降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法及其低功耗高壓驅動電路的製作方法
2023-10-24 12:04:22 1
專利名稱：降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法及其低功耗高壓驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及PDP驅動晶片用的高壓驅動電路，尤其是一種降低驅動晶片高壓驅動電路功 耗的方法及其低功耗高壓驅動電路，適用於等離子平板顯示器驅動晶片。
背景技術：
彩色PDP是電容性顯示器件，它的工作波形主要是脈衝電壓信號。雖然PDP顯示屏的寄生 電容並不消耗能量，但是它們的充電與放電將導致在電路的電阻及電極引線電阻中存在 能量耗損。這樣系統的功耗會大幅增加，並且會帶來系統的EMI問題和穩定性降低。
為了減少能量損耗，能量恢復技術已被所有的彩色PDP電路所採用。最初，能量恢復 技術只是應用於維持驅動電路，但隨著維持驅動功耗的下降以及尋址速度的不斷提高，尋 址驅動電路的功耗已經比較顯著了，因此，近年來尋址驅動晶片也逐漸開始採用能量恢 復技術。
晶片功耗主要包括邏輯部分功耗和高壓驅動功耗部分。 一般要求邏輯部分功耗小於 20mW，高壓部分功耗小於200mW。隨著晶片輸出路數的增加以及頻率的提高，功耗也顯著 增加，已經遠大於200mW。由於PDP長期工作在高壓狀態，功耗過大會導致電路過熱，引 起系統不穩定。能量恢復技術在彩色PDP的低功耗驅動方面已佔據了非常重要的地位。
發明內容
本發明目的是提供一種降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法及其低功耗高壓驅動電 路，採用如下技術方案來實現 一種降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法，其特徵是 該方法基於電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉低所釋放的電荷的轉 移充電至高電位。同樣，當屏電容轉換為低電位時，它的電荷將轉移到其他轉換為高電位 的輸出端電容，使外電源加到電極上的電荷明顯減少，而使總功率得以顯著降低。
根據上述方法設計的的一種低功耗高壓驅動電路，包括設有電平轉換級、輸出緩衝級、 輸出驅動級構成的現有高壓驅動電路，其特徵是設置一能量恢復電路模塊，該模塊包括電平 轉換級、兩級緩衝單元構成的輸出緩衝級，電平轉換級、兩級緩衝單元中的第一級輸出緩衝 單元及第二級輸出緩衝單元分別與前述現有技術電平轉換級、輸出緩衝級、輸出驅動級的 電路及連接關係相同第二級輸出緩衝單元的高壓PMOS管柵極輸入端作為第二級輸出緩 衝單元的輸入端與第一級輸出緩衝單元的輸出端相連，第二級輸出緩衝單元的高壓陋OS
管柵極輸入端作為第二級輸出緩衝單元的輸入端且該輸入端接低壓驅動電路的輸出端，第 二級輸出緩衝單元的高壓PMOS管的源極接電源VCC，第二級輸出緩衝單元的高壓麗OS管 的漏與高壓PMOS管的漏連接形成接點，作為第二輸出緩衝單元的輸出級並作為輸出緩衝 級的輸出端；輸出緩衝級後級連一高壓開關管級，高壓開關管級的輸出接高壓驅動電路的輸 出端。
高壓開關管級包括一個雙溝道PMOS高壓開關管及一個串聯的雙溝道虛擬PMOS高壓開關 管，高壓PMOS開關管的襯底和源極相連在一起，並接到公共端EC，高壓PMOS管的漏極
接輸出驅動級的輸出端，高壓PM0S管的柵極輸入端接第一級輸出緩衝單元的輸出端(或 輸出緩衝級的輸出端)，虛擬高壓PM0S開關管的源極和漏極相連在一起並與高壓PM0S開 關管的漏極連接在一起，虛擬高壓PM0S管的柵極輸入端與輸出緩衝級的輸出端(或第一 級輸出緩衝單元的輸出端)相連。
與現有技術相比，本發明具有如下優點及有益效果
(1) 本發明方法基於電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉低所釋 放的電荷的轉移充電至高電位。同樣，當屏電容轉換為低電位時，它的電荷將轉移到其他 轉換為高電位的輸出端電容。這樣真正由外電源加到電極上的電荷可以明顯減少，從而使 總功率得以顯著降低。
(2) 本電路可以回收一部分流失的能量，把能量恢復電路嵌入到晶片中，可以明顯降 低驅動晶片電源電壓的能量損耗，提高能量利用率。
(3) 本電路能量恢復模塊結構簡單，成本低，以較少的面積獲得相同的能量恢復的性 能，具有相當不錯的能量恢復效率，提高了晶片工作的穩定性。
(4) 驅動高壓開關管的前一級採用了緩衝級，極大降低了電平轉換級高壓管的尺寸要 求，這樣也降低了電平轉換級同時導通電流的大小，進一步降低了功耗。
(5) 本電路的高壓開關管採用的是雙溝道高壓器件。與普通的高壓器件相比，它具有 雙嚮導通作用，控制著每一路能量恢復模塊輸出與EC公共端的通路。也就是說，當本路 輸出由低變高時，其它由高變低的輸出端的一部分電荷通過開關管轉移到本路；當本路輸 出由高變低時，電荷通過開關管轉移到其它由低變高的輸出端。這樣，電荷的共享轉移就 節省了不少原本應由電源電壓提供的能量，降低了電源的功耗。
(6) 本電路採用了虛擬開關管。在尺寸最大的高壓開關管串聯一個虛擬開關管，它被 用來提供與前一級開關管反相的時鐘饋入。在單片集成電路開關中，時鐘饋通效應是最嚴 重的限制之一。這是一個雖不希望但卻不可避免的影響。採用虛擬開關管，可以有效地降 低開關管帶來的時鐘饋通效應。而開關管的面積將被設計成提供最小的時鐘饋通。在高壓 電路中，時鐘饋通電流的降低將減少一部分功耗。
圖1是本發明的高壓驅動電路的原理圖； 圖2是本發明的能量恢復模塊的電路原理圖； 圖3是本發明的開關電晶體和虛擬開關電晶體的電路原理圖； 圖4是本發明的高壓驅動電路的輸出電壓及輸出電流的波形示意圖； 圖5是本發明的能量恢復模塊在不存在緩衝級和存在緩衝級時，電平轉換級同時導通 電流的波形比較圖6是本發明在不存在虛擬開關管和存在虛擬開關管時，高壓PM0S開關管P431的時 鍾饋通電流的波形比較圖。
具體實施例方式
參看圖l-3，本發明電路由電平轉換級l、輸出緩衝級2、輸出驅動級3構成的現有技術 高壓驅動電路以及能量恢復模塊4組成。電平轉換級1包含兩個厚柵氧PM0S管、兩個薄 柵氧顧0S管，它的兩輸入端分別為第一時序信號LV1輸入端和第二時序LV2輸入端。輸 出緩衝級2包含一個厚柵氧PMOS管和一個厚柵氧NMOS管。它的PMOS管柵極輸入端與電 平轉換級1的輸出端Q12相連，NMOS管柵極輸入端為第三時序LV3輸入端。輸出驅動級3 也包含一個厚柵氧PMOS管和一個厚柵氧麗OS管。它的PMOS管柵極輸入端與輸出緩衝級 2的輸出端Q2相連，NMOS管柵極輸入端為第四時序LV4輸入端。
能量恢復模塊4包括電平轉換級41、輸出緩衝級42、高壓開關管級43。
電平轉換級41包含兩個厚柵氧高壓PMOS管P411和P412、兩個薄柵氧高壓NMOS管， 兩個高壓NMOS管N411和N412的柵極分別作為電平轉換級41的兩輸入端並分別為第五時 序信號S1輸入端和第六時序S2輸入端。兩個高壓NM0S管N411和N412的源極接地，兩 個高壓PMOS管P411和P412的源極接電源VCC，兩個高壓PMOS管中的高壓PMOS管P411 的柵極與另一個高壓PM0S管P412的漏極接在一起，相應地，高壓PMOS管P412的柵極與 高壓PMOS管P411的漏極接在一起。用於接收第五時序信號Sl的高壓陋OS管N411的漏 與兩個高壓PMOS管P411和P412的高壓PMOS管P411的漏連接並形成接點Q411，用於接 收第六時序信號S2的高壓陋OS管N412的漏與兩個高壓PMOS管P411和P412的高壓PMOS 管P412的漏連接並形成接點Q412。
輸出緩衝級42包括兩個輸出緩衝單元421、422，輸出緩衝單元421包含一個厚柵氧PMOS 管P421和一個厚柵氧NMOS管N421。第一級輸出緩衝單元421的PMOS管P421柵極輸入 端作為輸出緩衝級42的輸入端並與電平轉換級41的輸出端Q412相連，隨OS管N421柵 極輸入端作為輸出緩衝級42的輸入端且該輸入端為第七時序S3輸入端。第一級輸出緩衝 單元421的高壓PM0S管P421的源極接電源VCC，用於接收第七時序S3輸入端的高壓NMOS 管N421的漏與高壓PMOS管P421的漏連接形成接點Q421並作為第一級輸出緩衝單元421 的輸出端。第二級輸出緩衝單元422的高壓PMOS管P422柵極輸入端作為第二級輸出緩衝 單元422的輸入端與第一級輸出緩衝單元421的輸出端Q421相連。第二級輸出緩衝單元 422的高壓NMOS管N422柵極輸入端作為第二級輸出緩衝單元422的輸入端且該輸入端為 第八時序S4輸入端。第二級輸出緩衝單元422的高壓PMOS管P422的源極接電源VCC， 用於接收第八時序S4輸入端的高壓NMOS管N422的漏與高壓PMOS管P422的漏連接形成 接點Q422作為第二輸出緩衝單元422的輸出級並作為輸出緩衝級42的輸出端。
能量恢復模塊的重點在於高壓開關管級43的電路，包括高壓PMOS開關管P431和高壓 PM0S開關管P432。高壓PM0S開關管P431採用的是雙溝道高壓器件結構，即電流可以實 現雙嚮導通。高壓PMOS開關管P431的襯底和源相連在一起，並接到公共端EC，高壓PMOS 管P431的漏極接輸出驅動級3的輸出端Q，高壓PMOS管P431的柵極輸入端接第一級輸 出緩衝單元421的輸出端Q421。高壓PMOS開關管P432作為虛擬開關管，採用的也是雙 溝道高壓器件結構。高壓PMOS管P432的源極和漏極相連在一起並與高壓PMOS開關管P431 的漏極連接在一起，高壓PMOS管P432的柵極輸入端與輸出緩衝級的輸出端Q422相連。 高壓開關管級中的雙溝道開關管是關鍵器件，它在整個能量恢復模塊裡起到核心作用。驅 動晶片的每一路輸出通過這個雙溝道高壓開關管連接在一起進行電荷共享以達到能量恢 復的目的。而能量恢復模塊中的電平轉換級和緩衝級部分用來控制這個雙溝道開關管的開
啟與關閉，其結構與現有的高壓驅動電路是一樣的。為了更好地降低功耗，在高壓開關管 串聯一個虛擬開關管，用來減少高壓開關管的時鐘饋通。這樣，就必須多增加一級緩衝級 單元來驅動虛擬開關管。兩個高壓開關管的控制信號剛好相反。高壓開關管控制著每一路 能量恢復模塊輸出與EC公共端的通路。也就是說，當本路輸出由低變高時，其它由高變 低的輸出端的一部分電荷通過開關管轉移到本路；當本路輸出由高變低時，電荷通過開關 管轉移到其它由低變高的輸出端。這樣，電荷的共享轉移就節省了不少原本應由電源電壓 提供的能量，降低了電源的功耗。假設其中有兩路的初始輸出狀態剛好相反，經過一個周 期後，都發生了狀態跳變。這兩路輸出將通過高壓開關管相連在一起進行電荷共享，其輸 出電壓及輸出電流波形如圖4所示。
驅動高壓開關管的前級採用了兩級緩衝單元，極大降低了電平轉換級高壓管的尺寸要 求，這樣也降低了電平轉換級同時導通電流的大小，進一步降低了功耗。圖5描述了能量 恢復模塊在不存在緩衝級和存在緩衝級時，電平轉換級同時導通電流的波形比較情況。
在尺寸最大的高壓開關管串聯一個虛擬開關管，它被用來提供與前一級開關管反相的時 鍾饋入。在單片集成電路開關中，時鐘饋通效應是最嚴重的限制之一。這是一個雖不希望 但卻不可避免的影響。採用虛擬開關管，可以有效地降低開關管帶來的時鐘饋通效應。而 開關管的面積將被設計成提供最小的時鐘饋通。在高壓電路中，時鐘饋通電流的降低將減 少一部分功耗。圖6描述了在不存在虛擬開關管和存在虛擬開關管時，高壓PMOS開關管 P431的時鐘饋通電流的波形比較情況。
權利要求
1、一種降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法，其特徵是該方法基於電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉低所釋放的電荷的轉移充電至高電位。同樣，當屏電容轉換為低電位時，它的電荷將轉移到其他轉換為高電位的輸出端電容，使外電源加到電極上的電荷明顯減少，而使總功率得以顯著降低。
2、 根據權利要求l所述方法設計的的低功耗高壓驅動電路，包括設有電平轉換級、輸出 緩衝級、輸出驅動級構成的高壓驅動電路，其特徵是設置一能量恢復電路模塊，該模塊包括 電平轉換級、兩級緩衝單元構成的輸出緩衝級，電平轉換級、兩級緩衝單元中的第一級輸出 緩衝單元及第二級輸出緩衝單元分別與前述電平轉換級、輸出緩衝級、輸出驅動級的電路 及連接關係相同，輸出緩衝級後級連一高壓開關管級，高壓開關管級的輸出接高壓驅動電路 的輸出端。
3、 根據權利要求2所述的低功耗高壓驅動電路，其特徵是高壓開關管級包括一個雙溝 道PM0S高壓開關管及一個串聯的雙溝道虛擬PM0S高壓開關管，高壓PM0S開關管的襯底 和源極相連在一起，並接到公共端EC，高壓PMOS管的漏極接輸出驅動級的輸出端，虛擬 高壓PM0S開關管的源極和漏極相連在一起並與高壓PM0S開關管的漏極連接在一起，高壓 PM0S管的柵極輸入端和虛擬高壓PM0S管的柵極輸入端分別與第一級輸出緩衝單元的輸出 端及輸出緩衝級的輸出端相連接。
全文摘要
一種降低驅動晶片高壓驅動電路功耗的方法，該方法基於電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉低所釋放的電荷的轉移充電至高電位，當屏電容轉換為低電位時，它的電荷將轉移到其他轉換為高電位的輸出端電容，使外電源加到電極上的電荷明顯減少，而使總功率得以顯著降低。根據上述方法設計的一種低功耗高壓驅動電路，包括設有電平轉換級、輸出緩衝級、輸出驅動級構成的現有高壓驅動電路，其特徵是設置一能量恢復電路模塊，該模塊包括電平轉換級、兩級緩衝單元構成的輸出緩衝級，電平轉換級、兩級緩衝單元中的第一級輸出緩衝單元及第二級輸出緩衝單元分別與前述現有技術電平轉換級、輸出緩衝級、輸出驅動級的電路及連接關係相同，輸出緩衝級後級連一高壓開關管級，高壓開關管級的輸出接高壓驅動電路的輸出端。
文檔編號G09G3/28GK101169916SQ20071019103
公開日2008年4月30日 申請日期2007年12月4日 優先權日2007年12月4日
發明者虹 吳, 孫偉鋒, 莊華龍, 時龍興, 李海松, 陸生禮 申請人:東南大學