專利名稱：輸出緩沖器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用于源極驅動器的輸出緩沖器，且特別涉及一種輸 出緩沖器，其可減少開環回路的寄生電容，以及采用較少元件來補償相位容限。
背景技術：
隨著光電與半導體元件的進步，平面顯示器諸如液晶顯示器(liquid crystal display, LCD )在近幾年蓬勃地發展。液晶顯示器因具有多項優點， 例如低功率消耗、無輻射與高空間利用率，而逐漸地成為市場的主流。源 極驅動器為液晶顯示器中相當重要的元件，其能轉換顯示圖像的數字數據 信號為模擬信號，且輸出此模擬信號至顯示面板的每個像素。 一般來說， 源極驅動器包含多個驅動通道來傳送模擬信號至每一數據線上的像素，且 其亦包含多個輸出緩沖器來提升信號傳輸強度。
圖1為傳統輸出緩沖器的電路圖。請參照圖1,輸出緩沖器100的非反 相端、反相端以及輸出端分別標示為節點A、 B與C。此輸出緩沖器100 為軌對軌(rail-to-rail)的運算放大器，其包括P型差動對110與N型差動 對120,用以增加輸出緩沖器IOO運作的輸入電壓范圍，以及避免差動輸入 信號衰減。輸出緩沖器100包括兩個電流鏡電路130及140， 二者分別提供 偏壓電流至差動對UO及120。其中，P型晶體管P3及N型晶體管N3可 視為電流源，用以驅動電流鏡電路130及140,而P型晶體管P8 P9及N 型晶體管N8 N9為用以控制偏壓電流。另外，輸出緩沖器100包括輸出電 路150，其產生輸出信號到顯示面板上的像素。
電流鏡電路130所包含的P型晶體管P6 P7，以及電流鏡電路140所 包含的N型晶體管N6 N7可以用來提升輸出緩沖器100的增益及提供偏壓 電流。但是，在輸出緩沖器100電路中，這些晶體管4艮有可能會產生寄生 電容效應，導致輸出緩沖器100的運作不穩定，因此通常會采用耦接輸出 電路150的電容器的C1 C2，來補償輸出緩沖器100的相位容限(phase
5margin)，其中電容器的C1 C2其亦可稱之為米勒(miller)電容。由于電 容器C1 C2會降低輸出緩沖器100的回轉率(slew rate),必須對應增加 輸出緩沖器100的偏壓電流來提高回轉率(slew rate )但也相對地提高了功 率的消耗。而且，在輸出緩沖器100中，電容器C1 C2會占用較大的布局 面積。
發明內容
本發明提供一種輸出緩沖器，其采用較少的元件來減少寄生電容效應 的影響，且其無需米勒電容即可利用面板負載來補償相位容限。因此，不 但能減少布局面積與成本，也能以低偏壓電流來達到高回轉率。
本發明提供一種輸出緩沖器，適用于源極驅動器。輸出緩沖器包括輸 入模塊、第一及第二電流鏡模塊、開關控制模塊以及輸出級模塊。輸入模 塊的第一端及第二端分別接收第一信號及第二信號。輸入模塊包括第一差 動對及第二差動對。第一電流鏡模塊的第一節點及第二節點耦接第一差動 對。第一電流鏡模塊經由第一節點提供第一偏壓電流至第一差動對，且經 由第二節點輸出第一鏡像電流。第 一鏡像電流為經由鏡像第 一偏壓電流所 產生的。第二電流鏡模塊的第三節點及第四節點耦接第二差動對。第二電 流鏡模塊經由第三節點接收第二差動對的第二偏壓電流，且經由第四節點 接收第二鏡像電流。第二鏡像電流為經由鏡像第二偏壓電流所產生的。
另外，開關控制模塊耦接第一電流鏡模塊的第一及第二節點，以及耦 接第二電流鏡模塊的第三及第四節點。開關控制模塊調整第一及第二偏壓 電流，并據以調整第一及第二鏡像電流。輸出級模塊依據第一及第二鏡像 電流，在其輸出端產生輸出電壓信號至面板負載。輸出級模塊包括第一及 第二晶體管，其中第 一及第二鏡像電流控制第 一及第二晶體管導通與否。 第 一晶體管的柵極及第 一源/漏極分別耦接第 一 電流鏡才莫塊的第二節點及第 一電壓，且第一晶體管的第二源/漏極產生輸出電壓信號。第二晶體管的柵 極、第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接第二電流鏡模塊的第四節點、第一 晶體管的第二源/漏極及第二電壓。
上述輸出緩沖器，在一實施例中第一電流鏡模塊包括第九及第十晶體 管。第九晶體管的第一源/漏極耦接第一電壓，且第九晶體管的柵極耦接其 第二源/漏極，其中第九晶體管的第二源/漏極為第一電流鏡模塊的第一節
6點。第十晶體管的柵極及第 一源/漏極分別耦接第九晶體管的柵極及第 一電 壓，且第十晶體管的第二源/漏極為第 一 電流鏡模塊的第二節點。
上述輸出緩沖器，在一 實施例中第二電流鏡模塊包括第十一及第十二 晶體管。第十一晶體管的柵極耦接其第一源/漏極，且第十一晶體管的第二 源/漏極耦接第二電壓，其中第十一 晶體管的第 一源/漏極為第二電流鏡模塊
的第三節點。第十二晶體管的第一源/漏極為第二電流鎮:;漠塊的第四節點，
且第十二晶體管的柵極及第二源/漏極分別耦接第十一晶體管的柵極及第二 電壓。
由于面板負載等效于電阻電容(RC)的串聯電路，因此本發明所提供
的輸出緩沖器其利用面板負載來補償輸出緩沖器的相位容限。因此無須額
外的米勒(Miller)電容，便得以減少布局面積及成本，而且輸出緩沖器也 能以較低的偏壓電流來獲得高回轉率，進而節省功率消耗。
為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉優選實施例， 并配合附圖，作詳細說明如下。
圖1為傳統輸出緩沖器的電路圖。 圖2為本發明的一實施例輸出緩沖器的方塊圖。 圖3為本發明的一實施例輸出緩沖器的電路圖。主要元件符號說明
100、200、 300:輸出緩沖器
110:P型差動對
120:N型差動對
130、140:電流鏡電路
150:輸出電路
210、310:面板負載
220、320:輸入模塊
221:第一差動對
222:第二差動對
230、330:第一電流鏡模塊
240、340:第二電流鏡模塊250、 350:開關控制模塊 260、 360:輸出級模塊 321: N型差動對 322: P型差動對 Iml、 Im2: 4竟^f象電流 Ibl、 Ib2:偏壓電流 Ml、 M2:晶體管 Cl、 C2、 C:電容器 N1 N10: N型晶體管 P1 P10: P型晶體管 R:電阻器
A、 B、 C、 Nl、 N2、 N3、 N4:節點 VDDA:電源電壓 VSSA:接地電壓 Vout:輸出電壓信號
具體實施例方式
圖2為本發明的一實施例輸出緩沖器的方塊圖。請參照圖2,輸出緩沖 器200可應用于源極驅動器(source driver)，以提升源極驅動器的輸出驅 動能力以及信號傳輸強度。輸出緩沖器200耦接面板負載210,在此面板負 載等效一電阻電容(RC)串聯電路。輸出緩沖器200包括輸入模塊220、 第一電流鏡模塊230、第二電流鏡模塊240、開關控制模塊250以及輸出級 模塊260。輸入模塊220包括第一差動對221與第二差動對222。由于顯示 裝置通常會采用極化反轉(polarity inversion)的驅動方式，也就是互補的 像素電壓(即正極性電壓及負極性電壓)會交替地提供至像素電極(pixel electrode),因而假設第一差動對221與第二差動對222分別為N型差動 對與P型差動對，藉以增加輸出緩沖器200的輸入電壓范圍。輸入模塊220 的第一輸入端IN1及第二輸入端IN2分別為輸出緩沖器200的非反相端與 反相端，且二者分別接收第一信號VINP與第二信號VINN。
第一電流鏡模塊230的節點Nl及節點N2耦接第一差動對221。第一 電流鏡模塊230經由節點N1提供偏壓電流IM至第一差動對221,并且經由節點N2輸出鏡像電流Iml，其中鏡像電流Iml為經由鏡像偏壓電流Ibl 產生的。第二電流鏡模塊240的節點N3及節點N4耦接第二差動對222。 第二電流鏡模塊240經由節點N3接收第二差動對222的偏壓電流Ib2，且 經由節點N4接收鏡像電流Im2,其中鏡像電流Im2為經由鏡像偏壓電流Ib2 產生的。開關控制模塊250耦接第一電流鏡模塊230的節點N1及N2，以 及耦接第二電流鏡模塊240的節點N3及N4。開關控制模塊250調整提供 至第一差動對221的偏壓電流Ibl，以及調整第二差動對222的偏壓電流 Ib2,藉以控制輸出級模塊260的運作。
輸出級沖莫塊260包括晶體管Ml及M2,在本實施例中晶體管Ml及 M2分另'J為P型金屬氧4匕物半導體(P-channel metal oxide semiconductor, PMOS )的晶體管及N型金屬氧化物半導體(N-channel metal oxide semiconductor, NMOS)的晶體管。晶體管Ml的柵極耦接第一電流鏡模 塊230的節點N2，晶體管Ml的第一源/漏極耦接電源電壓VDDA，例如5 伏特，且晶體管Ml的第二源/漏極產生輸出電壓信號Vout。晶體管M2的 柵極耦接第二電流鏡模塊240的節點N4,晶體管M2的第一源/漏極耦接晶 體管Ml的第一源/漏極，且晶體管M2的第二源/漏極耦接接地電壓VSSA, 例如0伏特。由于鏡像電流Iml與Im2為分別經由鏡像偏壓電流Ibl與Ib2 產生的，因此通過開關控制模塊250的運作，可以調整鏡像電流Im 1與Im2 ， 進而改變晶體管Ml及晶體管M2的柵極電壓，藉以控制晶體管Ml及M2 導通與否。因此，輸出級模塊260便依據鏡像電流Iml及lm2,經由輸出 端OUT產生輸出電壓信號Vout至面板負載210。輸出端OUT亦即為輸出 緩沖器200的輸出端。倘若輸出緩沖器200為單位增益的運算放大器，則 輸出級模塊260的輸出端OUT則耦接輸入模塊220的第二輸入端IN2 。
在上述實施例，輸出緩沖器200為應用在源極驅動器之中，而耦接輸 出緩沖器200的面板負載210可補償輸出緩沖器200的相位容限(phase margin)，相較于先前技術，上述實施例無需采用米勒(Miller)電容。眾 所皆知，具有高電容值的米勒電容會降低輸出緩沖器的回轉率(slew rate )， 因此需要對應增加偏壓電流來維持一定的回轉率，但是也相對地增加了功 率消耗。另外，米勒電容亦占用布局面積。所以，上述實施例的輸出緩沖 器200不僅能減少布局面積與成本，也能以較低的偏壓電流來獲得高回轉 率。為了使本領域技術人員能輕易地實行本發明，將另舉一實施例加以說
明。圖3為本發明的一實施例輸出緩沖器的電路圖。請參照圖3，輸出緩沖 器300包括輸入模塊320、第一電流鏡模塊330、第二電流鏡模塊340、開 關控制模塊350以及輸出級模塊360。為了便于敘述，在此引用實施例圖2 的信號、端點、節點、電流及電壓的符號。輸出緩沖器300應用于源極驅 動器，用以傳送輸出電壓信號Vout至面板負載310。輸入模塊320包括N 型差動對321與P型差動對322，以及晶體管T5及T8。晶體管T5與T8 的運作可視為電流源，其分別驅動第一電流鏡模塊330及第二電流鏡模塊 340。 N型差動對321包括晶體管T3及T4，且P型差動對322包括晶體管 T6及T7。在本實施例中，晶體管T3到T5為NMOS晶體管，而晶體管T6 到T8為PMOS晶體管。
在N型差動對321中，晶體管T3的第一源/漏極("第一源/漏極"代表是 晶體管上方的端點，以下類同)及第二源/漏極("第二源/漏極"代表是晶體管 下方的端點，以下類同)分別耦接第 一 電流鏡模塊330的節點N2及晶體管 T5的第一源/漏極，且晶體管T3的柵極接收第一信號VINP。其中，晶體 管T5的柵極及第二源/漏極則分別耦接偏壓Vbl及接地電壓VSSA。晶體 管T4的第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接第一電流鏡模塊330的節點Nl 及晶體管T3的第二源/漏極，且晶體管T4的柵極接收第二信號VINN。在 P型差動對322中，晶體管T6的第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接晶體 管T8的第二源/漏極及第二電流鏡模塊340的節點N4,且晶體管T6的柵 極接收第一信號VINP。其中，晶體管T8的柵極及第一源/漏極則分別耦接 偏壓Vb2與電源電壓VDDA。晶體管T7的第一源/漏極與第二源/漏極分別 耦接晶體管T6的第一源/漏極與第二電流鏡模塊340的節點N3，且晶體管 T7的柵極接收第二信號VINN。 N型差動對321及P型差動對322為以軌 對軌(rail-to-rail)的形式耦接一起，用以增加輸出緩沖器300的輸入電壓 范圍。
第一電流鏡模塊330包括晶體管T9及T10,其中本實施例的晶體管 T9及T10為PMOS晶體管。晶體管T9的第一源/漏極耦接電源電壓VDDA， 其第二源/漏極為第一電流鏡模塊330的節點Nl,且其柵極耦接其第二源/ 漏極。晶體管T10的柵極耦接晶體管T9的柵極，其第一源/漏極耦接電源 電壓VDDA,且其第二源/漏極為第一電流鏡模塊330的節點N2。第一電流鏡模塊330經由節點Nl提供偏壓電流Ibl到N型差動對321 ，并且經由 節點N2輸出鏡像電流Iml到輸出級模塊360。其中，鏡像電流Iml為經由 鏡像偏壓電流Ibl產生的。
第二電流鏡才莫塊340包括晶體管Tll及T12,其中本實施例的晶體管 Tll及T12為NMOS晶體管。晶體管Tll的第一源/漏極為第二電流鏡模塊 340的節點N3，其第二源/漏極耦接接地電壓VSSA,且其柵極耦接其第一 源/漏極。晶體管T12的柵極耦接晶體管Tll的柵極，其第一源/漏極為第二 電流鏡模塊340的節點N4，且其第二源/漏極耦接接地電壓VSSA。第二電 流鏡模塊340經由節點N3接收P型差動對322的偏壓電流Ib2,并且經由 節點N4接收鏡像電流Im2。其中，鏡像電流Im2為經由鏡像偏壓電流Ib2 產生的。
開關控制模塊350包括晶體管T13 T16,其中本實施例的晶體管T13 及T16為PMOS晶體管，而晶體管T14及T15為NMOS晶體管。晶體管 T13的柵極、第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接偏壓Vb3、第一電流鏡模 塊330的節點Nl及第二電流鏡模塊340的節點N3。晶體管T14的柵極、 第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接偏壓Vb4、晶體管T13的第一源/漏極 及晶體管T13的第二源/漏極。晶體管T15的柵極、第一源/漏極及第二源/ 漏極分別耦接偏壓Vb4、第一電流鏡模塊330的節點N2及第二電流4竟才莫塊 340的節點N4。晶體管T16的柵極、第一源/漏極及第二源/漏極分別耦接 偏壓Vb3、晶體管T15的第一源/漏極及晶體管T15的第二源/漏極。
晶體管T13 T16的導通狀態可以控制提供至N型差動對321及P型差 動對322的偏壓電流Ibl及lb2,進而控制提供至輸出級模塊360的鏡像電 流lml及Im2。因此，輸出級沖莫塊360便依據鏡像電流Iml與Im2，而產 生輸出電壓信號Vout至面板負載310。
在本實施例中，由在此輸出緩沖器300的驅動能力已足夠驅動一般的 顯示裝置，第一電流鏡模塊330及第二電流鏡模塊340無需迭接額外的晶 體管來增加輸出緩沖器300的增益，其中迭接的晶體管例如為圖1中晶體 管P6及P7及晶體管N6及N7。因此，上述實施例可以降低輸出緩沖器300 電路中寄生電容效應的影響，并確保輸出緩沖器300能正確地運作。此外， 上述實施例無需米勒(Miller)電容，上述實施例為利用等效電阻電容串聯 電路的面板負載,來補償輸出緩沖器300的相位容限(phase margin), 進而使輸出緩沖器300能穩定地運作。因此，輸出緩沖器300能減少布局面 積與成本，而且能以較低的偏壓電流來獲得高回轉率以節省功率消耗。
雖然本發明已以優選實施例公開如上，然其并非用以限定本發明，本 領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作些許的更動與潤 飾，因此本發明的保護范圍當視所附權利要求書所界定者為準。
權利要求
1. 一種輸出緩沖器，適用一源極驅動器，其特征在于包括一輸入模塊，其第一輸入端接收一第一信號，其第二輸入端接收一第二信號，其中該輸入模塊包括一第一差動對及一第二差動對；一第一電流鏡模塊，其第一節點及第二節點耦接該第一差動對，以經由該第一節點提供一第一偏壓電流至該第一差動對，并經由該第二節點輸出一第一鏡像電流，其中該第一鏡像電流為經由鏡像該第一偏壓電流而產生的；一第二電流鏡模塊，其第三節點及第四節點耦接該第二差動對，以經由該第三節點接收該第二差動對的一第二偏壓電流，并經由該第四節點接收一第二鏡像電流，其中該第二鏡像電流為經由鏡像該第二偏壓電流而產生的；一開關控制模塊，耦接該第一電流鏡模塊的第一節點及第二節點，以及耦接該第二電流鏡模塊的第三節點及第四節點，用以調整該第一偏壓電流及第二偏壓電流；以及一輸出級模塊，依據該第一鏡像電流與第二鏡像電流，其輸出端產生一輸出電壓信號至一面板負載，且該輸出級模塊包括一第一晶體管，其柵極耦接該第一電流鏡模塊的第二節點，其第一源/漏極耦接一第一電壓，且其第二源/漏極產生該輸出電壓信號；以及一第二晶體管，其柵極耦接該第二電流鏡模塊的第四節點，其第一源/漏極耦接該第一晶體管的第二源/漏極，且其第二源/漏極耦接一第二電壓；其中該開關控制模塊分別調整該第一偏壓電流及第二偏壓電流，藉以控制該輸出級模塊的該第一晶體管及該第二晶體管導通與否。
2. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的第一差動 對包括一第三晶體管，其柵極接收該第一信號，其第一源/漏極耦接該第一電 流鏡模塊的第二節點，且其第二源/漏極耦接該第二電壓；以及一第四晶體管，其柵極接收該第二信號，其第一源/漏極耦接該第一電 流鏡模塊的第 一節點，且其第二源/漏極耦接該第三晶體管的第二源/漏極。
3. 如權利要求2所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的輸入模塊還包括一第五晶體管，其柵極耦接一第一偏壓， 一第一源/漏極耦接該第三晶 體管的第二源/漏極，且其第二源/漏極耦接該第二電壓。
4. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的第二差動 對包括一第六晶體管，其柵極接收該第一信號，其第一源/漏極耦接該第一電 壓，且其第二源/漏極耦接該第二電流鏡模塊的第四節點；以及一第七晶體管，其柵極接收該第二信號，其第一源/漏極耦接該第六晶 體管的第 一 源/漏極，且其第二源/漏極耦接該第二電流鏡模塊的第三節點。
5. 如權利要求4所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的輸入模塊 還包括一第八晶體管，其柵極耦接一第二偏壓，其第一源/漏極耦接該第一電 壓，且其第二源/漏極耦接該第六晶體管的第一源/漏極。
6. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的第一電流 鏡模塊包括一第九晶體管，其第一源/漏極耦接該第一電壓，且其第二源/漏極耦接 其柵極，其中該第九晶體管的第二源/漏極為該第一電流鏡模塊的第一節點； 以及一第十晶體管，其柵極耦接該第九晶體管的柵極，期第一源/漏極耦接 該第一電壓，且其第二源/漏極為該第一電流鏡模塊的第二節點。
7. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的第二電流 鏡模塊包括一第十一晶體管，其第一源/漏極耦接其柵極，且其第二源/漏極耦接該 第二電壓，其中該第十一晶體管的第一源/漏極為該第二電流鏡模塊的第三 節點；以及一第十二晶體管，其柵極耦接該第十一晶體管的柵極，期第一源/漏極 為該第二電流鏡模塊的第四節點，且其第二源/漏極耦接該第二電壓。
8. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的開關控制 模塊包括一第十三晶體管，其柵極耦接一第三偏壓，其第一源/漏極耦接該第一電流鏡模塊的第 一節點，且其第二源/漏極耦接該第二電流鏡模塊的第三節點；一第十四晶體管，其柵極耦接一第四偏壓，其第一源/漏極耦接該第十 三晶體管的第一源/漏極，且其第二源/漏極耦接該第十三晶體管的第二源/ 漏極；一第十五晶體管，其柵極耦接該第四偏壓，其第一源/漏極耦接該第一 電流鏡模塊的第二節點，且其第二源/漏極耦接該第二電流鏡模塊的第四節 點；以及一第十六晶體管，其柵極耦接該第三偏壓，其第一源/漏極耦接該第十 五晶體管的第一源/漏極，且其第二源/漏極耦接該第十五晶體管的第二源/ 漏極。
9. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的輸出緩沖 器為單位增益運算放大器，且該輸出級模塊的輸出端耦接該輸入模塊的第 二輸入端。
10. 如權利要求1所述的輸出緩沖器，其特征在于其中所述的第一電壓 為電源電壓，以及該第二電壓為接地電壓。
全文摘要
一種輸出緩沖器，用于源極驅動器。輸出緩沖器包括輸入模塊、第一及第二電流鏡模塊、開關控制模塊以及輸出級模塊，其中輸入模塊包括第一與第二差動對。第一電流鏡模塊提供第一偏壓電流至第一差動對，并且輸出第一鏡像電流。第二電流鏡模塊接收第二差動對的第二偏壓電流及第二鏡像電流。第一與第二鏡像電流分別經由鏡像第一與第二偏壓電流而產生的。開關控制模塊調整第一與第二偏壓電流，以控制輸出級模塊的運作。輸出級模塊依據第一與第二鏡像電流，產生輸出電壓信號至面板負載。
文檔編號H03K19/0175GK101453207SQ20081021424
公開日2009年6月10日 申請日期2008年8月29日 優先權日2007年12月6日
發明者張耀光 申請人:奇景光電股份有限公司