輸出放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路和顯示裝置制造方法
【專利摘要】本申請(qǐng)涉及輸出放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路和顯示裝置，其中，輸出放大器包括偏置級(jí)部分、用于將輸入的差分電壓對(duì)轉(zhuǎn)換為差分電流對(duì)的輸入級(jí)部分和用于將差分電流對(duì)轉(zhuǎn)換為單向電流輸出并產(chǎn)生電壓放大信號(hào)的運(yùn)算放大級(jí)部分，運(yùn)算放大級(jí)部分包括第二偏置電流源和第三偏置電流源，第二偏置電流源和第三偏置電流源分別采用耗盡模式NMOS實(shí)現(xiàn)，運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口與輸入級(jí)部分耦合，并與第三偏置電流源的電流輸出端子并聯(lián)形成恒定電流源。本申請(qǐng)通過(guò)耗盡型氧化物NMOS來(lái)實(shí)現(xiàn)偏置電流源，工藝簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)難度較低，而且，輸出端與耗盡型氧化物NMOS形成恒定電流源并聯(lián)，因此使得放大器具有較大的小信號(hào)等效電阻，從而可實(shí)現(xiàn)具有放大倍數(shù)較高的放大器。
【專利說(shuō)明】輸出放大器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路和顯示裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及顯示裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種輸出放大器、采用該輸出放大器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器、采用該數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路、以及采用該數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的顯示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]長(zhǎng)期以來(lái)，將顯示器周邊驅(qū)動(dòng)電路和像素驅(qū)動(dòng)陣列集成在同一塊基板上，一直是顯示領(lǐng)域追求的一個(gè)目標(biāo)。這種新的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)形式被稱為屏上系統(tǒng)集成(System onPanel, SOP),所制成的顯示面板內(nèi)部即具備由TFT (Thin Film Transistor,薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管)集成的驅(qū)動(dòng)電路系統(tǒng)。相比于常規(guī)的外置式IC的方式，SOP的顯示面板可能具有如下優(yōu)點(diǎn):一、減少行、列驅(qū)動(dòng)芯片數(shù)量；二、減少行、列驅(qū)動(dòng)芯片與顯示面板連接線的數(shù)量；三、容易實(shí)現(xiàn)窄邊框顯示面板，顯示模組將變得更加緊湊、美觀；四、能夠減少顯示器的后道封裝工序。因?yàn)樯鲜鰞?yōu)點(diǎn)，顯示器的制造成本可以較大幅度地降低；并且，顯示器的可靠性也可得到提高。由于引出線數(shù)量減少，引線間節(jié)距不再嚴(yán)重地限制高分辨率顯示器的實(shí)現(xiàn)。
[0003]迄今為止，SOP的顯示面板仍然沒(méi)有實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。造成這種困境的主要原因是TFT工藝以及器件特性上的缺陷:例如非晶硅(a-Si) TFT的遷移率較低，穩(wěn)定性較差，長(zhǎng)時(shí)間工作之后，容易發(fā)生器件特性的漂移；多晶硅(poly-Si) TFT的工藝過(guò)程復(fù)雜，成本高昂，而且期間特性的均勻性較差。這些因素阻礙了基于a-Si TFT或者poly-Si TFT的驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)的發(fā)展。近幾年來(lái)，以IGZ0、IZ0、ITO等為代表的氧化物TFT技術(shù)迅速發(fā)展。由于氧化物TFT具有較高的遷移率、較小的泄漏電流、較小的亞閾值斜率，同時(shí)其均勻性、穩(wěn)定性良好，制造成本低，因此適用于下一代的顯示技術(shù)，有取代a-Si以及poly-Si TFT技術(shù)的潛力。氧化物TFT的這些優(yōu)勢(shì)使得SOP的實(shí)現(xiàn)成為可能。
[0004]目前較實(shí)用的氧化物TFT仍然是電子導(dǎo)電類型(N型)。然而，氧化物TFT雖然較之于a-Si TFT遷移率高出I?2個(gè)數(shù)量級(jí)，但是還是顯著地小于單晶硅器件。同時(shí)，氧化物TFT的穩(wěn)定性雖然比a-Si TFT明顯地改善，但是還是比單晶硅器件差。因此，在氧化物TFT電路的設(shè)計(jì)中，必須兼顧電路速度和穩(wěn)定性等指標(biāo)要求，創(chuàng)造新的電路結(jié)構(gòu)以發(fā)揮氧化物TFT的特點(diǎn)。
[0005]柵極驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路與TFT有源陣列連接最近，而數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的集成化設(shè)計(jì)也是SOP的實(shí)現(xiàn)中較重要和困難的部分。數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路至少包括有三個(gè)部分:移位寄存器(Shift Register, SR)、鎖存器(Latch)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital Analog Converter,DAC)。其中，DAC電路作為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，直接影響到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的分辨率和線性度。而DAC電路中，一般要求一個(gè)高放大倍數(shù)、穩(wěn)定、低功耗的輸出緩沖放大器。如果輸出緩沖放大器的倍數(shù)不夠高，則DAC電路的速度以及轉(zhuǎn)換精度被降低，于是造成數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路不能將TFT像素精確地驅(qū)動(dòng)到應(yīng)該達(dá)到的灰度級(jí)別。因此，為了實(shí)現(xiàn)TFT集成的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，亟需設(shè)計(jì)一種基于氧化物TFT的高放大倍數(shù)、穩(wěn)定、低功耗的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N輸出緩沖放大器，包括用于將輸入的差分電壓對(duì)轉(zhuǎn)換為差分電流對(duì)的輸入級(jí)部分、用于為電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置級(jí)部分和用于將差分電流對(duì)轉(zhuǎn)換為單向電流輸出并產(chǎn)生電壓放大信號(hào)的運(yùn)算放大級(jí)部分；所述運(yùn)算放大級(jí)部分包括第二偏置電流源和第三偏置電流源，所述第二偏置電流源和所述第三偏置電流源分別采用耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)；所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口與所述輸入級(jí)部分耦合，并與所述第三偏置電流源的電流輸出端子并聯(lián)形成恒定電流源；所述偏置級(jí)部分的輸入端口與所述輸入級(jí)部分耦合，所述偏置級(jí)部分的輸出端口與第二電壓源耦合。
[0007]進(jìn)一步地，所述第二偏置電流源包括第七晶體管，所述第七晶體管的控制極與其第一極短接構(gòu)成所述第二偏置電流源的電流輸出端子，所述第七晶體管的第二極與第一電壓源耦合；所述第三偏置電流源包括第八晶體管，所述第八晶體管的控制極與其第一極短接構(gòu)成所述第三偏置電流源的電流輸出端子，所述第八晶體管的第二極與所述第一電壓源耦合。
[0008]進(jìn)一步地，所述運(yùn)算放大級(jí)部分還包括第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管；所述第三晶體管的控制極與所述第四晶體管的控制極連接，并耦合到第二偏置電壓源耦合，所述第三晶體管的第一極與所述第二偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第五晶體管的第一極耦合；所述第四晶體管的第一極與所述第三偏置電流源的電流輸出端子連接，并耦合到所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口，第二極與所述第六晶體管的第一極耦合；所述第五晶體管的控制極與其第一極短接，并耦合到所述第六晶體管的控制極，所述第五晶體管的第二極與第二電壓源耦合；所述第六晶體管的第二極與所述第二電壓源耦合。
[0009]進(jìn)一步地，所述輸入級(jí)部分包括:第一輸入端子、第二輸入端子、第一晶體管和第二晶體管，所述偏置級(jí)部分包括第一偏置電流源，所述第一晶體管的控制極與所述第一輸入端子耦合，第一極與所述第二偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第一偏置電流源的電流輸入端子耦合；所述第二晶體管的控制極與所述第二輸入端子耦合，第一極與所述第三偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第一偏置電流源的電流輸入端子耦合；所述第一偏置電流源的電流輸出端子與所述第二電壓源耦合。
[0010]進(jìn)一步地，所述輸出緩沖放大器還包括用于將所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出進(jìn)行放大以輸出的輸出放大級(jí)部分，所述輸出放大級(jí)部分包括第九晶體管、第十晶體管、第十一晶體管和第十二晶體管；所述第九晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第一極與所述第十晶體管的第二極耦合，第二極與所述第二電壓源耦合；所述第十晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接，第一極與所述第一電壓源耦合；所述第十一晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述第九晶體管的第一極耦合，第一極與所述輸出放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第二極與所述第二電壓源耦合；所述第十二晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接并耦合到所述輸出放大級(jí)部分的輸出端口，第一極與所述第一電壓源f禹合。
[0011]進(jìn)一步地，所述輸出放大級(jí)部分還包括反饋電容，所述反饋電容的第一電極與所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第二電極與所述第九晶體管的第一極耦合。[0012]進(jìn)一步地，所述偏置級(jí)部分包括第十四晶體管、第十五晶體管和第十六晶體管；所述第一偏置電流源包括第十三晶體管；所述第十三晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，控制極耦合到所述第十四晶體管的控制極，第一極與所述第二電壓源耦合，第二極與所述第一晶體管的第一極耦合，或者所述第十三晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，控制極與其第一極短接，并耦合到所述第二電壓源，第二極與所述第一晶體管的第一極耦合；所述第十四晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接，并耦合到所述輸入級(jí)部分，第一極與所述第二電壓源耦合；所述第二偏置電壓源由所述第十五晶體管提供，所述第十五晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述第三晶體管的控制極耦合，第一極與所述第十六晶體管的第二極耦合，第二極與所述第十四晶體管的第二極耦合；所述第十六晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與第二極短接，第一極與所述第一電壓源耦合。
[0013]根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路，包括用于產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生單元、用于根據(jù)所述基準(zhǔn)電壓將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的解碼單元和用于將所述模擬信號(hào)放大輸出的如上所述的輸出緩沖放大器。
[0014]根據(jù)本申請(qǐng)的第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，包括移位寄存器和鎖存器，所述移位寄存器用于產(chǎn)生移位寄存信號(hào)，所述鎖存器用于在移位寄存信號(hào)的控制下，接收串行輸入的數(shù)字信號(hào)，將所述串行輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)字信號(hào)，并在鎖存使能信號(hào)的控制下，同步輸出所述并行數(shù)字信號(hào)；以及如上所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路。
[0015]根據(jù)本申請(qǐng)的第四方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N顯示裝置，包括:面板，所述面板包括由多個(gè)像素構(gòu)成的二維像素矩陣，以及與每個(gè)像素相連的第一方向的多條數(shù)據(jù)線和第二方向的多條柵極掃描線；柵極驅(qū)動(dòng)電路，用于給所述柵極掃描線提供掃描信號(hào)；以及如上所述的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，用于給所述數(shù)據(jù)線提供圖像信號(hào)。
[0016]本申請(qǐng)的有益效果是:通過(guò)基于氧化物的耗盡模式N型TFT來(lái)實(shí)現(xiàn)偏置電流源，工藝簡(jiǎn)單，不需要大幅度地修改氧化物TFT工藝，實(shí)現(xiàn)難度較低，使具有較小版圖面積和較高良率成為可能，而且，輸出端與耗盡型氧化物TFT形成恒定電流源并聯(lián)，因此使得輸出緩沖放大器具有較大的小信號(hào)等效電阻，從而可實(shí)現(xiàn)具有放大倍數(shù)較高的放大器。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為一種TFT集成的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的示意圖；
[0018]圖2為數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路中采用的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的示意圖；
[0019]圖3為本申請(qǐng)一種實(shí)施例的一種單級(jí)的輸出緩沖放大器的電路示意圖；
[0020]圖4和圖5分別為圖3所示輸出緩沖放大器電路的輸入和輸出的SPICE模擬示意圖；
[0021]圖6為耗盡型氧化物和增強(qiáng)型氧化物TFT的轉(zhuǎn)移特性示意圖；
[0022]圖7為耗盡型氧化物TFT的輸出特性示意圖；
[0023]圖8為增強(qiáng)型氧化物TFT的輸出特性示意圖；
[0024]圖9為基于增強(qiáng)型、耗盡型氧化物TFT的單級(jí)輸出緩沖放大器的電路示意圖；
[0025]圖10為基于增強(qiáng)型、耗盡型氧化物TFT的多級(jí)輸出緩沖放大器的電路示意圖；
[0026]圖11為圖10所示多級(jí)輸出緩沖放大器中輸入級(jí)部分的另一種偏置方式的示意圖；
[0027]圖12為圖10所示多級(jí)輸出緩沖放大器的放大倍數(shù)變化曲線示意圖；
[0028]圖13為圖10所示多級(jí)輸出緩沖放大器的相位變化曲線示意圖；
[0029]圖14為引入補(bǔ)償電容的多級(jí)輸出緩沖放大器的電路示意圖；
[0030]圖15為圖14所示多級(jí)輸出緩沖放大器的放大倍數(shù)變化曲線示意圖；
[0031]圖16為圖14所示多級(jí)輸出緩沖放大器的相位變化曲線示意圖；
[0032]圖17為帶有偏置級(jí)部分的基于增強(qiáng)型、耗盡型氧化物TFT的多級(jí)輸出緩沖放大器的電路不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]圖1是一種TFT集成的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的框圖，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的作用是要將串行輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行的模擬信號(hào)，其中模擬信號(hào)可能是電壓或者電流信號(hào)，并且輸出到各個(gè)TFT的像素單元，從而讓各個(gè)TFT的像素單元實(shí)現(xiàn)一定的灰度，整個(gè)TFT面板形成一幅具有灰度信息的圖像。與常規(guī)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路不同，這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的特點(diǎn)是由TFT構(gòu)成，且集成于有源TFT面板的周邊，與有源顯示陣列同時(shí)制成。
[0034]如圖1所示，數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路至少包括三個(gè)部分:移位寄存器SR1、SR2、SR3，鎖存器L1、L2、L3，以及數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC1、DAC2、DAC3。其中，移位寄存器在時(shí)鐘信號(hào)CKs和輸入脈沖信號(hào)STV的控制下，順次地產(chǎn)生采樣脈沖信號(hào)；鎖存器在采樣脈沖信號(hào)的控制下，分時(shí)采樣所輸入的數(shù)字信號(hào)DATA-1N，并且在鎖存器同步信號(hào)LE的作用下并行地輸出，以6bit的DAC為例，每一組鎖存器輸出六列數(shù)字信號(hào)Vbi?VB6、VK1?Vk6和Vei?Ve6 ;數(shù)模轉(zhuǎn)換器是在轉(zhuǎn)換控制信號(hào)Vctrs的作用下，將并行輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)輸出到面板中的像素。
[0035]如圖2所示，DAC電路一般包括:基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生單元、解碼單元、以及輸出緩沖放大器單元。其中基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生可以由電阻鏈(resistor string,由多個(gè)電阻一個(gè)接一個(gè)地連接而成)分壓實(shí)現(xiàn)?？紤]到圖像的gamma校正，電阻鏈上的電阻并非均勻設(shè)置，而是具有不同的權(quán)重因子。解碼單元用于將圖像的數(shù)字電壓轉(zhuǎn)換為模擬電壓，其可以通過(guò)電壓選擇器，或者通過(guò)一組具有一定比例關(guān)系的電容，通過(guò)電容上的電荷再分配來(lái)實(shí)現(xiàn)模擬電壓的產(chǎn)生?？傊獯a單元等效于一系列的開(kāi)關(guān)陣列。
[0036]輸出緩沖放大器單元一般具有正相輸入端子Vinl和負(fù)相輸入端子Vin2、以及一個(gè)輸出端子Vwt，而且該輸出端子被短接到負(fù)相輸入端子，而正相輸入端子一般耦合到前一級(jí)解碼單元的輸出。當(dāng)正相輸入端子的電壓高于輸出端子的電壓時(shí)，輸出緩沖放大器單元將輸出充電電流，將輸出端子的電壓向高電位的方向上拉，直到輸出端子上電位上升到輸入信號(hào)的電位值，從而輸出緩沖放大器單元的正相、負(fù)相輸入端子的電壓差最終減小到O ;當(dāng)正相輸入端子的電壓低于輸出端子的電壓時(shí)，輸出緩沖放大器單兀將輸出下拉電流，將輸出端子的電壓往低電平的方向下拉，直到輸出端子上的電位下降到輸入電位值，從而輸出緩沖放大器單元的輸入端子的電壓差最終增加到O。總之，輸出緩沖放大器單元的作用是將輸出電位改變到與正相輸入端子上相等的電位值。
[0037]輸出緩沖放大器單元對(duì)于DAC電路的性能非常重要，這是由于，即使解碼單元正確地對(duì)將輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模擬信號(hào)，如果輸出緩沖放大器單元的高放大倍數(shù)不夠高、輸出電壓的值不夠穩(wěn)定，則DAC電路的輸出仍然不精確或者穩(wěn)定性不夠。此外，輸出緩沖放大器單元的功耗應(yīng)該較低以利于降低數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路的總功耗。而且，輸出緩沖放大器單元的結(jié)構(gòu)應(yīng)該較簡(jiǎn)單，構(gòu)成的器件數(shù)量較少，從而有利于減小數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路占用的面積，提高其制作的良率。
[0038]對(duì)于基于CM0S(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)技術(shù)的電路設(shè)計(jì)而言，一般可以確保輸出緩沖放大器單元具有較高的放大倍數(shù):
[0039](I)單晶娃的遷移率較高，無(wú)論米用 NMOS (Negative channe1-Metal-Oxide-Semiconductor, N 型金屬氧化物半導(dǎo)體)或者 PMOS (Positive channe 1-Metal-Oxi de-Semi conductor, P型金屬氧化物半導(dǎo)體),放大器的輸入管都能夠做到較大的輸入跨導(dǎo)gm。
[0040](2)當(dāng)采用NMOS的輸入管時(shí)，可以采用PMOS作為恒流源型的負(fù)載；當(dāng)采用PMOS的輸入管時(shí)，可以采用NMOS作為恒流源型的負(fù)載。而恒流源型的負(fù)載能夠保證較大的輸出電阻。總之，CMOS的這種輸入和負(fù)載的組合，能夠使得輸出緩沖放大器的輸出電阻較大。
[0041](3)由于放大器的倍數(shù)正比于輸入跨導(dǎo)與輸出電阻的乘積，故由于(I)和(2)的原因，單級(jí)CMOS放大器的放大倍數(shù)較高。
[0042](4)CM0S的級(jí)聯(lián)以及偏置電壓的設(shè)置較為容易，于是可以通過(guò)多級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)，提高整體的輸出放大器的放大倍數(shù)。
[0043]然而以上這些有利條件在氧化物TFT的情況下并不存在。除了存在本申請(qǐng)【背景技術(shù)】中描述的困難外，基于氧化物TFT的輸出緩沖放大器單元還可能存在以下的困難:
[0044](I)受制于版圖面積和工作電壓，輸入管的跨導(dǎo)gm不容易做到足夠大。
[0045](2)對(duì)于NMOS電路，較難構(gòu)造結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出電阻較大的電流型負(fù)載，故采用了“二級(jí)管連接”的TFT作為負(fù)載器件。所謂“二級(jí)管連接”是指負(fù)載TFT的柵極和漏極(或源極)短接在一起，從而負(fù)載TFT可以等效為一個(gè)小信號(hào)電阻。由于負(fù)載TFT總是工作于飽和區(qū)，其跨導(dǎo)值與驅(qū)動(dòng)管的跨導(dǎo)值一般是相同的量級(jí)。因此，對(duì)于NMOS放大器而言，輸出電阻一般較小。
[0046](3) NMOS電路的級(jí)聯(lián)和偏置較復(fù)雜，例如單端輸入轉(zhuǎn)單端輸出的電路結(jié)構(gòu)一般都比較復(fù)雜，難于找到簡(jiǎn)單有效的級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0047]為此，本申請(qǐng)?zhí)岢鲆环N基于氧化物TFT的高放大倍數(shù)、穩(wěn)定且低功耗的輸出緩沖放大器單元，以及采用該輸出緩沖放大器單元的數(shù)模轉(zhuǎn)換器和采用該數(shù)模轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路。下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如下各個(gè)實(shí)施例中，晶體管包括控制極、第一極和第二極，其中控制極對(duì)應(yīng)為T(mén)FT的柵極，第一極和第二極是可以互易的，即，第一極可以是源極也可以是漏極，對(duì)應(yīng)地，第二極可以是漏極也可以是源極。此外，在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFT也是一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中，耗盡及增強(qiáng)模式是兩種主要的晶體管類型，其分別對(duì)應(yīng)于在柵源電壓為O時(shí)，晶體管是開(kāi)啟或者截止?fàn)顟B(tài)，換言之，對(duì)電子導(dǎo)電類型(即N型)而言，閾值電壓為正的為增強(qiáng)模式N型晶體管，閾值電壓為負(fù)的為耗盡模式N型晶體管。
[0048]實(shí)施例1:
[0049]圖3示例性地描述了一種單級(jí)的輸出緩沖放大器，其包括輸入級(jí)部分、偏置級(jí)部分和運(yùn)算放大級(jí)部分。輸入級(jí)部分是將差分的輸入電壓對(duì)轉(zhuǎn)化為差分的電流對(duì)，運(yùn)算放大級(jí)部分是通過(guò)電流鏡將差分電流對(duì)轉(zhuǎn)化為單向電流輸出，并且在負(fù)載電阻端上產(chǎn)生電壓放大信號(hào)。輸入級(jí)部分包括第一晶體管Tl和第二晶體管T2;偏置級(jí)部分包括第一偏置電流源
Il;運(yùn)算放大級(jí)部分包括第三晶體管T3、第四晶體管T4、第五晶體管T5、第六晶體管T6、第二偏置電流源12和第三偏置電流源13。第一晶體管Tl的控制極耦合到第一輸入端Vinl，第一極耦合到第一節(jié)點(diǎn)31，第二極耦合到第一節(jié)點(diǎn)32。第二晶體管T2的控制極耦合到第二輸入端Vin2，第一極耦合到第一節(jié)點(diǎn)31，第二極耦合到第三節(jié)點(diǎn)33。第一偏置電流源Il的一端耦合到第一節(jié)點(diǎn)31，另一端耦合到第二電壓源即低電平電源'。第三晶體管T3的控制極耦合到第二偏置電壓源Vb2，第一極耦合到第四節(jié)點(diǎn)34，第二極耦合到第二節(jié)點(diǎn)32。第四晶體管T4的控制極耦合到第二偏置電壓源Vb2，第一極耦合到第五節(jié)點(diǎn)35，第二極耦合到第三節(jié)點(diǎn)33。第五晶體管T5的控制極與第二極短接，而且耦合到第四節(jié)點(diǎn)34，第一極則耦合到低電平電源第六晶體管T6的控制極耦合到第四節(jié)點(diǎn)34，第二極耦合到第五節(jié)點(diǎn)35，第一極耦合到低電平電源\。第二偏置電流源12的電流輸入端耦合到第一電壓源即高電平電壓源VDD，電流輸出端耦合到第二節(jié)點(diǎn)32。第三偏置電流源13的電流輸入端耦合到高電平電壓源VDD，電流輸出端耦合到第三節(jié)點(diǎn)33。偏置電流源和偏置電壓源為整個(gè)電路提供了靜態(tài)工作點(diǎn)，使得電路中各個(gè)器件處于正確的直流工作狀態(tài)，從而可對(duì)輸入的小信號(hào)實(shí)現(xiàn)放大的功能。
[0050]根據(jù)基本電路原理可知:
[0051]I1=Iti+It2 ⑴
[0052]Ι2=Ιπ+Ιτ3 (2)
[0053]I
3 _Ιτ2 + Ιτ4+Ι〇υτ (3)
[0054]由于I1和I2是恒定電流值，所以，I1的差分等于0，于是等式(I)的左右兩邊差分的結(jié)果是Iti和It2的差分值之和等于0，于是根據(jù)等式(I)的差分結(jié)果可以得到等式(4)，同理對(duì)等式(2)求差分得到等式(5):
[0055]Δ I12=-A In (4)
[0056]Δ I13=-A In (5)
[0057]由于第五晶體管Τ5和第六晶體管Τ6連接成電流鏡的形式，而且第三晶體管Τ3和第四晶體管Τ4呈共柵連接形式，故第三晶體管Τ3和第五晶體管Τ5的電流變化能夠等量地鏡像到第四晶體管Τ4和第六晶體管Τ6上，即
[0058]Δ It4=A I13 (6)
[0059]然后對(duì)等式(3)求差分，并利用式(4)~(6)可以得到:
[0060]Δ Ιουτ=2 Δ Ιτ1=-2 Δ I12 (7)
[0061]從等式(7)可以知道:
[0062](I)輸出電流值Iqut等于輸入電流In和It2之差，即IQUT=IT1_IT2。
[0063](2)當(dāng)In增加時(shí)或者It2減小時(shí)，輸出電流I.增加，輸出端口電位被上拉；當(dāng)In減小或者It2增加時(shí)，輸出電流1tt減少，輸出端口電位被下拉。
[0064]圖4和圖5不例性地描述了當(dāng)輸入為正弦信號(hào)(見(jiàn)圖4)時(shí)，圖3所不輸出緩沖放大器電路的輸出的 SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis,以集成電路為重點(diǎn)的仿真程序)模擬結(jié)果(見(jiàn)圖5)。如圖4所示，Vinl和Vin2的周期均為20 μ s，變化范圍是7.45~7.55，即正弦輸入信號(hào)頻率為50ΚΗζ、幅值為0.1V，此時(shí)圖5所示的對(duì)應(yīng)的Vout的變化范圍是6.6~8.3，即放大器電路的輸出幅值約為1.7V。所以，這種放大器電路的輸出放大倍數(shù)達(dá)到17倍。
[0065]圖3所示只是基于氧化物TFT的輸出緩沖放大器電路實(shí)現(xiàn)的框圖?，F(xiàn)行的氧化物TFT只有N型器件而缺少實(shí)用的P型器件，這增加了采用氧化物TFT來(lái)實(shí)現(xiàn)圖3中所示意的三個(gè)電流源(第一電流源I1、第二電流源12和第三電流源13)的難度。已有研究發(fā)現(xiàn)，氧化物TFT的閾值電壓具有較大范圍的可調(diào)節(jié)性。通過(guò)對(duì)有源層的等離子處理，或者調(diào)整有源層的厚度，使用雙柵氧化物TFT等方式，在同一塊TFT面板上，不僅能夠制作出正閾值電壓的氧化物TFT，即增強(qiáng)型TFT，而且可以制作出負(fù)閾值電壓的氧化物TFT，即耗盡型TFT。通過(guò)這兩種閾值電壓TFT器件的配合，也有可能構(gòu)造實(shí)現(xiàn)圖3所示的這種輸出緩沖放大器電路。值得一提的是，這種構(gòu)造方式仍然是基于N型TFT，而沒(méi)有引入P型TFT。
[0066]圖6、圖7和圖8示例性地描述了耗盡型和增強(qiáng)型氧化物TFT的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性。圖6比較了耗盡型氧化物TFT (D-TFT)和增強(qiáng)型氧化物TFT (E-TFT)的轉(zhuǎn)移特性，這兩種器件的溝道長(zhǎng)度都為4 μ m,溝道寬度都為4 μ m。其中，耗盡型氧化物TFT的閾值電壓約為-3V，增強(qiáng)型氧化物TFT的閾值電壓約為2V。圖7是耗盡型氧化物TFT輸出特性，其溝道長(zhǎng)度和寬度均為4 μ m。在掃描輸出特性時(shí)，在一定的柵極-源極電壓偏置情況下，漏極-源極的電壓從OV增加到30V，而柵極-源極電壓從-4V增加到2V。對(duì)于耗盡型氧化物TFT而言，即使其柵極-源極電壓設(shè)置為0V，即柵極-源極短接，晶體管仍然處于開(kāi)啟狀態(tài)。而且當(dāng)漏極-源極電壓大于6V之后，柵極-源極短接的耗盡型氧化物TFT的輸出特性曲線較為平滑，這意味著其具有較大的小信號(hào)輸出電阻。如圖8所示，對(duì)于增強(qiáng)型氧化物TFT而言，當(dāng)柵極-源極電壓大于3V之后，晶體管進(jìn)入開(kāi)啟狀態(tài)。以柵極-源極電壓等于5V為例，當(dāng)漏極-源極電壓大于6V之后，增強(qiáng)型氧化物TFT的輸出特性曲線較為平滑，這意味著其具有較大的小信號(hào)輸出電阻。總而言之，圖6-圖8說(shuō)明可以合理地偏置增強(qiáng)或者耗盡型的氧化物TFT，從而使得其具有較大的小信號(hào)輸出電阻。
[0067]圖9示例性地描述了一種基于增強(qiáng)型、耗盡型氧化物TFT的單級(jí)輸出緩沖放大器電路。在這種單級(jí)放大器電路中，采用控制極-第一極短接的耗盡型氧化物TFT作為恒流源，實(shí)現(xiàn)了圖3的示意圖里的第二偏置電流源12和第三偏置電流源13，即第二偏置電流源12為耗盡型氧化物晶體管T7，第三偏置電流源13為耗盡型氧化物晶體管T8，而第一偏置電流源Il的實(shí)現(xiàn)方式可以采用增強(qiáng)型TFT也可以用耗盡型TFT實(shí)現(xiàn)。其中，第七晶體管T7和第八晶體管T8的閾值電壓均為負(fù)值，而且第七晶體管T7的控制極短接到第一極，而且耦合到第一晶體管Tl的第二極和第三晶體管T3的第二極，第七晶體管T7的第二極耦合到高電平電壓源VDD。第八晶體管T8的控制極短接到第一極，而且耦合到第二晶體管T2的第二極和第四晶體管T4的第二極，第八晶體管T8的第二極耦合到高電平電壓源VDD。
[0068]如圖6-圖8所示，對(duì)于耗盡型氧化物TFT而言，當(dāng)控制極-第一極短接，第二極接高電平時(shí)，其將工作于飽和工作區(qū)域，輸出一恒定的電流。因此，可以將這種控制極-第一極短接的耗盡型氧化物TFT等效為恒流源。恒流源的特點(diǎn)是，輸出恒定電流，其輸出電流的大小幾乎不隨輸出電壓的改變而變化，因此其小信號(hào)等效電阻近似為無(wú)窮大。于是，輸入TFT產(chǎn)生的小信號(hào)電流將在較大的小信號(hào)輸出電阻上產(chǎn)生較大的小信號(hào)電壓。等效地說(shuō)，SP產(chǎn)生較大的電壓增益。
[0069]從等式(7)可以推導(dǎo)得到，小信號(hào)增益可以表示為:[0070]
【權(quán)利要求】
1.一種輸出緩沖放大器，其特征在于，包括:用于將輸入的差分電壓對(duì)轉(zhuǎn)換為差分電流對(duì)的輸入級(jí)部分、用于為電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)的偏置級(jí)部分和用于將差分電流對(duì)轉(zhuǎn)換為單向電流輸出并產(chǎn)生電壓放大信號(hào)的運(yùn)算放大級(jí)部分；所述運(yùn)算放大級(jí)部分包括第二偏置電流源和第三偏置電流源，所述第二偏置電流源和所述第三偏置電流源分別采用耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)現(xiàn)；所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口與所述輸入級(jí)部分耦合，并與所述第三偏置電流源的電流輸出端子并聯(lián)形成恒定電流源；所述偏置級(jí)部分的輸入端口與所述輸入級(jí)部分耦合，所述偏置級(jí)部分的輸出端口與第二電壓源耦合。
2.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖放大器，其特征在于， 所述第二偏置電流源包括第七晶體管，所述第七晶體管的控制極與其第一極短接構(gòu)成所述第二偏置電流源的電流輸出端子，所述第七晶體管的第二極與第一電壓源耦合； 所述第三偏置電流源包括第八晶體管，所述第八晶體管的控制極與其第一極短接構(gòu)成所述第三偏置電流源的電流輸出端子，所述第八晶體管的第二極與所述第一電壓源耦合。
3.如權(quán)利要求2所述的輸出緩沖放大器，其特征在于，所述運(yùn)算放大級(jí)部分還包括第三晶體管、第四晶體管、第五晶體管和第六晶體管； 所述第三晶體管的控制極與所述第四晶體管的控制極連接，并耦合到第二偏置電壓源耦合，所述第三晶體管的第一極與所述第二偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第五晶體管的第一極耦合； 所述第四晶體管的第一極與所述第三偏置電流源的電流輸出端子連接，并耦合到所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口，第二極與所述第六晶體管的第一極耦合； 所述第五晶體管的控制極與其第一極短接，并耦合到所述第六晶體管的控制極，所述第五晶體管的第二極與第二電壓源耦合； 所述第六晶體管的第二極與所述第二電壓源耦合。
4.如權(quán)利要求3所述的輸出緩沖放大器，其特征在于，所述輸入級(jí)部分包括第一輸入端子、第二輸入端子、第一晶體管和第二晶體管，所述偏置級(jí)部分包括第一偏置電流源， 所述第一晶體管的控制極與所述第一輸入端子耦合，第一極與所述第二偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第一偏置電流源的電流輸入端子耦合； 所述第二晶體管的控制極與所述第二輸入端子耦合，第一極與所述第三偏置電流源的電流輸出端子耦合，第二極與所述第一偏置電流源的電流輸入端子耦合； 所述第一偏置電流源的電流輸出端子與所述第二電壓源耦合。
5.如權(quán)利要求4所述的輸出緩沖放大器，其特征在于，還包括用于將所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出進(jìn)行放大以輸出的輸出放大級(jí)部分，所述輸出放大級(jí)部分包括第九晶體管、第十晶體管、第十一晶體管和第十二晶體管； 所述第九晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第一極與所述第十晶體管的第二極耦合，第二極與所述第二電壓源耦合； 所述第十晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接，第一極與所述第一電壓源耦合； 所述第十一晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述第九晶體管的第一極耦合，第一極與所述輸出放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第二極與所述第二電壓源耦合； 所述第十二晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接并耦合到所述輸出放大級(jí)部分的輸出端口，第一極與所述第一電壓源耦合。
6.如權(quán)利要求5所述的輸出緩沖放大器，其特征在于，所述輸出放大級(jí)部分還包括反饋電容，所述反饋電容的第一電極與所述運(yùn)算放大級(jí)部分的輸出端口耦合，第二電極與所述第九晶體管的第一極耦合。
7.如權(quán)利要求6所述的輸出緩沖放大器，其特征在于，所述偏置級(jí)部分還包括第十四晶體管、第十五晶體管和第十六晶體管； 所述第一偏置電流源包括第十三晶體管；所述第十三晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，控制極耦合到所述第十四晶體管的控制極，第一極與所述第二電壓源耦合，第二極與所述第一晶體管的第一極耦合，或者所述第十三晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，控制極與其第一極短接，并耦合到所述第二電壓源，第二極與所述第一晶體管的第一極耦合； 所述第十四晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與其第二極短接，并耦合到所述輸入級(jí)部分，第一極與所述第二電壓源耦合； 所述第二偏置電壓源由所述第十五晶體管提供，所述第十五晶體管為增強(qiáng)模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與所述第三晶體管的控制極耦合，第一極與所述第十六晶體管的第二極耦合，第二極與所述第十四晶體管的第二極耦合； 所述第十六晶體管為耗盡模式N型氧化物薄膜場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其控制極與第二極短接，第一極與所述第一電壓源耦合。
8.一種數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路，其特征在于，包括用于產(chǎn)生多個(gè)基準(zhǔn)電壓的基準(zhǔn)電壓產(chǎn)生單元、用于根據(jù)所述基準(zhǔn)電壓將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的解碼單元和用于將所述模擬信號(hào)放大輸出的如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的輸出緩沖放大器。
9.一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，包括移位寄存器和鎖存器，所述移位寄存器用于產(chǎn)生移位寄存信號(hào)，所述鎖存器用于在移位寄存信號(hào)的控制下，接收串行輸入的數(shù)字信號(hào)，將所述串行輸入的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)字信號(hào)，并在鎖存使能信號(hào)的控制下，同步輸出所述并行數(shù)字信號(hào)；其特征在于，還包括:如權(quán)利要求8所述的數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路。
10.一種顯示裝置，其特征在于，包括: 面板，所述面板包括由多個(gè)像素構(gòu)成的二維像素矩陣，以及與每個(gè)像素相連的第一方向的多條數(shù)據(jù)線和第二方向的多條柵極掃描線； 柵極驅(qū)動(dòng)電路，用于給所述柵極掃描線提供掃描信號(hào)； 以及如權(quán)利要求9所述的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)電路，用于給所述數(shù)據(jù)線提供圖像信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G09G3/20GK103474015SQ201310364285
【公開(kāi)日】2013年12月25日 申請(qǐng)日期:2013年8月20日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月20日
【發(fā)明者】張盛東, 廖聰維, 胡治晉 申請(qǐng)人:北京大學(xué)深圳研究生院