专利名称：输出缓冲器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种应用于源极驱动器的输出緩冲器，且特别涉及一种输 出緩沖器，其可减少开环回路的寄生电容，以及采用较少元件来补偿相位容限。
背景技术：
随着光电与半导体元件的进步，平面显示器诸如液晶显示器(liquid crystal display, LCD )在近几年蓬勃地发展。液晶显示器因具有多项优点， 例如低功率消耗、无辐射与高空间利用率，而逐渐地成为市场的主流。源 极驱动器为液晶显示器中相当重要的元件，其能转换显示图像的数字数据 信号为模拟信号，且输出此模拟信号至显示面板的每个像素。 一般来说， 源极驱动器包含多个驱动通道来传送模拟信号至每一数据线上的像素，且 其亦包含多个输出緩冲器来提升信号传输强度。
图1为传统输出緩冲器的电路图。请参照图1,输出緩冲器100的非反 相端、反相端以及输出端分别标示为节点A、 B与C。此输出緩冲器100 为轨对轨(rail-to-rail)的运算放大器，其包括P型差动对110与N型差动 对120,用以增加输出緩冲器IOO运作的输入电压范围，以及避免差动输入 信号衰减。输出緩冲器100包括两个电流镜电路130及140， 二者分别提供 偏压电流至差动对UO及120。其中，P型晶体管P3及N型晶体管N3可 视为电流源，用以驱动电流镜电路130及140,而P型晶体管P8 P9及N 型晶体管N8 N9为用以控制偏压电流。另外，输出緩冲器100包括输出电 路150，其产生输出信号到显示面板上的像素。
电流镜电路130所包含的P型晶体管P6 P7，以及电流镜电路140所 包含的N型晶体管N6 N7可以用来提升输出緩冲器100的增益及提供偏压 电流。但是，在输出緩冲器100电路中，这些晶体管4艮有可能会产生寄生 电容效应，导致输出缓冲器100的运作不稳定，因此通常会采用耦接输出 电路150的电容器的C1 C2，来补偿输出緩冲器100的相位容限(phase
5margin)，其中电容器的C1 C2其亦可称之为米勒(miller)电容。由于电 容器C1 C2会降低输出緩冲器100的回转率(slew rate),必须对应增加 输出緩冲器100的偏压电流来提高回转率(slew rate )但也相对地提高了功 率的消耗。而且，在输出緩冲器100中，电容器C1 C2会占用较大的布局 面积。
发明内容
本发明提供一种输出緩冲器，其采用较少的元件来减少寄生电容效应 的影响，且其无需米勒电容即可利用面板负载来补偿相位容限。因此，不 但能减少布局面积与成本，也能以低偏压电流来达到高回转率。
本发明提供一种输出緩冲器，适用于源极驱动器。输出緩冲器包括输 入模块、第一及第二电流镜模块、开关控制模块以及输出级模块。输入模 块的第一端及第二端分别接收第一信号及第二信号。输入模块包括第一差 动对及第二差动对。第一电流镜模块的第一节点及第二节点耦接第一差动 对。第一电流镜模块经由第一节点提供第一偏压电流至第一差动对，且经 由第二节点输出第一镜像电流。第 一镜像电流为经由镜像第 一偏压电流所 产生的。第二电流镜模块的第三节点及第四节点耦接第二差动对。第二电 流镜模块经由第三节点接收第二差动对的第二偏压电流，且经由第四节点 接收第二镜像电流。第二镜像电流为经由镜像第二偏压电流所产生的。
另外，开关控制模块耦接第一电流镜模块的第一及第二节点，以及耦 接第二电流镜模块的第三及第四节点。开关控制模块调整第一及第二偏压 电流，并据以调整第一及第二镜像电流。输出级模块依据第一及第二镜像 电流，在其输出端产生输出电压信号至面板负载。输出级模块包括第一及 第二晶体管，其中第 一及第二镜像电流控制第 一及第二晶体管导通与否。 第 一晶体管的栅极及第 一源/漏极分别耦接第 一 电流镜才莫块的第二节点及第 一电压，且第一晶体管的第二源/漏极产生输出电压信号。第二晶体管的栅 极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第二电流镜模块的第四节点、第一 晶体管的第二源/漏极及第二电压。
上述输出緩冲器，在一实施例中第一电流镜模块包括第九及第十晶体 管。第九晶体管的第一源/漏极耦接第一电压，且第九晶体管的栅极耦接其 第二源/漏极，其中第九晶体管的第二源/漏极为第一电流镜模块的第一节
6点。第十晶体管的栅极及第 一源/漏极分别耦接第九晶体管的栅极及第 一电 压，且第十晶体管的第二源/漏极为第 一 电流镜模块的第二节点。
上述输出緩冲器，在一 实施例中第二电流镜模块包括第十一及第十二 晶体管。第十一晶体管的栅极耦接其第一源/漏极，且第十一晶体管的第二 源/漏极耦接第二电压，其中第十一 晶体管的第 一源/漏极为第二电流镜模块
的第三节点。第十二晶体管的第一源/漏极为第二电流镇:;漠块的第四节点，
且第十二晶体管的栅极及第二源/漏极分别耦接第十一晶体管的栅极及第二 电压。
由于面板负载等效于电阻电容(RC)的串联电路，因此本发明所提供
的输出緩冲器其利用面板负载来补偿输出緩冲器的相位容限。因此无须额
外的米勒(Miller)电容，便得以减少布局面积及成本，而且输出緩冲器也 能以较低的偏压电流来获得高回转率，进而节省功率消耗。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举优选实施例， 并配合附图，作详细说明如下。
图1为传统输出緩沖器的电路图。 图2为本发明的一实施例输出緩沖器的方块图。 图3为本发明的一实施例输出缓冲器的电路图。主要元件符号说明
100、200、 300:输出緩冲器
110:P型差动对
120:N型差动对
130、140:电流镜电路
150:输出电路
210、310:面板负载
220、320:输入模块
221:第一差动对
222:第二差动对
230、330:第一电流镜模块
240、340:第二电流镜模块250、 350:开关控制模块 260、 360:输出级模块 321: N型差动对 322: P型差动对 Iml、 Im2: 4竟^f象电流 Ibl、 Ib2:偏压电流 Ml、 M2:晶体管 Cl、 C2、 C:电容器 N1 N10: N型晶体管 P1 P10: P型晶体管 R:电阻器
A、 B、 C、 Nl、 N2、 N3、 N4:节点 VDDA:电源电压 VSSA:接地电压 Vout:输出电压信号
具体实施例方式
图2为本发明的一实施例输出緩冲器的方块图。请参照图2,输出緩冲 器200可应用于源极驱动器(source driver)，以提升源极驱动器的输出驱 动能力以及信号传输强度。输出緩冲器200耦接面板负载210,在此面板负 载等效一电阻电容(RC)串联电路。输出緩冲器200包括输入模块220、 第一电流镜模块230、第二电流镜模块240、开关控制模块250以及输出级 模块260。输入模块220包括第一差动对221与第二差动对222。由于显示 装置通常会采用极化反转(polarity inversion)的驱动方式，也就是互补的 像素电压(即正极性电压及负极性电压)会交替地提供至像素电极(pixel electrode),因而假设第一差动对221与第二差动对222分别为N型差动 对与P型差动对，藉以增加输出緩冲器200的输入电压范围。输入模块220 的第一输入端IN1及第二输入端IN2分别为输出緩冲器200的非反相端与 反相端，且二者分别接收第一信号VINP与第二信号VINN。
第一电流镜模块230的节点Nl及节点N2耦接第一差动对221。第一 电流镜模块230经由节点N1提供偏压电流IM至第一差动对221,并且经由节点N2输出镜像电流Iml，其中镜像电流Iml为经由镜像偏压电流Ibl 产生的。第二电流镜模块240的节点N3及节点N4耦接第二差动对222。 第二电流镜模块240经由节点N3接收第二差动对222的偏压电流Ib2，且 经由节点N4接收镜像电流Im2,其中镜像电流Im2为经由镜像偏压电流Ib2 产生的。开关控制模块250耦接第一电流镜模块230的节点N1及N2，以 及耦接第二电流镜模块240的节点N3及N4。开关控制模块250调整提供 至第一差动对221的偏压电流Ibl，以及调整第二差动对222的偏压电流 Ib2,藉以控制输出级模块260的运作。
输出级冲莫块260包括晶体管Ml及M2,在本实施例中晶体管Ml及 M2分另'J为P型金属氧4匕物半导体(P-channel metal oxide semiconductor, PMOS )的晶体管及N型金属氧化物半导体(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)的晶体管。晶体管Ml的栅极耦接第一电流镜模 块230的节点N2，晶体管Ml的第一源/漏极耦接电源电压VDDA，例如5 伏特，且晶体管Ml的第二源/漏极产生输出电压信号Vout。晶体管M2的 栅极耦接第二电流镜模块240的节点N4,晶体管M2的第一源/漏极耦接晶 体管Ml的第一源/漏极，且晶体管M2的第二源/漏极耦接接地电压VSSA, 例如0伏特。由于镜像电流Iml与Im2为分别经由镜像偏压电流Ibl与Ib2 产生的，因此通过开关控制模块250的运作，可以调整镜像电流Im 1与Im2 ， 进而改变晶体管Ml及晶体管M2的栅极电压，藉以控制晶体管Ml及M2 导通与否。因此，输出级模块260便依据镜像电流Iml及lm2,经由输出 端OUT产生输出电压信号Vout至面板负载210。输出端OUT亦即为输出 緩冲器200的输出端。倘若输出緩冲器200为单位增益的运算放大器，则 输出级模块260的输出端OUT则耦接输入模块220的第二输入端IN2 。
在上述实施例，输出緩冲器200为应用在源极驱动器之中，而耦接输 出緩冲器200的面板负载210可补偿输出緩冲器200的相位容限(phase margin)，相较于先前技术，上述实施例无需采用米勒(Miller)电容。众 所皆知，具有高电容值的米勒电容会降低输出緩冲器的回转率(slew rate )， 因此需要对应增加偏压电流来维持一定的回转率，但是也相对地增加了功 率消耗。另外，米勒电容亦占用布局面积。所以，上述实施例的输出緩冲 器200不仅能减少布局面积与成本，也能以较低的偏压电流来获得高回转 率。为了使本领域技术人员能轻易地实行本发明，将另举一实施例加以说
明。图3为本发明的一实施例输出緩冲器的电路图。请参照图3，输出緩冲 器300包括输入模块320、第一电流镜模块330、第二电流镜模块340、开 关控制模块350以及输出级模块360。为了便于叙述，在此引用实施例图2 的信号、端点、节点、电流及电压的符号。输出緩冲器300应用于源极驱 动器，用以传送输出电压信号Vout至面板负载310。输入模块320包括N 型差动对321与P型差动对322，以及晶体管T5及T8。晶体管T5与T8 的运作可视为电流源，其分别驱动第一电流镜模块330及第二电流镜模块 340。 N型差动对321包括晶体管T3及T4，且P型差动对322包括晶体管 T6及T7。在本实施例中，晶体管T3到T5为NMOS晶体管，而晶体管T6 到T8为PMOS晶体管。
在N型差动对321中，晶体管T3的第一源/漏极("第一源/漏极"代表是 晶体管上方的端点，以下类同)及第二源/漏极("第二源/漏极"代表是晶体管 下方的端点，以下类同)分别耦接第 一 电流镜模块330的节点N2及晶体管 T5的第一源/漏极，且晶体管T3的栅极接收第一信号VINP。其中，晶体 管T5的栅极及第二源/漏极则分别耦接偏压Vbl及接地电压VSSA。晶体 管T4的第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接第一电流镜模块330的节点Nl 及晶体管T3的第二源/漏极，且晶体管T4的栅极接收第二信号VINN。在 P型差动对322中，晶体管T6的第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接晶体 管T8的第二源/漏极及第二电流镜模块340的节点N4,且晶体管T6的栅 极接收第一信号VINP。其中，晶体管T8的栅极及第一源/漏极则分别耦接 偏压Vb2与电源电压VDDA。晶体管T7的第一源/漏极与第二源/漏极分别 耦接晶体管T6的第一源/漏极与第二电流镜模块340的节点N3，且晶体管 T7的栅极接收第二信号VINN。 N型差动对321及P型差动对322为以轨 对轨(rail-to-rail)的形式耦接一起，用以增加输出緩冲器300的输入电压 范围。
第一电流镜模块330包括晶体管T9及T10,其中本实施例的晶体管 T9及T10为PMOS晶体管。晶体管T9的第一源/漏极耦接电源电压VDDA， 其第二源/漏极为第一电流镜模块330的节点Nl,且其栅极耦接其第二源/ 漏极。晶体管T10的栅极耦接晶体管T9的栅极，其第一源/漏极耦接电源 电压VDDA,且其第二源/漏极为第一电流镜模块330的节点N2。第一电流镜模块330经由节点Nl提供偏压电流Ibl到N型差动对321 ，并且经由 节点N2输出镜像电流Iml到输出级模块360。其中，镜像电流Iml为经由 镜像偏压电流Ibl产生的。
第二电流镜才莫块340包括晶体管Tll及T12,其中本实施例的晶体管 Tll及T12为NMOS晶体管。晶体管Tll的第一源/漏极为第二电流镜模块 340的节点N3，其第二源/漏极耦接接地电压VSSA,且其栅极耦接其第一 源/漏极。晶体管T12的栅极耦接晶体管Tll的栅极，其第一源/漏极为第二 电流镜模块340的节点N4，且其第二源/漏极耦接接地电压VSSA。第二电 流镜模块340经由节点N3接收P型差动对322的偏压电流Ib2,并且经由 节点N4接收镜像电流Im2。其中，镜像电流Im2为经由镜像偏压电流Ib2 产生的。
开关控制模块350包括晶体管T13 T16,其中本实施例的晶体管T13 及T16为PMOS晶体管，而晶体管T14及T15为NMOS晶体管。晶体管 T13的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接偏压Vb3、第一电流镜模 块330的节点Nl及第二电流镜模块340的节点N3。晶体管T14的栅极、 第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接偏压Vb4、晶体管T13的第一源/漏极 及晶体管T13的第二源/漏极。晶体管T15的栅极、第一源/漏极及第二源/ 漏极分别耦接偏压Vb4、第一电流镜模块330的节点N2及第二电流4竟才莫块 340的节点N4。晶体管T16的栅极、第一源/漏极及第二源/漏极分别耦接 偏压Vb3、晶体管T15的第一源/漏极及晶体管T15的第二源/漏极。
晶体管T13 T16的导通状态可以控制提供至N型差动对321及P型差 动对322的偏压电流Ibl及lb2,进而控制提供至输出级模块360的镜像电 流lml及Im2。因此，输出级冲莫块360便依据镜像电流Iml与Im2，而产 生输出电压信号Vout至面板负载310。
在本实施例中，由在此输出緩冲器300的驱动能力已足够驱动一般的 显示装置，第一电流镜模块330及第二电流镜模块340无需迭接额外的晶 体管来增加输出緩冲器300的增益，其中迭接的晶体管例如为图1中晶体 管P6及P7及晶体管N6及N7。因此，上述实施例可以降低输出緩冲器300 电路中寄生电容效应的影响，并确保输出緩冲器300能正确地运作。此外， 上述实施例无需米勒(Miller)电容，上述实施例为利用等效电阻电容串联 电路的面板负载,来补偿输出緩沖器300的相位容限(phase margin), 进而使输出緩冲器300能稳定地运作。因此，输出緩沖器300能减少布局面 积与成本，而且能以较低的偏压电流来获得高回转率以节省功率消耗。
虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，本 领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润 饰，因此本发明的保护范围当视所附权利要求书所界定者为准。
权利要求
1. 一种输出缓冲器，适用一源极驱动器，其特征在于包括一输入模块，其第一输入端接收一第一信号，其第二输入端接收一第二信号，其中该输入模块包括一第一差动对及一第二差动对；一第一电流镜模块，其第一节点及第二节点耦接该第一差动对，以经由该第一节点提供一第一偏压电流至该第一差动对，并经由该第二节点输出一第一镜像电流，其中该第一镜像电流为经由镜像该第一偏压电流而产生的；一第二电流镜模块，其第三节点及第四节点耦接该第二差动对，以经由该第三节点接收该第二差动对的一第二偏压电流，并经由该第四节点接收一第二镜像电流，其中该第二镜像电流为经由镜像该第二偏压电流而产生的；一开关控制模块，耦接该第一电流镜模块的第一节点及第二节点，以及耦接该第二电流镜模块的第三节点及第四节点，用以调整该第一偏压电流及第二偏压电流；以及一输出级模块，依据该第一镜像电流与第二镜像电流，其输出端产生一输出电压信号至一面板负载，且该输出级模块包括一第一晶体管，其栅极耦接该第一电流镜模块的第二节点，其第一源/漏极耦接一第一电压，且其第二源/漏极产生该输出电压信号；以及一第二晶体管，其栅极耦接该第二电流镜模块的第四节点，其第一源/漏极耦接该第一晶体管的第二源/漏极，且其第二源/漏极耦接一第二电压；其中该开关控制模块分别调整该第一偏压电流及第二偏压电流，藉以控制该输出级模块的该第一晶体管及该第二晶体管导通与否。
2. 如权利要求1所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的第一差动 对包括一第三晶体管，其栅极接收该第一信号，其第一源/漏极耦接该第一电 流镜模块的第二节点，且其第二源/漏极耦接该第二电压；以及一第四晶体管，其栅极接收该第二信号，其第一源/漏极耦接该第一电 流镜模块的第 一节点，且其第二源/漏极耦接该第三晶体管的第二源/漏极。
3. 如权利要求2所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的输入模块还包括一第五晶体管，其栅极耦接一第一偏压， 一第一源/漏极耦接该第三晶 体管的第二源/漏极，且其第二源/漏极耦接该第二电压。
4. 如权利要求1所述的输出緩沖器，其特征在于其中所述的第二差动 对包括一第六晶体管，其栅极接收该第一信号，其第一源/漏极耦接该第一电 压，且其第二源/漏极耦接该第二电流镜模块的第四节点；以及一第七晶体管，其栅极接收该第二信号，其第一源/漏极耦接该第六晶 体管的第 一 源/漏极，且其第二源/漏极耦接该第二电流镜模块的第三节点。
5. 如权利要求4所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的输入模块 还包括一第八晶体管，其栅极耦接一第二偏压，其第一源/漏极耦接该第一电 压，且其第二源/漏极耦接该第六晶体管的第一源/漏极。
6. 如权利要求1所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的第一电流 镜模块包括一第九晶体管，其第一源/漏极耦接该第一电压，且其第二源/漏极耦接 其栅极，其中该第九晶体管的第二源/漏极为该第一电流镜模块的第一节点； 以及一第十晶体管，其栅极耦接该第九晶体管的栅极，期第一源/漏极耦接 该第一电压，且其第二源/漏极为该第一电流镜模块的第二节点。
7. 如权利要求1所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的第二电流 镜模块包括一第十一晶体管，其第一源/漏极耦接其栅极，且其第二源/漏极耦接该 第二电压，其中该第十一晶体管的第一源/漏极为该第二电流镜模块的第三 节点；以及一第十二晶体管，其栅极耦接该第十一晶体管的栅极，期第一源/漏极 为该第二电流镜模块的第四节点，且其第二源/漏极耦接该第二电压。
8. 如权利要求1所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的开关控制 模块包括一第十三晶体管，其栅极耦接一第三偏压，其第一源/漏极耦接该第一电流镜模块的第 一节点，且其第二源/漏极耦接该第二电流镜模块的第三节点；一第十四晶体管，其栅极耦接一第四偏压，其第一源/漏极耦接该第十 三晶体管的第一源/漏极，且其第二源/漏极耦接该第十三晶体管的第二源/ 漏极；一第十五晶体管，其栅极耦接该第四偏压，其第一源/漏极耦接该第一 电流镜模块的第二节点，且其第二源/漏极耦接该第二电流镜模块的第四节 点；以及一第十六晶体管，其栅极耦接该第三偏压，其第一源/漏极耦接该第十 五晶体管的第一源/漏极，且其第二源/漏极耦接该第十五晶体管的第二源/ 漏极。
9. 如权利要求1所述的输出緩冲器，其特征在于其中所述的输出緩冲 器为单位增益运算放大器，且该输出级模块的输出端耦接该输入模块的第 二输入端。
10. 如权利要求1所述的输出缓冲器，其特征在于其中所述的第一电压 为电源电压，以及该第二电压为接地电压。
全文摘要
一种输出缓冲器，用于源极驱动器。输出缓冲器包括输入模块、第一及第二电流镜模块、开关控制模块以及输出级模块，其中输入模块包括第一与第二差动对。第一电流镜模块提供第一偏压电流至第一差动对，并且输出第一镜像电流。第二电流镜模块接收第二差动对的第二偏压电流及第二镜像电流。第一与第二镜像电流分别经由镜像第一与第二偏压电流而产生的。开关控制模块调整第一与第二偏压电流，以控制输出级模块的运作。输出级模块依据第一与第二镜像电流，产生输出电压信号至面板负载。
文档编号H03K19/0175GK101453207SQ20081021424
公开日2009年6月10日 申请日期2008年8月29日 优先权日2007年12月6日
发明者张耀光 申请人:奇景光电股份有限公司