TWI557706B - 應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法 - Google Patents

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Description

應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法
本發明係與液晶顯示裝置有關，特別是關於一種應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法。
隨著液晶顯示技術不斷進步，液晶顯示器已廣泛應用於各種不同領域中，並且液晶顯示面板之尺寸與畫素亦隨之不斷增大。
為了滿足液晶顯示面板之尺寸與畫素日益增大的需求，負責傳遞資料的類比資料傳送器之速度亦需隨之增加，以避免使用者看到液晶顯示面板之不同畫素之間的資料傳遞出現落差導致其顯示之畫面品質不佳。
傳統的高速類比資料傳送器大多採用直接增大其運算放大器之電流的機制或是採用超過預設臨界電壓即觸發電壓轉換速率增進電路(slew rate enhancement circuit)的機制來增快其速度。然而，無論是採用直接增大其運算放大器之電流的機制導致整個電路的靜態功耗增大，或是採用電壓轉換速率增進電路的機制均無法改善類比資料傳送器運作於高速時所產生之溫度過高的問題，這將會導致類比資料傳送器效能變差，也嚴重影響到液晶顯示裝置顯示之畫面品質，亟待改善。
因此，本發明提出一種應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法，以解決上述問題。
根據本發明之一具體實施例係為一種類比資料傳送器。於此實施例中，類比資料傳送器係應用於液晶顯示裝置。類比資料傳送器包含輸出墊、通道運算放大器、原始開關、輔助開關模組及偵測單元。輸出墊用以輸出一輸出資料訊號。通道運算放大器包含第一輸入端、第二輸入端及輸出級。輸出級包含複數個電晶體開關。第一輸入端用以接收一輸入資料訊號。原始開關耦接輸出級。輔助開關模組耦接於原始開關與輸出墊之間。輔助開關模組包含第一開關單元及第二開關單元。第一開關單元與第二開關單元係串接於工作電壓與接地端之間。原始開關與輸出墊均係耦接至第一開關單元與第二開關單元之間。
偵測單元分別耦接第二輸入端、輸出墊及輔助開關模組，用以根據輸出資料訊號之資料轉換振幅所對應之脈寬調變量選擇性地啟動輔助開關模組中之第一開關單元或第二開關單元。於第一開關單元或第二開關單元在第一時間被啟動並持續運作至第二時間之期間內，輸出級之該些電晶體開關係操作於電阻較小之線性區而非電阻較大的飽和區，並且原始開關於該期間內係停止運作，直至第二時間才啟動，該期間之長度係對應於脈寬調變量。
於一實施例中，當偵測單元偵測到輸出資料訊號之資料轉換振幅為上升時，偵測單元啟動輔助開關模組中之第一開關單元，使得原始開關耦接工作電壓。
於一實施例中，當偵測單元偵測到輸出資料訊號之資料轉換振幅為下降時，偵測單元啟動輔助開關模組中之第二開關單元，使得原始開關耦接接地端。
於一實施例中，類比資料傳送器進一步包含一電阻，其一端耦接至第一開關單元與第二開關單元之間，其另一端耦接至輸出墊，電阻係用於靜電防護。
於一實施例中，類比資料傳送器之溫度係與類比資料傳送器之消耗功率有關，當輸出級之該些電晶體開關於該期間內操作於電阻較小 之線性區時，類比資料傳送器之消耗功率較低，類比資料傳送器之溫度亦較低。
於一實施例中，液晶顯示裝置包含源極驅動器，類比資料傳送器係應用於源極驅動器。
根據本發明之另一具體實施例係為一種類比資料傳送器運作方法。於此實施例中，類比資料傳送器運作方法係用以運作類比資料傳送器。類比資料傳送器包含輸出墊、通道運算放大器、原始開關、輔助開關模組及偵測單元。通道運算放大器包含第一輸入端、第二輸入端及輸出級。輸出級包含複數個電晶體開關。輔助開關模組包含第一開關單元及第二開關單元。原始開關耦接輸出級。第一開關單元與第二開關單元係串接於工作電壓與接地端之間。原始開關與輸出墊均係耦接至第一開關單元與第二開關單元之間。偵測單元分別耦接第二輸入端、輸出墊及輔助開關模組。
該方法包含下列步驟：(a)第一輸入端接收一輸入資料訊號；(b)偵測單元偵測輸出墊所輸出之輸出資料訊號，並根據輸出資料訊號之資料轉換振幅所對應之脈寬調變量選擇性地啟動輔助開關模組中之第一開關單元或第二開關單元；(c)於第一開關單元或第二開關單元在第一時間被啟動並持續運作至第二時間之期間內，輸出級之該些電晶體開關係操作於電阻較小之線性區而非電阻較大的飽和區，並且原始開關於該期間內係停止運作，直至第二時間才啟動，其中該期間之長度係對應於脈寬調變量。
相較於先前技術，根據本發明之應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法可根據不同的資料傳送振幅提供相對應的脈寬調變方式對資料傳送進行低溫低功率之處理，不僅可加快類比資料傳送器的電壓轉換速率，以符合大尺寸高畫素之液晶顯示裝置對於資料傳送速度之要求，還能夠有效改善傳統類比資料傳送器所遭遇之溫度過高的問題，故能提升類比資料傳送器之效能，並改善液晶顯示裝置顯示之畫面品質。
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。
S10~S14‧‧‧流程步驟
1‧‧‧類比資料傳送器
10‧‧‧通道運算放大器
12‧‧‧原始開關
14‧‧‧輔助開關模組
16‧‧‧輸出墊
18‧‧‧偵測單元
DATA‧‧‧輸入資料訊號
RESD‧‧‧電阻
LD‧‧‧輸出負載
10A‧‧‧運算放大器
10B‧‧‧輸出級
M1‧‧‧第一電晶體開關
M2‧‧‧第二電晶體開關
VDD‧‧‧工作電壓
SW1‧‧‧第一開關單元
SW2‧‧‧第二開關單元
SOUT‧‧‧輸出資料訊號
VDS‧‧‧電晶體的汲極-源極電壓
ID‧‧‧電晶體的汲極電流
SINI‧‧‧原始開關訊號
SH‧‧‧輔助開關訊號
T0~T5‧‧‧第0時間~第5時間
圖1係繪示根據本發明之一具體實施例之類比資料傳送器的功能方塊圖。
圖2係繪示圖1中之類比資料傳送器的詳細示意圖。
圖3係繪示當輔助開關模組被啟動時，輸出級之電晶體開關操作於電阻較小之線性區而非電阻較大的飽和區之示意圖。
圖4A至圖4D係分別繪示輸出資料訊號、原始開關訊號、輔助開關訊號以及經脈寬調變後之開關訊號之時序圖。
圖5係繪示根據本發明之另一具體實施例之類比資料傳送器運作方法之流程圖。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種類比資料傳送器。於此實施例中，類比資料傳送器係應用於液晶顯示裝置之源極驅動器，但不以此為限。
請參照圖1，圖1係繪示根據本實施例之類比資料傳送器的功能方塊圖。如圖1所示，類比資料傳送器1包含通道運算放大器10、原始開關12、輔助開關模組14、輸出墊16及偵測單元18。其中，通道運算放大器10耦接原始開關12；原始開關12耦接輔助開關模組14；輔助開關模組14耦接輸出墊16；偵測單元18分別耦接通道運算放大器10、輔助開關模組14及輸出墊16。通道運算放大器10接收輸入資料訊號DATA。
請參照圖2，圖2係繪示圖1中之類比資料傳送器1的詳細示意圖。如圖2所示，類比資料傳送器1包含通道運算放大器10、原始開關12、輔助開關模組14、電阻RESD、輸出墊16、偵測單元18及輸出負載LD。其中，電阻RESD係耦接於輔助開關模組14與輸出墊16之間。
於此實施例中。通道運算放大器10包含運算放大器10A及輸出級10B。運算放大器10A包含第一輸入端-及第二輸入端+。輸出級10B包含彼此串接的第一電晶體開關M1及第二電晶體開關M2。其中，第一電晶體開關M1為P型金氧半場效電晶體(PMOS)且第二電晶體開關M2為N型金氧半場效電晶體(NMOS)，但不以此為限。輔助開關模組14包含第一開關單元SW1及第二開關單元SW2。第一開關單元SW1與第二開關單元SW2係串接於工作電壓VDD與接地端之間。原始開關12之輸入端耦接至第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2之間；原始開關12之輸出端耦接至第一開關單元SW1與第二開關單元SW2之間。
偵測單元18分別耦接運算放大器10A的第二輸入端+、輸出墊16及輔助開關模組14中之第一開關單元SW1及第二開關單元SW2。偵測單元18偵測從輸出墊16所輸出的輸出資料訊號SOUT，並根據輸出資料訊號SOUT之資料轉換振幅所對應之脈寬調變量選擇性地啟動輔助開關模組SOUT中之第一開關單元SW1或第二開關單元SW2。
於實際應用中，當偵測單元18偵測到輸出資料訊號SOUT之資料轉換振幅為上升時，偵測單元18將會啟動輔助開關模組14中之第一開關單元SW1，使得原始開關12耦接工作電壓VDD。當偵測單元偵測到輸出資料訊號SOUT之資料轉換振幅為下降時，偵測單元18將會啟動輔助開關模組14中之第二開關單元SW2，使得原始開關12耦接至接地端。
請參照圖3，圖3係繪示輸出級之電晶體開關的汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)之曲線。如圖3所示，當輔助開關模組14被啟動時，由於原始開關12會延後被啟動，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2係操作於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)曲線的線性區而非後面的飽和區。由於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)之曲線斜率係與電阻值成反比，並且線性區的斜率比飽和區的斜率來得大，因此，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2操作於線性區的電阻值會較小，亦可降低其消耗功率[消耗功率W=(電流I)2*電阻R]，故能使得類比資料傳送器的溫度有效降低。
接著，請參照圖4A至圖4D，圖4A至圖4D係分別繪示輸出資料訊號(SOUT)、原始開關訊號(SINI)、輔助開關訊號(SH)以及經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)之時序圖。
如圖4B所示，原始開關訊號SINI於第0時間T0由高準位變為低準位後維持低準位，直至第1時間T1由低準位變為高準位後維持高準位，之後於第3時間T3由高準位變為低準位後維持低準位，直至第4時間T4由低準位變為高準位後維持高準位。這代表原始開關12於第0時間T0由原本的開啟狀態切換至關閉狀態後維持關閉狀態，直至第1時間T1再切換至開啟狀態後維持開啟狀態，之後於第3時間T3切換至關閉狀態後維持關閉狀態，直至第4時間T4再切換至開啟狀態後維持開啟狀態。也就是說，原始開關12的關閉狀態僅從第0時間T0維持至第1時間T1即切換至開啟狀態，以及從第3時間T3維持至第4時間T4即切換至開啟狀態。
如圖4A、圖4C及圖4D所示，當輸出資料訊號SOUT從第1時間T1開始上升至第2時間T2時，輔助開關訊號SH於第1時間T1切換至高準位並維持高準位至第2時間T2，亦即輔助開關模組14中之第一開關單元SW1將會於第1時間T1切換至開啟狀態並維持開啟狀態至第2時間T2。由於當輔助開關模組14處於開啟狀態時，原始開關12將會處於關閉狀態，因此，從第0時間T0開始處於關閉狀態的原始開關12將會延後至第2時間T2才切換至開啟狀態，而不會於第1時間T1即切換至開啟狀態。亦即經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)於第0時間T0由高準位變為低準位後將會持續維持低準位，直至第2時間T2才會由低準位變為高準位，使得經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)由低準位切換至高準位的時間由原本的第1時間T1往後延至第2時間T2。
於輔助開關模組14中之第一開關單元SW1在第1時間T1被啟動並持續運作至第2時間T2之期間內，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2係操作於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)曲線的線性區而非飽和區，並且原始開關12於第1時間T1至第2時間T2的期間內係停止運作，直至第2時間T2才啟動。從第1時間T1至第2時間T2的期間之長度(T2-T1)係對應於輸出資料訊號SOUT的資料轉換振幅 (亦即輸出資料訊號SOUT的上升段)所花費的時間，亦對應於經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)所受之脈寬調變量。
當輸出資料訊號SOUT從第4時間T4開始下降至第5時間T5時，輔助開關訊號SH於第4時間T4切換至高準位並維持高準位至第5時間T5，亦即輔助開關模組14中之第二開關單元SW2於第4時間T4切換至開啟狀態並維持開啟狀態至第5時間T5。由於當輔助開關模組14處於開啟狀態時，原始開關12將會處於關閉狀態，因此，從第3時間T3開始處於關閉狀態的原始開關12將會延後至第5時間T5才切換至開啟狀態，而不會於第4時間T4即切換至開啟狀態。亦即經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)於第3時間T3由高準位變為低準位後維持低準位，直至第5時間T5才會由低準位變為高準位後維持高準位，使得經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)由低準位切換至高準位的時間由原本的第4時間T4往後延至第5時間T5。
於輔助開關模組14中之第二開關單元SW2在第4時間T4被啟動並持續運作至第5時間T5之期間內，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2係操作於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)曲線的線性區而非飽和區，並且原始開關12於第4時間T4至第5時間T5的期間內係停止運作，直至第5時間T5才啟動。從第4時間T4至第5時間T5的期間之長度(T5-T4)係對應於輸出資料訊號SOUT的資料轉換振幅(亦即輸出資料訊號SOUT的下降段)所花費的時間，亦對應於經脈寬調變後之開關訊號(SINI-SH)所受之脈寬調變量。
藉此，由於原始開關12會延後被啟動，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2係操作於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)曲線的線性區而非後面的飽和區。由於汲極電流(ID)對汲極-源極電壓(VDS)之曲線斜率係與電阻值成反比，並且線性區的斜率比飽和區的斜率來得大，因此，輸出級10B之第一電晶體開關M1與第二電晶體開關M2操作於線性區的電阻值會較小，亦可降低其消耗功率[消耗功率W=(電流I)2*電阻R]，故能使得類比資料傳送器1的溫度能有效降低。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種類比資料傳送 器運作方法。於此實施例中，類比資料傳送器運作方法係用以運作一類比資料傳送器。類比資料傳送器係應用於液晶顯示裝置之源極驅動器，但不以此為限。類比資料傳送器包含有輸出墊、通道運算放大器、原始開關、輔助開關模組及偵測單元。通道運算放大器包含第一輸入端、第二輸入端及輸出級。輸出級包含複數個電晶體開關。輔助開關模組包含第一開關單元及第二開關單元。原始開關耦接輸出級。第一開關單元與第二開關單元係串接於工作電壓與接地端之間。原始開關與輸出墊均係耦接至第一開關單元與第二開關單元之間。偵測單元分別耦接第二輸入端、輸出墊及輔助開關模組。
請參照圖5，圖5係繪示根據本實施例之類比資料傳送器運作方法之流程圖。如圖5所示，於步驟S10中，通道運算放大器透過第一輸入端接收一輸入資料訊號。於步驟S12中，偵測單元偵測輸出墊所輸出之輸出資料訊號，並根據輸出資料訊號之資料轉換振幅所對應之脈寬調變量選擇性地啟動輔助開關模組中之第一開關單元或第二開關單元。於步驟S14中，於第一開關單元或第二開關單元在第一時間被啟動並持續運作至第二時間之期間內，輸出級之該些電晶體開關係操作於電阻較小之線性區而非電阻較大的飽和區，並且原始開關於該期間內係停止運作，直至第二時間才啟動，其中該期間之長度係對應於脈寬調變量。
相較於先前技術，根據本發明之應用於液晶顯示裝置之類比資料傳送器及其運作方法可根據不同的資料傳送振幅提供相對應的脈寬調變方式對資料傳送進行低溫低功率之處理，不僅可加快類比資料傳送器的電壓轉換速率，以符合大尺寸高畫素之液晶顯示裝置對於資料傳送速度之要求，還能夠有效改善傳統類比資料傳送器所遭遇之溫度過高的問題，故能提升類比資料傳送器之效能，並改善液晶顯示裝置顯示之畫面品質。
相較於先前技術，根據本發明之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‧‧‧類比資料傳送器
10‧‧‧通道運算放大器
12‧‧‧原始開關
14‧‧‧輔助開關模組
16‧‧‧輸出墊
18‧‧‧偵測單元
DATA‧‧‧輸入資料訊號

Claims (10)

  1. 一種類比資料傳送器，係應用於一液晶顯示裝置，該類比資料傳送器包含：一輸出墊，用以輸出一輸出資料訊號；一通道運算放大器(channel operational amplifier)，包含一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出級(output stage)，該輸出級包含複數個電晶體開關，該第一輸入端用以接收一輸入資料訊號；一原始開關，耦接該輸出級；一輔助開關模組，耦接於該原始開關與該輸出墊之間，該輔助開關模組包含一第一開關單元及一第二開關單元，該第一開關單元與該第二開關單元係串接於一工作電壓與一接地端之間，該原始開關與該輸出墊均係耦接至該第一開關單元與該第二開關單元之間；以及一偵測單元，分別耦接該第二輸入端、該輸出墊及該輔助開關模組，用以根據該輸出資料訊號之一資料轉換振幅所對應之一脈寬調變量選擇性地啟動該輔助開關模組中之該第一開關單元或該第二開關單元。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之類比資料傳送器，其中當該偵測單元偵測到該輸出資料訊號之該資料轉換振幅為上升時，該偵測單元啟動該輔助開關模組中之該第一開關單元，使得該原始開關耦接該工作電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之類比資料傳送器，其中當該偵測單元偵測到該輸出資料訊號之該資料轉換振幅為下降時，該偵測單元啟動該輔助開關模組中之該第二開關單元，使得該原始開關耦接該接地端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之類比資料傳送器，進一步包含：一電阻，其一端耦接至該第一開關單元與該第二開關單元之間，其另一端耦接至該輸出墊，該電阻係用於靜電防護。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之類比資料傳送器，其中該類比資料傳送器之溫度係與該類比資料傳送器之消耗功率有關。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之類比資料傳送器，其中該液晶顯示裝置包含一源極驅動器，該類比資料傳送器係應用於該源極驅動器。
  7. 一種類比資料傳送器運作方法，用以運作一類比資料傳送器，該類比資料傳送器包含一輸出墊、一通道運算放大器、一原始開關、一輔助開關模組及一偵測單元，該通道運算放大器包含一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出級，該輸出級包含複數個電晶體開關，該輔助開關模組包含一第一開關單元及一第二開關單元，該原始開關耦接該輸出級，該第一開關單元與該第二開關單元係串接於一工作電壓與一接地端之間，該原始開關與該輸出墊均係耦接至該第一開關單元與該第二開關單元之間，該偵測單元分別耦接該第二輸入端、該輸出墊及該輔助開關模組，該方法包含下列步驟：(a)該第一輸入端接收一輸入資料訊號；(b)該偵測單元偵測該輸出墊所輸出之一輸出資料訊號，並根據該輸出資料訊號之一資料轉換振幅所對應之一脈寬調變量選擇性地啟動該輔助開關模組中之該第一開關單元或該第二開關單元。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之類比資料傳送器運作方法，其中當該偵測單元偵測到該輸出資料訊號之該資料轉換振幅為上升時，該偵測單元啟動該輔助開關模組中之該第一開關單元，使得該原始開關耦 接該工作電壓。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之類比資料傳送器運作方法，其中當該偵測單元偵測到該輸出資料訊號之該資料轉換振幅為下降時，該偵測單元啟動該輔助開關模組中之該第二開關單元，使得該原始開關耦接該接地端。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之類比資料傳送器運作方法，其中該類比資料傳送器之溫度係與該類比資料傳送器之消耗功率有關。
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