[發明專利]可抑制電壓過沖的輸出緩沖電路及方法

有效

• 申請號: 201010132147.8
• 申請日: 2010-03-09
• 公開（公告）號: CN102195578A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發明（設計）人: 許筱妊;陳季廷
• 申請（專利權）人: 聯詠科技股份有限公司
• 主分類號: H03F3/45
• 分類號: H03F3/45;H03F1/52
• 代理公司: 北京市浩天知識產權代理事務所 11276
• 代理人: 劉云貴

技術領域

本發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閉鉗位電路，來避免漏電流造成系統偏移電壓改變的輸出緩沖電路。

背景技術

現有顯示器驅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，使得其驅動能力越來越強。然而，當運算放大器內部電流回復能力不足時，對負載端快速充放電會產生電壓過沖(overshoot)現象。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閉，造成些許的漏電流產生(約nA等級)。在低功率的應用下，此多余的漏電流將會造成顯示器驅動器整體偏移電壓(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根據正輸入端AVP所接收的一輸入電壓，產生一電流信號IAB。輸出偏壓電路12耦接于輸入級11，用來根據電流信號IAB，于節點AA及AB之間產生一動態偏壓VAB(即節點AA與節點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根據動態偏壓AB提供一驅動電流至輸出端AVF，以產生一輸出電壓。鉗位電路14則由晶體管POS1、POS2、NOS1、NOS2組成，用來將運算放大器10的輸出電壓固定在一預設范圍內，以避免發生電壓過沖的現象。

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，使得流經輸出偏壓電路12的電流信號IAB變小，造成節點AA及節點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，使得流經輸出偏壓電路12的電流信號IAB變大，造成節點AA及節點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POS2或NOS2的過驅動電壓(overdrive?voltage)小于其臨界電壓，即(AVF-VBPOS)＜Vthp或(VBNOS-AVF)＜Vthn，而造成晶體管POS2或NOS2關閉。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生任何作用。然而，當輸出電壓的準位超出一預設范圍時，晶體管POS2或NOS2的過驅動電壓會大于其臨界電壓，即(AVF-VBPOS)＞Vthp或(VBNOS-AVF)＞Vthn，而造成晶體管POS2或NOS2導通。在此情形下，電流可以從輸出端AVF流入節點AA或AB，幫助節點AA或AB的電壓回復正常準位，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POS2或NOS2可能會無法完全關閉，而造成些許的漏電流產生。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NOS1和NOS2將無法完全關閉，導致晶體管NOS1和NOS2的路徑上仍然會有些許電流流過(由輸出端AVF流入節點AB)。在低功率的應用下，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P11和N11電流值的改變量及過驅動電壓的變化量越趨明顯，進而影響輸出級13的偏壓狀態及直流電流。當輸出級13的直流電流改變時，輸出級13的轉導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偏移電壓(systematicoffset?voltage)。

簡言之，在低功率的應用下，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閉造成輸出偏壓電路的電流值改變越趨明顯，導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偏移電壓。

發明內容