[發明專利]具有增強壓擺率的單增益緩沖器

有效

• 申請號: 201210289588.8
• 申請日: 2012-08-14
• 公開（公告）號: CN102780464A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 鄭彥誠;黃健群;陳冠翰
• 申請（專利權）人: 旭曜科技股份有限公司
• 主分類號: H03G3/20
• 分類號: H03G3/20
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 牛崢;王麗琴

技術領域

本發明涉及一種單增益緩沖器（unity-gain?buffer），特別是關于一種具有增強壓擺率（Slew?Rate）的單增益緩沖器。

背景技術

運算放大器為電路領域中常見的電路組件，其具有一正相輸入端（+）、一反相輸入端（-）、以及一輸出端，而利用運算放大器可連接成一單增益緩沖器（unity-gain?buffer），或者稱為單增益追隨器（unity-gain?follower）。圖1A、圖1B所示為單增益緩沖器以及輸入輸出信號示意圖，該單增益緩沖器10是將運算放大器OP的反相輸入端（-）連接至輸出端而成，而且運算放大器OP的正相輸入端（+）為單增益緩沖器10的輸入端IN，可接收輸入信號，以及運算放大器OP的輸出端為單增益緩沖器10的輸入端OUT，可產生輸出信號。

所謂的單增益緩沖器，即其增益值（Gain）約等于1，亦即輸出端OUT的輸出信號等于輸入端IN的輸入信號。如圖1B所示，假設輸入端IN接收一步進函數（step?function），其在時間t0時由0V上升至Vc。由于輸出端OUT無法實時反應輸入端IN的變化，因此輸出端OUT會在時間點t0開始由0V逐漸上升至Vc，此時，輸出端OUT上電壓的上升斜率即稱為壓擺率（Slew?Rate）。

如圖2所示為運算放大器的輸出級（output?stage）示意圖。一般來說，運算放大器OP中的最后一級為輸出級，其為AB類輸出級（Class-AB?output?stage）。如圖2所示，輸出級包括一P型晶體管MPo以及一N型晶體管MNo，P型晶體管MPo與N型晶體管MNo的漏極相互連接成為運算放大器OP的輸出端。基本上，輸出級可產生驅動電流（driving?current），驅動電流可以為推動電流（push?current）或者為拉回電流（pull?current），詳細說明如下。

以單增益緩沖器為例，當輸入端IN的電壓高于輸出端OUT的電壓時，輸出級中的P型晶體管MPo開啟，輸出級中的N型晶體管MNo關閉，此時P型晶體管MPo對輸出端產生推動電流Ipsh_op由P型晶體管MPo流向輸出端OUT；反之，當輸入端IN的電壓低于輸出端OUT的電壓時，輸出級中的P型晶體管MPo關閉而N型晶體管MNo開啟，此時N型晶體管MNo對輸出端產生拉回電流Ipll_op由輸出端OUT流向N型晶體管MNo。其中，當P型晶體管MPo開啟時，僅會產生推動電流Ipsh_op而不會產生拉回電流Ipll_op，當N型晶體管MNo開啟時，僅會產生拉回電流Ipll_op而不會產生推動電流Ipsh_op。

由于運算放大器OP的輸出級驅動能力有限，因此其壓擺率約在幾V/μs左右。因此，如何有效地提升單增益緩沖器的壓擺率即為本發明所要達成的主要目的。

發明內容

本發明的目的為利用一輔助輸出級來增強單增益緩沖器的推動電流以及拉回電流，實現具有增強壓擺率的單增益緩沖器。

本發明為一種單增益緩沖器，其包括：運算放大器，具有正相輸入端作為單增益緩沖器的輸入端，具有輸出端作為單增益緩沖器的輸出端，具有反相輸入端連接至單增益緩沖器的輸出端；一控制級，連接于所述正相輸入端以及單增益緩沖器的輸出端之間；以及，輔助輸出級，連接于所述控制級以及單增益緩沖器的輸出端之間；其中，根據單增益緩沖器的輸入端的信號，以使所述控制級產生第一驅動電流，使所述輔助輸出級產生第二驅動電流，使所述運算放大器產生第三驅動電流，進而使得單增益緩沖器的輸入端上的總驅動電流為第一驅動電流，第二驅動電流，與第三驅動電流的總和。

從上述方案可以看出，本發明的單增益緩沖器同時利用一輔助輸出級以及一控制級來增強單增益緩沖器的推動電流以及拉回電流，進而實現了具有增強壓擺率的單增益緩沖器。換句話說，利用本發明的單增益緩沖器中控制級、輔助輸出級以及運算放大器的總驅動電流確實具備增強輸出端信號的壓擺率的能力。

附圖說明

圖1A和圖1B為單增益緩沖器以及輸入輸出信號示意圖；

圖2為運算放大器的輸出級示意圖；

圖3A至圖3D為具輔助輸出級的單增益緩沖器及其信號示意圖；

圖4A至圖4D為本發明單增益緩沖器第一實施例及其信號示意圖；

圖5A至圖5C控制級中各種電流源的實現方式示意圖；

圖6A為本發明單增益緩沖器第二實施例示意圖；

圖6B為本發明單增益緩沖器第三實施例示意圖。

附圖中，各標號所代表的名稱如下：

10：單增益緩沖器，