專利名稱：可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明指一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路，尤指一種通過適時地關(guān)閉鉗位電路，來避免漏電流造成系統(tǒng)偏移電壓改變的輸出緩沖電路。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有顯示器驅(qū)動器的輸出級采用運算放大器電路，以達成對負載端快速充放電的目的，使得其驅(qū)動能力越來越強。然而，當運算放大器內(nèi)部電流回復(fù)能力不足時，對負載端快速充放電會產(chǎn)生電壓過沖(overshoot)現(xiàn)象。一般而言，在運算放大器的輸出端和其輸出級的輸入端之間加入一鉗位電路(clamping circuit)可抑制電壓過沖現(xiàn)象。然而，在運算放大器具有全擺幅(fullswing)輸出的情況下，鉗位電路可能會無法完全關(guān)閉，造成些許的漏電流產(chǎn)生(約nA等級)。在低功率的應(yīng)用下，此多余的漏電流將會造成顯示器驅(qū)動器整體偏移電壓(offset voltage)的改變。請參考圖1，圖1是公知一運算放大器10的示意圖。運算放大器10為一二級放大器，其包含有一輸入級11、一輸出偏壓電路12、一輸出級13及一鉗位電路14。輸入級11是一具軌對軌輸入范圍的差動輸入級，其具有一正輸入端AVP及一負輸入端AVN。輸入級11 根據(jù)正輸入端AVP所接收的一輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號IAB。輸出偏壓電路12耦接于輸入級11，用來根據(jù)電流信號IAB，于節(jié)點AA及AB之間產(chǎn)生一動態(tài)偏壓VAB (即節(jié)點AA與節(jié)點AB間的一電壓差)。輸出級13是由晶體管P9及N9組成的一 AB類輸出級，其具有一輸入端AVF回授耦接至輸入級11的負輸入端AVN。輸出級13根據(jù)動態(tài)偏壓AB提供一驅(qū)動電流至輸出端AVF，以產(chǎn)生一輸出電壓。鉗位電路14則由晶體管P0S1、P0S2、N0S1、N0S2組成，用來將運算放大器10的輸出電壓固定在一預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，以避免發(fā)生電壓過沖的現(xiàn)象。當運算放大器10對負載進行充電時，例如接收高準位的輸入電壓，正輸入端AVP 的電壓上升，使得流經(jīng)輸出偏壓電路12的電流信號IAB變小，造成節(jié)點AA及節(jié)點AB的電壓下降。在此情形下，輸出級13將會增加提供至輸出端AVF的驅(qū)動電流，來提高運算放大器的輸出電壓，如圖1中的實線部分所示。相反地，當運算放大器10對負載進行放電時，例如接收低準位的輸入電壓，正輸入端AVP的電壓下降，使得流經(jīng)輸出偏壓電路12的電流信號IAB變大，造成節(jié)點AA及節(jié)點AB的電壓上升。在此情形下，輸出級13將會減少提供至輸出端AVF的驅(qū)動電流，以降低運算放大器的輸出電壓，如圖1中的虛線部分所示。在正常情況下，輸出電壓的準位會使晶體管P0S2或N0S2的過驅(qū)動電壓 (overdrive voltage)小于其臨界電壓，即(AVF-VBP0S) < Vthp 或(VBN0S-AVF) < Vthn, 而造成晶體管P0S2或N0S2關(guān)閉。因此，在正常情況下，鉗位電路14不會對運算放大器的充放電產(chǎn)生任何作用。然而，當輸出電壓的準位超出一預(yù)設(shè)范圍時，晶體管P0S2或N0S2的過驅(qū)動電壓會大于其臨界電壓，即(AVF-VBP0S) > Vthp或(VBN0S-AVF) >Vthn，而造成晶體管P0S2或N0S2導(dǎo)通。在此情形下，電流可以從輸出端AVF流入節(jié)點AA或AB，幫助節(jié)點 AA或AB的電壓回復(fù)正常準位，而降低電壓過沖的程度。然而，在運算放大器具有全擺幅輸出的情況下，晶體管P0S2或N0S2可能會無法完全關(guān)閉，而造成些許的漏電流產(chǎn)生。以放電為例，運算放大器的輸出電壓可能會低至0. 1伏特，此時晶體管NOSl和N0S2將無法完全關(guān)閉，導(dǎo)致晶體管NOSl和N0S2的路徑上仍然會有些許電流流過(由輸出端AVF流入節(jié)點AB)。在低功率的應(yīng)用下，運算放大器中每一路的電流越降越低，因此漏電流造成晶體管Pll和mi電流值的改變量及過驅(qū)動電壓的變化量越趨明顯，進而影響輸出級13的偏壓狀態(tài)及直流電流。當輸出級13的直流電流改變時，輸出級13的轉(zhuǎn)導(dǎo)值及運算放大器的增益大小亦會跟著改變，而運算放大器的增益大小會直接影響到運算放大器的系統(tǒng)偏移電壓(systematicoffset voltage)。簡言之，在低功率的應(yīng)用下，運算放大器中每一路的電流越降越低，在全擺幅輸出的情況下，鉗位電路無法完全關(guān)閉造成輸出偏壓電路的電流值改變越趨明顯，導(dǎo)致整體運算放大器的增益值改變，而影響運算放大器的系統(tǒng)偏移電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明揭露一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路，其包含有一輸入級、一輸出偏壓電路、一輸出級、一鉗位電路及一控制單元。該輸入級包含有一正輸入端及一負輸入端， 該正輸入端用來接收一輸入電壓，該輸入級根據(jù)該輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號。該輸出偏壓電路耦接于該輸入級，用來根據(jù)該電流信號，產(chǎn)生一動態(tài)偏壓。該輸出級耦接于該輸入級及該輸出偏壓電路，包含有一輸出端及至少一輸出晶體管。該輸出端回授耦接于該負輸入端。 該至少一輸出晶體管耦接于該輸出偏壓電路及該輸出端，用來根據(jù)該動態(tài)偏壓，提供一驅(qū)動電流至該輸出端，以產(chǎn)生一輸出電壓。該鉗位電路耦接于該輸入級、該輸出偏壓電路及該輸出端，用來于該輸出電壓的準位超出一預(yù)設(shè)范圍時，從該輸出端汲取電流，以對該電流信號進行補償，使該動態(tài)偏壓回復(fù)一預(yù)設(shè)準位。該控制單元耦接于該鉗位電路，用來于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓時，啟動該鉗位電路，并于該輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的運作。本發(fā)明另揭露一種用于一輸出緩沖電路抑制電壓過沖的方法。該輸出緩沖電路包含有一輸入級、一輸出級及一鉗位電路。該輸入級根據(jù)一輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號。該輸出級根據(jù)該電流信號，產(chǎn)生一輸出電壓。該鉗位電路耦接于該輸入級與該輸出級，用來將該輸出電壓箝制在一預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。該方法包含有下列步驟于接收該輸入電壓時，啟動該鉗位電路的運作；開始輸出該輸出電壓；以及于該輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的運作。因此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路及方法。 本發(fā)明于輸出緩沖電路中加入鉗位電路，并且通過適當?shù)念l率控制，同時解決在低功率的應(yīng)用下，其輸出級驅(qū)動能力越來越強所造成的電壓過沖現(xiàn)象和抑制其所改變的系統(tǒng)偏移電壓，但并不額外增加運算放大器電流消耗與面積成本。


圖1是公知一運算放大器的示意圖。圖2為本發(fā)明實施例可改善電壓過沖的一輸出緩沖電路的示意圖。圖3為圖2輸出緩沖電路的信號時序圖。圖4為圖1控制單元的一實施例示意圖。
圖5為圖1控制單元的另一實施例示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的一電壓過沖抑制流程的示意圖。其中，附圖標記說明如下:
10、41、51運算放大器11,21輸入級12,22輸出偏壓電路13,23輸出級14,24鉗位電路AVP、AVN輸入端AVF輸出端AA, AB節(jié)點IAB電流信號附 N3、P1 P3、P9、N9、P11、 晶體管
N11、P0S1、P0S2、N0S1、N0S2
VBPOS、VBNOS、VBNl、VBPl、 偏壓VBP3.VBN3
20輸出緩沖電路25控制單元VDDA電源供應(yīng)電壓GNDA地電壓252觸發(fā)電路254定時器Tl觸發(fā)信號256電壓偵測電路258比較單元60電壓過沖抑制流程600 640步驟
具體實施例方式
請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例可改善電壓過沖的一輸出緩沖電路20的示意圖。 輸出緩沖電路20包含有一輸入級21、一輸出偏壓電路22、一輸出級23、一鉗位電路M及一控制單元25。輸入級21是一具軌對軌輸入范圍的差動輸入級，其具有一正輸入端AVP及一負輸入端AVN。輸入級11根據(jù)正輸入端AVP所接收的一輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號IAB。 輸出偏壓電路22耦接于輸入級21，用來根據(jù)電流信號IAB，于節(jié)點AA及AB之間產(chǎn)生一動態(tài)偏壓VAB(即節(jié)點AA與節(jié)點AB間的一電壓差)。輸出級23是由晶體管P9及N9組成的一 AB類輸出級，其具有一輸入端AVF回授耦接至輸入級21的負輸入端AVN。輸出級23根據(jù)動態(tài)偏壓AB提供一驅(qū)動電流至輸出端AVF，以產(chǎn)生一輸出電壓。鉗位電路對則由晶體管 POS1、P0S2、NOS1、N0S2組成，用來于輸出電壓的準位超出一預(yù)設(shè)范圍時，從輸出端AVF汲取電流，以對電流信號IAB進行補償，使動態(tài)偏壓回復(fù)一預(yù)設(shè)準位，而避免發(fā)生電壓過沖的現(xiàn)象?？刂茊卧?5耦接于鉗位電路M，用來于輸出緩沖電路20接收輸入電壓時，控制鉗位電路M使其開始運作，并于輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉鉗位電路M的運作。請注意，輸入級21、輸出偏壓電路22、輸出級23及鉗位電路M僅為本發(fā)明的一舉例說明，其可通過任意形式的運算放大器電路實現(xiàn)，而不限于此。在本發(fā)明實施例中，晶體管POSl及P0S2是P型金氧半導(dǎo)體晶體管，用來將輸出電壓的準位箝制在一預(yù)設(shè)高電壓準位之下；而晶體管N0S1、N0S2是N型金氧半導(dǎo)體晶體管， 則用來將輸出電壓的準位箝制在一預(yù)設(shè)低電壓準位之上。晶體管P0S2的閘極耦接于一工作偏壓VBP0S，而晶體管N0S2的閘極耦接于一工作偏壓VBN0S。工作偏壓VBPOS、VBNOS的準位由控制單元25進行切換。當輸出緩沖電路20接收輸入電壓時，控制單元25會將工作偏壓VBPOS、VBNOS切換至一正常偏壓準位，以使鉗位電路M開始運作；而于輸出端AVF的電壓準位達到穩(wěn)態(tài)時，控制單元25會將工作偏壓VBP0S、VBN0S分別切換至一電源供應(yīng)電壓 VDDA及一地電壓GNDA，以關(guān)閉晶體管P0S2及N0S2，使鉗位電路M停止運作。請參考圖3，圖3為圖2輸出緩沖電路20的信號時序圖。首先，在數(shù)據(jù)加載時相， 輸出緩沖電路20接收前級電路所輸出的一模擬電壓。此時，工作偏壓VBP0S、VBN0S會分別切換至正常偏壓準位，使鉗位電路M開始運作，來避免輸出端AVF的電壓準位發(fā)生電壓過沖的現(xiàn)象。接著，當輸出端AVF的電壓準位達到穩(wěn)態(tài)時，控制單元25會將工作偏壓VBP0S、 VBNOS分別切換至電源供應(yīng)電壓VDDA及地電壓GNDA，來強制關(guān)閉晶體管P0S2及N0S2，使晶體管POSl、P0S2、NOSl、N0S2的路徑上無任何電流流過。如此一來，當輸出電壓達到穩(wěn)態(tài)之后，本發(fā)明實施例可避免鉗位電路M的漏電流對輸出級的偏壓狀態(tài)和整體運算放大器的增益造成影響。在本發(fā)明實施例中，控制單元25可通過下列兩種方式判斷輸出電壓是否達到穩(wěn)態(tài)，但不限于此。其中一種方式是于輸出緩沖電路20接收輸入電壓一預(yù)設(shè)時間后，判斷輸出電壓的準位已達到穩(wěn)態(tài)；而另一種方式是于輸出緩沖電路20接收輸入電壓后，通過偵測輸出端AVF及正輸入端AVP的準位差異，判斷輸出電壓的準位是否達到穩(wěn)態(tài)。舉例來說，請參考圖4，圖4為圖1控制單元25的一實施例示意圖。為求簡潔，圖 1的輸入級21、輸出偏壓電路22、輸出級23及鉗位電路M以一運算放大器41表示。如圖 4所示，控制單元25包含有一觸發(fā)電路252及一定時器254。觸發(fā)電路252用來于輸出緩沖電路20接收輸入電壓時，例如進入數(shù)據(jù)加載時相，產(chǎn)生一觸發(fā)信號Tl。定時器2M耦接于觸發(fā)電路252，則用來根據(jù)觸發(fā)信號Tl，計算一預(yù)設(shè)時間，以供控制單元25判斷輸出電壓的準位是否已達到穩(wěn)態(tài)。如此一來，控制單元25可于預(yù)設(shè)時間之后，將工作偏壓VBP0S、 VBNOS分別切換至電源供應(yīng)電壓VDDA及地電壓GNDA，以關(guān)閉鉗位電路M的運作。請參考圖5，圖5為圖5控制單元25的另一實施例示意圖。同樣地，圖1的輸入級 21、輸出偏壓電路22、輸出級23及鉗位電路M亦以一運算放大器51表示。如圖5所示， 控制單元25包含有一電壓偵測電路256及一比較單元258。電壓偵測電路256耦接于正輸入端AVP及輸出端AVF，用來偵測正輸入端AVP及輸出端AVF的電壓準位。比較單元258 耦接于電壓偵測電路256，用來于輸出端AVF及正輸入端AVP的準位差異小于一默認值時， 判斷輸出電壓的準位已達到穩(wěn)態(tài)。如此一來，控制單元25可在輸出電壓達到穩(wěn)態(tài)之后，將工作偏壓VBPOS、VBNOS分別切換至電源供應(yīng)電壓VDDA及地電壓GNDA，以關(guān)閉鉗位電路M 的運作。
因此，通過上述實施例，本發(fā)明可解決鉗位電路在某些情況下無法完全關(guān)閉而影響運算放大器系統(tǒng)偏移電壓的問題，使得電路特性更加穩(wěn)定，但并不額外增加運算放大器電流消耗與單位面積成本。請參考圖6，圖6是本發(fā)明實施例的一電壓過沖抑制流程60的示意圖。電壓過沖抑制流程60是上述輸出緩沖電路20的一操作流程，其包含有下列步驟步驟600:開始。步驟610 于接收輸入電壓時，開啟鉗位電路M的運作。步驟620 開始輸出輸出電壓。步驟630 于輸出電壓的準位達到穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉鉗位電路M的運作步驟640:結(jié)束。根據(jù)電壓過沖抑制流程60，輸出緩沖電路20于接收輸入電壓時，控制鉗位電路M 開始運作。接著，輸出緩沖電路20開始輸出輸出電壓，直到輸出電壓的準位達到穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉鉗位電路M的運作。輸出緩沖電路的詳細運作方式已說明于上述實施例中，于此不再贅述。綜上所述，本發(fā)明于輸出緩沖電路中加入鉗位電路，并且通過適當?shù)念l率控制，同時解決在低功率的應(yīng)用下，其輸出級驅(qū)動能力越來越強所造成的電壓過沖現(xiàn)象和抑制其所改變的系統(tǒng)偏移電壓，但并不額外增加運算放大器電流消耗與面積成本。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路，其特征在于包含有一輸入級，包含有一正輸入端及一負輸入端，該正輸入端用來接收一輸入電壓，該輸入級根據(jù)該輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號；一輸出偏壓電路，耦接于該輸入級，用來根據(jù)該電流信號，產(chǎn)生一動態(tài)偏壓；一輸出級，耦接于該輸入級及該輸出偏壓電路，包含有一輸出端，回授耦接于該負輸入端；以及至少一輸出晶體管，耦接于該輸出偏壓電路及該輸出端，用來根據(jù)該動態(tài)偏壓，提供一驅(qū)動電流至該輸出端，以產(chǎn)生一輸出電壓；一鉗位電路，耦接于該輸入級、該輸出偏壓電路及該輸出端，用來于該輸出電壓的準位超出一預(yù)設(shè)范圍時，從該輸出端汲取電流，以對該電流信號進行補償，使該動態(tài)偏壓回復(fù)一預(yù)設(shè)準位；以及一控制單元，耦接于該鉗位電路，用來于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓時，啟動該鉗位電路，并于該輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的運作。
2 如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該控制單元于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓一預(yù)設(shè)時間后，判斷該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)。
3.如權(quán)利要求2所述的輸出緩沖電路，其特征在于該控制單元包含有一觸發(fā)電路，用來于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓時，產(chǎn)生一觸發(fā)信號；以及一定時器，耦接于該觸發(fā)電路，用來根據(jù)該觸發(fā)信號，計算該預(yù)設(shè)時間。
4.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該控制單元于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓后，通過偵測該輸出端及該正輸入端的準位差異，判斷該輸出電壓的準位是否達到該穩(wěn)態(tài)。
5.如權(quán)利要求4所述的輸出緩沖電路，其特征在于該控制單元包含有一電壓偵測電路，耦接于該正輸入端及該輸出端，用來偵測該正輸入端及該輸出端的電壓準位；以及一比較單元，耦接于該電壓偵測電路，用來于該輸出端及該正輸入端的準位差異小于一默認值時，判斷該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)。
6.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該鉗位電路包含有一第一金氧半導(dǎo)體晶體管，包含有一源極耦接于該輸出端，一間極耦接于一工作偏壓， 以及一汲極；以及一第二金氧半導(dǎo)體晶體管，包含有一源極耦接于該第一金氧半導(dǎo)體晶體管的該汲極， 一閘極耦接于該偏壓產(chǎn)生電路及該至少一輸出晶體管，以及一汲極耦接于該閘極；其中，該工作偏壓的準位由該控制單元進行切換。
7.如權(quán)利要求6所述的輸出緩沖電路，其特征在于該控制單元于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓時，將該工作偏壓切換至一第一準位，使該鉗位電路開始運作，而于該輸出端的電壓準位達到該穩(wěn)態(tài)時，將該工作偏壓切換至一第二準位，以關(guān)閉該鉗位電路的運作。
8.如權(quán)利要求7所述的輸出緩沖電路，其特征在于該第一金氧半導(dǎo)體晶體管及該第二金氧半導(dǎo)體晶體管皆為P型金氧半導(dǎo)體晶體管，用來將該輸出電壓的準位箝制在一預(yù)設(shè)高電壓準位之下，而該第二準位是一電源供應(yīng)電壓。
9.如權(quán)利要求7所述的輸出緩沖電路，其特征在于該第一金氧半導(dǎo)體晶體管及該第二金氧半導(dǎo)體晶體管皆為N型金氧半導(dǎo)體晶體管，用來將該輸出電壓的準位箝制在一預(yù)設(shè)低電壓準位之上，而該第二準位是一地電壓。
10.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該輸入級是一具軌對軌輸入范圍的差動輸入級。
11.如權(quán)利要求10所述的輸出緩沖電路，其特征在于該輸入級包含有一N型金氧半導(dǎo)體差動輸入對及一 P型金氧半導(dǎo)體差動輸入對。
12.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該輸出偏壓電路包含有一對以頭接尾方式連接的互補式金氧半導(dǎo)體晶體管。
13.如權(quán)利要求1所述的輸出緩沖電路，其特征在于該至少一輸出晶體管形成一AB類輸出級。
14.一種用于一輸出緩沖電路抑制電壓過沖的方法，該輸出緩沖電路包含有一輸入級、 一輸出級及一鉗位電路，該輸入級根據(jù)一輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號，該輸出級根據(jù)該電流信號，產(chǎn)生一輸出電壓，該鉗位電路耦接于該輸入級與該輸出級，用來將該輸出電壓箝制在一預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)，其特征在于該方法包含有于接收該輸入電壓時，啟動該鉗位電路的運作； 開始輸出該輸出電壓；以及于該輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的運作。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于于該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的步驟，包含有于接收該輸入電壓一預(yù)設(shè)時間后，判斷該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于于該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的步驟，包含有于接收該輸入電壓后，通過偵測該輸出電壓及該輸入電壓的準位差異，判斷該輸出電壓的準位是否達到該穩(wěn)態(tài)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于判斷該輸出電壓的準位是否達到該穩(wěn)態(tài)的步驟，包含有于該輸出電壓及該輸入電壓的準位差異小于一默認值時，判斷該輸出電壓的準位達到該穩(wěn)態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路，包含有一輸入級、一輸出級、一鉗位電路以及一控制單元。本發(fā)明還涉及一種可抑制電壓過沖的輸出緩沖方法，該輸入級用來根據(jù)一輸入電壓，產(chǎn)生一電流信號。該輸出級根據(jù)該電流信號，產(chǎn)生一輸出電壓。該鉗位電路耦接于該輸入級及該輸出級，用來將該輸出電壓箝制在一預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)。該控制單元耦接于該鉗位電路，用來于該輸出緩沖電路接收該輸入電壓時，啟動該鉗位電路，并于該輸出電壓的準位達到一穩(wěn)態(tài)時，關(guān)閉該鉗位電路的運作。
文檔編號H03F1/52GK102195578SQ20101013214
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月9日
發(fā)明者許筱妊, 陳季廷 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司