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CN101594118B - 运算放大器及其显示装置的相关的源极驱动器 - Google Patents

运算放大器及其显示装置的相关的源极驱动器 Download PDF

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CN101594118B CN2008101463170A CN200810146317A CN101594118B CN 101594118 B CN101594118 B CN 101594118B CN 2008101463170 A CN2008101463170 A CN 2008101463170A CN 200810146317 A CN200810146317 A CN 200810146317A CN 101594118 B CN101594118 B CN 101594118B
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Abstract

本发明提供一种运算放大器，其包含有放大电路与偏压电流产生电路，该偏压电流产生电路用来产生偏压电流至该放大电路，该偏压电流产生电路包含有电流调整单元与电流镜，该电流调整单元具有储存元件，并用来接收参考电流与产生导通电流，其中该电流调整单元依据控制信号使用该储存元件来逐步地调整该导通电流，以及该电流镜用来接收该导通电流以产生该偏压电流。

Description

运算放大器及其显示装置的相关的源极驱动器
技术领域
本发明关于一种运算放大器，尤指一种包含有运算放大器的显示装置中的源极驱动器，该运算放大器具有可调整的偏压电流。
背景技术
目前液晶显示装置由于其小尺寸、轻重量及广泛的显示能力已引领我们至美好的新视觉领域，对于评估液晶显示装置的显示能力来说，重要的课题是其显示能力的反应时间，具有较短反应时间的液晶显示装置可清楚地显示出快速移动的对象，而具有较长反应时间的液晶显示装置却会在其所显示的移动对象的边缘产生污迹(smear)或模糊(blur)的图样，使得所显示的移动对象无法被观赏者所接受；为了改善液晶显示装置的反应时间，目前重要的课题是在于增进液晶显示装置的源极驱动器的驱动能力。如本领域技术人员所知，液晶显示装置的源极驱动器是通过对液晶显示面板的每一像素进行充电使之达到相对应的电压电平来驱动该液晶显示装置，而增进其驱动能力的瓶颈在于每一像素本身具有的电容性会主导其充电时间的长短。
目前已发展出某些技术可用于改善液晶显示装置的反应时间。关于其驱动电流，图1是显示该源极驱动器的输出级上的运算放大器100，此运算放大器100具有可调整的偏压电流。运算放大器100依据输入Vin来产生输出Vout，其并使用晶体管M1～M5、电容C与电流源I0、I1与I2来实作之，当运算放大器100处于稳态模式时，通常是被第一电流源I1所偏压之，而当运算放大器100处于驱动模式时，开关SW会被启动(turn on)以通过加入第二电流源I2来提高运算放大器100的偏压电流。因此，在该驱动模式中，运算放大器100的驱动能力及其回转率(slew rate)将因此而获得大幅度的提升；该稳态模式可被定义为运算放大器100的输入Vin的电压稳定而没有变动的一段时间，而该驱动模式则可被定义为运算放大器100的输入Vin的电压改变/转变(transition)时的一段时间。然而，上述的已知技术具有造成偏压电流突然改变的缺点将会导致输出波形中产生突波干扰(glitch)，在输出波形中的突波干扰会在该液晶显示装置上引起电压跳动(bouncing)并造成显示画面的亮度不均(mura)，而此将大大地降低其显示的画面质量。
发明内容
为了增进运算放大器的驱动能力并解决上述的突波干扰问题，本发明的目的之一在于提供可逐步地调整其偏压电流的运算放大器以及具有该运算放大器的显示装置的源极驱动器。
依据本发明的一实施范例，其提供一种运算放大器。该运算放大器包含有放大电路与偏压电流产生电路，其中该偏压电流产生电路用来产生偏压电流至该放大电路，而该放大电路包含有电流调整单元与电流镜；该电流调整单元具有储存元件，并用接收参考电流与产生导通电流；该电流调整单元依据控制信号并使用该储存元件来逐步地调整该导通电流。该电流镜用来接收该导通电流以产生该偏压电流。
依据本发明的一实施范例，其还提供一种显示装置的一种源极驱动器。该源极驱动器包含有数字模拟转换器与运算放大器，其中该数字模拟转换器用来将数字像素信号转换为模拟像素信号，而该运算放大器依据该模拟像素信号来驱动该显示装置的至少一像素，其并包含有放大电路与偏压电流产生电路；该偏压电流产生电路用来产生偏压电流至该放大电路，而该偏压电流产生电路包含有电流调整单元与电流镜，其中该电流调整单元具有储存元件，并用来接收参考电流与产生导通电流，而该电流调整单元依据控制信号并使用该储存元件逐步地调整该导通电流；该电流镜用来接收该导通电流以产生该偏压电流。
附图说明
图1为源极驱动器的输出级上的已知运算放大器的示意图。
图2为本发明一实施例的显示装置的源极驱动器的范例示意图。
图3为图2所示的偏压电流产生电路的一实施例的电路范例图。
图4为图2所示运算放大器的偏压电流对时间的波形示意图。
图5为图2所示的电流调整单元与电流控制单元的一实施例的电路范例示意图。
图6为图2所示的电流调整单元与电流控制单元的另一实施例的电路范例示意图。
[主要元件标号说明]
 
200 源极驱动器
210 数字模拟转换器
220、100 运算放大器
230 放大电路
240 偏压电流产生电路
242 电流镜
244 电流调整单元
246 电压控制单元
248 电流控制单元
具体实施方式
在说明书及上述的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。本领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及上述的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的基准。在通篇说明书及上述的请求项当中所提及的「包含」为开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。另外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述第一装置耦接于第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
图2是本发明一实施例的显示装置的源极驱动器200的范例示意图，该显示装置例如是液晶显示面板；源极驱动器(source driver)200包含有(但不限于)数字模拟转换器210与运算放大器220，请注意，为了简化说明，在此仅于图2中显示与本发明相关的电路元件；数字模拟转换器210将数字像素信号转换为模拟像素信号，而运算放大器220是作为源极驱动器200的输出级，并耦接至数字模拟转换器210以及依据该模拟像素信号来驱动该显示装置(图2未显示)上的至少一数据线，换言之，运算放大器220依据该模拟像素信号来驱动相对应的数据线使之至特定电压电平。
运算放大器220包含有放大电路230与偏压电流产生电路240，于图2中，放大电路230是以功能方块表示之，而其具有多种方式可加以实现，以图1所示的电路架构为例来说(但不限于此)，可使用晶体管M1～M5、电容C与电流源I0来实现放大电路230，而本领域技术人员将可轻易了解亦可对放大电路230进行其它设计来实现之，为了简化说明，在此省略其详细描述。
偏压电流产生电路240是耦接至放大电路230并产生偏压电流IB予放大电路230，亦即，偏压电流产生电路240提供偏压电流IB予放大电路230，而偏压电流IB的值可被逐步地改变以避免运算放大器220的输出波形产生突波干扰(glitch)，所以，偏压电流产生电路240可被视为类似于图1所示的电流源I1与I2的电路，但应注意的是，由于图1所示的电流源I1与I2会造成突然的偏压电流改变，所以偏压电流产生电路240是不同于图1所示的电流源I1与I2；另外，因为偏压电流IB是被逐步地改变，所以，依据偏压电流IB所决定的放大电路230的偏压(bias voltage)亦会随之逐步地改变，因而可降低或消除所不想要的突波现象；偏压电流产生电路240的详细实作方式则描述如下。
偏压电流产生电路240包含有电流镜242与电流调整单元244，其中电流镜242接收导通电流IPASS来产生偏压电流IB，此电流镜242具有电压控制单元246与电流控制单元248，其中电流控制单元248依据流过电流控制单元248本身的导通电流IPASS来产生偏压VB，导通电流IPASS为参考电流IREF的至少一部分，参考电流IREF则可通过包含于源极驱动器200内或是源极驱动器200外部的电流源或任何其它电路来加以产生；另外，电压控制单元246是耦接至电流控制单元248并依据偏压VB来产生偏压电流IB，而电流调整单元244具有储存元件(图未示)并耦接至电流控制单元248，以及电流调整单元244会依据控制信号SC并使用该储存元件来逐步地调整导通电流IPASS，此控制信号SC是用来控制电流调整单元244，其可依据该显示装置(图2未示)的时序控制器所产生的TP1信号来加以产生，举例来说，当TP1信号指示出运算放大器220所输出的像素信号即将具有电平转换(level transition)时，控制信号SC会控制电流调整单元244以使得运算放大器220具有较高的驱动能力或较大的最大输出电流，换言之，于驱动模式中，电流调整单元244会依据控制信号SC而使导通电流IPASS实质上等于参考电流IREF，亦即，控制信号SC会维持偏压电流IB并保持运算放大器220的驱动能力，其中控制信号SC与电流调整单元244之间的关系可依据不同需求来进行设计。
当流过电流控制单元248的导通电流IPASS实质上等于参考电流IREF时，若参考电流IREF为固定值，则偏压VB与偏压电流IB的值亦会保持固定。为了改变偏压电流IB的值，通过控制信号SC来控制电流调整单元244，可因而汲取(sink)部分的参考电流IREF或加入调整电流IA来改变导通电流IPASS，换言之，于稳态模式中，电流调整单元244逐步地汲取部分的参考电流IREF以便使导通电流IPASS小于参考电流IREF，而此将降低偏压电流IB与运算放大器220的驱动能力，为了避免或减轻电流/电压中发生瞬间的变化，需使用到该储存元件来使电流/电压中所发生的瞬间变化变得较平滑。
图3是图2所示的偏压电流产生电路240的一实施例的电路范例图。在此实施例中，电流控制单元248包含有第一晶体管M10，此第一晶体管M10的栅极端是耦接至其本身的漏极端，其中第一晶体管M10的漏极端用来接收导通电流IPASS，而第一晶体管M10的源极端则耦接于接地电平；电压控制单元246包含有第二晶体管M20，此第二晶体管M20具有栅极端耦接至第一晶体管M10的栅极端，而偏压电流IB是由第二晶体管M20的漏极端流入至第二晶体管M20，第二晶体管M20的源极端则耦接于接地电平；另外，电流调整单元244包含有第一开关SW1、第二开关SW2、调整晶体管M30、预定电容C1、第一电阻器R1与第二电阻器R2，调整晶体管M30具有耦接至第一开关SW1的漏极端、耦接于电阻器R1与R2之间的栅极端以及耦接于接地电平的源极端，开关SW1与SW2则由控制信号SC所控制。
图4是运算放大器的偏压电流对时间的示意图。当运算放大器220于驱动模式时(例如于时间T2期间)，电流调整单元244是由控制信号SC所控制以关闭(turn off)第一开关SW1，如此导通电流IPASS实质上将等于参考电流IREF，而当第一晶体管M1与第二晶体管M2实质上相同时，第二晶体管M2所产生的偏压电流IB(以IB1表示之)将会实质上等于导通电流IPASS与参考电流IREF的和；应注意的是，第一晶体管M1与第二晶体管M2亦可另外设计成具有不同宽长比(aspect ratio)的晶体管，而此亦符合本发明精神。
当运算放大器220于稳态模式时(例如于时间T3期间)，电流调整单元244是被控制信号SC所控制以启动(turn on)第一开关SW1，由于电流调整单元244逐步地汲取部分的参考电流IREF并将所汲取的电荷储存于第一电容C1中，因此导通电流IPASS将会小于参考电流IREF，而由于逐步降低导通电流IPASS的关系，第一晶体管M1所产生的偏压VB亦会随着逐步减少，因此，在图4所示的时间T3期间，偏压电流IB亦会逐步地减小。
而直到第一电容C1储存足够的电荷为止，调整晶体管M3才会被第一电容C1上的跨压所导通。晶体管M1、M3是依据其相对的面积大小(亦即宽长比)共享参考电流IREF，假设晶体管M1、M3是实质上相同(但应注意的是在其它实施例亦可设计成其具有不同的宽长比)，则调整电流IA与导通电流IPASS(亦即偏压电流IB)中每个电流的电流值是实质上等于参考电流IREF的一半电流值。偏压电流IB成功地逐步降低，而偏压电流IB的降低速度可由第一电容C1与第一电阻R1的特性决定之。
当在驱动模式中偏压电流IB必须增加时，第一开关SW1会被控制信号SC关闭。然而，参照图4中所示的时间T2期间，由于第二电容C2的关系，偏压电流IB将不会被瞬间提升，偏压电流IB的增加速度可通过第二电容C2的特性来决定之；在驱动模式中，为了下一次的电荷汲取运作，第二开关SW2可通过控制信号SC来导通以对第一电容C1进行放电；而在稳态模式中，第二开关SW2则可通过控制信号SC来关闭；其中上述第一与第二关闭SW1、SW2的导通/关闭运作亦可进行反方向设计来实作之，或者是设计成当第一开关SW1关闭以及第一电容C1上的电荷已被适量地放电后时，可将第二开关SW2关闭。
关于上述所说的电流调整单元244，当运算放大器220位于驱动模式中时，偏压电流IB变得较高，而当运算放大器220位于稳态模式中时，偏压电流IB会变得较低，以便增加运算放大器220的驱动能力，而控制信号SC与电流调整单元244之间的关系可设计成如下的运作：对于稳态模式来说，当运算放大器220已被相对应的数据线驱动至目标值时，可设计成利用控制信号SC来控制电流调整单元244以自参考电流IREF汲取部分的电流；对于驱动模式来说，为了具有较高的驱动能力，当运算放大器220即将利用另一电压来驱动该数据线时，可设计成利用控制信号SC来控制电流调整单元244以使导通电流IPASS实质上等于参考电流IREF。
图5是显示图2所示的电流调整单元244与电流控制单元248的一实施例的电路范例示意图。于图5中，电流调整单元244包含有开关SW、电感L与电流源IA，当于稳态模式中通过控制信号SC来关闭开关SW时，导通电流IPASS实质上会等于参考电流IREF，而当于驱动模式中通过控制信号SC来启动(turn on)开关SW时，由于部分的调整电流IA会逐步地加入至导通电流IPASS因而会使导通电流IPASS逐步地增加，这是因为流过电感L的电流不会发生瞬间改变，所以调整电流IA会逐步地加入至电流控制单元248中；如上所述，偏压VB与相对应的偏压电流IB亦会逐步地增加。
图6是显示图2所示的电流调整单元244与电流控制单元248的另一实施例的电路范例示意图，其中除图6的电流调整单元244是逐步汲取部分的参考电流IREF来改变流过电流控制单元248的电流之外，图6的电流调整单元244的其余运作是类似于图5的电流调整单元244的运作，因而，为了简化说明，在此省略其相关的叙述。请注意到，图5所示加入电流的运作方式以及图3与图6所示汲取电流的运作方式可被加以结合并集成至电流调整单元244中，本领域技术人员在经由本发明的上述实施例的教导下应可轻易实作出具有上述结合后的功能的电流调整单元244。
总结来说，本发明的实施例提供了一种运算放大器以及具有该运算放大器的一显示装置(例如液晶显示面板)的源极驱动器，而该运算放大器是逐步地调整其偏压电流，由此，可提升该源极驱动器的驱动能力以及降低或消除该源极驱动器的输出波形上的突波现象，因而使得该显示装置可提供具有较高视频质量的图像。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (18)

1.一种运算放大器，其包含有：
放大电路；以及
偏压电流产生电路，用来产生偏压电流至该放大电路，该偏压电流产生电路包含有：
电流调整单元，其具有储存元件，该电流调整单元用来接收参考电流与产生导通电流，其中该电流调整单元依据控制信号使用该储存元件来逐步地调整该导通电流；以及
电流镜，用来接收该导通电流以产生该偏压电流。
2.根据权利要求1所述的运算放大器，其中于驱动模式中该电流调整单元依据该控制信号而使该导通电流实质上等于该参考电流。
3.根据权利要求2所述的运算放大器，其中于稳态模式中该电流调整单元逐步地汲取该参考电流的一部分以便使该导通电流小于该参考电流并减少该偏压电流。
4.根据权利要求3所述的运算放大器，其中该电流调整单元的该储存元件是电容元件，以及该电流调整单元还包含有：
第一开关，其依据该控制信号来加以控制；
调整晶体管，具有源极端、漏极端、以及栅极端，该源极端或该漏极端中的第一个经由该第一开关而耦接至该参考电流，该栅极端连接至该电容元件的一端，该电容元件的另一端与该源极端或该漏极端中的第二个耦接至电源的一极；以及
第一电阻元件，耦接于该调整晶体管的该栅极端与该源极端或该漏极端中的第一个之间；
其中于该稳态模式中该第一开关被启动，而在该驱动模式中该第一开关被关闭。
5.根据权利要求4所述的运算放大器，其中该电流调整单元还包含有第二开关和第二电阻元件，该第二开关与该第二电阻元件形成的串联电路耦接于该电容元件的两端，并且该第二开关依据该控制信号选择性地使该电容元件放电，以及于该稳态模式中该第二开关被关闭，而在该驱动模式中该第二开关被启动。
6.根据权利要求1所述的运算放大器，其中该储存元件是电感。
7.根据权利要求1所述的运算放大器，其中该电流镜包含有：
电流控制单元，用来依据该导通电流来产生偏压，其中该导通电流是该参考电流的至少一部分；以及
电压控制单元，用来依据该偏压来产生该偏压电流。
8.根据权利要求7所述的运算放大器，其中：该电流控制单元包含有第一晶体管，该第一晶体管具有源极端、漏极端、及耦接于该第一晶体管的源极端或漏极端中的第一个的栅极端，该第一晶体管的源极端或漏极端中的第一个用来接收该导通电流，而该第一晶体管的源极端或漏极端中的第二个耦接至参考电压电平；以及该电压控制单元包含有第二晶体管，该第二晶体管具有源极端、漏极端、及耦接于该第一晶体管的该栅极端的栅极端，该第二晶体管的源极端或漏极端中的第一个用来输出该偏压电流，而该第二晶体管的源极端或漏极端中的第二个耦接至该参考电压电平。
9.根据权利要求8所述的运算放大器，其还包含有电容元件，耦接于该第一晶体管的该栅极端与该参考电压电平之间。
10.一种显示装置的源极驱动器，其包含有：
数字模拟转换器，用来将数字像素信号转换为模拟像素信号；以及
运算放大器，耦接于该数字模拟转换器，用来依据该模拟像素信号来驱动该显示装置的至少一数据线，该运算放大器包含有：
放大电路；以及
偏压电流产生电路，用来产生偏压电流至该放大电路，该偏压电流产生电路包含有：
电流调整单元，具有储存元件，该电流调整单元用来接收参考电流与产生导通电流，其中该电流调整单元依据控制信号使用该储存元件来逐步地调整该导通电流；以及
电流镜，用来接收该导通电流以产生该偏压电流。
11.根据权利要求10所述的源极驱动器，其中于驱动模式中该电流调整单元依据该控制信号来使该导通电流实质上等于该参考电流。
12.根据权利要求11所述的源极驱动器，其中于稳态模式中该电流调整单元逐步地汲取该参考电流的一部分以便使该导通电流小于该参考电流并减少该偏压电流。
13.根据权利要求12所述的源极驱动器，其中该电流调整单元的该储存元件是电容元件，以及该电流调整单元还包含有：
第一开关，其依据该控制信号来加以控制；
调整晶体管，具有源极端、漏极端、以及栅极端，该源极端或该漏极端中的第一个经由该第一开关而耦接至该参考电流，该栅极端连接至该电容元件的一端，该电容元件的另一端与该源极端或该漏极端中的第二个耦接至电源的一极；以及
第一电阻元件，耦接于该调整晶体管的该栅极端与该源极端或该漏极端中的第一个之间；
其中于该稳态模式中该第一开关被启动，而在该驱动模式中该第一开关被关闭。
14.根据权利要求13所述的源极驱动器，其中该电流调整单元还包含有第二开关和第二电阻元件，该第二开关与该第二电阻元件形成的串联电路耦接于该电容元件的两端，并且该第二开关依据该控制信号选择性地使该电容元件放电，以及于该稳态模式中该第二开关被关闭，而在该驱动模式中该第二开关被启动。
15.根据权利要求10所述的源极驱动器，其中该电流镜包含有：
电流控制单元，用来依据该导通电流来产生偏压，其中该导通电流是该参考电流的至少一部分；以及
电压控制单元，用来依据该偏压来产生该偏压电流。
16.根据权利要求15所述的源极驱动器，其中：该电流控制单元包含有第一晶体管，该第一晶体管具有源极端、漏极端、及耦接于该第一晶体管的源极端或漏极端中的第一个的栅极端，该第一晶体管的源极端或漏极端中的第一个用来接收该导通电流，而该第一晶体管的源极端或漏极端中的第二个耦接至参考电压电平；以及该电压控制单元包含有第二晶体管，该第二晶体管具有源极端、漏极端、及耦接于该第一晶体管的该栅极端的栅极端，该第二晶体管的源极端或漏极端中的第一个用来输出该偏压电流，而该第二晶体管的源极端或漏极端中的第二个耦接至该参考电压电平。
17.根据权利要求16所述的源极驱动器，其还包含有电容元件，耦接于该第一晶体管的该栅极端与该参考电压电平之间。
18.根据权利要求10所述的源极驱动器，其中该控制信号是依据该显示装置的时序控制器所产生的信号来加以产生。
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