专利名称：放大器的制作方法
技术领域：
本发明是有关于一种轨对轨放大器。
背景技术：
请同时参照图IA及图IB，图IA绘示传统轨对轨放大器的电路图，图IB绘示传统轨对轨放大器的操作电压区间的示意图。于图IA的轨对轨放大器10中，NMOS晶体管NI及 N2组成NMOS输入对，PMOS晶体管Pl及P2组成PMOS输入对，NMOS输入对及PMOS输入对分别耦接至电流源12及14。当输入电压Vi低于NMOS晶体管NI及N2的临界电压时，NMOS晶体管NI及N2为截止，电流源12的电流不会流入输出级电路16 ;同时段，PMOS晶体管Pl及P2为导通，电流源14的电流流入输出级电路16以供进行操作。此外，当输入电压Vi高于PMOS晶体管Pl 及P2的临界电压时，PMOS晶体管Pl及P2为截止，电流源14的电流不会流入输出级电路 16;同时段，NMOS晶体管NI及N2为导通，电流源12的电流流入输出级电路16以供进行操作。观察图IB可得知，轨对轨放大器10在部分的输入电压区间时，NMOS输入对及PMOS输入对同时导通，相较于单一输入对放大器而言，虽具有全区间输入电压可操作的优点，但会导致不必要的功率消耗。
发明内容本揭露是有关于一种放大器，在操作时利用电流转换电路以达成与单一输入对放大器相同的电流消耗，故可同时兼具全区间输入电压可操作及低功率消耗的优点。根据本揭露的第一方面，提出一种放大器，包括一输出级电路、一电流源、一 PMOS 输入对、一 NMOS输入对以及一电流转换电路。输出级电路电性连接至一供应电压及一地电压。电流源具有一节点以提供一电流。PMOS输入对耦接至节点及地电压，并受控于一输入电压。NMOS输入对耦接至供应电压并受控于输入电压。电流转换电路耦接至节点及NMOS 输入对。其中，当输入电压小于一特定值时，PMOS输入对导通，NMOS输入对及电流转换电路截止，使得电流经由节点流入PMOS输入对，当输入电压大于等于特定值时，PMOS输入对截止，NMOS输入对及电流转换电路导通，使得电流经由节点及电流转换电路流入NMOS输入对。根据本揭露的第二方面，提出一种放大器，包括一输出级电路、一电流源、一 NMOS 输入对、一 PMOS输入对以及一电流转换电路。输出级电路电性连接至一供应电压及一地电压。电流源具有一节点以提供一电流。NMOS输入对耦接至节点及供应电压，并受控于一输入电压。PMOS输入对耦接至地电压并受控于输入电压。电流转换电路耦接至节点及PMOS 输入对。其中，当输入电压大于一特定值时，NMOS输入对导通，PMOS输入对及电流转换电路截止，使得电流经由节点流入NMOS输入对，当输入电压小于等于特定值时，NMOS输入对截止，PMOS输入对及电流转换电路导通，使得电流经由节点及电流转换电路流入PMOS输入对。
为了对本揭露的上述及其它方面有更佳的了解，下文特举一实施例，并配合所附图式，作详细说明如下
图IA绘示传统轨对轨放大器的电路图。图IB绘示传统轨对轨放大器的操作电压区间的示意图。图2A绘示依照一实施例的放大器的电路图。图2B绘示依照一实施例的放大器的操作电压区间的示意图。图3A绘示依照另一实施例的放大器的电路图。图3B绘示依照另一实施例的放大器的操作电压区间的示意图。主要组件符号说明10 :轨对轨放大器12、14、120、220 :电流源16、110、210 :输出级电路100、200:放大器130、240 :PM0S 输入对140、230 :NM0S 输入对150、250 :电流转换电路
具体实施方式本揭露所提出的放大器，在操作时利用电流转换电路将电流源在PMOS输入对与 NMOS输入对之间进行转换，以达成与单一输入对放大器相同的电流消耗，故可同时兼具全区间输入电压可操作及低功率消耗的优点。请参照图2A与图2B，图2A绘示依照一实施例的放大器的电路图，图2B绘示依照一实施例的放大器的操作电压区间的示意图。于图2A中，放大器100实质上为一轨对轨放大器，其包括一输出级电路110、一电流源120、一 PMOS输入对130、一 NMOS输入对140以及一电流转换电路150。输出级电路110电性连接至一供应电压(supply voltage)VSS及一地电压GND。电流源120具有一节点01以提供一电流。PMOS输入对130实质上由PMOS晶体管POl及P02所组成，其耦接至节点01，并通过输出级电路110电性连接至地电压GND。 PMOS输入对130受:控于一输入电压Vp
NMOS输入对140实质上由NMOS晶体管NOl及N02所组成，其其通过输出级电路 110电性连接至供应电压VSS并受控于输入电压V”电流转换电路150耦接至节点01及 NMOS输入对140。电流转换电路150包括一第一 NMOS晶体管NI、一第二 NMOS晶体管N2 以及一第一 PMOS晶体管Pl。第一 NMOS晶体管NI的第一端耦接至NMOS输入对140，第一 NMOS晶体管NI的第二端耦接至地电压GND。第二 NMOS晶体管N2的第一端耦接至第一 NMOS晶体管NI的控制端，第二 NMOS晶体管N2的第二端耦接至地电压GND，第二 NMOS晶体管N2的控制端耦接至第一 NMOS晶体管 NI的控制端。第一 PMOS晶体管Pl的第一端耦接至节点01，第一 PMOS晶体管Pl的第二端耦接至第二 NMOS晶体管N2的第一端，第一 PMOS晶体管Pl的控制端接收一控制电压VI，控制电压Vl相关于输入电压Vi及第一 PMOS晶体管Pl的临界电压。 当输入电压Vi小于一特定值SV时，PMOS晶体管POl及P02导通，亦即PMOS输入对130导通；同时，NMOS输入对140及电流转换电路150截止，使得电流源120提供的电流经由节点01流入导通的PMOS输入对130，再送至输出级电路110以供进行操作。其中，特定值SV约为控制电压Vl与第一 PMOS晶体管Pl的临界电压的和扣掉输入电压Vi与节点 01的电压差。当输入电压Vi上升时，节点01的电压也会上升。当输入电压Vi大于等于特定值 SV时，NMOS晶体管NOl及N02导通，亦即NMOS输入对140导通；同时，PMOS输入对130截止。此时，电流转换电路150导通，第一 PMOS晶体管Pl导通，藉由第一 NMOS晶体管NI与第二 NMOS晶体管N2所组成的电流镜，将电流源120的电流经由节点01及电流转换电路150 流入NMOS输入对140，再送至输出级电路110以供进行操作。如此一来，即可让NMOS输入对140可以操作在PMOS输入对130无法导通的输入电压区间，达到全区间输入电压可操作的优点，且更进一步地可利用控制电压Vl以决定NMOS 输入对140导通的输入电压区间。此外，观察图2B可以得知，无论对应于任何输入电压，只有PMOS输入对130与NMOS输入对140其中的一输入对会导通，故可达到节省电流的目的， 且因为移除NMOS输入对140对应的尾端电流源，所以操作电流与单一输入对放大器相同。请参照图3A与图3B，图3A绘示依照另一实施例的放大器的电路图，图3B绘示依照另一实施例的放大器的操作电压区间的示意图。于图3A中，放大器200实质上为一轨对轨放大器，其包括一输出级电路210、一电流源220、一 NMOS输入对230、一 PMOS输入对240 以及一电流转换电路250。输出级电路210电性连接至供应电压VSS及地电压GND。电流源220具有一节点02以提供一电流。NMOS输入对230实质上由NMOS晶体管NOl及N02所组成，其耦接至节点02，并通过输出级电路210电性连接至供应电压VSS。NMOS输入对230 受控于一输入电压PMOS输入对240实质上由PMOS晶体管POl及P02所组成，其通过输出级电路210 电性连接至地电压GNS并受控于输入电压V”电流转换电路250耦接至节点02及PMOS输入对240。电流转换电路250包括一第一 PMOS晶体管P1、一第二 PMOS晶体管P2以及一第
一NMOS晶体管NI。第一 PMOS晶体管Pl的第一端耦接至PMOS输入对240，第一 PMOS晶体管Pl的第二端耦接至供应电压VSS。 第二 PMOS晶体管P2的第一端耦接至第一 PMOS晶体管Pl的控制端，第二 PMOS晶体管P2的第二端耦接至供应电压VSS，第二 PMOS晶体管P2的控制端耦接至第一 PMOS晶体管Pl的控制端。第一 NMOS晶体管NI的第一端耦接至节点02，第一 NMOS晶体管NI的第二端耦接至第二 PMOS晶体管P2的第一端，第一 NMOS晶体管NI的控制端接收一控制电压 V2，控制电压V2相关于输入电压Vi及第一 NMOS晶体管NI的临界电压。当输入电压Vi大于一特定值SV时，NMOS晶体管NOl及N02导通，亦即NMOS输入对230导通；同时，PMOS输入对240及电流转换电路250截止，使得电流源220提供的电流经由节点02流入导通的NMOS输入对230，再送至输出级电路210以供进行操作。其中，特定值SV约为控制电压V2与第一 NMOS晶体管NI的临界电压的差加上输入电压Vi与节点 02的电压差。当输入电压Vi下降时，节点02的电压也会下降。当输入电压Vi小于等于特定值SV时，PMOS晶体管POl及P02导通，亦即PMOS输入对240导通；同时，NMOS输入对230截止。此时，电流转换电路250导通，第一 NMOS晶体管NI导通，藉由第一 PMOS晶体管Pl与第
二PMOS晶体管P2所组成的电流镜，将电流源220的电流经由节点02及电流转换电路250 流入PMOS输入对240，再送至输出级电路210以供进行操作。如此一来，即可让PMOS输入对240可以操作在NMOS输入对230无法导通的输入电压区间，达到全区间输入电压可操作的优点，且更进一步地可利用控制电压V2以决定PMOS 输入对240导通的输入电压区间。此外，观察图3B可以得知，无论对应于任何输入电压，只有NMOS输入对230与PMOS输入对240其中的一输入对会导通，故可达到节省电流的目的 ， 且因为移除PMOS输入对240对应的尾端电流源，所以操作电流与单一输入对放大器相同。本揭露上述实施例所揭露的放大器，利用电流转换电路取代传统的尾端电流源， 故可在操作时将电流源在PMOS输入对与NMOS输入对之间进行转换，以达成与单一输入对放大器相同的电流消耗，故可同时兼具全区间输入电压可操作及低功率消耗的优点。综上所述，虽然本发明已以多个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
权利要求
1.一种放大器，包括一输出级电路，电性连接至一供应电压及一地电压；一电流源，具有一节点以提供一电流； 一 PMOS输入对，耦接至该节点及该地电压，并受控于一输入电压；一 NMOS输入对，耦接至该供应电压并受控于该输入电压；以及一电流转换电路，耦接至该节点及该NMOS输入对；其中，当该输入电压小于一特定值时，该PMOS输入对导通，该NMOS输入对及该电流转换电路截止，使得该电流经由该节点流入该PMOS输入对，当该输入电压大于等于该特定值时，该PMOS输入对截止，该NMOS输入对及该电流转换电路导通，使得该电流经由该节点及该电流转换电路流入该NMOS输入对。
2.根据权利要求I所述的放大器，其特征在于，该电流转换电路包括一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的第一端耦接至该NMOS输入对，该第一 NMOS 晶体管的第二端耦接至该地电压；一第二 NMOS晶体管，该第二 NMOS晶体管的第一端耦接至该第一 NMOS晶体管的控制端，该第二 NMOS晶体管的第二端耦接至该地电压，该第二 NMOS晶体管的控制端耦接至该第一 NMOS晶体管的控制端；以及一第一 PMOS晶体管，该第一 PMOS晶体管的第一端耦接至该节点，该第一 PMOS晶体管的第二端耦接至该第二 NMOS晶体管的第一端，该第一 PMOS晶体管的控制端接收一控制电压。
3.根据权利要求2所述的放大器，其特征在于，该控制电压相关于该输入电压及该第一 PMOS晶体管的临界电压，该特定值相关于该控制电压、该第一 PMOS晶体管的临界电压、 及该输入电压与该节点的电压差。
4.一种放大器,包括一输出级电路，电性连接至一供应电压及一地电压；一电流源，具有一节点以提供一电流；一 NMOS输入对，耦接至该节点及该供应电压，并受控于一输入电压；一 PMOS输入对，耦接至该地电压并受控于该输入电压；以及一电流转换电路，耦接至该节点及该PMOS输入对；其中，当该输入电压大于一特定值时，该NMOS输入对导通，该PMOS输入对及该电流转换电路截止，使得该电流经由该节点流入该NMOS输入对，当该输入电压小于等于该特定值时，该NMOS输入对截止，该PMOS输入对及该电流转换电路导通，使得该电流经由该节点及该电流转换电路流入该PMOS输入对。
5.根据权利要求4所述的放大器，其特征在于，该电流转换电路包括一第一 PMOS晶体管，该第一 PMOS晶体管的第一端耦接至该PMOS输入对，该第一 PMOS 晶体管的第二端耦接至该供应电压；一第二 PMOS晶体管，该第二 PMOS晶体管的第一端耦接至该第一 PMOS晶体管的控制端，该第二 PMOS晶体管的第二端耦接至该供应电压，该第二 PMOS晶体管的控制端耦接至该第一 PMOS晶体管的控制端；以及一第一 NMOS晶体管，该第一 NMOS晶体管的第一端耦接至该节点，该第一 NMOS晶体管的第二端耦接至该第二 PMOS晶体管的第一端，该第一 NMOS晶体管的控制端接收一控制电压。
6.根据权利要求5所述的放大器，其特征在于，该控制电压相关于该输入电压及该第一 NMOS晶体管的临界电压，该特定值相关于该控制电压、该第一 NMOS晶体管的临界电压、 及该输入电压与该节点的电压差。
全文摘要
一种放大器，包括一输出级电路、一电流源、一PMOS输入对、一NMOS输入对及一电流转换电路。输出级电路电性连接至一供应电压及一地电压。电流源具有一节点以提供一电流。PMOS输入对耦接至节点及地电压并受控于一输入电压。NMOS输入对耦接至供应电压并受控于输入电压。电流转换电路耦接至节点及NMOS输入对。当输入电压小于一特定值时，PMOS输入对导通，NMOS输入对及电流转换电路截止，使得电流经由节点流入PMOS输入对，当输入电压大于等于特定值时，PMOS输入对截止，NMOS输入对及电流转换电路导通，使得电流经由节点及电流转换电路流入NMOS输入对。
文档编号H03F1/02GK102624342SQ20111015208
公开日2012年8月1日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年1月26日
发明者曾柏瑜, 梁可骏, 黄如琳 申请人:联咏科技股份有限公司