[发明专利]可抑制电压过冲的输出缓冲电路及方法

说明书

技术领域

本发明指一种可抑制电压过冲的输出缓冲电路，尤指一种通过适时地关闭钳位电路，来避免漏电流造成系统偏移电压改变的输出缓冲电路。

背景技术

现有显示器驱动器的输出级采用运算放大器电路，以达成对负载端快速充放电的目的，使得其驱动能力越来越强。然而，当运算放大器内部电流回复能力不足时，对负载端快速充放电会产生电压过冲(overshoot)现象。一般而言，在运算放大器的输出端和其输出级的输入端之间加入一钳位电路(clamping circuit)可抑制电压过冲现象。然而，在运算放大器具有全摆幅(fullswing)输出的情况下，钳位电路可能会无法完全关闭，造成些许的漏电流产生(约nA等级)。在低功率的应用下，此多余的漏电流将会造成显示器驱动器整体偏移电压(offset voltage)的改变。

请参考图1，图1是公知一运算放大器10的示意图。运算放大器10为一二级放大器，其包含有一输入级11、一输出偏压电路12、一输出级13及一钳位电路14。输入级11是一具轨对轨输入范围的差动输入级，其具有一正输入端AVP及一负输入端AVN。输入级11根据正输入端AVP所接收的一输入电压，产生一电流信号IAB。输出偏压电路12耦接于输入级11，用来根据电流信号IAB，于节点AA及AB之间产生一动态偏压VAB(即节点AA与节点AB间的一电压差)。输出级13是由晶体管P9及N9组成的一AB类输出级，其具有一输入端AVF回授耦接至输入级11的负输入端AVN。输出级13根据动态偏压AB提供一驱动电流至输出端AVF，以产生一输出电压。钳位电路14则由晶体管POS1、POS2、NOS1、NOS2组成，用来将运算放大器10的输出电压固定在一预设范围内，以避免发生电压过冲的现象。

当运算放大器10对负载进行充电时，例如接收高准位的输入电压，正输入端AVP的电压上升，使得流经输出偏压电路12的电流信号IAB变小，造成节点AA及节点AB的电压下降。在此情形下，输出级13将会增加提供至输出端AVF的驱动电流，来提高运算放大器的输出电压，如图1中的实线部分所示。相反地，当运算放大器10对负载进行放电时，例如接收低准位的输入电压，正输入端AVP的电压下降，使得流经输出偏压电路12的电流信号IAB变大，造成节点AA及节点AB的电压上升。在此情形下，输出级13将会减少提供至输出端AVF的驱动电流，以降低运算放大器的输出电压，如图1中的虚线部分所示。

在正常情况下，输出电压的准位会使晶体管POS2或NOS2的过驱动电压(overdrive voltage)小于其临界电压，即(AVF-VBPOS)＜Vthp或(VBNOS-AVF)＜Vthn，而造成晶体管POS2或NOS2关闭。因此，在正常情况下，钳位电路14不会对运算放大器的充放电产生任何作用。然而，当输出电压的准位超出一预设范围时，晶体管POS2或NOS2的过驱动电压会大于其临界电压，即(AVF-VBPOS)＞Vthp或(VBNOS-AVF)＞Vthn，而造成晶体管POS2或NOS2导通。在此情形下，电流可以从输出端AVF流入节点AA或AB，帮助节点AA或AB的电压回复正常准位，而降低电压过冲的程度。

然而，在运算放大器具有全摆幅输出的情况下，晶体管POS2或NOS2可能会无法完全关闭，而造成些许的漏电流产生。以放电为例，运算放大器的输出电压可能会低至0.1伏特，此时晶体管NOS1和NOS2将无法完全关闭，导致晶体管NOS1和NOS2的路径上仍然会有些许电流流过(由输出端AVF流入节点AB)。在低功率的应用下，运算放大器中每一路的电流越降越低，因此漏电流造成晶体管P11和N11电流值的改变量及过驱动电压的变化量越趋明显，进而影响输出级13的偏压状态及直流电流。当输出级13的直流电流改变时，输出级13的转导值及运算放大器的增益大小亦会跟着改变，而运算放大器的增益大小会直接影响到运算放大器的系统偏移电压(systematicoffset voltage)。

简言之，在低功率的应用下，运算放大器中每一路的电流越降越低，在全摆幅输出的情况下，钳位电路无法完全关闭造成输出偏压电路的电流值改变越趋明显，导致整体运算放大器的增益值改变，而影响运算放大器的系统偏移电压。

发明内容