电压位准转换器及其输出级电路和液晶显示屏幕的制作方法

本技术属于电压位准转换器或电平位移器(以下称lvsh，level shifter)领域，涉及包含较少晶体管的电压位准转换器。

背景技术：

1、请参考图1所示，其为现有的液晶显示屏幕100的方框示意图。为了要控制液晶显示器110，该液晶显示屏幕100包含闸极控制电路120，以及相应的闸极驱动电路的输出级(output stage)电路122。该液晶显示屏幕100还包含源极控制电路130，以及相应的源极驱动电路的输出级电路132。在现有的源极驱动电路的输出级电路132当中，通常包含了多个lvsh。

2、请参考图2所示，其为现有的lvsh 200的方框示意图。现有的lvsh 200通常包含了一对反相的输入端口210和一对反相的输出端口220。请参考图3所示，其为lvsh 200的输入端口210信号与输出端口220信号的电压值的示意图。在图3当中，输入端口210的反相信号通常是较低的逻辑电路位准和地面电压gnd，可以分别表示逻辑信号1和逻辑信号0。上述的逻辑电路位准通常是1.5v和0v，但本技术所属领域的普通技术人员可以理解到，本技术所指的逻辑电路位准可以不限于是1.5v。例如，可以是0.9v、1.2v、1.8v等。经过lvsh 200的位准转移之后，输出端口220信号的电压值范围被提升到中压vmid和高压vadd。

3、在中小尺寸的液晶显示屏幕100的应用之下，液晶翻转电压在6v之内。所以全正半压的液晶面板架构来说，高压vadd会在12v之内。因此，不同于大尺寸液晶屏幕的源极驱动电路，需要使用高电压的元器件，例如32v。应用于中小尺寸的液晶显示屏幕100的源极驱动电路，经常使用中电压的元器件。亦即现有的lvsh 200的输出端口220信号的电压为6v～12v。本技术所属领域的普通技术人员可以理解到，本技术以下使用中压vmid为6v、高压vadd为12v仅为范例性的说明。中压vmid的电压通常可以是高压vadd的电压的一半，例如6v为12v/2。本技术所涉及的中压vmid和高压vadd可以是其他的电压值。

4、请参考图4所示，其为现有的lvsh 400的方框示意图。在图4所示的lvsh 400当中，包含了lvsh核心电路410，其需要中继高电压vqh和中继低电压vql的供应。因此，lvsh 400还包含了vqh整流电路420和vql整流电路430，分别用于供应中继高电压vqh和中继低电压vql给上述的lvsh核心电路410。

5、前述的中继高电压vqh通常可以是高压vadd的四分之三。前述的中继低电压vql通常可以是高压vadd的四分之一。当高压vadd为12v时，中继高电压vqh则为9v，中继低电压vql为3v。

6、请参考图5所示，其为图4所示的lvsh核心电路410的电路图。在图5所示的电路图当中可以见到，lvsh核心电路410包含了五级电路510至550。每一级电路都包含了四个晶体管的电路组合。第一级电路510包含一对反相的输入端口in和inb。最后的第五级电路550包含一对反相的输出端口out和outb。

7、第一级电路510的一对输出信号o1和o1b分别控制了第二级电路520的两个晶体管的闸极。类似地，第二级电路520的一对输出信号o2和o2b分别控制了第三级电路530的两个晶体管的闸极。第三级电路530的一对输出信号o3和o3b分别控制了第四级电路540的两个晶体管的闸极。第四级电路540的一对输出信号o4和o4b分别控制了第五级电路550的两个晶体管的闸极。

8、请参考图6所示，其为lvsh核心电路410的各级电路的工作电压示意图。lvsh核心电路410藉由这五级电路的20个晶体管，将输入信号in和inb的vdd和gnd电压转换成高压avdd和中压vmid。第一级电路510的跨压在vmid和gnd之间，有6v。第二级电路520的跨压在中继低电压vql和中压vmid之间，其为3v。第三级电路530的跨压在中继低电压vql和中继高电压vqh之间，其为6v。第四级电路540的跨压在中压vmid和中继高电压vqh之间，其为3v。最后的第五级电路550的跨压在中压vmid和高压avdd之间，为6v。由于这五级电路510至550的所有跨压都在6v之内，所以可以适用一般的中压组件来实现。

9、换言之，图4所示的lvsh核心电路410需要使用到20个中压金氧半导体场效晶体管(mosfet，metal oxide semiconductor field effect transistor)。除此之外，图4所示的lvsh 400还需要vqh整流电路420和vql整流电路430，才能供应中继低电压vql和中继高电压vqh给lvsh核心电路410。由于现有lvsh 400接到较多电压，在布局上需要额外切开晶体管的井(well)，占用较大的面积，导致成本较高，耗电较多。

10、据此，需要一种占用较小面积的lvsh设计，以便降低成本，节省能量。特别是中小尺寸的液晶显示屏幕100通常使用在移动电子装置上，例如手机、平板计算器等。这些移动电子装置通常是使用电池来供应液晶显示屏幕100的电力，如果能够使用面积较小且具有较高能效的lvsh设计，将能够减少移动电子装置的尺寸与能耗，进一步增进移动电子装置的性能。

技术实现思路

1、本技术是为了解决现有技术中的不足而提出的一种电压位准转换器，目的是使用面积较小且具有较高能效，以减少成本和增加移动装置的使用时间。

2、为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：

3、根据本技术的实施例，提供一种电压位准转换器，其特征在于，包含：工作于高压avdd和中压vmid之间的第二级电路，用于接收一对控制信号以输出一对反相的输出信号；以及第一级电路，更包含依序串联的p型晶体管p1、p型晶体管p2、n型晶体管n2和n型晶体管n1，以及依序串联的p型晶体管p3、p型晶体管p4、n型晶体管n4和n型晶体管n3，其中该p型晶体管p1和该p型晶体管p3的源级分别连接到该高压avdd，该p型晶体管p3的闸极连接该p型晶体管p1的汲极以作为该对控制信号的第一信号o1，该p型晶体管p1的闸极连接该p型晶体管p3的汲极以作为该对控制信号的第二信号o1b，该n型晶体管n1和该n型晶体管n3的汲极分别连接到地面电压gnd，该n型晶体管n1和该n型晶体管n3的闸极分别连接到一对反相的输入信号。

4、为了减少占用的面积，上述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4为中压组件。

5、为了减少供应电压种类，上述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4的闸极分别连接到该中压vmid。

6、为了减少占用的面积，上述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2和p型晶体管p4的崩溃电压大于中压vmid与相应的阀值电压vth的总和。

7、为了减少占用的面积，上述的电压位准转换器，其特征在于，上述的n型晶体管n2和n型晶体管n4的崩溃电压大于一差值，该差值为高压vadd与相应的阀值电压vth的和减去中压vmid。

8、为了提供电压摆幅为vmid到avdd的输出信号，上述的电压位准转换器，其特征在于，该第二级电路还包含依序串联于该高压vadd和该中压vmid之间的p型晶体管p5和n型晶体管n5，以及依序串联于该高压vadd和该中压vmid之间的p型晶体管p6和n型晶体管n6，其中该p型晶体管p5的闸极接收上述的第一信号o1，该p型晶体管p6的闸极接收上述的第二信号o1b，该p型晶体管p5的汲极连接到该n型晶体管n6的闸极作为该对反相的输出信号之一，该p型晶体管p6的汲极连接到该n型晶体管n5的闸极作为该对反相的输出信号之另一。

9、上述的电压位准转换器，其特征在于，该中压vmid约为该高压avdd的一半。

10、根据本技术的实施例，提供一种输出级电路，其特征在于，包含：电压供应模块，分别供应avgp电压和avgn电压；以及一个以上的电压位准转换器，用于输出一对反相的输出信号，该对反相的输出信号工作于高压avdd和中压vmid之间，该电压位准转换器包含：依序串联的p型晶体管p1、p型晶体管p2、n型晶体管n2和n型晶体管n1；以及依序串联的p型晶体管p3、p型晶体管p4、n型晶体管n4和n型晶体管n3，其中该p型晶体管p1和该p型晶体管p3的源级分别连接到该高压avdd，该p型晶体管p3的闸极连接该p型晶体管p1的汲极以作为一对反相的输出信号的第一信号out，该p型晶体管p1的闸极连接该p型晶体管p3的汲极以作为该对反相的输出信号的的第二信号outb，该n型晶体管n1和该n型晶体管n3的汲极分别连接到地面电压gnd，该n型晶体管n1和该n型晶体管n3的闸极分别连接到一对反相的输入信号，上述的p型晶体管p2和p型晶体管p4的闸极分别连接到该avgp电压，上述n型晶体管n2和n型晶体管n4的闸极分别连接到该avgn电压。

11、为了减少占用的面积，上述的输出级电路，其特征在于，上述的p型晶体管p2和p型晶体管p4的崩溃电压大于该中压vmid。

12、为了减少占用的面积，上述的输出级电路，其特征在于，上述的n型晶体管n2和n型晶体管n4的崩溃电压大于该高压vadd与该中压vmid的差值。

13、为了提供avgp电压和avgn电压，上述的输出级电路，其特征在于，该电压供应模块包含p型晶体管ps和n型晶体管ns，其中该p型晶体管ps的源极连接到该中压vmid，该p型晶体管ps的闸极和汲极通过第一电流源连接到该地面电压，以提供上述的avgp电压，其中该n型晶体管ns的汲极连接到该中压vmid，该n型晶体管ns的闸极和源极通过第二电流源连接到该高压avdd，以提供上述的avgn电压。

14、为了减少占用的面积，上述的输出级电路，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4为中压组件。

15、根据本技术的实施例，提供一种液晶显示屏幕，包含源极输出电路以控制该液晶显示屏幕的显示，其中该源极输出电路包含如前所述的电压位准转换器或输出级电路。

16、由于采用上述方案，本技术的有益效果为：本技术提供的电压位准转换器、输出级电路和液晶显示屏幕，具有较现有技术的电压位准转换器更少的元器件，能减少芯片面积且具有较高能效，既能降低成本，增加可靠度，还能够减少移动电子装置的尺寸与能耗，进一步增进移动电子装置的性能。

技术特征：

1.一种电压位准转换器，其特征在于，包含：

2.如权利要求1所述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4为中压组件。

3.如权利要求1所述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4的闸极分别连接到该中压vmid。

4.如权利要求3所述的电压位准转换器，其特征在于，上述的p型晶体管p2和p型晶体管p4的崩溃电压大于中压vmid与相应的阀值电压vth的总和。

5.如权利要求3所述的电压位准转换器，其特征在于，上述的n型晶体管n2和n型晶体管n4的崩溃电压大于一差值，该差值为高压vadd与相应的阀值电压vth的和减去中压vmid。

6.如权利要求1至权利要求5任一权利要求所述的电压位准转换器，其特征在于，该第二级电路还包含：

7.如权利要求1至权利要求5任一权利要求所述的电压位准转换器，其特征在于，该中压vmid约为该高压avdd的一半。

8.一种输出级电路，其特征在于，包含：

9.如权利要求8所述的输出级电路，其特征在于，上述的p型晶体管p2和p型晶体管p4的崩溃电压大于该中压vmid。

10.如权利要求8所述的输出级电路，其特征在于，n型晶体管n2和n型晶体管n4的崩溃电压大于该高压vadd与该中压vmid的差值。

11.如权利要求8所述的输出级电路，其特征在于，该电压供应模块包含p型晶体管ps和n型晶体管ns，其中该p型晶体管ps的源极连接到该中压vmid，该p型晶体管ps的闸极和汲极通过第一电流源连接到该地面电压，以提供上述的avgp电压，其中该n型晶体管ns的汲极连接到该中压vmid，该n型晶体管ns的闸极和源极通过第二电流源连接到该高压avdd，以提供上述的avgn电压。

12.如权利要求8所述的输出级电路，其特征在于，上述的p型晶体管p2、p型晶体管p4、n型晶体管n2和n型晶体管n4为中压组件。

13.一种液晶显示屏幕，其特征在于，包含源极输出电路以控制该液晶显示屏幕的显示，其中该源极输出电路包含如权利要求1至权利要求5任一权利要求所述的电压位准转换器或如权利要求8至权利要求12任一权利要求所述的输出级电路。

技术总结
本申请公开了一种电压位准转换器，其特征在于，包含：工作于高压AVDD和中压VMID之间的第二级电路，用于接收一对控制信号以输出一对反相的输出信号；以及第一级电路，更包含依序串联的P型晶体管P1、P型晶体管P2、N型晶体管N2和N型晶体管N1，以及依序串联的P型晶体管P3、P型晶体管P4、N型晶体管N4和N型晶体管N3。

技术研发人员：邱珦益,谢沛杉
受保护的技术使用者：南宁初芯集成电路设计有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5