CN108631738B - 一种运算放大器、运放电路及驱动芯片 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种运算放大器、运放电路及驱动芯片，包括：差分输入端，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端；输入级，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接；输出级，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，所述功能电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管电连接，当输入正阶跃信号，输出端电压增加，一旦输出端电压发生过冲时，所述功能电路对输出级电压进行控制，降低了运算放大器的过冲电压，减少了运放电路的稳定时间。

Description

一种运算放大器、运放电路及驱动芯片

技术领域

本申请涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种运算放大器、运放电路及驱动芯片。

背景技术

LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示屏)已经越来越多的运用到电子设备领域，LCD要完成正常的显示功能必须需要与LCD匹配的LCD驱动芯片。因此LCD驱动芯片的的设计是决定LCD显示画面质量的关键，而LCD驱动芯片内部的运放电路是LCD驱动芯片设计的核心部分。

现有技术中，LCD驱动芯片中运放电路的输出级均采用class AB结构来实现，这样能够在较低的功耗下实现较大的驱动能力。但是class AB结构设计使得运放电路的输出级需要很大的尺寸来实现大的驱动能力。因此运放电路的输出级的输出管尺寸设计的较大，直接导致LCD驱动芯片的面积增大。

由于LCD芯片内部的运放电路的输出级的输出级较大的尺寸，使得输出级会引入较大的过冲电压，而运放电路大的驱动能力使得运放内部电路无法快速恢复，从而造成过冲，而过冲电压会增加运放电路的稳定时间，对整个LCD驱动芯片非常不利。

发明内容

本申请提供了一种运算放大器、运放电路及驱动芯片，以解决现有技术中LCD驱动芯片中运放电路的输出级存在过冲电压，从而导致运放电路稳定时间长的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种运算放大器，其特征在于，包括：差分输入端，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端；输入级，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接；输出级，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，所述功能电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管电连接，所述功能电路对输出级电压进行控制。

可选地，所述第一晶体管为第一NMOS管，所述第二晶体管为第一PMOS管，所述输出级还包括第二NMOS管和第二PMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极电连接，第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的漏极电连接；所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极电连接，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极电连接，所述第一NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的栅极电连接，所述第二PMOS管的源极连接电源信号。

可选地，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极与输出级的输出端电连接，所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极与所述差分输入端电连接。

可选地，所述输出端连接一电容，所述电容的第一端连接所述输出端，所述电容的第二端接地。

可选地，所述功能电路还用于检测在阶跃响应时，运算放大器是否发生过冲。

可选地，当输入信号为正阶跃信号且输入电压与输出电压的差值大于所述第一NMOS管的阈值电压时，所述第一NMOS管工作；或者，当输入信号为负阶跃信号且输出电压与输入电压的差值大于所述第一PMOS管的阈值电压时，所述第一PMOS管工作。

一种运放电路，包括：电阻元件；电容元件；多个所述的运算放大器，启动运放电路时，当输入正阶跃信号，输出端电压增加，输出端电压发生过冲时所述运算放大器中的功能电路控制运算放大器输出级的输出电流方向，减小运算放大器的输出电压。

一种驱动芯片，包括：微处理器；用于存储所述微处理器处理可执行指令的存储器；运放电路，所述运放电路用于保证驱动芯片的正常运行，所述运放电路中的运算放大器设置有功能电路，所述功能电路用于当运放电路中的运算放大器输出端电压发生过冲时，所述功能电路会进入工作状态，对输出级电压进行控制，减小了运算放大器的过冲电压，保证了驱动芯片正常运行。

由上述技术方案可知，本申请实施例提供了一种运算放大器、运放电路及驱动芯片，包括：差分输入端，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端；输入级，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接；输出级，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，所述功能电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管电连接，当输入正阶跃信号，输出端电压增加，一旦输出端电压发生过冲时，所述功能电路对输出级电压进行控制，降低了运算放大器的过冲电压，减少了运放电路的稳定时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种运算放大器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种运算放大器加入正阶跃信号的响应示意图；

图3为本申请实施例提供的一种运算放大器加入负阶跃信号的响应示意图；

图4为本申请实施例提供的一种运放电路的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种驱动芯片的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请进行详细说明。

如图1所示，为本申请提供的一种运算放大器的结构示意图，参见图1，所述运算放大器包括：差分输入端、输入级和输出级，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，当输入正阶跃信号或负阶跃信号时，所述功能电路控制输出级的输出电流方向，减小运算放大器的输出电压。

所述功能电路包括第一NMOS管、第一PMOS管、第二NMOS管和第二PMOS管。所述第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极电连接，第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的漏极电连接；所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极电连接，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极电连接，所述第一NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的栅极电连接，所述第二PMOS管的源极连接电源信号。

所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极与输出级的输出端电连接，所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极与所述差分输入端电连接。所述输出端连接一电容C，所述电容C的信号输入端连接所述输出端，所述电容C的信号输出端接地

所述功能电路还用于检测输入端输入的阶跃信号类型，根据检测到的阶跃信号的类型，分别控制所述第一NMOS管和第一PMOS管的工作。

当在vinn端加入一个正阶跃信号时，电路的输出响应输入的变化，此时vinn>vout。此时运算放大器的摆率增强电路进入工作状态。摆率增强电路会将VA点的电压拉低，使得MP2对电容C的充电电流增大，vout迅速上升。同时，摆率增强电路也会提供一电流通路对电容C充电，因此输出电压的上升速度会更快，从而实现了电路的高摆率。

当在vinn端加入一个负阶跃信号时，电路的输出响应输入的变化，此时vinn<vout。此时运算放大器的摆率增强电路进入工作状态。摆率增强电路会将VB点的电压抬高，使得MN2对电容C的放电电流增大，vout迅速下降。同时，摆率增强电路也会提供一电流通路对电容C放电，因此输出电压的下降速度会更快，从而实现了电路的高摆率。

当输入一个正的阶跃信号时，由于负反馈，第二PMOS管MP2的栅极电压会下降，而输出电压会上升。由于第一NMOS管MN1的栅极电压接输入端，因此第一NMOS管MN1的栅极电压会快速达到一个高电压，使得第一NMOS管MN1打开，此时会有一个电流从第二PMOS管MP2的栅极流入输出节点vout，使得vout快速上升，而第二PMOS管MP2的栅极电压会下降，在此过程中，当第二PMOS管MP2的栅极电压低于vout时，第一NMOS管MN1将发生源漏互换。此时当第二PMOS管MP2的栅极电压加上第一NMOS管MN1的阈值电压vthn低于第二PMOS管MP2的输入电压vinn时，使得电流会从vout流入第二PMOS管MP2的栅极，使电路的过冲电压减小，由于MOS管阈值电压的原因，电路不会发生二次过冲的情况，加快了运放的稳定速度。并且本实施例中的功能电路不会由于PVT的变化而进入工作状态，不会使运放引入系统失调。

如图2所示，L1表示的是输入端vinn加入正阶跃信号，L3表示没有加入功能电路的运放输出响应曲线，L2表示加入功能电路之后的运放输出响应曲线。t1时刻，在电路的输入端vinn加入正阶跃信号，输出开始响应，电路进入摆率增加阶段，随着输出的增大，功能电路退出工作。当输出端电压过高时，功能电路进入过冲保护阶段，消除了过冲。从图中可以看出，加入功能电路后，电路在t2时刻即可稳定，而没有加入功能电路时，电路要在t3时刻才能稳定。因此，功能电路的加入，一方面增大了电路的摆率，另一方面消除了电路的过冲，加快了电路的稳定速度。

当输入一个负的阶跃信号时，当vinn端输入负阶跃信号时，在vout-vinn>第一PMOS管MP1的阈值电压这一时刻，第一PMOS管MP1进入工作状态，其会将VB点的电压太高，使得第二NMOS管MN2对地的输出电流增大，也即是加大了电容C对地的放电电流，使得vout快速下降。同时，第一PMOS管MP1也会提供一部分电流对输出端电容放电，其电流从Vout点流入VB点。随着vout继续下降，在vout-vinn小于第一PMOS管MP1的阈值电压的时刻，第一NMOS管MN1进入工作状态。

当vout电压过低时，在vout<VB这一时刻，第一PMOS管MP1发生源漏互换(在pmos管中的源极和漏极，哪端电压高，那端即为源极)，在vinn–VB大于第一PMOS管MP1阈值电压的时刻，第一PMOS管MP1进入工作状态，其会使电流从VB点流入输出端vout，使得VB点的电压降低，减小输出端电容的放电电流，从而避免电路发生过冲。

如图3所示，L1表示的是输入端vinn加入的阶跃信号，L3表示没有加入功能电路的电路响应曲线，L2表示加入功能电路之后的电路响应曲线。t1时刻，在电路的输入端vinn加入负阶跃信号，输出开始响应，电路进入摆率增加阶段，随着输出的增大，功能电路退出工作。当输出端电压过低时，功能电路进入过冲保护阶段，消除了过冲。从图中可以看出，加入功能电路后，电路在t2时刻即可稳定，而没有加入功能电路时，电路要在t3时刻才能稳定。因此，功能电路的加入，一方面增大了电路的摆率，另一方面消除了电路的过冲，加快了电路的稳定速度。

需要指出的是，本本实施例中的功能电路不会引入额外的静态电流，同时还能够增强运放的摆率，由于摆率的增强，可以适当减小输出管的尺寸。

功能电路先检测输入和输出两个电压，输入端加入正阶跃信号，当vinn>vout+vthn时，电路进入摆率增强工作状态，增大运放对负载的充电电流。当vinn<vout+vthn时,摆率增强电路退出工作。此时电压会升高，而A点电压会降低，通过功能电路，检测A点和输出点电压，当vout大于va-vthn时，功能电路进入工作状态，其会将电流从vout点反流入A点，使得vout点不至于太高，从而减小过冲。

输入端加入负阶跃信号，当vinn<vout-|vthp|时(vthp为第一PMOS管MP1的阈值电压)，摆率增强电路进入工作状态，增大运放对负载的放电电流。当vout-|vthp|<vinn时，检测电路将退出工作状态，此时vout点电压会降低，而B点会上升，当vout点和B点的差值达到一定程度时，检测二电路进入工作状态，使的vout电压不至于太低，从而减小过冲。

由上述实施例可知，本申请实施例提供了一种运算放大器，包括：差分输入端，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端；输入级，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接；输出级，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，所述功能电路包括第一NMOS管和第一PMOS管，所述第一NMOS管和第一PMOS管电连接，当输出端电压发生过冲时，所述功能电路对输出级电压进行控制，减小了运算放大器的过冲电压，减少了运放电路的稳定时间。

与上述实施例提供的一种运算放大器的实施例相对应，本申请还提供了一种运放电路的实施例，如图4所示，所述运放电路包括电阻元件、电容元件和多个运算放大器。

所述电阻元件包括一个或多个功能电阻，且不同的功能电阻根据运放电路需要实现的功能可以灵活选择确定。所述电容元件包括一个或多个电容，所述电容可以实现充放电或隔除噪声信号的功能。

启动运放电路时，电阻元件、电容元件和运算放大器进入工作状态，当输入正阶跃信号，输出端电压增加，输出端电压发生过冲时所述运算放大器中的功能电路控制运算放大器输出级的输出电流方向，减小运算放大器的输出电压，进而减小了运算放大器的过冲电压，减少了运放电路的稳定时间，从而保证了运放电路可以正常运行。

与上述实施例相对应，本申请还提供了一种驱动芯片的实施例，参见图5，

功能芯片100包括运放电路101、微处理器102和存储器103，运放电路101与微处理器102电连接，微处理器102与存储器103通信连接，存储器103可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘

微处理器102内部设置有微存储器，用于存储程序，程序可以包括程序代码，程序代码包括计算机操作指令。微存储器可能包含随机存取存储器(random access memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。图中仅示出了一个处理器，当然，微存储器也可以根据需要，为多个微处理器。微处理器，用于读取存储器中存储的程序代码。

功能芯片100启动时，所述运放电路101用于保证驱动芯片的正常运行，所述运放电路101中的运算放大器设置有功能电路，所述功能电路用于当运放电路中的运算放大器输出端电压发生过冲时，所述功能电路对输出级电压进行控制，减小了运算放大器的过冲电压，减少了运放电路的稳定时间，保证了驱动芯片正常运行。

本申请提供的功能芯片包括LCD驱动芯片，但不限于LCD驱动芯片一种，也可以是其他类型的驱动芯片，在此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本申请说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于驱动芯片及运放电路实施例而言，由于其中的运算放大器的基本相似于运算放大器的实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见上运算放大器实施例中的说明即可。

以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (6)

1.一种运算放大器，其特征在于，包括：

差分输入端，所述差分输入端包括第一输入端和第二输入端；

输入级，所述第一输入端和所述第二输入端均与所述输入级的输入端电连接；

输出级，所述输出级与所述输入级的输出端电连接，所述输出级设置有一功能电路，当输入正阶跃信号或负阶跃信号时，所述功能电路控制输出级的输出电流方向，减小运算放大器的输出电压，所述功能电路包括第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和第二晶体管电连接，所述功能电路对输出级电压进行控制。

2.根据权利要求1所述的运算放大器，其特征在于，所述第一晶体管为第一NMOS管，所述第二晶体管为第一PMOS管，所述输出级还包括第二NMOS管和第二PMOS管，所述第二NMOS管的源极接地，第二NMOS管的栅极与所述第一PMOS管的漏极电连接，第二NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的漏极电连接；

所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极电连接，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极电连接，所述第一NMOS管的漏极与所述第二PMOS管的栅极电连接，所述第二PMOS管的源极连接电源信号。

3.根据权利要求2所述的运算放大器，其特征在于，所述第一PMOS管的源极和所述第一NMOS管的源极与输出级的输出端电连接，所述第一PMOS管的栅极和所述第一NMOS管的栅极与所述差分输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的运算放大器，其特征在于，所述输出端连接一电容，所述电容的第一端连接所述输出端，所述电容的第二端接地。

5.根据权利要求4所述的运算放大器，其特征在于，所述功能电路还用于检测在阶跃响应时，运算放大器是否发生过冲。

6.根据权利要求5所述的运算放大器，其特征在于，

当输入信号为正阶跃信号且输入电压与输出电压的差值大于所述第一NMOS管的阈值电压时，所述第一NMOS管工作；

或者，

当输入信号为负阶跃信号且输出电压与输入电压的差值大于所述第一PMOS管的阈值电压时，所述第一PMOS管工作。

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