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液晶显示器(LCD)是当今信息社会中一种重要的信息设备。虽然以TFT-LCD为代表的高端显示设备近年来发展迅速,但CSTN-LCD以其低成本、低功耗的优势在移动通信设备等消费电子领域仍然占有相当的份额。在CSTN-LCD驱动中,缓冲放大器设计是LCD驱动芯片的关键和难点之一。由于LCD常用于便携式设备,这要求LCD驱动芯片具备低功耗的特点。另外,应用于LCD驱动的缓冲放大器具有很大的容性负载且负载具有很大的动态范围,同时,CSTN-LCD的驱动机制又要求驱动波形具有很快的建立时间。所以,应用于CSTN-LCD驱动中的缓冲放大器具有以下特殊要求:1)低功耗;2)高转换速率;3)可驱动具有大动态范围的大电容负载。
论文首先介绍了CSTN液晶显示和驱动的基本原理,并对CSTN-LCD驱动芯片做了一个全面概述。随后,在详细讨论了应用于CSTN-LCD驱动的缓冲放大器的设计要求的基础上,着重从结构设计、转换增强技术、频率补偿技术三个方面对缓冲放大器的设计方法展开了详细的研究和讨论。接着,论文设计并实现了缓冲放大器Ⅰ,该缓冲放大器基于AB类的主体结构,采用共源共栅补偿方法,具有低功耗、高速的特点。同时,该放大器还采用工作在B类模式下的并联的辅助放大器来增强其转换性能,可驱动大电容负载。通过在片外对放大器输出连接一个很大的电容,可使放大器在负载电容发生较大变化时仍能正常工作。通过仿真分析和流片验证,该缓冲放大器符合设计要求。
考虑到去除芯片外围器件、降低系统成本是未来LCD驱动IC发展的难点和热点,论文还探索了在无片外电容、大动态范围电容负载下的缓冲放大器的设计方法。由于如果在LCD驱动中直接去除片外电容,共源共栅补偿将出现“增益尖峰”并造成稳定性下降的问题,论文将阻尼因子控制方法应用于共源共栅补偿中,在保留共源共栅补偿的其它优点的同时解决了负载电容变化时出现“增益尖峰”的问题,并在此基础上设计了缓冲放大器Ⅱ。仿真结果显示,缓冲放大器Ⅱ比缓冲放大器Ⅰ虽然增加了少量静态电流,但能够在无片外电容的条件下基本满足LCD驱动的应用需求。