TWI591606B - 驅動級電路 - Google Patents

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TWI591606B
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李欣倫
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Description

驅動級電路
本發明係有關一種驅動級電路，特別是指一種具適應性調整導通電阻之驅動級電路，其例如可應用於面板電路之灰階修正放大電路(gamma correction amplifier circuit)或位準偏移電路(level shifter)。
第1A圖中，顯示一種先前技術之訊號輸出處理電路(訊號輸出處理電路1)，其可為例如但不限於顯示面板之灰階修正放大電路(gamma correction amplifier circuit)或位準偏移電路(level shifter)，訊號輸出處理電路1包含一驅動級電路39，此驅動級電路39包括驅動開關電路MP0與MN0。前級電路20產生開關控制訊號VGP與VGN，而驅動級電路39根據開關控制訊號VGP與VGN，控制驅動開關MP0與MN0，以於輸出端點OUT產生一輸出訊號。輸出訊號必須符合輸出電壓位準VOH與VOL的測試規格，此等規格與驅動開關的等效電阻有關。在例如以MOSFET作為驅動開關(例如圖中所示之MP0或MN0)的情況下，通常會藉由增大驅動開關電路之通道寬度(channel width)，或是給予較高的閘源極電壓(VGS voltage)，使驅動開關具有較低之導通電阻，以符合輸出電壓位準VOH與VOL測試規格。
然而驅動開關之低導通電阻卻可能導致無法符合另一測試--短路電流(short circuit current)之規格；為了符合短路電流測試之規格，在第1B圖所示 之先前技術中，驅動級電路39包含一箝位電路391，用以箝位開關控制訊號VGP與VGN(即驅動開關MP0與MN0之閘極電壓)，以通過短路電流測試。然而，箝位電壓卻可能讓驅動開關MP0或MN0之導通電阻增加，因而又無法通過前述之輸出電壓位準VOH或VOL之測試。
請參閱第2圖，圖中顯示對應於前述第1A與1B圖之驅動開關導通電阻及輸出電壓位準VOL(為方便敘述，僅以VOL以及對應之驅動開關MN0舉例說明，下同)與短路電流之特性曲線。在第2圖之RON曲線中，為了符合輸出電壓位準VOL規格，選擇VGC2為驅動開關MN0之閘極電壓(其中VGC2例如可為與電源相同位準之電壓，如第1A圖中之VPP)，使對應之導通電阻RON2相對較低，使得對應之輸出電壓位準VOL2符合測試規格，亦即，低於輸出電壓位準限值VOLMAX；然而在此情況下，對應之驅動開關短路電流位準ISC2卻會超出短路電流限值ISCMAX。而如將第1B圖中之閘極電壓VGN箝位至例如VGC1，在此情況下，雖然對應之短路電流ISC1符合測試規格(即，低於短路電流限值ISCMAX)，但其對應之輸出電壓位準VOL1卻又無法符合規格(即，超出了輸出電壓位準限值VOLMAX)。事實上，在某些情況下，例如於第2圖中，VGS3(對應於輸出電壓位準限值VOLMAX)>VGS4(對應於短路電流限值ISCMAX)之條件下，並無法找到單一的閘極電壓位準可同時符合上述兩種測試規格。
本發明解決了上述先前技術的問題；本發明之驅動開關具有可適應性調整之導通電阻，可同時符合輸出電壓位準測試以及短路電流測試之規格，且可縮小開關之面積，節省電路成本。
本發明提供了一種驅動級電路，包含：至少一驅動開關電路，用以根據一開關控制訊號，以產生一輸出訊號，其中，有一電流流過該驅動開關電 路，該驅動開關電路具有一導通電阻(conductive resistance)；以及一導通電阻調整電路，根據該電流，而控制該開關控制訊號，當該電流達到一第一電流閾值時，將該開關控制訊號箝位至一第一箝位位準，使得該驅動開關電路之導通電阻不小於一第一電阻值，進而使得該驅動開關電路之一短路電流不超過一短路電流限值；又，當該電流未達到該第一電流閾值時，該導通電阻調整電路將該開關控制訊號箝位或不箝位，其中該導通電阻之一最小值(a lowest level of the conductive resistance)低於一第二電阻值，且該驅動開關電路之一輸出電壓位準不超過一輸出電壓位準限值。
在一較佳實施例中，該第一電阻值大於該第二電阻值。
在一較佳實施例中，當該電流未達到該第一電流閾值時，該導通電阻調整電路將該開關控制訊號箝位至一第二箝位位準。
在一較佳實施例中，該導通電阻調整電路包括：一比較電路，根據該電流與該第一電流閾值而產生一比較結果；一箝位位準產生電路，用以產生至少一目標箝位位準，且將該開關控制訊號箝位於該至少目標箝位位準，其中該至少一目標箝位位準包含該第一箝位位準；以及一箝位控制電路，用以根據該比較結果而調整該目標箝位位準。
在一較佳實施例中，該箝位位準產生電路包括至少一二極體，用以產生該至少一目標箝位位準。
在一較佳實施例中，該箝位控制電路包括至少一箝位切換開關，用以調整該目標箝位位準。
在一較佳實施例中，該第一電流閾值為一過電流保護閾值。
在一較佳實施例中，該驅動級電路應用於一灰階修正放大電路(gamma correction amplifier circuit)或一位準偏移電路(level shifter)。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
1,2,3‧‧‧訊號輸出處理電路
20‧‧‧前級電路
30,30’‧‧‧驅動級電路
31,32‧‧‧驅動開關電路
33,33’‧‧‧導通電阻調整電路
331‧‧‧比較電路
332‧‧‧箝位位準產生電路
333‧‧‧箝位控制電路
39‧‧‧驅動級電路
391‧‧‧箝位電路
D1,D2,D3‧‧‧二極體
IN‧‧‧電流
IP‧‧‧電流
ISC‧‧‧短路電流
ISC1,ISC2‧‧‧短路電流位準
ISCMAX‧‧‧短路電流限值
ISCTST‧‧‧短路電流位準
ITH1‧‧‧第一電流閾值
IVOL‧‧‧輸出電壓位準測試電流
MN0‧‧‧驅動開關
MN1‧‧‧金氧半開關
MP0‧‧‧驅動開關
MP1‧‧‧金氧半開關
MPA‧‧‧位準偏移開關
OUT‧‧‧輸出端點
RON‧‧‧導通電阻
RON1,RON2‧‧‧導通電阻值
RON3‧‧‧導通電阻值
SCL‧‧‧箝位切換開關
VGC‧‧‧箝位位準
VGC1~VGC4‧‧‧箝位位準
VGN‧‧‧開關控制訊號(閘極電壓)
VGP‧‧‧開關控制訊號(閘極電壓)
VOL‧‧‧輸出電壓位準
VOL1,VOL2‧‧‧輸出電壓位準
VOLMAX‧‧‧輸出電壓位準限值
VPP‧‧‧電源
第1A圖顯示一種先前技術訊號輸出處理電路之方塊圖。
第1B圖顯示一種先前技術訊號輸出處理電路之方塊圖。
第2圖顯示對應於前述第1A與1B圖之特性曲線圖。
第3圖顯示本發明之驅動級電路之一實施例方塊圖。
第4圖顯示對應於前述第3圖之特性曲線圖。
第5圖顯示本發明之驅動級電路，其中導通電阻調整電路之一更具體的實施例方塊圖。
第3圖顯示本發明之驅動級電路之一實施例(驅動級電路30)，用於訊號輸出處理電路(訊號輸出處理電路3)之訊號驅動功能，其中訊號輸出處理電路3可為例如但不限於顯示面板應用之灰階修正放大電路(gamma correction amplifier circuit)或位準偏移電路(level shifter)。驅動級電路30，包括至少一驅動開關電路(驅動開關電路31或驅動開關電路32)，耦接於一固定電位和一輸出端點OUT之間(驅動開關電路31耦接於如圖所示的地電位和輸出端點OUT之間；驅動開關電路32耦接於如圖所示的電源VPP和輸出端點OUT之間)。在一實施例中，驅動開關電路31包括一金氧半開關(MOSFET switch)MN1，而驅動開關電路32包括一金氧半開關MP1。驅動級電路30接收來自前級電路20之開關控制訊號VGP及/或VGN(在一實施例中，驅動開關電路31和32分別為N型和P型金氧半開關，而 VGP和VGN可為同一訊號；在其他實施例中，驅動開關電路31和32、及VGP和VGN，可為不同於上述的安排方式)，以控制驅動開關電路31或驅動開關電路32之導通程度，而於輸出端點OUT產生一輸出訊號。其中驅動開關電路31和32之導通程度例如但不限於可包括完全不導通之狀態與複數之不同程度的導通狀態，且該複數之不同程度的導通狀態具有對應的複數之導通電阻。
請繼續參閱第3圖，驅動級電路30更包含一導通電阻調整電路33，用以根據流過驅動開關電路32或驅動開關電路31的電流IP或IN，而對開關控制訊號VGP或VGN箝位(clamp)。為方便敘述以驅動開關電路31舉例說明，而驅動開關電路32則可類推。請對照第4圖，當電流IN達到一第一電流閾值ITH1時，導通電阻調整電路33將開關控制訊號VGN箝位至一第一箝位位準VGC1，使得驅動開關電路31之導通電阻RON不小於一第一電阻值RON1，並使得該驅動開關電路31之一短路電流ISC不超過一短路電流限值ISCMAX；所述之「箝位於第一箝位位準」係指對前級電路20輸出之開關控制訊號VGP或VGN箝位，使得開關控制訊號VGP或VGN不超過「第一箝位位準」，下同。當電流IN未達到第一電流閾值ITH1時，導通電阻調整電路33則箝位或不箝位該開關控制訊號VGN，其中驅動開關電路31之導通電阻RON之一最小值可低於一第二電阻值，而使得驅動開關電路31之輸出電壓位準VOL不超過一輸出電壓位準限值VOLMAX(第4圖未示出，請參閱第2圖)，其中所述之第二電阻值可為如第2圖中，一小於RON3(對應於VOLMAX以及VGC3)之一電阻值，例如RON2。
在一實施例中，當電流IN未達到第一電流閾值ITH1時，導通電阻調整電路33更將該開關控制訊號VGN箝位至一第二箝位位準(此第二箝位位準例如可為VGC2)，使得驅動開關電路31之導通電阻RON之一最小值低於一第二電阻值(此第二電阻值例如可為RON2)，且驅動開關電路31之輸出電壓位準VOL不超過輸出電壓位準限值VOLMAX(第4圖未示出，請參閱第2圖)。
電流IP及驅動開關電路32之開關控制訊號VGP與導通電阻RON，其特性曲線與第4圖相似，只是開關控制訊號VGP的箝位位準閾值及導通電阻RON的電阻值閾值，可以視需要而設定為與第4圖不同的數值。
本發明之驅動級電路之技術特徵，可由第2圖說明之，本發明之驅動級電路(驅動級電路30)，可根據電流IN之大小而適應性地將開關控制訊號VGN箝位於不同之箝位位準，使得驅動開關電路31之導通電阻RON亦能適應性調整，而得以兼顧前述兩種測試規格。舉例而言，在輸出電壓位準VOL測試，或是輸出訊號實際應用上被調整為輸出電壓位準VOL時，驅動開關電路31之導通電阻RON之最小值理應愈小愈好，因此導通電阻調整電路33可將開關控制訊號VGN箝位於較高之箝位位準，例如第2圖中之VGC2，其中VGC2可為例如但不限於一較高之箝位位準，或是不予箝位(亦即，可對應於原未箝位之開關控制訊號VGN之最高電壓)，因而可確保輸出電壓位準VOL符合輸出電壓位準限值VOLMAX之規格(即，低於VOLMAX，例如第2圖中之VOL2)。另一方面，當需要符合短路電流之測試規格，或是發生短路情形時，則可將開關控制訊號VGN箝位於較低之箝位位準，例如第2圖中之VGC1，使得驅動開關電路31之導通電阻RON不致太小，因而可確保短路電流ISC符合短路電流測試規格(即，低於短路電流限值ISCMAX，例如第2圖中之ISC1)。
需說明的是，一般而言，在輸出電壓位準VOL測試，或是輸出訊號實際應用上被調整為輸出電壓位準VOL時，電流IN之位準通常較低，可為例如但不限於100mA或以下，另一方面，當需要符合短路電流之測試規格，或是發生短路情形時，電流IN之位準通常較高，可達例如但不限於遠大於250mA，因此，可以較佳地選擇一介於上述二者之間的電流作為前述之第一電流閾值ITH1。在一實施例中，第一電流閾值ITH1較佳為對應於一過電流保護閾值(例如250mA)。上述所有數字均僅為舉例而非限制本發明。
從另一角度而言，本發明之驅動級電路之技術特徵，可由第4圖說明之，本發明之驅動級電路(例如第3圖之驅動級電路30)，當電流IN未達到第一電流閾值ITH1時(例如對應於圖中之輸出電壓位準測試電流IVOL)，導通電阻調整電路33可將開關控制訊號VGN箝位於較高之箝位位準，例如第2圖中之VGC2，其中VGC2可為例如但不限於一較高之箝位位準，或是不予箝位，此時驅動開關電路31之導通電阻RON之最小值低於一第二電阻值RON2，驅動開關電路31之輸出電壓位準VOL得以低於(ITH1*RON2)，因此可控制不超過輸出電壓位準限值VOLMAX(本圖未示出，請參閱第2圖)。另一方面，當電流IN達到一電流閾值ITH1時(例如對應於圖中之短路電流位準ISCTST，此為短路電流測試時，於輸出點OUT施加一預設之短路電流測試電壓VSC，所獲得之短路電流位準ISCTST)，此時由於導通電阻調整電路33將開關控制訊號VGN箝位至一較低之位準，例如第一箝位位準VGC1，使得驅動開關電路31之導通電阻RON不小於一第一電阻值RON1，因此該驅動開關電路31之短路電流位準ISCTST不會超過短路電流限值ISCMAX。
需說明的是，本發明之具有適應性調整驅動開關導通電阻之驅動級電路，在如前所述無法找到單一位準之開關控制訊號使得上述兩項測試規格皆可符合時(亦即輸出電壓位準限值VOLMAX所對應的閘極電壓>短路電流限值ISCMAX所對應的閘極電壓之情況下，從另一角度而言，亦即，第一電阻值>第二電阻值)，特別具有功效。
第5圖顯示本發明之驅動級電路(驅動級電路30’)，其中導通電阻調整電路之一更具體的實施例(導通電阻調整電路33’)，導通電阻調整電路33’包括：一比較電路331，一箝位位準產生電路332，以及一箝位控制電路333。比較電路331根據電流IN與第一電流閾值ITH1而產生一比較結果；箝位位準產生電路332，用以產生至少一目標箝位位準，且將該開關控制訊號VGN箝位於該至少一 目標箝位位準，其中該至少一目標箝位位準包含該第一箝位位準(例如前述之VGC1)；箝位控制電路333，用以根據該比較結果而調整該目標箝位位準。
在一實施例中，如前述之箝位位準產生電路332包含至少一二極體(例如但不限於第5圖中之二極體D1、D2與D3)，而箝位控制電路333包含至少一箝位切換開關(例如但不限於第5圖中之SCL)，本實施例之導通電阻調整電路33’可藉由箝位切換開關SCL之切換，將開關控制訊號VGN箝位於一較低之箝位位準VD2+VD3+VGS(MPA)，對應於前述之第一箝位位準VGC1，或是將開關控制訊號VGN箝位於一較高之箝位位準VD1+VD2+VD3+VGS(MPA)，對應於前述之第二箝位位準VGC2，其中VD1、VD2與VD3分別係指D1、D2與D3之順向導通電壓(forward voltage)，VGS(MPA)係指位準偏移開關MPA之閘源極跨壓。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用；此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合；舉例而言，前述之實施例中，係以VOL以及對應之驅動開關電路31為例說明本發明之技術特徵，但對於輸出電壓位準VOH以及對應之驅動開關電路32，亦可以相同之概念，根據電流IP而對該開關控制訊號VGP箝位，使得輸出電壓位準VOH及短路電流亦可同時符合測試規格；在上述之情況下，驅動級電路可包含前述實施例之具體電路，但以相對應之正負符號調整，以實現上述模式之變化。又如，前述之實施例中之金氧半開關，可改換為雙極開關(bipolar transistor switch)。又如，前述之實施例中，僅包含電流閾值ITH1，此僅為舉例並非限制，本發明之驅動級電路，亦可包含複數電流閾值，在此情況下，可在三或以上之電流閾值區間中，以三或以上之箝位位準對開關控制訊號箝位。又例如，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該 訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及/或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
3‧‧‧訊號輸出處理電路
20‧‧‧前級電路
30‧‧‧驅動級電路
31,32‧‧‧驅動開關電路
33‧‧‧導通電阻調整電路
IN,IP‧‧‧電流
MN1‧‧‧金氧半開關
MP1‧‧‧金氧半開關
OUT‧‧‧輸出端點
VGN‧‧‧開關控制訊號
VGP‧‧‧開關控制訊號
VPP‧‧‧電源

Claims (8)

  1. 一種驅動級電路，包含： 至少一驅動開關電路，用以根據一開關控制訊號，以產生一輸出訊號，其中，有一電流流過該驅動開關電路，該驅動開關電路具有一導通電阻(conductive resistance)；以及 一導通電阻調整電路，根據該電流，而控制該開關控制訊號，當該電流達到一第一電流閾值時，將該開關控制訊號箝位至一第一箝位位準，使得該驅動開關電路之導通電阻不小於一第一電阻值，進而使得該驅動開關電路之一短路電流不超過一短路電流限值；又，當該電流未達到該第一電流閾值時，該導通電阻調整電路將該開關控制訊號箝位或不箝位，其中該導通電阻之一最小值(a lowest level of the conductive resistance)低於一第二電阻值，且該驅動開關電路之一輸出電壓位準不超過一輸出電壓位準限值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動級電路，其中該第一電阻值大於該第二電阻值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之驅動級電路，其中當該電流未達到該第一電流閾值時，該導通電阻調整電路將該開關控制訊號箝位至一第二箝位位準。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之驅動級電路，其中該導通電阻調整電路包括： 一比較電路，根據該電流與該第一電流閾值而產生一比較結果； 一箝位位準產生電路，用以產生至少一目標箝位位準，且將該開關控制訊號箝位於該至少一目標箝位位準，其中該至少一目標箝位位準包含該第一箝位位準；以及 一箝位控制電路，用以根據該比較結果而調整該目標箝位位準。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之驅動級電路，其中該箝位位準產生電路包括至少一二極體，用以產生該至少一目標箝位位準。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之驅動級電路，其中該箝位控制電路包括至少一箝位切換開關，用以調整該目標箝位位準。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之驅動級電路，其中該第一電流閾值為一過電流保護閾值。
  8. 如申請專利範圍第1至7項任一項所述之驅動級電路，應用於一灰階修正放大電路(gamma correction amplifier circuit)或一位準偏移電路 (level shifter)。
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