CN113676141B - 低功耗通道运算放大器电路及运算放大器的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低功耗通道运算放大器电路，包括输入级电路、输出级电路、电压调整电路及侦测电路。输出级电路包括第一及第二晶体管。第一及第二晶体管串接于工作电压与接地电压之间。输入级电路耦接第一及第二晶体管的栅极，且接收输入电压及输出电压并输出第一及第二栅极控制电压至第一及第二晶体管的栅极。电压调整电路包括第三及第四晶体管。第三晶体管耦接于工作电压与第二栅极控制电压之间。第四晶体管耦接于第一栅极控制电压与接地电压之间。侦测电路侦测输入电压及输出电压并选择性地控制第三及第四晶体管的操作来调整第一或第二栅极控制电压。本发明提出一种低功耗通道运算放大器电路能够有效降低稳态电流，节省功耗。

Description

低功耗通道运算放大器电路及运算放大器的控制方法

技术领域

本发明系与运算放大器有关，特别是关于一种能够有效降低稳态电流(Steadycurrent)以节省功耗(Power consumption)的通道运算放大器(Channel operationalamplifier, CHOP)电路及运算放大器的控制方法。

背景技术

请参照图1，图1绘示传统的通道运算放大器电路的示意图。如图1所示，传统的通道运算放大器电路1包括输入级(Input stage)电路INS及输出级(Output stage)电路OS。输入级电路INS包括差动运算放大器OP。输出级电路OS包括两个驱动晶体管：第一晶体管M1及第二晶体管M2。第一晶体管M1与第二晶体管M2串接于工作电压AVDD与接地电压GND之间。第一晶体管M1与第二晶体管M2之间的接点具有输出电压VOUT。差动运算放大器OP的正输入端+接收输入电压VIN且其负输入端-接收输出电压VOUT。差动运算放大器OP的第一输出端提供第一栅极控制电压VP至第一晶体管M1的栅极且其第二输出端提供第二栅极控制电压VN至第二晶体管M2的栅极。

亦请参照图2，当传统的通道运算放大器电路1应用于源极驱动电路时，在对显示面板的像素进行充电的情况下，第一栅极控制电压VP及第二栅极控制电压VN会被拉低(pulled low)，以产生从第一晶体管M1至像素的充电电流，在放电的情况下反之亦然。在稳态下，第一栅极控制电压VP会被拉高(pulled high)，以减少充电电流而稳定下来，但第二栅极控制电压VN仍维持于低电位。

然而，第一栅极控制电压VP的电位在充电阶段不够低，反之亦然。因此，在充电状态下，输出级电路OS的第一晶体管M1的宽度需够大，才能提供足够的电流对显示面板之像素充电。然而，一旦第一晶体管M1的宽度增大，亦会相对应使得在稳态下流经第一晶体管M1的稳态电流I1增大，导致功耗增加，亟待改善。

发明内容

因此，本发明提出一种能够有效降低稳态电流以节省功耗的通道运算放大器电路，以解决先前技术所遭遇到的问题。

本发明之一较佳具体实施例为一种低功耗通道运算放大器电路。于此实施例中，通道运算放大器电路包括输入级电路、输出级电路、电压调整电路及侦测电路。输出级电路包括第一晶体管及第二晶体管。第一晶体管与第二晶体管串接于工作电压与接地电压之间。输入级电路耦接第一晶体管的栅极及第二晶体管的栅极，用以接收输入电压及输出电压并分别输出第一栅极控制电压及第二栅极控制电压至第一晶体管及第二晶体管的栅极。电压调整电路包括第三晶体管及第四晶体管，第三晶体管耦接于工作电压与第二栅极控制电压之间。第四晶体管耦接于第一栅极控制电压与接地电压之间。侦测电路耦接于输入级电路与电压调整电路之间，用以侦测输入电压及输出电压并选择性地控制第三晶体管及第四晶体管的操作来调整第一栅极控制电压或第二栅极控制电压。

于一实施例中，当侦测电路控制第四晶体管导通(Turn-on)时，第一栅极控制电压被调整至接地电压。

于一实施例中，当通道运算放大器电路应用于源极驱动电路来驱动显示面板时，第一晶体管的栅极受控于被调整至接地电压的第一栅极控制电压而增大其输出电流来对显示面板之像素充电，使得第一晶体管所需的宽度变小，在稳态下流经第一晶体管的稳态电流下降，以节省功耗。

于一实施例中，当侦测电路控制第三晶体管导通时，第二栅极控制电压被调整至工作电压。

于一实施例中，当通道运算放大器电路应用于源极驱动电路来驱动显示面板时，第二晶体管的栅极受控于被调整至工作电压的第二栅极控制电压而增大其输出电流来对显示面板之像素放电，使得第二晶体管所需的宽度变小，在稳态下流经第二晶体管的稳态电流下降，以节省功耗。

于一实施例中，侦测电路包括比较器及控制单元。比较器用以比较输入电压及输出电压以产生比较结果。控制单元分别耦接比较器、第三晶体管的栅极及第四晶体管的栅极，用以根据比较结果选择性地控制第三晶体管或第四晶体管的操作。

于一实施例中，当比较结果为输入电压与输出电压的差距过大时，控制单元会选择性地控制第三晶体管或第四晶体管导通。

于一实施例中，第一晶体管为P型晶体管且第二晶体管为N型晶体管。

于一实施例中，第三晶体管为P型晶体管且第四晶体管为N型晶体管。

于一实施例中，输出电压系由第一晶体管与第二晶体管之间的接点所提供。

相较于先前技术，本发明的通道运算放大器电路能够透过在充/放电期间动态调整栅极控制电压的电位来控制驱动晶体管增大其提供的充/放电电流以相对应减少驱动晶体管所需的宽度，借以降低在稳态下流经驱动晶体管的稳态电流，故能达到节省功耗之效果。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1绘示传统的通道运算放大器(CHOP)电路1的示意图。

图2绘示传统的通道运算放大器电路的输入电压VIN、输出电压VOUT、第一栅极控制电压VP及第二栅极控制电压VN的时序图。

图3绘示本发明之一具体实施例中之低功耗通道运算放大器电路3的示意图。

图4绘示在稳态下本发明的通道运算放大器电路3所产生的稳态电流I2小于传统的通道运算放大器电路1所产生的稳态电流I1的示意图。

图中：

1…通道运算放大器电路

INS…输入级电路

OS…输出级电路

OP…差动运算放大器

M1…第一晶体管

M2…第二晶体管

VIN…输入电压

VOUT…输出电压

AVDD…工作电压

GND…接地电压

VP…第一栅极控制电压

VN…第二栅极控制电压

I1…稳态电流

3…通道运算放大器电路

30…侦测电路

32…电压调整电路

301…比较器

302…控制单元

MS1…第三晶体管

MS2…第四晶体管

I2…稳态电流

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明之一较佳具体实施例为低功耗通道运算放大器电路。于此实施例中，通道运算放大器电路可应用于显示装置的源极驱动电路并透过资料线耦接至显示面板，以驱动显示面板上之像素，但不以此为限。

请参照图3，图3绘示此实施例中之低功耗通道运算放大器电路3的示意图。如图3所示，通道运算放大器电路3包括输入级电路INS、输出级电路OS、侦测电路30及电压调整电路32。

输出级电路OS包括第一晶体管M1及第二晶体管M2。第一晶体管M1与第二晶体管M2串接于工作电压AVDD与接地电压GND之间且第一晶体管M1为P型晶体管且第二晶体管M2为N型晶体管，但不以此为限。第一晶体管M1与第二晶体管M2之间的接点提供输出电压VOUT。

输入级电路INS分别耦接第一晶体管M1及第二晶体管M2的栅极。输入级电路INS分别接收输入电压VIN及输出电压VOUT，并输出第一栅极控制电压VP至第一晶体管M1的栅极且输出第二栅极控制电压VN至第二晶体管M2的栅极。输入级电路INS包括差动运算放大器OP，其两输入端分别接收输入电压VIN及输出电压VOUT且其两输出端分别输出第一栅极控制电压VP及第二栅极控制电压VN。

电压调整电路32包括第三晶体管MS1及第四晶体管MS2，且第三晶体管MS1为P型晶体管且第四晶体管MS2为N型晶体管。第三晶体管MS1耦接于工作电压AVDD与第二栅极控制电压VN之间。第四晶体管MS2耦接于第一栅极控制电压VP与接地电压GND之间。

侦测电路30耦接于输入级电路INS与电压调整电路32之间，用以侦测输入电压VIN及输出电压VOUT并选择性地控制第三晶体管MS1及第四晶体管MS2的操作来调整第一栅极控制电压VP或第二栅极控制电压VN。需说明的是，侦测电路30可包括比较器301及控制单元302。比较器301用以比较输入电压VIN及输出电压VOUT以产生比较结果。控制单元302分别耦接第三晶体管MS1的栅极及第四晶体管MS2的栅极，用以根据输入电压VIN及输出电压VOUT的比较结果选择性地控制第三晶体管MS1及第四晶体管MS2的操作来调整第一栅极控制电压VP或第二栅极控制电压VN。

于实际应用中，当输入电压VIN及输出电压VOUT的比较结果为输入电压VIN与输出电压VOUT的差距过大时，控制单元302会选择性地控制第三晶体管MS1或第四晶体管MS2导通。

若以充电状态为例，控制单元302会控制第四晶体管MS2导通并控制第三晶体管MS1关闭，使得控制第一晶体管M1的第一栅极控制电压VP被拉低至接地电压GND。因此，相较于先前技术，本发明的第一晶体管M1的栅极电压更低而可提供更多的电流对显示面板之像素充电，故本发明的第一晶体管M1仅需较小的宽度即可提供与先前技术相同的充电电流。

在稳态时，第四晶体管MS2会关闭，第一栅极控制电压VP会拉高，但第一晶体管M1不会完全关闭。在提供相同的充电电流的情况下，本发明的第一晶体管M1所需的宽度小于先前技术的第一晶体管M1所需的宽度，所以流经本发明的第一晶体管M1的稳态电流I2亦会低于流经先前技术的第一晶体管M1的稳态电流I1(如图4所示)，借以达到节省功耗之效果。

反之，在放电状态下，控制单元302会控制第三晶体管MS1导通并控制第四晶体管MS2关闭，使得控制第二晶体管M2的第二栅极控制电压VN被拉升至工作电压AVDD。其余可依此类推，于此不另行赘述。

相较于先前技术，本发明的通道运算放大器电路能够透过在充/放电期间动态调整栅极控制电压的电位来控制驱动晶体管增大其提供的充/放电电流以相对应减少驱动晶体管所需的宽度，借以降低在稳态下流经驱动晶体管的稳态电流，故能达到节省功耗之效果。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (5)

1.一种运算放大器的控制方法，其特征在于：包括：

输出级电路，包括第一晶体管及第二晶体管，所述第一晶体管与所述第二晶体管串接于工作电压与接地电压之间；

输入级电路，耦接所述第一晶体管的栅极及所述第二晶体管的栅极，用以接收输入电压及输出电压并分别输出第一栅极控制电压及第二栅极控制电压至所述第一晶体管及所述第二晶体管的栅极；

电压调整电路，包括第三晶体管及第四晶体管，所述第三晶体管耦接于所述工作电压与所述第二栅极控制电压之间，所述第四晶体管耦接于所述第一栅极控制电压与所述接地电压之间；以及

侦测电路，耦接于所述输入级电路与所述电压调整电路之间；

所述侦测电路用以侦测所述输入电压及所述输出电压并选择性地控制所述第三晶体管及所述第四晶体管的操作来调整所述第一栅极控制电压或所述第二栅极控制电压；

当所述侦测电路控制所述第四晶体管导通时，所述第一栅极控制电压被调整至所述接地电压；

当所述侦测电路控制所述第三晶体管导通时，所述第二栅极控制电压被调整至所述工作电压；

所述侦测电路包括：

比较器，用以比较所述输入电压及所述输出电压以产生比较结果；以及

控制单元，分别耦接所述比较器、所述第三晶体管的栅极及所述第四晶体管的栅极，用以根据所述比较结果选择性地控制所述第三晶体管或所述第四晶体管的操作；

当所述比较结果为所述输入电压与所述输出电压有差距时，所述控制单元会选择性地控制所述第三晶体管或所述第四晶体管导通。

2.如权利要求1所述的运算放大器的控制方法，其特征在于：所述第一晶体管为P型晶体管且所述第二晶体管为N型晶体管，所述第三晶体管为P型晶体管且所述第四晶体管为N型晶体管。

3.如权利要求1所述的运算放大器的控制方法，其特征在于：所述输出电压系由所述第一晶体管与所述第二晶体管之间的接点所提供。

4.如权利要求1所述的运算放大器的控制方法，其特征在于：当所述运算放大器电路应用于源极驱动电路来驱动显示面板时，所述第一晶体管的栅极受控于被调整至所述接地电压的所述第一栅极控制电压而增大其输出电流来对所述显示面板的像素充电，使得所述第一晶体管所需的宽度变小，在稳态下流经所述第一晶体管的稳态电流下降。

5.如权利要求1所述的运算放大器的控制方法，其特征在于：当所述运算放大器电路应用于源极驱动电路来驱动显示面板时，所述第二晶体管的栅极受控于被调整至所述工作电压的所述第二栅极控制电压而增大其输出电流来对所述显示面板的像素放电，使得所述第二晶体管所需的宽度变小，在稳态下流经所述第二晶体管的稳态电流下降。

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