可动态地进行加速的运算放大器与相关方法技术

一种依据内部状态而动态地进行加速的运算放大器。当内部状态指示出有发生不稳定的可能时，加速机制不会被启动；而当内部状态指示出没有发生不稳定的可能时，加速机制则会被启动以提升运算放大器的处理速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种运算放大器，特别涉及一种可动态地进行加速的运算放 大器。
技术介绍
运算放大器(operational amplifier )是一个常用的电路组件。根据其 应用，运算放大器常需要满足一些设计需求，例如直流增益(DC gain)、 单位增益带宽(unit-gain bandwidth )、相位余裕(phase margin)、转换率 (slew rate)等等。运算放大器使用在闭环时，整体电路的准确性与线性度 由直流增益所决定；整体电路的处理速度由单位增益带宽或转换率所决定； 整体电路的稳定度则由相位余裕所决定。设计一个具有高单位增益带宽及/ 或高转换率的高直流增益放大器时，若要使其另具有够好的相位余裕是十分 困难的。而为了确保具有不错的稳定度，补偿技术便经常应用于运算放大器 中，然而，使用补偿却会造成单位增益带宽及/或转换率的降低。切换式电容电路(switch-capacitor circuit)为运算方支大器的应用电 路。。图1显示一种现有切换式电容电路100的电路示意图。在取样模式中， 输入电压VIN被取样至一取样电容CI (如图1中图(A)所示)；在电荷转移模 式中，经由一运算放大器110，将存储在取样电容C1中的电荷转移至一积分 电容C2上(如图1中图(B)所示)。运算放大器110的连接方式对应一反向放 大组态，请参阅图l。当切换式电容电路进入电荷转移模式之后，输出电压 VOUT最后将会变成VINxCl/C2。虽然图1中图B所示的切换式电容电路IOO 为单端电路，然而，亦可以差动电路的架构来加以实作。图l的图(B)所示的切换式电容电路IOO的输出电压在电荷转移模式下的 波形显示于图2的图(A)中。在此，电荷转移模式开始于时间为0时，而取样 电容C1所存储的电荷便开始转移至积分电容C2，因此输出电压VOUT (其是 一负栽电容CL两端的跨压)便逐渐地增加且最后会达到电压值VINxCl/C2。 由于运算放大器110本身的有限驱动能力，电荷转移的操作过程实际上可进一步地区分为两个模式转换模式(slewing phase )与线性稳定模式(1 inear settling phase )。在一开始时，无论运算放大器110的差动输入电压有多大， 输出电压VOUT都是随着时间而线性地增加，而在输出电压VOUT随着时间线 性地增加的过程中，运算放大器IIQ可说是以其最大驱动能力而正在进行转 换/驱动，而当输出电压VOUT接近最终的电压值VINxCl/C2时(图2中以ts 来标示此一时间点)，运算放大器IIO便不再需要以其最大驱动能力来运作， 因此，运算放大器110便进入线性稳定模式，而相较于转换模式，输出电压 VOUT在线性稳定模式下便以较慢的速度来逐渐增加。图2的图(B)显示出流经积分电容C2的电流IC2的波形。在转换模式中， 电流IC2对应于由运算放大器110本身最大驱动能力所决定的一个固定电流 值IC2MAX，之后，在进入线性稳定模式时，电流IC2便呈现指数衰减而逐渐 降低为零，而在时间点ts时，电流IC2由原本所具有的固定电流值IC2MAX 平滑地切换至进行指数衰减。切换式电容电路100的目的在于将电荷由取样 电容C1转移至积分电容C2，而相较于线性稳定模式，切换式电容电路IOO 在转换模式下具有较大的电流IC2,因此在转换模式可较有效率地进行电荷 的转移。然而，在现有技术中，切换式电容电路在电荷转移模式下经常耗费 相当多的时间来完成转换模式与线性稳定模式的操作，所以，便需要够大的 转换率与够大的单位增益带宽以便达到所要的整体操作时间要求，但是如上所述，在确保可具有不错的稳定度下，若要同时具有高单位增益带宽与高转 换率是十分不容易的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种运算放大器，其驱动能力是可调的且可 动态地进行控制。本专利技术的目的之一在于提供一种可同时具有高单位增益带宽与高转换率 的运算放大器。根据本专利技术的实施例，其揭露一种运算放大器，包含 一可调整核心电 路，具有对应不同驱动能力的多个组态设定；以及一组态控制电路，用以接 收来自该可调整核心电路中至少一节点的一节点信号，并依据该节点信号产 生一控制信号以自该多个组态设定选择一组态设定。根据本专利技术的实施例，其揭露一种控制一运算放大器的方法，该运算放大器具有对应不同驱动能力的多个组态设定，该方法包含自该运算放大器 中至少一节点接收一节点信号；以及依据该节点信号来自该多个组态设定中 选择一组态设定。附图说明图1 (A)、 (B)为现有在两种操作模式下运行的切换式电容电路的电路示意图。图2 (A)、 (B)为现有切换式电容电路的电压与电流在电荷转移模式下 的波形图。图3为本专利技术运算放大器的一实施例的示意图。图4 (A)、 (B)为切换式电容电路在应用图3所示的运算放大器后的电 压与电流在电荷转移才莫式下的波形图。图5为图3所示的运算放大器的一实施例的示意图。图6为本专利技术第一运算放大级的一实施例的示意图。图7为本专利技术第二运算放大级的一实施例的示意图。图8为图5所示运算放大器中电荷泵电路的示意图。图9为图5所示运算放大器中组态控制电路的一实施例的示意图。图10为图9所示的组态控制电路中有限状态机的示意图。图11为图IO所示的有限状态机中比较器的示意图。具体实施方式本专利技术实际上可由许多方式来加以实作，因此并不限于以下所述的特定 范例或这些范例中所提到的技术特征的实作方式。本专利技术的一实施例揭露一种运算放大器，其驱动能力是可调整的、可动 态进行控制。例如当没有发生不稳定的可能时，该运算放大器的驱动能力 可动态地被提升。图3所示，本专利技术运算放大器300的一实施例包含 一可调整核心电路 310(其实施例可为各种型式的放大电路)与一组态控制电路330，其中， 该可调整核心电路310包含有至少两种组态设定，其分别对应不同的驱动能 力，而组态控制电路330则自可调整核心电路310接收一状态信号STATE, 并据此产生一控制信号ACC-CTL来设定可调整核心电路310要采用哪一个组 态设定。 一实施例，状态信号STATE来自该可调整核心电路310中至少一节 点的电压电平。一实施例，运算放大器300适用于图1中图(B)所示的切换式电容电路的 应用，而在此一应用中，运算放大器300取代原本的运算放大器110。运算 放大器300的驱动能力可被动态地控制，而在转换模式中或者是在无需考量 稳定性的时段(例如输出电压仍远离其最终电压值)中，当驱动能力被提 升之后，电荷转移的操作便可随之加快。图4的图(A)显示图1中图(B)所示 的切换式电容电路在应用本专利技术运算放大器300后的输出电压VOUT的波形， 如图所示，转换模式中的电压变化斜率远大于线性稳定模式的电压变化斜率； 另外，图4的图(B)是显示流经积分电容C2的电流的波形，如图所示，在转 换模式中，电流IC2维持在一固定电流值IC2MAX1;而在时间点ts时，由于 提升驱动能力的操作没有被使能，因而使得电流IC2突然地降为一个较低的 电流值IC2MAX2，接着便在线性稳定模式中呈现指数衰减。运算放大器300 由一加速组态切换至一正常组态(亦即不进行加速)的时间点ts是由组态控 制电路330经由检测可调整本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运算放大器，包含：一可调整核心电路，具有对应不同驱动能力的多个组态设定；以及一组态控制电路，用以接收来自该可调整核心电路中至少一节点的一节点信号，并依据该节点信号产生一控制信号以自该多个组态设定选择一组态设定。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：周格至，林嘉亮，蔡明哲，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]