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    可抑制 电压 输出 缓冲 电路 方法
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    摘要
    申请专利号:

    CN201010132147.8

    申请日:

    2010.03.09

    公开号:

    CN102195578A

    公开日:

    2011.09.21

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H03F 3/45申请日:20100309|||公开
    IPC分类号: H03F3/45; H03F1/52 主分类号: H03F3/45
    申请人: 联咏科技股份有限公司
    发明人: 许筱妊; 陈季廷
    地址: 中国台湾新竹
    优先权:
    专利代理机构: 北京市浩天知识产权代理事务所 11276 代理人: 刘云贵
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201010132147.8

    授权公告号:

    102195578B||||||

    法律状态公告日:

    2013.11.06|||2011.11.23|||2011.09.21

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明涉及一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路,包含有一输入级、一输出级、一钳位电路以及一控制单元。本发明还涉及一种可抑制电压过冲的输出缓冲方法,该输入级用来根据一输入电压,产生一电流信号。该输出级根据该电流信号,产生一输出电压。该钳位电路耦接于该输入级及该输出级,用来将该输出电压箝制在一预设范围之内。该控制单元耦接于该钳位电路,用来于该输出缓冲电路接收该输入电压时,启动该钳位电路,并于该输出电压的准位达到一稳态时,关闭该钳位电路的运作。

    权利要求书

    1.一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路,其特征在于包含有:一输入级,包含有一正输入端及一负输入端,该正输入端用来接收一输入电压,该输入级根据该输入电压,产生一电流信号;一输出偏压电路,耦接于该输入级,用来根据该电流信号,产生一动态偏压;一输出级,耦接于该输入级及该输出偏压电路,包含有:一输出端,回授耦接于该负输入端;以及至少一输出晶体管,耦接于该输出偏压电路及该输出端,用来根据该动态偏压,提供一驱动电流至该输出端,以产生一输出电压;一钳位电路,耦接于该输入级、该输出偏压电路及该输出端,用来于该输出电压的准位超出一预设范围时,从该输出端汲取电流,以对该电流信号进行补偿,使该动态偏压回复一预设准位;以及一控制单元,耦接于该钳位电路,用来于该输出缓冲电路接收该输入电压时,启动该钳位电路,并于该输出电压的准位达到一稳态时,关闭该钳位电路的运作。2.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该控制单元于该输出缓冲电路接收该输入电压一预设时间后,判断该输出电压的准位达到该稳态。3.如权利要求2所述的输出缓冲电路,其特征在于该控制单元包含有:一触发电路,用来于该输出缓冲电路接收该输入电压时,产生一触发信号;以及一定时器,耦接于该触发电路,用来根据该触发信号,计算该预设时间。4.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该控制单元于该输出缓冲电路接收该输入电压后,通过侦测该输出端及该正输入端的准位差异,判断该输出电压的准位是否达到该稳态。5.如权利要求4所述的输出缓冲电路,其特征在于该控制单元包含有:一电压侦测电路,耦接于该正输入端及该输出端,用来侦测该正输入端及该输出端的电压准位;以及一比较单元,耦接于该电压侦测电路,用来于该输出端及该正输入端的准位差异小于一默认值时,判断该输出电压的准位达到该稳态。6.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该钳位电路包含有:一第一金氧半导体晶体管,包含有一源极耦接于该输出端,一闸极耦接于一工作偏压,以及一汲极;以及一第二金氧半导体晶体管,包含有一源极耦接于该第一金氧半导体晶体管的该汲极,一闸极耦接于该偏压产生电路及该至少一输出晶体管,以及一汲极耦接于该闸极;其中,该工作偏压的准位由该控制单元进行切换。7.如权利要求6所述的输出缓冲电路,其特征在于该控制单元于该输出缓冲电路接收该输入电压时,将该工作偏压切换至一第一准位,使该钳位电路开始运作,而于该输出端的电压准位达到该稳态时,将该工作偏压切换至一第二准位,以关闭该钳位电路的运作。8.如权利要求7所述的输出缓冲电路,其特征在于该第一金氧半导体晶体管及该第二金氧半导体晶体管皆为P型金氧半导体晶体管,用来将该输出电压的准位箝制在一预设高电压准位之下,而该第二准位是一电源供应电压。9.如权利要求7所述的输出缓冲电路,其特征在于该第一金氧半导体晶体管及该第二金氧半导体晶体管皆为N型金氧半导体晶体管,用来将该输出电压的准位箝制在一预设低电压准位之上,而该第二准位是一地电压。10.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该输入级是一具轨对轨输入范围的差动输入级。11.如权利要求10所述的输出缓冲电路,其特征在于该输入级包含有一N型金氧半导体差动输入对及一P型金氧半导体差动输入对。12.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该输出偏压电路包含有一对以头接尾方式连接的互补式金氧半导体晶体管。13.如权利要求1所述的输出缓冲电路,其特征在于该至少一输出晶体管形成一AB类输出级。14.一种用于一输出缓冲电路抑制电压过冲的方法,该输出缓冲电路包含有一输入级、一输出级及一钳位电路,该输入级根据一输入电压,产生一电流信号,该输出级根据该电流信号,产生一输出电压,该钳位电路耦接于该输入级与该输出级,用来将该输出电压箝制在一预设范围之内,其特征在于该方法包含有:于接收该输入电压时,启动该钳位电路的运作;开始输出该输出电压;以及于该输出电压的准位达到一稳态时,关闭该钳位电路的运作。15.如权利要求14所述的方法,其特征在于于该输出电压的准位达到该稳态时,关闭该钳位电路的步骤,包含有:于接收该输入电压一预设时间后,判断该输出电压的准位达到该稳态。16.如权利要求14所述的方法,其特征在于于该输出电压的准位达到该稳态时,关闭该钳位电路的步骤,包含有:于接收该输入电压后,通过侦测该输出电压及该输入电压的准位差异,判断该输出电压的准位是否达到该稳态。17.如权利要求16所述的方法,其特征在于判断该输出电压的准位是否达到该稳态的步骤,包含有:于该输出电压及该输入电压的准位差异小于一默认值时,判断该输出电压的准位达到该稳态。

    说明书

    可抑制电压过冲的输出缓冲电路及方法

    技术领域

    本发明指一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路,尤指一种通过适时地关闭钳位电路,来避免漏电流造成系统偏移电压改变的输出缓冲电路。

    背景技术

    现有显示器驱动器的输出级采用运算放大器电路,以达成对负载端快速充放电的目的,使得其驱动能力越来越强。然而,当运算放大器内部电流回复能力不足时,对负载端快速充放电会产生电压过冲(overshoot)现象。一般而言,在运算放大器的输出端和其输出级的输入端之间加入一钳位电路(clamping?circuit)可抑制电压过冲现象。然而,在运算放大器具有全摆幅(fullswing)输出的情况下,钳位电路可能会无法完全关闭,造成些许的漏电流产生(约nA等级)。在低功率的应用下,此多余的漏电流将会造成显示器驱动器整体偏移电压(offset?voltage)的改变。

    请参考图1,图1是公知一运算放大器10的示意图。运算放大器10为一二级放大器,其包含有一输入级11、一输出偏压电路12、一输出级13及一钳位电路14。输入级11是一具轨对轨输入范围的差动输入级,其具有一正输入端AVP及一负输入端AVN。输入级11根据正输入端AVP所接收的一输入电压,产生一电流信号IAB。输出偏压电路12耦接于输入级11,用来根据电流信号IAB,于节点AA及AB之间产生一动态偏压VAB(即节点AA与节点AB间的一电压差)。输出级13是由晶体管P9及N9组成的一AB类输出级,其具有一输入端AVF回授耦接至输入级11的负输入端AVN。输出级13根据动态偏压AB提供一驱动电流至输出端AVF,以产生一输出电压。钳位电路14则由晶体管POS1、POS2、NOS1、NOS2组成,用来将运算放大器10的输出电压固定在一预设范围内,以避免发生电压过冲的现象。

    当运算放大器10对负载进行充电时,例如接收高准位的输入电压,正输入端AVP的电压上升,使得流经输出偏压电路12的电流信号IAB变小,造成节点AA及节点AB的电压下降。在此情形下,输出级13将会增加提供至输出端AVF的驱动电流,来提高运算放大器的输出电压,如图1中的实线部分所示。相反地,当运算放大器10对负载进行放电时,例如接收低准位的输入电压,正输入端AVP的电压下降,使得流经输出偏压电路12的电流信号IAB变大,造成节点AA及节点AB的电压上升。在此情形下,输出级13将会减少提供至输出端AVF的驱动电流,以降低运算放大器的输出电压,如图1中的虚线部分所示。

    在正常情况下,输出电压的准位会使晶体管POS2或NOS2的过驱动电压(overdrive?voltage)小于其临界电压,即(AVF-VBPOS)<Vthp或(VBNOS-AVF)<Vthn,而造成晶体管POS2或NOS2关闭。因此,在正常情况下,钳位电路14不会对运算放大器的充放电产生任何作用。然而,当输出电压的准位超出一预设范围时,晶体管POS2或NOS2的过驱动电压会大于其临界电压,即(AVF-VBPOS)>Vthp或(VBNOS-AVF)>Vthn,而造成晶体管POS2或NOS2导通。在此情形下,电流可以从输出端AVF流入节点AA或AB,帮助节点AA或AB的电压回复正常准位,而降低电压过冲的程度。

    然而,在运算放大器具有全摆幅输出的情况下,晶体管POS2或NOS2可能会无法完全关闭,而造成些许的漏电流产生。以放电为例,运算放大器的输出电压可能会低至0.1伏特,此时晶体管NOS1和NOS2将无法完全关闭,导致晶体管NOS1和NOS2的路径上仍然会有些许电流流过(由输出端AVF流入节点AB)。在低功率的应用下,运算放大器中每一路的电流越降越低,因此漏电流造成晶体管P11和N11电流值的改变量及过驱动电压的变化量越趋明显,进而影响输出级13的偏压状态及直流电流。当输出级13的直流电流改变时,输出级13的转导值及运算放大器的增益大小亦会跟着改变,而运算放大器的增益大小会直接影响到运算放大器的系统偏移电压(systematicoffset?voltage)。

    简言之,在低功率的应用下,运算放大器中每一路的电流越降越低,在全摆幅输出的情况下,钳位电路无法完全关闭造成输出偏压电路的电流值改变越趋明显,导致整体运算放大器的增益值改变,而影响运算放大器的系统偏移电压。

    发明内容

    本发明揭露一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路,其包含有一输入级、一输出偏压电路、一输出级、一钳位电路及一控制单元。该输入级包含有一正输入端及一负输入端,该正输入端用来接收一输入电压,该输入级根据该输入电压,产生一电流信号。该输出偏压电路耦接于该输入级,用来根据该电流信号,产生一动态偏压。该输出级耦接于该输入级及该输出偏压电路,包含有一输出端及至少一输出晶体管。该输出端回授耦接于该负输入端。该至少一输出晶体管耦接于该输出偏压电路及该输出端,用来根据该动态偏压,提供一驱动电流至该输出端,以产生一输出电压。该钳位电路耦接于该输入级、该输出偏压电路及该输出端,用来于该输出电压的准位超出一预设范围时,从该输出端汲取电流,以对该电流信号进行补偿,使该动态偏压回复一预设准位。该控制单元耦接于该钳位电路,用来于该输出缓冲电路接收该输入电压时,启动该钳位电路,并于该输出电压的准位达到一稳态时,关闭该钳位电路的运作。

    本发明另揭露一种用于一输出缓冲电路抑制电压过冲的方法。该输出缓冲电路包含有一输入级、一输出级及一钳位电路。该输入级根据一输入电压,产生一电流信号。该输出级根据该电流信号,产生一输出电压。该钳位电路耦接于该输入级与该输出级,用来将该输出电压箝制在一预设范围之内。该方法包含有下列步骤:于接收该输入电压时,启动该钳位电路的运作;开始输出该输出电压;以及于该输出电压的准位达到一稳态时,关闭该钳位电路的运作。

    因此,本发明的主要目的在于提供一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路及方法。本发明于输出缓冲电路中加入钳位电路,并且通过适当的频率控制,同时解决在低功率的应用下,其输出级驱动能力越来越强所造成的电压过冲现象和抑制其所改变的系统偏移电压,但并不额外增加运算放大器电流消耗与面积成本。

    附图说明

    图1是公知一运算放大器的示意图。

    图2为本发明实施例可改善电压过冲的一输出缓冲电路的示意图。

    图3为图2输出缓冲电路的信号时序图。

    图4为图1控制单元的一实施例示意图。

    图5为图1控制单元的另一实施例示意图。

    图6是本发明实施例的一电压过冲抑制流程的示意图。

    其中,附图标记说明如下:

    10、41、51?????????????????????运算放大器

    11、21?????????????????????????输入级

    12、22?????????????????????????输出偏压电路

    13、23?????????????????????????输出级

    14、24?????????????????????????钳位电路

    AVP、AVN???????????????????????输入端

    AVF????????????????????????????输出端

    AA、AB?????????????????????????节点

    IAB????????????????????????????电流信号

    N1~N3、P1~P3、P9、N9、P11、??晶体管

    N11、POS1、POS2、NOS1、NOS2

    VBPOS、VBNOS、VBN1、VBP1、?????偏压

    VBP3、VBN3

    20?????????????????????????????输出缓冲电路

    25?????????????????????????????控制单元

    VDDA???????????????????????????电源供应电压

    GNDA???????????????????????????地电压

    252????????????????????????????触发电路

    254?????????定时器

    T1??????????触发信号

    256?????????电压侦测电路

    258?????????比较单元

    60??????????电压过冲抑制流程

    600~640????步骤

    具体实施方式

    请参考图2,图2为本发明实施例可改善电压过冲的一输出缓冲电路20的示意图。输出缓冲电路20包含有一输入级21、一输出偏压电路22、一输出级23、一钳位电路24及一控制单元25。输入级21是一具轨对轨输入范围的差动输入级,其具有一正输入端AVP及一负输入端AVN。输入级11根据正输入端AVP所接收的一输入电压,产生一电流信号IAB。输出偏压电路22耦接于输入级21,用来根据电流信号IAB,于节点AA及AB之间产生一动态偏压VAB(即节点AA与节点AB间的一电压差)。输出级23是由晶体管P9及N9组成的一AB类输出级,其具有一输入端AVF回授耦接至输入级21的负输入端AVN。输出级23根据动态偏压AB提供一驱动电流至输出端AVF,以产生一输出电压。钳位电路24则由晶体管POS1、POS2、NOS1、NOS2组成,用来于输出电压的准位超出一预设范围时,从输出端AVF汲取电流,以对电流信号IAB进行补偿,使动态偏压回复一预设准位,而避免发生电压过冲的现象??刂频ピ?5耦接于钳位电路24,用来于输出缓冲电路20接收输入电压时,控制钳位电路24使其开始运作,并于输出电压的准位达到一稳态时,关闭钳位电路24的运作。请注意,输入级21、输出偏压电路22、输出级23及钳位电路24仅为本发明的一举例说明,其可通过任意形式的运算放大器电路实现,而不限于此。

    在本发明实施例中,晶体管POS1及POS2是P型金氧半导体晶体管,用来将输出电压的准位箝制在一预设高电压准位之下;而晶体管NOS1、NOS2是N型金氧半导体晶体管,则用来将输出电压的准位箝制在一预设低电压准位之上。晶体管POS2的闸极耦接于一工作偏压VBPOS,而晶体管NOS2的闸极耦接于一工作偏压VBNOS。工作偏压VBPOS、VBNOS的准位由控制单元25进行切换。当输出缓冲电路20接收输入电压时,控制单元25会将工作偏压VBPOS、VBNOS切换至一正常偏压准位,以使钳位电路24开始运作;而于输出端AVF的电压准位达到稳态时,控制单元25会将工作偏压VBPOS、VBNOS分别切换至一电源供应电压VDDA及一地电压GNDA,以关闭晶体管POS2及NOS2,使钳位电路24停止运作。

    请参考图3,图3为图2输出缓冲电路20的信号时序图。首先,在数据加载时相,输出缓冲电路20接收前级电路所输出的一模拟电压。此时,工作偏压VBPOS、VBNOS会分别切换至正常偏压准位,使钳位电路24开始运作,来避免输出端AVF的电压准位发生电压过冲的现象。接着,当输出端AVF的电压准位达到稳态时,控制单元25会将工作偏压VBPOS、VBNOS分别切换至电源供应电压VDDA及地电压GNDA,来强制关闭晶体管POS2及NOS2,使晶体管POS1、POS2、NOS1、NOS2的路径上无任何电流流过。如此一来,当输出电压达到稳态之后,本发明实施例可避免钳位电路24的漏电流对输出级的偏压状态和整体运算放大器的增益造成影响。

    在本发明实施例中,控制单元25可通过下列两种方式判断输出电压是否达到稳态,但不限于此。其中一种方式是于输出缓冲电路20接收输入电压一预设时间后,判断输出电压的准位已达到稳态;而另一种方式是于输出缓冲电路20接收输入电压后,通过侦测输出端AVF及正输入端AVP的准位差异,判断输出电压的准位是否达到稳态。

    举例来说,请参考图4,图4为图1控制单元25的一实施例示意图。为求简洁,图1的输入级21、输出偏压电路22、输出级23及钳位电路24以一运算放大器41表示。如图4所示,控制单元25包含有一触发电路252及一定时器254。触发电路252用来于输出缓冲电路20接收输入电压时,例如进入数据加载时相,产生一触发信号T1。定时器254耦接于触发电路252,则用来根据触发信号T1,计算一预设时间,以供控制单元25判断输出电压的准位是否已达到稳态。如此一来,控制单元25可于预设时间之后,将工作偏压VBPOS、VBNOS分别切换至电源供应电压VDDA及地电压GNDA,以关闭钳位电路24的运作。

    请参考图5,图5为图5控制单元25的另一实施例示意图。同样地,图1的输入级21、输出偏压电路22、输出级23及钳位电路24亦以一运算放大器51表示。如图5所示,控制单元25包含有一电压侦测电路256及一比较单元258。电压侦测电路256耦接于正输入端AVP及输出端AVF,用来侦测正输入端AVP及输出端AVF的电压准位。比较单元258耦接于电压侦测电路256,用来于输出端AVF及正输入端AVP的准位差异小于一默认值时,判断输出电压的准位已达到稳态。如此一来,控制单元25可在输出电压达到稳态之后,将工作偏压VBPOS、VBNOS分别切换至电源供应电压VDDA及地电压GNDA,以关闭钳位电路24的运作。

    因此,通过上述实施例,本发明可解决钳位电路在某些情况下无法完全关闭而影响运算放大器系统偏移电压的问题,使得电路特性更加稳定,但并不额外增加运算放大器电流消耗与单位面积成本。

    请参考图6,图6是本发明实施例的一电压过冲抑制流程60的示意图。电压过冲抑制流程60是上述输出缓冲电路20的一操作流程,其包含有下列步骤:

    步骤600:开始。

    步骤610:于接收输入电压时,开启钳位电路24的运作。

    步骤620:开始输出输出电压。

    步骤630:于输出电压的准位达到稳态时,关闭钳位电路24的运作

    步骤640:结束。

    根据电压过冲抑制流程60,输出缓冲电路20于接收输入电压时,控制钳位电路24开始运作。接着,输出缓冲电路20开始输出输出电压,直到输出电压的准位达到稳态时,关闭钳位电路24的运作。输出缓冲电路的详细运作方式已说明于上述实施例中,于此不再赘述。

    综上所述,本发明于输出缓冲电路中加入钳位电路,并且通过适当的频率控制,同时解决在低功率的应用下,其输出级驱动能力越来越强所造成的电压过冲现象和抑制其所改变的系统偏移电压,但并不额外增加运算放大器电流消耗与面积成本。

    以上所述仅为本发明的优选实施例,凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。

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