专利名称：模拟缓冲器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种模拟缓冲器(Analog Buffer)，特别是涉及一种可精确地追随输入电压的模拟缓冲器。
背景技术：
为了克服模拟缓冲器设计于面板上时，因各薄膜晶体管(Thin filmTransistor，TFT)间具有较大的元件特性差异而造成面板画面不均的问题，同时缩小数据驱动器(Data Driver)的面积，来达到系统面板化(System OnGlass)的目标，以源极追随器(Source Follower)来作为源极驱动器的模拟缓冲器(Analog Buffer)的技术已存在。
请参照图1A及1B图，其分别示出了传统的模拟缓冲器的电路图，及其相关讯号讯号的模拟时序图。在模拟缓冲器100中，开关S1～S3的一端相互耦接，以接收输入讯号Vi。请参照图1B，从图1的图1B中，可看出输出讯号Vo的电压电平与输入讯号Vi的电压电平具有若干误差，亦即模拟缓冲器100的输出电压Vo无法精确地追随输入电压Vi。因此，如何设计出缓冲效果更佳的模拟缓冲器100以使输出电压Vo得以精确地追随输入电压Vi是业界所致力的目标之一。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的就是在提供一种模拟缓冲器，本发明的模拟缓冲器可有效地输出电压电平更准确的数据讯号来提升液晶显示面板显示画面的品质。
根据本发明的目的，提出一种模拟缓冲器(Analog Buffer)，应用于源极驱动器(Source Driver)。此模拟缓冲器包括一输入端及一输出端，而输入端用以接收一输入电压。此模拟缓冲器包括晶体管、电流源、第一及第二电容、第一、第二、第三、第四及第五开关。晶体管的源极(Source)耦接至输出端，漏极(Drain)耦接至第一电压电平。电流源用以输出偏压电流流过晶体管，对晶体管进行偏压。第一电容的两端分别耦接至晶体管的栅极(Gate)及第一节点；第二电容的两端分别耦接至晶体管的栅极及一第二节点。第一开关的两端分别耦接至第二电压电平及晶体管的栅极；第二开关的两端分别耦接至输入端及第一节点；第三开关的两端分别耦接至输入端及第二节点；第四开关的两端分别耦接至第一节点及输出端；第五开关的两端分别耦接至第二节点及输出端。其中，当模拟缓冲器操作于第一时段时，第一及第四开关为致能，第二、第三及第五开关为非致能；当模拟缓冲器操作于第二时段时，第二及第五开关为致能，第一、第三及第四开关为非致能；当模拟缓冲器操作于第三时段时，第三开关为致能，第一、第二、第四及第五开关为非致能。其中第二时段位于第一时段之后，第三时段位于第二时段之后。
根据本发明的目的，提出另一种模拟缓冲器，应用于源极驱动器。此模拟缓冲器包括输入端及输出端，此输入端用以接收一输入电压。模拟缓冲器包括晶体管、第一及第二电容、第一、第二、第三、第四及第五开关。晶体管的源极耦接至输出端，漏极耦接至第一电压电平。电流源用以输出偏压电流以流过晶体管，以对晶体管进行偏压。第一电容的两端分别耦接至晶体管的栅极及一第一节点；第二电容的两端分别耦接至第一节点及第二节点。第一开关的两端分别耦接至第二电压电平及晶体管的栅极；第二开关的两端分别耦接至输入端及第一节点；第三开关的两端分别耦接至输入端及第二节点；第四开关的两端分别耦接至第一节点及输出端；第五开关的两端分别耦接至第二节点及输出端。其中，当模拟缓冲器操作于第一时段时，第一、第四及第五开关为致能，第二及第三开关为非致能；当模拟缓冲器操作于第二时段时，第二及第五开关为致能，第一、第三及第四开关为非致能；当模拟缓冲器操作于第三时段时，第三开关为致能，第一、第二、第四及第五开关为非致能。其中第二时段位于第一时段之后，第三时段位于第二时段之后。
图1A示出了传统的模拟缓冲器的电路图。
图1B示出了图1A的模拟缓冲器100的相关讯号的模拟时序图。
图2A示出了第一实施例的模拟缓冲器的电路图。
图2B示出了图2A的开关SW1～SW5的操作时序图。
图2C示出了当图2A的模拟缓冲器200操作于操作时段OT1时，模拟缓冲器200的等效电路图。
图2D示出了当图2A的模拟缓冲器200操作于操作时段OT2时，模拟缓冲器200的等效电路图。
图2E示出了当图2A的模拟缓冲器200操作于操作时段OT3时，模拟缓冲器200的等效电路图。
图2F示出了图2A的输出讯号Vout及输入讯号Vin的讯号模拟图。
图3示出了第二实施例的模拟缓冲器的电路图。
图4示出了第三实施例的模拟缓冲器的电路图。
图5A示出了第四实施例的模拟缓冲器的电路图。
图5B示出了图5A的开关SW1’～SW5’的操作时序图。
图5C示出了当图5A的模拟缓冲器500操作于操作时段OT1’时，模拟缓冲器500的等效电路图。
图5D示出了当图5A的模拟缓冲器500操作于操作时段OT2’时，模拟缓冲器500的等效电路图。
图5E示出了当图5A的模拟缓冲器500操作于操作时段OT3’时，模拟缓冲器500的等效电路图。
图6示出了第五实施例的模拟缓冲器的电路图。
图7示出了第六实施例的模拟缓冲器的电路图。
附图符号说明100、200、300模拟缓冲器S1～S5、SW1～SW5、SW1’～SW5’开关Tdr、T1、T1’、T2、T2’晶体管CN1、CN2、C1、C2、C1’、C2’电容102、206、506电流源NTC1、NTC2、NT1、NT2、NT1’、NT2’节点Vi、Vin、Vin’输入电压Vo、Vout、Vout’输出电压Vdd、Vdd’、V1、V2、V1’、V2’、Vbias电压电平Ibias偏压电流Vcom共同电压
202、502输入端204、504输出端T1G、T1G’栅极T1S、T1S’源极T1D、T1D’漏极OT1、OT2、OT3、OT1’、OT2’、OT3’操作时段具体实施方式
第一实施例请参照图2A，其示出了第一实施例的模拟缓冲器的电路图。模拟缓冲器200应用于液晶显示器的源极驱动器(Source Driver)。模拟缓冲器200具有一输入端202及一输出端204，输入端202及输出端204分别用以接收一输入电压Vin及输出一输出电压Vout。模拟缓冲器200包括电流源206、晶体管T1、电容C1、C2、开关SW1、SW2、SW3、SW4及SW5。在本实施例中，是以晶体管T1为P型(P Type)薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)为例作说明。
晶体管T1的源极(Source)T1S耦接至输出端204，漏极(Drain)T1D耦接至电压电平V1。电流源206用以输出偏压电流Ibias流过该晶体管T1，以提供晶体管T1电流，并对晶体管T1进行偏压。当流过晶体管T1的电流为偏压电流Ibias时，假设晶体管T1的栅极(Gate)T1G与源极T1S的跨压为电压Vx，电压Vx与晶体管T1的一临界电压Vth相关，较佳地电压Vx等于临界电压Vth，电压Vth为一小于零的实数。晶体管T1较佳地操作在饱和区(saturation region)。
电流源206例如与源极T1D耦接，而电流源206的另一端耦接至电压电平Vdd。电容C1的两端分别耦接至栅极T1G及节点NT1。电容C2的两端分别耦接至栅极T1G及节点NT2。开关SW1的两端分别耦接至电压电平V2及栅极T1G，该晶体管的栅极开关SW2的两端分别耦接至输入端202及节点NT1。开关SW3的两端分别耦接至输入端202及节点NT2。开关SW4的两端分别耦接至节点NT1及输出端204。开关SW5的两端分别耦接至节点NT2及输出端204。
请参照图2B，其示出了图2A的开关SW1～SW5的操作时序图。时序控制器200具有一操作时段OT1、一操作时段OT2及一第三操作时段OT3。其中操作时段OT2位于操作时段OT1之后，而第三操作时段OT3位于操作时段OT2之后。
请参照图2C，其示出了当图2A的模拟缓冲器200操作于操作时段OT1时，模拟缓冲器200的等效电路图。当模拟缓冲器200操作于操作时段OT1时，开关SW1及SW4为致能，开关SW2、SW3及SW5为非致能。此时因电容C1跨越栅极T1G及源极T1S，因而电容C1两端的跨压实质上等于电压Vx。此时栅极T1G的电压实质上等于电压电平V2，而输出电压Vout实质上等于节点NT1的电压。此时输出电压Vout实质上等于电压电平V2与电压Vx之差。
请参照图2D，其示出了当图2A的模拟缓冲器200操作于操作时段OT2时，模拟缓冲器200的等效电路图。当模拟缓冲器200操作于操作时段OT2时，开关SW2及SW5为致能，开关SW1、SW3及SW4为非致能。此时节点NT1短路至输入端202，使得节点NT1的电压实质上等于输入电压Vin。此时栅极T1G的电压实质上等于输入电压Vin与电压Vx之和。
如此，于操作时段OT1到OT2，栅极T1G的电压有一电压变化量ΔV，此电压变化量ΔV实质上等于(Vin+Vx)-(V2)＝Vin+Vx-V2。此时，因晶体管T1的源极电流实质上等于偏压电流Ibias，使得晶体管T1栅极T1G及源极T1S之间跨压因源极电流固定而固定为电压Vx。如此，于操作时段OT1及OT2间，源极T1S有相同的电压变化量ΔV。因此源极T1S的电压，亦即输出电压Vout实质上等于Vout＝(V2-Vx)+ΔV＝(V2-Vx)-(Vin+Vx-V2)＝Vin。亦即是，输出电压Vout将实质上等于输入电压Vin。
请参照图2E，其示出了当模拟缓冲器200操作于操作时段OT3时，模拟缓冲器200的等效电路图。当模拟缓冲器200操作于第三操作时段OT3时，开关SW3为致能，开关SW1、SW2、SW4及SW5为非致能。此时节点NT2耦接至输入端102，使得节点NT2的电压实质上等于输入电压Vin。此时，栅极T1G的电压实质上等于输入电压Vin与临界电压Vx之和。此时，输出电压Vout将继续因栅极T1G与源极T1S的跨压固定为电压Vx之故，而继续地实质上为Vin。
请参照图2F，其示出了图2A的输出讯号Vout及输入讯号Vin的讯号模拟图。图2F是以输入讯号Vin为直流电压讯号，其电压电平等于5伏特为例说明的。液晶显示器的共同电压(Vcom)为一交流讯号。而在0.8×10-4～1.2×10-4秒时，输出讯号Vout的电压电平实质上等于输入讯号的电压电平5伏特。由图2F可知，相较于图1B的输出讯号Vo，图2F的输出讯号Vout更可精确地追随输入讯号Vin。因此，本实施例所揭露的模拟缓冲器200具有更佳的电压电平追随的效果。
在本实施例中，电压电平V2与电压电平V1较佳地符合下列的条件V2-V1＞＝Vth。如此，电压电平V2与V1将使得晶体管T1偏压在饱和区。
本实施例的模拟缓冲器经由开关SW1～SW5的致能时间切换，使得电容C1及C2的跨压等于电压Vx。本实施例的模拟缓冲器更经由电流源206将TFTT1的源极电流固定为偏压电流Ibias，使得输出电压Vout的电压在操作时段OT2及OT3中追随至输入电压Vin。本实施例的模拟缓冲器200可有效地使输出电压Vout的电压电平更精准地追随输入电压Vin的电压电平。故本实施例的模拟缓冲器200具有比传统模拟缓冲器具有较佳的电压缓冲效果，以输出较为精准的输出电压，以使显示器得以显示正确的画面以提高画面品质的优点。
第二实施例请参照图3，其示出了第二实施例的模拟缓冲器的电路图。第二实施例的模拟缓冲器300与第一实施例的模拟缓冲器200不同之处在于开关SW1的一端亦耦接至电压电平V1，使得晶体管T1得以偏压在饱和区。本实施例的模拟缓冲器200同样地具有可有效地使输出电压Vout的电压电平更精准地追随至输入电压Vin的电压电平的优点。
第三实施例请参照图4，其示出了第三实施例的模拟缓冲器的电路图。第三实施例的模拟缓冲器400与第一实施例的模拟缓冲器200不同之处在于电流源206是由栅极偏压于电压电平Vbias的晶体管T2来实现，而电压电平V2实质上等于电压电平Vbias。且此电压电平Vbias满足Vbias-Vdd＜＝Vth的条件，使得晶体管T2不会进入截止区。Vbias还可满足Vbias-V1＞＝Vth的条件，使得晶体管T1得以偏压在饱和区。本实施例的模拟缓冲器200同样地具有使输出电压Vout的电压电平更精准地追随至输入电压Vin的电压电平的优点。
第四实施例请参照图5A，其示出了第四实施例的模拟缓冲器的电路图。第四实施例的模拟缓冲器500与第一实施例的模拟缓冲器200不同之处在于电容C2’的两端分别耦接至节点NT1’及节点NT2’。
请参照图5B，其示出了图5A的开关SW1’～SW5’的操作时序图。其中，第四实施例的开关SW1’～SW5’的操作与第一实施例的开关SW1～SW5的操作不同之处在于开关SW5’于操作时段OT1’及OT2’均导通。
请参照第5C～5E图，其分别示出了当图5A的模拟缓冲器500操作于操作时段OT1’、OT2’及OT3’时，模拟缓冲器500的等效电路图。其中，在操作时段OT1’中，电容C1’及C2’的跨压分别等于电压Vx’及零电压。而在操作时段OT2’及OT3’中，输出电压Vout’因栅极T1G’与源极T1S’的跨压固定为电压Vx’之故，使得输出电压Vout’的电压电平和至输入电压Vin’的电压电平为实质上相等。
本实施例的模拟缓冲器经由开关SW1’～SW5’的致能时间切换，使得电容C1’及C2’的跨压等于临界电压Vth’。本实施例的模拟缓冲器还经由TFTT1’为源极追随器的特性，使得输出电压Vout’的电压在操作时段OT2’及OT3’中追随至输入电压Vin’。本实施例的模拟缓冲器500可有效地使输出电压Vout’的电压电平更精准地追随至输入电压Vin’的电压电平。
第五实施例请参照图6，其示出了第五实施例的模拟缓冲器的电路图。第五实施例的模拟缓冲器600与第四实施例的模拟缓冲器500不同之处在于开关SW1’的一端亦耦接至电压电平V1’，使得晶体管T1’亦被偏压在饱和区。本实施例的模拟缓冲器500同样地可有效地使输出电压Vout’的电压电平更精准地追随至输入电压Vin’的电压电平。
第六实施例请参照图7，其示出了第六实施例的模拟缓冲器的电路图。第六实施例的模拟缓冲器700与第四实施例的模拟缓冲器500不同之处在于电流源306是由晶体管T2’来实现，而电压电平V2’实质上等于电压电平Vbias’。电压电平Vbias’亦输入至晶体管T2’的栅极，且此电压电平Vbias’满足Vbias’-Vdd’＜＝Vth’的条件，使得晶体管T2’不会进入截止区。Vbias’还可满足Vbias’-V1’＞＝Vth’的条件，使得晶体管T1’亦被偏压在饱和区。本实施例的模拟缓冲器500同样地具有可有效地使输出电压Vout’的电压电平更精准地追随至输入电压Vin’的电压电平的优点。
在上述实施例中，虽仅以P型TFT T1为例作说明，然，本发明的模拟缓冲器200不局限于使用P型TFT，而还可利用N型TFT来达到实质上相同的模拟缓冲效果。
综上所述，虽然本发明已以六实施例披露如上，然其并非用以限定本发明。本领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围以本发明的权利要求为准。
权利要求
1.一种模拟缓冲器，应用于一源极驱动器，该模拟缓冲器包括一输入端及一输出端，该输入端用以接收一输入电压，该模拟缓冲器包括一晶体管，该晶体管的源极耦接至该输出端，漏极耦接至一第一电压；一电流源，用以输出一偏压电流流过该晶体管，以对该晶体管进行偏压；一第一电容，该第一电容的两端分别耦接至该晶体管的栅极及一第一节点；一第二电容，该第二电容的两端分别耦接至该晶体管的栅极及一第二节点；一第一开关，该第一开关的两端分别耦接至一第二电压及该晶体管的栅极；一第二开关，该第二开关的两端分别耦接至该输入端及该第一节点；一第三开关，该第三开关的两端分别耦接至该输入端及该第二节点；一第四开关，该第四开关的两端分别耦接至该第一节点及该输出端；以及一第五开关，该第五开关的两端分别耦接至该第二节点及该输出端；其中，当该模拟缓冲器操作于一第一时段时，该第一及该第四开关为致能，该第二、该第三及该第五开关为非致能；当该模拟缓冲器操作于一第二时段时，该第二及该第五开关为致能，该第一、该第三及该第四开关为非致能；当该模拟缓冲器操作于一第三时段时，该第三开关为致能，该第一、该第二、该第四及该第五开关为非致能，该第二时段位于该第一时段之后，该第三时段位于该第二时段之后。
2.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中该模拟缓冲器为一源极追随器。
3.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第一时段时，该第一电容两端的跨压实质上等于该晶体管的一临界电压，该输出端的电压实质上等于该临界电压与该第二电压之差，而该晶体管的栅极电压实质上等于该第二电压。
4.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第二时段时，该晶体管的栅极电压实质上等于该输入电压与该临界电压之和，该输出端的电压实质上等于该输入电压。
5.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第三时段时，该晶体管的栅极电压实质上等于该输入电压及该临界电压之和，该输出端的电压实质上等于该输入电压。
6.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中该晶体管为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
7.如权利要求6所述的模拟缓冲器，其中该第二电压大于或等于该第一电压。
8.如权利要求1所述的模拟缓冲器，其中该晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
9.如权利要求8所述的模拟缓冲器，其中该第二电压小于或等于该第一电压。
10.一种模拟缓冲器，应用于一源极驱动器，该模拟缓冲器包括一输入端及一输出端，该输入端用以接收一输入电压，该模拟缓冲器包括一晶体管，该晶体管的源极耦接至该输出端，漏极耦接至一第一电压；一电流源，用以输出一偏压电流以流过该晶体管，以对该晶体管进行偏压；一第一电容，该第一电容的一端耦接至该晶体管的栅极，另一端耦接至一第一节点；一第二电容，该第二电容的一端耦接至该第一节点，另一端耦接至一第二节点；一第一开关，该第一开关的一端耦接至一第二电压，另一端耦接至该晶体管的栅极；一第二开关，该第二开关的两端分别耦接至该输入端及该第一节点；一第三开关，该第三开关的两端分别耦接至该输入端及该第二节点；一第四开关，该第四开关的两端分别耦接至该第一节点及该输出端；以及一第五开关，该第五开关的两端分别耦接至该第二节点及该输出端；其中，当该模拟缓冲器操作于一第一时段时，该第一、该第四及该第五开关为致能，该第二及该第三开关为非致能；当该模拟缓冲器操作于一第二时段时，该第二及该第五开关为致能，该第一、该第三及该第四开关为非致能；当该模拟缓冲器操作于一第三时段时，该第三开关为致能，该第一、该第二、该第四及该第五开关为非致能，该第二时段位于该第一时段之后，该第三时段位于该第二时段之后。
11.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中该模拟缓冲器为一源极追随器。
12.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第一时段时，该第一电容两端的跨压实质上等于该晶体管的一临界电压，该输出端的电压实质上等于该临界电压与该第二电压之差，而该晶体管的栅极电压实质上等于该第二电压。
13.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第二时段时，该晶体管的栅极电压实质上等于该输入电压与该临界电压的和，该输出端的电压实质上等于该输入电压。
14.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中当该模拟缓冲器操作于该第三时段时，该晶体管的栅极电压实质上等于该输入电压及该临界电压的和，该输出端的电压实质上等于该输入电压。
15.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中该晶体管为P型金属氧化物半导体场效应晶体管。
16.如权利要求15所述的模拟缓冲器，其中该第二电压大于或等于该第一电压。
17.如权利要求10所述的模拟缓冲器，其中该晶体管为N型金属氧化物半导体场效应晶体管。
18.如权利要求17所述的模拟缓冲器，其中该第二电压小于或等于该第一电压。
全文摘要
一种模拟缓冲器，应用于源极驱动器。此模拟缓冲器包括输入端及输出端。模拟缓冲器包括晶体管、电流源、第一及第二电容、第一、第二、第三、第四及第五开关。晶体管的源极与漏极分别耦接至输出端及一电压电平。电流源用以对晶体管进行偏压。第一及第二电容的两端分别耦接至晶体管的栅极与第一节点，及晶体管的栅极与第二节点。第一开关的两端分别耦接至另一电压电平及栅极；第二及第三开关的两端分别耦接至输入端与第一节点，及输入端与第二节点；第四及第五开关的两端分别耦接至第一节点与输出端，及第二节点与输出端。
文档编号G02F1/13GK1932958SQ20061014121
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月28日 优先权日2006年9月28日
发明者孙文堂 申请人:友达光电股份有限公司