CN1173464C

CN1173464C - 可低电压工作的运算放大器

Info

Publication number: CN1173464C
Application number: CNB011408685A
Authority: CN
Inventors: 吴高彬
Original assignee: Elan Microelectronics Corp
Current assignee: Elan Microelectronics Corp
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2004-10-27
Anticipated expiration: 2021-09-25
Also published as: CN1411140A

Abstract

一种可低电压工作的运算放大器，其对于传统的运算放大器加以改良，通过一共模反馈电路以控制其内部差动对的两个输出端的电压电平，并且该差动对与一输出级电路形成一回路以提供信号输出；一电流镜组接收偏压电流，其中的支路分别耦接至差动对与共模反馈电路以提供电流输入。本发明利用电流镜组一支路电流通过共模反馈电路，以及差动对与输出级电路组成的回路使输出级电路的工作电流可以被控制，并且需要的工作电压较传统的运算放大器低，尤其适合低电压消费性电子产品的应用。

Description

可低电压工作的运算放大器

技术领域

本发明涉及一种运算放大器，特别是能够在低电压环境下工作的运算放大器电路。

背景技术

图1显示一般的模拟缓冲级(Buffer)，在工作时由于必须驱动较大的负载(大电容负载或者低电阻负载)，因此在暂态时会有很大的暂态电流流动，基于耗电(效率)的考虑，一般常使用AB类的运算放大器作为整体增益缓冲级(unity gain buffer)。

传统的A类运算放大器如图2所示，晶体管Q1～Q5形成一输入级，晶体管Q6与Q7为输出级，输出级的工作电流Io由晶体管Q7的电流源决定。由于渗入(sink)的能力与工作电流Io相关，而晶体管Q7仅能提供固定的电流输出，因此渗入的能力被限制在电流Io以下。在遇到负载较大的情况时，便必须调高输出级的工作电流Io以获得良好暂态反应，但也相对造成较大的稳态直流耗电。

另一种运算放大器能够改善上述的缺点，如图3所显示的AB类运算放大器，其中晶体管M1～M5形成输入级，晶体管M6与晶体管M7是输出级，晶体管M8串接晶体管M9形成一电平移动电路，晶体管M10～M12是偏压电路。在稳态的情况下，输出级的工作电流Io由前述的偏压电路决定。在暂态时，晶体管M6与M7的栅极电压皆可同时移动，使得暂态电流可以远大于原本的工作电流Io。

然而一般的AB类的运算放大器皆会面临低压工作的难题，以图3为例，其最低的工作电压至少要为VTP+2VTN，大约在2.7～3伏，这样的工作电压不适合消费性产品中两个电池(2.2～3.0V)的应用场合，例如移动电话的液晶显示板。

因此，有必要对于运算放大器提出较佳的改良方案，以求完善。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种AB类运算放大器，能够适用于低电压工作。

根据本发明，一运算放大器包括一差动对，差动对的两个输出端与一输出级电路形成一回路以提供信号输出；一共模反馈电路耦接至差动对，以控制差动对两输出端的电位；一电流源电路包括一电流源，其耦接一电流镜组，该电流镜组接收电流输入，并且其支路分别耦接至差动对与共模反馈电路。本发明所需的工作电压较传统的运算放大器低，其利用电流镜组中一支路电路监控工作电压的变化，通过差动对与输出级电路所组成的回路，使得工作电流可以被控制。

以下以具体实施例配合附图详细加以说明，以便更容易了解本本发明的目的、技术内容、特点及其功效。

附图说明

图1表示一模拟缓冲器；

图2一传统的A类运算放大器；

图3一传统的AB类运算放大器；

图4提供本发明一实施例；

图5提供一实施例，配合图4所示电路能够获得更佳的效果。

具体实施方式

图4提供本发明一实施例。如公知的运算放大器，晶体管O1～O4形成输入级电路，其中晶体管O1与O2的漏极耦接在一起构成一差动对。晶体管C1～C4所组成的共模反馈电路耦接前述差动对的二输出端，使差动对的二输出端电压V1及V2与共模反馈电路的输入电压VB相同。

晶体管B1～B4形成的电流镜组耦接一电流源IR，其中晶体管B2耦接至差动对，晶体管B3耦接至共模反馈电路，晶体管B4耦接至晶体管C3的栅极，流经晶体管B4的电流IB与电压VB相关。

晶体管O5～O8形成的输出级电路耦接差动对的两个输出端，两者并且形成一回路以提供输出信号VOUT。晶体管O5的输出信号通过晶体管O8的输出信号经电流镜O7反转所得，工作电流Io受到流经晶体管B4的电流IB的控制。

图4所示电路的最低工作电压为晶体管B3的漏极-源极电压VDS、晶体管C2的阀值电压VTN以及晶体管O6的阀值电压VTP的和，即VTN+VTP+VDS，约为2.0～2.2伏。

配合图5所示电路，图4的工作电压可以降得更低。在图5的电路中电流源IR不再直接耦接至晶体管B1～B4的电流镜组，而是经过晶体管A1～A4组成的二个电流镜组之后再连接至晶体管B1～B4的电流镜组。其中晶体管A1与A2组成的电流镜及晶体管A3与A4组成的电流镜之间的路径上串接一晶体管C5，其栅极耦接至共模反馈电路。

当工作电压变低时，晶体管A2的漏极-源极电压VDS变小，晶体管A2输出的电流也变小，通过晶体管A3与A4组成的电流镜镜射到电流镜组中晶体管B1的支路电路使得晶体管B2的电流也变小，并且晶体管B4支路路径上的电流IB也变小，使得电位VB下降，进而使晶体管B3的工作区间增加(即其漏极-源极电压不会被挤压)。如此一来工作电压可以再下降约0.2～0.3伏。

由于图4与图5电路的组合，在工作电压降低时，不仅晶体管B3的电流会变小，晶体管B2电流也会一起变小。这样做的好处是能够维持晶体管O1～O4的输入级电路的电流平衡，避免其二输出端电位V1及V2上升，造成输出级的工作电路Io同时上升产生异常的耗电情形。

晶体管L1～L5是一个低电压工作电路，其中晶体管L1镜射晶体管A2的电流，在本实施例中，晶体管L1通道的长宽比是晶体管A2的1/5。晶体管L2镜射晶体管A3的电流。晶体管L3～L5形成一电流镜，其中晶体管L4及L5耦接至差动对的二个输出端，以控制其输出端电压V1及V2。L2-L5的作用相当于是一个低电流控制回路。在工作电压持续下降使得晶体管A2的电流变为原来的1/5时，晶体管L3～L5开始有电流流通，将差动对二输出端电压V1与V2下拉到地。这种作法能够防止输出级电路的工作电流Io异常的上升，并进而关断工作电流Io。

以上所述，由实施例说明本发明的特点，其目的在使该技术领域的技术人员能了解本发明的内容并据以实施，而非限定本发明的专利范围，故，凡其他未脱离本发明所揭示的构思所完成的等效变化或修改，仍应包含在以下所述的权利要求范围中。

Claims

1.一种可低电压工作的运算放大器，包括：一输入级电路，包括一差动对接收输入信号及提供二输出端；一共模反馈电路，其具有一参考节点，所述共模反馈电路耦接至所述差动对，以控制所述差动对的二个输出端的电压位准与所述参考节点的电压相同；一电流源电路，包括一电流源耦接一电流镜组，所述电流镜组接收参考电流，且包括第一、第二、第三以及第四晶体管，所述第一晶体管耦接所述电流源电路，所述第二晶体管耦接所述差动对，所述第三晶体管耦接所述共模反馈电路供应其所需电流，所述第四晶体管耦接所述参考节点；以及一输出级电路，耦接所述差动对的两个输出端并且形成一回路以提供信号输出。

2.如权利要求1所述的运算放大器，其中所述输出级电路包括一电流镜。

3.如权利要求1所述的运算放大器，其中所述电流源电路还包括一低压工作电路，所述低压工作电路包括：

第一组电流镜，接收所述参考电流；以及

第二组电流镜，与所述第一组电流镜之间串接一监控晶体管，所述监控晶体管的栅极电压随着所述参考节点的电位改变，所述电流源经过所述第一组电流镜与所述第二组电流镜耦接至所述第一晶体管。

4.如权利要求3所述的运算放大器，其中所述低压工作电路还包括一低电流控制回路，以控制所述第一输出端与所述第二输出端的电位，所述低电流控制回路检测所述第一组电流镜的输出电流，当所述第一组电流镜的电流输出降低至一阈值，所述低电流控制回路导通，将所述第一输出端与所述第二输出端的电位下拉到地。

5.如权利要求4所述的运算放大器，其中所述低电流控制回路利用一晶体管镜射所述第一组电流镜的输出电流。