專利名稱：差分放大器電路及使用其的液晶顯示單元的驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及差分放大器電路及使用其的液晶顯示單元的驅(qū)動電路， 特別是涉及為了以高精度驅(qū)動負(fù)載并消除偏移的差分放大器電路的改 進(jìn)。
背景技術(shù)：
至今為止，由于構(gòu)成差分放大器電路的有源元件的特性變化，差分 放大器電路有一個(gè)問題是對產(chǎn)生輸出偏移的負(fù)載的驅(qū)動。為解決這個(gè)問 題，已采用各種不同的方法校正輸出偏移。在這些方法中，可舉出日本 專利公報(bào)No. 9-244590 (專利文件1)披露的差分放大器電路，作為具有 利用電容的輸出偏移校正裝置的差分放大器電路第一常規(guī)示例。
圖19示出具有專利文件1中披露的輸出偏移校正裝置的第一一般示 例差分放大器電路。圖19的差分放大器電路包括運(yùn)算放大器電路503和 偏移校正電路504。偏移校正電路504包括串聯(lián)在運(yùn)算放大器電路503 的非反相輸入端與運(yùn)算放大器電路503的輸出端502之間的開關(guān)506和 507;連接在開關(guān)506和507的共同連接點(diǎn)與運(yùn)算放大器電路503的反相 輸入端之間的電容器505;和連接在運(yùn)算放大器電路503的反相輸入端與 運(yùn)算放大器電路503的輸出端502之間的開關(guān)508。
圖20示出圖19的差分放大器電路的操作時(shí)序圖。下面將參考圖20 的時(shí)序圖描述圖19的差分放大器電路的操作。首先，在開始狀態(tài)的周期 Tl ，只有開關(guān)507置于接通狀態(tài)，其他開關(guān)506和508則置于斷開狀態(tài)。 這使運(yùn)算放大器電路503的輸出端502和反相輸入端經(jīng)電容器505相連。在這種狀態(tài)下，最先的輸出電壓是輸出電壓Vout的電壓電平。
在下一周期T2，除了開關(guān)507以外，開關(guān)508也變成接通。當(dāng)輸入 電壓Vin變化時(shí)，輸出電壓Vout也隨著變化，變成包括偏移V斷開在內(nèi) 的(Vin+V斷開)。這時(shí)，電容器505短路，電容器505的兩端變成相同 電位。另外，由于開關(guān)507和508變成接通，電容器505的兩端連接至 差分放大器電路的輸出端502，所以電容器505的兩端的電位分別變成運(yùn) 算放大器電路的輸出Vout= (Vin+V斷開)。
在下一周期T3，開關(guān)508照原樣為接通，而開關(guān)507變?yōu)閿嚅_，此 后開關(guān)502變?yōu)榻油?。這使電容器505的一端連接至輸入端501，從Vout 變成Vin。因?yàn)殚_關(guān)508為接通，電容器505的另一端仍然是輸出電壓 Vout，因此，加到電容器505上的電壓變成
Vout-Vin=Vin+V斷開-Vin二V斷開 與偏移電壓V斷開等效的電荷充電至電容器505。
在下一周期T4，開關(guān)506和508變?yōu)閿嚅_，此后開關(guān)507變?yōu)榻油ā?通過使開關(guān)506和508變?yōu)閿嚅_，電容器505直接連接在運(yùn)算放大器電 路503的反相輸入端與輸出端502之間，輸出偏移V斷開由電容器505 保持。通過使開關(guān)507變?yōu)榻油?，以輸出?02的電位作為參考，輸出 偏移V斷開加到運(yùn)算放大器電路503的反相輸入端。結(jié)果，輸出電壓Vout 變成
Vout=Vin+V斷開-V斷開二Vin 因此輸出偏移被消除，能輸出高精度電壓。
下面提到的是日本專利公報(bào)No. 11-249624 (專利文件2)禾n No. 11-305735 (專利文件3)中披露的放大器電路，作為校正輸出偏移的第 二一般示例。圖21示出專利文件2中所示低電壓放大器電路的基本電路 配置圖，圖22示出專利文件2中類似地披露的高電壓放大器電路的基本 電路配置圖。
圖21中所示的低電壓放大器電路提供有開關(guān)晶體管NA1和NB1， 其將輸入級的P溝道(此后簡稱為P) MOS晶體管PM51的柵極(控制 電極)連接至(+ )輸入端或者(-)輸入端；開關(guān)晶體管NA2和NB2， 其將輸入級的PMOS晶體管PM52的柵極連接至(+)輸入端或者(-)輸入端；開關(guān)晶體管NA3和NB3，其將輸出級的N溝道(此后簡稱為N) MOS晶體管NM65的柵極，連接至輸入級的PMOS晶體管PM51的漏極 (第二電極)或者輸入級的PMOS晶體管PM52的漏極，和開關(guān)晶體管 NA4和NB4，其將構(gòu)成有源負(fù)載的NMOS晶體管NM63和NM64的柵級， 連接至輸入級的PMOS晶體管PM51的漏極或輸入極的PMOS晶體管 PM52的漏極。
類似于圖21中所示的低電壓放大器電路，圖22中所示的高電壓放 大器電路具有開關(guān)晶體管PA1-PA4和PB1-PB4。這里，開關(guān)晶體管 NA1-PA4和PA1-PA4的柵極被施加控制信號A，開關(guān)晶體管NB1-NB4 和PB1-PB4的柵極則被施加控制信號B。
在圖21所示的低電壓放大器電路中，圖23所示的電路配置是控制 信號A為H(高)電平，控制信號B為L(低)電平；而圖24所示的電 路配置是控制信號A為L電平，控制信號B為H電平。從圖23和24明 顯可見，在低電壓放大器電路的情況下，加有輸入電壓Vin的輸入級MOS 晶體管和有輸出電壓Vout反饋的輸入級MOS晶體管是可以交換的。因 此，在圖23的電路配置和圖24的電路配置的情況下在參考號碼互相顛 倒的放大器電路中產(chǎn)生輸出偏移，它們的絕對值是相等的。
進(jìn)一步說，在圖22所示高電壓放大器電路中也是如此，在控制信號 A為H電平和控制信號B為L電平的電路配置，以及控制信號A為L電 平和控制信號B為H電平的電路配置中，在參考號碼互相顛倒的放大器 電路中產(chǎn)生輸出偏移，它們的絕對值是相等的。
在專利文件2的電路配置中披露的是，在進(jìn)行點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換驅(qū)動的液晶 顯示單元的圖像信號行驅(qū)動裝置中，為給一塊色素施加灰度電壓，輸出 正極性灰度電壓的高電壓側(cè)放大器電路和輸出負(fù)極性灰度電壓的低電壓 側(cè)放大器電路，在每一幀響應(yīng)極性而交替地操作，每兩幀則進(jìn)行交替地 變換加有放大器電路輸入電壓的輸入級晶體管和有輸出電壓反饋的輸入 級晶體管的操作，從而每一放大器電路的輸出偏移在每四個(gè)時(shí)間幀上均 衡。這樣做的結(jié)果是防止了由輸出偏移施加的電壓變化所引起的亮度增 強(qiáng)和減弱。
發(fā)明內(nèi)容
當(dāng)例如使用元件偏差大的多晶硅薄膜晶體管配置差分放大器電路
時(shí)，會產(chǎn)生大的輸出偏移。按照專利文件1中所示圖19的一般示例，如 果差分放大器電路的輸出偏移大而供給輸入端的輸入電壓Vin的電流供 應(yīng)能力小，當(dāng)輸入端和輸出端在周期T3經(jīng)電容器相連時(shí)常常會由于形成 正反饋而產(chǎn)生振蕩狀態(tài)，所以輸出偏移不能精確地檢測。另外，按照專 利文件2所示的第二常規(guī)示例，不能使輸出偏移本身變小。
鑒于上述問題研制成本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種差分放大器 電路和使用它的液晶顯示單元驅(qū)動電路，實(shí)現(xiàn)偏移被校正的高精度電壓 輸出。
根據(jù)本發(fā)明的差分放大器電路包括差分放大器裝置，其具有第一 和第二輸入端和一個(gè)輸出端；電容元件，其一端連接至預(yù)定的電源端， 其另一端連接至所述第二輸入端；和控制裝置，其用于控制第一狀態(tài)和 第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，其中在所述第一狀態(tài)，所述第一輸入端用作非反 相輸入端，同時(shí)所述第二輸入端用作反相輸入端，輸入電壓供給所述第 一輸入端，同時(shí)所述第二輸入端連接至所述輸出端；在所述第二狀態(tài)， 所述第一輸入端用作反相輸入端，同時(shí)所述第二輸入端用作非反相輸入 端，所述第一輸入端連接至所述輸出端。
根據(jù)本發(fā)明的另一差分放大器電路包括差分放大裝置，其具有 電路輸入端和電路輸出端，包含第一晶體管和第二晶體管的差分晶體管 對，驅(qū)動差分晶體管對的恒流源，連接至晶體管對的輸出對的有源負(fù)載， 和基于輸出對的信號向電路輸出端輸出信號的輸出電路；第一和第二開 關(guān)，其用于連接差分晶體管對的輸入對中的一個(gè)輸入和每一電路輸入端 以及電路輸出端；第三開關(guān)，其用于連接輸入對中的另一個(gè)輸入和電路 輸出端；第四和第五開關(guān)，其用于將每一輸出對連接至輸出電路；和電 容元件，其一端連接至預(yù)定的電源端，另一端連接至輸入對的另一端。
差分放大器電路進(jìn)一步包括控制裝置，其用于控制第一狀態(tài)和第二 狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，在所述第一狀態(tài)中，第一、第三和第四開關(guān)變?yōu)榻油ǎ?第二和第五開關(guān)變?yōu)閿嚅_，在所述第二狀態(tài)，第一、第三和第四開關(guān)變 為斷開，第二和第五開關(guān)變?yōu)榻油?。根?jù)本發(fā)明的液晶顯示單元的驅(qū)動電路是這樣一種液晶顯示單元的 驅(qū)動電路，其具有串聯(lián)連接在第一和第二參考電壓之間的多個(gè)電阻器， 并包括灰度產(chǎn)生裝置，其用于形成從這些多個(gè)電阻器的連接點(diǎn)分出的 每一抽頭來的灰度電壓，和譯碼裝置，其將數(shù)字信號作為輸入，并從灰 度產(chǎn)生裝置的輸出電壓中選擇和輸出相應(yīng)的電壓，并且，將譯碼裝置的 輸出作為輸入，分別驅(qū)動多條數(shù)據(jù)線，其中提供有與多條數(shù)據(jù)線相對應(yīng) 的多個(gè)差分放大器電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一液晶顯示單元的驅(qū)動電路是這樣一種液晶顯示單 元的驅(qū)動電路，其包括用于輸入多個(gè)參考電壓的多個(gè)相應(yīng)的參考電壓 輸入端；譯碼裝置，其用于根據(jù)數(shù)字視頻信號選擇和輸出兩個(gè)相鄰的參 考電壓；D/A轉(zhuǎn)換裝置，其用于內(nèi)插和輸出在由譯碼裝置選擇的兩個(gè)參 考電壓之間的中間電平的模擬信號，并將D/A轉(zhuǎn)換裝置的輸出作為輸 入，分別驅(qū)動多條數(shù)據(jù)線，其中提供有與多數(shù)據(jù)線相對應(yīng)的多個(gè)差分放 大器電路。
下面將描述本發(fā)明的操作。在具有第一和第二輸入端和一個(gè)輸出端 的差分放大器電路中，所進(jìn)行的控制是第一輸入端用作非反相輸入端、 第二輸入端用作反相輸入端的第一狀態(tài)，和第一輸入端用作反相輸入端、 第二輸入端用作非反相輸入端的第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，此外，所進(jìn)行的 控制是，提供其一端連接至預(yù)定電源端的電容元件，輸入電壓加至第一 輸入端，并且在第一狀態(tài)，電容元件的另一端連接至第一輸入端和輸出 端，在第二狀態(tài)，電容元件的另一端連接至第二輸入端。
這樣做的結(jié)果，輸入電壓不連接至電容器，偏移檢測操作在第一狀 態(tài)進(jìn)行，偏移校正操作在第二狀態(tài)進(jìn)行，能獲得消除偏移的精確放大輸 出。
圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例差分放大器電路的方框圖； 圖2是圖1差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖3在偏移檢測周期TOl中，以放大器符號示出的圖1差分放大器 電路的配置圖；圖4在校正后的電壓輸出周期T02中，以放大器符號示出的圖l差 分放大器電路的配置圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例差分放大器電路的方框圖6是圖5差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖7是本發(fā)明第三實(shí)施例差分放大器電路的方框圖8是圖7差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖9是本發(fā)明第四實(shí)施例的差分放大器電路的方框圖10是圖9差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖11是本發(fā)明第五實(shí)施例差分放大器電路的方框圖12是本發(fā)明第一實(shí)施例差分放大器電路的方框圖13示出圖12差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖14是圖12差分放大器電路的輸出電壓波形示例；
圖15是本發(fā)明第二實(shí)施例差分放大器電路的方框圖16是圖14差分放大器電路操作的開關(guān)時(shí)序圖17是本發(fā)明第一應(yīng)用的方框圖18是本發(fā)明第二應(yīng)用的方框圖19是第一常規(guī)示例差分放大器電路的方框圖20是第一常規(guī)示例差分放大器電路操作的時(shí)序圖21是第二常規(guī)示例低電壓放大器電路的方框圖22是第二常規(guī)示例高電壓放大器電路的方框圖23是一個(gè)電路配置圖，其中控制信號(A)處于第二常規(guī)示例的
低電壓放大器電路中的H電平；
圖24是一個(gè)電路配置圖，其中控制信號(B)處于第二常規(guī)示例的 低電壓放大器電路中的H電平。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在描述本發(fā)明實(shí)施例的附圖 中，同樣的參考號碼指定具有同一功能的相同部件，將省略對它們的描 述。圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器電路配置圖。圖1的差
分放大器電路是一種具有NMOS差分輸入部的反饋型運(yùn)算放大器電路。 差分放大器電路包括將非反相輸入端改變?yōu)榉聪噍斎攵说拈_關(guān)10至14 以及電容元件5。為控制這些開關(guān)10至14備有控制部104。
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器電路包括差分輸入
部101，其包含源極彼此共連的輸入晶體管111和112;連接在晶體管111
和112彼此共連的源極與低位電源Vss之間的恒流源121;有源負(fù)載102， 其與輸入晶體管111和112的漏極相連；開關(guān)10，其連接輸入端1和輸 入晶體管111的柵極；連接在輸入晶體管112的柵極與電源VO (VO是 任意的電源)之間的電容元件5;與輸出端2相連的驅(qū)動和輸出級103;
連接輸出端2和輸入晶體管112的開關(guān)11;開關(guān)13，其連接輸出端2和 輸入晶體管111的柵極；開關(guān)12，其連接輸入晶體管111的漏極和驅(qū)動 和輸出級103;以及開關(guān)14，其連接輸入晶體管112的漏極和所述驅(qū)動 和輸出級103。
下面將描述圖1的差分放大器電路操作。圖2是描述圖1的差分放 大器電路操作的時(shí)序圖，示出一個(gè)輸出周期中每個(gè)開關(guān)的接通和斷開狀 態(tài)。 一個(gè)輸入周期是輸出一個(gè)信號的周期，圖2表示的周期由兩個(gè)周期 構(gòu)成，即檢測包括輸出偏移在內(nèi)的輸出電壓的第一周期TOl (偏移檢測 周期)和輸出偏移校正電壓的第二周期T02 (校正后的電壓輸出周期)。 在這些周期中每個(gè)開關(guān)的控制由控制部104進(jìn)行。
參考圖2，在偏移檢測周期TOl中，開關(guān)10至12變?yōu)榻油?，開關(guān) 13和14變?yōu)閿嚅_。這樣，輸入端1連接至輸入晶體管111的柵極(端3), 輸出端2連接至輸入晶體管112的柵極(端4)，輸入晶體管111的漏極 與驅(qū)動和輸出級103相連，端3和4分別變成非反相輸入端和反相輸入 端o
圖3用放大器符號表示此時(shí)的電路配置圖。當(dāng)對于輸入電壓VIN產(chǎn) 生輸出偏移AV1時(shí)，與端4相連的電容元件5被加上偏移的電壓VOUT (-VIN+AV1)充電。接著，在校正后的電壓輸出周期T02中，開關(guān) 10至12變?yōu)閿嚅_，同時(shí)，開關(guān)13和14變?yōu)榻油?，這樣，輸出端2連接 至輸入晶體管ill的柵極(端3)，晶體管112的漏極連接至驅(qū)動和輸出級103，端3和4分別變成反相輸入端和非反相輸入端。
圖4用放大器符號表示此時(shí)的電路配置圖。在周期T02中，開關(guān)ll 變成斷開，因此，端4的電壓變成電容元件5在周期T01中保持的電壓 (=VIN+AV1)。當(dāng)在TOl中對于輸入電壓VIN的輸出偏移是AV1 (輸 出電壓VOUT=VIN+AVl)時(shí)，T02中的輸出偏移變成端4的電壓-A VI，因此，T02中的輸出電壓變成等于輸入電壓VIN。
如上所述，在本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器電路中，所做的變換 是在偏移檢測周期TOl中，端3和4分別作為非反相輸入端和反相輸入 端，而在校正后的電壓輸出周期T02中，端3和4則分別作為反相輸入 端和非反相輸入端。另外，在周期TOl中輸入電壓VIN加至端3時(shí)的輸 出電壓被儲存在電容元件中，周期TOl中儲存在電容元件5上的電壓用 作周期T02中的端4的電壓。這樣，當(dāng)TOl中對于端3的電壓(輸入電 壓VIN)的輸出偏移是AV1時(shí)，T02中對于端4的電壓(=VIN+AV1) 的輸出偏移變成-AVl，因此，在TO2中能獲得與輸入電壓VIN相等的 輸出電壓。
此外，在本實(shí)施例的差分放大器電路中，由于輸入電壓VIN在周期 TOl中只連接至輸入晶體管的柵極，所以，類似于圖19的第一常規(guī)示例， 輸入電壓VIN不受輸出的影響，并能得到偏移被校正的高精度輸出電壓， 而不涉及輸入電壓VIN的電流供應(yīng)能力。
下面將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。圖5示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例 配置圖。圖5是一種具有PMOS差分放大器輸入部的運(yùn)算放大器。差分 放大器電路包括用于將非反相輸入端改變?yōu)榉聪噍斎攵说拈_關(guān)20至24 和電容元件5。設(shè)置有控制部104用于控制開關(guān)20至24。
參考圖5，根據(jù)本發(fā)明本第二實(shí)施例的差分放大器電路包括差分輸 入部201，其包含源極彼此共連的輸入晶體管211和212;連接在晶體管 211和212彼此共連的源極與高位電源VDD之間的恒流源221;連接至 輸入晶體管211和212漏極的有源負(fù)載202;連接輸入端1和輸入晶體管 211柵極的開關(guān)20;連接在輸入晶體管212柵極與電源VO (VO中是任 意電源)之間和電容元件5;連接至輸出端2的驅(qū)動和輸出級203;連接至輸出端2和輸入晶體管212柵極的開關(guān)21;連接輸出端2和輸入晶體 管211柵極的開關(guān)23;連接漏極和驅(qū)動和輸出級203的開關(guān)22;以及連 接輸入晶體管212漏極和驅(qū)動和輸出級203的開關(guān)24。
下面將描述圖5差分放大器電路的操作。圖6是描述圖5的實(shí)施例 操作的時(shí)序圖。參考圖6，在偏移檢測周期TOl中，開關(guān)20至22變?yōu)?接通，開關(guān)23和24變?yōu)閿嚅_。這樣，輸入端1連接至輸入晶體管211 的柵極(端3)，輸出端2連接至輸入晶體管212的柵極(端4)。輸入晶 體管211的漏極連接至驅(qū)動和輸出級203，端3和4分別變成非反相輸入 端和反相輸入端。當(dāng)輸入電壓產(chǎn)生輸出偏移AV2時(shí)，連接至端4的電容 元件5被加有偏移的電壓VOUT (=VIN+AV2)充電。
接著，在校正后的電壓輸出周期T02中，開關(guān)20至22變?yōu)閿嚅_， 這時(shí)開關(guān)23和24變?yōu)榻油?。這樣，輸出端2連接至輸入晶體管211的 柵極(端3)，輸入晶體管212的漏極連接至驅(qū)動和輸出級203，端3和4 分別變成反相輸入端和非反相輸入端。
在周期T02中，由于開關(guān)21為斷開，端4的電壓變成周期T01中 電容元件5上保持的電壓(=VIN+AV2)。當(dāng)TOl中對于輸入電壓VIN 的輸出偏移是AV2 (輸出電壓VOUT二VIN+AV2)時(shí)，在T02中輸出 偏移變成端4的電壓-AV2，因此，在T02中的輸出電壓變成等于輸入電 壓VIN。
如上所述，在本發(fā)明第二實(shí)施例的差分放大器電路中，類似于圖1 的差分放大器電路，所做的變換是在偏移檢測周期TOl中，端3和4分 別作為非反相輸入端和反相輸入端，而在校正后的電壓輸出周期T02中， 端3和4則分別作為反相輸入端和非反相輸入端。另外。在周期TOl中 輸入電壓VIN加至端3時(shí)的輸出電壓被儲存在電容元件中，周期TOl中 儲存在電容元件5上的電壓用作周期T02中端4的電壓。這樣，當(dāng)在TOl 中對于端3的電壓(輸入電壓VIN)的輸出偏移是AV2時(shí)，在T02中對 于端4的電壓(=VIN+AV2)的輸出偏移變成-AV2，因此，在T02中 能獲得等于輸入電壓的輸出電壓。
再說，在本實(shí)施例的差分放大器電路中，由于在周期TOl中輸入電 壓VIN只連接至輸入晶體管的柵極，所以能得到偏移被校正的高精度輸出電壓，而不涉及輸入電壓VIN的電流供應(yīng)能力。 [第三實(shí)施例]
下面將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。圖7示出本發(fā)明第三實(shí)施例的差 分放大器電路配置圖。圖7的差分放大器電路是一種具有NMOS差分輸 入部和PMOS差分輸入部的反饋型運(yùn)算放大器。差分放大器電路包括將 非反相輸入端變?yōu)榉聪噍斎攵说拈_關(guān)30至35和41至45，以及電容元件 5。設(shè)置有控制部304用于控制開關(guān)30至35和41至45。
參考圖7，本發(fā)明第三實(shí)施例的差分放大器電路包括NMOS差分輸 入部，其包含源極彼此共連的輸入晶體管311和312;連接在輸入晶體管 311和312彼此區(qū)連的源極與低位電源VSS之間的恒流源321， PMOS差 分輸入部，其包含輸入晶體管313和314;連接在晶體管313和314彼此 共連的源極與高位電源VDD之間的恒流源322;開關(guān)30，其連接輸入晶 體管311和313彼此共連的柵極和輸入端1;以及電容元件5，其連接在 輸入晶體管312和314的彼此共連的柵極與電源VO (VO是任意電源) 之間。
本發(fā)明第三實(shí)施例的差分放大器電路還包括與輸出端2相連的驅(qū) 動和輸出級303;開關(guān)31，其連接輸出端2和輸入晶體管312、 314彼此 共連的柵極；開關(guān)41，其連接輸出端2和輸入晶體管3H、 313彼此共連 的柵極；開關(guān)32和42，其連接輸入晶體管311的漏極和驅(qū)動和輸出級 303;開關(guān)33和43，其連接輸入晶體管312的漏極和驅(qū)動和輸出級303; 開關(guān)34和44，其連接輸入晶體管313的漏極和驅(qū)動和輸出級303;以及 開關(guān)35和45，其連接輸入晶體管314的漏極和驅(qū)動和輸出級303。
下面將描述圖7所示差分放大器電路的操作。圖8是描述根據(jù)本發(fā) 明的差分放大器電路操作的定量圖。參考圖8，在偏移檢測周期T01中， 開關(guān)30至35變?yōu)榻油?，開關(guān)41至45變?yōu)閿嚅_。
接著，在校正后的電壓輸出周期T02中，開關(guān)30至35變?yōu)閿嚅_， 同時(shí)開關(guān)41至45變?yōu)榻油āＭㄟ^這樣進(jìn)行開關(guān)的接通-斷開控制，即使 在圖7的差分放大器電路中，類似于圖1的差分放大器電路，端3和4 在偏移檢測周期TOl中也分別作為非反相輸入端和反相輸入端，在校正 后的電壓輸出周期T02中端3和4則分別作為反相輸入端和非反相輸入端。此外，在周期TOl中輸入電壓加至端3時(shí)的輸出電壓被儲存在電容 元件上，在周期T02中將周期T01中儲存在電容元件5上的電壓用作端 4的電壓。
這樣，當(dāng)T01中對于端3的電壓(輸入電壓VIN)的輸出偏移是A V3時(shí)，T02中對于端4的電壓(=VIN+AV3)的輸出偏移變成-AV3， 因此，在T02中能獲得與輸入電壓相等的輸出電壓。
此外，在本實(shí)施例的差分放大器電路中，由于輸入電壓在周期TOl 中只連接至輸入晶體管的柵極，所以類似于圖19常規(guī)示例的差分放大器 電路，輸入電壓VIN不受輸出的影響，能獲得偏移被校正的高精度輸出 電壓，而與輸入電壓VIN的電流供應(yīng)能力無關(guān)。
下面將描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。圖9示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例 的配置圖。根據(jù)圖9所示第四實(shí)施例的差分放大器電路，在差分放大器 電路的輸出端2與圖1所示的負(fù)載(未示)之間增添有開關(guān)9。圖10是 根據(jù)本發(fā)明的差分放大器電路操作的時(shí)序圖。參考圖10，關(guān)于開關(guān)10至 16，類似于圖1的差分放大器電路，在偏移檢測周期TOl中開關(guān)10至 12變?yōu)榻油?，開關(guān)13和14變?yōu)閿嚅_，在校正后的電壓輸出周期T02中 開關(guān)10至12變?yōu)閿嚅_，開關(guān)13和14變?yōu)榻油?。新加的開關(guān)9在偏移 檢測周期TOl中變?yōu)閿嚅_，在校正后的電壓輸出周期T02中變成接通。
關(guān)于圖1的差分放大器電路，當(dāng)驅(qū)動大的電容負(fù)載時(shí)必須將周期TOl 設(shè)置為足夠長的周期，以使差分放大器電路的輸出穩(wěn)定。另一方面，關(guān) 于圖9的差分放大器電路，由于開關(guān)在周期TOl中變?yōu)閿嚅_，所以差分 放大器電路與負(fù)載分離，在周期TOl中差分放大器電路的實(shí)際負(fù)載只是 電容元件5。因此，在周期TOl中圖9的差分放大器電路比圖1的差分 放大器電路能在較短周期使輸出穩(wěn)定。由上所述，當(dāng)驅(qū)動大電容負(fù)載時(shí)， 能使周期TOl短于圖1的差分放大器電路，因此能使一個(gè)輸出周期縮短。
在本實(shí)施例中，雖然已描述了根據(jù)圖1所示第一實(shí)施例的差分放大 器電路中提供有開關(guān)9的配置，但是在其他的實(shí)施例的差分放大器電路 中，通過用開關(guān)連接差分放大器電路的輸出端和負(fù)載，也能實(shí)現(xiàn)相同的 效果。[第五實(shí)施例]
下面將描述根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的差分放大器電路，圖11示出根 據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的差分放大器電路配置圖。在根據(jù)圖11所示第五實(shí) 施例的差分放大器電路中，在圖所示電路的差分放大器電路輸入部使用
電荷再分配型D / A轉(zhuǎn)換器105， D / A轉(zhuǎn)換之后的電壓輸入至差分放大 器電路，作為輸入電壓VIN。
電荷再分配型D / A轉(zhuǎn)換器105由具有同樣電容值的兩個(gè)電容元件6 和7以及開關(guān)131至133組成，電容元件6和7各有一端經(jīng)過開關(guān)133 相連，各個(gè)另一端共連至參考電壓Vb。另外，電容元件6和7的各一端 分別經(jīng)過開關(guān)131和開關(guān)132連接至參考電位Va和Vb。控制部104用 于控制上述開關(guān)。
下面將描述電荷再分配型D/A轉(zhuǎn)換器105的操作。在電荷再分配 型D/A轉(zhuǎn)換器105中，首先，開關(guān)131變?yōu)閿嚅_，開關(guān)132和131變?yōu)?接通，電容元件6和7復(fù)原至參考電位Vb。然后，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的最 低有效位是l (0)時(shí)，開關(guān)U1 (132)變?yōu)榻油?，開關(guān)132 (131)變?yōu)?斷開，開關(guān)133變?yōu)閿嚅_，電容元件6充電到參考電壓Va (Vb)，在此 后，開關(guān)131 (132)變?yōu)閿嚅_。然后，開關(guān)133變?yōu)榻油?，電荷再分?在電容元件6和7之間進(jìn)行，此后，開關(guān)133變?yōu)閿嚅_。這兩個(gè)電容元 件之間的電荷再分配重復(fù)至數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的最高有效位，使得能由數(shù)字信號 產(chǎn)生輸入電壓。
下面將描述電荷再分配型D/A轉(zhuǎn)換器105用在本發(fā)明差分放大器 電路和圖19第一常規(guī)示例的輸入部中的差別。當(dāng)電荷再分配型D/A轉(zhuǎn) 換器105用于圖19常規(guī)示例的差分放大器電路輸入部時(shí)，參考圖20，所 必須的是，在進(jìn)行最先輸出的周期Tl之后，提供進(jìn)行D / A轉(zhuǎn)換的周期， 在D/A轉(zhuǎn)換之后，進(jìn)行周期T2的操作。另一方面，在本實(shí)施例中，由 于在偏移檢測周期TOl輸入電壓只提供給差分放大器電路，所以能在校 正后的電壓輸出周期T02通過電荷再分配型D/A轉(zhuǎn)換器105的D/A 轉(zhuǎn)換產(chǎn)生下一輸出周期的輸入電壓VIN，因此，不需要另外提供進(jìn)行D /A轉(zhuǎn)換的周期，能試圖數(shù)據(jù)處理的增速高于第一常規(guī)示例的差分放大 器電路。[示例1]
為更詳細(xì)地描述上述實(shí)施例，下面將參考對圖描述本發(fā)明的一些示 例。注意，本發(fā)明實(shí)施例描述中所示附圖的相同功能部件附以相同的參 考號碼，并省略對它們的詳細(xì)說明。圖12示出本發(fā)明第一實(shí)施例的差分 放大器電路。圖12的實(shí)施例是圖1所示本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器 電路的具體示例，其中具有NMOS差分輸入部的反饋型運(yùn)算放大器電路 增加了將非反相輸入端變?yōu)榉聪噍斎攵说拈_關(guān)10至16，和電容元件5。
參考圖12，本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器電路包括差分輸入部， 其包含源極彼此共連的輸入晶體管111和112;連接在輸入晶體管111和 112彼此共連的源極與地位電源VSS之間的恒流源221;晶體管113，其 源極連接至高位電源VDD，其漏極連接至輸入晶體管111的漏極；晶體 管114，其源極連接至高位電源VDD，其柵極連接至晶體管113的柵極， 其漏極連接至輸入晶體管112的漏極；開關(guān)15和16，其將晶體管113和 114彼此共連的柵極連接至晶體管114或晶體管113的漏極；開關(guān)10，其 將輸入端1連接至輸入晶體管111的柵極，以及電容元件5，其連接在輸 入晶體管112與電源VO (VO是任意電源)之間。
差分放大器電路進(jìn)一步包括輸出晶體管115，其源極連接至高位電 源VDD，其漏極連接至輸出端2;連接輸出端2和輸入晶體管112柵極 的開關(guān)11;連接輸出端2和輸入晶體管111柵極的開關(guān)13;開關(guān)12和 14，其連接輸出晶體管115的柵極和輸入晶體管111或輸入晶體管112 的漏極；連接在輸出端2與低位電源VSS之間的恒流源122;連接至輸 出端2和輸出晶體管115柵極的相位補(bǔ)償電容116。
下面將描述圖12的差分放大器電路操作。圖13是根據(jù)第一實(shí)施例 的差分放大器電路操作的時(shí)序圖。圖14示出根據(jù)圖13的時(shí)序圖的操作 所得的輸出波形。
參考圖13，在偏移檢測周期TOl中，開關(guān)10至12和15變?yōu)榻油ǎ?開關(guān)13、 14和16變?yōu)閿嚅_。這樣，輸入端1連接至輸入晶體管111的柵 極(端3)，輸出端2連接至輸入晶體管112的柵極(端4)，晶體管113 和114彼此共連的柵極連接至晶體管114的漏極，輸出晶體管115的柵極 連接至晶體管113的漏極。此時(shí)，端3和4分別變成非反相輸入端和反相輸入端，連接至端4的電容元件5被加有偏移的電壓充電。
接著，在校正后的電壓輸出周期T02中，開關(guān)10至12和15變?yōu)閿?開，同時(shí)開關(guān)13、 14和16變?yōu)榻油?。這樣，輸出端2連接至輸入晶體 管111的柵極(端3)，晶體管113和114彼此共連的柵極連接至晶體管 113的漏極，輸出晶體管115的柵極連接至晶體管114的漏極，端3和4 分別變成反相輸入端和非反相輸入端。在周期T02中，由于開關(guān)11變?yōu)?斷開，所以端4的電壓變成在周期T01保持在電容元件5上的電壓(= VIN+AV4)。當(dāng)在TOl中對于輸入電壓VIN的輸出偏移是AV4(輸出電 壓VOUT二VIN+AV4)時(shí)，T02中的輸出偏移變成端4的電壓-AV4， 因此，在T02中的輸出電壓變成等于輸入電壓VIN。
如上所述，在本發(fā)明第一實(shí)施例的差分放大器電路中，所做的變換 是端3和4在偏移檢測周期TOl中分別作為非反相輸入端和反相輸入端， 在校正后的電壓輸出周期T02中端3和4分別作為反相輸入端和非反相 輸入端。另外，在周期TOl中將輸入電壓VIN加至端3時(shí)的輸出電壓被 儲存在電容元件中，周期TOl中儲存在電容元件5上的電壓用作周期T02 中的端4的電壓。這樣，當(dāng)在TOl中對于端3的電壓(輸入電壓VIN) 和輸出偏移是AV4時(shí)，在T02中對于端4的電壓(二VIN+AV4)的輸 出偏移變成-AV4，因此，在T02中能獲得與輸入電壓VIN相等的輸出 電壓。
此外，由于輸入電壓在周期TOl中只連接至輸入晶體管的柵極，因 此類似于圖17的常規(guī)示例差分放大器電路，輸入電壓VIN不受輸出的影 響，能得到偏移被校正的高精度輸出電壓，而不涉及輸入電壓VIN的電 流供應(yīng)能力。
圖15示出本發(fā)明第二實(shí)施例的配置圖。圖15是圖5的本發(fā)明第二 實(shí)施例的差分放大器電路具體示例圖，有帶PMOS差分輸入部的反饋型 運(yùn)算放大器電路。差分放大器電路包括將非反相輸入端變?yōu)榉聪噍斎攵?的開關(guān)20至26和電容元件5。
參考圖15，本發(fā)明第二實(shí)施例的差分放大器電路包括差分輸入部 201，其包含源極彼此共連的輸入晶體管211和212;恒流源221，其連接在輸入晶體管211和212的彼此共連的源極與高位電源VDD之間；晶 體管213，其源極連接至低位電源Vss，其漏極連接至輸入晶體管211的 漏極；晶體管214，其源極連接至低位電源Vss，其柵極連接至晶體管213 的柵極，其漏極連接至輸入晶體管212的漏極；開關(guān)25和26，其將晶體 管213和214彼此共連的柵極連接至晶體管214或晶體管213的漏極； 開關(guān)10，其將輸入端1連接至輸入晶體管211的柵極，以及電容元件5， 其連接在輸入晶體管212與電源VO (VO是任意電源)之間。
差分放大器電路還包括輸出晶體管215，其源極連接至低位電源 Vss，其漏極連接至輸出端2;連接輸出端2和輸入晶體管212柵極的開 關(guān)23;開關(guān)22和24，其將輸出晶體管215連接至輸入晶體管211或輸 入晶體管212的漏極；連接輸出端2和高位電源VDD的恒流源222;以 及連接輸出端2和輸出晶體管215柵極的相位補(bǔ)償電容元件216。
下面將描述圖15所示的差分放大器電路的操作。圖16是根據(jù)第二 實(shí)施例的差分放大器電路操作的時(shí)序圖。參考圖16，在偏移檢測周期T01 中，開關(guān)20至22和25變?yōu)榻油?，開關(guān)23、 24和26變?yōu)閿嚅_。這樣， 輸入端1連接至輸入晶體管211的柵極(端3)，輸出端2連接至輸入晶 體管212的柵極(端4)，晶體管213和214的柵極連接至晶體管214的 漏極，輸出晶體管215連接至晶體管213的漏極。此時(shí)，端3和4分別 變成非反相輸入端和反相輸入端，與端4相連的電容元件5被加有偏移 的電壓充電。
然后，在校正后的電壓輸出周期T02中，開關(guān)20至22和25變?yōu)閿?開，此時(shí)，開關(guān)23、 24和26變?yōu)榻油?。這樣，輸出端2連接至輸入晶 體管211的柵極(端3)，晶體管213和214的柵極連接至晶體管213的 漏極，輸出晶體管215的柵極連接至晶體管214的漏極，端3和4分別 變成反相輸入端和非反相輸入端。在周期T02中，由于開關(guān)11變?yōu)閿嚅_， 因此，端4的電壓變成在周期T01中電容元件5所保持的電壓。當(dāng)在周 期TOl中對于輸入電壓的輸出偏移是AV5 (輸出電壓VOUT=VIN+A V5)時(shí)，在T02中對于端4的電壓的輸出偏移變成-AV5，因此，在T02 中的輸出電壓變成等于輸入電壓VIN。
如上所述，即使在本發(fā)明第二實(shí)施例的差分放大器電路中，類似于
17圖12的差分放大器電路，所做的變換也是在偏移檢測周期TOl中端3和 4分別作為非反相輸入端和反相輸入端，而校正后的電壓輸出周期T02 中端3和4分別作為反相輸入端和非反相輸入端。另外，在周期T01中 將輸入電壓VIN加至端3時(shí)的輸出電壓被儲存在電容元件中，周期TOl 中電容元件5所儲存的電壓用作周期T02中的端4的電壓。這樣，當(dāng)TOl 中對于端3的電壓(輸入電壓VIN)的輸出偏移是AV5時(shí)，在T02中對 于端4的電壓(二VIN+AV5)的輸出偏移變成-AV5，因此，在T02中 能獲得與輸入電壓VIN相等的輸出電壓。
此外，由于輸入電壓在周期TOl中只連接至輸入晶體管的柵極，所 以能校正差分放大器電路的偏移，甚至在輸入電壓VIN的電流供應(yīng)能力 小的時(shí)候，可得到高精度的輸出電壓。
下面將描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。圖17是本發(fā)明第一應(yīng)用的方框圖。 在這個(gè)應(yīng)用中，示出將本發(fā)明的差分放大器電路應(yīng)用于有源矩陣型顯示 器中用作多輸出驅(qū)動電路的示例。參考圖17，有源矩陣型顯示單元的驅(qū) 動電路這樣來配置，從提供在參考電壓VH和VL之間的電阻串411的每 個(gè)端(抽頭)所產(chǎn)生多個(gè)灰度電壓當(dāng)中，根據(jù)數(shù)字視頻信號。選擇灰度 電壓用于譯碼器412a至412n的各個(gè)輸出，并在輸出電路413a至413n 進(jìn)行放大。從而驅(qū)動與輸出端414相連的數(shù)據(jù)線?？刂菩盘柨刂茦?gòu)成輸 出電路413a至413n的本發(fā)明差分放大器電路的開關(guān)。
本發(fā)明的差分放大器電路可用作圖17所示的輸出電路413a至413n。 使用本發(fā)明的差分放大器電路的輸出電路413a至413n能以高精度的電壓 驅(qū)動數(shù)據(jù)線，而與從譯碼器412a至412n所選擇和輸入的灰度電壓的電流 供應(yīng)能力。
下面將描述本發(fā)明的第二應(yīng)用。圖18是描述應(yīng)用的方框圖。這個(gè)應(yīng) 用示出的情況是使用電阻器作為產(chǎn)生用于有源矩陣顯示單元的多輸出驅(qū) 動電路的裝置。在這個(gè)應(yīng)用中，所示的例子是本發(fā)明的差分放大器電路 應(yīng)用于使用電荷再分配型D / A轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動電路，作為有源矩陣型顯示 單元所用的多輸出驅(qū)動電路的灰度電壓產(chǎn)生裝置。參考圖18，本應(yīng)用的有源矩陣型顯示器驅(qū)動電路這樣來配置，從譯
碼器422a至422n中由伽馬電壓輸入部421每次輸出來的、與液晶的透射 比-電壓特性相應(yīng)的伽馬電壓VR1至VRN當(dāng)中，根據(jù)數(shù)字視頻信號將兩 個(gè)相鄰的伽馬電壓輸入至電荷再分配型D / A轉(zhuǎn)換器423。電荷再分配型 D/A轉(zhuǎn)換器423根據(jù)數(shù)字視頻信號從兩個(gè)輸入的伽馬電壓產(chǎn)生灰度電 壓，以此驅(qū)動與輸出端425相連的數(shù)據(jù)線?？刂菩盘枌?gòu)成輸出電路424a 至424n的本發(fā)明差分放大器電路的開關(guān)進(jìn)行控制。
本發(fā)明的差分放大器電路能用作圖18所示的輸出電路424a至424n。 在由電荷再分配型D / A轉(zhuǎn)換器423產(chǎn)生的電壓沒有電流供應(yīng)能力時(shí)，使 用本發(fā)明差分放大器電路的輸出電路424a至424n能與輸入電壓的電流供 應(yīng)能力無關(guān)地以高精度電壓驅(qū)動數(shù)據(jù)線。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是在沒有輸入電壓與電容器連接的第一狀態(tài)中進(jìn)行偏 移檢測操作，并且在第二狀態(tài)中進(jìn)行偏移校正操作，因此，即使在輸入 電流能力小的時(shí)候，也能得到消除偏移的高精度放大輸出。
權(quán)利要求
1. 一種差分放大器電路，包括電路輸入端和電路輸出端；差分放大器裝置，其包括第一差分晶體管對，第二差分晶體管對，用于驅(qū)動所述第一差分晶體管對的第一恒流源，用于驅(qū)動所述第二差分晶體管對的第二恒流源，和基于第一和第二差分晶體管對的輸出信號而向所述電路輸出端輸出信號的輸出電路；其中所述第一差分晶體管對的第一輸入和所述第二晶體管對的第一輸入在第一公共點(diǎn)彼此共連，所述第一差分晶體管對的第二輸入和所述第二晶體管對的第二輸入在第二公共點(diǎn)彼此共連；以及所述差分放大器電路還包括第一開關(guān)，其連接所述第一公共點(diǎn)以及所述電路輸入端；第二開關(guān)，其連接所述第一公共點(diǎn)以及所述電路輸出端；第三開關(guān)，其連接所述第二公共點(diǎn)以及所述電路輸出端；電容元件，其一端連接至預(yù)定的電源端，另一端連接至所述第二公共點(diǎn)；以及控制裝置，其控制第一狀態(tài)和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，其中在所述第一狀態(tài)，所述第一和第三開關(guān)變?yōu)榻油ǎ龅诙_關(guān)變?yōu)閿嚅_；在所述第二狀態(tài)，所述第一和第三開關(guān)變?yōu)閿嚅_，所述第二開關(guān)變?yōu)榻油ā?br>
2.根據(jù)權(quán)利要求l的差分放大器電路，其特征在于在所述第一狀 態(tài)，將基于要從所述電路輸入端加至所述第一公共點(diǎn)的輸入電壓而放大 的電壓保持在所述電容元件上；在所述第二狀態(tài)，將基于所述電容元件 上保持的并要加至所述第二公共點(diǎn)的電壓而放大的電壓輸出至所述電路 輸出端。
全文摘要
一種差分放大器電路，在電流供給輸入小的情況下也能獲得可輸出偏移被校正的高精度電壓。其具有第一和第二輸入端和輸出端，其中控制第一和第二狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，在所述第一狀態(tài)，第一輸入端用作非反相輸入端，第二輸入端用作反相輸入端，在第二狀態(tài)，第一輸入端用作反相輸入端，第二輸入端用作非反相輸入端，還提供電容元件，其一端連接至預(yù)定的電源端，所進(jìn)行的控制是，在第一狀態(tài)，輸入電壓供給第一輸入端，電容器的另一端連接至第二輸入端和輸出端，在第二狀態(tài)，第一輸入端連接至輸出端，電容器的另一端連接至第二輸入端。在輸入電壓沒有連接至電容器的情況下，在第一狀態(tài)進(jìn)行偏移檢測操作，在第二狀態(tài)進(jìn)行偏移校正操作。
文檔編號G02F1/133GK101478295SQ200910009830
公開日2009年7月8日 申請日期2004年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
發(fā)明者中平吉彥 申請人:日本電氣株式會社;恩益禧電子股份有限公司