專利名稱：放大器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種軌對軌放大器。
背景技術：
請同時參照圖IA及圖IB，圖IA繪示傳統(tǒng)軌對軌放大器的電路圖，圖IB繪示傳統(tǒng)軌對軌放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。于圖IA的軌對軌放大器10中，NMOS晶體管NI及 N2組成NMOS輸入對，PMOS晶體管Pl及P2組成PMOS輸入對，NMOS輸入對及PMOS輸入對分別耦接至電流源12及14。當輸入電壓Vi低于NMOS晶體管NI及N2的臨界電壓時，NMOS晶體管NI及N2為截止，電流源12的電流不會流入輸出級電路16 ;同時段，PMOS晶體管Pl及P2為導通，電流源14的電流流入輸出級電路16以供進行操作。此外，當輸入電壓Vi高于PMOS晶體管Pl 及P2的臨界電壓時，PMOS晶體管Pl及P2為截止，電流源14的電流不會流入輸出級電路 16;同時段，NMOS晶體管NI及N2為導通，電流源12的電流流入輸出級電路16以供進行操作。觀察圖IB可得知，軌對軌放大器10在部分的輸入電壓區(qū)間時，NMOS輸入對及PMOS輸入對同時導通，相較于單一輸入對放大器而言，雖具有全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點，但會導致不必要的功率消耗。

發(fā)明內容本揭露是有關于一種放大器，在操作時利用電流轉換電路以達成與單一輸入對放大器相同的電流消耗，故可同時兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點。根據(jù)本揭露的第一方面，提出一種放大器，包括一輸出級電路、一電流源、一 PMOS 輸入對、一 NMOS輸入對以及一電流轉換電路。輸出級電路電性連接至一供應電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點以提供一電流。PMOS輸入對耦接至節(jié)點及地電壓，并受控于一輸入電壓。NMOS輸入對耦接至供應電壓并受控于輸入電壓。電流轉換電路耦接至節(jié)點及NMOS 輸入對。其中，當輸入電壓小于一特定值時，PMOS輸入對導通，NMOS輸入對及電流轉換電路截止，使得電流經由節(jié)點流入PMOS輸入對，當輸入電壓大于等于特定值時，PMOS輸入對截止，NMOS輸入對及電流轉換電路導通，使得電流經由節(jié)點及電流轉換電路流入NMOS輸入對。根據(jù)本揭露的第二方面，提出一種放大器，包括一輸出級電路、一電流源、一 NMOS 輸入對、一 PMOS輸入對以及一電流轉換電路。輸出級電路電性連接至一供應電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點以提供一電流。NMOS輸入對耦接至節(jié)點及供應電壓，并受控于一輸入電壓。PMOS輸入對耦接至地電壓并受控于輸入電壓。電流轉換電路耦接至節(jié)點及PMOS 輸入對。其中，當輸入電壓大于一特定值時，NMOS輸入對導通，PMOS輸入對及電流轉換電路截止，使得電流經由節(jié)點流入NMOS輸入對，當輸入電壓小于等于特定值時，NMOS輸入對截止，PMOS輸入對及電流轉換電路導通，使得電流經由節(jié)點及電流轉換電路流入PMOS輸入對。
為了對本揭露的上述及其它方面有更佳的了解，下文特舉一實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下

圖IA繪示傳統(tǒng)軌對軌放大器的電路圖。圖IB繪示傳統(tǒng)軌對軌放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。圖2A繪示依照一實施例的放大器的電路圖。圖2B繪示依照一實施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。圖3A繪示依照另一實施例的放大器的電路圖。圖3B繪示依照另一實施例的放大器的操作電壓區(qū)間的示意圖。主要組件符號說明10 :軌對軌放大器12、14、120、220 :電流源16、110、210 :輸出級電路100、200:放大器130、240 :PM0S 輸入對140、230 :NM0S 輸入對150、250 :電流轉換電路
具體實施方式本揭露所提出的放大器，在操作時利用電流轉換電路將電流源在PMOS輸入對與 NMOS輸入對之間進行轉換，以達成與單一輸入對放大器相同的電流消耗，故可同時兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點。請參照圖2A與圖2B，圖2A繪示依照一實施例的放大器的電路圖，圖2B繪示依照一實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實質上為一軌對軌放大器，其包括一輸出級電路110、一電流源120、一 PMOS輸入對130、一 NMOS輸入對140以及一電流轉換電路150。輸出級電路110電性連接至一供應電壓(supply voltage)VSS及一地電壓GND。電流源120具有一節(jié)點01以提供一電流。PMOS輸入對130實質上由PMOS晶體管POl及P02所組成，其耦接至節(jié)點01，并通過輸出級電路110電性連接至地電壓GND。 PMOS輸入對130受:控于一輸入電壓Vp
NMOS輸入對140實質上由NMOS晶體管NOl及N02所組成，其其通過輸出級電路 110電性連接至供應電壓VSS并受控于輸入電壓V”電流轉換電路150耦接至節(jié)點01及 NMOS輸入對140。電流轉換電路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相關于輸入電壓Vi及第一 PMOS晶體管Pl的臨界電壓。 當輸入電壓Vi小于一特定值SV時，PMOS晶體管POl及P02導通，亦即PMOS輸入對130導通；同時，NMOS輸入對140及電流轉換電路150截止，使得電流源120提供的電流經由節(jié)點01流入導通的PMOS輸入對130，再送至輸出級電路110以供進行操作。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 01的電壓差。當輸入電壓Vi上升時，節(jié)點01的電壓也會上升。當輸入電壓Vi大于等于特定值 SV時，NMOS晶體管NOl及N02導通，亦即NMOS輸入對140導通；同時，PMOS輸入對130截止。此時，電流轉換電路150導通，第一 PMOS晶體管Pl導通，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的電流經由節(jié)點01及電流轉換電路150 流入NMOS輸入對140，再送至輸出級電路110以供進行操作。如此一來，即可讓NMOS輸入對140可以操作在PMOS輸入對130無法導通的輸入電壓區(qū)間，達到全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點，且更進一步地可利用控制電壓Vl以決定NMOS 輸入對140導通的輸入電壓區(qū)間。此外，觀察圖2B可以得知，無論對應于任何輸入電壓，只有PMOS輸入對130與NMOS輸入對140其中的一輸入對會導通，故可達到節(jié)省電流的目的， 且因為移除NMOS輸入對140對應的尾端電流源，所以操作電流與單一輸入對放大器相同。請參照圖3A與圖3B，圖3A繪示依照另一實施例的放大器的電路圖，圖3B繪示依照另一實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實質上為一軌對軌放大器，其包括一輸出級電路210、一電流源220、一 NMOS輸入對230、一 PMOS輸入對240 以及一電流轉換電路250。輸出級電路210電性連接至供應電壓VSS及地電壓GND。電流源220具有一節(jié)點02以提供一電流。NMOS輸入對230實質上由NMOS晶體管NOl及N02所組成，其耦接至節(jié)點02，并通過輸出級電路210電性連接至供應電壓VSS。NMOS輸入對230 受控于一輸入電壓PMOS輸入對240實質上由PMOS晶體管POl及P02所組成，其通過輸出級電路210 電性連接至地電壓GNS并受控于輸入電壓V”電流轉換電路250耦接至節(jié)點02及PMOS輸入對240。電流轉換電路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240，第一 PMOS晶體管Pl的第二端耦接至供應電壓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相關于輸入電壓Vi及第一 NMOS晶體管NI的臨界電壓。當輸入電壓Vi大于一特定值SV時，NMOS晶體管NOl及N02導通，亦即NMOS輸入對230導通；同時，PMOS輸入對240及電流轉換電路250截止，使得電流源220提供的電流經由節(jié)點02流入導通的NMOS輸入對230，再送至輸出級電路210以供進行操作。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 02的電壓差。當輸入電壓Vi下降時，節(jié)點02的電壓也會下降。當輸入電壓Vi小于等于特定值SV時，PMOS晶體管POl及P02導通，亦即PMOS輸入對240導通；同時，NMOS輸入對230截止。此時，電流轉換電路250導通，第一 NMOS晶體管NI導通，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的電流經由節(jié)點02及電流轉換電路250 流入PMOS輸入對240，再送至輸出級電路210以供進行操作。如此一來，即可讓PMOS輸入對240可以操作在NMOS輸入對230無法導通的輸入電壓區(qū)間，達到全區(qū)間輸入電壓可操作的優(yōu)點，且更進一步地可利用控制電壓V2以決定PMOS 輸入對240導通的輸入電壓區(qū)間。此外，觀察圖3B可以得知，無論對應于任何輸入電壓，只有NMOS輸入對230與PMOS輸入對240其中的一輸入對會導通，故可達到節(jié)省電流的目的 ， 且因為移除PMOS輸入對240對應的尾端電流源，所以操作電流與單一輸入對放大器相同。本揭露上述實施例所揭露的放大器，利用電流轉換電路取代傳統(tǒng)的尾端電流源， 故可在操作時將電流源在PMOS輸入對與NMOS輸入對之間進行轉換，以達成與單一輸入對放大器相同的電流消耗，故可同時兼具全區(qū)間輸入電壓可操作及低功率消耗的優(yōu)點。綜上所述，雖然本發(fā)明已以多個實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視后附的申請專利范圍所界定者為準。
權利要求
1.一種放大器，包括一輸出級電路，電性連接至一供應電壓及一地電壓；一電流源，具有一節(jié)點以提供一電流； 一 PMOS輸入對，耦接至該節(jié)點及該地電壓，并受控于一輸入電壓；一 NMOS輸入對，耦接至該供應電壓并受控于該輸入電壓；以及一電流轉換電路，耦接至該節(jié)點及該NMOS輸入對；其中，當該輸入電壓小于一特定值時，該PMOS輸入對導通，該NMOS輸入對及該電流轉換電路截止，使得該電流經由該節(jié)點流入該PMOS輸入對，當該輸入電壓大于等于該特定值時，該PMOS輸入對截止，該NMOS輸入對及該電流轉換電路導通，使得該電流經由該節(jié)點及該電流轉換電路流入該NMOS輸入對。
2.根據(jù)權利要求I所述的放大器，其特征在于，該電流轉換電路包括一第一 NMOS晶體管，該第一 NMOS晶體管的第一端耦接至該NMOS輸入對，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，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)權利要求2所述的放大器，其特征在于，該控制電壓相關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)點的電壓差。
4.一種放大器,包括一輸出級電路，電性連接至一供應電壓及一地電壓；一電流源，具有一節(jié)點以提供一電流；一 NMOS輸入對，耦接至該節(jié)點及該供應電壓，并受控于一輸入電壓；一 PMOS輸入對，耦接至該地電壓并受控于該輸入電壓；以及一電流轉換電路，耦接至該節(jié)點及該PMOS輸入對；其中，當該輸入電壓大于一特定值時，該NMOS輸入對導通，該PMOS輸入對及該電流轉換電路截止，使得該電流經由該節(jié)點流入該NMOS輸入對，當該輸入電壓小于等于該特定值時，該NMOS輸入對截止，該PMOS輸入對及該電流轉換電路導通，使得該電流經由該節(jié)點及該電流轉換電路流入該PMOS輸入對。
5.根據(jù)權利要求4所述的放大器，其特征在于，該電流轉換電路包括一第一 PMOS晶體管，該第一 PMOS晶體管的第一端耦接至該PMOS輸入對，該第一 PMOS 晶體管的第二端耦接至該供應電壓；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，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)權利要求5所述的放大器，其特征在于，該控制電壓相關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)點的電壓差。
全文摘要
一種放大器，包括一輸出級電路、一電流源、一PMOS輸入對、一NMOS輸入對及一電流轉換電路。輸出級電路電性連接至一供應電壓及一地電壓。電流源具有一節(jié)點以提供一電流。PMOS輸入對耦接至節(jié)點及地電壓并受控于一輸入電壓。NMOS輸入對耦接至供應電壓并受控于輸入電壓。電流轉換電路耦接至節(jié)點及NMOS輸入對。當輸入電壓小于一特定值時，PMOS輸入對導通，NMOS輸入對及電流轉換電路截止，使得電流經由節(jié)點流入PMOS輸入對，當輸入電壓大于等于特定值時，PMOS輸入對截止，NMOS輸入對及電流轉換電路導通，使得電流經由節(jié)點及電流轉換電路流入NMOS輸入對。
文檔編號H03F1/02GK102624342SQ20111015208
公開日2012年8月1日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2011年1月26日
發(fā)明者曾柏瑜, 梁可駿, 黃如琳 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司