电平转换电路、多值输出差动放大器和显示装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种电平转换电路、多值输出差动放大器和显示装置，所述电平转换电路包括：多值输出差动放大电路，其包括反相输入部、输出部和两个以上非反相输入部；以及偏移消除电路，其用于将在所述多值输出差动放大电路的所述两个以上非反相输入部的每一个上出现的偏移电压存储在多个电容器中的每一个上，并从所述输出部的输出电压中减去所述偏移电压。根据本发明，可使用电容储存方法来精确地校正所述多值输出差动放大器中的输出偏移。
【专利说明】电平转换电路、多值输出差动放大器和显示装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电平转换电路、多值输出差动放大器和显示装置。
【背景技术】
[0002]近年来,如液晶显示器等显示装置中的多级灰度显示(mult1-level gradat1ndisplay)得到了发展，以12位的液晶显示器为例，多级灰度显示需要使用多达4096个灰度级(约687亿种颜色)。在对应于这种多级灰度显示的显示装置中，通过使用数模转换器(DAC)来生成所有的灰度级会导致DAC的电路面积增大。
[0003]因此，一般来说，在DAC与用于放大DAC输出的差动放大器之间分配位元转换功能。例如，用于高9位的位元转换功能可分配给DAC，而用于低3位的位元转换功能则分配给差动放大器。
[0004]然而，如果用于灰度电压的输出电压范围为18V，那么在12位灰度的情况下，每个灰度的电压变化可小至约4mV，从而需要多值输出差动放大器来提供高精度的电压输出。
[0005]然而，差动放大器生成的输出偏移主要由有源元件的特征变化导致。由于这种特征变化归因于MOS晶体管的氧化膜或杂质浓度的变化或者器件尺寸(W(栅极宽度)/ L(栅极长度))等等的变化，所以难以完全消除这种特征变化。
[0006]鉴于这些情况，已经提出了多种措施，通过消除差动放大器中的任何输出偏移来提供高精度的输出(例如，见日本未经审查专利申请公开N0.2007-259114、N0.2007-096504、N0.2007-089074 和 N0.2005-286615)。
[0007]同时，与日本未经审查专利公开N0.2007-259114、N0.2007-096504、N0.2007-089074和N0.2005-286615中提出的方法不同，电容储存方法通常用作精确地校正差动放大器中的偏移的方法。所述电容储存方法利用偏移消除电路，将作为输入电压与输出电压之间的差值的偏移电压储存到电容器上，并结合所述输入电压来执行这种偏移电压的算术运算，从而消除任何偏移。
[0008]然而，当试图将这种偏移消除电路应用到多值输出差动放大器时，可能出现精度降低的问题。
【发明内容】
[0009]本发明期望使用电容储存方法来精确地校正多值输出差动放大器中的输出偏移。
[0010]根据本发明的实施例，提供了 一种电平转换电路，所述电平转换电路包括:多值输出差动放大电路，其包括反相输入部、输出部和两个以上非反相输入部；和偏移消除电路，其用于将在所述多值输出差动放大电路的所述两个以上非反相输入部的每一个上出现的偏移电压存储在多个电容器中的每一个上，并从所述输出部的输出电压中减去所述偏移电压。
[0011 ] 本发明涵盖了多种实施例，其包括这样的实施例，即其中的这种电平转换电路实现为并入任何其它设备的状态或者与任何其它方法相结合。进一步地，本发明可具体实施为具有内置型电平转换电路的多值输出差动放大器，或者实施为比如液晶显示装置等电子设备，所述液晶显示装置在输出级使用所述电平转换电路或所述多级输出差动放大器。
[0012]根据本发明的实施例,提供了一种多值输出差动放大器,其包括:反相输入部；输出部；两个以上非反相输出部；多个电容器，其数量与所述两个以上非反相输入部的数量相同并对应于所述两个以上非反相输入部而设置，所述多个电容器各自具有与所述反相输入部连接的第一端；第一开关部，其用于将所述电容器的每一个的第二端的连接点在所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部与所述输出部之间进行切换；以及第二开关部，其用于连接或断开所述反相输入部与所述输出部之间的连接；多个差动信号生成部，其对应于所述两个以上非反相输入部而设置，并且分别用于生成差动信号，所述差动信号是施加至所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部的输入信号与施加至所述反相输入部的输入信号之间的差值；以及放大部，其用于以预定增益放大相加值信号，所述相加值信号是从所述差动信号生成部输出的差动输出信号的相加，并用于将放大的所述相加值信号输出至所述输出部。
[0013]根据本发明的实施例，提供了一种显示装置，所述显示装置用于以由电平转换电路生成的灰度电压来驱动显示元件。所述电平转换电路包括:多值输出差动放大电路，其包括反相输入部、输出部和两个以上非反相输入部；和偏移消除电路，其用于将在所述多值输出差动放大电路的所述两个以上非反相输入部的每一个上出现的偏移电压存储在多个电容器中的每一个上，并从所述输出部的输出电压中减去所述偏移电压。
[0014]根据本发明的上述实施例，可使用所述电容储存方法来精确地校正所述多值输出差动放大器中的输出偏移。
[0015]要理解，上文的概述和下文的详细说明都是示例性的，意在进一步说明如权利要求书所要求保护的技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]附图提供用于进一步理解本发明，其纳入本说明书中并构成本说明书的一部。附图对实施例进行了图示，并与说明书一起用于说明本发明的原理。
[0017]图1是示出了根据本发明的第一实施例的电平转换电路的配置的示意性方块图。
[0018]图2是示出了电平转换电路的具体示例的电路图。
[0019]图3是示出了多值输出差动放大器的内部配置示例的电路图。
[0020]图4是在储存偏移电压的状态下的电路图。
[0021]图5是在输出偏移电压的状态下的电路图。
[0022]图6A和6B分别是示出输出电压的仿真结果的表格。
[0023]图7是示出了通常的信号线驱动电路的配置示例的示意性方块图。
[0024]图8是一种将偏移消除电路应用到根据对照例的多值输出差动放大器的电路。
【具体实施方式】
[0025]下文对本发明的一些实施例以如下顺序进行了描述:
[0026](A)第一实施例
[0027](B)第二实施例[0028](C)第三实施例
[0029]⑶结论
[0030]在描述本发明的示例性实施例之前，下面将先讨论对照例。
[0031]电容储存方法通常用作精确地校正差动放大器中的偏移的方法。所述电容储存方法利用偏移消除电路，将作为输入电压与输出电压之间的差值的偏移电压储存到电容器上，并结合所述输入电压来执行这种偏移电压的算术运算，从而消除偏移。
[0032]然而，当试图将这种偏移消除电路应用到多值输出差动放大器时，可能出现精度降低的问题。
[0033]图8是根据对照例的电路，其中，将采用电容储存方法的偏移消除电路应用到多值输出差动放大器。多值输出差动放大器根据其分辨率具有多个输入行。因此，在各个输入行具有不同输入电压的状态下，偏移电压不能确定，于是，一旦将所有输入行的输入电压固定为特定电压后，需要将偏移电压储存在电容器上。
[0034]在这种情况下，因为在储存偏移电压时施加至输入线的输入电压与在输出偏移电压时施加至输入线的的输入电压不同，所以这些变化的电压被用于偏移储存的电容器和输入部处的寄生电容器进行电容分割，使得储存在电容器上的偏移电压发生变化。结果，输出电压可能会出现误差。
[0035]因此，需要一种通过使用电容储存方法来精确地校正多值输出差动放大器中的输出偏移的技术。
[0036](A)第一实施例
[0037]图1是示出了根据本发明的的第一实施例的电平转换电路的配置的示意性方块图。在图1中，电平转换电路100包括多值输出差动放大器10、多个电容器20和21、第一开关部30和第二开关部40。
[0038]多值输出差动放大器10包括反相输入部11、输出部12和非反相输入部13和14。非反相输入部的数量可设定为两个或者更多个中的任何数量。进一步地，电容器的数量也可根据非反相输入部的数量而设定为两个或者更多个中的任何数量。
[0039]多值输出差动放大器10将施加至反相输入部11的输入信号与施加至非反相输入部13的输入信号之间的差动信号用作第一差动输入，并将施加至反相输入部11的输入信号与施加至非反相输入部14的输入信号之间的差动信号用作第二差动输入，并且根据这些差动输入从输出部12提供输出信号。
[0040]换句话说，输出部12根据差动输入的组合而提供多种输出信号。例如，如果施加至反相输入部11的输入信号具有固定值，施加至非反相输入部13和14的各个输入电压具有二进制值(例如，开/关二进制值)，输出部12根据输入信号的组合可提供四种输出信号。
[0041]对于电容器20,其第一端与反相输入部11连接。相似地，同样对于电容器21来说，其第一端也与反相输入部11连接。
[0042]第一开关部30使电容器20的第二端的连接点在非反相输入部13与输出部12之间进行切换，并使电容器21的第二端的连接点在非反相输入部14与输出部12之间进行切换。
[0043]反相输入部11经由第二开关部40与输出部12连接。第二开关部40在反相输入部11与输出部12之间切换连接/断开。
[0044]电容器20和21的各自电容Cl和C2的值根据对应的非反相输入部的增益来设定，电容Cl与电容C2的比例等于非反相输入部13的增益gmi与非反相输入部14的增益gm2的比例。因此，当各个电容器20和21与对应的非反相输入部和输出部12连接时，各个电容器20和21均根据对应的非反相输入部的增益和输入信号的电平来积累电荷。
[0045]以这种方式配置的电平转换电路100在控制部200的控制下通过控制第一开关部30和第二开关部40而执行控制，以使其状态在第一状态和第二状态之间恰当地切换。
[0046]在第一状态下，第一开关部30使各个电容器20和21的第二端与对应的非反相输入部连接，第二开关部40使反相输入部11与输出部12连接。更加具体地，在第一状态下，反相输入部11与输出部12连接,非反相输入部13经由电容器20与反相输入部11连接，而非反相输入部14经由电容器21与反相输入部11连接。
[0047]在第二状态下，第一开关部30使各个电容器20和21的第二端与输出部12连接，第二开关部40使反相输入部11与输出部12断开连接。更加具体地，在第二状态下，反相输入部11与输出部12断开连接，反相输入部11经由电容器20与输出部12连接，而反相输入部11经由电容器21与输出部12连接。
[0048]根据如上所述的电平转换电路100，控制部200控制第一开关部30和第二开关部40,通过这种方式可将各个非反相输入部13、14与输出部12之间的偏移电压储存在各个电容器20和21上，同时向各个非反相输入部13和14施加不同的期望输入信号，其后，将该储存的偏移电压的相加值施加在反相输入部11与输出部12之间。
[0049]在具有多个输入行(非反相输入部)的多值输出差动放大器中，电容储存方法中的偏移消除操作可在各个输入信号被放置在与输出时的状态相同的状态(各个输入具有不同电压的状态)下而执行。结果，可实现高精度的偏移消除，而输入部中的电压变化和寄生电容对储存的偏移电压无任何影响。
[0050](B)第二实施例
[0051 ] 接着，作为本发明的第二实施例，对电平转换电路的更加具体的配置的示例进行了描述。图2是示出了电平转换电路的具体示例的电路图。图2通过示例图示了使用3位多值输出差动放大电路的电平转换电路300。
[0052]图2图示的电平转换电路300包括多值输出差动放大电路310，该多值输出差动放大电路310具有正输入端子INO?IN3、负输入端子IN4和输出端子0UT，以及开关Sll?S15和开关S21?S24以及电容器341?344。各个开关Sll?S15和S21?S24的接通/断开切换由外部控制部(未图示)等恰当地进行控制。
[0053]在多值输出差动放大电路310中，对输入端子INO?IN3上的各个输入的增益恰当地加权，以便从输出电压Vout实现3位灰度级。具体地说,构成差动信号生成电路的MOS晶体管的尺寸被调节为恰当的比例，所述差动信号生成电路为各个输入端子INO?IN3上的输入生成差动信号。
[0054]图3是示出了多值输出差动放大电路310的内部配置示例的电路图。图3中示出的多值输出差动放大电路310包括差动级320和用作放大部的放大级330。
[0055]差动级320包括:差动信号生成部321?324，各个差动信号生成部321?324由用作第一导电型MOS晶体管的PMOS晶体管配置而成；差动信号生成部325?328，各个差动信号生成部325~328由用作第二导电型MOS晶体管的NMOS晶体管配置而成。
[0056]差动信号生成部321生成输入端子INO与输入端子IN4之间的差动信号，差动信号生成部322生成输入端子INl与输入端子IN4之间的差动信号。相似地，差动信号生成部323生成输入端子IN2与输入端子IN4之间的差动信号，差动信号生成部324生成输入端子IN3与输入端子IN4之间的差动信号。
[0057]对于构成差动信号生成部321~324的PMOS晶体管，对W (栅极宽度)/L (栅极长度)的尺寸比例进行加权。假设差动信号生成部321、322、323和324的W / L尺寸分别为WpWyW3和W4，建立了由如下表达式⑴表示的关系:
[0058]W1: W2: W3: W4=1:1:2: 4...(I)
[0059]同样,差动信号生成部325生成输入端子INO与输入端子IN4之间的差动信号,差动信号生成部326生成输入端子INl与输入端子IN4之间的差动信号。相似地，差动信号生成部327生成输入端子IN2与输入端子IN4之间的差动信号，差动信号生成部328生成输入端子IN3与输入端子IN4之间的差动信号。
[0060]同样，对于构成差动信号生成部325~328的NMOS晶体管，对W / L的尺寸比例进行加权。假设差动信号生成部325、326、327和328的W / L尺寸分别为W5、W6、W7和
建立了可由如下表达式(2)表示的关系:
[0061]W5: W6: W7: W8=I: I: 2: 4...(2)
[0062]如此，通过恰当调节构成各个差动信号生成部的MOS晶体管的W / L尺寸比例，来实现上述加权。
[0063]要注意的是，图3通过示例示出了将由PMOS晶体管构成的差动信号生成部和由NMOS晶体管构成的差动信号生成部结合起来的多值输出差动放大电路310，但是根据本发明的实施例的多值输出差动放大电路不限于此，因此任何其它多种多值输出差动放大电路均可替换地使用。
[0064]在图2所示电路中，各个输入端子INO~IN3的增益gn^~gm4、即连接至各个输入端子INO~IN3的差动电路的跨导可例如设定为由如下表达式(3)表示。对各个输入端子INO~IN3的增益进行适当加权可为各个输入端子INO~IN3的二进制输入(有输入/无输入)提供线性8值(3位)的输出。
【权利要求】
1.一种电平转换电路,其包括: 多值输出差动放大电路，其包括反相输入部、输出部和两个以上非反相输入部；以及偏移消除电路，其用于将在所述多值输出差动放大电路的所述两个以上非反相输入部的每一个上出现的偏移电压存储在多个电容器中的每一个上，并从所述输出部的输出电压中减去所述偏移电压。
2.根据权利要求1所述的电平转换电路，其中，所述偏移消除电路包括: 多个电容器，其数量与所述两个以上非反相输入部的数量相同并对应于所述两个以上非反相输入部而设置，所述多个电容器各自具有与所述反相输入部连接的第一端； 第一开关部，其用于将所述电容器的每一个的第二端的连接点在所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部与所述输出部之间进行切换；以及 第二开关部，其用于连接或断开所述反相输入部与所述输出部之间的连接。
3.根据权利要求2所述的电平转换电路，其中，所述多值输出差动放大电路包括: 多个差动信号生成部，其对应于所述两个以上非反相输入部而设置，并且分别用于生成差动信号，所述差动信号是施加至所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部的输入信号与施加至所述反相输入部的输入信号之间的差值；以及 放大部，其用于以预定增益放大相加值信号，所述相加值信号是从所述差动信号生成部输出的差动输出信号的相加，并用于将放大的所述相加值信号输出至所述输出部。
4.根据权利要求2所述的电平转换电路，其进一步包括控制部，所述控制部用于控制所述第一开关部和所述第二开关部，以便在第一状态和第二状态之间进行切换，其中， 在所述第一状态下，所述第一开关部将所述电容器的第二端与所述两个以上非反相输入部各自连接在一起，所述第二开关部将所述反相输入部与所述输出部连接在一起，以及在所述第二状态下，所述第一开关部将所述电容器的各个所述第二端与所述输出部连接在一起，所述第二开关部断开所述反相输入部与所述输出部之间的连接。
5.根据权利要求2所述的电平转换电路，其中，各个所述电容器的电容值对应于所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部的增益。
6.—种多值输出差动放大器,其包括: 反相输入部； 输出部; 两个以上非反相输出部； 多个电容器，其数量与所述两个以上非反相输入部的数量相同并对应于所述两个以上非反相输入部而设置，所述多个电容器各自具有与所述反相输入部连接的第一端； 第一开关部，其用于将所述电容器的每一个的第二端的连接点在所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部与所述输出部之间进行切换；以及 第二开关部，其用于连接或断开所述反相输入部与所述输出部之间的连接； 多个差动信号生成部，其对应于所述两个以上非反相输入部而设置，并且分别用于生成差动信号，所述差动信号是施加至所述两个以上非反相输入部中对应的一个非反相输入部的输入信号与施加至所述反相输入部的输入信号之间的差值；以及 放大部，其用于以预定增益放大相加值信号，所述相加值信号是从所述差动信号生成部输出的差动输出信号的相加，并用于将放大的所述相加值信号输出至所述输出部。
7.—种显示装置，其用于以如权利要求1~5中的任一项所述的电平转换电路生成的灰度电压来驱动显示元件。
8.根据权利要求7所述的显示装置，其进一步包括: 灰度电压生成电路，其用于生成多个灰度电压，所述多个灰度电压与由图像数据的预定高位所表示的多个灰度值相对应；以及 选择电路，其用于从所述灰度电压生成电路生成的多个灰度电压中选择需要输出至所述电平转换电路的多个灰度电压，所述灰度电压与所述图像数据相对应，并用于将选出的灰度电压分别提供给所述电平转换电路的所述两个以上非反相输入部； 其中，所述电平转换电路从提供给所述两个以上非反相输入部的所述灰度电压中生成与所述图像数据相对 应的灰度电压，并将所生成的灰度电压输出。
【文档编号】H03F3/45GK104038167SQ201410064920
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年2月25日 优先权日:2013年3月4日
【发明者】上水流隼人 申请人:索尼公司