图像显示设备及高电压驱动器电路的制作方法
专利名称：图像显示设备及高电压驱动器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种图像显示设备，用于在这样的设备中驱动显示屏幕的高电压驱动器电路，并且更一般地涉及一种高电压驱动器电路。
需要以高频率摆动的高电压来驱动诸如CRT之类的图像显示屏幕装置。输出的摆动可能大于100伏，这使得最小化在显示屏幕装置中的驱动器电路中引起功率耗散的电流量成为第一重要的任务。众所周知的使驱动器电路中的功率耗散最小化的技术是，使用A/B类的推挽输出级。A/B类的推挽输出级是一个吸收某个静态电流，但是却能供应比静态电流更多的输出电流的输出级。
A/B类的输出级包含一个连接在输出和第一供电电源之间的拉晶体管，和一个连接在输出和第二供电电源之间的拉晶体管。A/B类的运行是通过驱动推和拉晶体管来实现的，以便于一个晶体管的电流接近0时，通过另一晶体管的电流的增加要大于通过该晶体管的电流的减少。因此，最大的输出电流高于静态电流。结果可以使用低的静态电流，这导致了在输出级中小的功率耗散。
WO96/39743公开了一种带有推挽输出级的放大器，推挽输出级有一个N型拉晶体管和一个P型的推晶体管，以便推挽晶体管为互补的类型。P型晶体管被安排为P型电流镜的输出级。通过N型拉晶体管的电流和P型电流镜像的输入电流都由一个输入电压控制。控制电路以互补的方式控制电流，以便当输入电压升高时，一个电流升高而另一个电流降低。
控制电路馈送到P型电流镜的输入电流还能明显地有助于功率消耗，特别在P型电流镜的增益低时。为了保证低的功率消耗，控制电路只需要很少德静态电流，这种方式将该输入电流馈送到P型电流镜。WO96/39743通过使用长尾对差分放大器的一个输出来为P型电流镜像提供电流从而实现上述功能。该长尾对的尾电流则被一个反馈环路控制，以便当增加的电流被供给到P型电流镜时，尾电流增加。
所述对的第一晶体管的基极接收输入电压并且所述对的第二晶体管的集电极将输入电流馈送到P型电流镜。一个恒定的电压V被施加在第二晶体管的基极。反馈环路与通过第二晶体管的电流成比例地调整来自于长尾对的电流源的电流Isup。因此，这确保了，一方面静态电流低，而另一方面可以为P型电流镜的输入供给较高的电流。
遗憾的是，添加的调整来自于长尾对的电流源的电流所需的反馈环路使得电路慢下来了。该反馈环路还包含了另外的P型晶体管，它比N型晶体管更加严重地限制了电路的速度。这使得WO96/39743的电路更不利于驱动显示屏幕装置，因为对于这样的设备高频运行是必要的。
US5038114示出了还可以作为到P型电流镜和推挽级的拉晶体管的输入的电流放大器。该放大器包含一个双极性的控制晶体管，其主电流控制通道馈送P型电流镜的输入，P型电流镜包含了A/B类的推晶体管。控制晶体管的基极-发射极的交叉点和双极性的N型输出晶体管的基极-发射极的交叉点串联连接，双极性的N型输出晶体管可以作为A/B类级的拉晶体管。恒定的电压被施加在两个交叉点的串联连接上。N型输出晶体管是N型电流镜的输出，它被耦合到控制晶体管的主电流通道。
输入电流被馈送到在N型电流镜的输入和控制晶体管的主电流通道之间的节点上。因此，输入电流确定通过控制晶体管的电流和通过N型电流镜(它等于通过N型拉晶体管的电流)的电流之间的差别。同时在基极-发射极交叉点的串联连接上的恒定电压确保通过控制晶体管和N型输出晶体管的电流的乘积是恒定的。
该放大器支持A/B类运行，因为这使得，当在另一个输出端的电流变得很大时，在一个输出端的电流变为0，反之亦然。然而，除非正负极性的大输入电流都能提供，该放大器必须依赖于电流镜的放大而放大。因此一个放大的P型电流镜必需用于推挽级中，这限制了推挽级的速度。这也使得这种电路更不利于驱动显示屏幕装置，因为对于这样的设备高频运行是必要的。
其中，本发明的一个目的在于提供一种图像显示设备，其中的一个显示屏幕装置可以以高的速度并且以低的功率消耗而被驱动。
本发明的另一个目的在于提供一种驱动器电路，它可以在驱动器电路中以低的功率消耗提供以高频率摆动的高电压。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定本发明有利的实施例。
本发明是基于这样的原理，即当控制晶体管和拉晶体管的控制电压之和由电压源控制时，所述两个晶体管提供适于AB类推挽级的互补的电流。在控制晶体管和拉晶体管之间的电流分布的变化由一个外部的输入信号控制，该控制通过从控制晶体管和N型的输出晶体管之间一个节点来吸收控制晶体管的主电流通道中电流的变化部分。基本上该电流的所有的输入附属的变量部分(除了相对小的电流，例如泄漏电流)，并且优选地甚至该电流的全部是从具有输入晶体管的主电流通道的节点提取的，因此在有高阻抗的电流源时是有效的。
通过输入晶体管的电流从放大器的输入直接控制，即不经由通过控制晶体管的一个反馈环路，这对方式产生了影响，通过输入晶体管的电流依输入电压而定，而不通过输入晶体管的固有的反馈特性(例如较早的效果)而定。这样放大器的速度不会受到损害。应当注意，通过输入晶体管的电流，除了被输入电压控制之外，当然也可由从推挽级的输出到放大器的输入的反馈环路控制。因此，通过输入晶体管的电流更依赖于通过控制晶体管的电流，但是这没有贬低这样的实事，即提供外部输入信号的该输入具有到输入晶体管的连接，该连接不包括通过控制晶体管的反馈环路，以便控制晶体管不影响通过输入晶体管的电流和输入电压之间的直接关系，即前者与后者的依赖关系。
因此，通过控制晶体管和N型输出晶体管的任何一个的电流可以变得非常大，而同时将通过另一个晶体管的电流变得很小，或者升高通过输入晶体管的电流以使通过控制晶体管的电流变大，或者使通过输入晶体管的电流变小，因此相反地升高了通过N型输出晶体管的电流。电流的升高不受提取了该升高的电流(控制晶体管或N型输出晶体管)的晶体管的静态电流的限制，并且不会被反馈环路减慢。
将会意识到，在此使用的“晶体管”一词是指具有晶体管功能的半导体衬底区域，它是单个的连贯区域或者是多个离散的区域的组合，其提供并行的主电流通道并且每一个都具有晶体管的功能。
在一个实施例中，驱动器电路具有两个功能一样的支路，每个具有根据本发明相互连接的晶体管、控制晶体管和拉晶体管，其中两个支路的输入晶体管的主电流通道经由诸如一个电流源之类的高阻抗电路共同连接到供电连接。因此，在两个支路中，在实现了静止状态及其各自支路中的输入晶体管的输入电压只依输入电压的差而定，而不依电路的固有特性而定。
另外，在两个支路中的拉晶体管和控制晶体管的主电流通道最好交叉互连，至少它们连接到电流镜的输入。因此使得推电流的较大变化范围成为可能。优选地，在两个支路中的拉晶体管和控制晶体管是交叉连接。因此损失最小的电流。
本发明的图像显示设备和电路的这些以及其它的有利的目的和方面，将通过下面的附图更加详细地描述。
图1示出了本发明的图像显示设备；图2示出了本发明的另一个图像显示设备。
图1示出了一个图像显示设备，该设备具有驱动电路10和CRT的显示屏幕装置12。驱动电路10包含驱动器级14，前置放大器16和反馈电路18。驱动电路10的输入端19a被连接到前置放大器16的一个输入，前置放大器16具有一个连接到驱动器级14的输入端的输出。驱动器级14的输出连接到图像显示设备12的控制电极并且经由反馈电路18连接到前置放大器16的另一个输入端19b。驱动器级14包含一个NPN型的输入晶体管T1，一个NPN型控制晶体管T2，一个NPN型拉晶体管T3和一个电流镜T4，T5，该电流镜具有PNP型镜像输入晶体管T4和一个PNP型镜像输出晶体管T5。驱动器级14的输入140连接到输入晶体管T1的控制电极。输入晶体管T1的主电流通道连接在第一供电电源Vee和节点142之间。控制晶体管T2的主电流通道连接在节点142和电流镜T4，T5的一个输入144之间。控制晶体管T2的控制电极连接到电压源148。拉晶体管T3的控制电极连接到节点142，其主电流通道连接在第一供电电源Vee和驱动级的输出146之间。电流镜的输入晶体管T4象一个二极管(主电流通道的控制电极)一样被连接在电流像镜像的输入144和第二供电电源连接Vcc之间。电流镜的输出晶体管T5有一个连接到电流镜的输入144的控制电极，并且其主电流通道连接在第二供电电源连接Vcc和驱动级14的输出之间。
在工作中驱动电路10在输入端19a接收输入信号(例如一个视频信号)并驱动图像显示设备12的控制电极(例如阴极)。虽然驱动电路可以直接驱动阴极(如所示的)，在不偏离本发明的情况下，一个或多个缓冲极(诸如补充的射极跟随级(或源极跟随级)可以添加到驱动器和图像显示设备12的控制电极之间。反馈电路18确保了一个定义好的增益和基本上线性特性。
驱动级14放大该信号并生成需要用来控制图像显示设备12的电压摆动。在一个典型的图像显示设备中需要用来实现该功能的供电电源电压差Vcc-Vee为100伏特或更大，以及多达10-20Mhz的频率分量被放大。图像显示设备12所形成的负载典型地具有10PF数量级的电容分量，这意味着需要10-100mA的输出电流，考虑到大的电压摆动，这包括一个相当数量的功率耗散。
为了保证宽带增益，该增益优选地由驱动级的N型晶体管T1，T2，T3而不是由电流镜的T4，T5提供。这是因为PNP型晶体管比NPN型晶体管造成更低截止频率。电流镜T4，T5最好具有大约为1的增益。
NPN型晶体管T1，T2，T3提供增益如下。电压源提供接近等于两倍于基极发射交叉点电压的电压，该基极发射交叉点电压需要用来使晶体管明显导通，对于硅晶体管例如为1.2-1.4V。控制晶体管T2和拉晶体管T3的基极发射极电压的和等于由电压源148提供的电压V。
V＝Vbe2+Vbe3通过这些晶体管的电流I2，I3大约按指数规律地由基极发射极的电压而定。
I2＝I0exp(Vbe2/V0)以及I3＝I0exp(Vbe3/V0)其中“exp”为指数函数(e的幂)V0＝kT/q，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷。I0为电流因子，它依半导体的特性而定并粗略地与发射极的尺寸成比例。结果I2*I3＝由V确定的常数输入晶体管T1依赖于在其控制电极的控制电压Vin从节点142提取电流11，这由前置放大器16直接驱动。电流I1基本上流过控制晶体管T2的主电流通道(忽略基极电流等等)。结果I2＝I1以及I3＝C/I1电流I2被馈送到电流镜T4，T5的输入，因此确定通过推晶体管T5到输出146的电流。电流I3为通过拉晶体管T3到输出的电流。电路的静态电流Iq为当推晶体管T5和拉晶体管T3提取了相同的电流时(以便没有净电流流到输出146)的电流。静态电流为C的平方根。当某个电压Vq施加于输入晶体管T1的控制电极时静态电流发生。当T1，T2和T3都为相同的尺寸时，Vq为电压V的一半。
拉电流I3和推电流I2指数依赖于Vin。
I2＝Iq exp(Vin-Vq)/V0)I3＝Iq exp(_(Vin-Vq)/V0)通过将Vin升高到Vq以上，可以在经由推晶体管T5到输出的电流中实现一个无限制的增长(原理上)。同时通过拉晶体管T3的电流I3逐渐恢复到接近于0。相反地，通过降低Vin，通过拉晶体管的电流I3＝C/I1在原理上可以无限制地升高，而同时通过拉晶体管T5的电流逐渐恢复到接近于0。应当意识到依电压源148的电压而定的Vq的值不是关键的它只是用于定义静态电平。当然，该运行并不线性地依赖于Vin，但是如果需要线性的运行时，可利用反馈电路18来确保线性运行，或者用带有对数I/O关系的预处理电路使Vin以这样一种方式依它的输入信号而定，即，输出级的净输出电流线性地依赖于输入信号。如果不需要线性运行，当然就不需要这样的电路。
因此，图1中的驱动级14实现了AB类的操作，即，其中静态电流低于最大可能的输出电流的操作。从等式中可以看出，当Vin＝Vq，即在NPN型晶体管T1，T2，T3相等并且PNP型电流镜T4，T5具有单位增益的情况下当Vi＝V/2时，产生静态状态(此时没有净电流流到输出146)。在一些应用中，不期望(在此水平静态状态发生时)Vin的电压水平，为该电路的此种固有特性。
图2示出了一个驱动器级，其中本发明一个A/B类输出级被实现为带有差分输入。除了已经讨论的晶体管T1，T2，T3的电路20，该电路包含具有输入晶体管T1A，控制晶体管T2A和推晶体管T3A的一个对称的对应电路22。该电路20和它的对应电路22构成两个如下连接的支路20，22。输入晶体管T1的发射极和它的对应晶体管T1A经由共同的电流源24连接到另一个供电电源终端(未示出)，这使得通过这些晶体管T1，T1A的主电流通道的电流的和基本保持恒定。T3和T3A的发射极连接到一起，但是它们的发射极电流和不保持恒定。在电路20和它的对应电路22中的晶体管T3和T3A的集电极分别交叉连接到在对称的对应电路22和电路20中的晶体管T2和T2A的集电极。
在运行中一个差分输入电压控制来自在输入晶体管T1和T1A上的电流源的电流分布IT1＝Is/(1+exp(-(V1-V2)/Vo))IT1A＝Is-I1(Is为来自电流源24的电流，V1和V2为在输入处的电压)。如果输入晶体管T1，T1A中的一个缺乏电流，这导致大的电流通过拉晶体管T3，T3A的主电流通道，其中附上了IT3＝C/IT1＝(1+exp(-(V1-V2)/Vo))*C/Is当V1和V2之间的差别分别变得很正和很负时，在各个支路20、22上对称地产生通过拉晶体管的大电流。由于控制晶体管T2，T2A和拉晶体管T3，T3A的集电极的交叉连接，这导致了一个输出电流Ioutput2＝Is/(1+exp(+(V1-V2)/Vo))+(1+exp(-(V1-V2)/Vo))*C/Is其它的输出电流以同样的方式依赖于V1-V2，但是V1和V2的位置交换了。应当认识到输出电流再一次具有期望的A/B类输出级的特性，在原理上输出电流的无限(指数)增加可以通过升高V2-V1来实现，并且该输出电流不被静态电流(当两个支路20，22提取相同的电流时通过两个支路的电流)限制。当V1＝V2时达到输出电路的静态状态。要求的输入电压不依电路中的晶体管固有特性而定。
应当意识到为了实现该效果，使用电流源24来确保输入晶体管T1，T1A之间的电流分布与V1和V2的共模电压的依赖关系不大。即，电流源24的高阻抗对于电路是重要的，而不是来自于电流源24的精确值或者它的恒定性。类似地应当意识到，虽然示出交叉连接的控制晶体管T2A，T2和拉晶体管T3，T3A，这样的交叉连接不是必需的。例如控制晶体管T2，T2A可以连接到供电电源Vcc。这种解决方案比示出的电路的功率效率更低，但是仍可以提供一个A/B类的级的功能。
虽然本发明的电路已经以双极性晶体管的形式进行了描述，应当意识到A/B类的运行可以更一般地与MOS(IGFET)晶体管，FET类似地实现，或者用双极性晶体管和FET的组合类似地实现。当然这将意味着上面讨论的等式不再适用，但是净输出电流可以在任何一个方向上增加而不受静态电流的限制的原理仍然适用。在此情况下由电压源148供给的电压可以相应改变。然而具有双极性的晶体管的驱动级是优选的，因为该驱动级允许最强的输出电流。
相似地，应当意识到当电路的所有晶体管并非具有相同的尺寸或当几个并行的晶体管用于实现单个晶体管的功能时，也可以实现同样的效果。还应当意识到可以添加晶体管到电路中而不背离本发明，例如晶体管的主电流通道和各种晶体管的集电极串联连接。可以这样做来减少对集电极电压的主晶体管电流的依赖。这样的晶体管不影响本发明，只要如此安排输入晶体管T1或晶体管T1，T1A，即，在它的或者它们的输入上的控制电压可导致拉和推输出电流的增加，该增加不受静态电流的限制，通过提取来自控制晶体管T2，T2A的主电流通道的电流，该电流扰乱了通过控制晶体管T2，T2A和拉晶体管T3，T3A的主电流通道的电流之间的比例。
结果实现了驱动级，该驱动级能在高供电电压下运行，所述的高供电电压是用来控制具有大带宽的显示屏幕装置12(例如CRT)所需的，这同时使功率耗散最小化，这是将该电路合并在一个集成电路中所必需的。
应当注意上述的实施例只是举例说明本发明而不是对本发明的限制，本领域的技术人员能设计许多替换的实施例而不脱离附加的权利要求的范围。例如权利要求也明确地覆盖了这样的情况，即，所有的n型晶体管由p型晶体管代替，所有的P型晶体管和电流镜分别由N型晶体管和电流镜代替。在权利要求中，任何的置于括号中的参考符号不应视为对权利要求的限制。文字“包括”不排除除了列在权利要求之中的部件或者步骤之外，其它部件或步骤的存在。在部件前面出现的文字“一”或“一个”不排除有多个这样的部件存在。起码的事实，即列举在互不相同的从属权利要求中的某些措施并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
权利要求
1.一种图像显示设备，它包括显示屏幕装置，带有一个驱动输入；和驱动器电路，包括一个推挽级，推挽级的输出连接到驱动输入，该驱动器电路包括N型拉晶体管，它的主电流通道连接到驱动输入；N型控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；P型电流镜，具有作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，和一个由控制晶体管的主电流通道馈送的输入；和输入晶体管，具有连接到驱动器电路的输入的控制电极，该输入晶体管被安排为基本上提取该控制晶体管电流的所有的可变部分，所述设备的一个外部输入具有到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
2.根据权利要求1的图像显示设备，驱动器电路包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
3.根据权利要求2的图像显示设备，其中第二支路的另一拉晶体管的主电流通道和第一支路的控制晶体管的主电流通道并行连接到电流镜的输入。
4.根据权利要求2的图像显示设备，其中第二支路的另一控制晶体管的主电流通道和第一支路的拉晶体管的主电流通道并行连接到驱动输入。
5.一种集成电路，具有输出接头和推挽级，推挽级的输出连接到输出接头，该集成电路包括N型拉晶体管，它的主电流通道连接到输出；N型控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；P型电流镜，具有由控制晶体管的主电流通道馈送的输入和一个作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，输入晶体管，具有连接到驱动器电路的输入的控制电极，被安排为基本上控制通过该控制晶体管的电流的所有的可变部分，所述设备的一个外部输入具有一个到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
6.根据权利要求5的集成电路，包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，该第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
7.根据权利要求6的集成电路，其中第二支路的另一拉晶体管的主电流通道和第一支路的控制晶体管的主电流通道并行连接到电流镜的输入。
8.一个包括推挽级的驱动器电路，包括输出端；第一导电类型的拉晶体管，它的主电流通道连接到该输出端；第一导电类型的控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；与第一导电类型相反的第二导电类型的电流镜，具有由控制晶体管的主电流通道馈送的输入和一个作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，输入晶体管，具有连接到驱动器电路之输入的控制电极，被安排为基本上控制通过控制晶体管的电流的所有的可变部分，该驱动电路的一个外部输入具有一个到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
9.根据权利要求8的驱动器电路，包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，该第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
全文摘要
一种图像显示设备的驱动器电路，包括带有A/B类推挽级(T3，T5)的驱动器电路。该驱动器电路包含一个N型的拉晶体管(T3)，一个N型的控制晶体管(T2)，T2的主电流通道终端连接到拉晶体管(T2)的控制电极，电压源(V)用于在控制晶体管(T2)的控制电极主电流通道终端和拉晶体管(T3)的串联连接上施加预定的电压。来自于控制晶体管(T2)的电流经由电流镜(T4，T5)流到p型推晶体管(T5)。输入晶体管(T1)经由在控制晶体管(T2)和拉晶体管(T3)之间的节点(142)提取来自于控制晶体管(T2)的所有电流，以控制通过这些晶体管(T2，T3)的电流之间的比例。驱动器电路的输入对通过输入晶体管(T1)的电流有直接控制，它不包括通过控制晶体管(T2)的反馈。
文档编号G09G1/00GK1589523SQ02823230
公开日2005年3月2日 申请日期2002年10月24日 优先权日2001年11月22日
发明者M·H·斯里托夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
技术领域：
本发明涉及一种图像显示设备，用于在这样的设备中驱动显示屏幕的高电压驱动器电路，并且更一般地涉及一种高电压驱动器电路。
需要以高频率摆动的高电压来驱动诸如CRT之类的图像显示屏幕装置。输出的摆动可能大于100伏，这使得最小化在显示屏幕装置中的驱动器电路中引起功率耗散的电流量成为第一重要的任务。众所周知的使驱动器电路中的功率耗散最小化的技术是，使用A/B类的推挽输出级。A/B类的推挽输出级是一个吸收某个静态电流，但是却能供应比静态电流更多的输出电流的输出级。
A/B类的输出级包含一个连接在输出和第一供电电源之间的拉晶体管，和一个连接在输出和第二供电电源之间的拉晶体管。A/B类的运行是通过驱动推和拉晶体管来实现的，以便于一个晶体管的电流接近0时，通过另一晶体管的电流的增加要大于通过该晶体管的电流的减少。因此，最大的输出电流高于静态电流。结果可以使用低的静态电流，这导致了在输出级中小的功率耗散。
WO96/39743公开了一种带有推挽输出级的放大器，推挽输出级有一个N型拉晶体管和一个P型的推晶体管，以便推挽晶体管为互补的类型。P型晶体管被安排为P型电流镜的输出级。通过N型拉晶体管的电流和P型电流镜像的输入电流都由一个输入电压控制。控制电路以互补的方式控制电流，以便当输入电压升高时，一个电流升高而另一个电流降低。
控制电路馈送到P型电流镜的输入电流还能明显地有助于功率消耗，特别在P型电流镜的增益低时。为了保证低的功率消耗，控制电路只需要很少德静态电流，这种方式将该输入电流馈送到P型电流镜。WO96/39743通过使用长尾对差分放大器的一个输出来为P型电流镜像提供电流从而实现上述功能。该长尾对的尾电流则被一个反馈环路控制，以便当增加的电流被供给到P型电流镜时，尾电流增加。
所述对的第一晶体管的基极接收输入电压并且所述对的第二晶体管的集电极将输入电流馈送到P型电流镜。一个恒定的电压V被施加在第二晶体管的基极。反馈环路与通过第二晶体管的电流成比例地调整来自于长尾对的电流源的电流Isup。因此，这确保了，一方面静态电流低，而另一方面可以为P型电流镜的输入供给较高的电流。
遗憾的是，添加的调整来自于长尾对的电流源的电流所需的反馈环路使得电路慢下来了。该反馈环路还包含了另外的P型晶体管，它比N型晶体管更加严重地限制了电路的速度。这使得WO96/39743的电路更不利于驱动显示屏幕装置，因为对于这样的设备高频运行是必要的。
US5038114示出了还可以作为到P型电流镜和推挽级的拉晶体管的输入的电流放大器。该放大器包含一个双极性的控制晶体管，其主电流控制通道馈送P型电流镜的输入，P型电流镜包含了A/B类的推晶体管。控制晶体管的基极-发射极的交叉点和双极性的N型输出晶体管的基极-发射极的交叉点串联连接，双极性的N型输出晶体管可以作为A/B类级的拉晶体管。恒定的电压被施加在两个交叉点的串联连接上。N型输出晶体管是N型电流镜的输出，它被耦合到控制晶体管的主电流通道。
输入电流被馈送到在N型电流镜的输入和控制晶体管的主电流通道之间的节点上。因此，输入电流确定通过控制晶体管的电流和通过N型电流镜(它等于通过N型拉晶体管的电流)的电流之间的差别。同时在基极-发射极交叉点的串联连接上的恒定电压确保通过控制晶体管和N型输出晶体管的电流的乘积是恒定的。
该放大器支持A/B类运行，因为这使得，当在另一个输出端的电流变得很大时，在一个输出端的电流变为0，反之亦然。然而，除非正负极性的大输入电流都能提供，该放大器必须依赖于电流镜的放大而放大。因此一个放大的P型电流镜必需用于推挽级中，这限制了推挽级的速度。这也使得这种电路更不利于驱动显示屏幕装置，因为对于这样的设备高频运行是必要的。
其中，本发明的一个目的在于提供一种图像显示设备，其中的一个显示屏幕装置可以以高的速度并且以低的功率消耗而被驱动。
本发明的另一个目的在于提供一种驱动器电路，它可以在驱动器电路中以低的功率消耗提供以高频率摆动的高电压。
本发明由独立权利要求限定。从属权利要求限定本发明有利的实施例。
本发明是基于这样的原理，即当控制晶体管和拉晶体管的控制电压之和由电压源控制时，所述两个晶体管提供适于AB类推挽级的互补的电流。在控制晶体管和拉晶体管之间的电流分布的变化由一个外部的输入信号控制，该控制通过从控制晶体管和N型的输出晶体管之间一个节点来吸收控制晶体管的主电流通道中电流的变化部分。基本上该电流的所有的输入附属的变量部分(除了相对小的电流，例如泄漏电流)，并且优选地甚至该电流的全部是从具有输入晶体管的主电流通道的节点提取的，因此在有高阻抗的电流源时是有效的。
通过输入晶体管的电流从放大器的输入直接控制，即不经由通过控制晶体管的一个反馈环路，这对方式产生了影响，通过输入晶体管的电流依输入电压而定，而不通过输入晶体管的固有的反馈特性(例如较早的效果)而定。这样放大器的速度不会受到损害。应当注意，通过输入晶体管的电流，除了被输入电压控制之外，当然也可由从推挽级的输出到放大器的输入的反馈环路控制。因此，通过输入晶体管的电流更依赖于通过控制晶体管的电流，但是这没有贬低这样的实事，即提供外部输入信号的该输入具有到输入晶体管的连接，该连接不包括通过控制晶体管的反馈环路，以便控制晶体管不影响通过输入晶体管的电流和输入电压之间的直接关系，即前者与后者的依赖关系。
因此，通过控制晶体管和N型输出晶体管的任何一个的电流可以变得非常大，而同时将通过另一个晶体管的电流变得很小，或者升高通过输入晶体管的电流以使通过控制晶体管的电流变大，或者使通过输入晶体管的电流变小，因此相反地升高了通过N型输出晶体管的电流。电流的升高不受提取了该升高的电流(控制晶体管或N型输出晶体管)的晶体管的静态电流的限制，并且不会被反馈环路减慢。
将会意识到，在此使用的“晶体管”一词是指具有晶体管功能的半导体衬底区域，它是单个的连贯区域或者是多个离散的区域的组合，其提供并行的主电流通道并且每一个都具有晶体管的功能。
在一个实施例中，驱动器电路具有两个功能一样的支路，每个具有根据本发明相互连接的晶体管、控制晶体管和拉晶体管，其中两个支路的输入晶体管的主电流通道经由诸如一个电流源之类的高阻抗电路共同连接到供电连接。因此，在两个支路中，在实现了静止状态及其各自支路中的输入晶体管的输入电压只依输入电压的差而定，而不依电路的固有特性而定。
另外，在两个支路中的拉晶体管和控制晶体管的主电流通道最好交叉互连，至少它们连接到电流镜的输入。因此使得推电流的较大变化范围成为可能。优选地，在两个支路中的拉晶体管和控制晶体管是交叉连接。因此损失最小的电流。
本发明的图像显示设备和电路的这些以及其它的有利的目的和方面，将通过下面的附图更加详细地描述。
图1示出了本发明的图像显示设备；图2示出了本发明的另一个图像显示设备。
图1示出了一个图像显示设备，该设备具有驱动电路10和CRT的显示屏幕装置12。驱动电路10包含驱动器级14，前置放大器16和反馈电路18。驱动电路10的输入端19a被连接到前置放大器16的一个输入，前置放大器16具有一个连接到驱动器级14的输入端的输出。驱动器级14的输出连接到图像显示设备12的控制电极并且经由反馈电路18连接到前置放大器16的另一个输入端19b。驱动器级14包含一个NPN型的输入晶体管T1，一个NPN型控制晶体管T2，一个NPN型拉晶体管T3和一个电流镜T4，T5，该电流镜具有PNP型镜像输入晶体管T4和一个PNP型镜像输出晶体管T5。驱动器级14的输入140连接到输入晶体管T1的控制电极。输入晶体管T1的主电流通道连接在第一供电电源Vee和节点142之间。控制晶体管T2的主电流通道连接在节点142和电流镜T4，T5的一个输入144之间。控制晶体管T2的控制电极连接到电压源148。拉晶体管T3的控制电极连接到节点142，其主电流通道连接在第一供电电源Vee和驱动级的输出146之间。电流镜的输入晶体管T4象一个二极管(主电流通道的控制电极)一样被连接在电流像镜像的输入144和第二供电电源连接Vcc之间。电流镜的输出晶体管T5有一个连接到电流镜的输入144的控制电极，并且其主电流通道连接在第二供电电源连接Vcc和驱动级14的输出之间。
在工作中驱动电路10在输入端19a接收输入信号(例如一个视频信号)并驱动图像显示设备12的控制电极(例如阴极)。虽然驱动电路可以直接驱动阴极(如所示的)，在不偏离本发明的情况下，一个或多个缓冲极(诸如补充的射极跟随级(或源极跟随级)可以添加到驱动器和图像显示设备12的控制电极之间。反馈电路18确保了一个定义好的增益和基本上线性特性。
驱动级14放大该信号并生成需要用来控制图像显示设备12的电压摆动。在一个典型的图像显示设备中需要用来实现该功能的供电电源电压差Vcc-Vee为100伏特或更大，以及多达10-20Mhz的频率分量被放大。图像显示设备12所形成的负载典型地具有10PF数量级的电容分量，这意味着需要10-100mA的输出电流，考虑到大的电压摆动，这包括一个相当数量的功率耗散。
为了保证宽带增益，该增益优选地由驱动级的N型晶体管T1，T2，T3而不是由电流镜的T4，T5提供。这是因为PNP型晶体管比NPN型晶体管造成更低截止频率。电流镜T4，T5最好具有大约为1的增益。
NPN型晶体管T1，T2，T3提供增益如下。电压源提供接近等于两倍于基极发射交叉点电压的电压，该基极发射交叉点电压需要用来使晶体管明显导通，对于硅晶体管例如为1.2-1.4V。控制晶体管T2和拉晶体管T3的基极发射极电压的和等于由电压源148提供的电压V。
V＝Vbe2+Vbe3通过这些晶体管的电流I2，I3大约按指数规律地由基极发射极的电压而定。
I2＝I0exp(Vbe2/V0)以及I3＝I0exp(Vbe3/V0)其中“exp”为指数函数(e的幂)V0＝kT/q，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电荷。I0为电流因子，它依半导体的特性而定并粗略地与发射极的尺寸成比例。结果I2*I3＝由V确定的常数输入晶体管T1依赖于在其控制电极的控制电压Vin从节点142提取电流11，这由前置放大器16直接驱动。电流I1基本上流过控制晶体管T2的主电流通道(忽略基极电流等等)。结果I2＝I1以及I3＝C/I1电流I2被馈送到电流镜T4，T5的输入，因此确定通过推晶体管T5到输出146的电流。电流I3为通过拉晶体管T3到输出的电流。电路的静态电流Iq为当推晶体管T5和拉晶体管T3提取了相同的电流时(以便没有净电流流到输出146)的电流。静态电流为C的平方根。当某个电压Vq施加于输入晶体管T1的控制电极时静态电流发生。当T1，T2和T3都为相同的尺寸时，Vq为电压V的一半。
拉电流I3和推电流I2指数依赖于Vin。
I2＝Iq exp(Vin-Vq)/V0)I3＝Iq exp(_(Vin-Vq)/V0)通过将Vin升高到Vq以上，可以在经由推晶体管T5到输出的电流中实现一个无限制的增长(原理上)。同时通过拉晶体管T3的电流I3逐渐恢复到接近于0。相反地，通过降低Vin，通过拉晶体管的电流I3＝C/I1在原理上可以无限制地升高，而同时通过拉晶体管T5的电流逐渐恢复到接近于0。应当意识到依电压源148的电压而定的Vq的值不是关键的它只是用于定义静态电平。当然，该运行并不线性地依赖于Vin，但是如果需要线性的运行时，可利用反馈电路18来确保线性运行，或者用带有对数I/O关系的预处理电路使Vin以这样一种方式依它的输入信号而定，即，输出级的净输出电流线性地依赖于输入信号。如果不需要线性运行，当然就不需要这样的电路。
因此，图1中的驱动级14实现了AB类的操作，即，其中静态电流低于最大可能的输出电流的操作。从等式中可以看出，当Vin＝Vq，即在NPN型晶体管T1，T2，T3相等并且PNP型电流镜T4，T5具有单位增益的情况下当Vi＝V/2时，产生静态状态(此时没有净电流流到输出146)。在一些应用中，不期望(在此水平静态状态发生时)Vin的电压水平，为该电路的此种固有特性。
图2示出了一个驱动器级，其中本发明一个A/B类输出级被实现为带有差分输入。除了已经讨论的晶体管T1，T2，T3的电路20，该电路包含具有输入晶体管T1A，控制晶体管T2A和推晶体管T3A的一个对称的对应电路22。该电路20和它的对应电路22构成两个如下连接的支路20，22。输入晶体管T1的发射极和它的对应晶体管T1A经由共同的电流源24连接到另一个供电电源终端(未示出)，这使得通过这些晶体管T1，T1A的主电流通道的电流的和基本保持恒定。T3和T3A的发射极连接到一起，但是它们的发射极电流和不保持恒定。在电路20和它的对应电路22中的晶体管T3和T3A的集电极分别交叉连接到在对称的对应电路22和电路20中的晶体管T2和T2A的集电极。
在运行中一个差分输入电压控制来自在输入晶体管T1和T1A上的电流源的电流分布IT1＝Is/(1+exp(-(V1-V2)/Vo))IT1A＝Is-I1(Is为来自电流源24的电流，V1和V2为在输入处的电压)。如果输入晶体管T1，T1A中的一个缺乏电流，这导致大的电流通过拉晶体管T3，T3A的主电流通道，其中附上了IT3＝C/IT1＝(1+exp(-(V1-V2)/Vo))*C/Is当V1和V2之间的差别分别变得很正和很负时，在各个支路20、22上对称地产生通过拉晶体管的大电流。由于控制晶体管T2，T2A和拉晶体管T3，T3A的集电极的交叉连接，这导致了一个输出电流Ioutput2＝Is/(1+exp(+(V1-V2)/Vo))+(1+exp(-(V1-V2)/Vo))*C/Is其它的输出电流以同样的方式依赖于V1-V2，但是V1和V2的位置交换了。应当认识到输出电流再一次具有期望的A/B类输出级的特性，在原理上输出电流的无限(指数)增加可以通过升高V2-V1来实现，并且该输出电流不被静态电流(当两个支路20，22提取相同的电流时通过两个支路的电流)限制。当V1＝V2时达到输出电路的静态状态。要求的输入电压不依电路中的晶体管固有特性而定。
应当意识到为了实现该效果，使用电流源24来确保输入晶体管T1，T1A之间的电流分布与V1和V2的共模电压的依赖关系不大。即，电流源24的高阻抗对于电路是重要的，而不是来自于电流源24的精确值或者它的恒定性。类似地应当意识到，虽然示出交叉连接的控制晶体管T2A，T2和拉晶体管T3，T3A，这样的交叉连接不是必需的。例如控制晶体管T2，T2A可以连接到供电电源Vcc。这种解决方案比示出的电路的功率效率更低，但是仍可以提供一个A/B类的级的功能。
虽然本发明的电路已经以双极性晶体管的形式进行了描述，应当意识到A/B类的运行可以更一般地与MOS(IGFET)晶体管，FET类似地实现，或者用双极性晶体管和FET的组合类似地实现。当然这将意味着上面讨论的等式不再适用，但是净输出电流可以在任何一个方向上增加而不受静态电流的限制的原理仍然适用。在此情况下由电压源148供给的电压可以相应改变。然而具有双极性的晶体管的驱动级是优选的，因为该驱动级允许最强的输出电流。
相似地，应当意识到当电路的所有晶体管并非具有相同的尺寸或当几个并行的晶体管用于实现单个晶体管的功能时，也可以实现同样的效果。还应当意识到可以添加晶体管到电路中而不背离本发明，例如晶体管的主电流通道和各种晶体管的集电极串联连接。可以这样做来减少对集电极电压的主晶体管电流的依赖。这样的晶体管不影响本发明，只要如此安排输入晶体管T1或晶体管T1，T1A，即，在它的或者它们的输入上的控制电压可导致拉和推输出电流的增加，该增加不受静态电流的限制，通过提取来自控制晶体管T2，T2A的主电流通道的电流，该电流扰乱了通过控制晶体管T2，T2A和拉晶体管T3，T3A的主电流通道的电流之间的比例。
结果实现了驱动级，该驱动级能在高供电电压下运行，所述的高供电电压是用来控制具有大带宽的显示屏幕装置12(例如CRT)所需的，这同时使功率耗散最小化，这是将该电路合并在一个集成电路中所必需的。
应当注意上述的实施例只是举例说明本发明而不是对本发明的限制，本领域的技术人员能设计许多替换的实施例而不脱离附加的权利要求的范围。例如权利要求也明确地覆盖了这样的情况，即，所有的n型晶体管由p型晶体管代替，所有的P型晶体管和电流镜分别由N型晶体管和电流镜代替。在权利要求中，任何的置于括号中的参考符号不应视为对权利要求的限制。文字“包括”不排除除了列在权利要求之中的部件或者步骤之外，其它部件或步骤的存在。在部件前面出现的文字“一”或“一个”不排除有多个这样的部件存在。起码的事实，即列举在互不相同的从属权利要求中的某些措施并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。
权利要求
1.一种图像显示设备，它包括显示屏幕装置，带有一个驱动输入；和驱动器电路，包括一个推挽级，推挽级的输出连接到驱动输入，该驱动器电路包括N型拉晶体管，它的主电流通道连接到驱动输入；N型控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；P型电流镜，具有作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，和一个由控制晶体管的主电流通道馈送的输入；和输入晶体管，具有连接到驱动器电路的输入的控制电极，该输入晶体管被安排为基本上提取该控制晶体管电流的所有的可变部分，所述设备的一个外部输入具有到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
2.根据权利要求1的图像显示设备，驱动器电路包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
3.根据权利要求2的图像显示设备，其中第二支路的另一拉晶体管的主电流通道和第一支路的控制晶体管的主电流通道并行连接到电流镜的输入。
4.根据权利要求2的图像显示设备，其中第二支路的另一控制晶体管的主电流通道和第一支路的拉晶体管的主电流通道并行连接到驱动输入。
5.一种集成电路，具有输出接头和推挽级，推挽级的输出连接到输出接头，该集成电路包括N型拉晶体管，它的主电流通道连接到输出；N型控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；P型电流镜，具有由控制晶体管的主电流通道馈送的输入和一个作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，输入晶体管，具有连接到驱动器电路的输入的控制电极，被安排为基本上控制通过该控制晶体管的电流的所有的可变部分，所述设备的一个外部输入具有一个到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
6.根据权利要求5的集成电路，包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，该第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
7.根据权利要求6的集成电路，其中第二支路的另一拉晶体管的主电流通道和第一支路的控制晶体管的主电流通道并行连接到电流镜的输入。
8.一个包括推挽级的驱动器电路，包括输出端；第一导电类型的拉晶体管，它的主电流通道连接到该输出端；第一导电类型的控制晶体管，它的主电流通道终端经由一个节点连接到拉晶体管的控制电极；电压源，用于在控制晶体管的控制电极主电流通道终端和拉晶体管的串联连接上施加预定的电压；与第一导电类型相反的第二导电类型的电流镜，具有由控制晶体管的主电流通道馈送的输入和一个作为推挽级的推晶体管的输出晶体管，输入晶体管，具有连接到驱动器电路之输入的控制电极，被安排为基本上控制通过控制晶体管的电流的所有的可变部分，该驱动电路的一个外部输入具有一个到输入晶体管的控制电极的连接，该连接不包括通过控制晶体管的主电流通道。
9.根据权利要求8的驱动器电路，包括第一和第二支路，第一支路包括拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管，该第二支路包括另一个拉晶体管、另一个控制晶体管和另一个输入晶体管，如同第一支路中的拉晶体管、控制晶体管和输入晶体管一样互相连接，驱动器电路包括一个电流源，该电流源将输入晶体管和另一输入晶体管的主电流通道共同连接到供电电压。
全文摘要
一种图像显示设备的驱动器电路，包括带有A/B类推挽级(T3，T5)的驱动器电路。该驱动器电路包含一个N型的拉晶体管(T3)，一个N型的控制晶体管(T2)，T2的主电流通道终端连接到拉晶体管(T2)的控制电极，电压源(V)用于在控制晶体管(T2)的控制电极主电流通道终端和拉晶体管(T3)的串联连接上施加预定的电压。来自于控制晶体管(T2)的电流经由电流镜(T4，T5)流到p型推晶体管(T5)。输入晶体管(T1)经由在控制晶体管(T2)和拉晶体管(T3)之间的节点(142)提取来自于控制晶体管(T2)的所有电流，以控制通过这些晶体管(T2，T3)的电流之间的比例。驱动器电路的输入对通过输入晶体管(T1)的电流有直接控制，它不包括通过控制晶体管(T2)的反馈。
文档编号G09G1/00GK1589523SQ02823230
公开日2005年3月2日 申请日期2002年10月24日 优先权日2001年11月22日
发明者M·H·斯里托夫 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司
最新回复(0)