CN101217274B - 源极跟随器 - Google Patents

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Abstract

一种源极跟随器包括，一驱动晶体管、一有源式负载、一第一、第二、第三、第四及第五开关以及一第一电容器。驱动晶体管具有一第一栅极，用以接收一输入信号。有源式负载与驱动晶体管串联于一第一电压源与第二电压源之间，并与驱动晶体管耦接于一第一节点。第一开关耦接于第一电压源与第一栅极之间。第一电容与第二开关耦接于一第二节点。第三开关与第一电容耦接于一第三节点，并与第二开关及第一电容串联于第一栅极与第二电压源之间。第四开关耦接于第三节点与第一节点之间。第五开关耦接于第一节点与一第四节点之间。

Description

源极跟随器
技术领域
本发明有关于一种源极跟随器及应用该源极跟随器的电子系统。
背景技术
高增益的模拟放大器一般具有高阻抗并会连接一负载，该阻抗通常为大电容器或是小电阻器。当高增益的模拟放大器的负载为小电阻器时，若要维持放大器的高增益，一般都会在放大器与负载之间设置一电压缓冲器，以避免负载效应的发生。通常这种缓冲器利用源极跟随器(source follower)来完成。
图1为公知源极跟随器的示意图。如图所示，源极跟随器100具有晶体管110及120。晶体管110及120串联于电压源Vdd与Vss之间。晶体管110的栅极接收输入信号Vin，其源极提供输出信号Vout。晶体管120作为定电流源(current source)。
为了使源极跟随器100具有电压跟随的功能，一般都会将晶体管110及120的尺寸取为相同。当晶体管110及120具有相同的电流时，便将具有相同的栅-源极电压(Vgs)。由于晶体管120的栅-源极电压等于零，故晶体管110的栅-源极电压亦会等于零，因此输出信号Vout会非常接近输入信号Vin。
发明内容
本发明的目的在于提供一种源极跟随器包括，一驱动晶体管、一有源式负载、一第一、第二、第三、第四及第五开关以及一第一电容器。驱动晶体管具有一第一栅极，用以接收一输入信号。有源式负载与驱动晶体管串联于一第一电压源与第二电压源之间，并与驱动晶体管耦接于一第一节点。第一开关耦接于第一电压源与第一栅极之间。第一电容与第二开关耦接于一第二节点。第三开关与第一电容耦接于一第三节点，并与第二开关及第一电容串联于第一栅极与第二电压源之间。第四开关耦接于第三节点与第一节点之间。第五开关耦接于第一节点与一第四节点之间。
本发明还提供一种电子系统，包括一源极跟随器以及一电压转换器。电压转换器用以提供第一及第二电压源予源极跟随器。源极跟随器包括，一驱动晶体管、一有源式负载、一第一、第二、第三、第四及第五开关以及一第一电容器。驱动晶体管具有一第一栅极，用以接收一输入信号。有源式负载与驱动晶体管串联于第一电压源与第二电压源之间，并与驱动晶体管耦接于一第一节点。第一开关耦接于第一电压源与第一栅极之间。第一电容与第二开关耦接于一第二节点。第三开关与第一电容耦接于一第三节点，并与第二开关及第一电容串联于第一栅极与第二电压源之间。第四开关耦接于第三节点与第一节点之间。第五开关耦接于第一节点与一第四节点之间。
为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，详细说明如下：
附图说明
图1为公知源极跟随器的示意图。
图2为本发明的电子系统示意图。
图3为主体单元的一可能实施例。
图4a为源极跟随器的一可能实施例。
图4b仅示出部分数模转换器结构(具有电容部分)。
符号说明
100、211：源极跟随器；
110、120：晶体管；
200：电子系统；
210：主体单元；
220：电压转换器；
310：扫描驱动器；
320：数据驱动器；
330：显示模块；
410：驱动晶体管；
420：有源式负载；
421-454：节点；
430：数模转换器；
SW1-SW8：开关；
C1、C2：电容。
具体实施方式
图2为本发明的电子系统示意图。如图所示，电子系统200可为移动电话(cellular phone)、个人数字助理(PDA)、笔记型电脑、桌上型电脑、车用电视(car TV)、数字相机或是液晶显示器(LCD)，并包括具有源极跟随器211的主体单元210及电压转换器220。
主体单元210用以执行电子系统200相关的功能。电压转换器220提供电压源Vdd及Vss予主体单元210。在本实施例中，源极跟随器211设置在主体单元210的中。在其它实施例中，源极跟随器211可设置在主体单元210的外。源极跟随器211可通过主体单元210接收电压转换器220所提供的电压源Vdd及Vss。
图3为主体单元的一可能实施例。当电子系统200为液晶显示器时，则主体单元200包括，扫描驱动器310、数据驱动器320以及显示模块330，其中源极跟随器211设置在数据驱动器320的中。
扫描驱动器310提供扫描信号S1-Sn。数据驱动器320提供数据信号D1-Dm。显示模块330根据扫描信号S1-Sn以及数据信号D1-Dm而呈现画面。由于液晶显示器的动作原理为本领域技术人员所深知，故不再赘述，以下仅针对数据驱动器320里的源极跟随器221加以说明。
图4a为源极跟随器的一可能实施例。如图所示，源极跟随器210包括，驱动晶体管410、有源式负载420、开关SW1-SW5以及电容C1。
驱动晶体管410的栅极接收输入信号Vin。在本实施例中，驱动晶体管410为N型晶体管，其漏极耦接电压源Vdd，其源极耦接有源式负载420。
有源式负载420与驱动晶体管410串联于电压源Vdd与Vss之间，并与驱动晶体管410耦接于节点421。有源式负载420为一电流源，用以提供电流。在本实施例中，有源式负载420为一N型晶体管，其栅极接收一参考电压Vbias，其漏极耦接驱动晶体管410，其源极耦接电压源Vss。
开关SW1耦接于电压源Vdd与驱动晶体管410的栅极之间。开关SW2与电容C1耦接于节点422。开关SW3与电容C1耦接于节点423，并与开关SW2及电容C1串联于驱动晶体管410的栅极与电压源Vss之间。开关SW4耦接于节点421与423之间。开关SW5耦接于节点421与节点424之间。
在一第一期间，仅导通开关SW1、SW2及SW4，则电容C1所储存的电压等于驱动晶体管410的阈值电压(Vt)。在该第一期间的后的一第二期间时，仅导通开关SW5，则节点424的电压为输出信号Vin与驱动晶体管410的阈值电压的差值(Vin-Vt)。
图4b为源极跟随器的还一可能实施例。图4b相似图4a，不同之处在于，图4b所示的源极跟随器221还包括，数模转换器430以及开关SW6。
数模转换器430将一数字信号VDC转换成一模拟信号后，再将该模拟信号作为输入信号Vin提供予驱动晶体管410的栅极。数模转换器430并具有电容C2、开关SW7及SW8。电容C2、开关SW7及SW8串联于驱动晶体管410的栅极与电压源Vss之间。开关SW6耦接于数模转换器430的开关SW8与节点422之间。
利用本发明所公开的源极跟随器221，可使具有电容C2的数模转换器430可耦接至源极跟随器221，而不会发生电荷共享(charge sharing)的现象，并且可使源极跟随器221的输出信号Vout等于输入信号Vin(亦即为数模转换器的输出信号)。图4b仅示出部分数模转换器结构(具有电容部分)，用以说明源极跟随器与具有电容的数模转换器之间的关系。
在第一期间，仅导通开关SW1、SW2、SW4及SW8，使得电容C1所储存的电压等于驱动晶体管410的阈值电压(Vt)。
在第二期间，仅导通开关SW5、SW7及SW8，使得输出信号Vout为输入信号Vin与驱动晶体管410的阈值电压(Vt)的差值(Vin-Vt)；其中输入信号Vin为数模转换器430的输出信号。
在第三期间，仅导通开关SW5、SW6及SW7，使得输出信号Vout等于输入信号Vin；其中第一、第二及第三期间依序排列。
综上所述，当具有电容的数模转换器与本发明所公开的源极跟随器结合后，不但不会发生电荷共享的情况，还会使源极跟随器的输出信号Vout等于输入信号Vin(即为数模转换器所输出的模拟信号)。还外，当源极跟随器结合数模转换器后，可降低电路的复杂度及增加可使用的面积。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。任何所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种更动与修改。因此，本发明的保护范围以所提出的权利要求的范围为准。

Claims (10)

1.一种源极跟随器，包括：
一驱动晶体管，具有一第一栅极，用以接收一输入信号；
一有源式负载，与该驱动晶体管串联于一第一电压源与第二电压源之间，并与该驱动晶体管耦接于一第一节点；
一第一开关，耦接于该第一电压源与该第一栅极之间；
一第二开关，耦接于该第一栅极；
一第一电容，与该第二开关耦接于一第二节点；
一第三开关，与该第一电容耦接于一第三节点，并与该第二开关及第一电容串联于该第一栅极与该第二电压源之间；
一第四开关，耦接于该第三节点与该第一节点之间；以及
一第五开关，耦接于该第一节点与一第四节点之间。
2.如权利要求1所述的源极跟随器，其中该有源式负载为一电流源。
3.如权利要求1所述的源极跟随器，还包括：
一数模转换器，用以提供该输入信号；以及
一第六开关，耦接于该数模转换器与该第二节点之间。
4.如权利要求3所述的源极跟随器，其中该数模转换器包括：
一第七开关，耦接于该第一栅极；
一第二电容，与该第六及第七开关串联于该第一栅极与该第二节点之间；以及
一第八开关，与该第七开关及第二电容串联于该第一栅极与该第二电压源之间。
5.一种电子系统，包括：
一电源转换器，提供一第一及第二电压源；以及
一源极跟随器，包括：
一驱动晶体管，具有一第一栅极，用以接收一输入信号；
一有源式负载，与该驱动晶体管串联于一第一电压源与第二电压源之间，并与该驱动晶体管耦接于一第一节点；
一第一开关，耦接于该第一电压源与该第一栅极之间；
一第二开关，耦接于该第一栅极；
一第一电容，与该第二开关耦接于一第二节点；
一第三开关，与该第一电容耦接于一第三节点，并与该第二开关及第一电容串联于该第一栅极与该第二电压源之间；
一第四开关，耦接于该第三节点与该第一节点之间；以及
一第五开关，耦接于该第一节点与一第四节点之间。
6.如权利要求5所述的电子系统，其中该驱动晶体管为N型晶体管，其漏极耦接该第一电压源，其源极耦接该有源式负载。
7.如权利要求5所述的电子系统，其中该有源式负载为一电流源。
8.如权利要求5所述的电子系统，其中该源极跟随器，还包括：
一数模转换器，用以提供该输入信号；以及
一第六开关，耦接于该数模转换器与该第二节点之间。
9.如权利要求8所述的电子系统，其中该数模转换器包括：
一第七开关，耦接于该第一栅极；
一第二电容，与该第六及第七开关串联于该第一栅极与该第二节点之间；以及
一第八开关，与该第七开关及第二电容串联于该第一栅极与该第二电压源之间。
10.如权利要求5所述的电子系统，其中该电子系统为一移动电话、一个人数字助理、一笔记型电脑、一个人电脑、一车用电视、一数字相机以及一液晶显示器中的一者。
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