[发明专利]多重电源域运算放大器及使用其的电压产生器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种多重电源域运算放大器及使用其的电压产生器。

背景技术

导因于半导体元件的特性，许多的应用都需要一组不受温度影响的正参考电压及负参考电压，其电压大小约为+5伏特及-5伏特，接近中压元件的耐压上限6伏特。业界一般利用能隙参考电路(bandgap reference circuit)产生约为1.2伏特的零温度系数参考电压，再以此零温度系数参考电压为基准通过稳压器(regulator)进行升压及降压的操作，如此即可产生各种应用所需要的参考电压。

请参照图1，其绘示传统电压产生器的一例的电路图。电压产生器10包括一单位增益缓冲器(unity gain buffer)12、一第一稳压器14以及一第二稳压器16。于图1中，工作电压VDD例如为3伏特，能隙参考电路所产生的零温度系数参考电压V_ref例如为1.2伏特。零温度系数参考电压V_ref可利用第一稳压器14以及第二稳压器16，通过电阻关系(R1+R2)/R1＝5/1.2进行升压及降压的操作而得到正参考电压V_OUTP＝5伏特及负参考电压V_OUTN＝-5伏特。其中，第二稳压器16因为以地电压0伏特为参考点，故其内部的转导运算放大器(operational transconductance amplifier，OTA)18的电源域需为VDD～-2VDD＝3伏特～-6伏特，超过中压元件的耐压限制而必须采用高压元件。如此一来，高压元件的元件特性较差会降低整体电路表现，并占用大量的布局面积。

请参照图2，其绘示传统电压产生器的另一例的电路图。电压产生器20包括一单位增益缓冲器22、一第一稳压器24、一第二稳压器26以及一第三稳压器28。于图2中，工作电压VDD例如为3伏特，能隙参考电路所产生的零温度系数参考电压V_ref例如为1.2伏特。零温度系数参考电压V_ref利用第一稳压器24，通过电阻关系进行升压的操作而得到正参考电压V_OUTP＝5伏特。此外，零温度系数参考电压V_ref利用第二稳压器26以地电压0伏特为参考点，进行降压的操作而先得到-V_ref＝-1.2伏特，再通过第三稳压器28进行二次降压的操作而得到负参考电压V_OUTN＝-5伏特。通过串联(cascade)的两级稳压器结构26及28，使得第二稳压器26的电源域为VDD～-VDD＝3伏特～-3伏特，且第三稳压器28的电源域为GND～-2VDD＝0伏特～-6伏特，均维持在中压元件的耐压范围内而避免高压元件的使用。然而，在电压产生器20的结构中，多一级的稳压器却会使输出电压发生偏移(offset)以及受到电源噪声(power noise)的影响。

此外，在正电压转换至负电压的过程中，电压产生器10及20分别必须使用单位增益缓冲器12及22以使得零温度系数参考电压V_ref具备推力以提供电流输出。然而，单位增益缓冲器12及22的使用除了增加电路复杂度与布局面积，亦会增加输出电压的偏移及电源噪声的影响。

发明内容

本发明是有关于一种多重电源域运算放大器及使用其的电压产生器。通过多重电源域运算放大器的电源域的转换，使得电压产生器不需使用高压元件即可产生所需的正参考电压及负参考电压。

根据本发明的第一方面，提出一种多重电源域运算放大器，包括一输入级电路、一电源域转换电路以及一有源负载。输入级电路用以将一组输入电压转换为在一第一电源域内的一组输入电流。电源域转换电路用以转换此组输入电流为在一第二电源域内的一组输出电流。有源负载用以依据此组输出电流产生一输出电压，其中输出电压的一共模范围相对于此组输入电压的一共模范围是产生平移。

根据本发明的第二方面，提出一种电压产生器，包括一串接电阻、一第一稳压器以及一第二稳压器。串接电阻具有一第一反馈端与一第二反馈端。第一稳压器用以输出一第一输出电压，第一稳压器包括具有负反馈配置的一多重电源域运算放大器，多重电源域运算放大器操作在一第一电源域内与一第二电源域内，多重电源域运算放大器具有一反相输入端接收一第一参考电压，以及一正相输入端耦接至第一反馈端。第二稳压器用以输出一第二输出电压，第二稳压器包括操作在一第三电源域内且具有负反馈配置的一单一电源域运算放大器，单一电源域运算放大器具有一反相输入端接收一第二参考电压，以及一正相输入端耦接至第二反馈端。