[發明專利]低飄移電壓運算放大器及其降低飄移電壓的方法

無效

• 申請號: 200610141887.1
• 申請日: 2006-09-30
• 公開（公告）號: CN101154927A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: 陳怡成
• 申請（專利權）人: 義隆電子股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/30
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司
• 代理人: 任默聞

技術領域

本發明是有關一種運算放大器，特別是關于一種低飄移電壓(offset)運算放大器及其降低飄移電壓的方法。

背景技術

在運算放大器及其在比較器電路的應用中，飄移電壓是一個很重要的規格，尤其是在需要高分辨率的應用中。圖1顯示一傳統的折疊疊接式(folded-cascade)運算放大器100，其中差動輸入對102包含MOS晶體管M1及M2及偏壓電流源106，NMOS晶體管M1及M2分別受控于輸入電壓V-及V+而導通電流I1及I2，PMOS晶體管M3及M4受控于偏壓Biasl而分別導通電流I3及I4，電流I3被分流為電流I2及I5，而電流I4被分流為電流I1及I7，鏡射電路104包含由NMOS晶體管M7、M8、M9及M10組成的疊接電流鏡，用以鏡射電流I5產生電流I6至運算放大器100的輸出Vo。不管是比較器還是運算放大器，其飄移電壓有很大一部分是來自工藝飄移或電路設計不良所造成的非理想特性，以圖1的運算放大器100為例，當電壓V+及V-相等時，在理想狀態下，電流I1等于電流I2，又晶體管M3及M4具有相同的柵源極電壓，故電流I3也等于電流I4，而電流I5等于電流I6，所以電流I6應該等于電流I7，但若電路本身設計不當或元件因工藝飄移造成不匹配，將使上述情況不成立，造成電流I6不等于電流I7，這就是飄移電壓產生的原因。

為了更清楚說明飄移電壓的影響，以下用簡單的方塊圖說明。圖2顯示一運算放大器200，其輸出Vo回授至反相輸入，而其非反相輸入則接地GND，在理想狀態下，運算放大器200的輸出Vo應為0，但是，如果運算放大器200具有飄移電壓Vos時，運算放大器200可以等效視為一電壓源202及一理想運算放大器204，電壓源202供應飄移電壓Vos至理想運算放大器204的輸入，使得運算放大器200的輸出Vo不為0而是Vos，因而影響到運算放大器200的準確度。

圖3顯示一比較器300，其反相輸入及非反相輸入分別連接電壓V-及V+，在理想狀態下，比較器300輸出Vo的轉態點應該是在電壓V-等于電壓V+的位置，即V+-V-＝0的位置，如圖4所示，但是，如果比較器300具有飄移電壓Vos時，比較器300可以等效視為一可供應飄移電壓Vos的電壓源302連接一理想比較器304，如此一來，電壓V+不用大于電壓V-，只要比電壓V-低于一個飄移電壓Vos，比較器300的輸出Vo就會由低態Vol轉為高態Voh，如圖5所示，反之，電壓V-不僅要大于電壓V+，還要大超過一個飄移電壓Vos，比較器300的輸出Vo才會由高態Voh轉為低態Vol，因而嚴重影響到比較器300的準確度。

以往要消除飄移電壓都使用所謂的自動歸零(auto?zeroing)技術，該技術主要是利用兩個階段中電容及開關的作用來消除飄移電壓。圖6顯示將自動歸零技術應用在運算放大器200時的電路架構，其中開關SW1連接在運算放大器200的輸出Vo及電容C1之間，開關SW2連接在輸入電壓Vi及電容C1之間，開關SW3連接在運算放大器200的非反相輸入及接地GND之間，電容C1一端連接在開關SW1及SW2，另一端則連接運算放大器200的非反相輸入，其中，開關SW1及SW3受控于信號Ф1，開關SW2受控于信號Ф2。在儲存模式時，信號Ф1控制開關SW1及SW3導通，信號Ф2控制開關SW2截止，因而形成如圖7所示的電路，此時，電容C1儲存飄移電壓Vos，接著切換至正常模式，信號Ф1控制開關SW1及SW3截止，信號Ф2控制開關SW2導通，因而形成如圖8所示的電路，此時，儲存在電容C1中的飄移電壓Vos將與運算放大器200的飄移電壓Vos互相抵消，達到消除飄移電壓Vos的效果。