TWI525993B - 用以產生電壓控制訊號之驅動電路 - Google Patents

Description

用以產生電壓控制訊號之驅動電路

本發明係關於一種用以產生電壓控制訊號之驅動電路；具體而言，本發明係關於一種能夠降低成本並解決控制時序問題之驅動電路。

在習知顯示器的驅動電路中包含正電源電壓及負電源電壓，進而增加電路的操作電壓範圍。在一般情況中，驅動電路係使用位準偏移器(level shifter)轉換低電壓訊號為高電壓訊號。舉例而論，若類比電路的最大操作電壓為6伏特，而數位電路的電壓為1.5V；則當電壓訊號需自數位電路傳送至類比訊號時，必須進行電壓位準轉換。

在實際情況中，從1.5伏特的電壓轉換至6伏特的電壓，一般的類比MOS電路能夠耐受這樣的電壓差。然而，當1.5伏特的電壓欲轉換至負電壓-6伏特時，這樣的電壓差將超過裝置的最大耐壓程度。

部分開發者索性使用高壓元件於類比MOS電路(例如：±15V)，其耐壓程度能夠承受上述壓差。然而，大量地使用高壓元件，不但需要更多的面積，且增加額外的成本。

此外，開發者嘗試提供介於1.5伏特與-6伏特之間的中間電壓位準(VCL)，試著解決類比MOS電路耐壓的問題與電源準位時序問題。亦即，此中間電壓位準通常藉由類比負電源電壓(AVEE)產生，且中間電壓位準約為-2.5伏特。然而，在實際情況中，中間電壓位準的啟動時間會在類比負 電源電壓的啟動時間之後。換句話說，若數位電路送係使用中間電壓位準傳送類比負電源電壓的啟動控制訊號，將導致類比負電源電壓啟動失敗。因此，使用中間電壓位準的方法仍存在些許系統應用上時序的問題。

有鑑於上述先前技術的問題，本發明提出一種能夠降低成本並解決控制時序問題的驅動電路。

於一方面，本發明提供一種非使用高壓元件之驅動電路，以降低成本及使用面積。

於另一方面，本發明提供一種設計電路邏輯之驅動電路，以提供電壓訊號。

本發明之一方面在於提供一種驅動電路，包含啟動端、操作開關、電壓控制端及輸出開關。在一實施例中，啟動端選擇性輸出第一電壓控制訊號及第二電壓控制訊號；操作開關耦接啟動端並根據第一電壓控制訊號關閉以產生低壓控制訊號或根據第二電壓控制訊號導通以產生高壓控制訊號。此外，電壓控制端耦接操作開關並根據低壓控制訊號以產生低壓或根據高壓控制訊號以產生偏壓。值得注意的是，輸出開關耦接電壓控制端並根據電壓控制端之低壓關閉以決定輸出電壓與低壓相同，或根據電壓控制端之偏壓導通以決定輸出電壓與高壓相同。

相較於先前技術，根據本發明之驅動電路係使用第一電壓控制訊號及第二電壓控制訊號控制操作開關及輸出開關，進而簡化前端電路結構，可降低成本並減少電路面積。在實際情況中，本驅動電路係透過該些開關之導通或關閉，不需要使用高壓元件，就能夠有效產生系統所需的負電壓訊號。在一實施例中，驅動電路更使用疊接之複數個元件平均承載其上的跨壓，具有足夠的耐壓程度。除此之外，本驅動電路並非使用與時序產生有關的雙負電壓準位，所以可以降 低啟動電路的失誤率。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

[本發明]

1、1A、1B‧‧‧驅動電路

2‧‧‧第一電源端

3‧‧‧接地端

4、4A‧‧‧低壓電源端

10‧‧‧啟動端

10A‧‧‧反相啟動端

20A、20B‧‧‧操作開關

25‧‧‧設定端

30‧‧‧電壓控制端

40‧‧‧輸出開關

50A‧‧‧第一反相開關

50B‧‧‧第二反相開關

60‧‧‧疊接電路模組

60A、60B、60C、60n‧‧‧元件

70‧‧‧輸出電阻

80‧‧‧輸出端

I‧‧‧電流

RA‧‧‧電阻

Strong NMOS‧‧‧強NMOS

SW1、SW2‧‧‧開關

SWA、SWB、SWn‧‧‧主動式負載

Weak PMOS‧‧‧弱PMOS

圖1係為本發明之驅動電路之實施例示意圖。

圖2係為本發明之電壓控制訊號示意圖。

圖3係為本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。

圖4係為本發明之電壓控制訊號之另一示意圖。

圖5係為本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。

根據本發明之一具體實施例，提供一種驅動電路，用以產生前端的電壓控制訊號；具體而論，本發明之驅動電路能夠產生負壓控制訊號的驅動電路，並非使用中間電位(VCL)產生負壓控制訊號，亦未使用大量的高壓元件。換句話說，本發明之驅動電路可有效提供所需的負壓控制訊號並降低成本及電路面積。

請參照圖1，圖1係為本發明之驅動電路之實施例示意圖。如圖1所示，驅動電路1包含反相啟動端10A、第一反相開關50A及第二反相開關50B、啟動端10、操作開關20A/20B、設定端25、電壓控制端30、疊接電路模組60、輸出開關40、複數個開關SW1、SW2、主動式負載SWA、SWB、…及SWn、第一電源端2、接地端3及低壓電源端4/4A。

在此實施例中，第一電源端2係為內部電源電壓並產生第一電壓控制訊號，其中第一電壓控制訊號為1.5伏特，但不以此為限。此外，接地端3係連接於零電位並耦接 於第二反相開關50B及操作開關20B，用以產生第二電壓控制訊號，其中第二電壓控制訊號係為零電壓(0伏特)。此外，低壓電源端4用以提供負電壓電源並輸出低壓，其中低壓係為負電源電壓且可以為-6伏特，但不以此為限。

如圖1所示，第一反相開關50A及第二反相開關50B耦接反相啟動端10A。進一步而論，反相啟動端10係耦接於第一反相開關50A及第二反相開關50B之閘極端並控制該些反相開關之導通或關閉。在實際情況中，驅動電路1可以自外部或其他耦接的裝置接收第一反相控制訊號或第二反相控制訊號，使得反相啟動端10A選擇性接收第一反相控制訊號或第二反相控制訊號，進而控制並決定驅動電路1的輸出訊號。此外，第一反相開關50A及第二反相開關50B形成反相器，能夠控制輸入訊號之相位。舉例而論，如圖2所示，圖2係為本發明之電壓控制訊號之示意圖，其中反相啟動端10之第一反相控制訊號的電壓位準為0伏特，且第二反相控制訊號之電壓位準為1.5伏特，但不以此為限。

在此先討論反相啟動端10A具有第一反相控制訊號及啟動端10具有第一電壓控制訊號的情況。在此實施例中，第一反相開關50A根據第一反相控制訊號(0伏特)導通以產生第一電壓控制訊號(1.5伏特)至啟動端10，其中該第一電壓控制訊號係自第一電源端2所產生。在實際情況中，啟動端10之電壓位準係與反相啟動端10A之電壓位準反相，故當反相啟動端10A之電壓位準為0伏特時，啟動端10之電壓位準為1.5伏特。如圖2及圖4所示，在相同的時序中，反相啟動端10A與啟動端10的電壓位準係呈相反的相位。

值得注意的是，啟動端10係耦接於操作開關20A及20B之閘極端，用以控制操作開關20A及20B之導通或關閉。在此實施例中，操作開關20A係為PMOS開關，操作開關20B係為NMOS開關，但不以此為限。

此外，啟動端10之第一電壓控制訊號傳送至操 作開關20A及操作開關20B，控制操作開關20A關閉且操作開關20B導通。操作開關20A係根據第一電壓控制訊號關閉以產低壓控制訊號至設定端25，使得設定端25之電壓位準設定為零電位，且電路電流路徑為開路狀態。

在實際情況中，輸出開關40之一端(也就是低壓電源端4)具有負電壓位準(-6伏特)，且輸出開關40根據設定端25之電壓位準設定為零電位以決定輸出端80之輸出電壓之位準與負電壓位準相同。此外，電壓控制端30經由疊接電路模組60耦接操作開關20A並根據低壓控制訊號以產生低壓。在此情況中，電壓控制端30根據設定端25之低壓控制訊號以產生低壓，其中低壓係與第二電源端4之電壓相同，係為-6伏特。除此之外，輸出開關根據電壓控制端30之低壓關閉以決定輸出端80之輸出電壓與低壓(-6伏特)相同。換言之，從上述電壓訊號之控制下，可得到輸出電壓為-6伏特。

接著，討論反相啟動端10A具有第二反相控制訊號及啟動端10具有第二電壓控制訊號的情況。如圖1及圖2所示，反相啟動端10A選擇性產生第二反相控制訊號(1.5伏特)至第二反相開關50B，且第二反相開關50B根據第二反相控制訊號導通以產生第二電壓控制訊號(0伏特)至啟動端10。當反相啟動端10A之電壓位準為1.5伏特時，啟動端10之電壓位準為0伏特。在實際情況中，啟動端10之第二電壓控制訊號傳送至操作開關20A及操作開關20B，控制操作開關20A導通及操作開關20B關閉。

此外，疊接電路模組60耦接操作開關20A並具有複數個元件60A、60B、60C、…、60n以及輸出電阻70，其中輸出電阻70耦接電壓控制端30與輸出開關40並具有阻值。如圖1所示，電壓控制端30經由疊接電路模組60耦接操作開關20A並根據高壓控制訊號以產生偏壓。

值得注意的是，如圖1及圖2所示，當操作開關20A根據第二電壓控制訊號導通產生高壓控制訊號時，電流I 流經疊接電路模組60之該些元件以產生電壓控制端30之偏壓，使得輸出開關根據電壓控制端之偏壓導通以決定輸出端之輸出電壓與高壓相同，其中高壓為0伏特。此外，電壓控制端30之偏壓係大於或等於低壓電源端4之電壓位準(-6伏特)，且小於或等於0伏特。換言之，由於主動式負載SWA~SWn為weak的主動式負載，所以電壓控制端30的準位只需大於元件的臨界電壓(Vth)，進而輕易地操控輸出開關40(NMOS)之開啟或關閉。

此外，當電流I流經疊接電路模組60之該些元件60A~60n時，該些元件係重新分配其上之跨壓。在實際應用中，該些元件60A~60n係平均分攤數值較大之電壓，可有效減少各元件所承受的耐壓。需說明的是，該些疊接元件之數量取決於電流I之大小，其中電流I之大小與輸出電阻70之阻值有關。在此實施例中，輸出電阻70之阻值正比於偏壓且反比於電流I。

如圖2所示，當電壓控制端30之偏壓大於輸出開關40之臨界電壓時，輸出開關40導通以使輸出端80之輸出電壓之位準為零電位。進一步而論，本發明透過反相啟動端10A之電壓控制訊號控制操作開關20A之導通或關閉，進而控制輸出端80之電壓位準能夠落於負電源電壓(AVEE，-6伏特)或零電位(0伏特)。值得注意的是，疊接電路模組60之該些元件60A~60n能夠重新分配其上的跨壓，可以有效分攤各元件的跨壓，大幅減輕各元件的耐壓負擔(overstress)。

請參照圖3，圖3係為本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。需說明的是，本實施例之啟動端10並未耦接反相器；換言之，驅動電路1A可根據電壓控制訊號之資訊，確認是否設置反相器，且反相器可設置於驅動電路之末端或耦接其他合適的控制端，並無特定之限制。

此外，啟動端10選擇性輸出第一電壓控制訊號及第二電壓控制訊號。在實際情況中，第一電壓控制訊號及 第二電壓控制訊號係為不同位準之電壓。操作開關20A耦接啟動端10並根據第一電壓控制訊號關閉以產生低壓控制訊號或根據第二電壓控制訊號導通以產生高壓控制訊號。

請參照圖4，圖4係為本發明之電壓控制訊號示意圖。如圖4所示，當啟動端10的電壓訊號為1.5伏特時，表示其控制訊號為HIGH，則操作開關20A關閉，操作開關20B導通，使得設定端25的電壓設定為0伏特，則電路電流路徑為開路狀態。值得注意的是，輸出開關40耦接於電壓控制端30與輸出端80之間，輸出開關40根據電壓控制端30之低壓關閉以決定輸出端80之輸出電壓與低壓相同，或根據電壓控制端30之偏壓導通以決定輸出端80之輸出電壓與高壓相同。

當啟動端10之電壓位準為高準位，且操作開關20A關閉並操作開關20B導通，則電壓控制端30之電壓位準與低壓電源端4之低壓位準相同。在此實施例中，低壓電源端4及低壓電源端4A之低壓位準為-6伏特，但不以為限。進一步而論，當電壓控制端30之電壓位準為-6伏特時，輸出開關40會關閉，使得輸出端80之輸出電壓為-6伏特。

當操作開關產生高壓控制訊號時，電流流經該些開關以產生電壓控制端之偏壓。當啟動端10之電壓位準為低準位，且操作開關20A導通時，疊接電路模組60之該些元件60A~60n重新分配其上之跨壓，使得電壓控制端30之偏壓位準正比於電流。在此實施例中，電壓控制端30之偏壓位準正比於電流I與輸出電阻70之乘積。當偏壓位準大於輸出開關40之臨界電壓時，輸出開關40導通，使得輸出電壓之位準為零電位。

請參照圖5，圖5係為本發明之驅動電路之另一實施例示意圖。如圖5所示，相對於圖1使用主動式負載SWA、SWB~SWn作為weak的PMOS元件，圖5之驅動電路1B係使用電阻RA作為被動式負載。需說明的是，在其他實施例中，驅動電路可使用其他被動式元件作為被動式負載， 可以不限於電阻元件，並無特定之限制。至於其他元件之詳細操作內容，如同圖1及圖3之實施例所述，在此不加以贅述。

相較於先前技術，根據本發明之驅動電路1、1A係使用第一電壓控制訊號及第二電壓控制訊號控制操作開關及輸出開關，進而簡化前端電路結構，可降低成本並減少電路面積。在實際情況中，本驅動電路係透過該些開關之導通或關閉，不需要使用高壓元件，就能夠有效產生系統所需的負電壓訊號。在一實施例中，驅動電路1、1A更使用疊接之複數個元件平均承載其上的跨壓，具有足夠的耐壓程度。除此之外，本驅動電路並非使用時序控制訊號，可以降低啟動電路的失誤率。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1‧‧‧驅動電路

2‧‧‧第一電源端

3‧‧‧接地端

4、4A‧‧‧低壓電源端

10‧‧‧啟動端

10A‧‧‧反相啟動端

20A、20B‧‧‧操作開關

25‧‧‧設定端

30‧‧‧電壓控制端

40‧‧‧輸出開關

50A‧‧‧第一反相開關

50B‧‧‧第二反相開關

60‧‧‧疊接電路模組

60A、60B、60C、60n‧‧‧元件

70‧‧‧輸出電阻

80‧‧‧輸出端

I‧‧‧電流

Strong NMOS‧‧‧強NMOS

SW1、SW2‧‧‧開關

SWA、SWB、SWn‧‧‧主動式負載

Weak PMOS‧‧‧弱PMOS

Claims (10)

1. 一種驅動電路，包含：一啟動端，選擇性輸出一第一電壓控制訊號及一第二電壓控制訊號；一操作開關，耦接該啟動端並根據該第一電壓控制訊號關閉以產生一低壓控制訊號或根據該第二電壓控制訊號導通以產生一高壓控制訊號；一電壓控制端，耦接該操作開關並根據該低壓控制訊號以產生一低壓或根據該高壓控制訊號以產生一偏壓；以及一輸出開關，耦接該電壓控制端並根據該電壓控制端之該低壓關閉以決定一輸出電壓與該低壓相同，或根據該電壓控制端之該偏壓導通以決定該輸出電壓與一高壓相同。
2. 如請求項1所述之驅動電路，進一步包含：一反相啟動端，選擇性接收一第一反相控制訊號或一第二反相控制訊號；一第一反相開關，耦接該反相啟動端並根據該第一反相控制訊號導通以產生該第一電壓控制訊號至該啟動端；以及一第二反相開關，耦接該反相啟動端及該第一反相開關並根據該第二反相控制訊號導通以產生該第二電壓控制訊號至該啟動端。
3. 如請求項1所述之驅動電路，進一步包含： 一疊接電路模組，耦接該操作開關並具有複數個元件，其中當該操作開關產生該高壓控制訊號時，一電流流經該些元件以產生該電壓控制端之該偏壓。
4. 如請求項1所述之驅動電路，其中當該電壓控制端之該偏壓大於該輸出開關之一臨界電壓時，該輸出開關導通以使該輸出電壓之位準為零電位。
5. 如請求項3所述之驅動電路，其中該些元件之數量取決於該電流之大小。
6. 如請求項3所述之驅動電路，其中該些元件係重新分配其上之跨壓，使得該偏壓之位準正比於該電流。
7. 如請求項3所述之驅動電路，其中該輸出開關之一端具有一負電壓位準，且該輸出開關決定該輸出電壓之位準與該負電壓位準相同。
8. 如請求項3所述之驅動電路，其中該疊接電路模組進一步包含：一輸出電阻，耦接該電壓控制端與該輸出開關並具有一阻值，其中該阻值正比於偏壓且反比於該電流。
9. 如請求項2所述之驅動電路，進一步包含：一第一電源端，耦接該第一反相開關並產生該第一電壓控制訊號。
10. 如請求項8所述之驅動電路，進一步包含：一低壓電源端，耦接該輸出電阻與該輸出開關並輸出該低壓。