运算放大器的转换促进禁用制造技术

本申请公开用于运算放大器的转换促进禁用。一种运算放大器(100)，其包括：输入级(110)，其被配置为接收第一输入电压和第二输入电压；以及转换促进电路(130)，其耦合到输入级并且被配置为选择性地增大通过输入级的电流。运算放大器(100)还包括：输出级(120)，其耦合到输入级并且被配置为生成输出电压；以及转换促进禁用电路(150)，其被配置为向转换促进电路(130)断言控制信号，以禁用转换促进电路(130)。当以下两种情况皆发生时，转换促进电路(130)被禁用：第一输入电压不同于第二输入电压的量超过第一阈值电压，且输出电压的改变不超过第二阈值速率。

【技术实现步骤摘要】
运算放大器的转换促进禁用
技术介绍
运算放大器是包括差分输入的放大器。在稳定状态下，运算放大器的输入端上的电压相对相同。如果输入端中的一个接收到电压的突然变化，则由于运算放大器内部的电容器，将存在输入端经历不同电压的瞬间时间段。然而，最终，与使用运算放大器的电路相关联的反馈使输入端子上的电压再次大致彼此匹配。在瞬变时间段期间，取决于输入是增大还是减小，并且取决于作为反相放大器或非反相放大器的运算放大器的配置，输出电压斜升或斜降。输出电压的变化速率被称为转换速率，并且是运算放大器内的各种组件(例如，补偿电容器)的函数。
技术实现思路
在一个示例中，一种运算放大器包括：差分输入晶体管对，其被配置为接收第一输入电压和第二输入电压；以及转换促进电路，其耦合到差分输入晶体管对，并且被配置为选择性地增大通过差分输入晶体管对的电流。运算放大器还包括：输出级，其耦合到差分输入晶体管对，并且被配置为生成输出电压；以及转换促进禁用电路，其被配置为向转换促进电路断言控制信号以禁用转换促进电路。当以下两者都发生时，转换促进电路被禁用：第一输入电压不同于第二输入电压的量超过第一阈值电压，且输出电压在第三阈值时间段内的改变未能超过第二阈值电压。在另一个示例中，一种电路包括：第一晶体管，其被配置为接收第一输入电压；第二晶体管，其被配置为接收第二输入电压；第三晶体管，其耦合到第一晶体管和第一电容器；以及第四晶体管，其耦合到第二晶体管和第二电容器。该电路还包括第五晶体管，其以与第三晶体管形成第一电流镜并且与第四晶体管形成第二电流镜的布置耦合到第三晶体管和第四晶体管。第三电容器耦合到第三电流镜。第三电容器被配置为接收第三电压。第三电流镜耦合到第五晶体管。在又一个示例中，一种电路包括：差分输入晶体管对，其被配置为接收第一输入电压和第二输入电压；电流源，其耦合到差分输入晶体管对；第一电容器和第二电容器，其耦合到差分输入晶体管对；第一电流镜，其耦合到第一电容器和差分输入晶体管对的第一晶体管；以及第二电流镜，其耦合到第二电容器和差分输入晶体管对的第二晶体管。该电路还包括耦合到第三电流镜的第三电容器。第三电容器被配置为接收第三电压。第一电容器或第二电容器中的一个上的电压被配置为响应于以下两者而增大：(a)第一输入电压不同于第二输入电压的量超过第一阈值电压，且(b)第三电压的改变未能超过第二阈值速率。附图说明对于各种示例的详细描述，现在将参考附图，其中：图1说明了根据一个示例的包括转换促进电路和转换促进禁用电路的运算放大器。图2示出了禁用图1的转换促进电路的方法。图3示出了根据一个示例的图2的转换促进禁用电路的电路实施方式。具体实施方式所公开的实施例涉及可用在运算放大器中的电路。所公开的运算放大器包括转换促进电路，其增大通过运算放大器的输入级的电流，从而提高运算放大器的输出电压的转换速率。转换促进电路检测运算放大器的输入上的电压差。作为响应，转换促进电路以输入上的较大电位差增大流过运算放大器的输入差分晶体管对的电流。在其他实施例中，转换促进电路可以检测到运算放大器的输入上的电压差超过阈值电压(指示其中一个输入中的阶跃电压变化)，并且作为响应，增大流过运算放大器的输入差分晶体管对的电流。然而，到运算放大器的输入电压有可能被迫足够大，以至由于运算放大器的增益，输出达到了电源轨。来自运算放大器的输出电压不能超过电源轨，因此其会在电源轨或大约电源轨处停滞。在该状态下，运算放大器的输入端之间的电压差将持续，因为从输出电压得到(并被提供给运算放大器的输入端)的反馈电压不被允许与运算放大器的另一输入端上的输入电压相匹配。由于输入端上的电压不同，转换促进电路将继续提供流过运算放大器的输入级的增大的电流，但转换促进电路在提高转换速率方面不提供增加的好处。为了避免在该状态下由转换速率促进电路引起过大的电流消耗，所公开的实施例包括转换促进禁用电路，其检测该状况并禁用转换促进电路。图1示出了根据一个实施例的运算放大器100的示例。运算放大器100包括差分输入晶体管对110、输出级120、转换促进电路130和转换促进禁用电路150。差分输入晶体管对110包括NPN晶体管J1和J2，但是也可以使用其他晶体管类型(例如，金属氧化物半导体(MOS)器件)。J1的控制输入(基极)接收第一输入电压(Va)，J2的控制输入接收第二输入电压(Vb)。Va和Vb可以包括到运算放大器100的“+”和“-”输入。输出级120耦合到差分输入晶体管对110。输出级120可以包括附加晶体管和其他组件并产生输出电压Vout。转换促进电路130耦合到差分输入晶体管对110，并且在一个示例中，在Va不同于Vb的量超过第一阈值电压的情况下(不管Va是大于还是小于Vb)致使通过J1和J2的电流增大。如果Va不同于Vb的量不超过第一阈值电压(即，Va近似等于Vb)，则该示例中的转换促进电路130不会增大通过差分输入晶体管对110的电流，并且通过差分输入晶体管对110的电流保持在较低的静态等级。转换促进禁用电路150向转换促进电路130断言BOOST_CTL控制信号，以在检测到以下两者时禁用转换促进电路130：(a)Va不同于Vb的量超过阈值电压且(b)输出电压Vout没有在转换(例如，Vout的改变未能超过第二阈值速率)。在一个示例中，如果Vout相对于时间的变化速率小于大约每微秒5V，则确定Vout没有在转换。如果尽管Va不同于Vb的量超过第一阈值电压，但是转换促进禁用电路150检测到Vout没有在转换，则输出电压Vout可能已经达到电源轨并且不能再进一步改变。转换促进禁用电路150通过禁用转换促进电路130来响应。图2示出了根据一个示例的用于控制转换促进电路130的方法的示例。在202处，启用转换促进电路。可以通过将BOOST_CTL控制信号的状态设置为低(或高)信号等级来执行该操作。在204处，该方法包括确定Va不同于Vb的Va和Vb之间的差是否超过阈值电压(例如，上述第一阈值电压)。如果Va不同于Vb的量不超过阈值电压，则控制循环回到204。然而，如果Va不同于Vb的量超过阈值电压，则在206处，该方法包括确定输出电压Vout是否正在转换。该操作可以包括确定Vout相对于时间的变化速率是小于阈值速率(例如，每微秒5V)(这指示了没有在转换)，还是超过阈值(这指示了存在转换)。如果输出没有在转换，则在208处，转换促进电路130被禁用(例如，通过将BOOST_CTL控制信号的状态改变为逻辑高(或低)信号等级)。如果输出在转换(来自206的“是”分支)，则转换促进电路130不被禁用并且控制循环回到204。在一些实施例中，BOOST_CTL信号可包括被配置为处于两个等级之一的电流以使转换促进电路130被启用或被禁用。在其他实施例中，BOOST_CTL信号是指定是否要启用或禁用转换促进电路130的电压。在一些示例中，BOOST_CTL信号包括两个不同的电流。图3示出了转换促进禁用电路150的示例。说明性转换促进禁用电路150包括差分输入电压检测电路160、输出转换检测电路165、转换促进接口A电路170和转换促进接口B电路175。差分输入电压检测电路160包括电阻器R1和R2以及晶体管Q1和Q2。输出转换检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运算放大器，其包括：输入级，其被配置为接收第一输入电压和第二输入电压；转换促进电路，其耦合到所述输入级并且被配置为选择性地增大通过所述输入级的电流；输出级，其耦合到所述输入级并且被配置为生成输出电压；以及转换促进禁用电路，其被配置为响应于以下两者，向所述转换促进电路断言控制信号，以禁用所述转换促进电路：所述第一输入电压不同于所述第二输入电压的量超过第一阈值电压；且所述输出电压相对于时间的改变不超过第二阈值速率。

【技术特征摘要】
2017.12.20 US 15/848,7001.一种运算放大器，其包括：输入级，其被配置为接收第一输入电压和第二输入电压；转换促进电路，其耦合到所述输入级并且被配置为选择性地增大通过所述输入级的电流；输出级，其耦合到所述输入级并且被配置为生成输出电压；以及转换促进禁用电路，其被配置为响应于以下两者，向所述转换促进电路断言控制信号，以禁用所述转换促进电路：所述第一输入电压不同于所述第二输入电压的量超过第一阈值电压；且所述输出电压相对于时间的改变不超过第二阈值速率。2.根据权利要求1所述的运算放大器，其中所述转换促进禁用电路包括：第一电容器，其响应于所述第二输入电压大于所述第一输入电压的量超过所述第一阈值电压而被充电；以及第二电容器，其响应于所述第一输入电压大于所述第二输入电压的量超过所述第一阈值电压而被充电。3.根据权利要求2所述的运算放大器，其中所述控制信号是基于所述第一电容器或所述第二电容器中的任一个的电压被断言的。4.根据权利要求2所述的运算放大器，还包括：第一晶体管，其耦合到所述第一电容器并且耦合到电流源，其中所述第一晶体管包括被配置为接收所述第一输入电压的控制输入；以及第二晶体管，其耦合到所述第二电容器并且耦合到所述电流源，其中所述第二晶体管包括被配置为接收所述第二输入电压的控制输入。5.根据权利要求4所述的运算放大器，还包括：第一电流镜，其包括第三晶体管，其中所述第一电流镜耦合到所述第一晶体管并且耦合到所述第一电容器；以及第二电流镜，其包括第四晶体管，其中所述第二电流镜耦合到所述第二晶体管并且耦合到所述第二电容器；其中，基于所述输出电压相对于时间的变化速率，所述第一电流镜使电流流过所述第三晶体管；并且其中，基于所述输出电压相对于时间的变化速率，所述第二电流镜使电流流过所述第四晶体管。6.根据权利要求5所述的运算放大器，其中与所述输出电压的变化速率较小时相比，当所述输出电压的变化速率较大时，流过所述第三晶体管的电流较大。7.根据权利要求6所述的运算放大器，其中与所述输出电压的变化速率较小时相比，当所述输出电压的变化速率较大时，流过所述第四晶体管的电流较大。8.根据权利要求5所述的运算放大器，其中所述转换促进禁用电路包括：第三电流镜；第一二极管，其耦合到所述第三电流镜；共源共栅晶体管；第二二极管，其耦合到所述共源共栅晶体管；以及第三电容器，其耦合到所述第一二极管和所述第二二极管并且耦合到所述输出电压；其中所述第一电流镜和所述第二电流镜共享第五晶体管，并且其中所述第五晶体管耦合到所述共源共栅晶体管。9.根据权利要求5所述的运算放大器，其中所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管和所述第四晶体管包括双极结型晶体管。10.一种电路，其包括：第一晶体管，其被配置为接收第一输入电压；第二晶体管，其被配置为接收第二输入电压；第三晶体管，其耦合到所述第一晶体管并且耦合到第一电容器；第四晶体管，其耦合到所述第二晶体管并且耦合到第二电容器；第五晶体管，其以与所述第三晶体管形成第一电流镜以及与所述第四晶体管形成第二电流镜的布置耦合到所述第三晶体管和所述第四晶体管；以及第三电容器，其耦合到第三电流镜，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·F·斯诺埃尔，S·G·布兰特利，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US