專(zhuān)利名稱(chēng)：省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于運(yùn)算放大器的技術(shù)領(lǐng)域，尤指一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
已知的運(yùn)算放大器為了達(dá)到高回轉(zhuǎn)率(Slew Rate)的需求，其改善方法包括增加差動(dòng)輸入對(duì)(Differential Input Pair)的電流或減少補(bǔ)償電容(CompensationCapacitance),然而，前者增加了靜態(tài)電流消耗(Steady Current Consumption),而后者則犧牲了運(yùn)算放大器的穩(wěn)定度。圖I為已知增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率技術(shù) 的電路圖，其使用推挽式(Push-pull)輸出級(jí)輸出來(lái)增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率，也就是增加額外的電路來(lái)達(dá)成此目的。然而圖I的電路在靜態(tài)時(shí)，電晶體MP及麗會(huì)有靜態(tài)電流，造成電流消耗。同時(shí)，推挽式(Push-pull)輸出級(jí)中只有電晶體MP提供電流至負(fù)載輸出端110，或是電晶體MN由該負(fù)載輸出端110吸入電流，其增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率仍有限。圖2為另一已知增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率技術(shù)的電路圖。當(dāng)VIN大于VOUT時(shí)，VA、VB為低電位，電晶體MP#1、MP#2導(dǎo)通，電晶體MP#1供電電流至負(fù)載輸出端110，因MP#2導(dǎo)通，VC為低電位，所以電晶體MP#3導(dǎo)通，電晶體MP#3供電電流至負(fù)載輸出端110。因?yàn)閂B為低電位，所以電晶體MN#1、MN#2關(guān)閉，故VD為低電位，所以電晶體MN#3關(guān)閉。當(dāng)VIN小于VOUT時(shí)，VA、VB為高電位，電晶體MN#1、MN#2導(dǎo)通，電晶體MN#1由該負(fù)載輸出端110吸入電流，因MN#2導(dǎo)通，VD為高電位，所以電晶體MN#3導(dǎo)通，電晶體MN#3由該負(fù)載輸出端110吸入電流。因?yàn)閂B為高電位，所以電晶體MP#1、MP#2關(guān)閉，故VC為高電位，所以電晶體MP#3關(guān)閉。圖2電路中，可藉由電晶體1^#1、1^#3、11爾1^爾3分別提供電流至該負(fù)載輸出端110、或由該負(fù)載輸出端110吸入電流，故其回轉(zhuǎn)率較圖I電路的回轉(zhuǎn)率好。然而，在靜態(tài)時(shí)，電晶體MP#2及MN#2仍有靜態(tài)電流消耗。因此，已知增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率的技術(shù)仍有改善的空間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是提供一省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，以增加回轉(zhuǎn)率(slew rate),同時(shí)可減少電流消耗。依據(jù)本發(fā)明之一特色，本發(fā)明提出一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，包含一運(yùn)算放大器，具有一非反相輸入端、一反相輸入端、一第一輸出端，以及一第二輸出端，該非反相輸入端接收一輸入訊號(hào)，該反相輸入端連接至一負(fù)載輸出端，以接收一負(fù)載輸出訊號(hào)，其中，該運(yùn)算放大器根據(jù)該輸入訊號(hào)及該負(fù)載輸出訊號(hào)，用以在第一輸出端產(chǎn)生一第一控制信號(hào)，在第二輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào)；一第一級(jí)放大電路，連接至該第一輸出端、該第二輸出端，以及該負(fù)載輸出端，其中，該第一級(jí)放大電路依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流；
一電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，連接至該第一輸出端以及該第二輸出端，其依據(jù)該第一控制訊號(hào)及該第二控制訊號(hào)產(chǎn)生一電流供應(yīng)訊號(hào)、一電流吸入訊號(hào)，以及一關(guān)閉訊號(hào)中的一個(gè)；以及一第二級(jí)放大電路，連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，以及該負(fù)載輸出端，其中，該第二級(jí)放大電路依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流；其中，當(dāng)電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路及該第二級(jí)放大電路則為關(guān)閉。依據(jù)本發(fā)明之另一特色，本發(fā)明提出一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，包含一運(yùn)算放大器，其具有一非反相輸入端、一反相輸入端、一第一輸出端，以及一第二輸出端，該非反相輸入端接收一輸入訊號(hào)，該反相輸入端連接至一負(fù)載輸出端，用以接收一負(fù)載輸出訊號(hào)，其中，該運(yùn)算放大器根據(jù)該輸入訊號(hào)及該負(fù)載輸出訊號(hào)，用以在第一輸出端產(chǎn)生一第一控制信號(hào)，在第二輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào)；一第一級(jí)放大電路，其連接至該第一輸出端、該第二輸出端以及該負(fù)載輸出端，該第一級(jí)放大電路依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流；一電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，連接至該第一輸出端，以及該第二輸出端，并接收一第一使能輸入信號(hào)以及一第二使能輸入信號(hào)，其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路依據(jù)該第一控制訊號(hào)、 該第二控制訊號(hào)、該第一使能輸入信號(hào)及該第二使能輸入信號(hào)產(chǎn)生一電流供應(yīng)訊號(hào)、一電流吸入訊號(hào)，以及一關(guān)閉訊號(hào)中的一個(gè)；以及一第二級(jí)放大電路，其連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，以及該負(fù)載輸出端，該第二級(jí)放大電路依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流；其中，當(dāng)電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生關(guān)閉訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路及該第二級(jí)放大電路則為關(guān)閉。由前述說(shuō)明可知，相較于已知技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)確可增加回轉(zhuǎn)率(slew rate)，同時(shí)可減少電流消耗。本發(fā)明利用一輔助電流(MPljNl)來(lái)增加Class-AB輸出級(jí)(MP4、MN4)的推動(dòng)和拉挽(Push/Pull)電流,該輔助電流可提高一連結(jié)到Class-AB輸出級(jí)的運(yùn)算放大器310的回轉(zhuǎn)率。當(dāng)運(yùn)算放大器310其非反相輸入端的電位高于或低于反相輸入端，此輔助電流機(jī)制則會(huì)啟動(dòng)，提高運(yùn)算放大器310的回轉(zhuǎn)率。同時(shí)通過(guò)改良后的偵測(cè)電路(MN2、MP2、麗3、MP3)，可將偵測(cè)電路造成額外的穩(wěn)態(tài)電流消除。


圖I為已知增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率技術(shù)的電路圖。圖2為另一已知增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率技術(shù)的電路圖。圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)的電路圖。圖4為本發(fā)明提供電流至負(fù)載輸出端的示意圖。圖5為本發(fā)明由負(fù)載輸出端吸入電流的示意圖。圖6為本發(fā)明與圖2已知技術(shù)電路的模擬示意圖。圖7為本發(fā)明另一實(shí)施例的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)的電路圖。主要元件符元說(shuō)明
負(fù)載輸出端110電晶體MP、麗電晶體 MP# I、MP#2、MP#3、MN# I、MN#2、MN#3省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)300運(yùn)算放大器310第一級(jí)放大電路320電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330第二級(jí)放大電路340電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730
具體實(shí)施例方式圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)300的電路圖，該增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)300包含一運(yùn)算放大器310、一第一級(jí)放大電路320、一電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330以及一第二級(jí)放大電路340。該運(yùn)算放大器310具有一非反相輸入端(+)、一反相輸入端(_)、一第一輸出端(A)以及一第二輸出端(B),該非反相輸入端(+)接收一輸入訊號(hào)(VIN),該反相輸入端(_)連接至一負(fù)載輸出端(OUT),以接收一負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT),運(yùn)算放大器310將該輸入訊號(hào)(VIN)及該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)的差值放大,用以在第一輸出端產(chǎn)生一第一控制信號(hào),在第二輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào)。該第一級(jí)放大電路320連接至該第一輸出端(A)、該第二輸出端(B)以及該負(fù)載輸出端(OUT)，該第一級(jí)放大電路320依據(jù)該第一控制訊號(hào)及該第二控制訊號(hào)用以該第一級(jí)放大電路依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端(0UT)，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流。該第一級(jí)放大電路320包含一第一 PMOS電晶體(MPl)及一第一 NMOS電晶體(MNl)。該第一 PMOS電晶體(MPl)的柵極(G)連接該第一輸出端(A)用以接收該第一控制訊號(hào)，其源極(S)連接至一高電位(VDD)，其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該第一 NMOS電晶體(MNl)的柵極(G)連接該第二輸出端(B)用以接收該第二控制訊號(hào)，其源極(S)連接至一低電位(GND)，其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330連接至該第一輸出端(A)與該第二輸出端(B)，其依據(jù)該第一控制訊號(hào)及該第二控制訊號(hào)用以產(chǎn)生一電流供應(yīng)訊號(hào)、一電流吸入訊號(hào)，以及一關(guān)閉訊號(hào)中的一個(gè)。該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330包含一第二 PMOS電晶體(MP2)、一第二NMOS電晶體(MN2)、一第一阻抗裝置(Loadl)、一第三NMOS電晶體(MN3)、一第三PMOS電晶體(MP3)以及一第二阻抗裝置(Load2)。該第二 PMOS電晶體(MP2)的柵極(G)連接該第一輸出端㈧用以接收該第一控制訊號(hào)，其漏極(D)連接至該低電位(GND)。該第二 NMOS電晶體(MN2)的柵極(G)連接該高電位(VDD)，其源極⑶連接至該第二 PMOS電晶體(MP2)的源極(S)。該第一阻抗裝置(Loadl)的一端連接至該第二 NMOS電晶體(MN2)的漏極(D)，另一端連接至該高電位(VDD)。
該第三NMOS電晶體(MN3)的柵極(G)連接該第二輸出端(B)以接收該第二控制訊號(hào)，其漏極(D)連接至該高電位(VDD)。該第三PMOS電晶體(MP3)的柵極(G)連接至該低電位(GND)，其源極⑶連接至該第三NMOS電晶體(MN3)的源極⑶。該第二阻抗裝置(Load2)的一端連接至該第三PMOS電晶體(MP3)的漏極(D)，另一端連接至該低電位(GND)。該第二級(jí)放大電路340連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330以及該負(fù)載輸出端(OUT)，該第二級(jí)放大電路340依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流。該第二級(jí)放大電路340包含一第四PMOS電晶體(MP4)及一第四NMOS電晶體(MN4)。 該第四PMOS電晶體(MP4)的柵極(G)連接該第二 NMOS電晶體(MN2)的漏極⑶，其源極(S)連接至該高電位(VDD)，其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該第四NMOS電晶體(MN4)的柵極(G)連接該第三PMOS電晶體(MP3)的漏極⑶，其源極(S)連接至該低電位(GND)，其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該第一阻抗裝置(Loadl)及該第二阻抗裝置(Load2)為電阻。在其他實(shí)施例中，該第一阻抗裝置(Loadl)及該第二阻抗裝置(Load2)也可以為電流源，以提供高阻抗。其中，該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)，進(jìn)而使該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330及該第二級(jí)放大電路340則關(guān)閉其電路。當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí)，該第二 PMOS電晶體(MP2)、該第二 NMOS電晶體(MN2)、該第三NMOS電晶體(MN3)、該第三PMOS電晶體(MP3)、該第四PMOS電晶體(MP4)以及第四NMOS電晶體(MN4)為關(guān)閉。更進(jìn)一步說(shuō)明，當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí)，第一輸出端⑷的電壓(VA)為VDD-1VTHP I，其中，VTHP為PMOS電晶體的臨閾電壓(thresholdvoltage)，亦即第一 PMOS電晶體(MPl)關(guān)閉，而端點(diǎn)X的電壓為VDD-VTHN,其中VTHN為NMOS電晶體的臨閾電壓(threshold voltage)，由于VTHP與VTHN大小相近，因此該第二PMOS電晶體(MP2)的VGS的電壓約為0，該第二 PMOS電晶體(MP2)為關(guān)閉，由于沒(méi)有電流路徑，該第二 NMOS電晶體(MN2)亦為關(guān)閉。當(dāng)中，端點(diǎn)U的電壓接近VDD，故該第四PMOS電晶體(MP4)亦為關(guān)閉。當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),第二輸出端⑶的電壓(VB)為VTHN，故第一 NMOS電晶體(MNl)為關(guān)閉，而端點(diǎn)Y的電壓為VTHP，由于VTHP與VTHN大小相近，因此該第三NMOS電晶體(MN3)的VGS的電壓約為0，故該第三NMOS電晶體(MN3)為關(guān)閉，由于沒(méi)有電流路徑，該第三PMOS電晶體(MP3)也為關(guān)閉。當(dāng)中，端點(diǎn)W的電壓接近GND，故該第四NMOS電晶體(MN4)亦為關(guān)閉。更進(jìn)一步說(shuō)明，當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生的該關(guān)閉訊號(hào)表示該第二NMOS電晶體(MN2)的漏極(D)的電壓接近VDD、且該第三PMOS電晶體(MP3)的漏極(D)的電壓接近GND。此時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330依據(jù)該第一控制訊號(hào)(VA = VDD-1VTHP I)及該第二控制訊號(hào)(VB=VTHN)，進(jìn)而產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)。該輸入訊號(hào)(VIN)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),該第一級(jí)放大電路320依據(jù)該第一控制訊號(hào)(VA = GND)以提供電流至該負(fù)載輸出端(OUT)。其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)，用以使該第二級(jí)放大電路340依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)以提供電流至該負(fù)載輸出端(OUT)。圖4為本發(fā)明提供電流至該負(fù)載輸出端(OUT)的示意圖。該輸入訊號(hào)(VIN)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),第一輸出端(A)的電壓(VA)為低電位，故該第一 PMOS電晶體(MPl)及該第二 PMOS電晶體(MP2)為導(dǎo)通，該第一 PMOS電晶體(MPl)提供電流至該負(fù)載輸出端(OUT)。因?yàn)樵摰诙?PMOS電晶體(MP2)導(dǎo)通，所以端點(diǎn)X的電壓為低電位，因此導(dǎo)致該第二 NMOS電晶體(MN2)也導(dǎo)通。當(dāng)中，端點(diǎn)U的電壓接近低電位，故該第四PMOS電晶體(MP4)亦為導(dǎo)通，并提供電流至該負(fù)載輸出端(OUT)。
更進(jìn)一步說(shuō)明，當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),第二輸出端(B)的電壓(VB)為低電位，故第一 NMOS電晶體(MNl)及該第三NMOS電晶體(MN3)為關(guān)閉。由于沒(méi)有電流路徑，該第三PMOS電晶體(MP3)為關(guān)閉。端點(diǎn)W的電壓接近GND，故該第四NMOS電晶體(MN4)亦為關(guān)閉。亦即，當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)表示該第二 NMOS電晶體(MN2)的漏極(D)的電壓接近GND、且該第三PMOS電晶體(MP3)的漏極(D)的電壓接近GND。此時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330依據(jù)該第一控制訊號(hào)(VA = GND)及該第二控制訊號(hào)(VB = GND)，進(jìn)而產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)。當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),該第一級(jí)放大電路320依據(jù)該第二控制訊號(hào)(VB = VDD)進(jìn)而由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流。其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生該電流吸入訊號(hào)，進(jìn)而使該第二級(jí)放大電路340依據(jù)該電流吸入訊號(hào)，而由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流。圖5為本發(fā)明由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流的不意圖。更進(jìn)一步說(shuō)明，該輸入訊號(hào)(VIN)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),第二輸出端(B)的電壓(VB)為高電位，故該第一 NMOS電晶體(MNl)及該第三NMOS電晶體(MN3)導(dǎo)通，該第一 NMOS電晶體(MNl)由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流。因?yàn)樵摰谌齆MOS電晶體(MN3)導(dǎo)通，所以端點(diǎn)Y的電壓為高電位，因此導(dǎo)致該第三PMOS電晶體(MP3)也導(dǎo)通。端點(diǎn)W的電壓接近高電位，故該第四NMOS電晶體(MN4)亦導(dǎo)通，并由該負(fù)載輸出端(OUT)吸入電流。當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),第一輸出端(A)的電壓(VA)為高電位，故第一 PMOS電晶體(MPl)及該第二 PMOS電晶體(MP2)為關(guān)閉。由于沒(méi)有電流路徑，該第二 NMOS電晶體(MN2)為關(guān)閉。端點(diǎn)U的電壓接近VDD，故該第四PMOS電晶體(MP4)亦為關(guān)閉。亦即，當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí),該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330產(chǎn)生該電流吸入訊號(hào)表示該第二 NMOS電晶體(MN2)的漏極(D)之電壓接近VDD、且該第三PMOS電晶體(MP3)的漏極(D)之電壓接近VDD。此時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路330依據(jù)該第一控制訊號(hào)(VA = VDD)及該第二控制訊號(hào)(VB = VDD)，進(jìn)而產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)。
圖6為本發(fā)明與圖2已知技術(shù)電路的模擬示意圖。由圖6顯示，已知技術(shù)電路的靜態(tài)電流(static current)為 2. 55uA，而本發(fā)明的靜態(tài)電流(static current)為 2. 05uA，
255-2 05
因此本發(fā)明技術(shù)可增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率并降低19·6%( 2 55 x丨⑷。的電流消耗。本發(fā)明可將
靜態(tài)電流由2. 55uA降低至2. 05uA，其中所減少的O. 5uA電流，是當(dāng)該輸入訊號(hào)(VIN)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)時(shí)，該第二 PMOS電晶體(MP2)、該第二 NMOS電晶體(MN2)、該第三NMOS電晶體(MN3)、該第三PMOS電晶體(MP3)、該第四PMOS電晶體(MP4)以及第四NMOS電晶體(MN4)被關(guān)閉時(shí)所省下的電流。圖7為本發(fā)明一另實(shí)施例的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)700的電路圖。該增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)700包含一運(yùn)算放大器310、一第一級(jí)放大電路320、一電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730以及一第二級(jí)放大電路340。
·
該運(yùn)算放大器310具有一非反相輸入端(+)、一反相輸入端(_)、一第一輸出端(A)以及一第二輸出端(B),該非反相輸入端(+)接收一輸入訊號(hào)(VIN),該反相輸入端(_)連接至一負(fù)載輸出端(0UT)，用以接收一負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)，運(yùn)算放大器310用以將該輸入訊號(hào)(VIN)及該負(fù)載輸出訊號(hào)(VOUT)之差值放大,進(jìn)而在該在第一輸出端(A)產(chǎn)生一第一控制信號(hào)，在第二輸出端(B)產(chǎn)生第二控制信號(hào)。該第一級(jí)放大電路320連接至該第一輸出端(A)、該第二輸出端(B)以及該負(fù)載輸出端(0UT)，該第一級(jí)放大電路320依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端(0UT)，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端(OUT)。該第一級(jí)放大電路320包含一第一 PMOS電晶體(MPl)及一第一 NMOS電晶體(MNl)，其中，該第一 PMOS電晶體(MPl)的柵極(G)連接該第一輸出端(A)用以接收該第一控制訊號(hào)，其源極(S)連接至一高電位(VDD)，以及其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該第一 NMOS電晶體(MNl)的柵極(G)連接該第二輸出端(B)用以接收該第二控制訊號(hào)，其源極(S)連接至一低電位(GND)，以及其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730連接至該第一輸出端(A)以及該第二輸出端(B),并接收一第一使能輸入信號(hào)(EN)以及一第二使能輸入信號(hào)(EB),該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730依據(jù)該第一控制訊號(hào)、該第二控制訊號(hào)、該第一使能輸入信號(hào)(EN)及該第二使能輸入信號(hào)(EB)用以產(chǎn)生一電流供應(yīng)訊號(hào)、一電流吸入訊號(hào)，以及一關(guān)閉訊號(hào)中的一個(gè)。該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730包含一第二 PMOS電晶體(MP2)、一第二NMOS電晶體(MN2)、一第一阻抗裝置(Loadl)、一第三NMOS電晶體(MN3)、一第三PMOS電晶體(MP3)以及一第二阻抗裝置(Load2)。該第二 PMOS電晶體(MP2)的柵極連接該第一輸出端(A)以接收該第一控制訊號(hào)。該第二 NMOS電晶體(MN2)的柵極(G)接收該第一使能輸入信號(hào)(EN)，其源極(S)連接至該低電位(GND)，以及其漏極⑶連接至該第二 PMOS電晶體(MP2)的漏極(D)。該第一阻抗裝置(Loadl)的一端連接至該第二 PMOS電晶體(MP2)的源極(S)，以及其另一端連接至該高電位(VDD)。該第三NMOS電晶體(MN3)的柵極(G)連接該第二輸出端(B)用以接收該第二控制訊號(hào)。
該第三PMOS電晶體(MP3)的柵極(G)接收該第二使能輸入信號(hào)(EB)，其源極(S)連接至該高電位(VDD)，以及其漏極(D)連接至該第三NMOS電晶體(MN3)的漏極(D)。該第二阻抗裝置(Load2)的一端連接至該第三NMOS電晶體(MN3)的源極(S)，以及其另一端連接至該低電位(GND)。該第二級(jí)放大電路340連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730以及該負(fù)載輸出端(OUT)，該第二級(jí)放大電路340依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流。該第二級(jí)放大電路340包含一第四PMOS電晶體(MP4)及一第四NMOS電晶體(MN4)。該第四PMOS電晶體(MP4)的柵極(G)連接該第二 PMOS電晶體(MP2)的源極⑶，其源極(S)連接至該高電位(VDD)，以及其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。 該第四NMOS電晶體(MN4)的柵極(G)連接該第三NMOS電晶體(MN3)的源極⑶，其源極(S)連接至該低電位(GND)，以及其漏極(D)連接至該負(fù)載輸出端(OUT)。在一穩(wěn)態(tài)中，該輸入訊號(hào)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)。其中，當(dāng)電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730產(chǎn)生關(guān)閉訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路730及該第二級(jí)放大電路340則為關(guān)閉。當(dāng)中，該第一阻抗裝置(Loadl)及該第二阻抗裝置(Load2)為電阻。在其他實(shí)施例中，該第一阻抗裝置(Loadl)及該第二阻抗裝置(Load2)亦可為電流源，以作為高阻抗之用。當(dāng)沒(méi)有該第一使能輸入信號(hào)(EN)及該第二使能輸入信號(hào)(EB)時(shí)，該第二 NMOS電晶體(MN2)、該第三PMOS電晶體(MP3)、該第四PMOS電晶體(MP4)以及第四NMOS電晶體(MN4)為關(guān)閉。該增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)700的運(yùn)作原理為熟習(xí)該技術(shù)者基于圖3、圖4、圖5的描述可輕易了解，在此不再贅述。由前述說(shuō)明可知，相較于已知技術(shù)，本發(fā)明技術(shù)確可增加回轉(zhuǎn)率(slew rate)，同時(shí)可減少電流消耗。本發(fā)明利用一輔助電流(MPljNl)來(lái)增加Class-AB輸出級(jí)(MP4、MN4)的推動(dòng)和拉挽(Push/Pull)電流,該輔助電流可提高一連結(jié)到Class-AB輸出級(jí)的運(yùn)算放大器310的回轉(zhuǎn)率。當(dāng)運(yùn)算放大器310其非反相輸入端的電位高于或低于反相輸入端，此輔助電流機(jī)制則會(huì)啟動(dòng)，提高運(yùn)算放大器310的回轉(zhuǎn)率。同時(shí)通過(guò)改良后的偵測(cè)電路(MN2、MP2、麗3、MP3)，可將偵測(cè)電路造成額外的穩(wěn)態(tài)電流消除。由上述可知，本發(fā)明無(wú)論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異于習(xí)知技術(shù)的特征，極具實(shí)用價(jià)值。惟應(yīng)注意的是，上述諸多實(shí)施例僅系為了便于說(shuō)明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以權(quán)利要求書(shū)所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，包含 一運(yùn)算放大器，具有一非反相輸入端、一反相輸入端、一第一輸出端，以及ー第二輸出端，該非反相輸入端接收ー輸入訊號(hào)，該反相輸入端連接至一負(fù)載輸出端，以接收一負(fù)載輸出訊號(hào)，其中，該運(yùn)算放大器根據(jù)該輸入訊號(hào)及該負(fù)載輸出訊號(hào)，用以在第一輸出端產(chǎn)生ー第一控制信號(hào)，在第二輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào)； 一第一級(jí)放大電路，連接至該第ー輸出端、該第二輸出端，以及該負(fù)載輸出端，其中，該第一級(jí)放大電路依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流； ー電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，連接至該第一輸出端以及該第二輸出端，其依據(jù)該第一控制訊號(hào)及該第二控制訊號(hào)產(chǎn)生ー電流供應(yīng)訊號(hào)、ー電流吸入訊號(hào)，以及ー關(guān)閉訊號(hào)中的ー個(gè)；以及 一第二級(jí)放大電路，連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，以及該負(fù)載輸出端，其中，該第二級(jí)放大電路依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流； 其中，當(dāng)電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路及該第二級(jí)放大電路則為關(guān)閉。
2.如權(quán)利要求I所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)。
3.如權(quán)利要求I所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，在輸入訊號(hào)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)。
4.如權(quán)利要求I所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該電流吸入訊號(hào)。
5.如權(quán)利要求I所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一級(jí)放大電路包含 一第一 PMOS電晶體，其柵極連接該第一輸出端以接收該第一控制訊號(hào)，其源極連接至一高電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端；以及 一第一 NMOS電晶體，其柵極連接該第二輸出端以接收該第二控制訊號(hào)，其源極連接至ー低電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端。
6.如權(quán)利要求5所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路包含 一第二 PMOS電晶體，其柵極連接該第一輸出端以接收該第一控制訊號(hào)，以及其漏極連接至該低電位； 一第二NMOS電晶體，其柵極連接該高電位，以及其源極連接至該第二PMOS電晶體的源極； 一第一阻抗裝置，具有一第一端連接至該第二 NMOS電晶體的漏扱，以及ー第二端連接至該高電位； 一第三NMOS電晶體，其柵極連接該第二輸出端以接收該第二控制訊號(hào)，以及其漏極連接至該高電位；一第三PMOS電晶體，其柵極連接至該低電位，以及其源極連接至該第三NMOS電晶體的源扱；以及 一第二阻抗裝置，具有一第三端連接至該第三PMOS電晶體的漏扱，以及ー第四端連接至該低電位。
7.如權(quán)利要求6所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第二級(jí)放大電路包含 一第四PMOS電晶體，其柵極連接該第二 NMOS電晶體的漏極，其源極連接至該高電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端；以及 一第四NMOS電晶體，其柵極連接該第三PMOS電晶體的漏極，其源極連接至該低電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端。
8.如權(quán)利要求6所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一阻抗裝置及該第二阻抗裝置為電阻。
9.如權(quán)利要求6所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一阻抗裝置及該第二阻抗裝置為電流源，用以提供高阻杭。
10.如權(quán)利要求7所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該第二 PMOS電晶體、該第二 NMOS電晶體、該第三NMOS電晶體、該第三PMOS電晶體、該第四PMOS電晶體，以及第四NMOS電晶體為關(guān)閉。
11.一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，包含 一運(yùn)算放大器，其具有一非反相輸入端、一反相輸入端、一第一輸出端，以及ー第二輸出端，該非反相輸入端接收ー輸入訊號(hào)，該反相輸入端連接至一負(fù)載輸出端，用以接收ー負(fù)載輸出訊號(hào)，其中，該運(yùn)算放大器根據(jù)該輸入訊號(hào)及該負(fù)載輸出訊號(hào)，用以在第一輸出端產(chǎn)生一第一控制信號(hào)，在第二輸出端產(chǎn)生第二控制信號(hào)； 一第一級(jí)放大電路，其連接至該第一輸出端、該第二輸出端以及該負(fù)載輸出端，該第一級(jí)放大電路依照該第一控制訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，依照該第二控制訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流； ー電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，連接至該第一輸出端，以及該第二輸出端，并接收一第一使能輸入信號(hào)以及ー第二使能輸入信號(hào)，其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路依據(jù)該第一控制訊號(hào)、該第二控制訊號(hào)、該第一使能輸入信號(hào)及該第二使能輸入信號(hào)產(chǎn)生ー電流供應(yīng)訊號(hào)、ー電流吸入訊號(hào)，以及ー關(guān)閉訊號(hào)中的一個(gè)；以及 一第二級(jí)放大電路，其連接至該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路，以及該負(fù)載輸出端，該第二級(jí)放大電路依據(jù)該電流供應(yīng)訊號(hào)提供電流至該負(fù)載輸出端，或者依據(jù)該電流吸入訊號(hào)由該負(fù)載輸出端吸入電流； 其中，當(dāng)電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生關(guān)閉訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路及該第二級(jí)放大電路則為關(guān)閉。
12.如權(quán)利要求11所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)等于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該關(guān)閉訊號(hào)。
13.如權(quán)利要求11所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，在輸入訊號(hào)大于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該電流供應(yīng)訊號(hào)。
14.如權(quán)利要求11所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，當(dāng)該輸入訊號(hào)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生該電流吸入訊號(hào)。
15.如權(quán)利要求11所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一級(jí)放大電路包含 一第一 PMOS電晶體，其柵極連接該第一輸出端以接收該第一控制訊號(hào)，其源極連接至一高電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端；以及 一第一 NMOS電晶體，其柵極連接該第二輸出端以接收該第二控制訊號(hào)，其源極連接至ー低電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端。
16.如權(quán)利要求15所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路包含 一第二 PMOS電晶體,其柵極連接該第一輸出端以接收該第一控制訊號(hào)； 一第二 NMOS電晶體，其柵極接收該第一使能輸入信號(hào)，其源極連接至該低電位，以及其漏極連接至該第二 PMOS電晶體的漏極； 一第一阻抗裝置，具有一第一端連接至該第二 PMOS電晶體的源扱，以及ー第二端連接至該高電位； 一第三NMOS電晶體，其柵極連接該第二輸出端以接收該第二控制訊號(hào)； 一第三PMOS電晶體，其柵極接收該第二使能輸入信號(hào)，其源極連接至該高電位，其漏極連接至該第三NMOS電晶體的漏極；以及 一第二阻抗裝置，具有一第三端連接至該第三NMOS電晶體的源扱，以及ー第四端連接至該低電位。
17.如權(quán)利要求16所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第二級(jí)放大電路包含 一第四PMOS電晶體，其柵極連接該第二 PMOS電晶體的源極，其源極連接至該高電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端；以及 一第四NMOS電晶體，其柵極連接該第三NMOS電晶體的源極，其源極連接至該低電位，以及其漏極連接至該負(fù)載輸出端。
18.如權(quán)利要求17所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一阻抗裝置及該第二阻抗裝置為電阻。
19.如權(quán)利要求17所述的省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)，其中，該第一阻抗裝置及該第二阻抗裝置為電流源，用以提供高阻杭。
全文摘要
本發(fā)明提供一種省電的運(yùn)算放大器輸出級(jí)的增強(qiáng)回轉(zhuǎn)率系統(tǒng)。當(dāng)一輸入訊號(hào)大于一負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，一電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生一電流供應(yīng)訊號(hào)，進(jìn)而使一第二級(jí)放大電路提供電流至一負(fù)載輸出端。當(dāng)該輸入訊號(hào)小于該負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生一電流吸入訊號(hào)，進(jìn)而使該第二級(jí)放大電路由該負(fù)載輸出端吸入電流。當(dāng)一輸入訊號(hào)等于一負(fù)載輸出訊號(hào)時(shí)，該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路產(chǎn)生一關(guān)閉訊號(hào)，進(jìn)而使該電流供應(yīng)/電流吸入的使能電路及該第二級(jí)放大電路關(guān)閉其電路。
文檔編號(hào)H03F3/45GK102820861SQ201210300500
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
發(fā)明者陳冠翰, 黃健群, 鄭彥誠(chéng) 申請(qǐng)人:旭曜科技股份有限公司