專利名稱：放大器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種軌對(duì)軌放大器。
背景技術(shù)：
請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)DIA及圖IB，圖IA繪示傳統(tǒng)軌對(duì)軌放大器的電路圖，圖IB繪示傳統(tǒng)軌對(duì)軌放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。于圖IA的軌對(duì)軌放大器10中，NMOS晶體管NI及 N2組成NMOS輸入對(duì)，PMOS晶體管Pl及P2組成PMOS輸入對(duì)，NMOS輸入對(duì)及PMOS輸入對(duì)分別耦接至電流源12及14。當(dāng)輸入電壓Vi低于NMOS晶體管NI及N2的臨界電壓時(shí)，NMOS晶體管NI及N2為截止，電流源12的電流不會(huì)流入輸出級(jí)電路16 ;同時(shí)段，PMOS晶體管Pl及P2為導(dǎo)通，電流源14的電流流入輸出級(jí)電路16以供進(jìn)行操作。此外，當(dāng)輸入電壓Vi高于PMOS晶體管Pl 及P2的臨界電壓時(shí)，PMOS晶體管Pl及P2為截止，電流源14的電流不會(huì)流入輸出級(jí)電路 16;同時(shí)段，NMOS晶體管NI及N2為導(dǎo)通，電流源12的電流流入輸出級(jí)電路16以供進(jìn)行操作。觀察圖IB可得知，軌對(duì)軌放大器10在部分的輸入電壓區(qū)間時(shí)，NMOS輸入對(duì)及PMOS輸入對(duì)同時(shí)導(dǎo)通，相較于單一輸入對(duì)放大器而言，雖具有全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點(diǎn)，但會(huì)導(dǎo)致不必要的功率消耗。

發(fā)明內(nèi)容本揭露是有關(guān)于一種放大器，在操作時(shí)利用電流轉(zhuǎn)換電路以達(dá)成與單一輸入對(duì)放大器相同的電流消耗，故可同時(shí)兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本揭露的第一方面，提出一種放大器，包括一輸出級(jí)電路、一電流源、一 PMOS 輸入對(duì)、一 NMOS輸入對(duì)以及一電流轉(zhuǎn)換電路。輸出級(jí)電路電性連接至一供應(yīng)電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點(diǎn)以提供一電流。PMOS輸入對(duì)耦接至節(jié)點(diǎn)及地電壓，并受控于一輸入電壓。NMOS輸入對(duì)耦接至供應(yīng)電壓并受控于輸入電壓。電流轉(zhuǎn)換電路耦接至節(jié)點(diǎn)及NMOS 輸入對(duì)。其中，當(dāng)輸入電壓小于一特定值時(shí)，PMOS輸入對(duì)導(dǎo)通，NMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路截止，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)流入PMOS輸入對(duì)，當(dāng)輸入電壓大于等于特定值時(shí)，PMOS輸入對(duì)截止，NMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)及電流轉(zhuǎn)換電路流入NMOS輸入對(duì)。根據(jù)本揭露的第二方面，提出一種放大器，包括一輸出級(jí)電路、一電流源、一 NMOS 輸入對(duì)、一 PMOS輸入對(duì)以及一電流轉(zhuǎn)換電路。輸出級(jí)電路電性連接至一供應(yīng)電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點(diǎn)以提供一電流。NMOS輸入對(duì)耦接至節(jié)點(diǎn)及供應(yīng)電壓，并受控于一輸入電壓。PMOS輸入對(duì)耦接至地電壓并受控于輸入電壓。電流轉(zhuǎn)換電路耦接至節(jié)點(diǎn)及PMOS 輸入對(duì)。其中，當(dāng)輸入電壓大于一特定值時(shí)，NMOS輸入對(duì)導(dǎo)通，PMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路截止，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)流入NMOS輸入對(duì)，當(dāng)輸入電壓小于等于特定值時(shí)，NMOS輸入對(duì)截止，PMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)及電流轉(zhuǎn)換電路流入PMOS輸入對(duì)。
為了對(duì)本揭露的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉一實(shí)施例，并配合所附圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下

圖IA繪示傳統(tǒng)軌對(duì)軌放大器的電路圖。圖IB繪示傳統(tǒng)軌對(duì)軌放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。圖2A繪示依照一實(shí)施例的放大器的電路圖。圖2B繪示依照一實(shí)施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。圖3A繪示依照另一實(shí)施例的放大器的電路圖。圖3B繪示依照另一實(shí)施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。主要組件符號(hào)說(shuō)明10 :軌對(duì)軌放大器12、14、120、220 :電流源16、110、210 :輸出級(jí)電路100、200:放大器130、240 :PM0S 輸入對(duì)140、230 :NM0S 輸入對(duì)150、250 :電流轉(zhuǎn)換電路
具體實(shí)施方式本揭露所提出的放大器，在操作時(shí)利用電流轉(zhuǎn)換電路將電流源在PMOS輸入對(duì)與 NMOS輸入對(duì)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以達(dá)成與單一輸入對(duì)放大器相同的電流消耗，故可同時(shí)兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。請(qǐng)參照?qǐng)D2A與圖2B，圖2A繪示依照一實(shí)施例的放大器的電路圖，圖2B繪示依照一實(shí)施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。于圖2A中，放大器100實(shí)質(zhì)上為一軌對(duì)軌放大器，其包括一輸出級(jí)電路110、一電流源120、一 PMOS輸入對(duì)130、一 NMOS輸入對(duì)140以及一電流轉(zhuǎn)換電路150。輸出級(jí)電路110電性連接至一供應(yīng)電壓(supply voltage)VSS及一地電壓GND。電流源120具有一節(jié)點(diǎn)01以提供一電流。PMOS輸入對(duì)130實(shí)質(zhì)上由PMOS晶體管POl及P02所組成，其耦接至節(jié)點(diǎn)01，并通過(guò)輸出級(jí)電路110電性連接至地電壓GND。 PMOS輸入對(duì)130受:控于一輸入電壓Vp
NMOS輸入對(duì)140實(shí)質(zhì)上由NMOS晶體管NOl及N02所組成，其其通過(guò)輸出級(jí)電路 110電性連接至供應(yīng)電壓VSS并受控于輸入電壓V”電流轉(zhuǎn)換電路150耦接至節(jié)點(diǎn)01及 NMOS輸入對(duì)140。電流轉(zhuǎn)換電路150包括一第一 NMOS晶體管NI、一第二 NMOS晶體管N2 以及一第一 PMOS晶體管Pl。第一 NMOS晶體管NI的第一端耦接至NMOS輸入對(duì)140，第一 NMOS晶體管NI的第二端耦接至地電壓GND。第二 NMOS晶體管N2的第一端耦接至第一 NMOS晶體管NI的控制端，第二 NMOS晶體管N2的第二端耦接至地電壓GND，第二 NMOS晶體管N2的控制端耦接至第一 NMOS晶體管 NI的控制端。第一 PMOS晶體管Pl的第一端耦接至節(jié)點(diǎn)01，第一 PMOS晶體管Pl的第二端耦接至第二 NMOS晶體管N2的第一端，第一 PMOS晶體管Pl的控制端接收一控制電壓VI，控制電壓Vl相關(guān)于輸入電壓Vi及第一 PMOS晶體管Pl的臨界電壓。 當(dāng)輸入電壓Vi小于一特定值SV時(shí)，PMOS晶體管POl及P02導(dǎo)通，亦即PMOS輸入對(duì)130導(dǎo)通；同時(shí)，NMOS輸入對(duì)140及電流轉(zhuǎn)換電路150截止，使得電流源120提供的電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)01流入導(dǎo)通的PMOS輸入對(duì)130，再送至輸出級(jí)電路110以供進(jìn)行操作。其中，特定值SV約為控制電壓Vl與第一 PMOS晶體管Pl的臨界電壓的和扣掉輸入電壓Vi與節(jié)點(diǎn) 01的電壓差。當(dāng)輸入電壓Vi上升時(shí)，節(jié)點(diǎn)01的電壓也會(huì)上升。當(dāng)輸入電壓Vi大于等于特定值 SV時(shí)，NMOS晶體管NOl及N02導(dǎo)通，亦即NMOS輸入對(duì)140導(dǎo)通；同時(shí)，PMOS輸入對(duì)130截止。此時(shí)，電流轉(zhuǎn)換電路150導(dǎo)通，第一 PMOS晶體管Pl導(dǎo)通，藉由第一 NMOS晶體管NI與第二 NMOS晶體管N2所組成的電流鏡，將電流源120的電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)01及電流轉(zhuǎn)換電路150 流入NMOS輸入對(duì)140，再送至輸出級(jí)電路110以供進(jìn)行操作。如此一來(lái)，即可讓NMOS輸入對(duì)140可以操作在PMOS輸入對(duì)130無(wú)法導(dǎo)通的輸入電壓區(qū)間，達(dá)到全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點(diǎn)，且更進(jìn)一步地可利用控制電壓Vl以決定NMOS 輸入對(duì)140導(dǎo)通的輸入電壓區(qū)間。此外，觀察圖2B可以得知，無(wú)論對(duì)應(yīng)于任何輸入電壓，只有PMOS輸入對(duì)130與NMOS輸入對(duì)140其中的一輸入對(duì)會(huì)導(dǎo)通，故可達(dá)到節(jié)省電流的目的， 且因?yàn)橐瞥齆MOS輸入對(duì)140對(duì)應(yīng)的尾端電流源，所以操作電流與單一輸入對(duì)放大器相同。請(qǐng)參照?qǐng)D3A與圖3B，圖3A繪示依照另一實(shí)施例的放大器的電路圖，圖3B繪示依照另一實(shí)施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。于圖3A中，放大器200實(shí)質(zhì)上為一軌對(duì)軌放大器，其包括一輸出級(jí)電路210、一電流源220、一 NMOS輸入對(duì)230、一 PMOS輸入對(duì)240 以及一電流轉(zhuǎn)換電路250。輸出級(jí)電路210電性連接至供應(yīng)電壓VSS及地電壓GND。電流源220具有一節(jié)點(diǎn)02以提供一電流。NMOS輸入對(duì)230實(shí)質(zhì)上由NMOS晶體管NOl及N02所組成，其耦接至節(jié)點(diǎn)02，并通過(guò)輸出級(jí)電路210電性連接至供應(yīng)電壓VSS。NMOS輸入對(duì)230 受控于一輸入電壓PMOS輸入對(duì)240實(shí)質(zhì)上由PMOS晶體管POl及P02所組成，其通過(guò)輸出級(jí)電路210 電性連接至地電壓GNS并受控于輸入電壓V”電流轉(zhuǎn)換電路250耦接至節(jié)點(diǎn)02及PMOS輸入對(duì)240。電流轉(zhuǎn)換電路250包括一第一 PMOS晶體管P1、一第二 PMOS晶體管P2以及一第
一NMOS晶體管NI。第一 PMOS晶體管Pl的第一端耦接至PMOS輸入對(duì)240，第一 PMOS晶體管Pl的第二端耦接至供應(yīng)電壓VSS。 第二 PMOS晶體管P2的第一端耦接至第一 PMOS晶體管Pl的控制端，第二 PMOS晶體管P2的第二端耦接至供應(yīng)電壓VSS，第二 PMOS晶體管P2的控制端耦接至第一 PMOS晶體管Pl的控制端。第一 NMOS晶體管NI的第一端耦接至節(jié)點(diǎn)02，第一 NMOS晶體管NI的第二端耦接至第二 PMOS晶體管P2的第一端，第一 NMOS晶體管NI的控制端接收一控制電壓 V2，控制電壓V2相關(guān)于輸入電壓Vi及第一 NMOS晶體管NI的臨界電壓。當(dāng)輸入電壓Vi大于一特定值SV時(shí)，NMOS晶體管NOl及N02導(dǎo)通，亦即NMOS輸入對(duì)230導(dǎo)通；同時(shí)，PMOS輸入對(duì)240及電流轉(zhuǎn)換電路250截止，使得電流源220提供的電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)02流入導(dǎo)通的NMOS輸入對(duì)230，再送至輸出級(jí)電路210以供進(jìn)行操作。其中，特定值SV約為控制電壓V2與第一 NMOS晶體管NI的臨界電壓的差加上輸入電壓Vi與節(jié)點(diǎn) 02的電壓差。當(dāng)輸入電壓Vi下降時(shí)，節(jié)點(diǎn)02的電壓也會(huì)下降。當(dāng)輸入電壓Vi小于等于特定值SV時(shí)，PMOS晶體管POl及P02導(dǎo)通，亦即PMOS輸入對(duì)240導(dǎo)通；同時(shí)，NMOS輸入對(duì)230截止。此時(shí)，電流轉(zhuǎn)換電路250導(dǎo)通，第一 NMOS晶體管NI導(dǎo)通，藉由第一 PMOS晶體管Pl與第
二PMOS晶體管P2所組成的電流鏡，將電流源220的電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)02及電流轉(zhuǎn)換電路250 流入PMOS輸入對(duì)240，再送至輸出級(jí)電路210以供進(jìn)行操作。如此一來(lái)，即可讓PMOS輸入對(duì)240可以操作在NMOS輸入對(duì)230無(wú)法導(dǎo)通的輸入電壓區(qū)間，達(dá)到全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點(diǎn)，且更進(jìn)一步地可利用控制電壓V2以決定PMOS 輸入對(duì)240導(dǎo)通的輸入電壓區(qū)間。此外，觀察圖3B可以得知，無(wú)論對(duì)應(yīng)于任何輸入電壓，只有NMOS輸入對(duì)230與PMOS輸入對(duì)240其中的一輸入對(duì)會(huì)導(dǎo)通，故可達(dá)到節(jié)省電流的目的 ， 且因?yàn)橐瞥齈MOS輸入對(duì)240對(duì)應(yīng)的尾端電流源，所以操作電流與單一輸入對(duì)放大器相同。本揭露上述實(shí)施例所揭露的放大器，利用電流轉(zhuǎn)換電路取代傳統(tǒng)的尾端電流源， 故可在操作時(shí)將電流源在PMOS輸入對(duì)與NMOS輸入對(duì)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以達(dá)成與單一輸入對(duì)放大器相同的電流消耗，故可同時(shí)兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點(diǎn)。綜上所述，雖然本發(fā)明已以多個(gè)實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的申請(qǐng)專利范圍所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種放大器，包括一輸出級(jí)電路，電性連接至一供應(yīng)電壓及一地電壓；一電流源，具有一節(jié)點(diǎn)以提供一電流； 一 PMOS輸入對(duì)，耦接至該節(jié)點(diǎn)及該地電壓，并受控于一輸入電壓；一 NMOS輸入對(duì)，耦接至該供應(yīng)電壓并受控于該輸入電壓；以及一電流轉(zhuǎn)換電路，耦接至該節(jié)點(diǎn)及該NMOS輸入對(duì)；其中，當(dāng)該輸入電壓小于一特定值時(shí)，該P(yáng)MOS輸入對(duì)導(dǎo)通，該NMOS輸入對(duì)及該電流轉(zhuǎn)換電路截止，使得該電流經(jīng)由該節(jié)點(diǎn)流入該P(yáng)MOS輸入對(duì)，當(dāng)該輸入電壓大于等于該特定值時(shí)，該P(yáng)MOS輸入對(duì)截止，該NMOS輸入對(duì)及該電流轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通，使得該電流經(jīng)由該節(jié)點(diǎn)及該電流轉(zhuǎn)換電路流入該NMOS輸入對(duì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的放大器，其特征在于，該電流轉(zhuǎn)換電路包括一第一 NMOS晶體管，該第一 NMOS晶體管的第一端耦接至該NMOS輸入對(duì)，該第一 NMOS 晶體管的第二端耦接至該地電壓；一第二 NMOS晶體管，該第二 NMOS晶體管的第一端耦接至該第一 NMOS晶體管的控制端，該第二 NMOS晶體管的第二端耦接至該地電壓，該第二 NMOS晶體管的控制端耦接至該第一 NMOS晶體管的控制端；以及一第一 PMOS晶體管，該第一 PMOS晶體管的第一端耦接至該節(jié)點(diǎn)，該第一 PMOS晶體管的第二端耦接至該第二 NMOS晶體管的第一端，該第一 PMOS晶體管的控制端接收一控制電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器，其特征在于，該控制電壓相關(guān)于該輸入電壓及該第一 PMOS晶體管的臨界電壓，該特定值相關(guān)于該控制電壓、該第一 PMOS晶體管的臨界電壓、 及該輸入電壓與該節(jié)點(diǎn)的電壓差。
4.一種放大器,包括一輸出級(jí)電路，電性連接至一供應(yīng)電壓及一地電壓；一電流源，具有一節(jié)點(diǎn)以提供一電流；一 NMOS輸入對(duì)，耦接至該節(jié)點(diǎn)及該供應(yīng)電壓，并受控于一輸入電壓；一 PMOS輸入對(duì)，耦接至該地電壓并受控于該輸入電壓；以及一電流轉(zhuǎn)換電路，耦接至該節(jié)點(diǎn)及該P(yáng)MOS輸入對(duì)；其中，當(dāng)該輸入電壓大于一特定值時(shí)，該NMOS輸入對(duì)導(dǎo)通，該P(yáng)MOS輸入對(duì)及該電流轉(zhuǎn)換電路截止，使得該電流經(jīng)由該節(jié)點(diǎn)流入該NMOS輸入對(duì)，當(dāng)該輸入電壓小于等于該特定值時(shí)，該NMOS輸入對(duì)截止，該P(yáng)MOS輸入對(duì)及該電流轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通，使得該電流經(jīng)由該節(jié)點(diǎn)及該電流轉(zhuǎn)換電路流入該P(yáng)MOS輸入對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器，其特征在于，該電流轉(zhuǎn)換電路包括一第一 PMOS晶體管，該第一 PMOS晶體管的第一端耦接至該P(yáng)MOS輸入對(duì)，該第一 PMOS 晶體管的第二端耦接至該供應(yīng)電壓；一第二 PMOS晶體管，該第二 PMOS晶體管的第一端耦接至該第一 PMOS晶體管的控制端，該第二 PMOS晶體管的第二端耦接至該供應(yīng)電壓，該第二 PMOS晶體管的控制端耦接至該第一 PMOS晶體管的控制端；以及一第一 NMOS晶體管，該第一 NMOS晶體管的第一端耦接至該節(jié)點(diǎn)，該第一 NMOS晶體管的第二端耦接至該第二 PMOS晶體管的第一端，該第一 NMOS晶體管的控制端接收一控制電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的放大器，其特征在于，該控制電壓相關(guān)于該輸入電壓及該第一 NMOS晶體管的臨界電壓，該特定值相關(guān)于該控制電壓、該第一 NMOS晶體管的臨界電壓、 及該輸入電壓與該節(jié)點(diǎn)的電壓差。
全文摘要
一種放大器，包括一輸出級(jí)電路、一電流源、一PMOS輸入對(duì)、一NMOS輸入對(duì)及一電流轉(zhuǎn)換電路。輸出級(jí)電路電性連接至一供應(yīng)電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點(diǎn)以提供一電流。PMOS輸入對(duì)耦接至節(jié)點(diǎn)及地電壓并受控于一輸入電壓。NMOS輸入對(duì)耦接至供應(yīng)電壓并受控于輸入電壓。電流轉(zhuǎn)換電路耦接至節(jié)點(diǎn)及NMOS輸入對(duì)。當(dāng)輸入電壓小于一特定值時(shí)，PMOS輸入對(duì)導(dǎo)通，NMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路截止，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)流入PMOS輸入對(duì)，當(dāng)輸入電壓大于等于特定值時(shí)，PMOS輸入對(duì)截止，NMOS輸入對(duì)及電流轉(zhuǎn)換電路導(dǎo)通，使得電流經(jīng)由節(jié)點(diǎn)及電流轉(zhuǎn)換電路流入NMOS輸入對(duì)。
文檔編號(hào)H03F1/02GK102624342SQ20111015208
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者曾柏瑜, 梁可駿, 黃如琳 申請(qǐng)人:聯(lián)詠科技股份有限公司