CN113708728B - 自动降低稳态电流的通道运算放大器电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，包括输入级电路、输出级电路及辅助输出级电路，输出级电路包括第一MOS管及第二MOS管。辅助输出级电路包括第一二极管、第三MOS管、第四MOS管及第二二极管，输出级电路及辅助输出级电路均与输入级电路电连接，输入级电路接收输入电压及输出电压并输出第一栅极控制电压至第一MOS管及第三MOS管的栅极，输出第二栅极控制电压至第二MOS管及第四MOS管的栅极，于稳态下，第三MOS管与第四MOS管完全关闭且流经第一MOS管及第二MOS管的稳态电流变小。本发明自动降低稳态电流的通道运算放大器电路在满足所需的充放电之安定时间的驱动MOS管总宽度的情况下，能够有效降低在稳态下之稳态电流。

Description

自动降低稳态电流的通道运算放大器电路

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自动降低操作于稳态(Steadystate)下所产生之稳态电流(Steady current)的通道运算放大器(Channel operationalamplifier, CHOP)电路。

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，通道运算放大器电路1包括输入级(Input stage)电路INS及输出级电路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MOS管：第一MOS管M1及第二MOS管M2。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MOS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MOS管M2的栅极。第一MOS管M1与第二MOS管M2串接于工作电压AVDD与接地端GND之间。第一MOS管M1与第二MOS管M2之间的接点具有输出电压VOUT。

亦请参照图2，当通道运算放大器电路1应用于源极驱动电路时，在以大电压摆幅(Voltage swing)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MOS管M1至像素的最大充电电流，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仍维持于低位准。

然而，在稳态下，第一栅极控制电压VP与第二栅极控制电压VN的值无法关闭第一MOS管M1及第二MOS管M2，因而如图1所示产生流经第一MOS管M1及第二MOS管M2的稳态电流I。

当通道运算放大器电路1应用于源极驱动电路时，由于驱动IC的峰值电流(Peakcurrent)会出现在输出电压VOUT的摆幅(swing)较大的情况下，因此，输出级电路OS中之第一MOS管M1与第二MOS管M2的总宽度需够大，以缩短充/放电所需的安定时间(Settlingtime)。然而，一旦通道运算放大器电路1所需的驱动MOS管总宽度变大，亦使得其产生的峰值电流及稳态电流I随之变大，亟待改善。

发明内容

因此，本发明提出一种自动降低稳态电流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自动降低稳态电流的通道运算放大器电路。于此实施例中，一种自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，包括：输出级电路，包括第一MOS管及第二MOS管，所述第一MOS管的源极与工作电压电连接，所述第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极电连接，所述第二MOS管的源极与接地端电连接；辅助输出级电路，包括第一二极管、第三MOS管、第四MOS管及第二二极管，所述第一二极管的正极与所述工作电压电连接，所述第一二极管的阴极与所述第三MOS管的源极电连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极电连接，所述第四MOS管的源极与所述第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的阴极与所述接地端电连接；第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极之间的节点和第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极之间的节点电连接形成一电压输出端VOUT；以及输入级电路，包括运算放大器，所述运算放大器具有正输入端、负输入端、第一输出端及第二输出端，所述正输入端与输入电压VIN电连接，所述负输入端与所述电压输出端VOUT电连接，所述第一MOS管的栅极和所述第三MOS管的栅极均与所述第一输出端电连接，所述第二MOS管的栅极和所述第四MOS管的栅极均与所述第二输出端电连接，所述正输入端用以接收输入电压，所述负输入端用以接收输出电压，所述第一输出端用以输出第一栅极控制电压至所述第一MOS管及所述第三MOS管的栅极，所述第二输出端用以输出第二栅极控制电压至所述第二MOS管及所述第四MOS管的栅极；所述第一MOS管及所述第三MOS管为P型MOS管且所述第二MOS管及所述第四MOS管为N型MOS管；所述通道运算放大器电路所需的P型驱动MOS管总宽度等于所述第一MOS管的宽度与所述第三MOS管的宽度之总和且所述通道运算放大器电路所需的N型驱动MOS管总宽度等于所述第二MOS管的宽度与所述第四MOS管的宽度之总和；其中，当所述通道运算放大器电路操作于稳态下，所述第三MOS管与所述第四MOS管完全关闭且流经所述第一MOS管及所述第二MOS管的稳态电流变小。

进一步，具体地，当所述通道运算放大器电路应用于源极驱动电路驱动显示面板时，所述通道运算放大器电路对所述显示面板之像素充/放电所需的安定时间系对应于所述通道运算放大器电路所需的驱动MOS管总宽度。

进一步，具体地，当所述通道运算放大器电路操作于稳态下，所述第一栅极控制电压拉高且所述第二栅极控制电压维持低电位，所述第一MOS管及所述第二MOS管均为部分关闭而使所述稳态电流流经所述第一MOS管及所述第二MOS管。

进一步，具体地，当所述通道运算放大器电路操作于充电状态下，所述第一栅极控制电压拉低以启动所述第一MOS管及所述第三MOS管来充电，且所述第二栅极控制电压维持低电位，所述第二MOS管为部分关闭且所述第四MOS管为完全关闭。

进一步，具体地，所述第一MOS管的宽度、所述第二MOS管的宽度、所述第三MOS管的宽度及所述第四MOS管的宽度彼此相等。

进一步，具体地，所述第一MOS管的宽度、所述第二MOS管的宽度、所述第三MOS管的宽度及所述第四MOS管的宽度中之至少一者不同。

进一步，具体地，所述稳态电流的大小系与所述第一MOS管的宽度及所述第二MOS管的宽度有关。

相较于先前技术，在满足所需的充放电之安定时间的驱动MOS管总宽度的情况下，本发明的通道运算放大器电路能够透过额外设置辅助输出级电路来将驱动MOS管总宽度拆分为两部分，在充/放电时可以启用两部分的驱动MOS管，在稳态时则关掉一部分的驱动MOS管，借以在不影响其充/放电效能的前提下达到降低稳态电流的效果。

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自动降低稳态电流的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所产生的稳态电流IA低于先前技术所产生的稳态电流I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MOS管

M2…第二MOS管

VIN…输入电压

VOUT…输出电压

AVDD…工作电压

GND…接地端

VP…第一栅极控制电压

VN…第二栅极控制电压

I…稳态电流

3…通道运算放大器电路

30…辅助输出级电路

M1A…第一MOS管

M2A…第二MOS管

M1B…第三MOS管

M2B…第四MOS管

D1…第一二极管

D2…第二二极管

IA…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一种自动降低稳态电流的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绘示此实施例中之自动降低稳态电流的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及辅助输出级电路30。

输出级电路OS包括第一MOS管M1A及第二MOS管M2A，第一MOS管M1A的源极与工作电压电连接，第一MOS管M1A的漏极与第二MOS管M2A的漏极电连接，第二MOS管M2A的源极与接地端电连接，且第一MOS管M1A为P型MOS管且第二MOS管M2A为N型MOS管，但不以此为限。

辅助输出级电路30包括第一二极管D1、第三MOS管M1B、第四MOS管M2B及第二二极管D2。第一二极管D1的正极与工作电压电连接，第一二极管D1的阴极与第三MOS管M1B的源极电连接，第三MOS管M1B的漏极与第四MOS管M2B的漏极电连接，第四MOS管M2B的源极与第二二极管D2的正极电连接，第二二极管D2的阴极与接地端电连接；第三MOS管M1B的漏极与第四MOS管M2B的漏极之间的节点以及第一MOS管M1A的漏极与第二MOS管M2A的漏极之间的节点电连接形成一电压输出端VOUT，以提供输出电压VOUT，且第三MOS管M1B为P型MOS管且第四MOS管M2B为N型MOS管，但不以此为限。

输入级电路INS包括差动运算放大器OP，其中，运算放大器具有正输入端、负输入端、第一输出端VP及第二输出端VN，具体的，正输入端与输入电压VIN电连接，负输入端与电压输出端VOUT电连接，第一MOS管M1A的栅极和第三MOS管M1B的栅极均与第一输出端VP电连接，第二MOS管M2A的栅极和第四MOS管M2B的栅极均与第二输出端VN电连接，正输入端用以接收输入电压，负输入端用以接收输出电压，第一输出端VP用以输出第一栅极控制电压至第一MOS管M1A及第三MOS管M1B的栅极，第二输出端VN用以输出第二栅极控制电压至第二MOS管M2A及第四MOS管M2B的栅极；

需说明的是，由于输出级电路OS包括两个驱动MOS管(亦即第一MOS管M1A及第二MOS管M2A)且辅助输出级电路30包括两个驱动MOS管(亦即第三MOS管M1B及第四MOS管M2B)，因此，本发明的通道运算放大器电路3共包括四个驱动MOS管。

当本发明的通道运算放大器电路3应用于源极驱动电路驱动显示面板时，为了满足对显示面板之像素进行充/放电所需的安定时间(Settling time)，通道运算放大器电路3需要足够的驱动MOS管总宽度。需说明的是，本发明的通道运算放大器电路3可将所需的驱动MOS管总宽度拆分为两部分：输出级电路OS与辅助输出级电路30，亦即将其所需的驱动MOS管总宽度分配给第一MOS管M1A、第二MOS管M2A、第三MOS管M1B及第四MOS管M2B，因此，基于充电与放电两者的驱动MOS管宽度各为独立，本发明的通道运算放大器电路3所需的P型驱动MOS管总宽度会等于第一MOS管M1A的宽度与第三MOS管M1B的宽度之总和且本发明的通道运算放大器电路3所需的N型驱动MOS管总宽度会等于第二MOS管M2A的宽度与第四MOS管M2B的宽度之总和。于实际应用中，第一MOS管M1A的宽度、第二MOS管M2A的宽度、第三MOS管M1B的宽度及第四MOS管M2B的宽度可彼此相等或其中至少一者不同。

亦请参照图2，当本发明的通道运算放大器电路3应用于源极驱动电路时，在本发明的通道运算放大器电路3对显示面板的像素充电时，第一栅极控制电压VP会拉低(pulledlow)以启动输出级电路OS中之第一MOS管M1A与辅助输出级电路30中之第三MOS管M1B来充电，此时第二栅极控制电压VN则维持低电位，输出级电路OS中之第二MOS管M2A部分关闭(不完全关闭)，但辅助输出级电路30中之第四MOS管M2B由于其启动电压高于第二MOS管M2A(因为加入第二二极管D2于第四MOS管M2B与接地端GND之间的缘故)而会完全关闭，在放电的情况下反之亦然。

在稳态下，第一栅极控制电压VP会拉高(pulled high)而回复至高电位，此时输出级电路OS中之第一MOS管M1A部分关闭(不完全关闭)，但辅助输出级电路30中之第三MOS管M1B由于其启动电压高于第一MOS管M1A(因为加入第一二极管D1于第三MOS管M1B与工作电压AVDD之间的缘故)而会完全关闭，此时第二栅极控制电压VN则维持低电位，输出级电路OS中之第二MOS管M2A与输出级电路30中之第四MOS管M2B仍分别维持部分关闭(不完全关闭)及完全关闭的状态。由于输出级电路OS中之第一MOS管M1A及第二MOS管M2A均为部分关闭(不完全关闭)，所以会从工作电压AVDD产生流经第一MOS管M1A及第二MOS管M2A的稳态电流IA且稳态电流IA的大小会与第一MOS管M1A的宽度及第二MOS管M2A的宽度有关。

换言之，由于本发明的通道运算放大器电路3可将满足充/放电之安定时间所需的驱动MOS管总宽度拆分为输出级电路OS与辅助输出级电路30两部分，在对显示面板之像素充/放电时可同时启用输出级电路OS与辅助输出级电路30的驱动MOS管，在稳态时则关掉辅助输出级电路30的驱动MOS管，使其输出级电路OS能产生相对较小的稳态电流，故本发明的通道运算放大器电路3可在不影响其充/放电效能的前提下达到降低稳态电流的效果。举例而言，如图4所示，在稳态下，本发明的通道运算放大器电路3所产生的第一稳态电流IA明显小于传统的运算放大器电路1所产生的稳态电流I。

相较于先前技术，在满足所需的充放电之安定时间的驱动MOS管总宽度W的情况下，本发明的通道运算放大器电路3能够透过额外设置辅助输出级电路30来将驱动MOS管总宽度W拆分为两部分，在充/放电时可以启用两部分的驱动MOS管，在稳态时则关掉一部分的驱动MOS管，借以在不影响其充/放电效能的前提下达到降低稳态电流的效果。

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，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：包括：

输出级电路，包括第一MOS管及第二MOS管，所述第一MOS管的源极与工作电压电连接，所述第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极电连接，所述第二MOS管的源极与接地端电连接；

辅助输出级电路，包括第一二极管、第三MOS管、第四MOS管及第二二极管，所述第一二极管的正极与所述工作电压电连接，所述第一二极管的阴极与所述第三MOS管的源极电连接，所述第三MOS管的漏极与所述第四MOS管的漏极电连接，所述第四MOS管的源极与所述第二二极管的正极电连接，所述第二二极管的阴极与所述接地端电连接，第三MOS管的漏极与第四MOS管的漏极之间的节点和第一MOS管的漏极与第二MOS管的漏极之间的节点电连接形成一电压输出端VOUT；以及

输入级电路，包括运算放大器，所述运算放大器具有正输入端、负输入端、第一输出端及第二输出端，所述正输入端与输入电压VIN电连接，所述负输入端与所述电压输出端VOUT电连接，所述第一MOS管的栅极和所述第三MOS管的栅极均与所述第一输出端电连接，所述第二MOS管的栅极和所述第四MOS管的栅极均与所述第二输出端电连接，所述正输入端用以接收输入电压，所述负输入端用以接收输出电压，所述第一输出端用以输出第一栅极控制电压至所述第一MOS管及所述第三MOS管的栅极，所述第二输出端用以输出第二栅极控制电压至所述第二MOS管及所述第四MOS管的栅极；

所述第一MOS管及所述第三MOS管为P型MOS管且所述第二MOS管及所述第四MOS管为N型MOS管；

所述通道运算放大器电路所需的P型驱动MOS管总宽度等于所述第一MOS管的宽度与所述第三MOS管的宽度之总和，且所述通道运算放大器电路所需的N型驱动MOS管总宽度等于所述第二MOS管的宽度与所述第四MOS管的宽度之总和；

其中，当所述通道运算放大器电路操作于稳态下，所述第三MOS管与所述第四MOS管完全关闭且流经所述第一MOS管及所述第二MOS管的稳态电流变小。

2.如权利要求1所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：当所述通道运算放大器电路应用于源极驱动电路驱动显示面板时，所述通道运算放大器电路对所述显示面板之像素充/放电所需的安定时间系对应于所述通道运算放大器电路所需的驱动MOS管总宽度。

3.如权利要求1所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：当所述通道运算放大器电路操作于稳态下，所述第一栅极控制电压拉高且所述第二栅极控制电压维持低电位，所述第一MOS管及所述第二MOS管均为部分关闭而使所述稳态电流流经所述第一MOS管及所述第二MOS管。

4.如权利要求1所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：当所述通道运算放大器电路操作于充电状态下，所述第一栅极控制电压拉低以启动所述第一MOS管及所述第三MOS管来充电，且所述第二栅极控制电压维持低电位，所述第二MOS管为部分关闭且所述第四MOS管为完全关闭。

5.如权利要求2所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：所述第一MOS管的宽度、所述第二MOS管的宽度、所述第三MOS管的宽度及所述第四MOS管的宽度彼此相等。

6.如权利要求2所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：所述第一MOS管的宽度、所述第二MOS管的宽度、所述第三MOS管的宽度及所述第四MOS管的宽度中之至少一者不同。

7.如权利要求2所述的自动降低稳态电流的通道运算放大器电路，其特征在于：所述稳态电流的大小系与所述第一MOS管的宽度及所述第二MOS管的宽度有关。

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