专利名称：源极驱动器的输出缓冲器的制作方法
技术领域：
本发明是与驱动电路有关，特别是关于一种应用于液晶显示装置的源极驱动器(source driver)中的输出缓冲器(output buffer)。
背景技术：
近年来，由于显示技术不断地创新与进步，市面上亦出现了各种类型的显示装置，例如液晶显示器、电浆显示器等。由于液晶显示器的体积远较传统的CRT显示器来得小，对于生活空间狭小的现代人而言，占用桌面空间较小的液晶显示器使用起来的确较为方便。薄膜电晶体液晶(TFT-IXD)显示器的驱动装置主要包含源极驱动器与闸极驱动器两部分。对于强调高品质、高解析度及低功率消耗的薄膜电晶体液晶显示器而言，源极驱动器扮演着相当重要的角色。请参照图1，图I是绘示传统的源极驱动器的电路架构的示意图。如图I所示，源极驱动器I包含有接收器(receiver) 10、数据暂存器(dataregister) 12、双向的移位暂存器(bi-directional shift register) 14、线性锁存器(line latch) 16、电位转换器(level shifter) 18、数字模拟转换器(Digital-to-AnalogConverter) 20及输出缓冲器(output buffer) 22。源极驱动器I的主要电源域(main powerdomain)包含有数字电源VDD、VSS以及模拟电源AVDD、HAVDD, AGND。一般而言，源极驱动器I的复数个输出通道(output channels) Yl Yn可分成偶数(even)输出通道及奇数(odd)输出通道。若该些偶数输出通道的输出电压高于HAVDD，则该些奇数输出通道的输出电压将会低于HAVDD，反之亦然。通过薄膜电晶体液晶显示器的此一半模拟电源架构，可达到节省系统耗电之功效。源极驱动器I的输出缓冲器22通常可通过运算放大器(operational amplifier,0PAMP)实现之。对于薄膜电晶体液晶显示器的源极驱动器I而言，其视觉效能(visualperformance)是由运算放大器来决定,尤其是电压转换速率(slew rate),对应用在高画面更新率(high frame rate)的薄膜电晶体液晶显示器更是愈来愈重要。请参照图2,图2是绘示一种已知具有正极性(positive polarity)的运算放大器POS工作于半模拟电源下的电路图。如图2所示，运算放大器POS的电路是由差动输入级(differential input stage)DIS、偏压电流源(bias current source) IB SP 及 IB SN、输出级(output stage)OS、补偿电容(compensation capacitor)Ce 及比较器 CP 所构成。由于具有正极性的运算放大器POS是工作于半模拟电源下,其输入信号Vinjw、输出信号Vrat-POS及输出级OS的工作电压将会介于AVDD与HAVDD之间，其比较器CP的工作电压将会介于AVDD与AGND之间，并且比较器CP可通过串联式源极追踪器(cascading source follower)实现之，如图3所示。由图3可知因为输入/输出信号的摆幅电位(swing level)，NMOS电晶体元件丽I将会遭受比PMOS电晶体元件MPl更严重的基体效应(body effect)，致使其临界电压变大，导致NMOS源极追踪器变得较不敏锐，并且控制信号Ctrl_P的回应将会慢于控制信号Ctrl_N,造成输出驱动(driving)与汲入(sinking)的电压转换速率变得不平衡,严重影响到薄膜电晶体液晶显示器的视觉效能。因此，本发明提出一种应用于液晶显示装置的源极驱动器中的输出缓冲器，以解决上述问题。
发明内容
根据本发明的一具体实施例为一种应用于液晶显示装置的源极驱动器中的输出缓冲器，用以改善现有技术中由于源极追踪器(source follower)的基体效应(bodyeffect)所导致的电压转换速率(slew rate)不平衡的现象，以增进薄膜电晶体液晶显示器的视觉效能。在此实施例中，输出缓冲器包含缓冲器输入端、缓冲器输出端、差动输入级、偏压电流源、输出级、补偿电容及比较器。输出级与比较器均操作于模拟工作电压(AVDD)与半 模拟工作电压(HAVDD)之间，或者输出级与比较器均操作于半模拟工作电压(HAVDD)与接地电压之间。比较器比较输入信号与输出信号并根据比较结果输出控制信号至偏压电流源。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
图I是绘示传统的源极驱动器的电路架构的示意图。图2是绘示一种已知具有正极性的运算放大器工作于半模拟电源下的电路图。图3是绘示图2中的比较器的一实施例。图4是绘示工作于半模拟电源下的具有正极性的运算放大器的电路架构图。图5是绘示图4中的比较器的一实施例的电路架构图。图6是绘示工作于半模拟电源下的具有负极性的运算放大器的电路架构图。图7是绘示图6中的比较器的一实施例的电路架构图。主要元件符号说明I :源极驱动器10 :接收器12:数据暂存器14:双向的移位暂存器16 :线性锁存器18 电位转换器20 :数字模拟转换器22 :输出缓冲器Yl Yn :输出通道DIS :差动输入级CLKP, CLKN :时脉信号D00P、D00N.....DxyP、DxyN :数据信号POS :具有正极性的运算放大器NOS :具有负极性的运算放大器IBSP、IBSN:偏压电流源OS:输出级C。补偿电容CP:比较器Vin—PQS、Vin—NQS :输入信号 BO :缓冲器输出端
Vout pos、Vout N0S :输出信号CO :比较器输出端MNl :第一 N型电晶体元件Ctrl_P、Ctrl_N :控制信号丽2 :第二 N型电晶体元件AVDD :模拟工作电压MPl :第一 P型电晶体元件HAVDD :半模拟工作电压MP2 :第二 P型电晶体元件AGND :接地电压BI :缓冲器输入端CI1、CI2 :比较器输入端PBl :第一 P型电晶体MPl的基体PB2 :第二 P型电晶体MP2的基体、PS2 :第二 P型电晶体MP2的源极NBl :第一 N型电晶体MNl的基体NB2 :第二 N型电晶体丽2的基体NS2 :第二 N型电晶体MN2的源极
具体实施例方式根据本发明的一具体实施例为一种输出缓冲器。在此实施例中，该输出缓冲器是应用于一薄膜电晶体液晶(TFT-IXD)显示装置的一源极驱动器中，但不以此为限。在此实施例中，该薄膜电晶体液晶显示装置的源极驱动器的电路架构亦请参照图
I。如图I所示，源极驱动器I包含有接收器(receiver) 10、数据暂存器(data register) 12、双向的移位暂存器(bi-directional shift register) 14、线性锁存器(line latch) 16、电位转换器(level shifter) 18、数字模拟转换器(Digital-to-Analog Converter) 20 及输出缓冲器(output buffer) 220其中，接收器10耦接至数据暂存器12 ;数据暂存器12耦接至线性锁存器16 ;移位暂存器14耦接至线性锁存器16 ;线性锁存器16耦接至电位转换器18 ;电位转换器18耦接至数字模拟转换器20 ;数字模拟转换器20耦接至输出缓冲器22。需说明的是，源极驱动器I的主要电源域(main power domain)包含有数字电源VDD, VSS以及模拟电源AVDD、HAVDD, AGND，其中AVDD代表模拟工作电压(analog supplyvoltage) ;HAVDD 代表半模拟工作电压(half analog supply voltage) ;AGND 代表接地电压(ground voltage)。源极驱动器I的复数个输出通道(output channels) Yl Yn可分成偶数(even)输出通道及奇数(odd)输出通道。若该些偶数输出通道的输出电压高于HAVDD，则该些奇数输出通道的输出电压将会低于HAVDD，反之亦然。通过此一半模拟电源架构，可达到节省系统耗电的功效。由于上述的源极驱动器I的接收器10、数据暂存器12、双向的移位暂存器14、线性锁存器16、电位转换器18及数字模拟转换器20等元件的操作及功能与已知无异，故于此不另行赘述。接下来，将就本发明最主要的技术特征源极驱动器I的输出缓冲器22进行详细的介绍。在此实施例中，源极驱动器I的输出缓冲器22可通过运算放大器(operationalamplifier, 0PAMP)实现，但不以此为限。请参照图4，图4是绘示工作于半模拟电源下的具有正极性(positive polarity)的运算放大器POS的电路架构图。如图4所示,运算放大器POS的电路包含有缓冲器输入端BI、缓冲器输出端B0、差动输入级DIS、两偏压电流源Ibsp及Ibsn、输出级OS、两补偿电容C。及比较器CP。
其中，差动输入级DIS耦接至缓冲器输入端BI ;偏压电流源Ibsp及Ibsn均耦接至差动输入级DIS ;输出级OS耦接于差动输入级DIS与缓冲器输出端BO之间；补偿电容C。的一端耦接至差动输入级DIS与输出级OS之间，其另一端耦接至输出级OS与缓冲器输出端BO之间；比较器CP的两比较器输入端CIl及CI2分别耦接至缓冲器输入端BI及缓冲器输出端B0，比较器CP的比较器输出端CO耦接至两偏压电流源Ibsp及IBSN。在此实施例中，偏压电流源IBSP串接于差动输入级DIS与模拟工作电压AVDD之间且偏压电流源Ibsp所输出的电流流向差动输入级DIS，偏压电流源Ibsn串接于差动输入级DIS与接地电压AGND之间且偏压电流源Ibsn所输出的电流流向接地电压AGND。缓冲器输入端BI是用以接收输入信号Vin ras并将输入信号Vin ros传送至差动输入级DIS。差动输入级DIS处理完输入信号Vinjw后,再将处理后的信号传送至输出级OS。当输出级OS将信号处理为输出信号Vtjutjw后,通过缓冲器输出端BO将输出信号Vratjw加以输出。由于比较器CP的两比较器输入端CIl及CI2分别耦接至缓冲器输入端BI及缓冲器输出端B0，故比较器CP能够比较输入信号Vin ras与输出信号Vtjut ros并根据比较结果通过其比较器输出端CO输出控制信号至两偏压电流源Ibsp及IBSN，由此控制两偏压电流源Ibsp及Ibsn所输出的电流 大小。需说明的是，如图4所示，在此实施例中，具有正极性的运算放大器POS的输出级OS操作于模拟工作电压(AVDD)与半模拟工作电压(HAVDD)之间，并且比较器CP亦操作于模拟工作电压(AVDD)与半模拟工作电压(HAVDD)之间。这与图2所绘示的现有技术中比较器CP的工作电压介于模拟工作电压(AVDD)与接地电压(AGND)之间有明显的不同。由于具有正极性的运算放大器POS是工作于半模拟工作电压(HAVDD)下，其输入信号vin—ros、输出信号Vtjut,及输出级OS的工作电压将会介于模拟工作电压(AVDD)与半模拟工作电压(HAVDD)之间，并且其比较器CP可通过串联式源极追踪器(cascading sourcefollower)实现,但不以此为限。接着，请参照图5，图5是绘示图4中的比较器CP的一实施例的电路架构图。如图5所示，比较器CP是通过串联式源极追踪器实现，但不以此为限。在此实施例中，比较器CP除了包含有比较器输入端Cl I、CI2与比较器输出端CO之外，还包含有第一 N型电晶体丽I、第二 N型电晶体丽2、第一 P型电晶体MPl及第二 P型电晶体MP2。实际上，第一 N型电晶体丽I及第二 N型电晶体丽2可以是NMOS电晶体元件，第一 P型电晶体MPl及第二 P型电晶体MP2可以是PMOS电晶体元件，但不以此为限。其中，第一 N型电晶体丽I耦接至半模拟工作电压(HAVDD);第二 N型电晶体丽2耦接至半模拟工作电压(HAVDD);第一 P型电晶体MPl耦接于第一 N型电晶体丽I与第二N型电晶体丽2之间，并且耦接至模拟工作电压(AVDD);第二 P型电晶体MP2耦接于第一 N型电晶体丽I与模拟工作电压(AVDD)之间。需说明的是，如图5所示，在此实施例中，比较器CP的第一 P型电晶体MPl的基体PBl的电源域为模拟工作电压(AVDD)，并且第二 P型电晶体MP2的基体PB2及源极PS2的电源域亦为模拟工作电压(AVDD)。第一 N型电晶体MNl的基体NBl的电源域为半模拟工作电压(HAVDD)，并且第二 N型电晶体丽2的基体NB2及源极NS2的电源域亦为半模拟工作电压(HAVDD)。这与图3所绘示的现有技术中的第一 N型电晶体丽I的基体NBl的电源域为接地电压(AGND)，并且第二 N型电晶体丽2的基体NB2及源极NS2的电源域亦为接地电压(AGND)，有着明显的不同。在此情况下，若第一N型电晶体丽I与第一P型电晶体MPl的临界电压(thresholdvoltage)的绝对值相近，则第一 N型电晶体丽I与第一 P型电晶体MPl所受到的基体效应(body effect)的影响亦会相近，故比较器CP中的该些源极追踪器仍能维持其敏锐度，并且控制信号Ctrl_P与Ctrl_N的回应将能够一致，使得输出驱动(driving)与汲入(sinking)的电压转换速率相互平衡，并且可避免不必要的电源损耗。由此，现有技术中的电压转换速率无法平衡的难题能够被克服，使得薄膜电晶体液晶显示器的视觉效能获得显著的改善。同理,上述方式亦可应用于具有负极性(negative polarity)的运算放大器NOS。请参照图6，图6是绘示工作于半模拟电源下的具有负极性的运算放大器NOS的电路架构图。图6与图4的差别在于具有负极性的运算放大器NOS的输出级OS是操作于半模拟工作电压(HAVDD)与接地电压(AGND)之间，并且比较器CP亦是操作于半模拟工作电压(HAVDD)与接地电压(AGND)之间。 接着，请参照图7，图7是绘示图6中的比较器CP的一实施例的电路架构图。如图7所示，比较器CP是通过串联式源极追踪器实现，但不以此为限。在此实施例中，比较器CP除了包含有比较器输入端Cl I、CI2与比较器输出端CO之外，还包含有第一 N型电晶体丽I、第二 N型电晶体丽2、第一 P型电晶体MPl及第二 P型电晶体MP2。实际上，第一 N型电晶体丽I及第二 N型电晶体丽2可以是NMOS电晶体元件，第一 P型电晶体MPl及第二 P型电晶体MP2可以是PMOS电晶体元件，但不以此为限。需说明的是，图7与图5的差别在于第一 N型电晶体丽I耦接至接地电压(AGND);第二 N型电晶体MN2耦接至接地电压(AGND);第一 P型电晶体MP I耦接于第一 N型电晶体丽I与第二 N型电晶体丽2之间，并且耦接至半模拟工作电压(HAVDD);第二 P型电晶体MP2耦接于第一 N型电晶体丽I与半模拟工作电压(HAVDD)之间。比较器CP的第一P型电晶体MPl的基体PBl的电源域为半模拟工作电压(HAVDD)，并且第二 P型电晶体MP2的基体PB2及源极PS2的电源域亦为半模拟工作电压(HAVDD)。第一 N型电晶体丽I的基体NBl的电源域为接地电压(AGND)，并且第二 N型电晶体丽2的基体NB2及源极NS2的电源域亦为接地电压(AGND)。在此情况下，若第一N型电晶体丽I与第一P型电晶体MPl的临界电压(thresholdvoltage)的绝对值相近，则第一 N型电晶体MNl与第一 P型电晶体MPl所受到的基体效应(body effect)的影响亦会相近,源极追踪器仍能维持其敏锐度，并且控制信号Ctrl_P与Ctrl_N的回应将会一致,使得输出驱动(driving)与汲入(sinking)的电压转换速率能够相互平衡，并且可避免不必要的电源损耗。由此，现有技术中的电压转换速率无法平衡的难题能够被克服，使得薄膜电晶体液晶显示器的视觉效能获得显著的改善。通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。
权利要求
1.一种输出缓冲器，应用于一液晶显示装置的一源极驱动器中，该输出缓冲器包含 一缓冲器输入端，用以接收一输入信号； 一缓冲器输出端，用以输出一输出信号； 一差动输入级，耦接至该缓冲器输入端； 一偏压电流源，耦接至该差动输入级； 一输出级，I禹接于该差动输入级与该缓冲器输出端之间，该输出级操作于一模拟工作电压与一半模拟工作电压之间； 一补偿电容，其一端耦接至该差动输入级与该输出级之间，其另一端耦接至该输出级与该缓冲器输出端之间；以及 一比较器，操作于该模拟工作电压与该半模拟工作电压之间，该比较器的两比较器输入端分别耦接至该缓冲器输入端及该缓冲器输出端，该比较器的一比较器输出端耦接至该偏压电流源，该比较器比较该输入信号与该输出信号并根据比较结果输出一控制信号至该偏压电流源。
2.如权利要求I所述的输出缓冲器，其中该比较器更包含 一第一 N型电晶体，耦接至该半模拟工作电压； 一第二 N型电晶体，耦接至该半模拟工作电压； 一第一 P型电晶体，耦接于该第一 N型电晶体与该第二 N型电晶体之间，并且耦接至该模拟工作电压；以及 一第二 P型电晶体，耦接于该第一 N型电晶体与该模拟工作电压之间。
3.如权利要求2所述的输出缓冲器，其中该第一N型电晶体的基体的电源域为该半模拟工作电压。
4.如权利要求2所述的输出缓冲器，其中该第二N型电晶体的基体及源极的电源域为该半模拟工作电压。
5.如权利要求2所述的输出缓冲器，其中该第一P型电晶体的基体的电源域为该模拟工作电压，该第二P型电晶体的基体及源极的电源域为该模拟工作电压。
6.一种输出缓冲器，应用于一液晶显示装置的一源极驱动器中，该输出缓冲器包含 一缓冲器输入端，用以接收一输入信号； 一缓冲器输出端，用以输出一输出信号； 一差动输入级，耦接至该缓冲器输入端； 一偏压电流源，耦接至该差动输入级； 一输出级，I禹接于该差动输入级与该缓冲器输出端之间，该输出级操作于一半模拟工作电压与一接地电压之间； 一补偿电容，其一端耦接至该差动输入级与该输出级之间，其另一端耦接至该输出级与该缓冲器输出端之间；以及 一比较器，操作于该半模拟工作电压与该接地电压之间，该比较器的两比较器输入端分别耦接至该缓冲器输入端及该缓冲器输出端，该比较器的一比较器输出端耦接至该偏压电流源，该比较器比较该输入信号与该输出信号并根据比较结果输出一控制信号至该偏压电流源。
7.如权利要求6所述的输出缓冲器，其中该比较器更包含一第一 N型电晶体，耦接至该接地电压； 一第二 N型电晶体，耦接至该接地电压； 一第一 P型电晶体，耦接于该第一 N型电晶体与该第二 N型电晶体之间，并且耦接至该半模拟工作电压；以及 一第二 P型电晶体，耦接于该第一 N型电晶体与该半模拟工作电压之间。
8.如权利要求7所述的输出缓冲器，其中该第一N型电晶体的基体的电源域为该接地电压。
9.如权利要求7所述的输出缓冲器，其中该第二N型电晶体的基体及源极的电源域为该接地电压。
10.如权利要求7所述的输出缓冲器，其中该第一P型电晶体的基体的电源域为该半模拟工作电压，该第二P型电晶体的基体及源极的电源域为该半模拟工作电压。
全文摘要
本发明公开一种源极驱动器的输出缓冲器。输出缓冲器包含缓冲器输入端、缓冲器输出端、差动输入级、偏压电流源、输出级、补偿电容及比较器。输出级与比较器均操作于模拟工作电压与半模拟工作电压之间，或者均操作于半模拟工作电压与接地电压之间。比较器比较输入信号与输出信号并根据比较结果输出控制信号至偏压电流源。
文档编号G09G3/36GK102737594SQ201110103228
公开日2012年10月17日 申请日期2011年4月18日 优先权日2011年3月31日
发明者左克扬, 梁彦雄, 苗蕙雯, 陈建铭 申请人:瑞鼎科技股份有限公司