CN105048975A - 运算放大器的偏压电流控制方法及驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于运算放大器的偏压电流控制方法及相关驱动电路，该偏压电流控制方法包含：接收一负载输入信号并判断该负载输入信号的信号周期大小以产生一判断信号，其中该负载输入信号用以控制该运算放大器对一负载进行充放电动作；以及根据该判断信号产生一偏压电流调变信号至该运算放大器。

Description

运算放大器的偏压电流控制方法及驱动电路

本申请是申请日为2010年12月30日、申请号为201010616059.5、名称为“运算放大器的偏压电流控制方法及驱动电路”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于运算放大器的偏压电流控制方法及相关驱动电路。

背景技术

运算放大器是各种电子电路中一个重要的电路组成元件。电路设计者可使用运算放大器来实现不同的运作功能。例如，在液晶显示器的驱动电路中，运算放大器常被应用为一输出缓冲器，其依据前级数字至模拟转换器所输出的模拟信号，对负载(即液晶)进行充放电，以驱动液晶显示器上相对应的像素单元。然而，随着液晶显示器尺寸及分辨率的提高，液晶显示器的驱动电路每单位时间所输出的数据量也越来越多，因此运算放大器的反应速度，即压摆率(SlewRate)也必须大幅地提高。

一般来说，运算放大器通常为二级结构电路，主要包含一输入级电路及一输出级电路。输入级电路用来提高运算放大器的增益，而输出级电路则用来推动运算放大器所连接的电容性或是电阻性负载。由于传统运算放大器具有回路稳定度不足的问题，现有运算放大器通常会通过米勒补偿(MillerCompensation)电容进行频率补偿，以达到稳定回路的效果。现有运算放大器在驱动负载时，压摆率往往会被输入级电路的偏压电流所影响，而使驱动能力受到限制。详细来说，运算放大器的反应速度(压摆率)取决于运算放大器内部输入级电路的偏压电流与输出级电路的驱动能力，通常可通过下列压摆率方程式表示：压摆率其中，I为偏压电流，C为内部电容的大小，而ΔV则代表运算放大器所输出的电压变化，t为时间。也就是说，运算放大器的反应速度由输入级电路的偏压电流对运算放大器的内部电容的充放电速度决定。当偏压电流越大时，其对内部电容的充放电的速度相对越快，当然，运算放大器的反应速度也就越快。因此，现有技术通常会通过增加输入级电路的偏压电流来提升运算放大器内部的压摆率，以加快运算放大器驱动速度。

举例来说，请参考图1，图1为现有的具有压摆率提升功能的一驱动电路10的示意图。驱动电路10包含一运算放大器102与一偏压电流控制单元104。运算放大器102用来根据一输入电压VI，产生一输出电压VO至一负载LOAD。偏压电流控制单元104用来控制运算放大器102的一偏压电流大小，以提升运算放大器102的内部压摆率。一般来说，为了提升运算放大器102的反应速度，通常会在运算放大器102尚未开启对负载LOAD充放电时，通过偏压电流控制单元104提高运算放大器102的偏压电流I，以提升运算放大器102的内部压摆率，如此一来，当驱动负载LOAD(也即对负载LOAD进行充放电)时，才不至于受限于运算放大器102的内部压摆率过小的影响，而能达到快速驱动负载LOAD所需的驱动能力。请参考图2，图2为图1中的驱动电路10的相关信号波形图。其中一负载输入信号LD用来指示运算放大器102驱动负载LOAD，假设在负载输入信号LD的下降边缘，运算放大器102会开始对负载LOAD充放电，换句话说，在负载输入信号LD的下降边缘之前，运算放大器102的内部压摆率提升程序即必须被完成。如图2所示，在T1期间，偏压电流控制单元104将运算放大器102的偏压电流控制在一高电位，以提升其压摆率。在T2期间，由于内部压摆率已提升，因此，偏压电流控制单元104将运算放大器102的偏压电流控制在一正常操作电位。在T3期间，如图2所示，输出电压VO开始上升直至一驱动电位。由于在T2期间中，也就是说，自运算放大器102的压摆率获得提升之后，一直到运算放大器102开始驱动负载LOAD之前，运算放大器102不需进行任何操作，因此，在T2期间中，将徒使所提供的偏压电流虚耗，而导致许多额外的功率消耗，对于需要省电的电子装置来说相当不利。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于运算放大器的偏压电流控制方法及相关驱动电路，以降低额外的功率消耗。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于运算放大器的偏压电流控制方法，该偏压电流控制方法包含接收一负载输入信号并判断该负载输入信号的信号周期大小以产生一判断信号，其中该负载输入信号用以控制该运算放大器对一负载进行充放电动作；以及根据该判断信号产生一偏压电流调变信号至该运算放大器。

根据本发明的另一个方面，提供一种驱动电路，包含：一运算放大器；一检测单元，用来检测一负载输入信号，并判断该负载输入信号的信号周期大小以产生一判断信号，其中该负载输入信号控制该运算放大器对一负载进行充放电动作；以及一偏压电流控制单元，耦接于该运算放大器与该检测单元，用来根据该判断信号产生一偏压电流调变信号至该运算放大器。

本发明可依据系统需求而动态调整运算放大器的偏压电流，可在运算放大器开始对外部负载进行充放电之前，适时地完成提升运算放大器的内部压摆率的目的，并在剩余的等待时间中提供低偏压电流，以减少系统的消耗。换言之，本发明可让运算放大器在驱动外部负载之前，即拥有足够的驱动能力，并能有效地节省不必要的电力消耗，以达到最佳化的系统效能。

附图说明

图1为现有的具有压摆率提升功能的一驱动电路的示意图。

图2为图1中的驱动电路的相关信号波形图。

图3为本发明实施例的用于运算放大器的一偏压电流控制流程的示意图。

图4为本发明实施例的一驱动电路的示意图。

图5为图4的驱动电路的相关信号波形图。

其中，附图标记说明如下：

10、40驱动电路

102、402运算放大器

104、406偏压电流控制单元

30流程

300、302、304、步骤

306、308

404检测单元

HI高偏压电流调变信号

I偏压电流

LD负载输入信号

LI低偏压电流调变信号

LOAD负载

SD判断信号

SR压摆率操作信号

VI输入电压

VO输出电压

具体实施方式

请参考图3，图3为本发明实施例用于运算放大器的一偏压电流控制流程30的示意图。流程30包含下列步骤：

步骤300：开始。

步骤302：检测一压摆率操作信号。

步骤304：判断压摆率操作信号的信号周期大小，以产生一判断信号。

步骤306：根据判断信号与压摆率操作信号，产生一高偏压电流调变信号或一低偏压电流调变信号至运算放大器。

步骤308：结束。

根据流程30，在运算放大器开始驱动外部负载前，本发明可根据所检测到的压摆率操作信号，判断其信号周期大小，以产生相对应的判断信号。接着，本发明根据判断信号，在压摆率操作信号的信号持续期间，产生高偏压电流调变信号至运算放大器，以在驱动外部负载之前能够顺利完成提升运算放大器的压摆率的目的，接着，产生低偏压电流调变信号至运算放大器，以降低运算放大器的功率消耗。因此，通过流程30的操作，本发明在运算放大器开始驱动负载前，可根据判断信号，分别提供相对应的高偏压电流调变信号与低偏压电流调变信号至运算放大器，如此一来，除了可完成强化运算放大器的内部压摆率而提升操作反应速度之外，更能降低开始驱动负载前的整体系统功率消耗，而达到省电效益。

请参考图4，图4为本发明实施例的一驱动电路40的示意图。驱动电路40用来实现本发明流程30，其包含一运算放大器402、一检测单元404及一偏压电流控制单元406。运算放大器402用来根据一输入电压VI，产生一输出电压VO至一负载LOAD。检测单元404用来检测一压摆率操作信号SR，并判断压摆率操作信号SR的信号周期大小，以产生一判断信号SD。在压摆率操作信号SR的信号周期期间，偏压电流控制单元406用来根据判断信号SD，产生一高偏压电流调变信号HI与一低偏压电流调变信号LI至运算放大器402。简言之，在压摆率操作信号期间，偏压电流控制单元406会产生高偏压电流调变信号HI提供给运算放大器402，如此一来，运算放大器402的偏压电流将据以加强，且其内部压摆率将会随之提升，而达到所需的压摆率。进一步地，在压摆率操作信号的信号周期期间，当运算放大器402的内部压摆率被提升之后，一直到开始驱动负载LOAD之前，运算放大器402通常毋需进行其它操作，因此，偏压电流控制单元406会产生低偏压电流调变信号LI提供给运算放大器402，使得运算放大器402在开始驱动负载LOAD之前可以降低其操作偏压电流，而不需消耗不必要的电流，而能使系统功率达到更有效的利用。

在本发明实施例中，优选地，高偏压电流调变信号HI大于运算放大器402正常操作时所需的偏压电流大小。同理，低偏压电流调变信号LI小于运算放大器402正常操作时所需的偏压电流大小。因此，当高偏压电流调变信号HI被提供给运算放大器402时，将能顺利地提升运算放大器402的压摆率。当低偏压电流调变信号LI被提供给运算放大器402时，由于运算放大器402无任何操作需求，因此，低偏压电流调变信号LI将不会对运算放大器402的操作造成任何影响，随之而来的，将可降低系统的损耗。当然，为了能使运算放大器402达到所需的压摆率，高偏压电流调变信号HI除了电流大小会大于运算放大器402正常操作时所需的偏压电流大小之外，高偏压电流调变信号HI的频率及信号周期，将会依据所需的压摆率而做适当的变化。此外，低偏压电流调变信号LI除了电流大小会小于运算放大器402正常操作时所需的偏压电流大小之外，其频率及信号周期，也可依据系统的设计，例如运算放大器402开始驱动负载LOAD的时机，而做适当的变化。

另一方面，压摆率操作信号SR可作为进行压摆率提升的一指示信号。例如，压摆率操作信号SR可被产生在一负载输入信号LD起始前。在此情况下，偏压电流控制单元406将会在压摆率操作信号SR的信号周期期间中，完成提升运算放大器402的压摆率的程序，如此一来，在开始驱动负载LOAD之前即拥有足够的驱动能力。举例来说，偏压电流控制单元406可在压摆率操作信号SR的一信号周期期间中，依序产生高偏压电流调变信号HI与低偏压电流调变信号LI至运算放大器402。在此情况下，若高偏压电流调变信号HI的信号周期与低偏压电流调变信号LI的信号周期的总和等于压摆率操作信号SR的信号周期，则表示驱动电路40将能充分地利用压摆率操作信号SR的信号周期长度，而能在开始驱动负载LOAD之前，拥有足够的驱动能力，并有效地节省不必要的电力消耗，以达到最佳化的系统效能。当然，高偏压电流调变信号HI的信号周期与低偏压电流调变信号LI的信号周期的总和也可大于或小于压摆率操作信号SR的信号周期。

此外，当判断信号SD指示压摆率操作信号SR的信号周期小于高偏压电流调变信号HI的信号周期时，偏压电流控制单元406可产生高偏压电流调变信号HI与低偏压电流调变信号LI至运算放大器402。当判断信号SD指示压摆率操作信号SR的信号周期大于高偏压电流调变信号HI的信号周期时，偏压电流控制单元406可产生高偏压电流调变信号HI至运算放大器402。

为了清楚说明驱动电路40的操作方式，以下进一步举例说明，请参考图5，图5为图4的驱动电路40的相关信号波形图。若驱动电路40被应用至一液晶显示器中，用来驱动液晶像素，也就是说，负载LOAD为液晶像素(电容负载)。如图5所示，负载输入信号LD为一周期性的脉冲信号，当负载输入信号LD处于低电位时，运算放大器402会对负载LOAD进行充放电动作。反之，当负载输入信号LD处于高电位时，运算放大器402不会对负载LOAD进行充放电动作。在此实施例中，可利用高电位的负载输入信号LD作为压摆率操作信号SR，也就是说，将T1期间与T2期间的负载输入信号LD视为压摆率操作信号SR。因此，当驱动电路40开始运作时，首先，检测单元404可检测压摆率操作信号SR，并在检测到压摆率操作信号SR之后，判断压摆率操作信号SR的信号周期大小，以产生判断信号SD。接着，在T1期间，偏压电流控制单元406根据判断信号SD，产生高偏压电流调变信号HI至运算放大器402，以提升运算放大器402的内部压摆率。在T2期间，偏压电流控制单元406根据判断信号SD，产生低偏压电流调变信号LI至运算放大器402，而能使驱动电路40在T2期间消耗最少的电能。到了T3期间，由于运算放大器402已具有足够的驱动能力，因此输出电压VO便能在最短的时间内上升到所需的电位，而完成驱动目的。

综上所述，本发明可依据系统需求而动态调整运算放大器的偏压电流的机制，可在运算放大器开始对外部负载进行充放电之前，适时地完成提升运算放大器的内部压摆率的目的，并在剩余的等待时间中提供低偏压电流，以减少系统的消耗。换言之，本发明可让运算放大器在驱动外部负载之前，即拥有足够的驱动能力，并能有效地节省不必要的电力消耗，以达到最佳化的系统效能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (12)

1.一种用于运算放大器的偏压电流控制方法，包含：

接收一负载输入信号并判断该负载输入信号的信号周期大小以产生一判断信号，其中该负载输入信号用以控制该运算放大器对一负载进行充放电动作；以及

根据该判断信号产生一偏压电流调变信号至该运算放大器。

2.如权利要求1所述的偏压电流控制方法，其特征在于，根据该判断信号产生该偏压电流调变信号至该运算放大器的步骤是在该负载输入信号的一信号周期期间中，依序产生一高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号至该运算放大器。

3.如权利要求1所述的偏压电流控制方法，其特征在于，根据该判断信号产生该偏压电流调变信号至该运算放大器的步骤是在该判断信号指示该负载输入信号的信号周期小于一高偏压电流调变信号的信号周期时，产生该高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号至该运算放大器。

4.如权利要求1所述的偏压电流控制方法，其特征在于，进一步包含在该判断信号指示该负载输入信号的信号周期大于一高偏压电流调变信号的信号周期时，仅在该负载输入信号的一信号周期期间中，产生该高偏压电流调变信号至该运算放大器。

5.如权利要求1所述的偏压电流控制方法，其特征在于，该负载输入信号的信号周期等于一高偏压电流调变信号的信号周期与一低偏压电流调变信号的信号周期的总和。

6.如权利要求1所述的偏压电流控制方法，其特征在于，该偏压电流调变信号包含一高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号，该高偏压电流调变信号大于该运算放大器正常操作时所需的偏压电流大小，且该低偏压电流调变信号小于该运算放大器正常操作时所需的偏压电流大小。

7.一种驱动电路，包含

一运算放大器；

一检测单元，用来检测一负载输入信号，并判断该负载输入信号的信号周期大小以产生一判断信号，其中该负载输入信号控制该运算放大器对一负载进行充放电动作；以及

一偏压电流控制单元，耦接于该运算放大器与该检测单元，用来根据该判断信号产生一偏压电流调变信号至该运算放大器。

8.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该偏压电流控制单元在该负载输入信号的一信号周期期间中，依序产生一高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号至该运算放大器。

9.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，在该判断信号指示该负载输入信号的信号周期小于一高偏压电流调变信号的信号周期时，该偏压电流控制单元产生该高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号至该运算放大器。

10.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，在该判断信号指示该负载输入信号的信号周期大于一高偏压电流调变信号的信号周期时，该偏压电流控制单元仅在该负载输入信号的一信号周期期间中，产生该高偏压电流调变信号至该运算放大器。

11.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该负载输入信号的信号周期等于一高偏压电流调变信号的信号周期与一低偏压电流调变信号的信号周期的总和。

12.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，该偏压电流调变信号包含一高偏压电流调变信号与一低偏压电流调变信号，该高偏压电流调变信号大于该运算放大器正常操作时所需的偏压电流大小，且该低偏压电流调变信号小于该运算放大器正常操作时所需的偏压电流大小。