[发明专利]可动态地进行加速的运算放大器与相关方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种运算放大器，特别涉及一种可动态地进行加速的运算放大器。

背景技术

运算放大器(operational amplifier)是一个常用的电路组件。根据其应用，运算放大器常需要满足一些设计需求，例如：直流增益(DC gain)、单位增益带宽(unit-gain bandwidth)、相位余裕(phase margin)、转换率(slew rate)等等。运算放大器使用在闭环时，整体电路的准确性与线性度由直流增益所决定；整体电路的处理速度由单位增益带宽或转换率所决定；整体电路的稳定度则由相位余裕所决定。设计一个具有高单位增益带宽及/或高转换率的高直流增益放大器时，若要使其另具有够好的相位余裕是十分困难的。而为了确保具有不错的稳定度，补偿技术便经常应用于运算放大器中，然而，使用补偿却会造成单位增益带宽及/或转换率的降低。

切换式电容电路(switch-capacitor circuit)为运算放大器的应用电路。。图1显示一种现有切换式电容电路100的电路示意图。在取样模式中，输入电压VIN被取样至一取样电容C1(如图1中图(A)所示)；在电荷转移模式中，经由一运算放大器110，将存储在取样电容C1中的电荷转移至一积分电容C2上(如图1中图(B)所示)。运算放大器110的连接方式对应一反向放大组态，请参阅图1。当切换式电容电路进入电荷转移模式之后，输出电压VOUT最后将会变成VINxC1/C2。虽然图1中图B所示的切换式电容电路100为单端电路，然而，亦可以差动电路的架构来加以实作。

图1的图(B)所示的切换式电容电路100的输出电压在电荷转移模式下的波形显示于图2的图(A)中。在此，电荷转移模式开始于时间为0时，而取样电容C1所存储的电荷便开始转移至积分电容C2，因此输出电压VOUT(其是一负载电容CL两端的跨压)便逐渐地增加且最后会达到电压值VINxC1/C2。由于运算放大器110本身的有限驱动能力，电荷转移的操作过程实际上可进一步地区分为两个模式：转换模式(slewing phase)与线性稳定模式(linearsettling phase)。在一开始时，无论运算放大器110的差动输入电压有多大，输出电压VOUT都是随着时间而线性地增加，而在输出电压VOUT随着时间线性地增加的过程中，运算放大器110可说是以其最大驱动能力而正在进行转换/驱动，而当输出电压VOUT接近最终的电压值VINxC1/C2时(图2中以t_s来标示此一时间点)，运算放大器110便不再需要以其最大驱动能力来运作，因此，运算放大器110便进入线性稳定模式，而相较于转换模式，输出电压VOUT在线性稳定模式下便以较慢的速度来逐渐增加。

图2的图(B)显示出流经积分电容C2的电流IC2的波形。在转换模式中，电流IC2对应于由运算放大器110本身最大驱动能力所决定的一个固定电流值IC2MAX，之后，在进入线性稳定模式时，电流IC2便呈现指数衰减而逐渐降低为零，而在时间点t_s时，电流IC2由原本所具有的固定电流值IC2MAX平滑地切换至进行指数衰减。切换式电容电路100的目的在于将电荷由取样电容C1转移至积分电容C2，而相较于线性稳定模式，切换式电容电路100在转换模式下具有较大的电流IC2，因此在转换模式可较有效率地进行电荷的转移。然而，在现有技术中，切换式电容电路在电荷转移模式下经常耗费相当多的时间来完成转换模式与线性稳定模式的操作，所以，便需要够大的转换率与够大的单位增益带宽以便达到所要的整体操作时间要求，但是如上所述，在确保可具有不错的稳定度下，若要同时具有高单位增益带宽与高转换率是十分不容易的。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种运算放大器，其驱动能力是可调的且可动态地进行控制。

本发明的目的之一在于提供一种可同时具有高单位增益带宽与高转换率的运算放大器。

根据本发明的实施例，其揭露一种运算放大器，包含：一可调整核心电路，具有对应不同驱动能力的多个组态设定；以及一组态控制电路，用以接收来自该可调整核心电路中至少一节点的一节点信号，并依据该节点信号产生一控制信号以自该多个组态设定选择一组态设定。

根据本发明的实施例，其揭露一种控制一运算放大器的方法，该运算放大器具有对应不同驱动能力的多个组态设定，该方法包含：自该运算放大器中至少一节点接收一节点信号；以及依据该节点信号来自该多个组态设定中选择一组态设定。

附图说明