低功率LCD驱动器电路的制作方法

本发明涉及用于电子显示器，特别是用于液晶显示器(lcd)的驱动器电路的领域。另一方面，本发明涉及这种液晶显示器以及包括lcd的便携式电子设备，诸如手表、智能手表或智能手机。

背景技术：

为了驱动液晶显示器，必须提供数个直流电压电平，以给显示器的像素矩阵的行和列提供适当电力。为了提供各种不同的电压电平，已知电阻分配方案或包括至少一个电荷泵的驱动器电路。文献us6，975，314b2描述了具有电池以及具有许多调节器的显示器驱动器，所述调节器的输入端连接到电池的正电极并且其vss连接到电池的负电极。各种调节器提供的输出电压可能设置为1.5v，3.0v和4.5v。

从给定的电池电压产生多个且不同的电压电平通常意味着产生例如为1.5v的低电压电平，并通过将低电压电平与给定因子相乘而导出更高的电压电平，所述给定因子是例如为2或3的因子。

特别是对于移动电子设备，通常的目的是降低电子显示器的功耗。因此，本发明的一个目的是提供一种用于诸如lcd的电子显示器的改进的驱动器电路，其需要较少的电功率并且能够延长电池寿命。另一个目的是提供一种具有降低的功耗的改进的液晶显示器，并提供一种包括这种显示器的便携式电子设备。

专利申请ep1180762a2描述了具有驱动器电路的图像显示装置。驱动器电路包括电源，其连接到电压调节器，以为第一和第二电荷泵供电。提供第一电荷泵以在输出端产生扫描电压vgh，并且提供第二电荷泵以产生非扫描电压vgl。关于当电源的电压电平低于预定阈值以便在低电压下操作时用于两个电荷泵的低参考电压的供应没有任何描述，这是一个缺点。

技术实现要素：

在第一方面，提供了一种用于电子显示器的驱动器电路。驱动器电路包括被配置为提供参考电压的电源系统。驱动器电路还包括dc-dc转换器，dc-dc转换器具有连接到电源系统的参考电压的输入端，并且具有被配置为提供第一驱动电压的至少第一输出端。所述dc-dc转换器还具有至少第二输出端，所述第二输出端被配置为提供第二驱动电压。第二驱动电压高于第一驱动电压。

在第二方面，dc-dc转换器具有第一输出端以提供第一驱动电压，第二输出端以提供第二驱动电压，以及被配置为提供第三驱动电压的至少第三输出端。第二驱动电压高于第一驱动电压，第三驱动电压高于第二驱动电压。

dc-dc转换器还包括至少第一电荷泵，并且dc-dc转换器的输入端可在内部直接连接到第二输出端，以提供参考电压作为第二驱动电压。这样，驱动器电路遵循直接使用由电源系统提供的参考电压作为用于驱动器电路的接口的第二驱动电压的方法，该驱动器电路可操作成处理数字输入信号并激活电子显示屏的单个或数个选定的像素。

借助于至少第一电荷泵，参考电压除以或乘以给定的因子以提供第一和/或第三驱动电压。如果需要三个不同水平的第一，第二和第三驱动电压，例如1.5v、3v和4.5v，则驱动器电路的电源系统被配置为提供3v的参考电压，并且dc-dc转换器被配置为提供1.5v的第一驱动电压以及提供4.5v的第三驱动电压。

dc-dc转换器被配置为通过将所提供的参考电压除以给定的因子，例如除以因子2来导出第一驱动电压，并通过将参考电压与给定因子、例如为因子1.5相乘来提供第三驱动电压。

这样，由于由电源系统提供的参考电压被选择为三个不同输出电压的中间电压，因此可以减少驱动器电路的功耗并延长电池寿命。

根据实施例，dc-dc转换器包括第一电荷泵和第二电荷泵，第一电荷泵和第二电荷泵中的每者都具有高电压端口和低电压端口。通常，通过第一电荷泵，由电源系统提供的参考电压可以除以给定的因子以在第一输出端提供第一驱动电压。通过第二电荷泵，由电源系统提供的参考电压可以乘以给定的因子，以在dc-dc转换器的第三输出端提供第三驱动电压。在该配置中并且在输入端直接连接到第二输出端的情况下，第二驱动电压不需要任何修改。可以使用电压跟随器来确保关于负载的合适输出。通过电压分压获得第一驱动电压，通过电压倍增获得第三驱动电压。

因此，根据可用的参考电压或输入电压选择第二或中间驱动电压。然后通过参考电压的倍增获得第一和第三驱动电压中的一者，并且通过参考电压分压来获得第一和第三驱动电压中的另一者。

在一个实施例中，第一电荷泵的高电压端口可连接到输入端。可以想到，第一电荷泵的高电压端口可选择地连接到输入端。如果需要，其可与输入端断开连接。通过将第一电荷泵的高电压端口连接到输入端，第一电荷泵可以在电压分压模式下操作。因此，在第一电荷泵的低电压端口处，将获得等于第二驱动电压或等于参考电压除以给定因子、例如为2或3的因子的第一驱动电压。

在另一个实施例中，第二电荷泵的低电压端口可连接到输入端。第二电荷泵的低电压端口可选择地连接到输入端。如果需要，其也可与输入端断开连接。当第二电荷泵的低电压端口连接到输入端并且因此连接到参考电压时，第二电荷泵作用并作为电压倍增器操作。这里，在第二电荷泵的低电压端口处提供的参考电压乘以给定因子、例如为2或3的因子以提供第三驱动电压。

通常，dc-dc转换器的第二输出端包括连接到第一电荷泵的高电压端口和第二电荷泵的低电压端口两者的节点。通常，第一和第二电荷泵连接到公共输入端。第一电荷泵的高电压端口电连接到第二电荷泵的低电压端口。

在另一个实施例中，第一输出端连接到第一电荷泵的低电压端口。当第一电荷泵的高电压端口连接到参考电压并且因此连接到第二输出端时，第一电荷泵作用并作为分压器操作。因此，在第一电荷泵的低电压端口处，并且因此在dc-dc转换器的第一输出端处，除以给定因子的参考电压将被提供作为第一驱动电压。

在还另一个实施例中，第二输出端连接到第一电荷泵的高电压端口和第二电荷泵的低电压端口。在这种操作模式中，第一电荷泵作为分压器操作，第二电荷泵作为电压倍增器操作。例如，第一电荷泵可以被配置为将由电源系统提供的参考电压除以因子2，并且第二电荷泵可以被配置为将由电源系统提供的参考电压乘以因子1.5。使用例如为3v的给定的参考电压，可以在dc-dc转换器的第一和第三输出端处分别提供为1.5v和4.5v的电压水平作为第一和第三驱动电压。

考虑到在第一，第二和第三输出端提供的相应电流，与其中最低驱动电压通过第一电荷泵倍增以及其中第一电荷泵的输出电压还通过第二电荷泵倍增的配置相比，可以减少驱动器电路的总功耗。这样，可以有效地降低驱动器电路的总功耗并可延长电池寿命。

在一个实施例中，第三输出端连接到第二电荷泵的高电压端口。在该配置中，并且当电源系统直接连接到第二输出端并且因此连接到第二电荷泵的低电压端口时，第二电荷泵作用并作为电压倍增器操作。

在另一个实施例中，驱动器电路还包括连接到输入端的开关或多路复用器。开关或多路复用器被配置为选择性地将电源系统的输入端并因此将电源系统的输出端连接到第一电荷泵的低电压端口或第一电荷泵的高电压端口。通过开关或多路复用器，可以以两种不同的模式驱动驱动器电路。通过提供在两种不同驱动模式之间的驱动器电路切换，驱动器电路可以动态地适应例如由电源系统提供的变化的参考电压电平。

如果在操作期间电池的输出电压可连续地降低，则即使电池的电压水平降低，驱动器电路从一个驱动模式到另一个驱动模式的切换仍可有助于进一步操作驱动器电路。

在另一实施例中，驱动器电路包括连接到开关或多路复用器的控制器。控制器被配置为确定电源系统的电池的电压电平。因此，控制器也连接到电源系统的电池。控制器被配置为监视电池的电压电平。通常，如果控制器检测到电池的电压电平的明显降低，则控制器可操作以启动驱动器电路从一个驱动模式到另一个驱动模式的切换。通过控制器可以提供驱动器电路的驱动模式的自动切换。自动切换可以由电源系统的电池的实际电压电平触发。

控制器不必须被实现为驱动器电路的一个整体组件。它可以通过电连接到驱动器电路的单独电路来实现。

在另一个实施例中，控制器被配置为在默认模式和耗尽模式之间切换驱动器电路。默认模式和耗尽模式是驱动器电路的两种不同驱动模式的两个示例。当处于默认模式时，dc-dc转换器的输入端连接到第一电荷泵的高电压端口。当处于耗尽模式时，dc-dc转换器的输入端连接到第一电荷泵的低电压端口。

在默认模式下，驱动器电路如上所述地操作。于是，由电源系统提供的参考电压直接用作在dc-dc转换器的第二输出端处提供的第二驱动电压。借助于第一电荷泵通过分压从参考电压导出第一驱动电压，并且借助第二电荷泵通过使参考电压倍增从参考电压导出第三驱动电压。

在耗尽模式下，dc-dc转换器的输入端不再直接连接到第二输出端，而输入端连接到第一电荷泵的低电压端口。因此，输入端连接到第一输出端。在耗尽模式下，第一电荷泵和第二电荷泵作用并作为电压倍增器操作。这里，在第一电荷泵的低电压端口处提供的参考电压乘以给定的因子，以提供在第二输出端处的第二驱动电压。于是，第二电荷泵提供第二驱动电压的倍增，以提供在第三输出端处的第三驱动电压。

在耗尽模式下，驱动器电路通过使给定的参考电压倍增来提供第二和第三驱动电压。在耗尽模式下，可以通过比第二驱动电压低的参考电压来操作驱动器电路。在电池的寿命期间电池电压电平下降的情况下，驱动器电路可以自动切换到耗尽模式，在耗尽模式中将使用较低的参考电压借助于都在电压倍增模式下工作的第一和第二电荷泵来产生第二和第三驱动电压。

因此，根据进一步的实施例，控制器被配置为当电池的电压下降到预定阈值以下时，将驱动器电路从默认模式切换到耗尽模式。这样，与默认模式相比，驱动器电路可能消耗更多的功率。但是，在电池电压较低的情况下，驱动器电路仍保持可操作。这样，电池寿命可以延长，并且可以更广泛地使用由电池提供的电力。

根据另一个实施例，电源系统包括电池和连接到电池的参考电压调节器。参考电压调节器被配置为提供默认参考电压或者提供耗尽参考电压作为参考电压。借助于参考电压调节器，可以提供至少两个不同的参考电压电平，即默认参考电压和耗尽参考电压。通常，默认参考电压高于耗尽参考电压。借助于参考电压调节器，可以根据驱动器电路的驱动模式分别调整在dc-dc转换器的输入端处提供的参考电压。

在另一实施例中，当电池的电压下降到预定阈值以下时，控制器连接到参考电压调节器以提供耗尽参考电压。通常，控制器可操作以同时切换开关或多路复用器以及参考电压调节器两者。当控制器将驱动器电路从默认模式切换到耗尽模式时，控制器还切换参考电压调节器，以使耗尽参考电压替换默认参考电压作为参考电压。然后当切换到耗尽模式时，dc-dc转换器被提供耗尽参考电压。耗尽参考电压于是可以用作在第一输出端处提供的第一驱动电压。第二驱动电压和第三驱动电压将分别通过借助于第一电荷泵和第二电荷泵通过使耗尽参考电压增倍而获得。

在另一方面，本发明还涉及包括如上所述的驱动器电路的液晶显示器。

在另一方面，本发明还涉及包括液晶显示器或包括至少一个如上所述的驱动器电路的便携式电子设备。便携式电子设备可以被配置为或可以被实现为手表、健身跟踪器、智能手表、移动电话、智能电话或平板电脑或类似的手持便携式电子设备。

附图说明

在下文中，通过参考附图详细描述了用于电子显示器的驱动器电路的示例性实施例，其中：

图1示出了驱动器电路的示意性框图，

图2示出了dc-dc转换器的框图，

图3示出了在耗尽模式下被驱动时的dc-dc转换器的框图

图4示出了在默认模式下被驱动时的dc-dc转换器的框图。

具体实施方式

在图1中，示意性地示出了用于诸如lcd的电子显示器的驱动器电路10。驱动器电路10包括电源系统12。电源系统12包括电池11和连接到电池的正电极的参考电压调节器13。驱动器电路10还包括在图2-4中更详细地示出的dc-dc转换器15。dc-dc转换器15具有连接到电源系统12的输入端16。在本实施例中，dc-dc转换器15的输入端16连接到参考电压调节器13的输出端vref。dc-dc转换器15可以具有第一输出端17和第二输出端18。在图2-4所示的另一个实施例中，可以提供dc-dc转换器的第三输出端19。第一，第二和第三输出端17、18、19中的每一者连接到具有一系列接触端口42的接口40，通过所述接触端口42电子显示器60被驱动和操作。

为了驱动电子显示器60，驱动器电路10还包括数字信号处理器44。数字信号处理器44具有连接到接口40的至少一个输出端45。数字信号处理器44具有用于接收要显示在电子显示器60上的数据的输入端46。

数字信号处理器44还通过单独的数字电压调节器33连接到电池11的正电极。接口40也直接连接到电池11的正电极。调节器13、33，dc-dc转换器15和处理器44也连接到图1中未示出的电池11的负电极。

为了操作显示器60和为了驱动驱动器电路10，接口40必须被提供至少两个、甚至更多个不同的驱动电压vl1、vl2、vl3。如图1所示，第一驱动电压vl1在第一输出端17处被提供，第二驱动电压vl2在第二输出端18处被提供，并且最终第三驱动电压vl3在第三输出端19处被提供。

调节器13、33可以被实现为低压差调压器(ldo)。数字信号处理器44和dc-dc转换器15通常但不一定由图1中用附图标记36表示的时钟信号驱动。

在图1中，进一步示出了控制器30，其连接到电池11并且还连接到参考电压调节器13和dc-dc转换器15。控制器30仅示出为示例性的。其功能可以以不同的方式实现。控制器30或由控制器提供的功能也可以由这里未示出的驱动器电路10的任何其它逻辑电路提供。

在图2中，给出了dc-dc转换器15的示意性框图。dc-dc转换器15包括第一电荷泵20和第二电荷泵22。dc-dc转换器15还包括开关或多路复用器21。电荷泵20，22也可以由时钟信号36触发和操作。开关或多路复用器21连接到电源系统12。通过开关或多路复用器21，可以将参考电压vref选择性地提供给第一电荷泵20的低电压端口23或高电压端口24。

第一电荷泵20和第二电荷泵22连接到公共输入端。第一电荷泵20包括低电压端口23和高压端口24。低压端口23连接到第一输出端17，并且第一电荷泵20的高电压端口24连接到第二输出端18。第二电荷泵22还具有低电压端口25和高电压端口26。低电压端口25连接到第一电荷泵20的高电压端口24。第二电荷泵22的高电压端口26连接到第三输出端19。如图2所示，开关或多路复用器21可由控制器30切换和控制。

在图3和图4中，示出了dc-dc转换器15的两种不同的操作模式。在如图3所示的耗尽模式中，提供相当低或耗尽参考电压vref_2作为参考电压。开关或多路复用器21已将电源系统12与第二输出端18断开连接。相反，开关或多路复用器21已将电源系统12和因此耗尽参考电压vref_2连接到第一输出端17，从而连接到第一电荷泵20的低电压端口23。在耗尽模式中，耗尽参考电压vref_2可以等于例如1.5v。然后，第一电荷泵20将使耗尽参考电压倍增以获得第二驱动电压。如果第一电荷泵20被配置为提供因子为2的倍增，则第二驱动电压vl2将等于3v。

第二电荷泵22可以被配置为提供因子为1.5的电压倍增。于是，在第三输出端19，第三驱动电压vl3将等于4.5v。

在更简化的实施例中，可仅提供单个电荷泵20以用于基于较低的第一驱动电压vl1而获得第二驱动电压vl2。第二驱动电压vl2高于第一驱动电压vl1。例如，vl2可以是2.1v，而vl1可以为1.05v，其是在单个电荷泵20中通过将第二电压vl2除以因子2而获得的，但是第二电压vl2可以由第一驱动电压vl1产生，如在图3中所示的。

在默认驱动模式下，如图4中所示，驱动器电路10可以在较高的参考电压下操作，即在默认参考电压vref_1下操作。默认参考电压vref_1可以等于3v。在默认模式下，开关或多路复用器21将电源系统12连接到位于第一电荷泵20和第二电荷泵22之间的节点。电源系统12将直接连接到第二输出端18，因此第二驱动电压vl2将基本上等于默认参考电压vref_1。

在默认驱动模式下，第一电荷泵20在分压模式中操作，仅第二电荷泵22在增压模式中操作。例如为3v的默认参考电压vref_1将通过第二电荷泵22乘以为1.5的因子以达到为4.5v的第三驱动电压。第一电荷泵20将操作以将默认参考电压vref_1除以因子2，以提供为例如1.5v的第一驱动电压vl1。

本文所述的为2或1.5的因子以及各种电压电平仅是示例性的。如本文所述的dc-dc转换器15的概念可以转移到第一和第二电荷泵20，22的各种不同的具体配置。此外，也可使用与本文所描述的电压电平完全不同的电压电平作为参考电压以及第一、第二和第三驱动电压。本概念也不仅限于三个不同的驱动电压电平。其可以扩展到在dc-dc转换器15的相应数量的输出端处的甚至四个或更多个不同的驱动电压。

在默认模式下，与耗尽模式相比，驱动器电路10的总功耗降低。在新电池的情况下，驱动器电路10通常在默认模式下被驱动。由于电池11的电压电平在经过一定时间的操作之后可能下降，控制器30通常被配置为同时激活开关或多路复用器21与参考电压调节器13。从图4的默认模式到如图3所示耗尽模式的切换通常伴随着第二输出端18与电源系统12的断开连接以及电源系统12与第一电荷泵20的低电压端口23、即第一输出端17的建立连接。

与这种断开和连接同时地，控制器30还可以触发参考电压调节器13的切换，以提供低于默认参考电压的耗尽参考电压vref_2。这样，电池11的电压电平甚至可以降至低于默认参考电压。电池11的电压电平下降至低于给定预定阈值或低于默认参考电压vref_1可由控制器30监测。响应于电池11的电压电平下降到低于预定阈值或默认参考电压vref_1，控制器30可以自动地将驱动器电路10切换到如图3中所示的耗尽模式。于是，在耗尽模式下，即使通过电池11的降低的电压电平，驱动器电路也可以运行至少一段时间。