运算放大器制造技术

本发明专利技术公开了一种运算放大器，包含一输入单元、一输出单元、一放大单元及一控制单元。该输入单元可用来接收一差分输入电压，以产生一偏置电流。该输出单元包含一第一晶体管及一第二晶体管，可用来产生一输出电压。该放大单元耦接于该输入单元及该输出单元之间，可用来接收该偏置电流，以根据该偏置电流控制该第一晶体管及该第二晶体管开启或关闭，进而控制该输出电压的大小。该控制单元耦接于该放大单元，可用来接收该差分输入电压，并在该差分输入电压的差异大于一临界值时，输出一增益电流到该放大单元。

Operational amplifier

The invention discloses an operational amplifier, comprising an input unit, an output unit, an amplifying unit and a control unit. The input unit can be used to receive a differential input voltage to produce a bias current. The output unit comprises a first transistor and a second transistor, which can be used to generate an output voltage. The amplifying unit is coupled between the input unit and the output unit for receiving the bias current, according to the opening or closing of the first transistor and the second transistor to control the bias current, and to control the size of the output voltage. The control unit is coupled to the amplifying unit to receive the differential input voltage and outputs a gain current to the amplification unit when the difference in the difference input voltage is greater than a critical value.

【技术实现步骤摘要】
运算放大器
本专利技术涉及一种运算放大器，尤其涉及一种具有高压摆率(slewrate)的运算放大器。
技术介绍
运算放大器(operationalamplifier)广泛应用于各种电路中，用来实现不同功能，如信号放大、稳定输出、信号驱动等。举例来说，在液晶显示器(liquidcrystaldisplay，LCD)的源极驱动电路中，其输出端往往需使用运算放大器作为缓冲器(buffer)，以驱动面板上的数据线。随着面板分辨率愈来愈高，对画质的要求也逐渐提升，画面的帧率(framerate)也随之而提升。在此情形下，大幅提高了缓冲器驱动数据线的速度要求，因此，运算放大器需具备高压摆率以满足此要求。传统上，高压摆率往往是通过较大的偏置电流(biascurrent)来实现。在一般运算放大器中，偏置电流源所输出的偏置电流大小与压摆率成正比，当偏置电流愈大时，驱动输出端到达预定电压的速度也愈快。然而，在偏置电流较大的情况下，运算放大器的耗电也随之而增加。再者，源极驱动电路所需的运算放大器数量十分庞大，故整体增加的电源消耗相当可观。对此，业界已提出多种同时解决运算放大器压摆率以及耗电问题的方法，例如，台湾专利第I328341号、台湾专利第I349425号及台湾专利第I344262号都提出了一种方法，其可在输出电压距离预定电压较远时提升偏置电流的大小以提高压摆率，使得输出电压加速到达预定电压，并在输出电压接近预定电压时降低偏置电流的大小以节省耗电。然而，随着液晶显示器的分辨率的提升以及高帧率的需求，上述解决方案已不敷使用。
技术实现思路
因此，实有必要提出另一种运算放大器结构，可同时满足高压摆率及低耗电的需求，以用于具有高分辨率与高帧率的液晶显示器的驱动电路。本专利技术公开一种运算放大器，其包含一输入单元、一输出单元、一放大单元及一控制单元。该输入单元可用来接收一差分输入电压，以产生一偏置电流。该输出单元包含一第一晶体管及一第二晶体管，可用来产生一输出电压。该放大单元耦接于该输入单元及该输出单元之间，可用来接收该偏置电流，以根据该偏置电流控制该第一晶体管及该第二晶体管开启或关闭，进而控制该输出电压的大小。该控制单元耦接于该放大单元，可用来接收该差分输入电压，并在该差分输入电压的差异大于一临界值时，输出一增益电流(gaincurrent)到该放大单元。附图说明图1为现有一运算放大器的示意图。图2为本专利技术实施例一运算放大器的示意图。图3为图2中控制单元的一种实施方式的示意图。图4为图2中运算放大器的一种实施方式的示意图。其中，附图标记说明如下：10、20运算放大器102、202输入单元104、204放大单元106、206输出单元108补偿电容单元VDD、VSS电源VB1偏置电压V+正输入电压V-负输入电压Vout输出电压S1、S2、404_1、404_2偏置电流源210控制单元Ib、Ibp、Ibn偏置电流Ig、Igp、Ign增益电流302比较器304_1、304_2增益电流源Mp1～Mp8、Mn1～Mn8晶体管Mp9、Mn9输出晶体管Ctlp、Ctln、Np1、Nn1端点Np2、Nn2输出端点C1、C2电容具体实施方式请参考图1，图1为现有一运算放大器10的示意图。如图1所示，运算放大器10包含一输入单元102、一放大单元104、一输出单元106及一补偿电容单元108。运算放大器10可接收电源VDD及VSS以及偏置电压(biasvoltage)VB1以进行运作，其中，输入单元102可接收一差分输入电压，其包含一正输入电压V+及一负输入电压V-。输出单元106则产生一输出电压Vout。输入单元102并包含偏置电流源(biascurrentsource)S1及S2，用来提供运算放大器10运作所需的电流。当正输入电压V+发生变化时，运算放大器10的运作可使负输入电压V-追随正输入电压V+变化。若将用来接收负输入电压V-的输入端连接于运算放大器10的输出端，可形成一缓冲器，其可作为驱动电路(例如液晶显示器的源极驱动电路)的输出端。在此情形下，当正输入电压V+发生变化时，输出电压Vout会随着正输入电压V+进行变化。如上所述，若欲使输出电压Vout随着正输入电压V+变化的速度增加，需提升运算放大器10的压摆率，此时，可调整偏置电流源S1及S2使其输出更大的偏置电流，然而，当偏置电流增加时，运算放大器10的耗电量也同步增加。为解决此问题，本专利技术可在运算放大器10中加入一控制单元，当正输入电压V+与负输入电压V-的差异较大时，启动控制单元的运作使得负输入电压V-追随正输入电压V+变化的速度加快，平时则关闭控制单元以节省电源消耗。详细来说，请参考图2，图2为本专利技术实施例一运算放大器20的示意图。如图2所示，运算放大器20包含一输入单元202、一放大单元204、一输出单元206及一控制单元210。输入单元202可接收一差分输入电压，并产生一偏置电流Ib。放大单元204耦接于输入单元202及输出单元206，可用来接收偏置电流Ib，以根据偏置电流Ib来控制输出单元206中的输出晶体管开启或关闭，进而控制输出电压Vout的大小。在一实施例中，为使运算放大器20的运作稳定，可在放大单元204及输出单元206之间设置一补偿电容单元，用来进行频率补偿。控制单元210耦接于放大单元204，可接收差分输入电压(即正输入电压V+与负输入电压V-)，以在差分输入电压的差异大于一临界值时，输出一增益电流Ig到放大单元204。如图2所示，在此例中，负输入电压V-等于输出电压Vout，表示运算放大器20的负输入端与输出端相连，代表运算放大器20作为缓冲器的情形。该缓冲器可接收电压Vin并输出电压Vout。但在其它实施例中，负输入电压V-也可能不等于输出电压Vout，例如，当运算放大器20的输出端通过电阻与负输入端相连时，输出电压Vout可能与负输入电压V-具有特定关系(例如成正比)但不相等。在另一实施例中，运算放大器20也可不使用负反馈结构，此时输出电压Vout与负输入电压V-无明显的关联性。请参考图3，图3为控制单元210的一种实施方式的示意图。如图3所示，控制单元210包含一比较器302及增益电流源304_1及304_2。比较器302可接收正输入电压V+及负输入电压V-，以比较正输入电压V+与负输入电压V-的大小。增益电流源304_1耦接于比较器302，可在正输入电压V+大于负输入电压V-且其差异大于临界值时，输出增益电流Igp。增益电流源304_2耦接于比较器302，可在负输入电压V-大于正输入电压V+且其差异大于临界值时，输出增益电流Ign。详细来说，当正输入电压V+上升到大于负输入电压V-且其差异超过一临界值(即晶体管Mn1的临界电压(thresholdvoltage，Vth))时，晶体管Mn1会开启，使得端点Ctlp的电压下降，以开启晶体管Mp2。此时，增益电流源304_1所产生的增益电流Igp即可通过晶体管Mp2并加以输出。当正输入电压V+下降到小于负输入电压V-且其差异超过一临界值(即晶体管Mp1的临界电压)时，晶体管Mp1会开启，使得端点Ctln的电压上升，以开启晶体管Mn2。此时，增益电流源304_2所产生的增益电流Ign即可通过晶体管Mn2并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运算放大器，包含：一输入单元，用来接收一差分输入电压，以产生一偏置电流；一输出单元，包含一第一晶体管及一第二晶体管，用来产生一输出电压；一放大单元，耦接于该输入单元及该输出单元之间，用来接收该偏置电流，以根据该偏置电流控制该第一晶体管及该第二晶体管开启或关闭，进而控制该输出电压的大小；以及一控制单元，耦接于该放大单元，用来接收该差分输入电压，并在该差分输入电压的差异大于一临界值时，输出一增益电流到该放大单元。

【技术特征摘要】
2015.12.10 US 62/265,9711.一种运算放大器，包含：一输入单元，用来接收一差分输入电压，以产生一偏置电流；一输出单元，包含一第一晶体管及一第二晶体管，用来产生一输出电压；一放大单元，耦接于该输入单元及该输出单元之间，用来接收该偏置电流，以根据该偏置电流控制该第一晶体管及该第二晶体管开启或关闭，进而控制该输出电压的大小；以及一控制单元，耦接于该放大单元，用来接收该差分输入电压，并在该差分输入电压的差异大于一临界值时，输出一增益电流到该放大单元。2.如权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，该控制单元包含：一比较器，用来比较该差分输入电压中一第一输入电压与一第二输入电压的大小；一第一增益电流源，耦接于该比较器，用来在该第一输入电压大于该第二输入电压且其差异大于该临界值时，输出一第一增益电流到该放大单元的一第一端点；以及一第二增益电流源，耦接于该比较器，用来在该第二输入电压大于该第一输入电压且其差异大于该临界值时，输出一第二增益电流到该放大单元的一第二端点。3.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑家麒，
申请(专利权)人：矽创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71