信息傳輸系統與方法及其輸出信號驅動裝置的製作方法
2023-06-12 11:44:21 4
專利名稱：信息傳輸系統與方法及其輸出信號驅動裝置的製作方法
技術領域：
本發明有關一種信號傳輸系統，且特別是有關一種信號傳輸系統與方法及其輸出信號驅動裝置。
背景技術：
一般在電路藉助較長的傳輸線傳輸信號時，會造成相當的功率耗損。由於信號傳輸時，消耗的功率正比於電壓的平方，所以通常會使用一種信號傳輸系統，在輸出端先將信號降壓，傳輸時以較低的電壓位準傳輸信號，以減少功率的損耗，然後在接收端再將信號升至原來的位準。
請參照圖1，其是傳統信號傳輸系統的架構圖。信號傳輸系統100包括傳統信號輸出單元110及信號接收單元120。傳統信號輸出單元110接收第一信號S1後，輸出具較小位準但與第一信號S1同相的第二信號S2。再由信號接收單元120接收第二信號S2，並輸出第三信號S3，而第三信號S3與第一信號S1相同。即達到傳輸時將信號降壓，接收後將信號升回原來位準的目的。
請參照圖2，其是表示傳統信號傳輸系統的電路圖。傳統信號輸出單元110包括反相裝置112及反相裝置114。反相裝置112是為一現有的CMOS反相器，用以接收第一信號S1並輸出第一反相信號S1′，第一反相信號S1′是與第一信號S1反相。反相裝置112包括N型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體T1及P型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體T2，且PMOS電晶體T2的源極偏壓於主電壓Vh。
反相裝置114亦為一現有的CMOS反相器，用以接收第一反相信號S1′並輸出第二信號S2。反相裝置114包括NMOS電晶體T3及PMOS電晶體T4，且PMOS電晶體T4的源極偏壓於一主電壓V1，主電壓V1較第一主電壓Vh小。因主電壓V1較主電壓Vh小，則可達到第二信號S2與第一信號S1同相，且第二信號S2的位準較第一信號S1小。
雖然上述的信號傳輸系統可在傳輸時避免功率損耗，然而，由於傳輸線130本身具有相當的長度，故使得傳輸線130等效電阻及等效電容所對應的時間常數會對信號的傳輸速度產生一定的影響。如此，則需要具有較大電流驅動能力的MOS電晶體才可使傳輸線130的位準迅速地提升至所要的位準。
然而，於傳統的CMOS反相器114中，由於PMOS的電子遷移率μp約略等於1/3倍的NMOS的電子遷移率μn，故PMOS電晶體的操作速度較慢，且電流驅動能力較差。若要讓PMOS電晶體產生較大的電流，以增加其電流驅動能力，則必須增大其電晶體外觀寬長比(aspect ratio，W/L)，而使得傳統信號輸出單元110佔用了較大的面積。因此，如何減少信號輸出單元的面積乃是業界所致力的課題之一。
發明內容
有鑑於此，本發明的目的是提供一種信號傳輸系統及信號輸出單元，可在傳輸信號時將信號降壓，而在接收端再將信號升回原位準，以達到節省面積，提高驅動能力及增快傳輸速度。
根據本發明一方面，提出一種信號傳輸系統，包括信號輸出單元及信號接收單元。信號輸出單元用以接收第一信號且輸出具較小位準且與第一信號同相的第二信號。信號接收單元用以接收第二信號並輸出與第一信號相同的第三信號。信號輸出單元包括反相裝置及輸出信號驅動裝置。反相裝置用以接收第一信號並輸出與第一信號反相的第一反相信號。輸出信號驅動裝置用以接收第一反相信號並輸出第二信號至信號接收單元。輸出信號驅動裝置包括第一NMOS電晶體及第二NMOS電晶體。第一NMOS電晶體的漏極偏壓於第一電壓，其柵極接收與第一信號同相的控制信號，其源極與第二NMOS電晶體的漏極耦接，且輸出一第二信號。第二NMOS電晶體的柵極接收第一反相信號，其源極偏壓於一較第一電壓小的第二電壓。
根據本發明另一方面，提出一種信號傳輸方法，用於一輸出信號驅動裝置。輸出信號驅動裝置與反相裝置電性連接，反相裝置接收第一信號並輸出第一反相信號，輸出信號驅動裝置接收第一反相信號後輸出第二信號。輸出信號驅動裝置包括第一NMOS電晶體及第二NMOS電晶體。第一NMOS電晶體的源極與第二PMOS電晶體的漏極耦接並用以輸出第二信號。第一NMOS電晶體的漏極偏壓於第一電壓，第一NMOS電晶體的柵極接收控制信號，控制信號是與第一信號同相。第二NMOS電晶體的源極偏壓於第二電壓，第二電壓小於第一電壓。第二NMOS電晶體的柵極用以接收第一反相信號。首先，當第一信號為第一低位準時，控制信號為控制信號低位準，第一NMOS電晶體截止，第二NMOS電晶體導通。而當第一信號為第一高位準，控制信號為控制信號高位準，第一NMOS電晶體導通，第二NMOS電晶體截止，第一NMOS電晶體的源極輸出與第一信號同相的第二信號。
為讓本發明的上述目的、特點和優點能更明顯易懂，下將結合附圖對本發明的較佳實施例進行詳細說明。
圖1是傳統信號傳輸系統的架構圖。
圖2是傳統信號傳輸系統的電路圖。
圖3是依照本發明的一第一實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖4是依照本發明的一第二實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖5是依照本發明的一第三實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖6是依照本發明的一第四實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖7是依照本發明的一第五實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖8是依照本發明的一第六實施例的信號傳輸系統的架構圖。
圖9是傳統信號傳輸系統與第三實施例的模擬結果圖。
圖10是反相裝置的另一例示意圖。
圖11是表示本發明的信號傳輸系統應用於液晶顯示面板的示意圖。
具體實施例方式
實施例一請參照圖3，其是依照本發明的一第一實施例的信號傳輸系統的架構圖。信號傳輸系統300包括信號輸出單元310及信號接收單元320。信號輸出單元310接收第一信號P1，並輸出與第一信號P1同相的第二信號P2至信號接收單元320，且第一信號P1的第一高位準(例如是7V)大於第二信號P2的第二高位準(例如是3V)。而後，信號接收單元320接收第二信號P2，並輸出第三信號P3。第一信號P1的第一高位準與第三信號P3的第三高位準相同。
信號輸出單元310包括反相裝置312及輸出信號驅動裝置314。反相裝置312用以接收第一信號P1及輸出與第一信號P1反相的第一反相信號P1′至輸出信號驅動裝置314。輸出信號驅動裝置314根據第一反相信號P1′輸出第二信號P2。反相裝置312例如為CMOS反相器，由NMOS電晶體Q1及PMOS電晶體Q2所組成，而NMOS電晶體Q1的源極偏壓於一低電壓Vss，PMOS電晶體Q2的源極偏壓於主電壓Vh(例如為7V)。其中，低電壓Vss例如是接地電壓(ground)。
輸出信號驅動裝置314則包括NMOS電晶體Q3及NMOS電晶體Q4。NMOS電晶體Q3的漏極偏壓於主電壓V1(例如為3V)，其柵極接收與第一信號P1同相的控制信號Pcon，其源極是與NMOS電晶體Q4的漏極耦接，並輸出第二信號P2。NMOS電晶體Q4的柵極接收第一反相信號P1′，其源極偏壓於低電壓Vss。主電壓Vh、主電壓V1與低電壓Vss的大小關係如下主電壓Vh大於主電壓V1，主電壓V1大於低電壓Vss。其中，輸出信號驅動裝置314滿足下列條件方能正常操作控制信號Pcon於一控制信號高位準時，此控制信號高位準必須大於第二高位準及NMOS電晶體Q3的臨限電壓(Threshold voltage，Vtn)之和，此時NMOS電晶體Q3導通，NMOS電晶體Q4不導通。
現將上述條件的原理簡述如下當控制信號Pcon於控制信號高位準時，傳輸線330的電壓最高可達第二高位準，而此時第二高位準等於或接近於主電壓V1，此時需NMOS電晶體Q3持續導通的條件為Vgs(Q3)(NMOS電晶體Q3的柵極與源極的電壓位準差)＞Vtn；Vgs(Q3)＝控制信號Pcon的控制信號高位準-第二高位準＞Vtn；控制信號高位準＞第二高位準+Vtn，即上述的條件。
本發明上述實施例所揭示的信號傳輸系統及輸出信號驅動裝置，可達到原本所要求減少信號功率損耗目的外，又具有下列優點信號傳輸速度較快，佔用面積較小及電流驅動能力強。如此，可符合現今高速信號傳輸及電子裝置要求輕小的目的。
實施例二請參照圖4，其是依照本發明的一第二實施例的信號傳輸系統的架構圖。與實施例一不同之處是於輸出信號驅動裝置314中，NMOS電晶體Q3的柵極接收控制信號Pcon；而輸出信號驅動裝置414中，NMOS電晶體Q3的柵極接收第一信號P1，其他條件相同。於實施例一中，控制信號Pcon的要求如下1.控制信號Pcon於高位準時，必須大於第二高位準及Vtn值之和。2.控制信號Pcon與第一信號P1須同相。若第一信號P1的第一高位準，即大於第二高位準及NMOS電晶體Q3的Vtn值之和，則可將控制信號Pcon以第一信號P1取代。
於實施例一中已知，控制信號Pcon於控制信號高位準時，傳輸線330最高充電至主電壓Vl，若需NMOS電晶體Q3持續導通的條件為控制信號高位準＞第二高位準+Vtn。
而於本實施例中，是以第一信號P1作為控制信號Pcon，故上式為第一高位準＞第二高位準+Vtn。
由於第一高位準等於主電壓Vh，故可得主電壓Vh＞第二高位準+Vtn。
而第二高位準實質上等於主電壓V1，可得下式主電壓Vh＞主電壓V1+Vtn。當NMOS電晶體的柵極接收第一信號P1以取代接收控制信號Pcon時，可得條件主電壓Vh需大於主電壓V1與Vtn之和。
實施例三請參照圖5，其是表示一第三實施例的信號傳輸系統的架構圖。與實施例一不同之處是於輸出信號驅動裝置514較輸出信號驅動裝置314增加PMOS電晶體Q5。PMOS電晶體Q5的源極是與NMOS電晶體Q3的漏極耦接，其柵極是與NMOS電晶體Q4的柵極耦接，其漏極是與該NMOS電晶體Q3的源極耦接，其他條件相同。而此實施例中，亦有控制信號高位準＞第二高位準+Vtn的條件。
請參照圖9，其是為傳統信號傳輸系統與第三實施例的模擬結果圖。信號OUT1是為反相裝置114的輸出信號，信號OUT2是為輸出信號驅動裝置514的輸出信號，信號IN即為同時輸入信號輸出單元110及信號輸出單元510的信號。因電晶體外觀寬長比(aspect ratio，W/L)會影響到信號的傳輸速度及驅動能力，因此以下模擬以證實本實施例的優點。
輸出信號驅動裝置514與現有技術的反相裝置114中的MOS電晶體的W/L如下列設定反相裝置114的PMOS電晶體T4的W/L值為1000um/6um，輸出信號驅動裝置514的PMOS電晶體Q5的W/L值為1000um/6um，NMOS電晶體Q3的W/L值為50um/6um，其他條件相同。而由圖9中可知，信號OUT1的上升時間(rise time)約為1us，而信號OUT2的上升時間為0.6us。此時將PMOS電晶體T4的面積與NMOS電晶體Q3與PMOS電晶體Q5的面積和作比較，NMOS電晶體Q3與PMOS電晶體Q5的面積和僅較PMOS電晶體T4的面積增加5％，卻明顯發現在同樣的輸入信號IN時，輸出的信號OUT2較信號OUT1的上升時間減少了40％。由此，可明顯看出本實施例的驅動能力的改善及傳輸速度的提升。
另一方面，若欲將信號OUT2的上升時間調整與信號OUT1的上升時間同為1us。經實驗過程，PMOS電晶體Q5的W/L值僅需200um/6um，NMOS電晶體Q3的W/L值僅需50um/6um，其電晶體面積和為(250um*6um)，遠小於PMOS電晶體T4的面積(1000um*6um)，達到節省信號傳輸系統面積的目的。
實施例四請參考圖6，其是表示一第四實施例的信號傳輸系統的架構圖。與第三實施例不同之處是於輸出信號驅動裝置514中，NMOS電晶體Q3的柵極接收控制信號Pcon；而輸出信號驅動裝置614中，NMOS電晶體Q3的柵極接收第一信號P1，其他條件相同。而此實施例中如實施例二，亦須符合主電壓Vh大於主電壓V1與Vtn之和的條件。
實施例五請參照圖7，其是為一第五實施例的信號傳輸系統的架構圖。與第三實施例不同之處在於輸出信號驅動裝置714較輸出信號驅動裝置514多出一位準平移器(Level shifter)716。位準平移器716接收第四信號P4並放大第四信號P4的位準，以輸出控制信號Pcon至NMOS電晶體Q3的柵極。而第四信號P4與第一信號P1同相。當然，如同實施例三，此實施例亦須符合控制信號高位準大於第二高位準與Vtn之和的條件。
實施例六請參照圖8，其是為一第六實施例的信號傳輸系統的架構圖。與第五實施例不同之處在於位準平移器716接收的第四信號P4以第一信號P1取代。而此實施例中，亦有主電壓Vh大於主電壓V1與Vtn之和的條件。
請參照圖10，其是表示反相裝置的另一例。反相裝置912包括有x個CMOS反相器，包括CMOS反相器C1、CMOS反相器C2至CMOS反相器Cx，x是為奇數。以上各實施例中的反相裝置312，皆可由反相裝置912所代替，使信號輸出單元的電流驅動能力增加，進而提升信號的傳輸速度。然而若使反相裝置912取代反相裝置312，控制信號Pcon除了可以第一信號P1替代外，亦可由反相裝置912中第m個CMOS反相器Cm的輸入信號代替，其中m為奇數且小於x。而條件為主電壓Vhm＞主電壓V1+Vtn，主電壓Vhm為CMOS反相器Cm的主電壓。
請參照圖11，其是表示本發明的信號傳輸系統應用於液晶顯示面板的示意圖。液晶顯示面板111包括時序控制器(Timing controller)11a、數據驅動器(Data driver)11b、掃描驅動器(Scan driver)11c及顯示面板11d。時序控制器11a將數據驅動器11b所需的像素信號，傳輸至數據驅動器11b，再由數據驅動器11b根據像素信號驅動顯示面板11d。或者，時序控制器11a將掃描驅動器11c所需的掃描信號傳輸至掃描驅動器11c，再由掃描驅動器11c根據掃描信號驅動顯示面板11d。而在時序控制器11a輸出信號至數據驅動器11b或掃描驅動器11c時，須通過相當長度的傳輸線11e及傳輸線11f。為避免信號產生功率損耗問題，可使用前述的信號傳輸系統應用於此液晶顯示面板。信號輸出單元例如可為時序控制器11a，信號接收單元例如為數據驅動器11b或掃描驅動器11c。而本發明的信號傳輸系統應用於液晶顯示面板時，其中的NMOS電晶體Q1、NMOS電晶體Q3、NMOS電晶體Q4、PMOS電晶體Q2及PMOS電晶體Q5可以薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT LCD)達成。
綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭示如上，然而其並非用以限定本發明，任何熟悉本技術的人員在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的等效的改變或替換，因此本發明的保護範圍當視後附的本申請權利要求範圍所界定的為準。
權利要求
1.一種輸出信號驅動裝置，其與一反相裝置電性連接，該反相裝置接收一第一信號並輸出一第一反相信號，該輸出信號驅動裝置接收該第一反相信號並輸出一第二信號，該輸出信號驅動裝置包括一第一N型金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體，該第一NMOS電晶體的漏極是偏壓於一第一電壓，該第一NMOS電晶體的柵極是接收一控制信號，該控制信號是與該第一信號同相；以及一第二NMOS電晶體，該第二NMOS電晶體的柵極接收該第一反相信號，該第二NMOS電晶體的源極偏壓於一第二電壓，該第二電壓小於該第一電壓，該第一NMOS電晶體的源極與該第二NMOS電晶體的漏極耦接，並輸出該第二信號，該第二信號是與該第一信號同相；其中，該第一信號的第一高位準大於該第二信號的第二高位準。
2.如權利要求1所述的輸出信號驅動裝置，其特徵在於該控制信號是為該第一信號。
3.如權利要求1所述的輸出信號驅動裝置，其特徵在於該輸出信號驅動裝置還包括一P型金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體，該PMOS電晶體的源極與該第一NMOS電晶體的漏極耦接，該PMOS電晶體的柵極與該第二NMOS電晶體的柵極耦接，該PMOS電晶體的漏極與該第一NMOS電晶體的源極耦接。
4.如權利要求3所述的輸出信號驅動裝置，其特徵在於該控制信號是為該第一信號。
5.如權利要求3所述的輸出信號驅動裝置，其特徵在於該輸出信號驅動裝置還包括一位準平移器，該位準平移器接收一第三信號並放大該第三信號的位準，以輸出該控制信號至該第一NMOS電晶體的柵極，該第三信號是與該第一信號同相。
6.如權利要求5所述的輸出信號驅動裝置，其特徵在於該第三信號是為該第一信號。
7.一種信號傳輸系統，包括一信號輸出單元，用以接收一第一信號及輸出一第二信號，該信號輸出單元包括一反相裝置，接收該第一信號及輸出一第一反相信號；及一輸出信號驅動裝置，用以接收該第一反相信號及輸出該第二信號，該輸出信號驅動裝置包括一第一NMOS電晶體，該第一NMOS電晶體的漏極偏壓於一第一電壓，該第一NMOS電晶體的柵極接收一控制信號，該控制信號是與該第一信號同相；及一第二NMOS電晶體，該第二NMOS電晶體的柵極接收該第一反相信號，該第二NMOS電晶體的源極偏壓於一第二電壓，該第二電壓小於該第一電壓，該第一NMOS電晶體的源極與該第二NMOS電晶體的漏極耦接，並輸出一第二信號，該第二信號是與該第一信號同相；以及一信號接收單元，用以接收該第二信號，並據以輸出一第三信號，該第三信號的第三高位準與該第一信號的第一高位準相同；其，該第一信號的第一高位準大於該第二信號的第二高位準。
8.如權利要求7所述的信號傳輸系統，其特徵在於該反相裝置包括N個CMOS反相器，其兄N是為奇數。
9.如權利要求7所述的信號傳輸系統，其特徵在於該輸出信號驅動裝置還包括一PMOS電晶體，該PMOS電晶體的源極與該第一NMOS電晶體的漏極耦接，該PMOS電晶體的柵極與該第二NMOS電晶體的柵極耦接，該PMOS電晶體的漏極與該第一NMOS電晶體的源極耦接。
10.如權利要求9所述的信號傳輸系統，其特徵在於該輸出信號驅動裝置還包括一位準平移器，該位準平移器接收一第四信號並放大該第四信號的位準，以輸出該控制信號至該第一NMOS電晶體的柵極，該第四信號是與該第一信號同相。
11.如權利要求7所述的信號傳輸系統，其特徵在於該信號輸出單元是為一時脈控制器，該時脈控制器應用於一液晶顯示面板。
12.如權利要求11所述的信號傳輸系統，其特徵在於該信號接收單元是為一數據驅動器，該數據驅動器應用於該液晶顯示面板。
13.如權利要求11所述的信號傳輸系統，其特徵在於該信號接收單元是為一掃描驅動器，該掃描驅動器應用於該液晶顯示面板。
全文摘要
一種信號傳輸系統，包括信號輸出單元及信號接收單元。信號輸出單元接收第一信號及輸出第二信號。信號接收單元接收第二信號及輸出第三信號。信號輸出單元包括反相裝置及輸出信號驅動裝置。反相裝置接收第一信號及輸出第一反相信號。輸出信號驅動裝置接收第一反相信號及輸出第二信號。輸出信號驅動裝置包括第一NMOS電晶體及第二NMOS電晶體。第一NMOS電晶體的漏極偏壓於第一電壓，其柵極接收控制信號。第二NMOS電晶體的柵極接收第一反相信號，其源極偏壓於第二電壓，其漏極與第一NMOS電晶體的源極耦接，並輸出第二信號。
文檔編號H03K19/0185GK1588819SQ200410083430
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月28日 優先權日2004年9月28日
發明者呂世香 申請人:友達光電股份有限公司