運算放大器及其驅(qū)動電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種運算放大器及其驅(qū)動電路，且特別是有關(guān)于一種可提升反應(yīng)速度的運算放大器及其驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]運算放大器在集成電路設(shè)計中扮演著相當(dāng)重要的角色，并可用以實現(xiàn)多種不同運作功能。例如，運算放大器可以用來增強輸出信號的驅(qū)動能力，以驅(qū)動負(fù)載或者下一級電路。
[0003]一般而言，運算放大器可為負(fù)反饋組態(tài)并具有單增益(unity gain)。在此組態(tài)下，運算放大器的輸出電壓會依照所接收到的輸入電壓的變化而隨之變動，并且，輸出電壓理想上會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，若其電壓電平變得過高或過低，將可能造成運算放大器中的部分晶體管被關(guān)閉。若發(fā)生上述情況，則會減少運算放大器的電流量，導(dǎo)致運算放大器的反應(yīng)速度降低，并會增加運算放大器的轉(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)，運算放大器的輸出電壓隨之改變直至穩(wěn)定輸出所需的時間。
[0004]為了改善上述問題，現(xiàn)有的運算放大器是利用定轉(zhuǎn)導(dǎo)(constant gm)電路，并采用穩(wěn)定的偏壓來控制電流源，藉以對運算放大器的輸入級電路進行電流補償。然而，當(dāng)運算放大器處于穩(wěn)態(tài)(也即，運算放大器將輸出電壓穩(wěn)定輸出)時，此種架構(gòu)將會造成額外的直流耗電。

【發(fā)明內(nèi)容】

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