发明名称 差动放大电路,使用其之运算放大器,以及结合此运算放大器之液晶驱动电路
摘要 本发明系藉由边更换边使用差动放大电路之二个输入电晶体,同时介以设在输出侧的二个开关用以切换来自两输入电晶体之输出信号,可平均化起因于制造上之不均等所造成的偶发偏位电压。藉此,即可缩小电路规模,且减低电路之消耗电力,同时可实现不受起因于制造上之不均等所造成的偶发偏位电压之影响之可靠性高的差动放大电路。又,藉由使用该种差动放大电路,就可实现更低消耗电力且可靠性高的运算放大器,及可进行更高品质显示的液晶驱动电路。
申请公布号 TW455833 申请公布日期 2001.09.21
申请号 TW088105608 申请日期 1999.04.08
申请人 夏普股份有限公司 发明人 中尾友昭
分类号 G09G3/36;G09G3/18;G09G3/30;G02F1/133 主分类号 G09G3/36
代理机构 代理人 陈长文 台北巿敦化北路二○一号七楼
主权项 1.一种差动放大电路,系分别将同相及反相之输入 信号予以放大的电路,其具备有: 第一及第二放大电路,系用以放大上述输入信号者 ;以及 控制装置,系选择性地切换上述二个输入信号之后 输入至上述第一及第二放大电路上,同时将依上述 第一或第二放大电路之一方所放大的同相输入信 号当作反相输出信号予以输出,另一方面将依上述 第一或第二放大电路之另一方所放大的反相输入 信号当作同相输出信号予以输出者。2.如申请专 利范围第1项之差动放大电路,其中上述控制装置 具备有: 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出者。3.如申请专利范围 第1项之差动放大电路,其中上述第一及第二放大 电路系分别包含有输入MOS电晶体,而第一及第二放 大电路之输入MOS电晶体,系互相以源极结合, 同时于上述各输入MOS电晶体之闸极上输入有上述 输入信号,且具有连接各输入MOS电晶体之汲极以构 成负载的负载元件。4.如申请专利范围第3项之差 动放大电路,其中上述负载元件,系连接上述各输 入MOS电晶体之汲极的电阻。5.如申请专利范围第3 项之差动放大电路,其中上述各负载元件,系分别 由MOS电晶体所构成,而该两负载元件之MOS电晶体, 系由电流镜构成所连接者。6.如申请专利范围第5 项之差动放大电路,其中上述控制装置,系具备有: 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出; 上述电流镜构成之两MOS电晶体之闸极,系连接于上 述同相输出端子上。7.一种运算放大器,系具备有: 输入电路,包含分别放大同相及反相之输入信号的 差动放大电路者;以及输出电路,系根据该输入电 路之输出而输出电压的CMOS构成者, 其中在上述差动放大电路上设有用以放大上述输 入信号之第一及第二放大电路;以及 控制装置,系选择性地切换上述二个输入信号之后 输入至上述第一及第二放大电路上,同时将依上述 之第一或第二放大电路之一方所放大的同相输入 信号作反相输出信号予以输出,另一方面将依上述 之第一或第二放大电路之另一方所放大的反相输 入信号当作同相输出信号予以输出者。8.如申请 专利范围第7项之运算放大器,其中上述第一及第 二放大电路,系以源极结合一组输入MOS电晶体而成 , 上述输出电路之输入段MOS电晶体之中,设有将高于 接地电位,且低于上述运算放大器之动作电源电压 的电压输出至与上述输入MOS电晶体相同的通道之 输出段MOS电晶体之源极的电源。9.如申请专利范 围第8项之运算放大器,其中上述输出电路之输出 系当作反相的输入信号而做负回授,且当作电压随 耦电路来使用。10.如申请专利范围第8项之运算放 大器,其中上述各输出段MOS电晶体,系增强型的MOS 电晶体。11.如申请专利范围第7项之运算放大器, 其中上述控制装置具备有: 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出者。12.如申请专利范围 第7项之差动放大电路,其中上述第一及第二放大 电路系个别包含有输入MOS电晶体,而第一及第二放 大电路之输入MOS电晶体,系互相以源极结合, 同时于上述各输入MOS电晶体之闸极上输入有上述 输入信号,且具有连接各输入MOS电晶体之汲极以构 成负载的负载元件。13.如申请专利范围第12项之 差动放大电路,其中上述负载元件,系连接上述各 输入MOS电晶体之汲极的电阻。14.如申请专利范围 第12项之差动放大电路,其中上述各负载元件,系分 别由MOS电晶体所构成,而该两负载元件之MOS电晶体 ,系由电流镜构成所连接者。15.如申请专利范围第 14项之差动放大电路,其中上述控制装置,系具备有 : 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出; 上述电流镜构成之两MOS电晶体之闸极,系连接于上 述同相输出端子上。16.一种液晶驱动电路,系具有 用以放大被输入之液晶驱动电压的运算放大器之 电路, 设有输出交流化切换电路,用以切换该运算放大器 之输出,并切换被放大之液晶驱动电压的极性,以 进行交流化, 其中上述运算放大器,系具备有:输入电路,包含分 别放大同相及反相之输入信号的差动放大电路者; 以及输出电路,系根据该输入电路之输出而输出电 压的CMOS构成者, 其中在上述差动放大电路上设有用以放大上述输 入信号之第一及第二放大电路;以及 控制装置,系选择性地切换上述二个输入信号之后 输入至上述第一及第二放大电路上,同时将依上述 之第一或第二放大电路之一方所放大的同相输入 信号当作反相输出信号予以输出,另一方面将依上 述第一或第二放大电路之另一方所致放大的反相 输入信号当作同相输出信号予以输出者。17.如申 请专利范围第16项之液晶驱动电路,其中具备有: 至少一个第一系统之输出端子;以及 第二系统之输出端子,与上述第一系统之输出端子 的数量相同,且在同一时间点上,输出与上述第一 系统之输出端子不同极性的电压者, 上述运算放大器,设有正极性运算放大器,系与上 述第一系统之输出端子的数量相同,且对应上述第 一系统之输出端子的一个和上述第二系统之输出 端子的一个之双方,而放大正极性之液晶驱动电压 者;以及负极性运算放大器,系与上述第一系统之 输出端子的数量相同,且对应上述第一系统之输出 端子的一个和上述第二系统之输出端子的一个之 双方,而放大负极性之液晶驱动电压者, 同时上述输出交流化切换装置,系用以选择(1)对上 述第一系统之各输出端子连接分别对应之正极性 运算放大器,且对上述第二系统之各输出端子连接 分别对应之负极性运算放大器,或是,(2)对上述第 一系统之各输出端子连接分别对应之负极性运算 放大器,且对上述第二系统之各输出端子连接分别 对应之正极性运算放大器者。18.如申请专利范围 第16项之液晶驱动电路,其中上述第一及第二放大 电路,系以源极结合一组输入MOS电晶体而成, 上述输出电路之输入段MOS电晶体之中,设有将高于 接地电位,且低于上述运算放大器之动作电源电压 的电压输出至与上述输入MOS电晶体相同的通道之 输出段MOS电晶体之源极的电源。19.如申请专利范 围第16项之液晶驱动电路,其中具备有对上述运算 放大器之上述差动放大电路,选择切换且供给液晶 驱动电压,和施加至液晶面板之相对电极的相对电 极电压的切换装置, 上述第一及第二放大电路,系以源极结合一组输入 MOS电晶体而成, 上述输出电路之输入段MOS电晶体之中,在与上述输 入MOS电晶体相同的通道之输出段MOS电晶体之源极 上,施加有上述相对电极电压, 同时上述输出交流化切换装置,系依上述切换装置 而对上述差动放大电路输入相对电极电压时,在液 晶面板相邻的负载电容和上述相对电极电压之间 进行电荷之移动,另一方面,依上述切换装置而对 上述差动放大电路输入液晶驱动电压时,在相邻的 负载电容和上述运算放大器的动作电源之间进行 电荷之移动,藉此方式切换被放大的液晶驱动电压 之极性以进行交流化者。20.如申请专利范围第19 项之液晶驱动电路,其中上述切换装置,具备有: 驱动电压输出电路,用以输出液晶驱动电压者;以 及 开关,用以选择该驱动电压输出电路之输出和施加 有上述相对电极电压之相对电极电压线之中的一 方者。21.如申请专利范围第17项之液晶驱动电路, 其中上述第一及第二放大电路,系以源极结合一组 输入MOS电晶体而成, 上述输出电路之输入段MOS电晶体之中,在上述正极 性运算放大器及负极性运算放大器上共同设有将 高于接地电位,且低于上述运算放大器之动作电源 电压的电压输出至与上述输入MOS电晶体相同的通 道之输出段MOS电晶体之源极上的电源。22.如申请 专利范围第17项之液晶驱动电路,其中上述第一及 第二放大电路,系以源极结合一组输入MOS电晶体而 成, 上述输出电路之输入段MOS电晶体之中,与上述输入 MOS电晶体相同的通道之输出段MOS电晶体之源极,系 连接液晶面板之相对电极上施加有相对电极电压 的相对电极电压线上, 同时上述相对电极电压线,系在上述正极性运算放 大器及负极性运算放大器上为共通者。23.如申请 专利范围第16项之液晶驱动电路,其中上述控制装 置用以选择切换二个输入信号的周期,系设定成上 述输出交流化切换装置用以切换被放大之液晶驱 动电压之极性的周期之偶数倍。24.如申请专利范 围第18项之液晶驱动电路,其中上述输出电路之输 出系当作反相的输入信号而做负回授,且当作电压 随耦电路来使用。25.如申请专利范围第18项之液 晶驱动电路,其中上述各输出段MOS电晶体,系增强 型的MOS电晶体。26.如申请专利范围第16项之液晶 驱动电路,其中上述控制装置具备有: 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出者。27.如申请专利范围 第16项之液晶驱动电路,其中上述第一及第二放大 电路系分别包含有有输入MOS电晶体,而第一及第二 放大电路之输入MOS电晶体,系互相以源极结合, 同时于上述各输入MOS电晶体之闸极上输入有上述 输入信号,且具有连接各输入MOS电晶体之汲极以构 成负载的负载元件。28.如申请专利范围第27项之 液晶驱动电路,其中上述负载元件,系连接上述各 输入MOS电晶体之汲极的电阻。29.如申请专利范围 第27项之液晶驱动电路,其中上述各负载元件,系分 别由MOS电晶体所构成,而该两负载元件之MOS电晶体 ,系由电流镜构成所连接者。30.如申请专利范围第 29项之液晶驱动电路,其中上述控制装置,系具备有 : 第一输入开关,系用以选择输入有上述同相输入信 号之同相输入端子及输入有上述反相输入信号之 反相输入端子之中的一方,并对上述第一放大电路 输入者; 第二输入开关,系用以选择同相输入端子及反相输 入端子之中的另一方,并对上述第二放大电路输入 者; 第一输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第二放大电路之输出 ,且从上述同相输出信号所输出之同相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第一放大电路之输出,且从 上述同相输出信号中输出者;以及 第二输出开关,系在上述第一输入开关选择上述同 相输入端子之期间,选择上述第一放大电路之输出 ,且从上述反相输出信号所输出之反相输出端子中 输出,同时在上述第一输入开关选择上述反相输入 端子之期间,选择上述第二放大电路之输出,且从 上述反相输出信号中输出者。图式简单说明: 第一图显示本发明之差动放大电路之第一实施形 态的构成电路图;且显示将N通道MOS电晶体当作输 入电晶体来使用时的电路图。 第二图显示上述差动放大电路之动作的说明图。 第三图显示上述差动放大电路之其他动作的说明 图。 第四图显示在构成第二图之上述差动放大电路的 电晶体间,及/或负载电阻间,存在有因制造上之理 由等而偶发性发生之特性不一致时的动作之说明 图。 第五图显示在构成第三图之上述差动放大电路的 电晶体间,及/或负载电阻间,存在有因制造上之理 由等而偶发性发生之特性不一致时的动作之说明 图。 第六图显示本发明之差动放大电路之第二实施形 态的构成电路图;且显示将P通道MOS电晶体当作输 入电晶体来使用的情况。 第七图显示第六图之上述差动放大电路之动作的 说明图。 第八图显示第六图之上述差动放大电路之其他动 作的说明图。 第九图显示在构成第七图之上述差动放大电路的 电晶体间,及/或负载电阻间,存在有因制造上之理 由等而偶发性发生之特性不一致时的动作之说明 图。 第十图显示在构成第八图之上述差动放大电路的 电晶体间,及/或负载电阻间,存在有因制造上之理 由等而偶发性发生之特性不一致时的动作之说明 图。 第十一图显示本发明之差动放大电路之第三实施 形态的构成电路图;且显示将N通道MOS电晶体当作 输入电晶体来使用的情况。 第十二图显示本发明之差动放大电路之第四实施 形态的构成电路图;且显示将P通道MOS电晶体当作 输入电晶体来使用的情况。 第十三图显示本发明之第五实施形态之N通道MOS输 入之运算放大器的电路图。 第十四图显示第十三图之运算放大器之动作的说 明图。 第十五图显示第十三图之运算放大器之其他动作 的说明图。 第十六图显示本发明之第六实施形态之P通道MOS输 入之运算放大器的电路图。 第十七图显示第十六图之运算放大器之动作的说 明图。 第十八图显示第十六图之运算放大器之其他动作 的说明图。 第十九图显示本发明之第七实施形态之N通道MOS输 入之运算放大器的电路图。 第二十图显示本发明之第八实施形态之P通道MOS输 入之运算放大器的电路图。 第二十一图为进行本发明之第九实施形态之点反 转驱动的液晶驱动电路之输出方块图,且只显示液 晶面板之相邻的二个输出电路部分。 第二十二图显示改变上述液晶驱动电路之液晶驱 动电压的极性时之动作的电路图。 第二十三图显示第二十一图及第二十二图之主要 方块之具体构成例的电路图。 第二十四图为第二十一图至第二十三图之电路的 动作波形图。 第二十五图显示本发明之第十实施形态之构成例 的电路图。 第二十六图显示本发明之第十一实施形态之液晶 驱动电路之具体构成例的电路图。 第二十七图显示本发明之第十二实施形态之液晶 驱动电路之具体构成例的电路图。 第二十八图为第二十七图之主要部分的动作波形 图。 第二十九图为根据第二十八图之动作波形图说明 第十二实施形态之动作的电路图,且显示动作之初 期状态图。 第三十图为说明对运算放大器之输入端子提供中 间电压之状态的电路图,且显示当作电压随耦器来 动作的图。 第三十一图为说明对运算放大器之输入端子输入 液晶驱动电压时的动作之电路图。 第三十二图显示本发明之第十三实施形态中之液 晶驱动电路之具体构成例的电路图。 第三十三图为第三十二图之主要部分的动作波形 图。 第三十四图为根据第三十三图之动作波形图说明 第十三实施形态之动作的电路图,且显示动作之初 期状态图。 第三十五图显示第三十四图中动作电压之1/2的电 压输入至运算放大器时之动作的电路图。 第三十六图显示第三十四图中动作电压之1/2之电 压以外的电压输入至运算放大器时之动作的电路 图。 第三十七图显示作为有源矩阵方式之代表例的TFT 液晶显示装置之习知例之方块构成的说明图。 第三十八图显示习知之TFT液晶面板之构成的说明 图。 第三十九图显示习知之液晶驱动波形之一例的波 形图;并显示源极驱动器之输出电压高于相对电极 之电压时闸极驱动器之输出会使TFT导通,且对图素 电极施加相对于相对电极为正极性的电压之情况 。 第四十图显示习知之液晶驱动波形之一例的波形 图;并显示源极驱动器之输出电压低于相对电极之 电压时闸极驱动器之输出会使TFT导通,且对图素电 极施加相对于相对电极为负极性的电压之情况。 第四十一图显示习知中使液晶驱动电压交流化时 之液晶面板上之交流化极性排列之一例的说明图 。 第四十二图显示习知之点反转驱动中之源极驱动 器之驱动波形例的说明图。 第四十三图显示习知之源极驱动器IC之构成例的 方块图。 第四十四图(a)及第四十四图(b)为进行第一习知技 术之点反转驱动之源极驱动器IC之输出电路的方 块构成图。 第四十五图(a)及第四十五图(b)为进行第二习知技 术之点反转驱动之源极驱动器IC之输出电路的方 块构成图。 第四十六图显示习知之运算放大器持有偶发性之 偏位电压时之液晶驱动电压波形例的波形图。 第四十七图显示第四十四图(a)及第四十四图(b)之 构成时之液晶驱动电压波形的波形图。
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