專利名稱：薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路屬于高壓器件的電平移位柵電壓，尤其涉及有機(jī)發(fā)光二極管OLED(Organic Light Emission Diode)黑白、彩色顯示屏中的電平移位電路領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的典型電平移位電路如圖1所示。
虛框內(nèi)是正反饋電平移動(dòng)電路。框外是高壓功率輸出級，工作電壓30V、驅(qū)動(dòng)電流150mA。除反相器為低壓5V工作外，其余N、P管均工作在高壓30V。其中N管柵壓由低壓邏輯電路提供。邏輯電平一般為4.3-5V。P管柵為高壓(30V)。
為防止P管柵壓太高造成柵擊穿，一種辦法是增加?xùn)叛趸瘜雍穸鹊?00以上，與其他低壓器件的柵氧化層厚度(100)不同，這將增加制造工藝難度，增加成本。
改進(jìn)后的電平移位電路如圖2所示。虛框內(nèi)是基本移位電路，采用電流鏡工作方式。增加了一個(gè)恒流源和一個(gè)電流鏡，為T4管泄放柵電荷。缺點(diǎn)是在VIN＝1轉(zhuǎn)變?yōu)閂IN＝0時(shí)，T2、T4管殘留的0.5V柵壓，可在T1管導(dǎo)通時(shí)形成瞬時(shí)電流，造成功率損耗。T5、T6管是為了消除上述缺點(diǎn)，但在VIN＝1常態(tài)工作時(shí)，T3、T5、T6管中的電流將造成電能的浪費(fèi)。
圖3是為了克服以上兩種缺點(diǎn)和因亞閾值電流造成的功耗和不穩(wěn)定而設(shè)計(jì)的改進(jìn)型電路。特點(diǎn)如下a.增加選通信號VPASS控制T3、T5導(dǎo)通時(shí)間，為T2管充電。結(jié)束充電后，將電荷存儲(chǔ)在T2的柵電容上。這樣可以減少T3、T5導(dǎo)通時(shí)間，降低功耗。
b.用選通信號VPASS控制T14、T15為T2管放電，防止輸出級出現(xiàn)短路電流。
c.只在選通信號存在時(shí)才有功耗。
但是，圖3的電路存在如下缺點(diǎn)1.電平移位主要采用電流鏡電路。這種電路適合應(yīng)用于線性電路，做開關(guān)使用則存在明顯不足，因?yàn)樗y以完全關(guān)斷。為關(guān)斷電路，需添加許多器件使電路變得復(fù)雜。
2.由于電路復(fù)雜，線性工作等問題，也由于相移和次開啟漏電，使電路難以同步，工作點(diǎn)難以控制，可靠性降低。
3.兩相信號控制，增加配套電路，使系統(tǒng)復(fù)雜化，增加生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一個(gè)可以克服上述缺點(diǎn)的，用于OLED驅(qū)動(dòng)電路中的高壓電平移位電路。
本發(fā)明的特征在于1.薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路，其特征在于，它含有(1).靈敏放大器電路它由高壓PMOS管HP1、HP2和高壓NMOS管HN1、HN2組成，HP1HP2的源極都與電源高壓端相連，HN1、HN2的源極共地，HP1、HP2各自的柵極分別與HP2、HP1的漏極相連，其中，HN2是一個(gè)20～50μA的恒流源；(2).高壓電平移位電路移位電路它由P2、P3管組成，P2、P3的源極都與電源高壓端相連，P2、P3管各自的柵極和漏極是相連的，然后再分別依次與HP2、HP1管的漏極相連；(3).驅(qū)動(dòng)和關(guān)斷驅(qū)動(dòng)輸出級由PMOS管HP3和NMOS管HN3漏極相連組成；HP3的源極與電源的高壓端相連，HP3的柵極與HN2的漏極相連，HN3的源極接地；(4).恒流源HN2，以及驅(qū)動(dòng)與關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級的控制電路它由反相器、P1管、N1管、N2管、HN2管組成，其中，P1管的漏極與N1管的漏極相連，P1的源極，接恒流控制電源的高壓端，N1、N2管的源極接地，N2管的漏極與它的柵極互聯(lián)后，分別與P1管的漏極、HN2管的柵極互聯(lián)，反相器的輸入端接系統(tǒng)控制信號In，輸出端接P1管、N1管的柵極，從而反相器、P1管、N1管、N2管共同組成了電流為20～50μA恒流源HN2的控制電路；反相器的輸出端接上述輸出管HN3的柵極，而HN3管的漏極與HP3管的漏極相連，使反相器和HN3管又共同組成了驅(qū)動(dòng)與關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級的控制電路。
實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明所述的電路能保證互補(bǔ)驅(qū)動(dòng)級的N管和P管柵源驅(qū)動(dòng)電壓分別為0～5V和0～-5V。見附圖。


圖1.現(xiàn)有的典型電平移位電路原理圖；其中HVN指高壓NDMOS管.；HVP指高壓PDMOS管。 指低壓反相器，下同。
圖2.圖1所述電路的改進(jìn)電路的原理圖。
圖3.是圖2所述的改進(jìn)電路原理圖，其中T15是電流鏡，為LDD高壓PMOS器件； 指與門。
圖4.是鉗位式電平移位電路的原理圖。
圖5.是電流鏡電平移位電路的原理圖。
圖6.是用于對圖4、圖5所述電路進(jìn)行降耗設(shè)計(jì)的恒流控制電路。
圖7.是本發(fā)明所述的薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路原理圖。
具體實(shí)施例方式與標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS工藝兼容，在高低壓管均采用同一薄柵氧化層，厚度100的情況下，本專利申請?zhí)峁┮韵录夹g(shù)方案1).簡化高壓電平移位電路設(shè)計(jì)圖4、圖5是一個(gè)電平移位電路的簡化設(shè)計(jì)。它由高壓PMOS管HP1、HP2和高壓NMOS管HN1、HN2組成靈敏放大器，驅(qū)動(dòng)和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級PMOS管HP3，HN3由系統(tǒng)控制信號“In”進(jìn)行控制。
虛線框內(nèi)P2、P3管的作用是將高壓電平移位，使高壓管HP1和HP2的柵源電壓為0～-5V。圖4中的P2，P3等效為反向二極管，源漏穿通電壓-5V。圖5中的P2，P3和HP1、HP2組成電流鏡，使HP1、HP2獲得-5V柵源電壓。
當(dāng)控制信號In＝“1”時(shí)，HN2、HP3導(dǎo)通，由HP3向顯示負(fù)載充電，同時(shí)，HP1導(dǎo)通，為HP2柵電容放電，使HP2關(guān)閉。當(dāng)控制信號In＝“0”時(shí)，HN2關(guān)閉、HP2導(dǎo)通，使HP1、HP3關(guān)閉，完成充電周期。
這樣，在一個(gè)周期內(nèi)，此電路既能完成電平移位，又能自動(dòng)復(fù)位，而不需增加任何復(fù)位器件和電路。
顯示屏幕的每一行，對應(yīng)一組驅(qū)動(dòng)電路。如果每幀的行數(shù)為100行，選址脈沖占空比為1∶1，則每行被選中和空閑時(shí)間的比為1∶200?？臻e時(shí)間HN2導(dǎo)通，負(fù)載為P2管，并通過HP3對顯示負(fù)載充電。結(jié)果HN2、P2中的電流造成主要的功率損耗。
圖6的電路是在控制信號In＝1時(shí)，使HN2變成一個(gè)20-50μA的恒流源，由于空閑期長，既能滿足充電要求，又能降低電能損耗。
2).圖7是本發(fā)明所述的一個(gè)完整的薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路。它用于OLED顯示驅(qū)動(dòng)控制。
采用本發(fā)明所述電路，根據(jù)不同工藝條件和設(shè)計(jì)規(guī)則，在設(shè)計(jì)版圖時(shí)把它嵌入顯示邏輯電路和功率驅(qū)動(dòng)電路之間，亦可制造獨(dú)立的電平移位電路。
本發(fā)明的制造工藝與標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS工藝兼容。其中的高壓器件，在OLED使用時(shí)，其工作電壓為12V～30V。根據(jù)情況，選擇LDD或DMOS結(jié)構(gòu)，兩者都有成熟的，與標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS的兼容工藝。
本發(fā)明的電路，在選擇標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS-DMOS兼容工藝時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)腄MOS結(jié)構(gòu)，可工作在更高的電壓下，比如100V以內(nèi)，或更高，可應(yīng)用于等離子顯示屏(PDP)，液晶顯示(LCD)等其他顯示驅(qū)動(dòng)電路。
一種實(shí)用的實(shí)施方案采用標(biāo)準(zhǔn)0.5μm CMOS與DMOS兼容工藝，所有器件的柵氧化層為100。無論高壓和低壓，NMOS、PMOS管的開啟電壓分別為±0.7V。低壓管工作電壓5V，高壓管20V。輸入信號反相器使用標(biāo)準(zhǔn)0.5μm工藝。W為溝道寬度，L為溝道長度，單位微米(μm)。

電參數(shù)表

本發(fā)明電路的優(yōu)點(diǎn)與現(xiàn)有電路相比，本電路因電流IC大而驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，自恢復(fù)速度快而大大降低亞閾值電壓和P、N管同時(shí)導(dǎo)通引起的泄漏電流，降低空閑電流等措施降低了電路功耗，簡化了電路設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1.薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路，其特征在于，它含有(1).靈敏放大器電路它由高壓PMOS管HP1、HP2和高壓NMOS管HN1、HN2組成，HP1HP2的源極都與電源高壓端相連，HN1、HN2的源極共地，HP1、HP2各自的柵極分別與HP2、HP1的漏極相連，其中，HN2是一個(gè)20～50μA的恒流源；(2).高壓電平移位電路移位電路它由P2、P3管組成，P2、P3的源極都與電源高壓端相連，P2、P3管各自的柵極和漏極是相連的，然后再分別依次與HP2、HP1管的漏極相連；(3).驅(qū)動(dòng)和關(guān)斷驅(qū)動(dòng)輸出級由PMOS管HP3和NMOS管HN3漏極相連組成；HP3的源極與電源的高壓端相連，HP3的柵極與HN2的漏極相連，HN3的源極接地；(4).恒流源HN2，以及驅(qū)動(dòng)與關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級的控制電路它由反相器、P1管、N1管、N2管、HN2管組成，其中，P1管的漏極與N1管的漏極相連，P1的源極，接恒流控制電源的高壓端，N1、N2管的源極接地，N2管的漏極與它的柵極互聯(lián)后，分別與P1管的漏極、HN2管的柵極互聯(lián)，反相器的輸入端接系統(tǒng)控制信號In，輸出端接P1管、N1管的柵極，從而反相器、P1管、N1管、N2管共同組成了電流為20～50μA恒流源HN2的控制電路；反相器的輸出端接上述輸出管HN3的柵極，而HN3管的漏極與HP3管的漏極相連，使反相器和HN3管又共同組成了驅(qū)動(dòng)與關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級的控制電路。
全文摘要
薄柵氧低功耗自恢復(fù)的電平移位柵電壓控制電路屬于高壓器件的電平移位柵電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于它由公知的靈敏放大電路和高壓電平移位電路、公知的驅(qū)動(dòng)和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級、恒流源以及驅(qū)動(dòng)和關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出級的控制電路組成。高壓電平移位電路中的P1、P2管各自的柵極和漏極在相連后，再分別接到靈敏放大器電路中HP1、HP2管的漏極；靈敏放大電路中的HN
文檔編號H03K19/0185GK1564461SQ20041000345
公開日2005年1月12日 申請日期2004年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者王紀(jì)民, 曹林, 鄧蘭萍 申請人:清華大學(xué)