[논문]LCD 드라이버에 적용 가능한 저소비전력 및 높은 슬루율을 갖는 이중 레일 투 레일 버퍼 증폭기

이민우; 강병준; 김한슬; 한정우; 손상희; 정원섭

[국내논문] LCD 드라이버에 적용 가능한 저소비전력 및 높은 슬루율을 갖는 이중 레일 투 레일 버퍼 증폭기
A Low-Power High Slew-Rate Rail to Rail Dual Buffer Amplifier for LCD output Driver 원문보기

이민우 (청주대학교) , 강병준 (청주대학교) , 김한슬 (청주대학교) , 한정우 (청주대학교) , 손상희 (청주대학교) , 정원섭 (청주대학교)

본 논문에서는 LCD source driver IC의 output buffer op-amp로 사용가능한 저소비전력 및 높은 슬루율을 갖는 CMOS rail-to rail 입/출력 op-amp를 설계하였다. 제안한 op-amp는 기존의 출력단 Class-AB 단에 새로이 설계한 Class-B control단을 추가하여 저소비전력과 높은 슬루율을 갖게 하였다. 시뮬레이션 결과 제안된 op-amp는 소비전력이 1.19mW로 감소하였으며 사용한 부하커패시터 (10nF)를 기준으로 슬루율은 6.5V/us로 확인되었다.

In this paper, low power and high slew rate CMOS rail to rail input/output opamp applicable for ouput buffer amp, in LCD source driver IC, is proposed. Proposed op-amp, is realized the characteristics of low power consumption and high slew rate adding the newly designed control stage of class-B to the conventional output stage of class-AB. From the simulation results, we know that the proposed opamp buffer can drive a 1000pF capacitive load with a 6.5V/us slew-rate, while drawing only the the power consumption of 1.19mW from 3.3V power supply.

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문제 정의

본 논문에서는 LCD에 사용되는 버퍼 증폭기의 출력 특성을 개선하기 위하여 향상된 저전력 및 높은 슬루율을 갖는 레일-투-레일 이중 출력단을 갖는 증폭기를 설계하였다. 제안된 증폭기는 큰 부하 커패시터를 빠르게 구동하며 소비전력 또한 Class-B를 추가함으로써 감소하였다.
TFTLCD panel 에 응용할 수 있도록 저소비 전력 과빠른 구동속도를 가지는 output buffer op-amp를 설계하였다. 본 논문은 기존의 레일-투-레일입력 단을 사용하면서 출력 단을 이중으로 채택하고, class-AB 와 class-B를 사용하여 slew-rate를 향상시키는 방법을 제안하고자 한다[1].

제안 방법

바이어스 회로로는 (MB1 – MB4 )로 구성되어있으며, 그리고 출력 단은 Class-AB ( MO1 , MO2 ), Class-B (MO3 ,MO4)로 구성되어 있으며, MO1 , MO2는 전류 미러를 통하여 출력되고 , MO3 , MO4는 M17~M24의 전류비교기를 통하여 동작된다. LCDdriver IC 의 buffer op-amp 의 기본적인 회로에서 출력 단을 기존의 class-AB 와 class-B로 추가하여 설계하였다. 비교기를 통하여 MO3와MO4가 class-B로 작동된다.
하지만 이득 및 공통모드 제거 비 , 전원 변화 제거 비, 오프셋 및 입출력 동작 영역, 전류구동 능력 , 소비전력 등을 고려하여 단일 출력단을 쓸 경우 슬루율 과 이득을 고려하여 설계하면 trade off 되는 결과를 볼 수 있다. TFTLCD panel 에 응용할 수 있도록 저소비 전력 과빠른 구동속도를 가지는 output buffer op-amp를 설계하였다. 본 논문은 기존의 레일-투-레일입력 단을 사용하면서 출력 단을 이중으로 채택하고, class-AB 와 class-B를 사용하여 slew-rate를 향상시키는 방법을 제안하고자 한다[1].

성능/효과

제안된 증폭기는 큰 부하 커패시터를 빠르게 구동하며 소비전력 또한 Class-B를 추가함으로써 감소하였다.0.18-um 1-폴리 6-메탈 TSMC 공정을 사용한 시뮬레이션 결과 제안한 op-amp는 부하 커패시터가 10p를 기준으로 기존의 op-amp의 슬루율 보다 상승 시간 일 때는 54.5V/us 이고 하강 시간일 때는 35.7V/us이며 약 2배 이상의 슬루율을갖으며, 부하커패시터가 10nF를 기준으로 기존의 op-amp의 슬루율 보다 상승 시간 일 때는5.4V/us 이며 하강 시간 일 때는 6.4V/us이며약 2배 이상의 슬루율을 갖는다. 소비전력은 기존의 op-amp의 소비전력보다 1.
4V/us이며약 2배 이상의 슬루율을 갖는다. 소비전력은 기존의 op-amp의 소비전력보다 1.19mW로 20% 감소됨을 확인하였다.
본 논문에서는 LCD에 사용되는 버퍼 증폭기의 출력 특성을 개선하기 위하여 향상된 저전력 및 높은 슬루율을 갖는 레일-투-레일 이중 출력단을 갖는 증폭기를 설계하였다. 제안된 증폭기는 큰 부하 커패시터를 빠르게 구동하며 소비전력 또한 Class-B를 추가함으로써 감소하였다.0.

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