Brevet FR2667188A1 — publié le 19920327

DESCRIPTION CIRCUIT ECHANTILLONNEUR-BLOQUEUR POUR ECRAN D'AFFICHAGE A CRISTAL LIQUIDE La présente invention a pour objet un circuit échantillonneur-bloqueur pour écran d'affichage à cris- tal liquide. Un écran d'affichage à cristal liquide se présente généralement sous la forme illustrée sur la figure 1 L'écran proprement dit ECR est constitué de lignes L et de colonnes C d'adressage, d'une matrice de pixels P, chacun relié à un transistor TFT dont l'état est commandé par la ligne L et la colonne C associées. Un tel écran est commandé par un circuit de commande de lignes CCL, qui applique séquentiellement aux lignes une tension d'adressage (par exemple quelques volts) et par un circuit de commande de colonnes CCC, qui applique à la totalité des colonnes des tensions reflétant l'intensité lumineuse des points à afficher sur la ligne adressée L'image globale est ainsi af- fichée ligne par ligne. Le circuit de commande de colonnes CCC reçoit un signal vidéo SV délivré par un circuit vidéo CV. Ce signal est en général constitué de trois composantes25 correspondant aux trois composantes primaires d'une image en couleur. Si l'écran ECR possède 162 colonnes, le cir- cuit CCC comprend 162 circuits élémentaires de commande de colonne, disposés en parallèle, et 162 sorties re- liées aux différentes colonnes Chaque circuit élémen- taire de commande de colonne (appelé encore "driver colonne" dans la littérature technique) comprend un circuit échantillonneur-bloqueur dont la fonction est d'échantillonner le signal vidéo à un instant déterminé35 correspondant à la colonne à commander et de maintenir cet échantillon sur la colonne pendant toute la durée d'adressage d'une ligne (fonction "sample-and-hold" en terminologie anglosaxonne). la présente invention porte sur un tel circuit échantillonneur-bloqueur. La réalisation d'un circuit échantillonneur- bloqueur pour écran d'affichage à cristal liquide pose de nombreux problèmes. Tout d'abord, il doit permettre l'échantillon- nage du signal vidéo relatif à une ligne alors qu'on applique sur les colonnes les signaux relatifs à la ligne précédente. Par ailleurs, si l'on veut pouvoir alimenter un écran d'affichage de grandes dimensions possédant un nombre élevé de colonnes (plus d'une centaine), il faut un circuit de très faible consommation électri- que et présentant un temps de charge faible pour une charge capacitive élevée. 20 Enfin, il est souhaitable que la structure du circuit permette de compenser les tensions de décala- ge ("offset") provoquées par l'amplification et la mise en forme des signaux vidéo. Les circuits échantillonneurs-bloqueurs de l'art antérieur présentent tous des inconvénients. Ainsi, dans le circuit commercialisé par la Société HITACHI sous la référence HD 66300 T par exemple, il est fait usage de quatre échantillonneurs-bloqueurs par colonne, travaillant en alternance Le circuit30 contient ainsi 480 circuits échantillonneurs- bloqueurs pour un écran de 120 colonnes La consommation éLectri- que est donc très grande Par ailleurs, dans une telle architecture, il n'est pas possible de corriger la tension de décalage.35 La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un circuit échantillon- neur-bloqueur qui s'accommode d'un seul circuit par colonne De plus, ce circuit est de faible consommation (moins de 50 pli A au repos), il présente un temps de charge faible (le circuit est capable de charger une capacité externe de 150 p F par 6 V en 2 ps) et sa dynami- que de sortie est proche de la différence de tensions de polarisation (VDD-Vss) (en réalité légérement infé- rieure à cette valeur, soit environ VDD-Vss-O,3 V). Enfin, par l'adjonction d'un simple condensateur, il est possible de corriger aisément la tension de déca- lage. A cette fin, l'invention propose un circuit échantillonneurbloqueur qui comprend: un premier étage d'échantillonnage à capa- cité commutée relié à une entrée (E) rece- vant un signal vidéo relatif à chaque ligne de l'écran à commander, un second étage d'amplification et de main- tien avec une sortie apte à être reliée à une colonne de l'écran, des moyens pour: commander l'échantillonnage relatif à une ligne dans le premier étage, commander, dans le même temps, le maintien par le second étage de l'échantillon correspondant à la ligne précédente, transférer ensuite l'échantillon du premier étage dans le second. Les moyens de commande de l'échantillonnage et du transfert sont de préférence réalisés par des interrupteurs électroniques (en pratique des transis-35 tors) dont l'état ouvert ou fermé est commandé par des signaux appropriés (tensions rectangulaires). De préférence, un condensateur de correction de décalage est associé au condensateur d'échantillon- nage pour corriger le décalage produit par l'amplifica- teur situé en aval Ce condensateur est mis en service 5 pendant le temps de transfert de l'échantillon dans l'amplificateur. De toute façon, les caractéristiques et avan- tages de l'invention apparaîtront mieux à la lumière de la description qui suit Cette description porte sur des exemples de réalisation donnés à titre explica- tif et nullement limitatif Elle se réfère à des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1, déjà décrite, illustre schéma- tiquement la structure d'un écran d'afficha- ge à cristal liquide; la figure 2 montre le schéma d'un échantil- lonneur-bloqueur conforme à l'invention; la figure 3 est un chronogramme montrant divers signaux de commande apparaissant dans le circuit; la figure 4 est un schéma simplifié global d'un circuit complet de commande de colon- nes Pour des raisons de clarté du dessin, la compensation d'offset n'y est pas représentée. Sur la figure 2, on voit un circuit échantil- Lonneur-bloqueur CEB à une entrée générale E et une sortie générale S L'entrée E est reliée à un bus vidéo BV relié à un circuit vidéo CV La sortie S est reliée à une colonne C Il y a autant de circuit CEB qu'il y a de colonnes pour un circuit global de commande. Le circuit vidéo CV ne fait pas partie de l'invention Il suffit d'indiquer brièvement qu'il comprend une entrée vidéo 20, des condensateurs 22, 24, un interrupteur 26 de "clamping" (), commandé par un signal CCL, un interrupteur de transfert 28, commandé par un signal de transfert TRD, un amplifica- teur 30 de mise en forme et un circuit de cadrage 32.5 Pour ce qui est du circuit échantillonneur- bloqueur CEB, qui se rapporte plus spécialement à l'invention, tel que représenté, il comprend: un premier condensateur d'échantillonnage Ce relié à l'entrée E à travers deux pre- miers interrupteurs électroniques T 1, T'1 commandé par un signal d'échantillonnage ECH, un amplificateur A à une entrée non inver- seuse e+, une entrée inverseuse e et une sortie s, la sortie S étant rebouchée sur l'entrée non-inverseuse e+ par un second condensateur de stockage Cs, avec un deuxiè- me interrupteur électronique T 2 en paral- lèle, ce deuxième interrupteur T 2 étant commandé par un signal de remise à zéro RAZ; les entrées de l'amplificateur A étant reliées par ailleurs au premier condensateur d'échantillonnage Ce par deux troisièmes interrupteurs électroniques T 3, T'3, ces troisièmes interrupteurs étant commandés par un signal de transfert TRD. Le circuit peut comprendre en outre, mais non obligatoirement un quatrième interrupteur électroni- que de sortie T 4 relié à la sortie S de l'amplificateur30 A et commandé par un signal TRS. Un circuit général de commande CC délivre des signaux de commande ECH, TRD, TRS, RAZ pour les divers interrupteurs des échantillonneurs-bloqueurs. Le fonctionnement de ce circuit peut être mieux compris à la lumière du chronogramme de la figure 3 Sur la première ligne est représenté le signal vidéo V (deux lignes successives Ln-1 et Ln) sont illustrées, de rang n-1 et n) La deuxième ligne montre le signal5 d'échantillonnage ECH (une impulsion correspond à un circuit échantillonneur-bloqueur, les autres aux autres circuits de l'écran); la troisième ligne montre le signal de remise à zéro RAZ; le signal de transfert TRD est représenté sur la quatrième ligne et le signal de transfert TRS sur la dernière. Le fonctionnement du circuit dès lors est le suivant. Le signal d'échantillonnage ECH agit d'abord sur les premiers interrupteurs T 1, T'I et provoque la charge du premier condensateur d'échantillonnage Ce Pendant ce temps, le signal de transfert TRS est au niveau haut et agit sur le quatrième interrupteur de sortie T 4 et permet à la tension précédemment bloquée dans le condensateur de stockage Cs de l'amplificateur A d'être transférée sur la sortie générale S Puis le signal de remise à zéro RAZ agit sur le deuxième interrupteur T 2 pour remettre à zéro la tension bloquée dans le condensateur de stockage Cs de l'amplificateur A, pendant que le signal TRS est mis au niveau zéro pour découpler la sortie de l'amplificateur A de la sortie générale S Le signal TRD agissant sur les troi- sièmes interrupteurs T 3, T'3 provoque le transfert de la tension échantillonnée dans le premier condensa- teur d'échantillonnage Ce vers l'amplificateur A et son condensateur de stockage Cs. On voit donc que l'échantillonnage de la ligne N (EC Hn) se produit pendant le maintien de l'échantillon relatif à la ligne n-1 (TRS(n-1)). En revenant à la figure 2, on voit que le circuit comprend en outre un condensateur supplémentaire Cc qui permet une correction de décalage ("offset"). Ce condensateur possède une armature reliée à l'entrée E à travers un cinquième interrupteur électronique T 5 commandé par le signal de transfert TRD et à un point porté à la tension moyenne des tensions de polari- sation Vpm à travers un sixième interrupteur électroni- que T 6 La tension Vpm représente la moyenne entre les deux tensions extrêmes de polarisation VSS et VDD. Le condensateur de correction Cc possède une autre armature reliée au condensateur d'échantillonnage Ce. En liaison avec l'interrupteur 28 du circuit vidéo CV, le fonctionnement de ces moyens de correction est alors le suivant L'interrupteur 28 et son signal de transfert TRD servent dans la compensation de l'of- fset (du moins dans la réalisation de la partie vidéo avec système de "clamping") La compensation de l'offset concerne l'offset de la chaîne vidéo Avec le dispositif de l'interrupteur 28 on introduit cet offset dans les bus vidéo au même instant que l'on fait le transfert des échantillons vers la sortie des circuits de com- mande (pendant TRD) Le transfert se fait donc par deux chemins: par le condensateur Cc, qui transfère l'inverse de l'offset vers Cs, et aussi par Ce qui transfère l'échantillon du signal, non- compensé en offset, de façon non-inversée vers Cs Le résultat en sortie est la valeur échantillonnée avec une compensation de l'offset. Cela est possible si, pendant TRD, on présente VPM à l'entrée des amplificateurs vidéo Dans le cas du circuit réalisé on utilise un circuit de clamping pour ramener le signal vidéo à un niveau convenable et on le force à VPM pendant TRD avec l'interrupteur 28. D'autres façons d'obtenir ce résultat sont possibles. La figure 4 illustre le montage d'une plurali- té d'échantillonneurs-bloqueurs conformes à celui qui vient d'être décrit, dans un circuit de commande des colonnes d'un écran d'affichage à 162 colonnes Le circuit global CCC comprend 162 échantillonneurs- blo- queurs CEB 1, CEB 2,, CEB 162 à 162 plots de sortie5 51, 52,, 5162 reliés aux 162 colonnes, C 1, C 2, , C 162 Un circuit vidéo CV alimente trois bus vidéo BV 1, BV 2, BV 3 correspondant aux trois primaires rouge, vert, bleu Un registre à décalage R DEC à 162 cellules délivre 162 signaux d'échantillonnage ECH pour les 162 circuits échantillonneurs-bloqueurs CEB 1,, CEB 162 Une source de polarisation POL alimente le circuit vidéo CV et les amplificateurs A des échantil- lonneurs-bloqueurs. Divers plots TRD, TRS, RAZ (non tous représen- tés) correspondent aux entrées de signaux de commande. Tous les circuits qui viennent d'être décrits peuvent être intégrés sous forme de "puce" La technolo- gie CMOS convient parfaitement. REVENDICATIONS 1 Circuit échantillonneur-bloqueur pour la commande d'un écran d'affichage à cristal liquide, cet écran comprenant des lignes (L) et des colonnes (C) d'adressage et étant commandé séquentiellement ligne par ligne, ce circuit étant caractérisé par le fait qu'il comprend: un premier étage d'échantillonnage à capaci- té commutée (Ce) relié à une entrée (E) recevant un signal vidéo relatif à chaque ligne à commander, un second étage d'amplification et de main- tien avec une sortie (S) apte à être reliée à une colonne (C) de l'écran, des moyens pour: commander l'échantillonnage relatif à une ligne dans le premier étage, commander dans le même temps le maintien par le second étage de l'échantillon correspondant à la ligne précé- dente, transférer ensuite l'échantillon du premier étage dans le second. 2 Circuit échantillonneur-bloqueur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il com- prend: un premier condensateur (Ce) d'échantillon- nage relié à l'entrée vidéo (E) à travers des premiers interrupteurs électroniques (T 1 et T'1) commandés par un signal d'échan- tillonnage (ECH), un amplificateur (A) à une entrée non inver- seuse (e+), une entrée inverseuse (e-) et une sortie (s), la sortie (s) étant rebouchée sur l'entrée non-inverseuse (e+) par un second condensateur de stockage (Cs), avec un deuxième interrupteur électro- nique (T 2) en parallèle, ce deuxième inter- rupteur (T 2) étant commandé par un signal de remise à zéro (RAZ), les entrées de l'amplificateur étant reliées au premier condensateur (Ce) d'échantillonnage par deux troisièmes interrupteurs électroniques (T 3, T'3), ces troisièmes interrupteurs étant commandés par un signal de transfert (TRD), une sortie générale (S) reliée au quatrième interrupteur (T 4), cette sortie étant desti- née à être reliée à l'une des colonnes (C) de l'écran d'affichage, des moyens (CC) pour fournir les signaux de commande (ECH, RAZ, TRD, TRS) des divers interrupteurs le signal d'échantillonnage (ECH) agissant d'abord sur les premiers interrupteurs (T 1 et T'I) pour provoquer la charge du premier condensateur d'échan- tillonnage (Ce), pour permettre à la tension précédemment bloquée dans le condensateur de stockage (Cs) de l'amplificateur (A) d'être appliquée sur la sortie générale (S); le signal (RAZ) agissant sur le deuxième interrupteur (T 2) pour remettre à zéro la tension bloquée dans le condensa- teur de stockage (Cs) de l'amplificateur (A), et enfin, le signal (TRD) agissant sur les troisièmes interrupteurs (T 3, T'3) pour provoquer le transfert de la tension échantillonnée dans le premier condensateur d'échantillonnage (Ce) vers l'amplificateur (A) et son condensateur de stockage (Cs). 1 1 3 Circuit échantillonneur-bloqueur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il comprend en outre un quatrième interrupteur électronique de sortie (T 4) relié à la sortie (s) de l'amplificateur (A) et commandé par un signal (TRS). 4 Circuit échantillonneur-bloqueur selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'il com- prend en outre un condensateur de correction de décalage (Cc) ayant une armature reliée à l'entrée (E) par un cinquième interrupteur électronique (T 5) commandé par le signal de transfert (TRD) et à un point porté à la tension moyenne des tensions de polarisation (Vpm) à travers un sixième interrupteur électronique (T 6), ce condensateur de correction (Cc) ayant une autre armature reliée au condensateur d'échantillonnage (Ce), à un point porté à la tension moyenne de polarisation (Vpm) à travers un septième interrupteur électronique (T 7, T'1) commandé par le signal d'échantillonnage (ECH) et porté à l'entrée e à travers T'3 avec dans la chaîne vidéo un dispositif qui impose Vpm à l'entrée des amplificateurs pendant TDR.