運(yùn)算放大器及其驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種運(yùn)算放大器及其驅(qū)動(dòng)電路，且特別是有關(guān)于一種可提升反應(yīng)速度的運(yùn)算放大器及其驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]運(yùn)算放大器在集成電路設(shè)計(jì)中扮演著相當(dāng)重要的角色，并可用以實(shí)現(xiàn)多種不同運(yùn)作功能。例如，運(yùn)算放大器可以用來(lái)增強(qiáng)輸出信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載或者下一級(jí)電路。
[0003]一般而言，運(yùn)算放大器可為負(fù)反饋組態(tài)并具有單增益(unity gain)。在此組態(tài)下，運(yùn)算放大器的輸出電壓會(huì)依照所接收到的輸入電壓的變化而隨之變動(dòng)，并且，輸出電壓理想上會(huì)與輸入電壓的電壓電平相同。然而，當(dāng)輸入電壓發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)(在此指輸入電壓由低電壓電平轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠妷弘娖剑蛴筛唠妷弘娖睫D(zhuǎn)為低電壓電平)時(shí)，若其電壓電平變得過(guò)高或過(guò)低，將可能造成運(yùn)算放大器中的部分晶體管被關(guān)閉。若發(fā)生上述情況，則會(huì)減少運(yùn)算放大器的電流量，導(dǎo)致運(yùn)算放大器的反應(yīng)速度降低，并會(huì)增加運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)態(tài)期間。此處的轉(zhuǎn)態(tài)期間是指反應(yīng)于輸入電壓的轉(zhuǎn)態(tài)，運(yùn)算放大器的輸出電壓隨之改變直至穩(wěn)定輸出所需的時(shí)間。
[0004]為了改善上述問(wèn)題，現(xiàn)有的運(yùn)算放大器是利用定轉(zhuǎn)導(dǎo)(constant gm)電路，并采用穩(wěn)定的偏壓來(lái)控制電流源，藉以對(duì)運(yùn)算放大器的輸入級(jí)電路進(jìn)行電流補(bǔ)償。然而，當(dāng)運(yùn)算放大器處于穩(wěn)態(tài)(也即，運(yùn)算放大器將輸出電壓穩(wěn)定輸出)時(shí)，此種架構(gòu)將會(huì)造成額外的直流耗電。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種運(yùn)算放大器及其驅(qū)動(dòng)電路，可提升運(yùn)算放大器的反應(yīng)速度，并改善穩(wěn)態(tài)時(shí)的直流耗電問(wèn)題。
[0006]本發(fā)明提出的運(yùn)算放大器電路包括輸入級(jí)電路、輸出級(jí)電路以及定轉(zhuǎn)導(dǎo)電路。其中，輸入級(jí)電路依據(jù)輸入電壓而提供至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓。輸出級(jí)電路耦接于輸入級(jí)電路，具有至少一個(gè)輸入端及輸出端。所述輸入端接收所述驅(qū)動(dòng)電壓，并依據(jù)所述驅(qū)動(dòng)電壓以在輸出端提供輸出電壓，且輸出端耦接于輸入級(jí)電路的反相輸入端。定轉(zhuǎn)導(dǎo)電路包括定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路、至少一個(gè)電流鏡電路以及電流鏡開(kāi)關(guān)電路。定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路I禹接輸入級(jí)電路，以控制定轉(zhuǎn)導(dǎo)電路的操作。所述電流鏡電路耦接于定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路。電流鏡開(kāi)關(guān)電路耦接于定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路及所述電流鏡電路之間。定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路依據(jù)輸出級(jí)電路所接收的所述驅(qū)動(dòng)電壓以在所述驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)使所述電流鏡電路在轉(zhuǎn)態(tài)期間內(nèi)運(yùn)作，以對(duì)輸入級(jí)電路提供補(bǔ)償電流。其中，所述驅(qū)動(dòng)電壓為非轉(zhuǎn)態(tài)期間時(shí)，電流鏡開(kāi)關(guān)電路關(guān)閉所述電流鏡電路。
[0007]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述驅(qū)動(dòng)電壓依據(jù)輸入電壓發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)而相應(yīng)地轉(zhuǎn)態(tài)。
[0008]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述輸出級(jí)電路的所述輸入端包括第一輸入端及第二輸入端，且該輸入級(jí)電路包括第一晶體管差動(dòng)對(duì)以及第二晶體管差動(dòng)對(duì)。第一晶體管差動(dòng)對(duì)包括第一晶體管以及第二晶體管。第一晶體管具有第一端、第二端及控制端。第一晶體管的第一端耦接于輸出級(jí)電路的第一輸入端，第一晶體管的控制端接收輸入電壓。第二晶體管具有第一端、第二端及控制端。第二晶體管的控制端接收輸出電壓。其中，第一晶體管的第二端與第二晶體管的第二端共同耦接至第一共同節(jié)點(diǎn)，第一共同節(jié)點(diǎn)的電壓電平依據(jù)第一偏壓而決定。第二晶體管差動(dòng)對(duì)包括第三晶體管以及第四晶體管。第三晶體管，具有第一端、第二端及控制端。第三晶體管的第一端耦接于輸出級(jí)電路的第二輸入端，第三晶體管的控制端接收輸入電壓。第四晶體管具有第一端、第二端及控制端，第四晶體管的控制端接收輸出電壓。其中，第三晶體管的第二端與第四晶體管的第二端共同耦接至第二共同節(jié)點(diǎn)，第二共同節(jié)點(diǎn)的電壓電平依據(jù)第二偏壓而決定。
[0009]在本發(fā)明一實(shí)施例中，當(dāng)?shù)谝痪w管差動(dòng)對(duì)和第二晶體管差動(dòng)對(duì)的其中之一反應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)而關(guān)閉時(shí)，上述定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路依據(jù)輸出級(jí)電路所接收的所述驅(qū)動(dòng)電壓以在轉(zhuǎn)態(tài)期間內(nèi)對(duì)第一晶體管差動(dòng)對(duì)和第二晶體管差動(dòng)對(duì)的其中之另一提供補(bǔ)償電流。
[0010]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述輸出級(jí)電路包括第五晶體管以及第六晶體管。第五晶體管具有第一端、第二端及控制端。第五晶體管的第一端耦接于電源電壓，第五晶體管的第二端耦接于輸出端，且第五晶體管的控制端作為輸出級(jí)電路的第一輸入端并接收所述驅(qū)動(dòng)電壓。第六晶體管具有第一端、第二端及控制端。第六晶體管的第一端耦接于接地電壓，第六晶體管的第二端耦接于輸出端，且第六晶體管的控制端作為輸出級(jí)電路的第一輸入端并接收所述驅(qū)動(dòng)電壓。
[0011]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述輸入級(jí)電路還包括第七晶體管以及第八晶體管。第七晶體管具有第一端、第二端及控制端。第七晶體管的第一端及第二端耦接于第一共同節(jié)點(diǎn)及接地電壓之間，且第七晶體管的控制端接收第一偏壓。第八晶體管具有第一端、第二端及控制端。第八晶體管的第一端及第二端耦接于第二共同節(jié)點(diǎn)及電源電壓之間，且第八晶體管的控制端接收第二偏壓。
[0012]在本發(fā)明一實(shí)施例中，所述電流鏡電路包括第一電流鏡電路以及第二電流鏡電路，且上述定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路包括第一開(kāi)關(guān)以及第二開(kāi)關(guān)。第一開(kāi)關(guān)具有第一端、第二端及控制端。第一開(kāi)關(guān)的第一端耦接于第二共同節(jié)點(diǎn)及第二電流鏡電路，且第一開(kāi)關(guān)的控制端接收第二偏壓。第二開(kāi)關(guān)具有第一端、第二端及控制端。第二開(kāi)關(guān)的第一端耦接于第一共同節(jié)點(diǎn)及第一電流鏡電路，且第二開(kāi)關(guān)的控制端接收第一偏壓。
[0013]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述電流鏡開(kāi)關(guān)電路包括第三開(kāi)關(guān)以及第四開(kāi)關(guān)。第三開(kāi)關(guān)具有第一端、第二端及控制端。第三開(kāi)關(guān)的第一端耦接于第一開(kāi)關(guān)的第二端，第三開(kāi)關(guān)的第二端耦接于第一電流鏡電路，且第三開(kāi)關(guān)的控制端耦接于輸出級(jí)電路的第一輸入端。第四開(kāi)關(guān)具有第一端、第二端及控制端。第四開(kāi)關(guān)的第一端耦接于第二開(kāi)關(guān)的第二端，第四開(kāi)關(guān)的第二端耦接于第二電流鏡電路，且第四開(kāi)關(guān)的控制端耦接于輸出級(jí)電路的第二輸入端。
[0014]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述電流鏡開(kāi)關(guān)電路包括第五開(kāi)關(guān)、第六開(kāi)關(guān)、第七開(kāi)關(guān)及第八開(kāi)關(guān)，第一電流鏡電路包括第一參考晶體管，且第二電流鏡電路包括第二參考晶體管。其中，第一參考晶體管具有第一端、第二端及控制端。第一參考晶體管的第一端通過(guò)第五開(kāi)關(guān)與第一參考晶體管的控制端相耦接，并共同連接至第一開(kāi)關(guān)的第二端，且第一參考晶體管的控制端通過(guò)第六開(kāi)關(guān)耦接至接地電壓。其中，第五開(kāi)關(guān)依據(jù)輸出級(jí)電路的第一輸入端的電壓電平以導(dǎo)通或斷開(kāi)，且第六開(kāi)關(guān)依據(jù)相反于輸出級(jí)電路的第一輸入端的電壓電平以導(dǎo)通或斷開(kāi)。第二參考晶體管具有第一端、第二端及控制端。第二參考晶體管的第一端通過(guò)第七開(kāi)關(guān)與第二參考晶體管的控制端相耦接，并共同連接至第二開(kāi)關(guān)的第二端，且第二參考晶體管的控制端通過(guò)第八開(kāi)關(guān)耦接至電源電壓。其中，第七開(kāi)關(guān)依據(jù)輸出級(jí)電路的第二輸入端的電壓電平以導(dǎo)通或斷開(kāi)，且第八開(kāi)關(guān)依據(jù)相反于輸出級(jí)電路的第二輸入端的電壓電平以導(dǎo)通或斷開(kāi)。
[0015]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述輸入級(jí)電路還包括第三電流鏡、第四電流鏡以及第五電流鏡。第三電流鏡耦接于第一晶體管差動(dòng)對(duì)中第一晶體管的第一端、第二晶體管的第一端以及電源電壓之間。第四電流鏡耦接于第二晶體管差動(dòng)對(duì)中第三晶體管的第一端、第四晶體管的第一端以及接地電壓之間。第五電流鏡耦接于第一晶體管差動(dòng)對(duì)中第一晶體管的第一端、第二晶體管的第一端、第二晶體管差動(dòng)對(duì)中第三晶體管的第一端以及第四晶體管的第一端之間。
[0016]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述輸出級(jí)電路還包括補(bǔ)償電容電路，耦接于第五電流鏡及輸出級(jí)電路之間，并用以穩(wěn)定輸出電壓。
[0017]在本發(fā)明一實(shí)施例中，上述運(yùn)算放大器電路為軌對(duì)軌運(yùn)算放大器電路，且第一晶體管差動(dòng)對(duì)為N型晶體管差動(dòng)對(duì)，第二晶體管差動(dòng)對(duì)為P型晶體管差動(dòng)對(duì)。
[0018]本發(fā)明另提出的運(yùn)算放大器的驅(qū)動(dòng)電路，其中運(yùn)算放大器包括輸入級(jí)電路及輸出級(jí)電路，且輸出級(jí)電路接收至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)電壓。所述驅(qū)動(dòng)電路包括定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路、至少一個(gè)電流鏡電路以及電流鏡開(kāi)關(guān)電路。定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路耦接輸入級(jí)電路，以控制驅(qū)動(dòng)電路的操作。所述電流鏡電路耦接于定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路。電流鏡開(kāi)關(guān)電路耦接于定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路及所述電流鏡電路之間。定轉(zhuǎn)導(dǎo)開(kāi)關(guān)電路依據(jù)輸出級(jí)電路所接收的所述驅(qū)動(dòng)電壓以在所述驅(qū)動(dòng)電壓發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)時(shí)使所述電流鏡電路在轉(zhuǎn)態(tài)期間內(nèi)運(yùn)作，以對(duì)輸入級(jí)電路提供補(bǔ)償電流，其中所述驅(qū)動(dòng)電壓為非轉(zhuǎn)態(tài)期間時(shí)，電流鏡開(kāi)關(guān)電路關(guān)閉所述電流鏡電路。
[0019]基于上述，本發(fā)明實(shí)施例所提出的運(yùn)算放大器及其驅(qū)動(dòng)電路可依據(jù)輸入級(jí)電路所提供的驅(qū)動(dòng)電壓，以判斷運(yùn)算放大器是否發(fā)生轉(zhuǎn)態(tài)，并動(dòng)態(tài)地僅于轉(zhuǎn)態(tài)期間對(duì)輸入級(jí)電路提供補(bǔ)償電流。藉此，本發(fā)明實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)態(tài)電流補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，有效提升運(yùn)算放大器的反應(yīng)速度，并改善穩(wěn)態(tài)時(shí)的直流耗電問(wèn)題。
[0020]為讓本案的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說(shuō)明如下。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1A是一種運(yùn)算放大器的方塊示意圖；
[0022]圖1B是本發(fā)明一實(shí)施例所示出的運(yùn)算放大器的詳細(xì)電路示意圖；
[0023]圖1C是本發(fā)明一實(shí)施例所示出的電壓波形圖；
[0024]圖2是本發(fā)明一實(shí)施例所示出的運(yùn)算放大器的方塊示意圖；
[0025]圖3A是本發(fā)明一實(shí)施例所示出的定轉(zhuǎn)導(dǎo)電路的電路示意圖；