TWI591968B - 應用於顯示裝置之位準移位器電路 - Google Patents

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Description

應用於顯示裝置之位準移位器電路
本發明係與位準移位器(Level Shifter)有關，尤其是關於一種應用於顯示裝置之驅動IC中之位準移位器電路。
一般而言，位準移位器電路可算是液晶顯示裝置的驅動IC中最主要的電路之一。無論是源極驅動IC或是閘極驅動IC，每一個驅動IC均需設置有位準移位器電路來對輸入訊號的電壓位準進行調整，使其轉換為具有高電壓的輸出訊號，以滿足液晶顯示裝置運作時之需求。因此，就液晶顯示裝置的驅動IC之整體效能及生產成本而言，位準移位器電路的確扮演著相當關鍵性的角色。
請參照圖1，圖1係繪示一般最常見的位準移位器電路之示意圖。如圖1所示，由於連接至位準移位器電路1之輸入端IN的第一電晶體M1及第二電晶體M2均屬於具有高臨界電壓(Threshold Voltage)的高電壓電晶體元件，需具有較高的寬/長比(W/L Ratio)，導致在輸入訊號SIN發生位準變化時，會有較大的瞬態電流(Transient Current)產生。
在最差的情況下，當具有高臨界電壓的第一電晶體M1及第二電晶體M2的閘極分別接收到具有很低電壓的輸入訊號SIN及其反相訊號時，第一電晶體M1及第二電晶體M2將無法順利被啟動，因而導致位準移位器電路1無法正常運作。
有鑑於此，本發明提出一種應用於顯示裝置之位 準移位器電路，以有效解決先前技術所遭遇到之上述種種問題。
根據本發明之一具體實施例為一種位準移位器電路。於此實施例中，位準移位器電路係應用於顯示裝置之驅動電路，用以將具有第一電壓之輸入訊號轉換為具有第二電壓之輸出訊號。位準移位器電路包含輸入端、第一輸出端、第二輸出端、輸入級、第一控制偏壓單元、輸出級及第二控制偏壓單元。
輸入端用以接收輸入訊號。第一輸出端及第二輸出端用以分別輸出輸出訊號。輸入級包含第一電晶體及第二電晶體。第一電晶體及第二電晶體之閘極均耦接輸入端。第一控制偏壓單元包含第三電晶體及第四電晶體。第三電晶體及第四電晶體分別耦接第一電晶體及第二電晶體，並且第三電晶體及第四電晶體之閘極均受第一偏壓所控制。
輸出級包含第五電晶體及第六電晶體。第五電晶體及第六電晶體分別耦接第三電晶體及第四電晶體，並且第五電晶體及第六電晶體之閘極分別耦接第一輸出端及第二輸出端。第二控制偏壓單元包含第七電晶體及第八電晶體。第七電晶體及第八電晶體分別耦接第五電晶體及第六電晶體，並且第七電晶體及第八電晶體之閘極均受第二偏壓所控制。第一電晶體、第二電晶體、第三電晶體及第四電晶體係為N型電晶體且第五電晶體、第六電晶體、第七電晶體及第八電晶體係為P型電晶體。
於一實施例中，第一電晶體及第二電晶體之閘極分別接收到輸入訊號及其反相訊號而被啟動。
於一實施例中，第二電壓大於第一電壓。
於一實施例中，輸入級中之第一電晶體及第二電晶體的臨界電壓值小於第三電晶體、第四電晶體、第五電晶體、第六電晶體、第七電晶體及第八電晶體的臨界電壓值。
於一實施例中，輸入級中之第一電晶體及第二電 晶體的寬/長比(W/L Ratio)小於第三電晶體、第四電晶體、第五電晶體、第六電晶體、第七電晶體及第八電晶體的寬/長比。
於一實施例中，第一電晶體、第三電晶體、第五電晶體及第七電晶體係彼此串聯於工作電壓與接地電壓之間。
於一實施例中，第二電晶體、第四電晶體、第六電晶體及第八電晶體係彼此串聯於工作電壓與接地電壓之間。
於一實施例中，顯示裝置之驅動電路係為源極驅動器電路(Source Driver Circuit)或閘極驅動器電路(Gate Driver Circuit)。
於一實施例中，第一輸出端及第二輸出端係耦接至顯示裝置之驅動電路中的複數個高電壓元件之間。
於一實施例中，複數個高電壓元件係為輸出緩衝器或數位類比轉換器(DAC)。
相較於先前技術，本發明所提出的位準移位器電路係應用於顯示裝置之源極驅動IC或閘極驅動IC中，位準移位器電路包含兩組控制偏壓單元並透過第二控制偏壓來進行消耗功率之控制。由於本發明所提出的位準移位器電路之輸入級中的第一電晶體及第二電晶體均屬於具有低臨界電壓的低電壓電晶體元件，故可具有較小的寬/長比(W/L Ratio)，搭配適當的第二控制偏壓，而能在輸入訊號發生位準變化時抑制瞬態電流(Transient Current)的大小。即使輸入至位準移位器電路之輸入訊號的電壓很低，具有低臨界電壓的第一電晶體及第二電晶體仍能順利被啟動，使得整個位準移位器電路仍能維持正常運作。
此外，由於本發明所提出的位準移位器電路之輸入級中的第一電晶體及第二電晶體的寬/長比較先前技術中的第一電晶體及第二電晶體的寬/長比來得小，故能有效縮減整個位準移位器電路之佈局面積達17%左右，以節省成本。
綜上所述，本發明所提出的位準移位器電路可應用於液晶顯示裝置的驅動電路並能夠有效降低生產成本及提升整體效能，明顯優於先前技術中之位準移位器電路。
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。
1、2‧‧‧位準移位器電路
20‧‧‧輸入級
21‧‧‧第一控制偏壓單元
22‧‧‧第二控制偏壓單元
23‧‧‧輸出級
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧第一輸出端
OUTB‧‧‧第二輸出端
M1~M8‧‧‧第一電晶體~第八電晶體
VDD‧‧‧工作電壓
VN‧‧‧第一偏壓
VP‧‧‧第二偏壓
GND‧‧‧接地電壓
INV‧‧‧反相器
SIN‧‧‧輸入訊號
SOUT‧‧‧第一輸出訊號
SOUTB‧‧‧第二輸出訊號
T‧‧‧時間
ITR‧‧‧瞬態電流
圖1係繪示傳統上最常見的位準移位器電路之示意圖。
圖2係繪示根據本發明之一較佳具體實施例之位準移位器電路的示意圖。
圖3A至圖3C係分別繪示輸入訊號、輸出訊號及瞬態電流的波形圖。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種位準移位器電路。於此實施例中，位準移位器電路係應用於顯示裝置之驅動IC，例如源極驅動器(Source Driver)IC或閘極驅動器(Gate Driver)IC，用以將具有較低電壓位準之輸入訊號轉換為具有較高電壓位準之輸出訊號，但不以此為限。
請參照圖2，圖2係繪示根據本發明之一較佳具體實施例之位準移位器電路的示意圖。於此實施例中，位準移位器電路2係將具有第一電壓之輸入訊號SIN轉換為具有第二電壓之輸出訊號SOUT及SOUTB，其中第二電壓大於第一電壓，使得具有較高電壓的輸出訊號能滿足液晶顯示裝置運作時之需求。
如圖2所示，位準移位器電路2包含輸入端IN、第一輸出端OUT、第二輸出端OUTB、反相器INV、輸入級20、第一控制偏壓單元21、第二控制偏壓單元22及輸出級23。其中，輸入級20、第一控制偏壓單元21、輸出級23及第二控制偏壓單元22係串接於工作電壓VDD與接地電壓GND之間。
於此實施例中，輸入級20包含第一電晶體M1及第二電晶體M2；第一控制偏壓單元21包含第三電晶體M3及第四電晶體M4；第二控制偏壓單元22包含第七電晶體M7及第八電晶體M8；輸出級23包含第五電晶體M5及第六電晶體M6。
第一電晶體M1、第三電晶體M3、第五電晶體M5及第七電晶體M7係彼此串聯於工作電壓VDD與接地電壓GND之間；第二電晶體M2、第四電晶體M4、第六電晶體M6及第八電晶體M8係彼此串聯於工作電壓VDD與接地電壓GND之間。
於實際應用中，第一電晶體M1、第二電晶體M2、第三電晶體M3及第四電晶體M4可以是N型電晶體且第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7及第八電晶體M8可以是P型電晶體，但不以此為限。至於反相器INV的輸入端係耦接於輸入端IN與第一電晶體M1的閘極之間且反相器INV的輸出端係耦接至第二電晶體M2的閘極。
需說明的是，相對來說，輸入級20中之第一電晶體M1及第二電晶體M2具有較低的臨界電壓值，而第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7及第八電晶體M8則具有較高的臨界電壓值。也就是說，輸入級20中之第一電晶體M1及第二電晶體M2的臨界電壓值會小於位準移位器電路2中之其他電晶體(第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7及第八電晶體M8)的臨界電壓值，但不以此為限。
因此，即使第一電晶體M1及第二電晶體M2的閘極所接收到的輸入訊號SIN的電壓很低，但臨界電壓值很小的第一電晶體M1及第二電晶體M2仍能順利被啟動，使得位準移位器電路2能夠正常運作，而不會像圖1所示的先前技術中之第一電晶體M1及第二電晶體M2無法順利被啟動而導 致位準移位器電路1無法正常運作。
此外，由於輸入級20中之第一電晶體M1及第二電晶體M2的臨界電壓值會小於位準移位器電路2中之其他電晶體(第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7及第八電晶體M8)的臨界電壓值，因此，輸入級20中之第一電晶體M1及第二電晶體M2的寬/長比(W/L Ratio)可小於位準移位器電路2中之其他電晶體(第三電晶體M3、第四電晶體M4、第五電晶體M5、第六電晶體M6、第七電晶體M7及第八電晶體M8)的寬/長比，但不以此為限。實際上，具有任何寬/長比的金氧半場效電晶體(MOSFET)均可應用於本發明中，但不以此為限。
輸入級20中之第一電晶體M1之閘極係直接耦接至輸入端IN，而第二電晶體M2之閘極則係透過反相器INV耦接至輸入端IN。當具有超低電壓的輸入訊號SIN被輸入至輸入端IN時，第一電晶體M1之閘極會接收到此一具有超低電壓的輸入訊號SIN。由於第一電晶體M1具有很低的臨界電壓值，因此，第一電晶體M1仍能順利被啟動。
至於第二電晶體M2之閘極則會接收到經反相器INV反相處理後之輸入訊號SIN的反相訊號，雖然輸入訊號SIN的反相訊號亦具有超低的電壓，但由於第二電晶體M2亦具有很低的臨界電壓值，因此，第二電晶體M2仍能順利被啟動。
第一控制偏壓單元21中之第三電晶體M3及第四電晶體M4分別耦接第一電晶體M1及第二電晶體M2，並且第三電晶體M3及第四電晶體M4之閘極均受第一偏壓VN所控制。需說明的是，即使第一電晶體M1及第二電晶體M2屬於低電壓元件，只要適當地選擇去耦合(Decoupling)且容易控制的第一偏壓VN，就不致於會發生燒毀(Burn-out)的現象。
輸出級23中之第五電晶體M5及第六電晶體M6分別耦接第三電晶體M3及第四電晶體M4，並且第五電晶體M5及第六電晶體M6之閘極分別耦接第一輸出端OUT及第二 輸出端OUTB，並由第一輸出端OUT及第二輸出端OUTB分別輸出第一輸出訊號SOUT及第二輸出訊號SOUTB。
於實際應用中，由於位準移位器電路2可應用於顯示裝置之驅動IC中，故位準移位器電路2的第一輸出端OUT及第二輸出端OUTB可耦接至驅動IC中的複數個高電壓元件之間，例如耦接至驅動IC中的複數個輸出緩衝器(Output Buffer)或數位類比轉換器(DAC)之間，但不以此為限。
第七電晶體M7及第八電晶體M8分別耦接第五電晶體M5及第六電晶體M6，並且第七電晶體M7及第八電晶體M8之閘極均受第二偏壓VP所控制。實際上，位準移位器電路2的消耗功率大小會受到第二偏壓VP所控制，但不以此為限。
接著，請參照圖3A至圖3C，圖3A至圖3C係分別繪示輸入訊號、輸出訊號及瞬態電流的波形圖。如圖3A所示，在時間T時，輸入訊號SIN發生電壓位準的變化，從原本的低位準轉換為高位準。
此時，如圖3B所示，在時間T時，輸出訊號SOUT亦會開始從原本的低位準轉換為高位準，但輸出訊號SOUT的上升斜率不像輸入訊號SIN那麼陡，亦即輸出訊號SOUT的轉換速率較輸入訊號SIN的轉換速率來得低。
此外，如圖3C所示，由於輸入級20中之第一電晶體M1及第二電晶體M2具有較小的寬/長比，因此，當輸入訊號SIN在時間T從原本的低位準轉換為高位準時，瞬態電流ITR的大小會受到一定程度的抑制，而不會有瞬間暴衝的現象發生。
相較於先前技術，本發明所提出的位準移位器電路係包含兩組控制偏壓單元並透過第二控制偏壓來進行消耗功率之控制。由於本發明所提出的位準移位器電路之輸入級中的第一電晶體及第二電晶體均屬於具有低臨界電壓的低電壓電晶體元件，故可具有較小的寬/長比，搭配適當的第二控 制偏壓，而能在輸入訊號發生位準變化時抑制瞬態電流的大小。即使輸入至位準移位器電路之輸入訊號的電壓很低，具有低臨界電壓的第一電晶體及第二電晶體仍能順利被啟動，使得整個位準移位器電路仍能維持正常運作。
此外，由於本發明所提出的位準移位器電路之輸入級中的第一電晶體及第二電晶體的寬/長比較先前技術中的第一電晶體及第二電晶體的寬/長比來得小，故能有效縮減整個位準移位器電路之佈局面積達17%左右，以節省成本。
綜上所述，本發明所提出的位準移位器電路可應用於液晶顯示裝置的驅動電路並能夠有效降低生產成本及提升整體效能，明顯優於先前技術中之位準移位器電路。
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。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。
2‧‧‧位準移位器電路
20‧‧‧輸入級
21‧‧‧第一控制偏壓單元
22‧‧‧第二控制偏壓單元
23‧‧‧輸出級
IN‧‧‧輸入端
OUT‧‧‧第一輸出端
OUTB‧‧‧第二輸出端
M1~M8‧‧‧第一電晶體~第八電晶體
VDD‧‧‧工作電壓
VN‧‧‧第一偏壓
VP‧‧‧第二偏壓
GND‧‧‧接地電壓
INV‧‧‧反相器
SIN‧‧‧輸入訊號
SOUT‧‧‧第一輸出訊號
SOUTB‧‧‧第二輸出訊號

Claims (7)

  1. 一種位準移位器電路，應用於一顯示裝置之一驅動電路，用以將具有一第一電壓之一輸入訊號轉換為具有一第二電壓之一輸出訊號，該位準移位器電路包含：一輸入端，用以接收該輸入訊號；一第一輸出端及一第二輸出端，用以分別輸出該輸出訊號，其中該輸出訊號之該第二電壓大於該輸入訊號之該第一電壓；一輸入級(Input Stage)，包含一第一電晶體及一第二電晶體，該第一電晶體及該第二電晶體之閘極均耦接該輸入端；一第一控制偏壓單元(Control Bias Unit)，包含一第三電晶體及一第四電晶體，該第三電晶體及該第四電晶體分別耦接該第一電晶體及該第二電晶體，並且該第三電晶體及該第四電晶體之閘極均受去耦合(Decoupling)的一第一偏壓所控制；一輸出級(Output Stage)，包含一第五電晶體及一第六電晶體，該第五電晶體及該第六電晶體分別直接地耦接該第三電晶體及該第四電晶體，並且該第五電晶體及該第六電晶體之閘極分別耦接該第一輸出端及該第二輸出端；以及一第二控制偏壓單元，包含一第七電晶體及一第八電晶體，該第七電晶體耦接於該第五電晶體與一工作電壓之間且該第八電晶體耦接於該第六電晶體與該工作電 壓之間，並且該第七電晶體及該第八電晶體之閘極均受一第二偏壓所控制，其中該位準移位器電路的消耗功率大小受到該第二偏壓所控制；其中，該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體及該第四電晶體係為N型電晶體且該第五電晶體、該第六電晶體、該第七電晶體及該第八電晶體係為P型電晶體，該輸入級中之該第一電晶體及該第二電晶體的臨界電壓值小於該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、該第六電晶體、該第七電晶體及該第八電晶體的臨界電壓值，該輸入級中之該第一電晶體及該第二電晶體的寬/長比(W/L Ratio)小於該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、該第六電晶體、該第七電晶體及該第八電晶體的寬/長比。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器電路，其中該第一電晶體及該第二電晶體之閘極分別接收到該輸入訊號及其反相訊號而被啟動。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器電路，其中該第一電晶體、該第三電晶體、該第五電晶體及該第七電晶體係彼此串聯於該工作電壓與一接地電壓之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器電路，其中該第二電晶體、該第四電晶體、該第六電晶體及該第八電晶體係彼此串聯於該工作電壓與一接地電壓之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器電路，其中該顯示裝置之該驅動電路係為源極驅動器電路(Source Driver Circuit)或閘極驅動器電路(Gate Driver Circuit)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之位準移位器電路，其中該第一輸出端及該第二輸出端係耦接至該顯示裝置之該驅動電路中的複數個高電壓元件之間。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之位準移位器電路，其中該複數個高電壓元件係為輸出緩衝器(Output Buffer)或數位類比轉換器(Digital-to-analog converter,DAC)。
TW104113595A 2015-02-12 2015-04-28 應用於顯示裝置之位準移位器電路 TWI591968B (zh)

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