TWI792765B - 可規劃偏移電壓之放大器、電容式觸控晶片、電容式觸控顯示裝置及資訊處理裝置 - Google Patents

Abstract

一種可規劃偏移電壓之放大器，具有：一高側差動輸入級、一低側差動輸入級、一放大級及一軌到軌輸出級，其特徵在於，該放大級具有一P型可調電流鏡負載及一N型可調電流鏡負載，該P型可調電流鏡負載及該N型可調電流鏡負載各具有兩組控制端及一對主動負載，所述兩組控制端係用以依兩組控制信號調整該對主動負載之通道寬度差異，俾以藉由四組所述控制信號調整該放大級之兩差動信號通道之不匹配度，從而使該放大器具有一想要的輸入偏移電壓。

Description

可規劃偏移電壓之放大器、電容式觸控晶片、電容式觸控顯示裝置及資訊處理裝置

本發明係有關於放大器，特別是關於一種可規劃偏移電壓之放大器。

一般的自電容觸控晶片會用到電容放大器或電荷轉電壓電路以偵測一電容式觸控屏上的觸控操作。

然而，由於該電容式觸控屏的基礎電容一般會遠大於電容放大器上的回饋電容，導致電容放大器發生輸出電壓飽和，因此，現有的電容放大器會在輸入端設置與該基礎電容相當的補償電容以避免輸出電壓飽和。

然而，所述的補償電容卻會佔據相當大的晶片面積，致使晶片成本大增。

為解決上述的問題，本領域亟需一可規劃偏移電壓之放大器以免除補償電容。

本發明之主要目的在於揭露一種可規劃偏移電壓之放大器，其可藉由多組控制信號調整一放大器之放大級之主動負載對的不匹配度，而使該放大器具有一想要的輸入偏移電壓。

本發明之另一目的在於揭露一種電容式觸控晶片，其可藉由規劃上述之可規劃偏移電壓之放大器之輸入偏移電壓，使由該放大器組成之一內部電容放大電路能夠在不增加大面積的補償電容的情形下補償一電容式觸控顯示屏之基礎電容所造成的輸出飽和。

本發明之另一目的在於揭露一種電容式觸控顯示裝置，其可藉由上述的電容式觸控晶片滿足不同電容規格觸控屏的觸控驅動需求。

本發明之又一目的在於揭露一種資訊處理裝置，其可藉由上述的 電容式觸控晶片搭配不同電容規格的觸控屏，以輕鬆滿足各種觸控需求。

為達前述目的，一種可規劃偏移電壓之放大器乃被提出，其具有一高側差動輸入級、一低側差動輸入級、一放大級及一軌到軌輸出級，且其特徵在於：

該放大級具有一P型可調電流鏡負載及一N型可調電流鏡負載，該P型可調電流鏡負載及該N型可調電流鏡負載各具有兩組控制端及一對主動負載，所述兩組控制端係用以依兩組控制信號調整該對主動負載之通道寬度差異，俾以藉由四組所述控制信號調整該放大級之兩差動信號通道之不匹配度，從而使該放大器具有一想要的輸入偏移電壓。

在一實施例中，該高側差動輸入級包含由兩個第一NMOS電晶體組成之一第一差動對，且該低側差動輸入級包含由兩個第一PMOS電晶體組成之一第二差動對。

在一實施例中，該放大級進一步具有一移位電路，該移位電路耦接於該P型可調電流鏡負載和該N型可調電流鏡負載之間以提供一高側輸出電壓及一低側輸出電壓。

在一實施例中，該軌到軌輸出級包括由一第二PMOS電晶體及一第二NMOS電晶體組成之一疊接電路，且該疊接電路係耦接於一直流供應電壓與一參考地之間。

在一實施例中，該P型可調電流鏡負載具有一第一組可併接之複數個PMOS電晶體及一第二組可併接之複數個PMOS電晶體，且該第一組及該第二組之併接組態係由兩組所述控制信號對應決定；以及該N型可調電流鏡負載具有一第三組可併接之複數個NMOS電晶體及一第四組可併接之複數個NMOS電晶體，且該第三組及該第四組之併接組態係由另兩組所述控制信號對應決定。

為達前述目的，本發明進一步提出一種電容式觸控晶片，其係用以耦接一電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，且其特徵在於具有如前述之可規劃偏移電壓之放大器。

為達前述目的，本發明進一步提出一種電容式觸控顯示裝置，其具有一電容式觸控晶片及一電容式觸控顯示屏，該電容式觸控晶片係用以耦接該電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，且其特徵在於該電容式觸控晶片具有如前述之可規劃偏移電壓之放大器。

在一實施例中，該電容式觸控顯示屏具有一顯示模組，且該顯示模組可為一液晶顯示模組、一微發光二極體顯示模組、一迷你發光二極體顯示模組、一量子點發光二極體顯示模組或一有機發光二極體顯示模組。

為達前述目的，本發明進一步提出一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一電容式觸控顯示裝置，其中，該中央處理單元係用以與該電容式觸控顯示裝置通信，該電容式觸控顯示裝置具有一電容式觸控晶片及一電容式觸控顯示屏，該電容式觸控晶片係用以耦接該電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，且其特徵在於該電容式觸控晶片具有如前述之可規劃偏移電壓之放大器。

在一實施例中，該電容式觸控顯示屏具有一顯示模組，且該顯示模組可為一液晶顯示模組、一微發光二極體顯示模組、一迷你發光二極體顯示模組、一量子點發光二極體顯示模組或一有機發光二極體顯示模組。

在可能的實施例中，所述之資訊處理裝置可為一智慧型手機、一可攜式電腦、一車載電腦、一穿戴式電子裝置或一門禁設備。

為使 貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵及其目的，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

100:可規劃偏移電壓之放大器

101:高側差動輸入級

101a:第一NMOS電晶體

101b:電流源

102:低側差動輸入級

102a:電流源

102b:第一PMOS電晶體

103:放大級

1031:P型可調電流鏡負載

1031a:PMOS電晶體

1031b:開關

1031c:PMOS電晶體

1031d:開關

1032:移位電路

1033:N型可調電流鏡負載

1033a:NMOS電晶體

1033b:開關

1033c:NMOS電晶體

1033d:開關

104:軌到軌輸出級

104a:第二PMOS電晶體

104b:第二NMOS電晶體

110:負回授單元

200:電容式觸控顯示裝置

210:電容式觸控晶片

220:電容式觸控顯示屏

300:資訊處理裝置

310:中央處理單元

320:電容式觸控顯示裝置

圖1為本發明可規劃偏移電壓之放大器之一實施例之電路圖。

圖2繪示圖1之放大器之P型可調電流鏡負載之一實施例之電路圖。

圖3繪示圖1之放大器之N型可調電流鏡負載之一實施例之電路圖。

圖4繪示本發明之放大器之一負回授組態。

圖5繪示本發明之電容式觸控顯示裝置之一實施例之方塊圖。

圖6繪示本發明之資訊處理裝置之一實施例的方塊圖。

請參照圖1，其為本發明可規劃偏移電壓之放大器之一實施例之電路圖。如圖1所示，一可規劃偏移電壓之放大器100具有一高側差動輸入級101、一低側差動輸入級102、一放大級103及一軌到軌輸出級104。

高側差動輸入級101包含由兩個第一NMOS電晶體101a及一電流源101b組成之一第一差動對，且低側差動輸入級102包含由一電流源102a及兩個第一PMOS電晶體102b組成之一第二差動對。

放大級103具有一P型可調電流鏡負載1031、一移位電路1032及一N型可調電流鏡負載1033，P型可調電流鏡負載1031及N型可調電流鏡負載1033各具有兩組控制端及一對主動負載(未示於圖中)，P型可調電流鏡負載1031之所述兩組控制端係用以依兩組控制信號CNTL1(1)-(n)、CNTL2(1)-(n)調整其內部之該對主動負載之通道寬度差異，N型可調電流鏡負載1033之所述兩組控制端係用以依兩組控制信號CNTL3(1)-(n)、CNTL4(1)-(n)調整其內部之該對主動負載之通道寬度差異，俾以藉由四組控制信號(CNTL1(1)-(n)、CNTL2(1)-(n)CNTL3(1)-(n)及CNTL4(1)-(n))調整放大級103之兩差動信號通道之不匹配度，從而使放大器100具有一想要的輸入偏移電壓。

另外，移位電路1032係耦接於P型可調電流鏡負載1031和N型可調電流鏡負載1033之間以提供一高側輸出電壓V_H及一低側輸出電壓V_L。

軌到軌輸出級104包括由一第二PMOS電晶體104a及一第二NMOS電晶體104b組成之一疊接電路，該疊接電路係耦接於一直流供應電壓與一參考地之間，且第二PMOS電晶體104a之汲極係與第二NMOS電晶體104b之汲極連接以提供一輸出電壓V_O之接點。

另外，就P型可調電流鏡負載1031及N型可調電流鏡負載1033之通道寬度調整而言，其可經由開關電路併接複數個電晶體達成。請一併參照圖2及3，其中，圖2繪示P型可調電流鏡負載1031之一實施例之電路圖；以及圖3繪示N型可調電流鏡負載1033之一實施例之電路圖。

如圖2所示，P型可調電流鏡負載1031具有一第一組可併接之複數個PMOS電晶體1031a及複數個開關1031b，以及一第二組可併接之複數個PMOS電晶體1031c及複數個開關1031d，且該第一組及該第二組之併接組態係由兩組控制信號CNTL1(1)-(n)、CNTL2(1)-(n)對應決定，n為大於1的整數，其中，開關1031b係用以依一所述控制信號CNTL1(j)之控制連接或隔絕兩相鄰PMOS電晶體1031a之閘極，j為介於1至n之整數，且當兩相鄰PMOS電晶體1031a之閘極被隔絕時，其中一PMOS電晶體1031a之閘極會經由開關1031b連接到所述直流供應電壓以確保該PMOS電晶體1031a處於關閉(off)狀態；開關1031d係用以依一所述控制信號CNTL2(k)之控制連接或隔絕兩相鄰PMOS電晶體1031c之閘極，k為介於1至n之整數，且當兩相鄰PMOS電晶體1031a之閘極被隔絕時，其中一PMOS電晶體1031a之閘極會經由開關1031b連接到所述直流供應電壓以確保該PMOS電晶體1031a處於關閉(off)狀態。舉例而言，假設CNTL1(1)-(n-1)均呈現作用狀態，而CNTL1(n)呈現不作用狀態，則CNTL1(1)-(n-1)所驅動的該些n-1個開關1031b會使所對應的PMOS電晶體1031a併接成一等效的PMOS電晶體，而CNTL1(n)所對應的開關1031b則會使被隔絕之PMOS電晶體1031a的閘極連接到所述直流供應電壓以確保該PMOS電晶體1031a的隔絕狀態。

如圖3所示，N型可調電流鏡負載1033具有一第三組可併接之複數個NMOS電晶體1033a及複數個開關1033b，以及一第四組可併接之複數個NMOS電晶體1033c及複數個開關1033d，且該第三組及該第四組之併接組態係由另兩組所述控制信號CNTL3(1)-(n)、CNTL4(1)-(n)對應決定，其中，開關1033b係用以依一所述控制信號CNTL3(j)之控制連接或隔絕兩相鄰NMOS電晶體1033a之閘極，j為介於1至n之整數，且當兩相鄰NMOS電晶體1033a之閘極被隔絕時，其中一NMOS電晶體1033a之閘極會經由開關1033b連接到所述參考地以確保該NMOS電晶體1033a處於關閉(off)狀態；開關1033d係用以依一所述控制信號CNTL4(k)之控制連接或隔絕兩相鄰NMOS電晶體1033c之閘極，k為介於1至n之整數，且當兩相鄰NMOS電晶體1033c之閘極被隔絕時， 其中一NMOS電晶體1033c之閘極會經由開關1033d連接到所述參考地以確保該NMOS電晶體1033c處於關閉(off)狀態。舉例而言，假設CNTL3(1)-(n-1)均呈現作用狀態，而CNTL3(n)呈現不作用狀態，則CNTL3(1)-(n-1)所驅動的該些n-1個開關1033b會使所對應的NMOS電晶體1033a併接成一等效的NMOS電晶體，而CNTL3(n)所對應的開關1033b則會使被隔絕之NMOS電晶體1033a的閘極連接到所述參考地以確保該NMOS電晶體1033a的隔絕狀態。

另外，在調整本發明之放大器的偏移電壓時，須先將該放大器與一負回授單元連接成一負回授電路。請參照圖4，其繪示本發明之放大器之一負回授組態。如圖4所示，可規劃偏移電壓之放大器100係與一負回授單元110連接成一負回授電路，依此，技術人員即可藉由改變四組控制信號(CNTL1(1)-(n)、CNTL2(1)-(n)CNTL3(1)-(n)及CNTL4(1)-(n))的信號內容調整P型可調電流鏡負載1031及N型可調電流鏡負載1033之等效通道寬度，從而使可規劃偏移電壓之放大器100具有一想要的輸入偏移電壓。例如，當正輸入電壓為低電壓，例如0.1V，而輸入偏移電壓為-0.1V時，可藉由調整低側的兩組控制信號(CNTL3(1)-(n)及CNTL4(1)-(n))的信號內容使負輸入電壓為0.2V；及當正輸入電壓為高電壓，例如4.9V，而輸入偏移電壓為+0.1V時，可藉由調整高側的兩組控制信號(CNTL1(1)-(n)及CNTL2(1)-(n))的信號內容使負輸入電壓為4.8V。

依上述的說明，本發明之可規劃偏移電壓之放大器100乃可應用於電容式觸控晶片之電容放大器中以補償一電容式觸控顯示屏之基礎電容對該電容放大器所造成的輸出飽和。請參照圖5，其繪示本發明之電容式觸控顯示裝置之一實施例之方塊圖。如圖5所示，一電容式觸控顯示裝置200具有一電容式觸控晶片210及一電容式觸控顯示屏220，其中，電容式觸控晶片210耦接電容式觸控顯示屏220以偵測該電容式觸控顯示屏220上之至少一觸控操作，且其具有至少一可規劃偏移電壓之放大器100。另外，電容式觸控顯示屏220具有一顯示模組，且該顯示模組可為一液晶顯示模組、一微發光二極體顯示模組、一迷你發光二極體顯示模組、一量子點發光二極體顯示模組或一有機 發光二極體顯示模組。

依上述的說明，本發明進一步提出一種資訊處理裝置。請參照圖6，其繪示本發明之資訊處理裝置之一實施例的方塊圖。如圖6所示，一資訊處理裝置300具有一中央處理單元310及一電容式觸控顯示裝置320，其中，電容式觸控顯示裝置320係由電容式觸控顯示裝置200實現，且中央處理單元310係用以與電容式觸控顯示裝置320通信。另外，資訊處理裝置300可為一智慧型手機、一可攜式電腦、一車載電腦、一穿戴式電子裝置或一門禁設備。

藉由前述所揭露的設計，本發明乃具有以下的優點：

一、本發明的可規劃偏移電壓之放大器可藉由多組控制信號調整一放大器之放大級之主動負載對的不匹配度，而使該放大器具有一想要的輸入偏移電壓。

二、本發明的電容式觸控晶片可藉由規劃上述之可規劃偏移電壓之放大器之輸入偏移電壓，使由該放大器組成之一內部電容放大電路能夠在不增加大面積的補償電容的情形下補償一電容式觸控顯示屏之基礎電容所造成的輸出飽和。

三、本發明的電容式觸控顯示裝置可藉由上述的電容式觸控晶片滿足不同電容規格觸控屏的觸控驅動需求。

四、本發明的資訊處理裝置可藉由上述的電容式觸控晶片搭配不同電容規格的觸控屏，以輕鬆滿足各種觸控需求。

本案所揭示者，乃較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請 貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。

100:可規劃偏移電壓之放大器

101:高側差動輸入級

101a:第一NMOS電晶體

101b:電流源

102:低側差動輸入級

102a:電流源

102b:第一PMOS電晶體

103:放大級

1031:P型可調電流鏡負載

1032:移位電路

1033:N型可調電流鏡負載

104:軌到軌輸出級

104a:第二PMOS電晶體

104b:第二NMOS電晶體

Claims (11)

1. 一種可規劃偏移電壓之放大器，具有一高側差動輸入級、一低側差動輸入級、一放大級及一軌到軌輸出級，其特徵在於： 該放大級具有一P型可調電流鏡負載及一N型可調電流鏡負載，該P型可調電流鏡負載及該N型可調電流鏡負載各具有兩組控制端及一對主動負載，所述兩組控制端係用以依兩組控制信號調整該對主動負載之通道寬度差異，俾以藉由四組所述控制信號調整該放大級之兩差動信號通道之不匹配度，從而使該放大器具有一想要的輸入偏移電壓。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可規劃偏移電壓之放大器，其中，該高側差動輸入級包含由兩個第一NMOS電晶體組成之一第一差動對，且該低側差動輸入級包含由兩個第一PMOS電晶體組成之一第二差動對。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可規劃偏移電壓之放大器，其中，該放大級進一步具有一移位電路，該移位電路耦接於該P型可調電流鏡負載和該N型可調電流鏡負載之間以提供一高側輸出電壓及一低側輸出電壓。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可規劃偏移電壓之放大器，其中，該軌到軌輸出級包括由一第二PMOS電晶體及一第二NMOS電晶體組成之一疊接電路，且該疊接電路係耦接於一直流供應電壓與一參考地之間。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可規劃偏移電壓之放大器，其中，該P型可調電流鏡負載具有一第一組可併接之複數個PMOS電晶體及一第二組可併接之複數個PMOS電晶體，且該第一組及該第二組之併接組態係由兩組所述控制信號對應決定；以及該N型可調電流鏡負載具有一第三組可併接之複數個NMOS電晶體及一第四組可併接之複數個NMOS電晶體，且該第三組及該第四組之併接組態係由另兩組所述控制信號對應決定。
6. 一種電容式觸控晶片，用以耦接一電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，其特徵在於具有如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之可規劃偏移電壓之放大器。
7. 一種電容式觸控顯示裝置，具有一電容式觸控晶片及一電容式觸控顯示屏，該電容式觸控晶片係用以耦接該電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，且其特徵在於該電容式觸控晶片具有如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之可規劃偏移電壓之放大器。
8. 如申請專利範圍7項所述之電容式觸控顯示裝置，其中，該電容式觸控顯示屏具有一顯示模組，且該顯示模組係由一液晶顯示模組、一微發光二極體顯示模組、一迷你發光二極體顯示模組、一量子點發光二極體顯示模組和一有機發光二極體顯示模組所組成群組所選擇的一種顯示模組。
9. 一種資訊處理裝置，其具有一中央處理單元及一電容式觸控顯示裝置，其中，該中央處理單元係用以與該電容式觸控顯示裝置通信，該電容式觸控顯示裝置具有一電容式觸控晶片及一電容式觸控顯示屏，該電容式觸控晶片係用以耦接該電容式觸控顯示屏以偵測該電容式觸控顯示屏上之至少一觸控操作，且其特徵在於該電容式觸控晶片具有如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之可規劃偏移電壓之放大器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之資訊處理裝置，其中，該電容式觸控顯示屏具有一顯示模組，且該顯示模組係由一液晶顯示模組、一微發光二極體顯示模組、一迷你發光二極體顯示模組、一量子點發光二極體顯示模組和一有機發光二極體顯示模組所組成群組所選擇的一種顯示模組。
11. 如申請專利範圍第9項所述之資訊處理裝置，其係由一智慧型手機、一可攜式電腦、一車載電腦、一穿戴式電子裝置和一門禁設備所組成群組中所選擇的一種裝置。

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