[发明专利]具有高转换率的轨至轨运算放大器

说明书

技术领域

本发明涉及一种轨至轨运算放大器(Rail-to-Rail OperationalAmplifier)，尤其涉及一种具有高转换率的轨至轨运算放大器。

背景技术

图1显示公知的轨至轨运算放大器10的电路图。参照图1，轨至轨运算放大器10具有互补式差分输入级，其由第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2以及第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2所构成。第一P型晶体管PQ1的源极与第二P型晶体管PQ2的源极相互连接。第一P型晶体管PQ1的漏极与第二P型晶体管PQ2的漏极分别连接至加法输出级11。固定的上侧偏置电流源ICH连接于上侧供应电压VH以及第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2相互连接的源极间。第一输入电压Vinp施加至第一P型晶体管PQ1的栅极，而第二输入电压Vinn则施加至第二P型晶体管PQ2的栅极。第一输入电压Vinp减去第二输入电压Vinn所得的电位差可定义成差分电压DV，即DV＝(Vinp-Vinn)。在差分电压DV的控制下，固定的上侧偏置电流源ICH被分割而流经第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2。

第一N型晶体管NQ1的源极与第二N型晶体管NQ2的源极相互连接。第一N型晶体管NQ1的漏极与第二N型晶体管NQ2的漏极分别连接至加法输出级11。固定的下侧偏置电流源ICL连接于第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2相互连接的源极以及下侧供应电压VL间。第一输入电压Vinp施加至第一N型晶体管NQ1的栅极，而第二输入电压Vinn则施加至第二N型晶体管NQ2的栅极。在差分电压DV的控制下，固定的下侧偏置电流源ICL被分割而流经第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2。

加法输出级11用以组合从互补式差分输入级而来的四个电流信号，即分别从晶体管PQ1、PQ2、NQ1、以及NQ2的漏极而来的四个电流信号。最后，加法输出级11将此种电流组合转换成输出电压Vout。

轨至轨运算放大器10的操作方式可依据共模电压VCM的观点而区分为三个范围。在VL＜VCM＜(VL+Vtn)的低范围中(此处Vtn为N型晶体管的导通临界电压)，第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2皆处于不导通状态，因此轨至轨运算放大器10的操作单独由第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2所构成的上侧差分输入对所执行。在(VH-|Vtp|)＜VCM＜VH的高范围中(此处Vtp为P型晶体管的导通临界电压)，第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2皆处于不导通状态，因此轨至轨运算放大器10的操作由第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2所构成的下侧差分输入对所执行。在(VL+Vtn)＜VCM＜(VH-|Vtp|)的中间范围中，因为第一与第二P型晶体管PQ1与PQ2以及第一与第二N型晶体管NQ1与NQ2皆能正常操作，所以轨至轨运算放大器10的操作由上侧差分输入对与下侧差分输入对所共同执行。

轨至轨运算放大器10的优点在于允许共模电压VCM存在于从VL到VH的整个范围内，轨至轨运算放大器10皆能有效地进行操作。在现今电子产品的电源电压愈来愈低的发展趋势中，此项优点促使轨至轨运算放大器的操作范围有效地利用有限的电源电压范围。

另一方面，今日的电子产品也同时被要求尽可能地提高电子数据的传输速度。具体而言，当运算放大器的输入电压Vinp及/或Vinn发生变化时，运算放大器的输出电压Vout会响应于此变化而从原先的状态改变成另一状态。输出电压Vout随着时间的变化率称为“转换率”。转换率愈高，代表运算放大器的操作速度愈快。然而，图1所示的公知的轨至轨运算放大器10并未特别设计成具有比其他类型运算放大器更高的转换率。

因此，期望有人能提供一种具有高转换率的轨至轨运算放大器。

发明内容

鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种具有高转换率的轨至轨运算放大器。