一种单增益缓冲器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种单增益缓冲器，尤其涉及一种能够增强电压转换速率slew rate)的单增益缓冲器。
【背景技术】
[0002]运算放大器是电路领域中常见的电路器件，其具有正相输入端(+)、反相输入端(-)、以及输出端(OUT),而利用运算放大器可连接成一单增益缓冲器(unity-gainbuffer),或者称为单增益追随器(unity-gain follower)。参见图1A与图1B,单增益缓冲器10为将运算放大器(OP)的反相输入端(_)连接输出端(OUT)构成。并且，运算放大器(OP)的正相输入端(+)为单增益缓冲器10的输入端(IN)，可接收输入信号，运算放大器(OP)的输出端为单增益缓冲器10的输出端(0UT)，可产生输出信号。
[0003]所述单增益缓冲器的增益值(Gain)约等于1，亦即输出端(OUT)的输出信号等于输入端(IN)的输入信号。参见图1B,如果输入端(IN)接收一方波(square wave)信号，其于时间t0与tl时信号产生变化。由于输出端(OUT)无法实时反应输入端(IN)的变化，因此输出端(OUT)会在时间点t0开始由接地电压(GND)逐渐上升至VDD，并且会在时间点tl开始由VDD逐渐下降至接地电压(GND)。其中，输出端(OUT)上电压的上升/下降的斜率即称为电压转换速率(slew rate)。
[0004]参见图2k,将运算放大器20的反相输入端(_)连接至输出端(OUT)形成单增益缓冲器。
[0005]并且，运算放大器20中包括主电路22与输出级(output stage) 26。参见图2A，主电路22根据正相输入端(+)与反相输入端(_)的关系产生输出级控制信号，而输出级控制信号包括第一控制信号(GP)与第二控制信号(GN)。由于本领域普通技术人员均清楚的了解主电路32的详细电路及其动作原理，此处不再赘述。
[0006]通常运算放大器20中的最后一级为输出级26，其为AB类输出级(Class-ABoutput stage)。其中,P型晶体管(MPo)的栅极接收第一控制信号(GP),源极连接至一电源电压(VDD)。N型晶体管(MNo)的栅极接收第二控制信号(GN)，源极连接接地源电压(GND)，漏极连接P型晶体管(MPo)的漏极，并且用以做为运算放大器20的输出端(OUT)。
[0007]参见图2B图，在0μ s时，输入端(IN)信号由接地电压(GND)上升至电源电压(VDD) ο此时,第一控制信号(GP)由第一稳态电压(4.85V)快速降至约3.40V。之后,第一控制信号(GP)逐渐上升至第二稳态电压(4.75V)。同时，第二控制信号(GN)由第三稳态电压(0.75V)降至约0V。之后，第二控制信号(GN)逐渐上升至第四稳态电压(0.70V)。由于，P型晶体管(MPo)提供较大的漏极电流(drain current), N型晶体管(MNo)提供较小的漏极电流，所以输出端(OUT)信号由接地电压(GND)上升至电源电压(VDD)。输出端(OUT)信号变化大约需要5 μ s，所以电压转换速率约为I (V/μ s)。
[0008]在10 μ s时，输入端(IN)信号由电源电压(VDD)下降至接地电压(GND)。此时，第一控制信号(GP)由第二稳态电压(4.75V)快速降至约5.0V。之后,第一控制信号(GP)逐渐下降至第一稳态电压(4.85V)。同时,第二控制信号(GN)由第四稳态电压(0.70V)上升至约2.20V。之后，第二控制信号(GN)逐渐下降至第三稳态电压(0.75V)。由于，N型晶体管(MNo)提供较大的漏极电流，P型晶体管(MPo)提供较小的漏极电流，所以输出端(OUT)信号由电源电压(VDD)下降至接地电压(GND)。进一步地，输出端(OUT)信号变化大约需要4.8 μ S，所以电压转换速率约为-1.04 (V/ μ s)。
[0009]由于现有的运算放大器20的输出级26驱动能力有限。因此，如何有效地提升单增益缓冲器的电压转换速率成为本发明亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0010]有鉴于此，本发明提供一种单增益缓冲器，其能够有效地提升其电压转换速率。
[0011]本发明提供一种单增益缓冲器，其特征在于，包括:
[0012]运算放大器，具有正相输入端作为所述单增益缓冲器的输入端，具有输出端作为所述单增益缓冲器的输出端，以及反相输入端连接所述单增益缓冲器的输出端，其中所述运算放大器包括:
[0013]主电路，根据所述正相输入端与所述反相输入端的信号产生第一控制信号与第二控制信号；
[0014]主输出级，包括第一 P型晶体管，其具有第一栅极接收所述第一控制信号，第一源极连接电源电压，与第一漏极连接所述运算放大器输出端；以及第一 N型晶体管，其具有第二栅极接收所述第二控制信号，第二源极连接接地源电压，与第二漏极连接至该运算放大器输出端；以及
[0015]辅助输出级，包括第一电流感应电路用以接收所述第一控制信号，进而产生第一感应电流由所述电源电压流向第一节点；第一电流源连接于所述第一节点与所述接地电压之间；第一反相器输入端连接于所述第一节点；第二 P型晶体管，其具有第三漏极连接所述运算放大器输出端，与第三栅极接收所述第一控制信号；以及第一开关单元，具有第一端连接电源电压，第二端连接所述第二 P型晶体管的第三源极，与控制端连接至该第一反相器输出端。
[0016]进一步地，本发明所述第一电流感应电路为第三P型晶体管，其具有第四栅极接收所述第一控制信号，第四源极接收所述电源电压，与第四漏极连接所述第一节点。
[0017]进一步地，本发明所述第一开关单元为第四P型晶体管，其具有第五栅极连接所述第一反相器输出端，第五源极接收所述电源电压，与第五漏极连接所述第二 P型晶体管的该第三源极。
[0018]进一步地，本发明当该输入端信号维持在一低电平时，所述第一控制信号维持在第一稳态电压，以及当所述输入端的信号维持在高电平时，所述第一控制信号维持在第二稳态电压；
[0019]当所述输入端信号由低电平转换至该高电平的转换期间，所述第一控制信号产生一负脉冲，由所述第一稳态电压产生一电压降后，上升至所述第二稳态电压；当所述输入端信号由高电平转换至该低电平时，所述第一控制信号由第二稳态电压上升至第一稳态电压；当所述输入端信号维持在高电平或者低电平时，所述第一感应电流小于所述第一电流源所供应的电流；当所述输入端信号由低电平转换至高电平的转换期间，所述第一感应电流大于所述第一电流源的电流。
[0020]进一步地，本发明所述辅助输出级，还包括第二电流感应电路，用于接收所述第二控制信号，进而产生第二感应电流由第二节点流向所述接地电压；第二电流源连接于所述电源电压与所述第二节点之间；第二反相器，其输入端连接所述第二节点；第二N型晶体管，其具有第六漏极连接所述运算放大器的输出端，六栅极接收所述第二控制信号；以及第二开关单元，具有第三端连接所述接地电压，第四端连接所述第二 N型晶体管的第六源极，与控制端连接所述第二反相器的输出端。
[0021]进一步地，本发明所述第二电流感应电路为第三N型晶体管，其具有第七栅极接收所述第二控制信号，第七源极接收所述接地电压，与第七漏极连接所述第二节点。
[0022]进一步地，本发明所述第二开关单元为第四N型晶体管，其具有第八栅极连接所述第二反相器输出端，第八源极接收所述接地电压，与第八漏极连接所述第二 N型晶体管的该第六源极。
[0023]进一步地，本发明当所述输入端信号维持在低电平时，所述第二控制信号维持在第三稳态电压，以及当所述输入端的信号维持在高电平时，所述第二控制信号维持在第四稳态电压；
[0024]当所述输入端信号由高电平转换至低电平的转换期间，所述第二控制信号产生一正脉波，由所述第四稳态电压产生一电压升后，下降至第三稳态电压；
[0025]当所述输入端信号由低电平转换至高电平时，所述第二控制信号由第三稳态电压下降至第四稳态电压；
[0026]当所述输入端信号维持在高电平或者低电平时，所述第二感应电流小于第二电流源的电流；
[0027]当所述输入端信号