负载驱动电路的制作方法

专利名称：负载驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如在液晶显示板的源驱动器中构建的、例如当液晶显示板的信号线响应于n比特D/A转换器的多值输出被驱动时被使用 的负栽驱动电路。
背景技术：
在构建于液晶显示板的源驱动器中的、例如当液晶显示板的信号 线被驱动时所使用的负载驱动电路中，内置相位补偿器，旨在改进相 位特性，防止电路振荡等等(例如，见专利文件l、 2和3)。内置有相位补偿器的这样的负载驱动电路的例子被显示于图12。 如图所示，该负载驱动电路包括应当连接负栽(未示出)的输出端OUT; 应被送给输入信号的输入端IN;末级放大器AMPO,包括用于驱动负 载的输出元件(P1和N1);预放大器(AMP1和AMP2)，用于冲艮据输入 信号驱动被包括在末级放大器中的输出元件(P1，N1);和相位补偿器(上 升沿相位补偿器13和下降沿相位补偿器14),用于改进输入和输出信 号波形之间的相位特性，并被构建为使得非倒相形式的输出信号根据 加到输入端IN的输入信号出现在输出端。在本例中，末级放大器AMP0由互补连接的一对输出元件(p沟道 型MOS场效应晶体管Pl(此后简称为"晶体管Pl，，)和n沟道型MOS 场效应晶体管Nl(此后简称为"晶体管Nl"))组成。输出元件(晶体管 Pl和Nl)被偏置，使得末级放大器AMP0例如执行甲乙类运行。预放大器由第一倒相放大器AMP1和第二倒相放大器AMP2组 成，其中第一倒相放大器AMP1用来放大在输入端IN与输出端OUT 之间的电位差并把该电位差加到末级放大器AMP0的高电位端输出元 件(晶体管Pl)的控制输入端(栅极端GP1),第二倒相放大器AMP2用
来放大在输入端IN与输出端OUT之间的电位差并把该电位差加到末 级放大器AMP0的低电位端输出元件(晶体管Nl)的控制输入端(栅极 端GN1)。上升沿相位补偿器13包括被插入在高电位端输出元件(晶体管PI) 的控制输入端(栅极端GP1)与输出端OUT之间的由电阻元件Rl和电 容器CI组成的串联电路。下降沿相位补偿器14包括被插入在低电位 端输出元件(晶体管Nl)的控制输入端(栅极端GNl)与输出端OUT之 间的由电阻元件R2和电容器C2组成的串联电路。显示负栽驱动电路的各个部分的信号波形的波形图被显示于图 13。如图所示，当输入端IN的电位从低电位改变到高电位时，第一倒 相放大器AMP1降低晶体管PI的栅极端GP1的电位，同时，第二倒 相放大器AMP2降低晶体管Nl的栅极端GN1的电位，以使输出端 OUT的电位和输入端IN的电位变为相同的电位。于是，因为在栅极与源极之间的电位差增加，所以晶体管Pl的驱 动能力增强。另一方面，因为在栅极与源极之间的电位差减小，所以 晶体管Nl的驱动能力下降。这时，被包括在相位补偿器13中的电容器CI通过因连接到输出 端OUT的负载电容器造成的电容分割被瞬时放电。因此，晶体管Pl 的栅极端GP1的电位只在紧邻输入端IN的上升沿后的一段时间内下 降，晶体管P1的初始驱动能力被进一步增强。结果，输出端OUT的 电位可以跟随输入端IN的电位瞬时上升，相位特性得到改进。另一方面，当输入端IN的电位从高电位改变到低电位时，第一倒 相放大器AMP1增加晶体管P1的栅极端GP1的电位，同时，第二倒 相放大器AMP2增加晶体管Nl的栅极端GN1的电位，以使得输出端 OUT的电位和输入端IN的电位变为相同的电位。于是，因为在栅极与源极之间的电位差减小，所以晶体管P1的驱 动能力下降。另一方面，因为在栅极与源极之间的电位差增加，所以 晶体管Nl的驱动能力增强。这时，被包括在相位补偿器14中的电容器C2通过因连接到输出
端OUT的负载电容器造成的电容分割被瞬时充电。因此，晶体管Nl 的栅极端GN1的电位只在紧邻输入端IN的下降沿的一段时间内增加， 晶体管Nl的初始驱动能力进一步加强。因此，输出端OUT的电位可 以跟随输入端IN的电位瞬时下降，相位特性得到改进。专利文件1:日本专利待审公开No.6-216662专利文件2:日本专利待审公开No.7-106871专利文件3:日本专利待审7^开No.11-249625发明内容本发明所要解决的技术问题然而，在传统的负载驱动电路中，由于电容器C1和C2被包括在 相位补偿器(13和14)中，有一个问题当试图以半导体集成电路实现 负栽驱动电路时，集成度不能有效地提高，因为在芯片上由电容器C1 和C2占用的面积是大的，结果，很难降低LSI芯片的价格。虽然有可能通过采用特殊的工艺减小由电容器Cl和C2占用的面 积，但不可能降低LSI芯片的价格，因为由于工艺本身的花费而增加 成本。鉴于这些问题，设计了本发明，所以，本发明的目的是提供具有 满意的相位特性并且可以以低价格LSI芯片实现的负载驱动电路。通过参考以下说明书，本领域技术人员将容易理解本发明的其它 目的和技术效果。解决问题的技术手段为了解决问题，根据本发明的负栽驱动电路采用下面描述的结构。 根据本发明的负载驱动电路具有一种基本结构，该基本结构包括 应与负载连接的输出端；应送入输入信号的输入端；末级放大器，包 括用于驱动负栽的输出元件；预放大器，用于根据输入信号驱动被包 括在末级放大器中的输出元件；和相位补偿器，用于改进在输入和输 出信号波形之间的相位特性。非倒相形式的输出信号根据加到输入端 IN的输入信号出现在输出端.
在上述的基本结构中，相位补偿器是通过把非线性电阻元件与开 关元件的串联电路插入在末级放大器的输出元件的控制输入端与负载 驱动电路的输出端之间而构成的。非线性电阻元件具有非线性特性， 其中当所施加的电压值增加时电阻值减小以及当所施加的电压值减小
时电阻值增加。开关元件被切换控制为根据输出元件是被设在末级 放大器的高电位端还是低电位端，仅仅在输入信号的高电位期间或低 电位期间选择性地进入导通状态。
根据上述的结构，被设在开关元件的高电位端的开关元件仅仅在 输入信号的高电位期间才进入导通状态。另一方面，被设在开关元件
态。^ 、 纟 ？曰、'、、
紧接在输入端的电位从低电位改变到高电位后，由于在输入端与 输出端之间的电位差是大的，所以非线性电阻元件的电阻值是小的。 所以，高电位端输出元件的控制输入端的电位基本上随输出端的电位 下降。因此，高电位端输出元件的驱动能力被增强，并且输出端的电 位随输入端的电位急剧上升。
当输出端的电位上升时，由于在输入端和输出端之间的电位差减 小，非线性电阻元件的电阻值增加。此后，高电位端输出元件的控制 输入端的电位取由预放大器的输出控制的数值。
紧接在输入端的电位从高电位改变到低电位后，由于在输入端与 输出端之间的电位差是大的，所以非线性电阻元件的电阻值是小的。 所以，高电位端输出元件的控制输入端的电位基本上随输出端的电位 上升。因此，低电位端输出元件的驱动能力被增强，并且输出端的电 位随输入端的电位急剧下降。
当输出端的电位下降时，由于在输入端和输出端之间的电位差减 小，非线性电阻元件的电阻值增加。此后，高电位端输出元件的控制 输入端的电位取由预放大器的输出控制的数值。
如上所述，根据本发明，输出端的电位很好地随输入端的电位急 剧上升或下降。有可能得到在输入与输出波形之间的满意的相位特性。
由于电容器没有被包括在相位补偿器中，即使在用半导体集成电路实 现相位补偿器时，高密度集成也是可能的，并且有可能以低成本制造
LSI芯片。
在实施根据本发明的负栽驱动电路时，有可能根据所需的要求采 用各种实施方式。
在本发明的一个实施例中，非线性电阻元件可以是具有控制输入 端和一对主端的晶体管元件，被电路连接成使得该控制输入端的电位 跟随负载驱动电路的输出端的电位。根据这样的结构，有可能结合用 于晶体管元件的制造工艺制造非线性电阻元件，并且有可能根据在晶 体管的控制输入端与输出端之间的电位差与晶体管的正向阈值电压的 比较结果，使得晶体管不单用作电阻元件，而且也用作开关元件。
在本发明的一个实施例中，末级放大器可以由互补连接的一对输 出元件组成。串联电路可被分别插入在高电位端输出元件的控制输入间。
在本发明的一个实施例中，末级放大器可被构建为将高电位端输 出元件和负载元件或者将低电位端输出元件和负载元件串联连接在一 对电源端之间，并从它的连接点提取输出信号。串联电路可被插入在 高电位端输出元件的控制输入端与输出端之间，或被插入在低电位端 输出元件的控制输入端与输出端之间。在这种情形下，负载元件可以 是由一个或两个或更多个晶体管元件组成的恒流源。
在本发明的一个实施例中，预放大器可以是倒相放大器，它放大 在输入端与输出端之间的电位差并把该电位差加到末级放大器的输出 元件。在这种情形下，倒相放大器可以是电流镜型差分放大器，其中 一个恒流源被插入到公共电流路径中。
在本发明的一个实施例中，预放大器可以是非倒相緩冲放大器， 它放大输入信号，以及上拉电阻元件可被插入在输出元件的控制输入 端与电源端之间。在这种情形下，非倒相緩冲器电路可以是三态型的 緩冲器电路。上拉电阻元件可以是多晶硅电阻， 一个具有控制输入端
和一对主端并通过使控制输入端导电连接到该对主端之一而用作电阻 元件的晶体管元件，或者可以是由一个或两个或更多个晶体管元件组 成的恒流源。
本发明在所有的实施例中还可包括控制输入端和用于根据加到该 控制输入端的控制输入信号使能/禁用预放大器和/或相位补偿器的运 行的电路。
本发明的有利技术效果
根据本发明的负载驱动电路，输出端的电位随输入端急剧上升或 下降，有可能得到在输入与输出波形之间的满意的相位特性。由于在 相位补偿器中不包括电容器，即使在用半导体集成电路实现相位补偿
器时，高密度集成度也是可能的，并且有可能以低成本制造LSI芯片。


图1是具有相位补偿功能的负栽驱动电路(第一实施例)的图； 图2是显示负载驱动电路(第一实施例)的各个部分的信号波形的 波形图3是在轻负栽(15pF)下相位补偿功能的比较性仿真波形图； 图4是在重负载(150pF)下相位补偿功能的比较性仿真波形图； 图5是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第二实施例)的图； 图6是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第三实施例)的图； 图7是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第四实施例)的图； 图8是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第五实施例)的图； 图9是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第六实施例)的图； 图10是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第七实施例)的图； 图11是具有相位补偿功能的负载驱动电路(第八实施例)的图； 图12是具有相位补偿功能的负载驱动电路(传统的例子)的图； 图13是显示负栽驱动电路(传统的例子)的各个部分的信号波形的 波形图。
符号说明AMP0 末级放大器
Pl P沟道型MOS场效应晶体管(输出元件)
Nl N沟道型MOS场效应晶体管(输出元件)
1，3，5，7，9，11，13 上升沿相位补偿器 2,4，6.8，10，12，14 下降沿相位补偿器 OUT 输出端 IN 输入端
GP1 栅极端(输出元件的控制输入端)
GN1 栅极端(输出元件的控制输入端)
AMP1 第一倒相放大器
AMP2 第二倒相放大器
AMP3 电流镜型倒相差分放大器
AMP4 电流镜型倒相差分放大器
CNT 控制输入端
BFR1 非倒相緩冲放大器
BFR2 非倒相緩冲放大器(具有使能端)
具体实施例方式
此后参照附图详细地说明根据本发明的负载驱动电路的优选实施例。
根据本发明的负载驱动电路(第一实施例)的图显示于图1。如图所 示，这个负栽驱动电路包括应连接负载(未示出)的输出端OUT;应 送入例如多值形式的输入信号的输入端IN;末级放大器AMPO，包括 用于驱动负栽的输出元件(p沟道型MOS场效应晶体管Pl(此后简称为 "晶体管Pl，，)和n沟道型MOS场效应晶体管Nl(此后简称为"晶体管 Nl"));预放大器(AMP1和AMP2)，用于根据输入信号驱动被包括在 末级放大器AMP0中的输出元件(晶体管PI和晶体管Nl);和相位补 偿器(上升沿相位补偿器1和下降沿相位补偿器2)，用于改进输入和输 出信号波形之间的相位特性，所述负栽驱动电路被构建为使得非倒相
形式的输出信号根据加到输入端IN的输入信号而出现。
在本例中，末级放大器AMP0由互补连接的一对输出元件(晶体管 Pl和晶体管Nl)组成。输出元件(晶体管PI和Nl)被偏置成使得末级 放大器AMP0执行甲乙类运行。
预放大器由第一倒相放大器AMP1和第二倒相放大器AMP2组 成，第一倒相放大器AMP1用来放大在输入端IN与输出端OUT之间 的电位差并把该电位差加到末级放大器AMPO的高电位端输出元件 (晶体管Pl)的控制输入端(栅极端GPl)，第二倒相放大器AMP2用来 放大在输入端IN与输出端OUT之间的电位差并把该电位差加到末级 放大器AMPO的低电位端输出元件(晶体管Nl)的控制输入端(栅极端 GNl)。
上升沿相位补偿器1包括被插入在高电位端输出元件(晶体管PI) 的控制输入端(栅极端GP1)与输出端OUT之间的、由用作非线性电阻 元件的p沟道型MOS场效应晶体管P2(此后简称为"晶体管P2")和用 作开关元件的n沟道型MOS场效应晶体管N2(此后简称为"晶体管 N2，，)组成的串联电路。
更具体地，晶体管P2的源极端被连接到晶体管PI的栅极端GP1, 晶体管P2的栅极端通过晶体管PI的漏极端DPI被连接到输出端 OUT,以及晶体管P2的漏极端经由具有开关功能的晶体管N2被连接 到输出端OUT。
所以，晶体管P2的导通电阻在开关元件(N2)导通状态下根据在晶 体管PI的栅极端GP1与输出端OUT之间的电位差，即晶体管P2的 源漏极电压(施加的电压)改变，由此实现非线性电阻元件的功能。
另一方面，用作开关元件的晶体管N2的栅极端被连接到输入端 IN，它的源极端被连接到输出端OUT。所以，晶体管N2仅仅在输入 端IN的电位比输出端OUT的电位高出等于或大于晶体管N2的输入 阈值电压Vth的电位的期间才选择性地导通，由此实现用于整流的开 关功能。
下降沿相位补偿器2包括被插入在低电位端输出元件(晶体管Nl)
的控制输入端(GN1)与输出端OUT之间的、由用作非线性电阻元件的 n沟道型MOS场效应晶体管N3(此后简称为"晶体管N3")和用作开关 元件的p沟道型MOS场效应晶体管P3(此后简称为"晶体管P3")组成 的串联电路。
更具体地，晶体管N3的源极端被连接到晶体管Nl的栅极端GN1， 晶体管N3的栅极端通过晶体管Nl的漏极端DN1被连接到输出端 OUT，晶体管N3的漏极端经由具有开关功能的晶体管P3被连接到输 出端OUT。
所以，晶体管P3的导通电阻值在开关元件(P3)导通状态下根据在 晶体管Nl的栅极端GN1与输出端OUT之间的电位差，即晶体管N3 的源漏极电压(施加的电压)改变，由此实现非线性电阻元件的功能。
另一方面，用作开关元件的晶体管P3的栅极端被连接到输入端 IN。所以，晶体管P3仅仅在输入端IN的电位比输出端OUT的电位 低到等于或大于晶体管N2的输入阈值电压Vth的电位的期间才选择 性地导通，由此实现用于整流的开关功能。
显示负栽驱动电路的各个部分的信号波形的波形图(第一实施例) 显示于图2。如图所示，当输入端IN的电位从低电位改变到高电位时， 第一倒相放大器AMP1试图降低设在高电位端的晶体管Pl的栅极端 GP1的电位，并提高晶体管Pl的驱动能力，第二倒相放大器AMP2 试图降低晶体管Nl的栅极端GN1的电位并使晶体管Nl的驱动能力 下降，以使输出端OUT的电位变为与输入端IN的电位相同。
这时，因为输入端IN的电位是高电位，所以被包括在上升沿相位 补偿器1中的、具有开关功能的晶体管N2是导通的。具有可变电阻 功能的晶体管P2显示为导通状态和低电阻值(低导通电阻状态)，因为 输出端OUT的电位仍旧是低电位。所以，相位补偿器1变为工作状 态，动态地降低晶体管Pl的栅极端GP1的电位，从而显著增强晶体 管P1的驱动能力。结果，输出端OUT的电位可以随输入端IN的电 位急剧上升。
当输出端OUT的电位从低电位改变到高电位时，晶体管P2的导
通电阻值逐渐增加，以控制晶体管Pl的栅极端GP1的电位和调节驱 动能力。
当输出端OUT的电位高于被晶体管N2的导通阈值电压Vth降低 的输入端IN的电位时，晶体管N2从导通状态切换到截止状态。
此后，晶体管PI的栅极端GPl的电位控制被切换到由第一倒相 放大器AMPl控制，输出端OUT的电位被控制为与输入端IN的电位 相同。
在上述的输入信号的上升操作期间，输出端OUT的电位没有变 为比输入端IN的电位高出晶体管P3的输入阈值电压Vth。因此，晶 体管P3保持为截止状态，下降沿相位补偿器2保持为禁用状态。
另一方面，如图2所示，当输入端IN的电位从高电位改变到低电 位时，第一倒相放大器AMP1试图提升晶体管Pl的栅极端GP1的电 位和降低晶体管Pl的驱动能力，第二倒相放大器AMP2试图提升晶 体管Nl的栅极端GN1的电位和提高晶体管Nl的驱动能力，以使输 出端OUT的电位变为与输入端IN的电位相同。
这时，因为输入端IN的电位是低电位，所以被包括在下降沿相位 补偿器2中的、具有开关功能的晶体管P3是导通的。因为输出端OUT 的电位仍旧是低电位，所以具有可变电阻功能的晶体管N3显示为导 通状态和低电阻值(低导通电阻状态)。因此，下降沿相位补偿器2变 为工作状态，动态地提升晶体管Nl的栅极端GN1的电位，由此显著 增强晶体管N1的驱动能力。结果，输出端OUT的电位可以很好地随 输入端IN的电位急剧上升。
当输出端OUT的电位从低电位改变到高电位时，晶体管N3的导 通电阻值逐渐增加，以控制晶体管Nl的栅极端GN1的电位和调节驱 动能力。
当输出端OUT的电位低于被晶体管P3的导通阈值电压Vth提升 的输入端IN的电位时，晶体管P3从导通状态切换到截止状态。
此后，晶体管Nl的栅极端GN1的电位控制被切换到由第二倒相 放大器AMP2控制，输出端OUT的电位被控制为与输入端IN的电位相同。在上述的输入信号的上升运行期间，输出端OUT的电位没有变 为比输入端IN的电位低晶体管N2的输入阈值电压Vth。因此，晶体 管N2保持为截止状态，上升沿相位补偿器l保持为禁用状态。下面比较和说明本发明的负载驱动电路中的相位补偿器的性能与 传统的负载驱动电路中的相位补偿器的性能。在图3中示出了显示在 负载电容量是轻负载(15pF)时传统的相位补偿器与本发明相位补偿器 的比较仿真结果的图。在负载电容量是重负载(150pF)时传统的相位补 偿器与本发明相位补偿器的比较仿真结果显示于图4。正如从图上看到的，可以看到，在轻负载(15pF)和重负载(150pF) 时的仿真结果中，与传统的相位补偿器相比较，在本发明的相位补偿 器中，输出端变化相对于输入端变化的延时较短，相位余量较大。关于这两个电路的芯片的占用面积，虽然在本仿真中所使用的传 统的相位补偿器的电容器Cl和C2的电容值是2pF并且这个电容值在 布局面积上表示为约4000pm2,但本发明的相位补偿器的布局面积是 约为50nm2。已经确认，本发明的相位补偿器的芯片的占用面积可以 减小到等于或小于传统的相位补偿器的芯片的占用面积的1/80。这样，在根据第一实施例的负栽驱动电路中，除了与传统的负栽 驱动电路相比具有高相位余量以外，不使用具有大的片上占用面积的 电容器作为相位补偿器。因此，与在负载补偿器中包括电容的传统负 载驱动电路相比较，有可能实现高的集成度，并且有可能以低成本制 造这种类型的LSI芯片。通过在保持相位补偿器的基本结构的同时改变相位补偿器的外围 电路的结构，可以通过各种实施方式实现本发明的负栽驱动电路。具有相位补偿功能的负载驱动电路的另一个实施例(第二实施例) 显示于图5。在这个实施例中，末级放大器和预放大器被改变。在这个实施例中，末级放大器AMPO通过把在高电位端的晶体管 Pl和在低电位端的恒流源10串联连接在一对电源端VDD与GND之 间并把它们的连接点引出到输出端OUT而构成。恒流源10由一个或
两个或更多个晶体管元件组成。预放大器AMP3由电流镜型差分放大 器组成，其中一个恒流源被插入在低电位端的公共电流路径中。相位 补偿器1通过把用作非线性电阻元件的晶体管P2和用作开关元件的晶 体管N2的串联电路插入在末级放大器AMP0的高电位端的晶体管Pl 的栅极端GP1与末级放大器AMP0的输出端之间而构成。具有相位补偿功能的负载驱动电路的再一个实施例(第三实施例) 显示于图6。在这个实施例中，象上述实施例一样，末级放大器和预 放大器被改变。在这个实施例中，末级放大器AMPO通过把在高电位端的恒流源 10和在低电位端的晶体管Nl串联连接在一对电源端VDD与GND之 间并把它们的连接点引出到输出端OUT而构成。恒流源10由一个或 两个或更多个晶体管元件组成。预放大器AMP4由电流镜型差分放大器组成，其中一个恒流源被 插入在高电位端的公共电流路径中。相位补偿器2通过把用作非线性电阻元件的晶体管P3和用作开关 元件的晶体管N3的串联电路插入在末级放大器AMP0的低电位端的 晶体管Nl的栅极端GN1与末级放大器AMP0的输出端OUT之间而 构成。具有相位补偿功能的负载驱动电路的又一个实施例(第四实施例) 显示于图7。在这个实施例中，相位补偿器和预放大器被改变。关于上升沿相位补偿器3，用作开关元件的p沟道型MOS场效应 晶体管P4(此后简称为"晶体管P4")被连接在用作非线性电阻元件的 晶体管P2与电源端VDD之间。用作开关元件的n沟道型MOS场效应晶体管N5(此后简称为"晶 体管N5")被连接在用作非线性电阻元件的晶体管P2与用作开关元件 的晶体管N2之间。作为第一倒相放大器AMP1，釆用具有使能端的放大器。晶体管P4的栅极端、晶体管N5的栅极端和第一倒相放大器 AMP1的使能端中的每一个都经由倒相器NOT被连接到控制输入端CNT。另一方面，关于下降沿相位补偿器4，用作开关元件的n沟道型 MOS场效应晶体管N4(此后简称为"晶体管N4")被连接在用作非线性 电阻元件的晶体管N3与接地端GND之间。用作开关元件的p沟道型MOS场效应晶体管P5(此后简称为"晶 体管P5")被连接在用作非线性电阻元件的晶体管N3与用作开关元件 的晶体管P3之间。作为第二倒相放大器AMP2，采用具有使能端的放大器。晶体管N4的栅极端、晶体管P5的栅极端和第二倒相放大器 AMP2的使能端中的每一个都经由倒相器NOT被连接到控制输入端 CNT。因此，当高电位("H")被输送到控制输入端CNT时，晶体管P4 和N4变为导通状态，晶体管N5和P5变为截止状态，组成末级放大 器AMP0的晶体管P1和N1截止，由此，电路的输出端OUT的电位 变为高阻态。另一方面，当低电位("L")被输送到控制输入端CNT时， 晶体管P4和N4变为截止状态，晶体管N5和P5变为导通状态，电 路的输出端的电位根据输入端IN的电位而定。结果，这个负栽驱动电 路被形成为三态输出型的负栽驱动电路。具有相位补偿功能的负载驱动电路的另外一个实施例(第五实施 例)显示于图8。在这个实施例中，相位补偿器和预放大器被改变。关于在高电位端的相位补偿器5，用作上拉电阻的p沟道型MOS 场效应晶体管P6(此后简称为"晶体管P6")被连接在晶体管Pl的栅极 端GP1与电源端VDD之间。关于在低电位端的相位补偿器6，用作 下拉电阻的n沟道型MOS场效应晶体管N6(此后简称为"晶体管N6") 被连接在晶体管Nl的栅极端GN1与接地端GND之间。另一方面， 作为预放大器，采用非倒相緩沖放大器BFR1。因此，当输入端IN的电位从低电位改变到高电位时，晶体管N2 导通，由此，晶体管Pl的栅极端GP1的电位从电源电位VDD突然下 降，增强了晶体管Pl的驱动能力。另一方面，当输入端IN的电位从高电位改变到低电位时，晶体管P3导通，由此，晶体管N1的栅极端 GN1的电位从地电位GDD突然上升，增强了晶体管Nl的驱动能力。 具有相位补偿功能的负栽驱动电路的再一个实施例(第六实施例) 显示于图9。这个第六实施例与第五实施例的结构相同，除了上拉电 阻由多晶硅电阻元件R3实现并且下拉电阻由多晶硅电阻元件R4实现 以外。具有相位补偿功能的负栽驱动电路的再一个实施例(第七实施例) 显示于图10。这个第七实施例与第五实施例的结构相同，除了关于上 升沿相位补偿器9，上拉电阻由恒流源II实现，以及关于下降沿相位 补偿器IO,下拉电阻由恒流源12实现以外。具有相位补偿功能的负栽驱动电路的再一个实施例(笫八实施例) 显示于图11。在这个实施例中，相位补偿器和预放大器被改变。关于上升沿相位补偿器11，用作开关元件的n沟道型MOS场效 应晶体管N7(此后简称为"晶体管N7")被连接在具有开关功能的晶体 管N2与输出端OUT之间。关于下降沿相位补偿器12，用作开关元件 的p沟道型MOS场效应晶体管P7(此后简称为"晶体管P7")被连接在 具有开关功能的晶体管P3与输出端OUT之间。作为预放大器，采用 具有使能端的非倒相緩冲放大器BFR2。晶体管N7的栅极端和緩冲放大器BFR2的使能端被连接到控制 输入端CNT，而晶体管P7的栅极端经由倒相器NOT被连接到控制输 入端CNT。因此，在控制输入端CNT的电位是低("L，，)的状态下，晶体管N7 和P7都变为截止状态。因此，被包括在末级放大器AMP0中的这对 晶体管P1和N1变为截止状态，緩冲放大器BFR2被禁用，以及输出 端OUT变为高阻态。另一方面，在控制输入端CNT的电位是高("H")的状态下，緩冲 放大器BFR2被使能，这对晶体管N2和P3之一导通。因此，由于输 出端OUT的电位依赖于输入端IN的电位，所以该负载驱动电路被形 成为三态输出型的负栽驱动电路。
根据上述的实施例，提供了具有可变电阻功能的元件(P2和P3) 和能够执行电压控制的整流元件(N2和P3)来取代电阻(R1和R2)和电 容器(C1和C2)。整流元件(N2和P3)执行用于控制相位补偿器的导通 和截止的动作，具有可变电阻功能的元件(P2和P3)动态地控制输出 MOS晶体管(P1和Nl)的栅极电压并控制输出MOS晶体管的驱动能 力。因此，有可能大大减小由相位补偿器占用的面积并以低成本实现 相对于很大范围的负栽具有较小相移的高性能输出特性的电路。换句话说，根据本发明，有可能使用低廉的处理工艺，用简单的 结构并且不需要具有高电容的特殊工艺，减小集成电路的芯片面积， 并且有可能以低成本提供相对于很大范围的负栽具有较小相移的高性 能电路。具体地，在本发明中，有可能大大减小集成电路的芯片面积， 而不用使用电容器，并且有可能提供低成本的集成电路。由于使用了 可以动态地控制输出MOS晶体管的栅极电压的元件，而不用电容器， 输出晶体管具有能够对付很大范围的负栽的能力，并且有可能执行相 位补偿而不引起振荡。而且，当试图得到相同的性能时，有可能不单 大大减少相位补偿器，而且也大大减少输出晶体管，并且有可能减小 芯片面积。工业可应用性根据本发明的负载驱动电路，输出端的电位很好地随输入端的电 位急剧上升或下降，并且有可能得到在输入和输出波形之间的满意的 相位特性。而且，由于在相位补偿器中没有包括电容器，即使相位补 偿器以半导体集成电路实现时，高密度集成是可能的，并且有可能以 低成本制造LSI芯片。
权利要求
1.一种负载驱动电路，包括应与负载连接的输出端；应送入输入信号的输入端；末级放大器，包括用于驱动所述负载的输出元件；预放大器，用于根据所述输入信号驱动被包括在所述末级放大器中的输出元件；以及相位补偿器，用于改进在输入和输出信号波形之间的相位特性，非倒相形式的输出信号根据送入所述输入端的输入信号出现在所述输出端，其特征在于所述相位补偿器是通过将由非线性电阻元件和开关元件组成的串联电路插入在所述末级放大器的输出元件的控制输入端与所述负载驱动电路的输出端之间而构成的，所述非线性电阻元件具有非线性特性，即电阻值随所施加的电压值的增加而减小，并且电阻值随所施加的电压值减小而增加，以及所述开关元件根据所述输出元件被设置在所述末级放大器的高电位端还是低电位端，被切换控制成仅仅在所述输入信号的高电位期间或低电位期间选择性地进入导通状态。
2. 根据权利要求l的负载驱动电路，其特征在于非线性电阻元 件是具有控制输入端和一对主端的晶体管元件，它被电路连接成使得 该控制输入端的电位跟随所述负栽驱动电路的输出端的电位。
3. 根据权利要求1或2的负栽驱动电路，其特征在于所述末级 放大器由互补连接的一对输出元件组成，所述串联电路被分别插入在元件的控制输入端与所述输出端之间。
4. 根据权利要求1或2的负栽驱动电路，其特征在于所述末级 放大器被构建成使高电位端输出元件和负栽元件或者使低电位端输出 元件和负载元件串联连接在一对电源端之间，并从它们的连接点提取 输出信号，以及所述串联电路被插入在所述高电位端输出元件的控制 输入端与所述输出端之间，或者被插入在所述低电位端输出元件的控 制输入端与所述输出端之间。
5. 根据权利要求4的负栽驱动电路，其特征在于所述负栽元件 是由 一个或两个或更多个晶体管元件组成的恒流源。
6. 根据权利要求1到5的任一项的负载驱动电路，其特征在于 所述预放大器是倒相放大器，它放大在输入端与输出端之间的电位差 并把该电位差加到末级放大器的输出元件。
7. 根据权利要求6的负栽驱动电路，其特征在于所述倒相放大 器是电流镜型的差分放大器，其中恒流源被插入到公共电流路径中。
8. 根据权利要求1到5的任一项的负载驱动电路，其特征在于 所述预放大器是放大输入信号的非倒相緩冲电路，以及上拉电阻元件 被插入在输出元件的控制输入端与电源端之间。
9. 根据权利要求8的负载驱动电路，其特征在于所述非倒相緩 冲电路是三态型緩冲电路，它可以取高电位输出态、低电位输出态和 高阻态。
10. 根据权利要求8或9的负栽驱动电路，其特征在于所述上 拉电阻元件是多晶硅电阻。
11. 根据权利要求6或7的负栽驱动电路，其特征在于所述上 拉电阻元件是具有控制输入端和一对主端的晶体管元件，所述上拉电 阻元件通过使控制输入端导电连接到一对主端之一而用作电阻元件。
12. 根据权利要求8或9的负栽驱动电路，其特征在于所述上 拉电阻元件是由一个或两个或更多个晶体管元件组成的恒流源。
13. 根据权利要求1到12的任一项的负栽驱动电路，其特征在于 还包括一个控制输入端和用于根据加到该控制输入端的控制输入信号 使能/禁用所述预放大器和/或所述相位补偿器的运行的电路。
全文摘要
可以以低成本LSI芯片实现一种呈现令人满意的相位特性的负载驱动电路。包括非线性电阻元件(P2，N3)和开关元件(N2，P3)的串联电路被插入在负载驱动电路的输出端(OUT)与末级放大器(AMP0)的输出元件(P1，N1)的控制输入端(GP1，GN1)之间。非线性电阻元件具有非线性特性，即电阻值随施加的电压增加而减小，随施加的电压减小而增加。开关元件被切换控制为根据输出元件被设在末级放大器的高电位端还是低电位端，仅仅在输入信号的高电位期间或低电位期间选择性地进入导通状态。
文档编号G09G3/36GK101151654SQ200680010650
公开日2008年3月26日 申请日期2006年3月7日 优先权日2005年3月29日
发明者武田浩二 申请人:株式会社日出高科技