(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。
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)包括類比數位轉換器,用以根據灰階值(Gray Level)來提供畫素電壓至液晶顯示面板,另外搭配掃描驅動器(Scan Driver)將畫素電壓掃描至液晶顯示面板之各個畫素中,以顯示出欲顯示之影像。
由於畫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瑪電壓(Gamma Voltage)電阻串來轉換灰階值為畫素電壓,之後輸入液晶顯示面板。然而隨著對液晶顯示器之顯示品質要求不斷地提升,灰階值之位元(Bit)數量及嘉瑪電壓電阻串之級數隨之巨幅增加。這樣一來將使得數位類比轉換器需佔用巨幅之電路面積電路,導致其成本隨之提高。而傳統上採每一數位碼均執行內插(Interpolation)之方式,來減少數位類比轉換器之設計,亦具有畫素電壓誤差較高,及液晶顯示器顯示畫面品質較差之缺點。
本發明係有關於一種數位類比轉換器及其方法,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內插(Interpolation)導致畫素電壓誤差較高之缺點,而實質上具有面積較小、成本較低、畫素電壓誤差較低且其應用之液晶顯示器的顯示畫面品質較佳之優點。
根據本發明提出一種數位類比轉換器,回應灰階值的多個數值產生對應之多個電壓,其中灰階值包括k個位元,k為大於1之自然數。數位類比轉換器包括解碼裝置及運算放大器。解碼裝置包括第一至第四解碼電路及邏輯運算電路。第一解碼電路於灰階值中w個最重要位元(Most Significant Bit,MSB)等於相同邏輯值時,提供位準相同之第一至第三輸出電壓。第二解碼電路於w個MSB不等於相同邏輯值時,回應於灰階值中與w個MSB相鄰之x個MSB提供第一中間電壓。邏輯運算電路根據x個MSB及灰階值中與x個MSB相鄰之y個MSB產生第一至第三邏輯控制訊號。第三解碼電路於w個MSB不等於相同邏輯值時,回應於x個MSB及第一至第三邏輯控制訊號提供第二中間電壓。第四解碼電路於w個MSB不等於相同邏輯值時,根據y個MSB及灰階值中與y個MSB相鄰之z個MSB選擇性地控制第一至第三輸出電壓為第一及第二中間電壓其中之一。運算放大器根據第一至第三輸出電壓產生畫素電壓。當w個MSB不等於相同邏輯值時,畫素電壓之位準係介於第一及第二中間電壓之間。w、x、y及z為滿足條件: 之自然數。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
請參照第1及第2圖,第1圖繪示本發明實施例的數位類比轉換器的方塊圖,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。數位類比轉換器20應用於資料驅動器10中,以根據資料驅動器10中之硬體(諸如資料暫存器11、線性閂鎖器13及位準移位器14)處理後之灰階值(Gray Level)GS,轉換得到對應之畫素電壓PV。之後,畫素電壓PV係經由輸出緩衝器15輸出至液晶顯示面板(未繪示)上。
數位類比轉換器20回應灰階值(Gray Level)GS的多個數值,分別控制輸出訊號PV對應至多個電壓位準,其中灰階值GS例如包括k個位元DTk-1、DT2、…、DT0,其中k為大於1之自然數。數位類比轉換器20包括解碼裝置21及運算放大器22。
運算放大器22用以根據輸出電壓O1、O2及O3來產生畫素電壓PV,其中畫素電壓PV之位準介於輸出電壓O1至O3之間。舉例來說,本實施例之運算放大器22係經由最近點內插法(Nearest Neighbor Interpolation)來產生畫素電壓PV,而畫素電壓PV之位準經由輸出電壓O1至O3位準分別經由1/2、1/4及1/4之權重相加所得。
解碼裝置21回應於灰階值GS提供輸出電壓O1至 O3。在一個例子中,解碼裝置21將灰階值GS之數值範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,解碼裝置21係提供位準實質上相同之輸出電壓O1至O3,據此,數位類比轉換器20不具有內插法之運算功效。
當灰階值GS等於第二組數值時,解碼裝置21係使輸出電壓O1至O3其中之部分或全部對應至不同位準,據此,數位類比轉換器20可對應地根據輸出電壓O1至O3,經由內插法運算產生畫素電壓PV。
這樣一來,數位類比轉換器20可彈性地選取灰階值GS與畫素電壓PV間之嘉瑪曲線(Gamma Curve)中較線性(Linear)及較非線性之數值範圍,分別以內插法運算及傳統電阻分壓之方式求得對應之畫素電壓。據此,相較於傳統數位類比轉換器,本實施例之數位類比轉換器20可有效地改善傳統技術中數位類比轉換器面積較大、成本較高及畫素電壓誤差較大之缺點。
請參照第3圖,其繪示本實施例中灰階值GS與畫素電壓PV間的嘉瑪曲線。在一個操作實例中,k等於7,換言之,灰階值GS包括8個位元DT0、DT1、…、DT7,且其對應至包括28 (=256)個數值之數值範圍。在這個例子中,嘉瑪曲線於灰階值GS介於32至224時較為線性,而於灰階值小於32及大於224時較為非線性。據此,本實施例之灰階值GS的第一組數值例如包括數值0至31及數值224至255,灰階值GS之第二組數值例如包括數值32至223。
接下來,係舉例來對解碼裝置21之解碼操作進行進一步的說明。在接下來之段落中,灰階值GS中之k個位元DTk-1至DTk0係依據其之次序被劃分為4組,其中各自包括w個最高位位元(Most Significant Bit,MSB)DTk-1至DTk-w、x個最高位位元DTk-w-1至DTk-w-x、y個最高位位元DTk-w-x-1至DTk-w-x-y及z個最高位位元DTk-w-x-y-1至DTk-w-x-y-z,其中,w、x、y及z為滿足條件: 之自然數。解碼裝置21中不同之子解碼單元分別參考前述4組位元來實現出前述解碼操作。
請參照第4A至4C圖,其繪示乃第1圖之解碼裝置21的詳細電路圖。舉例來說,解碼裝置21包括解碼電路21a、21b、21c、21d及邏輯運算電路21e。
解碼電路21a
請參照第4A圖。解碼電路21a於灰階值GS中w個最重要位元(Most Significant Bit,MSB)DTk-1、DTk-2、…、DTk-w均等於相同邏輯值時,提供位準實質上相同之輸出電壓O1、O2及O3。換言之,當灰階值GS對應其最大之2K-w 個數值及最小之2k-w 個數值時,解碼裝置21提供對應至相同位準之輸出電壓O1至O3。
以k與w分別等於8及3的例子來說,當灰階值GS之w(=3)個MSB DTk-1至DTk-w(即是位元DT7至DT5)均對應至邏輯值0時,表示灰階值GS對應至其最小之32(=2k-w ) 個數值(即是數值(00000000)2 至(00001111)2 )。解碼電路21a回應於灰階值GS最小之32個數值,以中間電壓D做為輸出電壓O1至O3輸出。其中中間電壓D係由子解碼電路(未繪示)所提供,其係回應於灰階值GS最小之32分別提供輸出訊號PV最低之32個電壓位準L0、L1、L2、…、L31。
當灰階值GS之3個MSB DT7至DT5均對應至邏輯值1時,表示灰階值GS對應至其最大之32個數值(11110000)2 至(11111111)2 )。解碼電路21a回應於灰階值GS最大之32個數值,以中間電壓E做為輸出電壓O1至O3輸出。其中中間電壓E係由子解碼電路(未繪示)所提供,其係回應於灰階值GS最大之32分別提供輸出訊號PV最高之32個電壓位準L224、L225、L226…、L255。
據此,經由邏輯電路21a之操作,解碼裝置21可有校地在灰階值GS對應至前述第一組數值時,提供對應至相同位準之輸出電壓O1至O3,使數位類比轉換器20對應地不具有內插法之運算功效。
舉例來說,解碼電路21a係包括子解碼單元21a1、21a2及21a3,其中包括受控於MSB DT7至DT5及其MSB之反相訊號DN7至DN5的電晶體。如此,子解碼單元21a1至21a3以於MSB DT7至DT5均等於數值0或數值1時,分別對應地提供中間電壓D或E做為輸出電壓O1至O3。
解碼電路21b
請參照第4B圖。解碼電路21b於w個MSB DTk-1至 DTk-w不等於相同邏輯值時,回應於灰階值GS中與w個MSB相鄰之x個MSB DTk-w-1、DTk-w-2、…、DTk-w-x(即是僅次於w個MSB之x個MSB)提供中間電壓A。
以k、w及x分別等於8、3及2的例子來說,當灰階值GS之w(=3)個MSB DT7至DT5(即是DTk-1至DTk-w)不等於相同邏輯值時,解碼電路21b係回應於灰階值GS中與MSB DT7至DT5相鄰之x(=2)個MSB DTk-w-1至DTk-w-x(即是位元DT4至DT3)來提供中間電壓A。因應w個MSB DTk-1至DTk-w可能對應至多種不同的數值組合,解碼電路21b係包括2w (=8)個子解碼單元21b1、21b2、…、21b8來針對3個MSB DT7至DT5之不同數值組合提供解碼操作。由於各子解碼單元21b1至21b8之操作為實質上接近,接下來,係僅以子解碼單元21b1之操作為例,來對所有之子解碼單元21b1至21b8進行進一步的操作說明。
子解碼單元21b1用以於MSB DT7至DT5分別對應至數值0、0及1時,提供中間電壓A。當位元DT4及DT3分別對應至數值00、01、10及11時,子解碼單元21b1係對應地提供電壓位準L36、L44、L52及L60做為中間電壓A。舉例來說,中間電壓A之真值表(True Table)可如第5A及5B圖所示。
邏輯運算電路21e
請參照第4C圖。邏輯運算電路21e根據x個MSB DTk-w-1至DTk-w-x及灰階值GS中與x個MSB DTk-w-1至DTk-w-x相鄰之y個MSB DTk-w-x-1、DTk-w-x-2、…、 DTk-w-x-y產生邏輯控制訊號DTC、DTD及DTB。
以k、w、x及y分別等於8、3、2及1的例子來說,邏輯運算電路21e根據x(=2)個MSB DTk-w-1至DTk-w-x(即是位元DT4至DT3)中之MSB DT3及y個MSB DTk-w-x-1至DTk-w-x-y(即是位元DT2)來進行邏輯運算。舉例來說,控制訊號DTC、DTD及DTB分別滿足下列方程式運算:DTC=DT2 NOR DT3
DTD=DT2 AND DT3
舉例來說,控制訊號DTC、DTD及DTB之真值表可如第5A及5B圖所示。
解碼電路21c
請參照第4B圖。解碼電路21c於w個MSB DTk-1至DTk-w不等於相同邏輯值時,回應於x個MSB DTk-1-w-1至DTk-w-x及邏輯控制訊號DTC、DTD及DTB提供中間電壓B。
以k、w及x分別等於8、3及2的例子來說,當灰階值GS之w(=3)個MSB DTk-1至DTk-w(即是位元DT7至DT5)不等於相同邏輯值時,解碼電路21c係回應於灰階值GS中與MSB DT7至DT5相鄰之x(=2)個MSB DTk-w-1至DTk-w-x(即是位元DT4至DT3)與控制訊號DTC、DTD及DTB,來提供中間電壓B。因應w個MSB DTk-1至DTk-w可能對應至多種不同的數值組合,解碼電路21b係包括 2w (=8)個子解碼單元21c1、21c2、…、21c8來針對3個MSB DT7至DT5之不同數值組合提供解碼操作。由於各子解碼單元21c1至21c8之操作為實質上接近,接下來,係僅以子解碼單元21c1之操作為例,來對所有之子解碼單元21c1至21c8進行進一步的操作說明。
子解碼單元21c1用以於位元訊號DT7至DT5分別對應至數值0、0及1時,提供中間電壓B。其中,若位元DT4等於數值0,子解碼單元21c1分別於控制訊號DTC、DTB及DTD對應至數值001、010及100時,對應地提供電壓位準L32、L40及L48做為中間電壓B:若位元DT4等於數值1,子解碼單元21c1分別於控制訊號DTC、DTB及DTD對應至數值001、010及100時,對應地提供電壓位準L48、L56及L52做為中間電壓B。舉例來說,中間電壓B之真值表可如第5A及5B圖所示。
解碼電路21d
請參照第4A圖。解碼電路21d於w個MSB DTk-1-DTk-w不等於相同邏輯值時,根據灰階值GS中之y個MSB DTk-w-x-1至DTk-w-x-y及灰階值GS中與y個MSB DTk-w-x-1至DTk-w-x-y相鄰之z個MSB DTk-w-x-y-1、…、DTk-w-x-y-z,擇性地控制輸出電壓O1為中間電壓A及B其中之一、選擇性地控制輸出電壓O2為中間電壓A及B其中之一、選擇性地控制輸出電壓o3為中間電壓A及B其中之一。
以k、w、x、y及z分別等於8、3、2、1及2的例子 來說,解碼電路21d於MSB DT7至DT5對應至不同數值時,根據灰階值GS中之y(=1)個MSB DTk-w-x-1至DTk-w-x-y(即是位元DT2)及與位元DT2相鄰之z(=2)個MSB DTk-w-x-y-1至DTk-w-x-y-z(即是位元DT1及DT0),擇性地控制輸出電壓O1、O2及O3為中間電壓A及B其中之一。
解碼電路21d例如包括子解碼單元21d1、21d2及21d3,其分別用以決定輸出電壓O1、O2及O3。當位元DT1及DT2對應至數值10或01時,子解碼單元21d1提供中間電壓A做為輸出電壓O1;當位元DT1及DT2對應至數值00或11時,子解碼單元21d1提供中間電壓B做為輸出電壓O1。當位元DT2及DT0對應至數值10或01時,子解碼單元21d2提供中間電壓A做為輸出電壓O2;當位元DT2及DT0對應至數值00及11時,子解碼單元212d2提供中間電壓B做為輸出電壓O2。當位元DT2對應至數值1時,子解碼單元21d3提供中間電壓A做為輸出電壓O3;當位元DT2對應至數值0時,子解碼單元212d3提供中間電壓B做為輸出電壓O3。舉例來說,輸出電壓O1至O3之真值表可如第5A及5B圖所示。
經由前述邏輯電路21e及解碼電路21a至21d之操作,解碼裝置21可對應地實現出第5A及5B圖所示之真值表。如此,運算放大器22可對應地根據輸出電壓O1至O3進行內插運算,並對應地找出灰階值GS等於數值32至223其中之一時,畫素電壓PV所對應之位準L32至 L223。
在本實施例中,雖僅以灰階值GS之位元數k等於8,而w、x、y及z分別等於3、2、1及2的情形為例做說明,然,本實施例之解碼裝置31並不侷限於此。在其他例子中,灰階值GS亦可包括更多或更少之位元數,而其中之w、x、y及z亦可做出其他調整。舉例來說,經由調整數值w及k,可決定第一組數值的數值空間大小(包括2k-w 個元素)大小。
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解碼單元,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畫素電壓。據此,本實施例之數位類比轉換器可有效地解決傳統數位類比轉換器面積大、成本高之缺點,而對應地具有面積較小與成本較低之優點。
另外,針對傳統經由內插方法來針對全部數位碼進行數位類比轉換之技術來說,本實施例之數位類比轉換器可改善此傳統技術中容易因對應之嘉瑪曲線較為非線性而導致畫素電壓誤差較高且應用其之液晶顯示器的畫面品質較差之缺點,而對應地具有畫素電壓誤差低及應用其之液晶顯示器之顯示畫面品質較佳之優點。
綜上所述,雖然本發明已以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。
10‧‧‧資料驅動器
11‧‧‧資料暫存器
13‧‧‧線性閂鎖器
14‧‧‧位準移位器
15‧‧‧輸出緩衝器
20‧‧‧數位類比轉換器
21‧‧‧解碼裝置
22‧‧‧運算放大器
21e‧‧‧邏輯電路
21a、21b、21c、21d‧‧‧邏輯電路
21a1、21a2、21a3、21d1、21d2、21d3、21b1至21b8、21c1至21c8‧‧‧子解碼單元
第1圖繪示本發明實施例的數位類比轉換器的方塊圖。
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圖繪示本實施例中灰階值GS與畫素電壓PV間的嘉瑪曲線。
第4A至4C圖繪示乃第1圖之解碼裝置21的詳細電路圖。
第5A及5B圖繪示乃第1圖之解碼裝置21的真值表。
20‧‧‧數位類比轉換器
21‧‧‧解碼裝置
22‧‧‧運算放大器

Claims (9)

  1. 一種數位類比轉換器,回應一灰階值的複數個數值產生對應之複數個電壓,其中該灰階值包括k個位元,k為大於1之自然數,該數位類比轉換器包括:一解碼裝置,包括:一第一解碼電路,用以於該灰階值中w個最重要位元(Most Significant Bit,MSB)均等於相同邏輯值時,提供位準實質上相同之一第一輸出電壓、一第二輸出電壓及一第三輸出電壓;一第二解碼電路,用以於該w個MSB不等於相同邏輯值時,回應於該灰階值中與該w個MSB相鄰之x個MSB提供一第一中間電壓;一邏輯運算電路,用以根據該x個MSB及該灰階值中與該x個MSB相鄰之y個MSB產生一第一邏輯控制訊號、一第二邏輯控制訊號及一第三邏輯控制訊號;一第三解碼電路,用以於該w個MSB不等於相同邏輯值時,回應於該x個MSB及該第一至該第三邏輯控制訊號提供一第二中間電壓;及一第四解碼電路,用以於該w個MSB不等於相同邏輯值時,根據該y個MSB及該灰階值中與該y個MSB相鄰之z個MSB選擇性地控制該第一輸出電壓為該第一及該第二中間電壓其中之一、選擇性地控制該第二輸出電壓為該第一及該第二中間電壓其中之一、選擇性地控制該第三輸出電壓為該第一及該第二中間電壓其中之一;以及一運算放大器,根據該第一至該第三輸出電壓來產生 一畫素電壓;其中,當該w個MSB不等於相同邏輯值時,該畫素電壓之位準係介於該第一及該第二中間電壓之間;其中,w、x、y及z為滿足條件:w+x+y+zk之自然數。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該邏輯運算電路更包括:一第一運算單元,用以根據該x個MSB中之一第w+x個MSB及該y個MSB中與該x個MSB相鄰之一第w+x+1個MSB的反或閘(NOR)運算結果與及閘(AND)運算結果分別產生該第一與該第二邏輯控制訊號;及一第二運算單元,用以根據該第一及該第二邏輯控制訊號之反相訊號的及閘運算結果產生該第三邏輯控制訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該第一解碼電路更包括:一第一子解碼單元,用以於該w個MSB均為邏輯0時,提供該些電壓中複數個位準最低之電壓來做為該第一電壓,並於該w個MSB均為邏輯1時,提供該些電壓中複數個位準最高之電壓來做為該第一電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器, 其中該第一解碼電路更包括:一第二子解碼單元,用以於該w個MSB均為邏輯0時,提供該些電壓中複數個位準最低之電壓來做為該第二電壓,並於該w個MSB均為邏輯1時,提供該些電壓中複數個位準最高之電壓來做為該第二電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該第一解碼電路更包括:一第三子解碼單元,用以於該w個MSB均為邏輯0時,提供該些電壓中複數個位準最低之電壓來做為該第三電壓,並於該w個MSB均為邏輯1時,提供該些電壓中複數個位準最高之電壓來做為該第三電壓。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該第四解碼電路更包括:一第一子解碼單元,用以於該y個MSB中之一第w+x+y個MSB對應至邏輯值1時,提供該第一中間電壓做為該第一輸出電壓,並於該第w+x+y個MSB對應至邏輯值0時,提供該第二中間電壓做為該第一輸出電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該第四解碼電路更包括:一第二子解碼單元,用以於該y個MSB中之一第w+x+y個MSB及該z個MSB中之一最低位位元(Last Significant Bit,LSB)對應至不同邏輯值時,提供該第一中間電壓做 為該第二輸出電壓,並於該第w+x+y個MSB及該LSB對應至相同邏輯值時,提供該第二中間電壓做為該第二輸出電壓。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之數位類比轉換器,其中該第四解碼電路更包括:一第三子解碼單元,用以於該y個MSB中之一第w+x+y個MSB及該z個MSB中與該y個MSB相鄰之一第w+x+y+1個MSB對應至不同邏輯值時,提供該第一中間電壓做為該第三輸出電壓,並於該第w+x+y個MSB及該第w+x+y+1個MSB對應至相同邏輯值時,提供該第二中間電壓做為該第三輸出電壓。
  9. 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三個正端輸入端,以分別接收該第一、該第二及該第三輸出電壓,該運算放大器係根據該第一至該第三電壓執行內插法以得到該畫素電壓。
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