專利名稱：降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功耗的方法及其低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及PDP驅(qū)動(dòng)芯片用的高壓驅(qū)動(dòng)電路，尤其是一種降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功 耗的方法及其低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路，適用于等離子平板顯示器驅(qū)動(dòng)芯片。
背景技術(shù)：
彩色PDP是電容性顯示器件，它的工作波形主要是脈沖電壓信號。雖然PDP顯示屏的寄生 電容并不消耗能量，但是它們的充電與放電將導(dǎo)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(tǒng)的功耗會大幅增加，并且會帶來系統(tǒng)的EMI問題和穩(wěn)定性降低。
為了減少能量損耗，能量恢復(fù)技術(shù)已被所有的彩色PDP電路所采用。最初，能量恢復(fù) 技術(shù)只是應(yīng)用于維持驅(qū)動(dòng)電路，但隨著維持驅(qū)動(dòng)功耗的下降以及尋址速度的不斷提高，尋 址驅(qū)動(dòng)電路的功耗已經(jīng)比較顯著了，因此，近年來尋址驅(qū)動(dòng)芯片也逐漸開始采用能量恢 復(fù)技術(shù)。
芯片功耗主要包括邏輯部分功耗和高壓驅(qū)動(dòng)功耗部分。 一般要求邏輯部分功耗小于 20mW，高壓部分功耗小于200mW。隨著芯片輸出路數(shù)的增加以及頻率的提高，功耗也顯著 增加，已經(jīng)遠(yuǎn)大于200mW。由于PDP長期工作在高壓狀態(tài)，功耗過大會導(dǎo)致電路過熱，引 起系統(tǒng)不穩(wěn)定。能量恢復(fù)技術(shù)在彩色PDP的低功耗驅(qū)動(dòng)方面已占據(jù)了非常重要的地位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功耗的方法及其低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電 路，采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn) 一種降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功耗的方法，其特征是 該方法基于電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉(zhuǎn)低所釋放的電荷的轉(zhuǎn) 移充電至高電位。同樣，當(dāng)屏電容轉(zhuǎn)換為低電位時(shí)，它的電荷將轉(zhuǎn)移到其他轉(zhuǎn)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(jù)上述方法設(shè)計(jì)的的一種低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路，包括設(shè)有電平轉(zhuǎn)換級、輸出緩沖級、 輸出驅(qū)動(dòng)級構(gòu)成的現(xiàn)有高壓驅(qū)動(dòng)電路，其特征是設(shè)置一能量恢復(fù)電路模塊，該模塊包括電平 轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元構(gòu)成的輸出緩沖級，電平轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元中的第一級輸出緩沖 單元及第二級輸出緩沖單元分別與前述現(xiàn)有技術(shù)電平轉(zhuǎn)換級、輸出緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級的 電路及連接關(guān)系相同第二級輸出緩沖單元的高壓PMOS管柵極輸入端作為第二級輸出緩 沖單元的輸入端與第一級輸出緩沖單元的輸出端相連，第二級輸出緩沖單元的高壓陋OS
管柵極輸入端作為第二級輸出緩沖單元的輸入端且該輸入端接低壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，第 二級輸出緩沖單元的高壓PMOS管的源極接電源VCC，第二級輸出緩沖單元的高壓麗OS管 的漏與高壓PMOS管的漏連接形成接點(diǎn)，作為第二輸出緩沖單元的輸出級并作為輸出緩沖 級的輸出端；輸出緩沖級后級連一高壓開關(guān)管級，高壓開關(guān)管級的輸出接高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸 出端。
高壓開關(guān)管級包括一個(gè)雙溝道PMOS高壓開關(guān)管及一個(gè)串聯(lián)的雙溝道虛擬PMOS高壓開關(guān) 管，高壓PMOS開關(guān)管的襯底和源極相連在一起，并接到公共端EC，高壓PMOS管的漏極
接輸出驅(qū)動(dòng)級的輸出端，高壓PM0S管的柵極輸入端接第一級輸出緩沖單元的輸出端(或 輸出緩沖級的輸出端)，虛擬高壓PM0S開關(guān)管的源極和漏極相連在一起并與高壓PM0S開 關(guān)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沖級的輸出端(或第一 級輸出緩沖單元的輸出端)相連。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及有益效果
(1) 本發(fā)明方法基于電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉(zhuǎn)低所釋 放的電荷的轉(zhuǎn)移充電至高電位。同樣，當(dāng)屏電容轉(zhuǎn)換為低電位時(shí)，它的電荷將轉(zhuǎn)移到其他 轉(zhuǎn)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(fù)電路嵌入到芯片中，可以明顯降 低驅(qū)動(dòng)芯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(fù)模塊結(jié)構(gòu)簡單，成本低，以較少的面積獲得相同的能量恢復(fù)的性 能，具有相當(dāng)不錯(cuò)的能量恢復(fù)效率，提高了芯片工作的穩(wěn)定性。
(4) 驅(qū)動(dòng)高壓開關(guān)管的前一級采用了緩沖級，極大降低了電平轉(zhuǎn)換級高壓管的尺寸要 求，這樣也降低了電平轉(zhuǎn)換級同時(shí)導(dǎo)通電流的大小，進(jìn)一步降低了功耗。
(5) 本電路的高壓開關(guān)管采用的是雙溝道高壓器件。與普通的高壓器件相比，它具有 雙向?qū)ㄗ饔茫刂浦恳宦纺芰炕謴?fù)模塊輸出與EC公共端的通路。也就是說，當(dāng)本路 輸出由低變高時(shí)，其它由高變低的輸出端的一部分電荷通過開關(guān)管轉(zhuǎn)移到本路；當(dāng)本路輸 出由高變低時(shí)，電荷通過開關(guān)管轉(zhuǎn)移到其它由低變高的輸出端。這樣，電荷的共享轉(zhuǎn)移就 節(jié)省了不少原本應(yīng)由電源電壓提供的能量，降低了電源的功耗。
(6) 本電路采用了虛擬開關(guān)管。在尺寸最大的高壓開關(guān)管串聯(lián)一個(gè)虛擬開關(guān)管，它被 用來提供與前一級開關(guān)管反相的時(shí)鐘饋入。在單片集成電路開關(guān)中，時(shí)鐘饋通效應(yīng)是最嚴(yán) 重的限制之一。這是一個(gè)雖不希望但卻不可避免的影響。采用虛擬開關(guān)管，可以有效地降 低開關(guān)管帶來的時(shí)鐘饋通效應(yīng)。而開關(guān)管的面積將被設(shè)計(jì)成提供最小的時(shí)鐘饋通。在高壓 電路中，時(shí)鐘饋通電流的降低將減少一部分功耗。


圖1是本發(fā)明的高壓驅(qū)動(dòng)電路的原理圖； 圖2是本發(fā)明的能量恢復(fù)模塊的電路原理圖； 圖3是本發(fā)明的開關(guān)晶體管和虛擬開關(guān)晶體管的電路原理圖； 圖4是本發(fā)明的高壓驅(qū)動(dòng)電路的輸出電壓及輸出電流的波形示意圖； 圖5是本發(fā)明的能量恢復(fù)模塊在不存在緩沖級和存在緩沖級時(shí)，電平轉(zhuǎn)換級同時(shí)導(dǎo)通 電流的波形比較圖6是本發(fā)明在不存在虛擬開關(guān)管和存在虛擬開關(guān)管時(shí)，高壓PM0S開關(guān)管P431的時(shí) 鐘饋通電流的波形比較圖。
具體實(shí)施例方式
參看圖l-3，本發(fā)明電路由電平轉(zhuǎn)換級l、輸出緩沖級2、輸出驅(qū)動(dòng)級3構(gòu)成的現(xiàn)有技術(shù) 高壓驅(qū)動(dòng)電路以及能量恢復(fù)模塊4組成。電平轉(zhuǎn)換級1包含兩個(gè)厚柵氧PM0S管、兩個(gè)薄 柵氧顧0S管，它的兩輸入端分別為第一時(shí)序信號LV1輸入端和第二時(shí)序LV2輸入端。輸 出緩沖級2包含一個(gè)厚柵氧PMOS管和一個(gè)厚柵氧NMOS管。它的PMOS管柵極輸入端與電 平轉(zhuǎn)換級1的輸出端Q12相連，NMOS管柵極輸入端為第三時(shí)序LV3輸入端。輸出驅(qū)動(dòng)級3 也包含一個(gè)厚柵氧PMOS管和一個(gè)厚柵氧麗OS管。它的PMOS管柵極輸入端與輸出緩沖級 2的輸出端Q2相連，NMOS管柵極輸入端為第四時(shí)序LV4輸入端。
能量恢復(fù)模塊4包括電平轉(zhuǎn)換級41、輸出緩沖級42、高壓開關(guān)管級43。
電平轉(zhuǎn)換級41包含兩個(gè)厚柵氧高壓PMOS管P411和P412、兩個(gè)薄柵氧高壓NMOS管， 兩個(gè)高壓NMOS管N411和N412的柵極分別作為電平轉(zhuǎn)換級41的兩輸入端并分別為第五時(shí) 序信號S1輸入端和第六時(shí)序S2輸入端。兩個(gè)高壓NM0S管N411和N412的源極接地，兩 個(gè)高壓PMOS管P411和P412的源極接電源VCC，兩個(gè)高壓PMOS管中的高壓PMOS管P411 的柵極與另一個(gè)高壓PM0S管P412的漏極接在一起，相應(yīng)地，高壓PMOS管P412的柵極與 高壓PMOS管P411的漏極接在一起。用于接收第五時(shí)序信號Sl的高壓陋OS管N411的漏 與兩個(gè)高壓PMOS管P411和P412的高壓PMOS管P411的漏連接并形成接點(diǎn)Q411，用于接 收第六時(shí)序信號S2的高壓陋OS管N412的漏與兩個(gè)高壓PMOS管P411和P412的高壓PMOS 管P412的漏連接并形成接點(diǎn)Q412。
輸出緩沖級42包括兩個(gè)輸出緩沖單元421、422，輸出緩沖單元421包含一個(gè)厚柵氧PMOS 管P421和一個(gè)厚柵氧NMOS管N421。第一級輸出緩沖單元421的PMOS管P421柵極輸入 端作為輸出緩沖級42的輸入端并與電平轉(zhuǎn)換級41的輸出端Q412相連，隨OS管N421柵 極輸入端作為輸出緩沖級42的輸入端且該輸入端為第七時(shí)序S3輸入端。第一級輸出緩沖 單元421的高壓PM0S管P421的源極接電源VCC，用于接收第七時(shí)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(diǎn)Q421并作為第一級輸出緩沖單元421 的輸出端。第二級輸出緩沖單元422的高壓PMOS管P422柵極輸入端作為第二級輸出緩沖 單元422的輸入端與第一級輸出緩沖單元421的輸出端Q421相連。第二級輸出緩沖單元 422的高壓NMOS管N422柵極輸入端作為第二級輸出緩沖單元422的輸入端且該輸入端為 第八時(shí)序S4輸入端。第二級輸出緩沖單元422的高壓PMOS管P422的源極接電源VCC， 用于接收第八時(shí)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(diǎn)Q422作為第二輸出緩沖單元422的輸出級并作為輸出緩沖級42的輸出端。
能量恢復(fù)模塊的重點(diǎn)在于高壓開關(guān)管級43的電路，包括高壓PMOS開關(guān)管P431和高壓 PM0S開關(guān)管P432。高壓PM0S開關(guān)管P431采用的是雙溝道高壓器件結(jié)構(gòu)，即電流可以實(shí) 現(xiàn)雙向?qū)?。高壓PMOS開關(guān)管P431的襯底和源相連在一起，并接到公共端EC，高壓PMOS 管P431的漏極接輸出驅(qū)動(dòng)級3的輸出端Q，高壓PMOS管P431的柵極輸入端接第一級輸 出緩沖單元421的輸出端Q421。高壓PMOS開關(guān)管P432作為虛擬開關(guān)管，采用的也是雙 溝道高壓器件結(jié)構(gòu)。高壓PMOS管P432的源極和漏極相連在一起并與高壓PMOS開關(guān)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沖級的輸出端Q422相連。 高壓開關(guān)管級中的雙溝道開關(guān)管是關(guān)鍵器件，它在整個(gè)能量恢復(fù)模塊里起到核心作用。驅(qū) 動(dòng)芯片的每一路輸出通過這個(gè)雙溝道高壓開關(guān)管連接在一起進(jìn)行電荷共享以達(dá)到能量恢 復(fù)的目的。而能量恢復(fù)模塊中的電平轉(zhuǎn)換級和緩沖級部分用來控制這個(gè)雙溝道開關(guān)管的開
啟與關(guān)閉，其結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有的高壓驅(qū)動(dòng)電路是一樣的。為了更好地降低功耗，在高壓開關(guān)管 串聯(lián)一個(gè)虛擬開關(guān)管，用來減少高壓開關(guān)管的時(shí)鐘饋通。這樣，就必須多增加一級緩沖級 單元來驅(qū)動(dòng)虛擬開關(guān)管。兩個(gè)高壓開關(guān)管的控制信號剛好相反。高壓開關(guān)管控制著每一路 能量恢復(fù)模塊輸出與EC公共端的通路。也就是說，當(dāng)本路輸出由低變高時(shí)，其它由高變 低的輸出端的一部分電荷通過開關(guān)管轉(zhuǎn)移到本路；當(dāng)本路輸出由高變低時(shí)，電荷通過開關(guān) 管轉(zhuǎn)移到其它由低變高的輸出端。這樣，電荷的共享轉(zhuǎn)移就節(jié)省了不少原本應(yīng)由電源電壓 提供的能量，降低了電源的功耗。假設(shè)其中有兩路的初始輸出狀態(tài)剛好相反，經(jīng)過一個(gè)周 期后，都發(fā)生了狀態(tài)跳變。這兩路輸出將通過高壓開關(guān)管相連在一起進(jìn)行電荷共享，其輸 出電壓及輸出電流波形如圖4所示。
驅(qū)動(dòng)高壓開關(guān)管的前級采用了兩級緩沖單元，極大降低了電平轉(zhuǎn)換級高壓管的尺寸要 求，這樣也降低了電平轉(zhuǎn)換級同時(shí)導(dǎo)通電流的大小，進(jìn)一步降低了功耗。圖5描述了能量 恢復(fù)模塊在不存在緩沖級和存在緩沖級時(shí)，電平轉(zhuǎn)換級同時(shí)導(dǎo)通電流的波形比較情況。
在尺寸最大的高壓開關(guān)管串聯(lián)一個(gè)虛擬開關(guān)管，它被用來提供與前一級開關(guān)管反相的時(shí) 鐘饋入。在單片集成電路開關(guān)中，時(shí)鐘饋通效應(yīng)是最嚴(yán)重的限制之一。這是一個(gè)雖不希望 但卻不可避免的影響。采用虛擬開關(guān)管，可以有效地降低開關(guān)管帶來的時(shí)鐘饋通效應(yīng)。而 開關(guān)管的面積將被設(shè)計(jì)成提供最小的時(shí)鐘饋通。在高壓電路中，時(shí)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(guān)管和存在虛擬開關(guān)管時(shí)，高壓PMOS開關(guān)管 P431的時(shí)鐘饋通電流的波形比較情況。
權(quán)利要求
1、一種降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功耗的方法，其特征是該方法基于電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉(zhuǎn)低所釋放的電荷的轉(zhuǎn)移充電至高電位。同樣，當(dāng)屏電容轉(zhuǎn)換為低電位時(shí)，它的電荷將轉(zhuǎn)移到其他轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求l所述方法設(shè)計(jì)的的低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路，包括設(shè)有電平轉(zhuǎn)換級、輸出 緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級構(gòu)成的高壓驅(qū)動(dòng)電路，其特征是設(shè)置一能量恢復(fù)電路模塊，該模塊包括 電平轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元構(gòu)成的輸出緩沖級，電平轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元中的第一級輸出 緩沖單元及第二級輸出緩沖單元分別與前述電平轉(zhuǎn)換級、輸出緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級的電路 及連接關(guān)系相同，輸出緩沖級后級連一高壓開關(guān)管級，高壓開關(guān)管級的輸出接高壓驅(qū)動(dòng)電路 的輸出端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路，其特征是高壓開關(guān)管級包括一個(gè)雙溝 道PM0S高壓開關(guān)管及一個(gè)串聯(lián)的雙溝道虛擬PM0S高壓開關(guān)管，高壓PM0S開關(guān)管的襯底 和源極相連在一起，并接到公共端EC，高壓PMOS管的漏極接輸出驅(qū)動(dòng)級的輸出端，虛擬 高壓PM0S開關(guān)管的源極和漏極相連在一起并與高壓PM0S開關(guān)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沖單元的輸出 端及輸出緩沖級的輸出端相連接。
全文摘要
一種降低驅(qū)動(dòng)芯片高壓驅(qū)動(dòng)電路功耗的方法，該方法基于電荷共享的原理，即屏電容通過從其他輸出端電容由高轉(zhuǎn)低所釋放的電荷的轉(zhuǎn)移充電至高電位，當(dāng)屏電容轉(zhuǎn)換為低電位時(shí)，它的電荷將轉(zhuǎn)移到其他轉(zhuǎn)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(jù)上述方法設(shè)計(jì)的一種低功耗高壓驅(qū)動(dòng)電路，包括設(shè)有電平轉(zhuǎn)換級、輸出緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級構(gòu)成的現(xiàn)有高壓驅(qū)動(dòng)電路，其特征是設(shè)置一能量恢復(fù)電路模塊，該模塊包括電平轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元構(gòu)成的輸出緩沖級，電平轉(zhuǎn)換級、兩級緩沖單元中的第一級輸出緩沖單元及第二級輸出緩沖單元分別與前述現(xiàn)有技術(shù)電平轉(zhuǎn)換級、輸出緩沖級、輸出驅(qū)動(dòng)級的電路及連接關(guān)系相同，輸出緩沖級后級連一高壓開關(guān)管級，高壓開關(guān)管級的輸出接高壓驅(qū)動(dòng)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(yōu)先權(quán)日2007年12月4日
發(fā)明者虹 吳, 孫偉鋒, 莊華龍, 時(shí)龍興, 李海松, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)