專利名稱：可改善回轉(zhuǎn)率的運(yùn)算放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種運(yùn)算放大器，且特別是涉及一種可改善回轉(zhuǎn)率的運(yùn)算放 大器。
背景技術(shù)：
圖1A示出了已知源極驅(qū)動(dòng)器的示意圖。請參考圖1,源極驅(qū)動(dòng)器用以 接收一數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)Din以驅(qū)動(dòng)一面板(未示出)，且此源極驅(qū)動(dòng)器包括伽瑪 (Ga隱a)產(chǎn)生器110、接口 (Interface)電路120與數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 (Digita卜to-Analog Converter, DAC) 130。伽瑪產(chǎn)生器110提供多個(gè)伽瑪 參考電壓至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器130。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器130分別依據(jù)接口電路120 所輸出的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而選取上述伽瑪參考電壓其中之一。數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器130 輸出被選取的伽瑪參考電壓，以驅(qū)動(dòng)面板(未示出)。另外，伽瑪產(chǎn)生器110 可以產(chǎn)生伽瑪參考電壓的三種集合，而此三種組合分別對應(yīng)于紅色(Red， R)、 綠色(Green， G)以及藍(lán)色(Blue， B)數(shù)據(jù)。伽瑪參考電壓的第一集合包括紅
色伽瑪參考電壓GrO、 Grl..... Grn;伽瑪參考電壓的第二集合包括綠色伽
瑪參考電壓Gg0、 Ggl..... Ggn;伽瑪參考電壓的第三集合包括藍(lán)色伽瑪參
考電壓Gb0、 Gbl、…、Gbn。
圖1B示出了圖1A源極驅(qū)動(dòng)器中的伽瑪產(chǎn)生器110的輸出級(jí)的示意圖。
伽瑪產(chǎn)生器110的輸出包括運(yùn)算放大器(0P Amplifiers) OPA0、 0PA1.....
0PAn。每一運(yùn)算放大器如同一緩沖器(Buffer)，并依序接收對應(yīng)的紅色、綠 色與藍(lán)色伽瑪參考電壓，以輸出至數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器130。具體來說，緩沖器 OPA0接收伽瑪參考電壓GrO、 Gg0與Gb0;緩沖器0PA1接收參考電壓Grl、 Ggl與Gbl;緩沖器0PAn接收伽瑪參考電壓Grn、 Ggn與Gbn。
圖1C示出了已知運(yùn)算放大器的電路圖。運(yùn)算放大器0PAn包括輸入級(jí) 111與輸出級(jí)112。而輸入級(jí)111可以分別接收不同電壓大小的輸入電壓 Vinl Vimn,會(huì)于輸出級(jí)112產(chǎn)生不同的輸出電壓。舉例來說，當(dāng)輸入級(jí)111 接收輸入電壓Vinl時(shí)，于輸出級(jí)112輸出對應(yīng)的輸出電壓。接著，當(dāng)輸入
5級(jí)111接收輸入電壓Vin2時(shí)，于輸出級(jí)112輸出對應(yīng)的輸出電壓。接著， 當(dāng)輸入級(jí)111接收輸入電壓Vin3時(shí)，于輸出級(jí)112輸出另一輸出電壓。另 外，若是輸入電壓Vinl Vin3輸入至輸入級(jí)111的時(shí)間間隔較短，且運(yùn)算 放大器OPAn中的回轉(zhuǎn)率(slew rate)又不夠高時(shí)，則于輸出級(jí)112所輸出 的輸出電壓將無法達(dá)到較準(zhǔn)確的電壓值。
眾所皆知的是，運(yùn)算放大器0PAn的回轉(zhuǎn)率是通過輸入級(jí)111的偏壓電 流I與輸出級(jí)112的補(bǔ)償電容Cc的比值1/Cc所決定的。故若要在補(bǔ)償電容 Cc固定的情況下要提升回轉(zhuǎn)率時(shí)，則必須增加輸入級(jí)100的偏壓電流I。另 外， 一昧地增加輸入級(jí)110的偏壓電流I,將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算放大器0PAn的功率 消耗變大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種運(yùn)算放大器，其用以改善回轉(zhuǎn)率(Slew Rate)，藉此可 以減少功率消耗的問題。
本發(fā)明提出一種運(yùn)算放大器，其可以改善回轉(zhuǎn)率。此運(yùn)算放大器包括輸 入級(jí)與輸出級(jí)。其中，輸入級(jí)用以接收多個(gè)輸入電壓之一，并據(jù)以產(chǎn)生內(nèi)部 電壓。輸出級(jí)用以接收并增益內(nèi)部電壓，以輸出一輸出電壓。輸出級(jí)包括第 一晶體管、多個(gè)第一電容及第一切換單元。第一晶體管的第一源/漏極端耦 接至第一電壓，其柵極端受控于內(nèi)部電壓。輸出級(jí)依據(jù)第一晶體管的第二源 /漏極端的電壓輸出上述輸出電壓。上述第一電容的第一端耦接至第一晶體 管的第二源/漏極端。第一切換單元用以選#^生地將內(nèi)部電壓傳送到對應(yīng)的 上述第一電容之一的第二端。
本發(fā)明通過在輸出級(jí)配置多個(gè)電容，并且在運(yùn)算放大器接收輸入電壓之 前，先對各個(gè)電容進(jìn)行充電至預(yù)定的電壓電平。之后，當(dāng)運(yùn)算放大器開始運(yùn) 作后，利用輸出級(jí)中的切換單元將輸入電壓轉(zhuǎn)換后的內(nèi)部電壓傳送至對應(yīng)的 電容，以便直接提供所需的輸出電壓。如此一來，本發(fā)明將可有效地提升運(yùn) 算放大器的回轉(zhuǎn)率。
為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并 結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。


圖1A示出了已知源極驅(qū)動(dòng)器的示意圖。
圖1B示出了圖1A源極驅(qū)動(dòng)器中的伽瑪產(chǎn)生器的輸出級(jí)的示意圖。 圖1C示出了已知運(yùn)算放大器的電路圖。
圖2示出了本發(fā)明一實(shí)施例的可改善回轉(zhuǎn)率的運(yùn)算放大器的電路方塊圖。
圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。 圖4示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。 圖5示出了本發(fā)明又一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。 圖6示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。 圖7示出了本發(fā)明在一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。
附圖符號(hào)說明 Din:數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 110:伽瑪產(chǎn)生器 120:接口電路 130:數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
GrO、 Grl..... Grn:紅色伽瑪參考電壓
Gg0、 Ggl..... Ggn:綠色伽瑪參考電壓
GbO、 Gbl..... Gbn:藍(lán)色伽瑪參考電壓
OPA0、 0PA1..... 0PAn、 200:運(yùn)算放大器
111、 210:輸入級(jí)
112、 220:輸出級(jí) I:偏壓電流
Cc:補(bǔ)償電容
VIN1 - VINn:輸入電壓
Vi:內(nèi)部電壓
Ml、 M2、 M4 M19:晶體管
Cl Cn:電容
230、 610:切換單元
VOUT:輸出電壓
221、 310、 330、 630:電流源Vbias:偏壓 VDD:工作電壓 GND:接地電壓 C0UT:輸出電容 320:電流鏡模塊
340、 410、 510、 620、 710:差動(dòng)輸入對 Vl+ V5+:運(yùn)算放大器200的正輸入端 VI-~V5-:運(yùn)算放大器200的負(fù)輸入端 Sl-S5:開關(guān)單元 CS1 CS5:控制信號(hào)
具體實(shí)施例方式
圖2示出了本發(fā)明一實(shí)施例的可改善回轉(zhuǎn)率的運(yùn)算放大器的電路方塊 圖。請參考圖2,此運(yùn)算放大器200包括輸入級(jí)21G與輸出級(jí)nO。輸入級(jí) 210接收輸入電壓VIN1 VINn其中之一，并據(jù)以產(chǎn)生內(nèi)部電壓Vi，其中i=l ~ n的正整數(shù)。舉例來說，當(dāng)輸入級(jí)210接收輸入電壓VIN1，則對應(yīng)地產(chǎn)生內(nèi) 部電壓Vl,當(dāng)輸入級(jí)210接收輸入電壓VIN2,則對應(yīng)地產(chǎn)生內(nèi)部電壓V2, 其余則類推。輸出級(jí)220用以接收并增益內(nèi)部電壓Vi,以提供輸出電壓VOUT。
另外，輸出級(jí)220包括晶體管M1、電容C1 Cn與切換單元230。晶體 管Ml的第一源/漏極端耦接至第一電壓(例如為工作電壓VDD),晶體管Ml 的柵極端受控于內(nèi)部電壓Vi,其中輸出級(jí)220會(huì)依據(jù)晶體管Ml的第二源/ 漏極端的電壓而提供輸出電壓VOUT。電容C1 - Cn的第一端耦接至晶體管Ml 的第二源/漏極端。切換單元230用以選擇性地將內(nèi)部電壓Vi傳送到對應(yīng)的 電容C1 ~Cn之一的第二端。
在本實(shí)施例中，晶體管M1例如為PMOS晶體管。另外，運(yùn)算放大器200 通過切換單元230選擇性地將內(nèi)部電壓Vi傳送到對應(yīng)的電容的第二端，以 直接提供所需的輸出電壓VOUT,如此可有效地提升運(yùn)算放大器200的回轉(zhuǎn) 率。
為了方便說明，在下述實(shí)施例中，將假設(shè)電容的數(shù)量為3個(gè)，且分別以 Cl、 C2、 C3表示，而輸入電壓的個(gè)數(shù)也為3個(gè)，分別以VIN1、 VIN2、 VIN3 表示，且輸入電壓VIN1 VIN3各自具有不同的電壓電平，但不限制其范圍。圖3示出了本發(fā)明一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。請參考圖3,輸出 級(jí)220還包括電流源310，且電流源310包括晶體管M2。晶體管M2的第一 源/漏極端耦接至晶體管Ml的第二源/漏極端，晶體管M2的柵極端耦接至偏 壓Vbias,晶體管M2的第二源/漏極端耦接至第二電壓(例如為接地電壓 GND)。在本實(shí)施例中，晶體管M2例如為畫0S晶體管。輸出電容C0UT如同 運(yùn)算放大器200的負(fù)載。
輸入級(jí)210包括電流鏡模塊320、電流源330、差動(dòng)輸入對340。電流 鏡模塊320具有輸入端、第一輸出端及第二輸出端，且電流鏡模塊320的輸 入端耦接至第一電壓(工作電壓VDD)。其中，電流鏡模塊320還包括晶體管 Mll、 M12。晶體管Mil的第一源/漏極端耦接至第一電壓(工作電壓VDD), 晶體管Mil的第二源/漏極端與柵極端相互耦接，并作為電流鏡模塊320的 第一輸出端。晶體管M12的第一源/漏極端耦接至第一電壓(工作電壓VDD)， 晶體管M12的柵極端耦接至晶體管Mil的柵極端，晶體管M12的第二源/漏 極端作為電流鏡模塊320的第二輸出端。
差動(dòng)輸入對340包括晶體管M4、 M5。晶體管M4的柵極端作為運(yùn)算放大 器200的正輸入端Vl+，晶體管M4的第一源/漏極端耦接至電流鏡模塊320 的第一輸出端，晶體管M4的第二源/漏極端耦接至電流源330。晶體管M5 的柵極端作為運(yùn)算放大器200的負(fù)輸入端Vl-,晶體管M5的第一源/漏極端 耦接至電流鏡模塊320的第二輸出端，晶體管M5的第二源/漏極端耦接至晶 體管M4的第二源/漏極端，其中晶體管M5的第一源/漏極端的電壓為內(nèi)部電 壓Vi。電流源330包括晶體管M6。晶體管M6的第一源/漏極端耦接至晶體 管M4的第二源/漏極端，晶體管M6的柵極端受控于偏壓Vbias,晶體管M6 的第二源/漏極端耦接至第二電壓(接地電壓GND)。在本實(shí)施例中，晶體管 M4 -M6例如為麗OS晶體管，晶體管Mll、 Ml2例如為PMOS晶體管。
上述已簡略說明圖3的運(yùn)算放大器200的電路結(jié)構(gòu)與其元件的耦接關(guān) 系。接下來，將進(jìn)一步說明此運(yùn)算放大器200的運(yùn)作流程。首先，在運(yùn)算放 大器200運(yùn)作之前，先將電容Cl C3各別充電至預(yù)定的電壓電平。當(dāng)差動(dòng) 輸入對340接收輸入電壓VIN1后，將輸入電壓VINl轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電壓Vi (假 設(shè)電壓電平為V1),并于晶體管M5的第二源/漏極端輸出。在同一時(shí)間，切 換單元230會(huì)將晶體管M1的柵極端與電容C1的第二端電連接，以便于使用 電容C1作為補(bǔ)償電容。由于電容C1已充電至預(yù)定的電壓電平(亦即VI),因
9此，于輸出級(jí)22 0所輸出的輸出電壓V0UT就可以快速地達(dá)到以輸入電壓VIN1 為準(zhǔn)的要求電平。
接下來，當(dāng)差動(dòng)輸入對340接收輸入電壓VIN2后，將內(nèi)部電壓Vi (假 設(shè)電壓電平為V2)由晶體管M5的第一源/漏極端輸出。在同一時(shí)間，切換單 元230會(huì)將晶體管Ml的柵極端與電容C2的第二端電連接，以便使用電容C2 作為補(bǔ)償電容。由于電容C2已充電至預(yù)定的電壓電平，因此，于輸出級(jí)220 所輸出的輸出電壓VOUT可以快速地達(dá)到以輸入電壓VIN2為準(zhǔn)的要求電平。
之后，當(dāng)差動(dòng)輸入對340接收輸入電壓VIN3后，將內(nèi)部電壓Vi (假設(shè) 電壓電平為V3)由晶體管M5的第二源/漏極端輸出。在同一時(shí)間，切換單元 230會(huì)將晶體管Ml的柵極端與電容C3的第二端電連接，以便使用電容C3 作為補(bǔ)償電容。由于電容C3已充電至預(yù)定的電壓電平，因此，于輸出級(jí)220 所輸出的輸出電壓VOUT可以快速地達(dá)到以輸入電壓VIN3為準(zhǔn)的要求電平。
在本實(shí)施例中，由于電容C1 ~C3分別對應(yīng)輸入電壓VIN1、VIN2與VIN3, 則對應(yīng)的輸出電壓VOUT可以快速地達(dá)到對應(yīng)的要求電平。如此一來，可以 改善運(yùn)算法大器200的回轉(zhuǎn)率。
圖4示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。請參考圖4,本 實(shí)施例與圖3的電路差別在于輸入級(jí)210還包括了輸入差動(dòng)對410與開關(guān) 單元S1、 S2。其中，開關(guān)單元S1耦接于晶體管M4的第二源/漏極端與電流 源330之間。開關(guān)單元Sl受控于控制信號(hào)CS1，而決定是否將晶體管M4的 第二源/漏極端耦接至電流源330。也就是說，當(dāng)控制信號(hào)CS1為邏輯高電壓 電平時(shí)，則晶體管M4的第二源/漏極端耦接至電流源330,當(dāng)控制信號(hào)CS1 為邏輯低電壓電平時(shí)，則斷開晶體管M4的第二源/漏極端與電流源330之間 的連接。
差動(dòng)輸入對41Q包括晶體管M7、 M8。晶體管M7的柵極端作為運(yùn)算放大 器200的第二正輸入端V2+，晶體管M7的第一源/漏極端耦接至電流鏡模塊 320的第一輸出端。晶體管M8的柵極端作為運(yùn)算放大器200的第二負(fù)輸入端 V2-,晶體管M8的第一源/漏極端耦接至電流鏡模塊320的第二輸出端，而 晶體管M8的第二源/漏極端耦接至晶體管M7的第二源/漏極端。開關(guān)單元S2 耦接于晶體管M7的第二源/漏極端與電流源330之間，用以依據(jù)控制信號(hào)CS2 的控制，而決定是否將晶體管M7的第二源/漏極端耦接至電流源330。也就 是說，當(dāng)控制信號(hào)CS2為邏輯高電壓電平時(shí)，則晶體管M7的第二源/漏極端耦接至電流源330,當(dāng)控制信號(hào)CS2為邏輯低電壓電平時(shí)，則斷開晶體管M7 的第二源/漏極端與電流源330之間的連接。
在本實(shí)施例中，晶體管M7、 M8與開關(guān)單元S1、 S2例如為NMOS晶體管。 另外，由于輸入級(jí)210具有差動(dòng)輸入對340、 410，因此，輸入級(jí)210可以利 用交替的方式接收輸入電壓VIN1-VIN3。也就是說，差動(dòng)輸入對340接收輸 入電壓VIN1后，則差動(dòng)輸入對410再接收輸入電壓VIN2。之后，差動(dòng)輸入 對340接收輸入電壓VIN3后，而差動(dòng)輸入對410再接收VIN1。接著，差動(dòng) 輸入對340接收輸入電壓VIN2后，而差動(dòng)輸入對410再接收VIN3,以此類 推。
此外，在運(yùn)算放大器200運(yùn)作之前，同樣地先將電容C1 -C3各自充電 至預(yù)定的電壓電平。當(dāng)差動(dòng)輸入對接收輸入電壓時(shí)，同時(shí)致能對應(yīng)的控制信 號(hào)，以便讓輸入級(jí)210正常運(yùn)作。也就是說，當(dāng)差動(dòng)輸入對340接收輸入電 壓時(shí)，則致能控制信號(hào)CSl,而當(dāng)差動(dòng)輸入對410接收輸入電壓時(shí)，則致能 控制信號(hào)CS2。而在差動(dòng)輸入對接收輸入電壓的同時(shí)，切換單元230會(huì)將晶 體管Ml的柵極端連接對應(yīng)的電容的第二端，使得輸入級(jí)210所產(chǎn)生的內(nèi)部 電壓Vi可以傳送到對應(yīng)的電容的第二端。由于電容本身已充電至預(yù)定的電 壓電平，因此，于輸出級(jí)220所輸出的輸出電壓VOUT就為上述電容上的電 壓。
圖5示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。請參考圖5,本 實(shí)施例與圖4的電路差別在于輸入級(jí)210還包括了差動(dòng)輸入對510與開關(guān) 單元S3。差動(dòng)輸入對510包括晶體管M9、 MIO。晶體管M9的柵極端作為運(yùn) 算放大器200的第三正輸入端V3+,晶體管M9的第一源/漏極端耦接至電流 鏡模塊320的第一輸出端。晶體管M10的柵極端作為運(yùn)算放大器200的第三 負(fù)輸入端V3-,晶體管M10的第一源/漏極端耦接至電流鏡模塊320的第二輸 出端，而晶體管M10的第二源/漏極耦接至晶體管M9的第二源/漏極端。
開關(guān)單元S3耦接于晶體管M9的第二源/漏極端與電流源330之間，用 以依據(jù)控制信號(hào)CS3的控制，而決定是否將晶體管M9的第二源/漏極端耦接 至電流源330。也就是說，當(dāng)控制信號(hào)CS3為邏輯高電壓電平時(shí)，則晶體管 M9的第二源/漏極端耦接至電流源330,當(dāng)控制信號(hào)CS3為邏輯低電壓電平 時(shí)，則斷開晶體管M9的第二源/漏極端與電流源330之間的連接。在本實(shí)施 例中，晶體管M9、 M10與開關(guān)單元S3例如為麗OS晶體管。在本實(shí)施例中，輸入級(jí)210具有差動(dòng)l命入對340、 410、 510,因此，差 動(dòng)輸入對340、 410、 510可以一對一的方式，各自接收輸入電壓VIN1 VIN3。 也就是說，差動(dòng)輸入對340接收輸入電壓VIN1,差動(dòng)輸入對410接收輸入電 壓VIN2，而差動(dòng)輸入對510接收輸入電壓VIN3。接下來，將說明本實(shí)施例 的運(yùn)算放大器200的運(yùn)作。
首先，在運(yùn)算放大器200運(yùn)作之前，同樣地先將電容C1 C3各別充電 至預(yù)定的電壓電平。當(dāng)差動(dòng)輸入對340的晶體管M4、 M5的柵極端(運(yùn)算放 大器200的正輸入端Vl+與負(fù)輸入端VI-)接收輸入電壓VIN1,并同時(shí)致能 控制;f言號(hào)CSl(亦即控制信號(hào)CSl為邏輯高電壓電平)，晶體管M4、 M5的第二 源/漏極端耦接至電流源330。之后，差動(dòng)輸入對340會(huì)將輸入電壓VIN1轉(zhuǎn) 換為內(nèi)部電壓V1，并于晶體管M5的第二源/漏極端輸出。另一方面，在致能 控制信號(hào)CS1的同時(shí)，切換單元230會(huì)將晶體管M1的柵極端與電容C1的第 二端連接，使得內(nèi)部電壓VI可以傳送到電容C1的第二端。由于電容C1已 充電至預(yù)定的電壓電平，因此，于輸出級(jí)220所輸出的輸出電壓VOUT就為 電容C1上的電壓。
接下來，控制信號(hào)CS1失能(亦即控制信號(hào)CS1為邏輯低電壓電平)，以 斷開差動(dòng)輸入對340與電流源330之間的連接。此時(shí)，當(dāng)差動(dòng)輸入對410的 晶體管M7、M8的柵極端(運(yùn)算放大器200的第二正輸入端V2+與第二負(fù)輸入 端V2-)接收輸入電壓VIN2,并同時(shí)致能控制信號(hào)CS2,使得晶體管M7、 M8 的第二源/漏極端耦接至電流源330。之后，差動(dòng)輸入對410將輸入電壓VIN2 轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電壓V2，并于晶體管M8的第一源/漏極端輸出。另一方面，在致 能控制信號(hào)CS2的同時(shí)，切換單元230會(huì)將晶體管Ml的柵極端與電容C2的 第二端連接，使得內(nèi)部電壓V2傳送到電容C2的第二端。由于電容C2已充 電至預(yù)定的電壓電平，因此，于輸出級(jí)220所輸出的輸出電壓VOUT則為電 容C2上的電壓。
之后，控制信號(hào)CS2失能(亦即控制信號(hào)CS2為邏輯低電壓電平)，以斷 開差動(dòng)輸入對410與電流源330之間的連接。此時(shí)，當(dāng)差動(dòng)輸入對510的晶 體管M9 、 M10的柵極端(運(yùn)算放大器200的第三正輸入端V3+與第三負(fù)輸入 端V3-)接收輸入電壓VIN3,并同時(shí)致能控制信號(hào)CS3，使得晶體管M9、 M10 的第二源/漏極端耦接至電流源330。之后，差動(dòng)輸入對510將輸入電壓VIN3 轉(zhuǎn)換為內(nèi)部電壓V3,并于晶體管MIO的第二源/漏極端輸出。另一方面，在
12致能控制信號(hào)CS3的同時(shí)，切換單元230會(huì)將晶體管M1的柵極端與電容C3 的第二端連接，使得內(nèi)部電壓V3傳送到電容C3的第二端。由于電容C3已 充電至預(yù)定的電壓電平，因此，于輸出級(jí)220所輸出的輸出電壓VOUT則為 電容C3上的電壓。如此一來，本實(shí)施例的運(yùn)算法大器200同樣具有較高的 回轉(zhuǎn)率。
圖6示出了本發(fā)明另一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的電路圖。輸入級(jí)210包括 由晶體管M13以及M14所組成的電流鏡、電流源630與差動(dòng)輸入對620。晶 體管M13與M14的第一源/漏極端耦接至接地電壓GND。晶體管M13的第二源 /漏極端耦接至其柵極端。晶體管M14的柵極端耦接至晶體管M13的柵極端。
差動(dòng)輸入對340包括晶體管M15與M16。晶體管M15的柵極端作為運(yùn)算 放大器200的負(fù)輸入端V4-,晶體管M15的第一源/漏極端耦接至晶體管M13 的第二源/漏極端，晶體管M15的第二源/漏極端耦接至電流源630。晶體管 M16的柵極端作為運(yùn)算放大器.200的正輸入端V4+,晶體管M16的第一源/漏 極端耦接至晶體管M14的第二源/漏極端，晶體管M16的第二源/漏極端耦接 至晶體管M15的第二源/漏極端，其中晶體管M16的第一源/漏極端的電壓為 內(nèi)部電壓Vi。電流源630包括晶體管M19。晶體管M19的第一源/漏極端耦 接至晶體管M15的第二源/漏極端，晶體管M19的柵極端受控于偏壓Vbias， 晶體管M19的第二源/漏極端耦接至操作電壓VDD。在本實(shí)施例中，晶體管 M13-M14例如為NMOS晶體管，而晶體管M15、M16與M19例如為PMOS晶體管。
請參考圖6，輸出級(jí)220包括電流源221與晶體管M3、電容C1、 C2與 C3、切換單元610。電流源221耦接于晶體管M3的第一源/漏極端與操作電 壓VDD之間。晶體管M3的柵極端耦接至輸出級(jí)210,用以接收內(nèi)部電壓Vi。 晶體管M3的第二源/漏極端耦接至第三電壓(例如為接地電壓GND)。電容 Cl C3的第一端耦接至晶體管M3的第一源/漏極端。切換單元610選擇性地 傳送內(nèi)部電壓Vi至對應(yīng)的電容C1 C3的第二端。在本實(shí)施例中，晶體管M3 例如為麗OS晶體管。雖然，圖6與圖3的輸入級(jí)210與輸出級(jí)220采用不 同的電路結(jié)構(gòu)，但其運(yùn)作的方式大致上相同，因此圖6的運(yùn)作流程可以通過 圖3的實(shí)施例來推得，故在此不再贅述。同樣地，圖6的運(yùn)算放大器200也 可有效地提升其回轉(zhuǎn)率。
圖7示出了本發(fā)明再一實(shí)施例的運(yùn)算放大器的的電路圖。請參考圖7， 本實(shí)施例與圖6的電路差別在于輸入級(jí)21G還包括差動(dòng)輸入對710與開關(guān)
13單元S4 S5。開關(guān)單元S4耦接于晶體管M15的第二源/漏極端與電流源630 的間，且開開關(guān)單元S4受控于控制信號(hào)CS4，而決定是否將晶體管M15的第 二源/漏極端耦接至電流源630。也就是說，當(dāng)控制信號(hào)CS4為邏輯高電壓電 平時(shí)，則晶體管M15的第二源/漏極端耦接至電流源630,當(dāng)控制信號(hào)CS4 為邏輯低電壓電平時(shí)，則斷開晶體管M15的第二源/漏極端與電流源630之 間的連4妄。
差動(dòng)輸入對710包括晶體管M17與M18。晶體管M17的柵極端作為運(yùn)算 放大器200的第二負(fù)輸入端V5-,晶體管M17的第一源/漏極端耦接至晶體管 M13的第二源/漏極端。晶體管M18的柵極端作為運(yùn)算放大器200的第二正輸 入端V5+,晶體管M18的第一源/漏極端耦接至晶體管M14的第二源/漏極端， 晶體管M18的第二源/漏極端耦接至晶體管M17的第二源/漏極端。
開關(guān)單元S5耦接于晶體管M17的第二源/漏極端與電流源630之間，用 以依據(jù)控制信號(hào)CS5,而決定是否將晶體管M17的第二源/漏極端耦接至電流 源630。也就是說，當(dāng)控制信號(hào)CS5為邏輯高電壓電平時(shí)，則晶體管M17的 第二源/漏極端耦接至電流源630，當(dāng)控制信號(hào)CS5為邏輯低電壓電平時(shí)，則 斷開晶體管M17的第二源/漏極端與電流源630之間的連接。在本實(shí)施例中， 晶體管M15-M19與開關(guān)單元S4 S5例如為麵OS晶體管。晶體管M13、 M14 例如為PMOS晶體管。
雖然，圖7與圖4的輸入級(jí)210與輸出級(jí)220采用不同的電路結(jié)構(gòu)，但 其運(yùn)作的方式大致上相同，因此圖7的運(yùn)作流程可以通過圖4的實(shí)施例來推 得，故在此不再贅述。同樣地，圖7的運(yùn)算放大器200也可有效地提升其回 轉(zhuǎn)率。
綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例通過在輸出級(jí)配置多個(gè)電容，并且在運(yùn)算放大 器接收輸入電壓之前，先對各個(gè)電容進(jìn)行充電至預(yù)定的電壓電平。之后，當(dāng) 運(yùn)算放大器開始運(yùn)作后，利用輸出級(jí)中的切換單元將輸入電壓轉(zhuǎn)換后的內(nèi)部 電壓傳送至對應(yīng)的電容，以便直接提供所需的輸出電壓。因此，本發(fā)明實(shí)施 例不需要如同已知的運(yùn)算放大器，因?yàn)樵诓煌妷弘娖降妮斎腚妷呵移漭斎?間隔時(shí)間較短的情況下，對電容進(jìn)行充放電的時(shí)間縮短，而產(chǎn)生較不準(zhǔn)確的 輸出電壓值。如此一來，本發(fā)明實(shí)施例將可有效地提高運(yùn)算放大器的回轉(zhuǎn)率， 并且也不必額外增加電流源的電流量，以減少電路的功率消耗。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，當(dāng)可作若干的更改與 修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種運(yùn)算放大器，包括一輸入級(jí)，用以接收多個(gè)輸入電壓之一，并據(jù)以產(chǎn)生一內(nèi)部電壓；以及一輸出級(jí)，用以接收并增益該內(nèi)部電壓，以輸出一輸出電壓，其中該輸出級(jí)包括一第一晶體管，其第一源/漏極端耦接至一第一電壓，其柵極端受控于該內(nèi)部電壓，其中該輸出級(jí)依據(jù)該第一晶體管的第二源/漏極端的電壓輸出該輸出電壓；多個(gè)第一電容，所述第一電容的第一端耦接至該第一晶體管的第二源/漏極端；以及一第一切換單元，用以選擇性地將該內(nèi)部電壓傳送到對應(yīng)的所述第一電容之一的第二端。
2. 如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中該輸出級(jí)包括一第一電流源， 其耦接至該第 一 晶體管的第二源/漏極端。
3. 如權(quán)利要求2所述的運(yùn)算放大器，其中該第一電流源包括一第二晶體 管，其第一源/漏極端耦接至該第一晶體管的第二源/漏極端，其柵極端耦接 至一偏壓，而其第二源/漏極端耦接至一第二電壓。
4. 如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中該輸出級(jí)包括一輸出電容，其 第一端耦接至該第一晶體管的第二源/漏極端，其第二端耦接至一第二電壓。
5. 如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中該輸入級(jí)還包括 一電流鏡模塊，具有一輸入端、 一第一輸出端及一第二輸出端，其中該電流鏡才莫塊的該輸入端耦接至該第 一 電壓； 一第二電流源；以及 一差動(dòng)輸入對，其包括一第四晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第一正輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡模塊的該第 一輸出端，其第二源/漏極端耦接至該第 二電流源；以及一第五晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第一負(fù)輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡模塊的該第二輸出端，而其第二源/漏極端耦接至該 第四晶體管的第二源/漏極端，其中該第五晶體管的第一源/漏極端的電壓為該內(nèi)部電壓。
6. 如權(quán)利要求5所述的運(yùn)算放大器，其中該第二電流源包括一第六晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第四晶體管的第二源/漏極端，其柵極端受控 于一偏壓，而其第二源/漏極端耦接至一第二電壓。
7. 如權(quán)利要求5所述的運(yùn)算放大器，其中該輸入級(jí)還包括一第 一開關(guān)單元，耦接于該第四晶體管的第二源/漏極端與該第二電流 源之間，其受控于一第一控制信號(hào)而決定是否將該第四晶體管的第二源/漏 極端耦接至該第二電流源；一第二差動(dòng)輸入對，其包括一第七晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第二正輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡模塊的該第一輸出端；以及一第八晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第二負(fù)輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡模塊的該第二輸出端，而其第二源/漏極端耦接至該 第七晶體管的第二源/漏極端；以及一第二開關(guān)單元，其耦接于該第七晶體管的第二源/漏極端與該第二電 流源之間，用以依據(jù)一第二控制信號(hào)的控制，而決定是否將該第七晶體管的 第二源/漏極端耦接至該第二電流源。
8. 如權(quán)利要求7所述的運(yùn)算放大器，其中該輸入級(jí)還包括 一第三差動(dòng)輸入對，其包括一第九晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第三正輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡才莫塊的該第一輸出端；以及一第十晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第三負(fù)輸入端，其第一源 /漏極端耦接至該電流鏡模塊的該第二輸出端，而其第二源/漏極耦接至該第 九晶體管的第二源/漏極端；以及一第三開關(guān)單元，其耦接于該第九晶體管的第二源/漏極端與該第二電 流源之間，用以依據(jù)一第三控制信號(hào)的控制，而決定是否將該第九晶體管的 第二源/漏極端耦接至該第二電流源。
9. 如權(quán)利要求5所述的運(yùn)算放大器，其中該電流鏡模塊包括 一第十一晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第一電壓，其第二源/漏極端與柵極端相互耦接并作為該電流鏡模塊的該第 一輸出端；以及一第十二晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第一電壓，其柵極端耦接至該第十一晶體管的柵極端，其第二源/漏極端作為該電流鏡模塊的該第二 輸出端。
10. 如權(quán)利要求1所述的運(yùn)算放大器，其中該輸入級(jí)還包括 一第十三晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第一電壓； 一第十四晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第一電壓，其柵極端耦接至該第十三晶體管的柵極端； 一差動(dòng)輸入對，其包括一第十五晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第一正輸入端，其第一 源/漏極端耦接至該第十三晶體管的第二源/漏極端；以及一第十六晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第一負(fù)輸入端，其第一 源/漏極端耦接至該第十四晶體管的第二源/漏極端，而其第二源/漏極端耦 接至該第十五晶體管的第二源/漏極端，其中該第十六晶體管的第一源/漏極 端的電壓為該內(nèi)部電壓；以及一第三電流源，其耦接該第十五晶體管的第二源/漏極端。
11. 如權(quán)利要求10所述的運(yùn)算》i:大器，其中該輸入級(jí)還包括 一第四開關(guān)單元，耦接于該第十五晶體管的第二源/漏極端與該第三電流源之間，其受控于一第四控制信號(hào)，而決定是否將該第十五晶體管的第二 源/漏極端耦接至該第三電流源； 一第五差動(dòng)輸入對，其包括一第十七晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第二正輸入端，其第一 源/漏極端耦接至該第十三晶體管的第二源/漏極端；以及一第十八晶體管，其柵極端作為該運(yùn)算放大器的第二負(fù)輸入端，其第一 源/漏極端耦接至該第十四晶體管的第二源/漏極端，而其第二源/漏極端耦 接至該第十七晶體管的第二源/漏極端；以及一第五開關(guān)單元，其耦接于該第十七晶體管的第二源/漏極端與該第三 電流源之間，用以依據(jù)一第五控制信號(hào)，而決定是否將該第十七晶體管的第 二源/漏極端耦接至該第三電流源。
12.如權(quán)利要求IO所述的運(yùn)算放大器，其中該第三電流源包括一第十九 晶體管，其第一源/漏極端耦接至該第十五晶體管的第二源/漏極端，其柵極 端耦接至一偏壓，而其第二源/漏;f及端耦接至一第三電壓。
全文摘要
本發(fā)明關(guān)于一種可改善回轉(zhuǎn)率的運(yùn)算放大器，其包括輸入級(jí)與輸出級(jí)。輸入級(jí)接收多個(gè)輸入電壓之一，并據(jù)以產(chǎn)生內(nèi)部電壓。輸出級(jí)接收并增益內(nèi)部電壓，并輸出一輸出電壓。輸出級(jí)包括第一晶體管、多個(gè)第一電容及第一切換單元。第一晶體管的第一源/漏極端耦接至第一電壓，其柵極端受控于該內(nèi)部電壓。其中輸出級(jí)依據(jù)第一晶體管的第二源/漏極端的電壓輸出上述輸出電壓。第一電容的第一端耦接至第一晶體管的第二源/漏極端。第一切換單元選擇性地將內(nèi)部電壓傳送到對應(yīng)的第一電容之一的第二端。
文檔編號(hào)H03F3/45GK101546986SQ20081008723
公開日2009年9月30日 申請日期2008年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月24日
發(fā)明者張耀光, 王凌沄 申請人:奇景光電股份有限公司