[发明专利]整合运算放大器与补偿整合运算放大器的方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种运算放大器，特别是关于一种整合运算放大器与补偿整合运算放大器的方法。

背景技术

在集成电路上实现低频滤波器的一个常用的方式就是使用具有回授网络(feedback network)的运算放大器，其中回授网络是由电阻与电容所组成。这些型式的滤波器通常被认为是主动RC滤波器。在理想状态下，滤波器的响应只会与电阻值与电容值有关，而且运算放大器的增益足够大，与滤波器的运算频率无关，且在滤波器的频率响应上会有一个无关紧要的影响。

相比之下，要使运算放大器拥有足够大的增益值以及足够大的频宽，以对滤波器频率响应的影响微乎其微，这是比较容易的。而这种微乎其微的影响一般都是以功率消耗为代价。功率消耗也会造成过量的热能产生，而且在以电池供电的手持式装置上，如移动电话，过大的电流消耗会降低到下次充电时的可使用的时间。当单位增益频宽(unity gain bandwidth)下降，会导致实际的频率响应比理想的频率响应发生更多的突波(peak)以及涟波(ripple)。

发明内容

本发明的一个目的为提供一种整合运算放大器(integrated amplifier)，包括一第一增益级(gain stage)，具有一补偿电容，用以驱动一输出级，该输出级用以驱动整合RC负载，且包括用以控制所述第一增益级的互导值的一电路，使得该第一增益级的互导值(transconductance)与该整合RC负载中的电阻的电阻值成反向变化，该补偿电容的电容值与该整合RC负载中的电容的电容值成等比例变化。

本发明的另一个目的为提供一种用以补偿一整合运算放大器的方法，用以抵抗工艺与温度变化，如此所述运算放大器可用于一主动滤波器，其特征在于，所述运算放大器包括一第一级与一输出级，其中所述输出级驱动一RC负载，所述方法包括：在所述第一级的输出端选择补偿电容，使得所述补偿电容的电容值与所述RC负载中的电容的电容值成正比；以及控制所述第一级的互导值，使得所述第一级的互导值与所述RC负载中的电阻的电阻值成反向变化。

因此便可以提供一个运算放大器，且该运算放大器的单位增益频宽可以被降低且不会从一个所希望的滤波器的频率响应上产生显著的误差。滤波器的效能可以因而被改善，通过控制单位增益频宽至接近一个常数值，或是至少可以追踪其他元件的变化。因此，便可显著的降低运算放大器消耗的电流。

运算放大器的特征通常在于在什么频率时，增益值会变为1(unity)也就是所谓的单位增益频宽。运算放大器的单位增益频宽通常会根据晶体管与其他用以设计该运算放大器的元件的特征而变化。就其本身而言，单位增益频宽会因为温度以及工艺的变化而有所变化。一个主动RC滤波器的RC元件值可以被修改，用以补偿放大器在频率响应的单位增益值的有限值(finite value)。然而这样的补偿技术的假设前提是单位增益值与RC元件值是常数，或是可以互相追踪。但在巨大集成电路(monolithic integrated circuits)内都不是主要问题。通常在集成电路制造时的工艺变化可能会导致最后在不同批(batch)元件之间的元件值有10～30％的差异。此外，在一个集成电路内的元件值通常会受到温度的影响，且RC元件对温度的依赖程度以及单位增益值对温度的依赖程度通常是完全不同的。这也造成定义具有足够精确度的RC滤波器元件的元件值来补偿运算放大器降低的单位增益值变得更为困难。

本发明避免了上述问题，因为发明人了解到集成电路内相近元件之间的匹配可以降低运算放大器的单位增益频宽，因为补偿电容的电容值可以被设计为追踪负载电容的变化，而且第一增益级的互导值的变化可以用来补偿负载上电阻值的变化，如此一来，放大器的单位增益频宽便可追踪由RC元件所组成的滤波器的频宽。在滤波器响应的被降低的运算放大器单位增益频宽的影响可以通过调整滤波器的电阻且/或滤波器的电容的大小来得到补偿，这也使得运算放大器的电流需求可以显著的降低，对于延长以电池为供电的装置的使用时间是非常有帮助的。

附图说明

图1为一集成电路中的一双二阶滤波器的一实施例的示意图。

图2为一双级(two stage)的运算放大器的电路示意图。

图3是互导值与漏极电流变化曲线示意图。

图4为一电流镜的电路图。

附图标号：