運算放大器的偏壓電流控制方法及驅動電路的製作方法
2023-06-21 18:39:26 1
專利名稱：運算放大器的偏壓電流控制方法及驅動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於運算放大器的偏壓電流控制方法及相關驅動電路。
背景技術：
運算放大器是各種電子電路中一個重要的電路組成元件。電路設計者可使用運算放大器來實現不同的運作功能。例如，在液晶顯示器的驅動電路中，運算放大器常被應用為一輸出緩衝器，其依據前級數字至模擬轉換器所輸出的模擬信號，對負載(即液晶)進行充放電，以驅動液晶顯示器上相對應的像素單元。然而，隨著液晶顯示器尺寸及解析度的提高，液晶顯示器的驅動電路每單位時間所輸出的數據量也越來越多，因此運算放大器的反應速度，即壓擺率(Slew Rate)也必須大幅地提高。一般來說，運算放大器通常為二級結構電路，主要包含一輸入級電路及一輸出級電路。輸入級電路用來提高運算放大器的增益，而輸出級電路則用來推動運算放大器所連接的電容性或是電阻性負載。由於傳統運算放大器具有迴路穩定度不足的問題，公知運算放大器通常會通過米勒補償(MillerCompensation)電容進行頻率補償，以達到穩定迴路的效果。公知運算放大器在驅動負載時，壓擺率往往會被輸入級電路的偏壓電流所影響，而使驅動能力受到限制。詳細來說，運算放大器的反應速度(壓擺率)取決於運算放大器內部輸入級電路的偏壓電流與輸出級電路的驅動能力，通常可通過下列壓擺率方程式表示
/ AV
壓擺率M = Z =—。其中，I為偏壓電流，C為內部電容的大小，而Δν則代表運算放大器C t
所輸出的電壓變化，t為時間。也就是說，運算放大器的反應速度由輸入級電路的偏壓電流對運算放大器的內部電容的充放電速度決定。當偏壓電流越大時，其對內部電容的充放電的速度相對越快，當然，運算放大器的反應速度也就越快。因此，現有技術通常會通過增加輸入級電路的偏壓電流來提升運算放大器內部的壓擺率，以加快運算放大器驅動速度。舉例來說，請參考圖1，圖1為公知的具有壓擺率提升功能的一驅動電路10的示意圖。驅動電路10包含一運算放大器102與一偏壓電流控制單元104。運算放大器102用來根據一輸入電壓VI，產生一輸出電壓VO至一負載LOAD。偏壓電流控制單元104用來控制運算放大器102的一偏壓電流大小，以提升運算放大器102的內部壓擺率。一般來說，為了提升運算放大器102的反應速度，通常會在運算放大器102尚未開啟對負載LOAD充放電時，通過偏壓電流控制單元104提高運算放大器102的偏壓電流I，以提升運算放大器102的內部壓擺率，如此一來，當驅動負載LOAD (也即對負載LOAD進行充放電)時，才不至於受限於運算放大器102的內部壓擺率過小的影響，而能達到快速驅動負載LOAD所需的驅動能力。請參考圖2，圖2為圖1中的驅動電路10的相關信號波形圖。其中一負載輸入信號LD用來指示運算放大器102驅動負載LOAD，假設在負載輸入信號LD的下降邊緣，運算放大器102會開始對負載LOAD充放電，換句話說，在負載輸入信號LD的下降邊緣之前，運算放大器102的內部壓擺率提升程序即必須被完成。如圖2所示，在Tl期間，偏壓電流控制單元104將運算放大器102的偏壓電流控制在一高電位，以提升其壓擺率。在T2期間，由於內部壓擺率已提升，因此，偏壓電流控制單元104將運算放大器102的偏壓電流控制在一正常操作電位。在T3期間，如圖2所示，輸出電壓VO開始上升直至一驅動電位。由於在T2期間中，也就是說，自運算放大器102的壓擺率獲得提升之後，一直到運算放大器102開始驅動負載LOAD之前，運算放大器102不需進行任何操作，因此，在T2期間中，將徒使所提供的偏壓電流虛耗，而導致許多額外的功率消耗，對於需要省電的電子裝置來說相當不利。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種用於運算放大器的偏壓電流控制方法及相關驅動電路，以降低額外的功率消耗。為實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種用於運算放大器的偏壓電流控制方法，其中該運算放大器透過一高偏壓電流系統來提升其內部壓擺率，該偏壓電流控制方法包含檢測一壓擺率操作信號；判斷該壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號；以及根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生該高偏壓電流調變信號與一低偏壓電流調變信號至該運算放大器。根據本發明的另一個方面，提供一種驅動電路，包含一運算放大器；一檢測單元，用來檢測一壓擺率操作信號，並判斷該壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號；以及一偏壓電流控制單元，用來根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生一高偏壓電流調變信號或一低偏壓電流調變信號至該運算放大器。本發明可依據系統需求而動態調整運算放大器的偏壓電流，可在運算放大器開始對外部負載進行充放電之前，適時地完成提升運算放大器的內部壓擺率的目的，並在剩餘的等待時間中提供低偏壓電流，以減少系統的消耗。換言之，本發明可讓運算放大器在驅動外部負載之前，即擁有足夠的驅動能力，並能有效地節省不必要的電力消耗，以達到最佳化的系統效能。
I偏壓電流LD負載輸入信號LI低偏壓電流調變信號LOAD負載SD判斷信號SR壓擺率操作信號VI輸入電壓VO輸出電壓
具體實施例方式請參考圖3，圖3為本發明實施例用於運算放大器的一偏壓電流控制流程30的示 意圖。流程30包含下列步驟步驟3OO:開始。步驟302檢測ー壓擺率操作信號。步驟304判斷壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號。步驟306根據判斷信號與壓擺率操作信號，產生一高偏壓電流調變信號或一低 偏壓電流調變信號至運算放大器。步驟308:結束。根據流程30，在運算放大器開始驅動外部負載前，本發明可根據所檢測到的壓擺 率操作信號，判斷其信號周期大小，以產生相對應的判斷信號。接著，本發明根據判斷信號， 在壓擺率操作信號的信號持續期間，產生高偏壓電流調變信號至運算放大器，以在驅動外 部負載之前能夠順利完成提升運算放大器的壓擺率的目的，接著，產生低偏壓電流調變信 號至運算放大器，以降低運算放大器的功率消耗。因此，透過流程30的操作，本發明在運算 放大器開始驅動負載前，可根據判斷信號，分別提供相對應的高偏壓電流調變信號與低偏 壓電流調變信號至運算放大器，如此ー來，除了可完成強化運算放大器的內部壓擺率而提 升操作反應速度之外，更能降低開始驅動負載前的整體系統功率消耗，而達到省電效益。請參考圖4，圖4為本發明實施例的ー驅動電路40的示意圖。驅動電路40用來實 現本發明流程30，其包含一運算放大器402、一檢測單元404及一偏壓電流控制單元406。 運算放大器402用來根據ー輸入電壓VI，產生ー輸出電壓VO至ー負載LOAD。檢測單元404 用來檢測ー壓擺率操作信號SR，並判斷壓擺率操作信號SR的信號周期大小，以產生一判斷 信號SD。在壓擺率操作信號SR的信號周期期間，偏壓電流控制單元406用來根據判斷信 號SD，產生一高偏壓電流調變信號HI與一低偏壓電流調變信號LI至運算放大器402。簡 言之，在壓擺率操作信號期間，偏壓電流控制單元406會產生高偏壓電流調變信號HI提供 給運算放大器402，如此ー來，運算放大器402的偏壓電流將據以加強，且其內部壓擺率將 會隨之提升，而達到所需的壓擺率。進ー步地，在壓擺率操作信號的信號周期期間，當運算 放大器402的內部壓擺率被提升之後，一直到開始驅動負載LOAD之前，運算放大器402通 常毋需進行其它操作，因此，偏壓電流控制單元406會產生低偏壓電流調變信號LI提供給 運算放大器402，使得運算放大器402在開始驅動負載LOAD之前可以降低其操作偏壓電流， 而不需消耗不必要的電流，而能使系統功率達到更有效的利用。
在本發明實施例中，優選地，高偏壓電流調變信號HI大於運算放大器402正常操作時所需的偏壓電流大小。同理，低偏壓電流調變信號LI小於運算放大器402正常操作時所需的偏壓電流大小。因此，當高偏壓電流調變信號HI被提供給運算放大器402時，將能順利地提升運算放大器402的壓擺率。當低偏壓電流調變信號LI被提供給運算放大器402時，由於運算放大器402無任何操作需求，因此，低偏壓電流調變信號LI將不會對運算放大器402的操作造成任何影響，隨之而來的，將可降低系統的損耗。當然，為了能使運算放大器402達到所需的壓擺率，高偏壓電流調變信號HI除了電流大小會大於運算放大器402正常操作時所需的偏壓電流大小之外，高偏壓電流調變信號HI的頻率及信號周期，將會依據所需的壓擺率而做適當的變化。此外，低偏壓電流調變信號LI除了電流大小會小於運算放大器402正常操作時所需的偏壓電流大小之外，其頻率及信號周期，也可依據系統的設計，例如運算放大器402開始驅動負載LOAD的時機，而做適當的變化。另一方面，壓擺率操作信號SR可作為進行壓擺率提升的一指示信號。例如，壓擺率操作信號SR可被產生在一負載輸入信號LD起始前。在此情況下，偏壓電流控制單元406將會在壓擺率操作信號SR的信號周期期間中，完成提升運算放大器402的壓擺率的程序，如此一來，在開始驅動負載LOAD之前即擁有足夠的驅動能力。舉例來說，偏壓電流控制單元406可在壓擺率操作信號SR的一信號周期期間中，依序產生高偏壓電流調變信號HI與低偏壓電流調變信號LI至運算放大器402。在此情況下，若高偏壓電流調變信號HI的信號周期與低偏壓電流調變信號LI的信號周期的總和等於壓擺率操作信號SR的信號周期，則表示驅動電路40將能充分地利用壓擺率操作信號SR的信號周期長度，而能在開始驅動負載LOAD之前，擁有足夠的驅動能力，並有效地節省不必要的電力消耗，以達到最佳化的系統效能。當然，高偏壓電流調變信號HI的信號周期與低偏壓電流調變信號LI的信號周期的總和也可大於或小於壓擺率操作信號SR的信號周期。此外，當判斷信號SD指示壓擺率操作信號SR的信號周期小於高偏壓電流調變信號HI的信號周期時，偏壓電流控制單元406可產生高偏壓電流調變信號HI與低偏壓電流調變信號LI至運算放大器402。當判斷信號SD指示壓擺率操作信號SR的信號周期大於高偏壓電流調變信號HI的信號周期時，偏壓電流控制單元406可產生高偏壓電流調變信號HI至運算放大器402。為了清楚說明驅動電路40的操作方式，以下進一步舉例說明，請參考圖5，圖5為圖4的驅動電路40的相關信號波形圖。若驅動電路40被應用至一液晶顯示器中，用來驅動液晶像素，也就是說，負載LOAD為液晶像素(電容負載)。如圖5所示，負載輸入信號LD為一周期性的脈衝信號，當負載輸入信號LD處於低電位時，運算放大器402會對負載LOAD進行充放電動作。反之，當負載輸入信號LD處於高電位時，運算放大器402不會對負載LOAD進行充放電動作。在此實施例中，可利用高電位的負載輸入信號LD作為壓擺率操作信號SR,也就是說，將Tl期間與T2期間的負載輸入信號LD視為壓擺率操作信號SR。因此，當驅動電路40開始運作時，首先，檢測單元404可檢測壓擺率操作信號SR，並在檢測到壓擺率操作信號SR之後，判斷壓擺率操作信號SR的信號周期大小，以產生判斷信號SD。接著，在Tl期間，偏壓電流控制單元406根據判斷信號SD，產生高偏壓電流調變信號HI至運算放大器402，以提升運算放大器402的內部壓擺率。在T2期間，偏壓電流控制單元406根據判斷信號SD，產生低偏壓電流調變信號LI至運算放大器402，而能使驅動電路40在T2期間消耗最少的電能。到了 T3期間，由於運算放大器402已具有足夠的驅動能力，因此輸出電壓VO便能在最短的時間內上升到所需的電位，而完成驅動目的。綜上所述，本發明可依據系統需求而動態調整運算放大器的偏壓電流的機制，可在運算放大器開始對外部負載進行充放電之前，適時地完成提升運算放大器的內部壓擺率的目的，並在剩餘的等待時間中提供低偏壓電流，以減少系統的消耗。換言之，本發明可讓運算放大器在驅動外部負載之前，即擁有足夠的驅動能力，並能有效地節省不必要的電力消耗，以達到最佳化的系統效能。以上所述僅為本發明的優選實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種用於運算放大器的偏壓電流控制方法，包含檢測一壓擺率操作信號；判斷該壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號；以及根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生一高偏壓電流調變信號或一低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
2.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生該高偏壓電流調變信號或該低偏壓電流調變信號至該運算放大器的步驟是根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，在該壓擺率操作信號的一信號周期期間中，依序產生該高偏壓電流調變信號與該低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
3.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生該高偏壓電流調變信號或該低偏壓電流調變信號至該運算放大器的步驟是在該判斷信號指示該壓擺率操作信號的信號周期小於該高偏壓電流調變信號的信號周期時，產生該高偏壓電流調變信號與該低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
4.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，進一步包含在該判斷信號指示該壓擺率操作信號的信號周期大於該高偏壓電流調變信號的信號周期時，僅在該壓擺率操作信號的一信號周期期間中，產生該高偏壓電流調變信號至該運算放大器。
5.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，該高偏壓電流調變信號的信號周期與該低偏壓電流調變信號的信號周期的總和等於該壓擺率操作信號的信號周期。
6.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，該壓擺率操作信號在一負載輸入信號起始前被產生。
7.如權利要求6所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，該壓擺率操作信號的結束點為該負載輸入信號的起始點。
8.如權利要求1所述的偏壓電流控制方法，其特徵在於，該高偏壓電流調變信號大於該運算放大器正常操作時所需的偏壓電流大小，且該低偏壓電流調變信號小於該運算放大器正常操作時所需的偏壓電流大小。
9.一種驅動電路，包含一運算放大器；一檢測單元，用來檢測一壓擺率操作信號，並判斷該壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號；以及一偏壓電流控制單元，用來根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，產生一高偏壓電流調變信號或一低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
10.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，該偏壓電流控制單元根據該判斷信號與該壓擺率操作信號，在該壓擺率操作信號的一信號周期期間，依序產生該高偏壓電流調變信號與該低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
11.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，該偏壓電流控制單元在該判斷信號指示該壓擺率操作信號的信號周期小於該高偏壓電流調變信號的信號周期時，產生該高偏壓電流調變信號與該低偏壓電流調變信號至該運算放大器。
12.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，在該判斷信號指示該壓擺率操作信號的信號周期大於該高偏壓電流調變信號的信號周期時，該偏壓電流控制單元僅在該壓擺率操作信號期間的一信號周期期間，產生該高偏壓電流調變信號至該運算放大器。
13.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，該高偏壓電流調變信號的信號周期與該低偏壓電流調變信號的信號周期的總和等於該壓擺率操作信號的信號周期。
14.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，該壓擺率操作信號在一負載輸入信號起始前被產生。
15.如權利要求14所述的驅動電路，其特徵在於，該壓擺率操作信號的結束點為該負載輸入信號的起始點。
16.如權利要求9所述的驅動電路，其特徵在於，該高偏壓電流調變信號大於該運算放大器正常操作時所需的偏壓電流大小，且該低偏壓電流調變信號小於該運算放大器正常操作時所需的偏壓電流大小。
全文摘要
本發明公開了一種用於運算放大器的偏壓電流控制方法，其中運算放大器透過偏壓控制系統來提升其內部壓擺率，該偏壓電流控制方法包含檢測壓擺率操作信號；判斷壓擺率操作信號的信號周期大小，以產生一判斷信號；以及根據判斷信號與壓擺率操作信號，產生偏壓調變信號使之改變運算放大器的操作模式。
文檔編號H03F3/45GK102571006SQ201010616059
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者林家弘, 洪煒翔 申請人:聯詠科技股份有限公司