驱动装置和具电压内插功能的放大器电路的制作方法

本实用新型涉及一种具电压内插功能的放大器电路，以及包含该放大器电路的一驱动装置。

背景技术：

随着液晶面板尺寸及分辨率的增加，显示器驱动芯片布局时所占的面积也越来越大。其中，6位元数模转换器为目前普遍认定的芯片面积利用率较佳的设计。然而，6位元影像分辨率已无法满足较大尺寸的液晶面板的影像分辨率需求。举例而言，现今大尺寸的液晶面板的影像分辨率需求已达10位元。若要满足至少10位元的影像分辨率需求而将6位元数模转换器升级为10位元数模转换器，则数模转换器将占据诺大的电路面积，使得芯片面积利用率大幅下降。

因此，在提升影像分辨率的同时，如何降低芯片面积及生产成本成为业界十分重要的课题。

技术实现要素：

本实用新型的其中一目的在于提供一具电压内插功能的放大器电路，用以有效降低芯片面积同时提升影像分辨率。

本实用新型的另一目的在于提供用于液晶显示器的一驱动装置，用以有效降低芯片面积同时提升影像分辨率。

本实用新型的一实施例提供一种具电压内插功能的放大器电路，包括复数输入对，用以接收一第一电压与一第二电压，所述复数输入对另通过一输出级耦接于一电压输出端，所述复数输入对至少包括：一第一输入对，耦接于一接地点与一对节点之间，包括至少一第一对晶体管，该第一对晶体管的尺寸对应于一第一比率；以及一第二输入对，耦接于所述接地点与所述一对节点之间，包括至少一第二对晶体管，该第二对晶体管的尺寸对应于一第二比率，其中所述第二比率与所述第一比率不相等，所述第二比率为所述第一比率的倍数，并且所述电压输出端所输出的一电压为所述第一电压与所述第二电压通过所述第一比率与所述第二比率加权的内插结果。

本实用新型的另一实施例提供一种具电压内插功能的放大器电路，包括复数输入对，用以接收一第一电压与一第二电压，所述复数输入对另通过一输出级耦接于一电压输出端，并且所述复数输入对至少包括：一第一输入对，耦接于一接地点与一对节点之间，包括至少一第一对晶体管，该第一对晶体管的尺寸对应于一第一比率；一第二输入对，耦接于所述接地点与所述一对节点之间，包括至少一第二对晶体管，该第二对晶体管的尺寸对应于一第二比率；以及一第三输入对，耦接于所述接地点与所述一对节点之间，包括至少一第三对晶体管，该第三对晶体管的尺寸对应于一第三比率，其中所述第一比率、所述第二比率与所述第三比率互不相等，并且所述电压输出端所输出的电压为所述第一电压与所述第二电压通过所述第一比率、所述第二比率与所述第三比率加权的内插结果。

本实用新型的又一实施例提供一种驱动装置，用于液晶显示器，该驱动装置包括前述的放大器电路，其中该放大器电路被整合于该驱动装置。

附图说明

图1是本实用新型第一实施例提供的具电压内插功能的放大器电路的示例性电路示意图；

图2是本实用新型第二实施例提供的具电压内插功能的放大器电路的示例性电路示意图；

图3是本实用新型一具体实施例提供的用于液晶显示器的驱动装置示意图。

附图标记说明：

100,200,320:放大器电路

110,210:输入级

111-0,111-1,111-2,111-3,111-4,211-0,211-1,211-2,211-3,211-4:输入对

120,220:输出级

300:驱动装置

310:数模转换器(dac)

330:参考电压走线

a、b、c、d:节点

e<0>、e<1>、e<2>、e<3>、e<4>:选择位元

i、i111-0、i111-1、i111-2、i111-3、i111-4:电流

s_data:数字影像信号

v1、v2、vih、vil、vo:电压

vout:电压输出端

具体实施方式

下面对照附图并结合优选的实施方式对本实用新型作进一步说明。

图1为本实用新型第一实施例提供的具电压内插功能的放大器电路的示例性电路示意图。放大器电路100用来根据两个输入电压vih与vil内插产生一输出电压vo，其包含一输入级110及一输出级120。输入级110包含复数输入对，例如输入对111-0～111-4，用以接收输入电压vih与vil。输入对111-0～111-4共同耦接于接地点与一对节点a、b之间，通过节点a、b耦接于输出级120，并通过输出级120耦接放大器电路100的电压输出端vout。输出级120耦接于节点a、b及电压输出端vout，其用来将输入级110所输出的差动电流，转换为单端电压形式输出至电压输出端vout，并对后级电路提供足够的驱动电流。

输入对111-0～111-4，每个输入对均各自包括两个输入端，每个输入对的两个输入端均记为各自的第一输入端和第二输入端。每个输入对的第一输入端都分别耦接一对开关装置，用以根据对应的一选择位元，例如，选择位元e<0>～e<4>，选择性地接收输入电压vih或vil，每个输入对的第二输入端则都耦接于电压输出端vout，用以接收回授的输出电压vo。

根据本实用新型的第一实施例，输入对111-0～111-4可分别包括一对晶体管，而每一对晶体管各自的输出电流等于各自的转导(transconductance,gm)与第一输入端所接收的电压vih或vil的乘积，如以下公式(2)～公式(6)所示。其中，转导gm的平方又与每一对晶体管的输入端尺寸(w/l，一对晶体管的宽高比)与所供应的电流量i的乘积成正比，如以下公式(1)所示。而输出级120的输出电压vo等于所有输入对111-0～111-4的输出电流的总和与等效输出阻抗ro(图未示)的乘积，如以下公式(7)所示。也就是说，输出电压vo可以由每一对晶体管的输入端尺寸(w/l)与所供应的电流量的比率来决定。

i111-0＝gm0*vin(2)

i111-1＝gm1*vin(3)

i111-2＝gm2*vin(4)

i111-3＝gm3*vin(5)

i111-4＝gm4*vin(6)

vo＝(i111-0+i111-1+i111-2+i111-3+i111-4)*ro(7)

其中，i111-0～i111-4分别代表输入对111-0～111-4的输出电流，gm0～gm4分别代表输入对111-0～111-4的转导，vin代表各输入对于第一输入端所接收的电压即vih或vil。

根据本实用新型的第一实施例，输入对111-0～111-4可分别包括一对晶体管，各对晶体管的尺寸具有倍数关系(或者，当考虑到少许制作误差时，大体为倍数关系)，所述晶体管对用以根据不同的比率产生对应的电流，使得晶体管对所产生的电流具有倍数关系(或者，大体为倍数关系)。举例而言，可以输入对111-0所包含的一对晶体管的宽高比(w/lratio)作为基础尺寸单位，即，此对晶体管的宽高比可被设定为1单位，输入对111-0所产生的电流i同样也被设定为基础电流单位。其他输入对111-1～111-4的大小则可根据基础尺寸单位被弹性地选择或设计。

如图1所示例的，输入对111-1的尺寸可被设计为与输入对111-0相同。即，输入对111-1所包含的一对晶体管可同样具有1个单位的宽高比。因此，输入对111-1所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第一比率，此时第一比率为1，而晶体管对所产生的电流大小为1*i。于本实用新型的实施例中，所述比率代表晶体管对的尺寸相对于上述基础尺寸单位的比率。同样地，输入对111-0所包含的晶体管对的尺寸亦对应于第一比率。

输入对111-2的尺寸可被设计为输入对111-0的两倍。即，输入对111-2所包含的一对晶体管可具有2个单位的宽高比。因此，输入对111-2所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第二比率，此时第二比率为2，而晶体管对所产生的电流大小为2*i。

输入对111-3的尺寸可被设计为输入对111-0的四倍。即，输入对111-3所包含的一对晶体管可具有4个单位的宽高比。因此，输入对111-3所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第三比率，此时第三比率为4，而晶体管对所产生的电流大小为4*i。

输入对111-4的尺寸可被设计为输入对111-0的八倍。即，输入对111-4所包含的一对晶体管可具有8个单位的宽高比。因此，输入对111-4所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第四比率，此时第四比率为8，而晶体管对所产生的电流大小为8*i。

于本实用新型的实施例中，输入级110内的输入对111-0～111-4可根据不相等的比率将输入电压vih与vil加权，并于电压输出端vout输出电压vo，也就是说，将输入电压vih与vil通过不等比率加权的内插结果作为输出电压vo。其中，于此实施例中，第四比率大于第三比率，第三比率大于第二比率，第二比率大于第一比率，且第四比率为第三比率的倍数，第三比率为第二比率的倍数，第四比率、第三比率与第二比率皆为第一比率的倍数。

如图1所示例的，输入级110可利用输入对111-0～111-4分别将输入电压vih或vil根据1、1、2、4、8等的比率加权后产生内插结果，以实现4位元的电压内插，其中比率数值的总和为内插电压的数量。更具体的说，输入级110可利用输入对111-0～111-4将输入电压vih或vil根据所述不等比率加权后产生出16种不同位准的电压，其中16＝1+1+2+4+8，也就是2的4次方，以实现4位元的电压内插。而输出电压vo与输入电压vih或vil，以及不等比率的关系可以以下列等效公式(8)表示：

式(8)中，对应表示e＜0＞～e＜4＞的反相信号。其中于图1、图2所示实施例中，若用以接收选择位元e<0>～e<4>的接收端绘制了圆圈“○”，代表实际输入该电路的信号将会是选择位元的反相信号(例如，的其中一者)；若用以接收选择位元e<0>～e<4>的接收端并未绘制圆圈“○”，代表实际输入该电路的信号为选择位元(例如，e<0>～e<4>的其中一者)。于本实用新型的实施例中，可通过于选择位元接收端设置一反相器或其他类似功能的电路实施将选择位元反相的操作。

值得注意的是，以上比率仅用以示例，而非用以限定本实用新型的范围。根据本实用新型的实施例，比率的选择依据所需的内插电压数量而定，并且可有弹性地组合与变化。举例而言，若要实现5位元的电压内插，则可增加一输入对，此输入对所包含的晶体管对的尺寸可被设计为基础尺寸单位的16倍(即，所对应的比率为16)，或者，可增加两个输入对，此两个输入对所包含的晶体管对的尺寸可被设计为基础尺寸单位的8倍(即，所对应的比率为8)。

相较于现有技术，本实用新型的放大器电路100可利用较少的晶体管对来实现相同的电压内插功能，从而可大幅减少放大器电路所需的控制信号走线与开关装置的数量，有效减少电路布局的面积。

图2为本实用新型第二实施例所提供的具电压内插功能的放大器电路的示例性电路示意图。放大器电路200用来根据两个输入电压vih与vil内插产生一输出电压vo，其包含一输入级210及一输出级220。输入级210包含复数输入对，例如输入对211-0～211-4，用以接收输入电压vih与vil。输入对211-0～211-4共同耦接于接地点与一对节点c、d之间，通过节点c、d耦接于输出级220，并通过输出级220耦接放大器电路200的电压输出端vout。输出级220耦接于节点c、d及电压输出端vout，其用来将输入级210所输出的差动电流，转换为单端电压形式输出至电压输出端vout，并对后级电路提供足够的驱动电流。

输入对211-0～211-4五个输入对，每个输入对均分别包括两对晶体管，并且每对晶体管可各自包括两个输入对，每对晶体管的这两个输入端均记为各自的第一输入端与第二输入端。更具体的说，各输入对的其中一对晶体管的第一输入端用以接收电压vih，另一对晶体管的第一输入端用以接收电压vil，而各对晶体管的第二输入端则耦接于电压输出端vout，用以接收回授的输出电压vo。此外，各输入对211-0～211-4都分别耦接一对开关装置，用以根据对应的一选择位元，例如，选择位元e<0>～e<4>，选择性地基于所需的输入电压vih或vil产生对应的电流。

根据本实用新型的第二实施例，输入对211-0～211-4可分别包括两对晶体管，而每一对晶体管各自的输出电流等于各自的转导(transconductance,gm)与第一输入端所接收的电压的乘积(本领域技术人员可根据以上公式(2)～公式(6)作出适应性的调整而推导出对应的公式)。其中，各输入对的其中一对晶体管的第一输入端用以接收输入电压vih，另一对晶体管的第一输入端用以接收输入电压vil。其中，转导gm的平方又与每一对晶体管的输入端尺寸(w/l)和所供应的电流量i的乘积成正比，如以上公式(1)所示。而输出级220的输出电压vo等于所有输入对211-0～211-4的输出电流的总和与等效输出阻抗ro(图未示)的乘积(本领域技术人员可根据以上公式(7)作适应性的调整而推导出对应的公式)。也就是说，输出电压vo可以由每一对晶体管的输入端尺寸(w/l)与所供应的电流量的比率来决定。

根据本实用新型的第二实施例，输入对211-0～211-4所包含的晶体管对的尺寸可具有倍数关系(或者，当考虑到少许制作误差时，大体为倍数关系)，所述晶体管对用以根据不同的比率产生对应的电流，使得晶体管对所产生的电流具有倍数关系(或者，大体为倍数关系)。举例而言，输入对211-0所包含的两对晶体管可具有相同的宽高比，并且此两对晶体管的宽高比可被设定为基础尺寸单位，即，此两对晶体管的宽高比皆可被设定为1单位，输入对211-0所产生的电流i同样也被设定为基础电流单位。其他输入对211-1～211-4的大小则可根据基础尺寸单位被弹性地选择或设计。

如图2所示例的，输入对211-1的尺寸可被设计为与输入对211-0相同。即，输入对211-1所包含的两对晶体管可同样具有1个单位的宽高比。因此，输入对211-1所包含的两个晶体管对的尺寸可对应于一第一比率，此时第一比率为1，而晶体管对所产生的电流大小为1*i。于本实用新型的实施例中，所述比率代表晶体管对的尺寸相对于上述基础尺寸单位的比率。同样地，输入对211-0所包含的晶体管对的尺寸亦对应于第一比率。

输入对211-2的尺寸可被设计为输入对211-0的两倍。即，输入对211-2所包含的两对晶体管可具有2个单位的宽高比。因此，输入对211-2所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第二比率，此时第二比率为2，而晶体管对所产生的电流大小为2*i。

输入对211-3的尺寸可被设计为输入对211-0的四倍。即，输入对211-3所包含的两对晶体管可具有4个单位的宽高比。因此，输入对211-3所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第三比率，此时第三比率为4，而晶体管对所产生的电流大小为4*i。

输入对211-4的尺寸可被设计为输入对211-0的八倍。即，输入对211-4所包含的两对晶体管可具有8个单位的宽高比。因此，输入对211-4所包含的晶体管对的尺寸可对应于一第四比率，此时第四比率为8，而晶体管对所产生的电流大小为8*i。

于本实用新型的实施例中，输入级210内的输入对211-0～211-4可根据不相等的比率将输入电压vih与vil加权，并于电压输出端vout输出电压vo，也就是说，将输入电压vih与vil透过不等比率加权的一内插结果作为输出电压vo。其中，于此实施例中，第四比率大于第三比率，第三比率大于第二比率，第二比率大于第一比率，且第四比率为第三比率的倍数，第三比率为第二比率的倍数，第四比率、第三比率与第二比率皆为第一比率的倍数。

如图2所示的实施例，输入级210可利用输入对211-0～211-4分别将输入电压vih或vil根据1、1、2、4、8等的比率加权后产生内插结果，以实现4位元的电压内插，其中比率数值的总和为内插电压的数量。更具体的说，输入级210可利用输入对211-0～211-4将输入电压vih或vil根据所述不等比率加权后产生出16种不同位准的电压，其中16＝1+1+2+4+8，也就是2的4次方，以实现4位元的电压内插。而输出电压vo与输入电压vih或vil，以及不等比率的关系可以与上述所列等效公式(8)相同。

值得注意的是，以上比率仅用以例示，而非用以限定本实用新型的保护范围。根据本实用新型的实施例，比率的选择依据所需的内插电压数量而定，并且可有弹性地组合与变化。举例而言，若要实现5位元的电压内插，则可增加一输入对，此输入对所包含的晶体管对的尺寸可被设计为基础尺寸单位的16倍(即，所对应的比率为16)，或者，可增加两个输入对，此两个输入对所包含的晶体管对的尺寸可被设计为基础尺寸单位的8倍(即，所对应的比率为8)。

相较于现有技术，本实用新型的放大器电路200可利用较少的晶体管对来实现相同的电压内插功能，从而可大幅减少放大器电路所需的控制信号走线与开关装置的数量，有效减少电路布局的面积。

图3为本实用新型一具体实施例所提供的用于液晶显示器的一驱动装置300的示意图。本实用新型的放大器电路100/200可被整合于液晶显示器的该驱动装置中。驱动装置300可包含一数模转换器310、一放大器电路320及2ⁿ条参考电压走线330。参考电压走线330用来提供一参考电压产生电路(图未示)所产生的2ⁿ个迦码(gamma)参考电压。数模转换器310耦接于参考电压走线330，用来根据一数字影像信号s_data由2ⁿ个迦码参考电压中切换输出两个相邻参考电压v1及v2，其中v1及v2可提供至放大器电路320作为上述的输入电压vih与vil。放大器电路320可通过图1或图2的放大器电路100/200实现，用来根据数模转换器310所输出的参考电压v1及v2，产生一相对应内插结果的输出电压vo。

因此，通过具有内插功能的放大器电路320根据其输入电压进行电压内插而产生2^k个内插电压，驱动装置300最终将可相当于产生2^(n+k)个迦码参考电压，其中2^k为放大器电路的输入级的晶体管对的尺寸比率数值的总和。相较于现有技术，本实用新型的放大器电路320可利用较少的晶体管对来实现相同的电压内插功能，从而可大幅减少放大器电路所需的控制信号走线与开关装置的数量，有效减少电路布局的面积。此外，本实用新型的放大器电路的输入级内的晶体管均可操作在相同的操作区(例如，饱和区)，因此相较于现有技术，本实用新型亦具有容易设计的优势。此外，通过本实用新型的方式所内插出来的电压值可具有较佳的线性度，例如，积分非线性度(integralnonlinearity，inl)与差动非线性度(differentialnonlinearity，dnl)表现均可优于传统技术。此外，由于本实用新型采用不等比率的晶体管尺寸设计，因此，放大器电路中具有较大尺寸的元件，如此可相对弱化元件与元件之间因制程的误差(randommismatch)对于电路整体的影响。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本实用新型的保护范围。