[发明专利]电压限制装置及应用其的运算放大器及其电路设计方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种电压限制装置，且特别是有关于一种可降低运算放大器(Operational Amplifier)中晶体管的基板(Substrate)电流及其产生的不良效应的电压限制装置。

背景技术

液晶显示器包括源极驱动器(Source Driver)、栅极驱动器(GateDriver)及液晶显示面板，其中液晶显示面板中具有像素数组，而源极驱动器用以提供像素数据至像素数组中，配合栅极驱动器依序开启像素数组中对应的像素列而显示出欲显示的图像。请参照图1，其示出了运算放大器中晶体管的基板电流与其偏压的曲线图。传统技术多以运算放大器(Operational Amplifier)实现源极驱动器的输出缓冲器，部分的晶体管(Transistor)会因栅极(Gate)与源极(Source)的偏压及漏极(Drain)与源极的偏压产生较大的基板(Substrate)电流及热电子(Hot Electrons)。

部分的热电子会流向晶体管的栅极并困在栅极氧化层(GateOxide)中，导致晶体管的临界电压(Threshold voltage)、饱和电流及特性随着使用时间而改变，最终使其产生误操作(Malfunction)，使得传统运算放大器与应用其的源极驱动器还具有产品寿命较短的缺点。

较高的基板电流亦会提高传统运算放大器与应用其的源极驱动器的直流工作电流，进而使传统运算放大器及应用其的源极驱动器具有耗电量较高的缺点；而若将其应用在便携式(Portable，或手提式)产品上，更将导致便携式产品的续航力较差的缺点。

较高的基板电流更可能导致基板电压不断提升而使其中的寄生晶体管被顺向导通，发生闭锁(Latchup)效应或急速返回(Snapback)效应而造成更大的基板电流及热电子，使上述缺点更加地严重。

发明内容

本发明有关于一种电压限制装置及应用其的运算放大器(Operational Amplifier)，可有效地改善传统运算放大器基板(Substrate)电流较高、热电子(Hot Electrons)、闭锁(Latchup)及急速返回(Snapback)等效应较严重、传统运算放大器寿命较短及耗电量较高的缺点，而实质上可降低上述因基板电流较高导致电路中的不良效应，并可使应用其的运算放大器及模拟电路具有寿命较长、耗电量较低而应用其的便携式(Portable)装置续航力较佳的优点。

根据本发明提出一种电压限制装置，应用于运算放大器中，其包括第一晶体管，栅极(Gate)与源极(Source)的跨压接近特定电压且漏极(Drain)与源极的跨压不等于零，而导致较大的基板(Substrate)电流。电压限制装置包括第二晶体管，源极与第一晶体管的漏极耦接，栅极接收偏压信号使第二晶体管操作于饱和区(Saturation Region)，并使第二晶体管的源极电压等于偏压信号与第二晶体管临界电压(Threshold Voltage)的差。如此，通过降低第一晶体管的漏极与源极的跨压，以降低基板电流。

根据本发明提出一种运算放大器，其中包括输入级电路及输出级电路。输入级电路用以接收差动信号，并据以产生中间信号。输出级电路响应于中间信号来产生输出信号，输出级电路包括第一及第二晶体管。第一晶体管的栅极与源极的跨压接近特定电压且漏极与源极的跨压不等于零，而导致较大的基板电流。第二晶体管的源极与第一晶体管的漏极耦接，栅极接收偏压信号使第二晶体管操作于饱和区，并使第二晶体管的源极电压等于偏压信号与第二晶体管临界电压的差。如此，通过低第一晶体管的漏极与源极的跨压，降低第一晶体管的基板电流。

根据本发明提出一种运算放大器的电路设计方法，包括下列的步骤。首先，提供运算放大器，包括输出电路，其中具有第一晶体管。第一晶体管的栅极与源极的跨压接近一特定电压，漏极与源极的跨压不等于零而产生基板电流。接着，设置第二晶体管于运算放大器中，第二晶体管的源极与第一晶体管的漏极耦接。之后，提供偏压信号至第二晶体管的栅极来偏压第二晶体管于饱和区，并使第二晶体管的源极电压等于偏压信号与第二晶体管临界电压的差。如此，通过降低第一晶体管的漏极与源极的跨压，降低第一晶体管的基板电流。

为让本发明的上述内容能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：

附图说明

图1示出了运算放大器中晶体管的基板电流与其偏压的曲线图。

图2示出依照本发明第一实施例的运算放大器的电路图。

图3示出依照本实施例的运算放大器的电路设计方法的流程图。