CN103795361B - 放大器装置及其软启动的方法 - Google Patents

Abstract

放大器装置，包括差分输入对、电流源和负载。差分输入对，包括第一晶体管、第二晶体管和辅助晶体管。第一晶体管，具有第一端、第二端及控制端，第一晶体管的控制端接收基准电压。第二晶体管，具有第一端、第二端及控制端，第二晶体管的第一端与第一晶体管的第一端相耦接，第二晶体管的控制端接收输入电压。辅助晶体管，具有第一端、第二端、控制端及基极端，辅助晶体管的第一端与第一晶体管的第一端相耦接，辅助晶体管的第二端与第一晶体管的第二端相耦接，辅助晶体管的控制端接收控制电压，且辅助晶体管的基极端接收所述电源电压。电流源，耦接至第一晶体管的第一端及第二晶体管的第一端。负载，耦接至第一晶体管的第二端及第二晶体管的第二端。

Description

放大器装置及其软启动的方法

技术领域

本发明涉及一种放大器装置，特别是涉及一种放大器装置的软启动机制及方法。

背景技术

在电子装置中，软启动机制是一种重要且常被使用的机制。其中，当电子装置被启动的初期，其内部电路所提供的输出电压需要从0伏特缓慢的上升至所需要的电压值，而不是快速的跃升至需要的电压值时，即需要在电路上设置软启动的相关机制。

上述的软启动机制主要是用以抑制当电子装置在启动的初期，由于输出电压的电压值的快速上升而可能产生的过冲（overshoot）现象。而这个电压值过大的现象，常会伴随着产生极大的输出电流，而过大的输出电压以及输出电流会致使接收输出电压的电路产生损坏或甚至烧毁的可能。而过大的输出电流也会产生电磁干扰的现象，可能影响到电子装置的正常功能。另外，若使用输出电压来进行电压比较时，输出电压的过冲现象而生的电压震荡（damping）现象，也会致使比较的结果产生错误，影响电子装置的整体运作。

在现有技术领域中，有一种关于差值放大器的软启动的方法。这种现有的方法主要是通过数字式的方式来逐步提升作为比较基准的基准电压的电压值。这种作法虽可以控制输出电压逐步上升的速度，但由于其输出电压还是通过数字的逐阶的跳升的方式来上升，还是无法完全消除输出电压产生过冲的情况。

发明内容

本发明提供一种放大器装置及其软启动的方法，有效抑制其所产生的输出电压过冲（overshoot）的现象。

一种放大器装置，包括：差分输入对、电流源和负载。差分输入对，包括：第一晶体管、第二晶体管和辅助晶体管。第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，第一晶体管的控制端接收基准电压。第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，第二晶体管的第一端与第一晶体管的第一端相耦接，第二晶体管的控制端接收输入电压。辅助晶体管，具有第一端、第二端、控制端以及基极端，辅助晶体管的第一端与第一晶体管的第一端相耦接，辅助晶体管的第二端与第一晶体管的第二端相耦接，辅助晶体管的控制端接收控制电压，且辅助晶体管的基极端接收所述电源电压。电流源，耦接至第一晶体管的第一端及第二晶体管的第一端。负载，耦接至第一晶体管的第二端及第二晶体管的第二端。其中，该控制电压的电压值依据该电源电压的电压值的变化而改变。

一种放大器装置的软启动方法，其中该放大器装置具有包括第一晶体管及第二晶体管的差分输入对，该软启动方法包括：当该电源电压被启动时，依据该电源电压的变化来产生控制电压；以及依据该控制电压以及该电源电压来在该第一晶体管的第一端及第二端间提供一阻抗，其中该阻抗的阻抗值与该控制电压及该电源电压的电压差成反比。

基于上述，发明藉由辅助晶体管来在当电源电压初始被启动时，在差分输入对的第一晶体管的第一端及第二端间提供阻抗，基于上述的阻抗会依据电源电压的上升而改变的前提下，放大器装置所产生的输出电压的电压上升斜率可以有效的得到控制，防止因输出电压过大而导致的多种不良的效应。

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并结合附图详细说明如下。

附图说明

图1示出本发明一实施例的放大器装置的示意图。

图2示出本发明实施例的控制电压产生器的实施方式的示意图。

图3示出本发明实施例的控制电压产生器的另一实施方式的示意图。

图4示出本发明一实施例的放大器装置的软启动方法流程图。

具体实施方式

请参照图1，图1示出了本发明一实施例的放大器装置的示意图。在图1中，放大器装置100包括差分输入对120、电流源110以及负载130。放大器装置100接收电源电压AVDD以做为操作电压。并且，差分输入对120包括晶体管MP1、MP2以及辅助晶体管AUMP。晶体管MP1、MP2皆具有第一端、第二端以及控制端，晶体管MP1的第一端与晶体管MP2的第一端相耦接，晶体管MP1的控制端接收基准电压VBG，而晶体管MP2的控制端则接收输入电压IN。在本实施例中，放大器装置100对基准电压VBG以及输入电压IN进行比较，并针对基准电压VBG以及输入电压IN间的差值进行放大以产生输出电压EAOUT。其中，基准电压VBG可以由带隙（bandgap）电压产生器来提供。

辅助晶体管AUMP与晶体管MP1并连耦接，仔细来说明，辅助晶体管AUMP的第一端及第二端分别耦接至晶体管MP1的第一端及第二端。重点在于，辅助晶体管AUMP的控制端接收控制电压SSR，并且辅助晶体管AUMP的基极接收电源电压AVDD，并且，控制电压SSR会随着电源电压AVDD的变化而改变。本领域技术人员可以看出，由辅助晶体管AUMP和晶体管MP1所组成的电路，其输出的电压值为SSR与VBG之间较小的那个电压值。即，加入辅助晶体管AUMP之后，放大器装置100将会对SSR与VBG之间较小的那个电压值以及IN的值之间的差值进行放大。

请注意，在当放大器装置100被启动时，电源电压AVDD由0伏特上升，此时，控制电压SSR也会依据电源电压AVDD的上升而依据一个速率由0伏特上升。在辅助晶体管AUMP为P型晶体管的条件下，在控制电压SSR上升的过程中，辅助晶体管AUMP可提供一个依据控制电压SSR的上升而变化的阻抗值，并且，这个阻抗值依据控制电压SSR的上升而上升。而在当控制电压SSR不高于基准电压VBG时，放大器装置100可依据放大输入电压IN以及控制电压SSR间的差值来产生输出电压EAOUT，然而，在当控制电压SSR上升至高于基准电压VBG时，基准电压VBG将成为放大器装置100进行差值放大的主要的参考电压。也就是说，此时放大器装置100针对输入电压IN以及基准电压VBG进行差值放大来产生输出电压EAOUT。

在上述说明可以得知，由于控制电压SSR可以随电源电压AVDD的上升而缓慢上升，放大器装置100不会在一启动的瞬间，就必须针对输入电压IN以及基准电压VBG间很大的差值进行放大而使输出电压EAOUT发生过冲的现象。相反的，通过控制电压SSR模拟式的缓慢上升的过程，输出电压EAOUT可平稳的上升至所需要的电压值，不会发生过冲的现象。

请注意，在本实施例中，晶体管MP1以及MP2的基极是共同耦接至晶体管MP1以及MP2的第一端的共同耦接点的。这样的接法可以提升放大器装置100的电源电压抑制比（Power Supply Rejection Ratio,PSRR）。而辅助晶体管AUMP的基极则是接收较高电压值的电源电压AVDD，并且，通过上述的耦接关系，放大器装置100可以在当控制电压SSR的电压值相对低，接近0伏特时，就可以正常的动作，使输出电压EAOUT的产生过程更加的平顺，从而通过产生斜率缓和的SSR电压，以使输出电压跟得上软件的电压，而不会有过大或者过小的输出电压。SSR的起始电压越小，本电路产生的输出电压EAOUT的初始斜率越理想，曲线越平缓。由于本发明能够使SSR接近0伏特的输入，所以，本发明的输出电压EAOUT能够得到非常好的软启动效果。

承上述，辅助晶体管AUMP所提供的阻抗值可以依据电源电压AVDD以及控制电压SSR间的电压差来决定，其中，辅助晶体管AUMP所提供的阻抗值与电源电压AVDD以及控制电压SSR间的电压差成反比。

此外，晶体管MP1、MP2的第二端分别耦接至负载130的两个端点。在图1中，负载130为一个通过晶体管MN1～MN4建构的主动负载。晶体管MN1以及MN3构成一个电流镜并耦接在参考接地端GND、晶体管MP1的第二端以及晶体管MP2的第二端间。晶体管MN2以及MN4则构成另一个电流镜并耦接在参考接地端GND、晶体管MP2的第二端以及晶体管MP1的第二端间。

而值得注意的是，本发明实施例的负载130也可以利用其它种类的主动负载或是被动负载来建构，其中图1只是一个范例，而不是用以限缩本发明的范畴。

电流源110由晶体管MP0所建构，其中，晶体管MP0的第一端接收电源电压AVDD，晶体管MP0的第二端耦接晶体管MP1、MP2的第一端。晶体管MP0的控制端接收偏压电压VB以产生电流以提供至晶体管MP1、MP2的第一端。

在本实施例中，放大器装置100还包括输出级电路，在图1中，输出级电路由晶体管MP3～MP4以及MN5～MN6所建构。其中，放大器装置100的输出级电路耦接至晶体管MP1、MP2的第二端，并依据晶体管MP1、MP2的第二端上的电压进行信号放大以产生输出电压EAOUT。

在关于控制电压SSR的产生方式上，可以通过控制电压产生器来实施，以下请参照图2，其中图2示出本发明实施例的控制电压产生器的实施方式的示意图。控制电压产生器200包括电流源I1、电容C1以及输出缓冲器BUF1。电流源I1串接在电源电压AVDD以及电容C1间，电容C1的一个端点耦接电流源I1，另一个端点则耦接至参考接地电压GND。输出缓冲器BUF1为一个反相器，其输入端耦接至电容C1与电流源I1的连接端，输出缓冲器BUF1的输出端产生软启动完成信号SSOK。电流源I1与电容C1的连接端点用以产生控制电压SSR。

在电源电压AVDD被启动时，电流源I1开始提供电流，并使电流注入电容C1中，据此，电容C1与电流源I1的连接点上的控制电压SSR随之上升，其上升的斜率可以通过电流源I1所提供的电流的大小以及电容C1的容值来决定。电流源I1的电流越大，电容C1的容值越小，SSR上升的斜率越大。

另外，在当控制电压SSR的电压值低于输出缓冲器BUF1的临界值时，输出缓冲器BUF1可产生高逻辑电平的软启动完成信号SSOK以指示软启动动作进行中，相对的，当控制电压SSR的电压值高于输出缓冲器BUF1的临界值时，输出缓冲器BUF1可产生低逻辑电平的软启动完成信号SSOK以指示软启动动作已完成。

另外请参照图3，图3示出本发明实施例的控制电压产生器的另一实施方式的示意图。控制电压产生器300除包括电流源I1、电容C1以及输出缓冲器BUF1外，尚包括电流源I2以及开关310。其中，电流源I2与电流源I1并连，而开关310也与电流源I1及I2并连。开关310可由晶体管MPS所构成，晶体管MPS的控制端接收指示放大器装置的输出端所接收的负载状态的信号LS。值得注意的是，当信号LS指示放大器装置的输出端所接收的负载大于临界值时，表示放大器装置处于重负载的状态，此时，开关310被导通，而控制电压SSR将会快速的等于电源电压AVDD并使放大器装置快速的产生足够大的输出电压来供应负载的需求。相对的，若当信号LS指示放大器装置的输出端所接收的负载不大于临界值时，表示放大器装置处于非重负载的状态，此时，开关310被断开，此时电流源I2不再对C1充电，所以SSR电压的提高速度变缓，而控制电压SSR可依据电流源I1、I2所提供的电流以及电容C1所进行的充电动作来依据一定的速率上升，并达到软启动的目的。

值得一提的是，放大器装置的输出端所接收的负载状态可以通过检测放大器装置的输出端上所输出的电流状态来获得。在本发明实施例中，上述负载状态的检测方式可以应用本领域技术人员所熟知的任一负载检测技术来获得。

请参照图4，图4示出了本发明一实施例的放大器装置的软启动方法流程图。其中，放大器装置具有包括第一晶体管及第二晶体管的差分输入对。并且，在步骤S410中，当作为放大器装置的操作电压的电源电压被启动时，依据电源电压的变化来产生控制电压，并在步骤S420中，依据控制电压以及电源电压来在第一晶体管的第一端及第二端间提供阻抗，其中阻抗的阻抗值与该控制电压及电源电压的电压差成反比。

上述步骤S420中，阻抗可通过与第一晶体管并接的辅助晶体管来提供，其中，辅助晶体管的基极接收电源电压，而辅助晶体管的控制端则接收控制电压。如此，辅助晶体管便可依据控制电压以及电源电压来产生上述的阻抗。

而关于上述步骤中的实施细节，在本发明前述的实施立即实施方式都已有详尽的说明，在此述不多赘述。

综上所述，本发明通过设置辅助晶体管来在第一晶体管的第一端及第二端间提供阻抗，并使放大器装置可在启动中，先依据逐渐升高的控制电压来做为参考的依据，并在完成软启动后依据基准电压做为参考的依据。如此一来，通过模拟式升高的控制电压，放大器装置可有效产生平缓上升的输出电压，抑制过冲情况的发生。

本发明虽以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明的范围，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围是以本发明的权利要求为准。

Claims (7)

1.一种放大器装置，包括：

差分输入对，包括：

第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，所述第一晶体管的控制端接收基准电压；

第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，所述第二晶体管的第一端与所述第一晶体管的第一端相耦接，所述第二晶体管的控制端接收输入电压；以及

辅助晶体管，具有第一端、第二端、控制端以及基极端，所述辅助晶体管的第一端与所述第一晶体管的第一端相耦接，所述辅助晶体管的第二端与所述第一晶体管的第二端相耦接，所述辅助晶体管的控制端接收控制电压，且所述辅助晶体管的基极端接收电源电压；

电流源，耦接至所述第一晶体管的第一端及所述第二晶体管的第一端；以及

负载，耦接至所述第一晶体管的第二端及所述第二晶体管的第二端，

其中，该控制电压的电压值依据该电源电压的电压值的变化而改变，

其中，该控制电压是通过以下产生的：当该电源电压被启动时，依据所述负载的状态来决定是否提供电流对电容进行充电。

2.根据权利要求1所述的放大器装置，其中还包括：

控制电压产生器，产生该控制电压，包括：

第一电流源，接收该电源电压，并提供第一电流；

电容，其一端接收该第一电流以产生该控制电压，该电容的另一端耦接至参考接地端。

3.根据权利要求2所述的放大器装置，其中该控制电压产生器还包括：

第二电流源，接收该电源电压并耦接该电容，该第二电流源用以提供第二电流至该电容。

4.根据权利要求3所述的放大器装置，其中该控制电压产生器还包括：

开关，其一端接收该电源电压，该开关的另一端耦接至该电容接收该第一电流及该第二电流的端点，该开关依据该放大器装置的输出端的负载状态以导通或断开。

5.根据权利要求4所述的放大器装置，其中当该放大器装置的输出端的负载大于临界值时，该开关被导通。

6.根据权利要求2所述的放大器装置，其中该控制电压产生器还包括：

输出缓冲器，其输入端接收该控制电压，该输出缓冲器的输出端产生一软启动完成信号。

7.一种放大器装置的软启动方法，其中该放大器装置具有包括第一晶体管及第二晶体管的差分输入对，该软启动方法包括：

当电源电压被启动时，依据该电源电压的变化来产生控制电压；

当该电源电压被启动时，依据该放大器装置的输出端的负载状态来决定是否提供电流对电容进行充电来产生该控制电压；以及

依据该控制电压以及该电源电压来在该第一晶体管的第一端及第二端间提供一阻抗，其中该阻抗的阻抗值与该控制电压及该电源电压的电压差成反比。