专利名称：耦合阻绝方法及运算放大器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运算放大器的耦合阻绝方法及使用该方法的运算放大器，尤其涉及一种通过中断米勒补偿信号路径，阻绝负载信号耦合进入运算放大器的耦合阻绝方法及使用该方法的运算放大器。
背景技术：
随着半导体工艺技术的进步，设计精良的运算放大器已成为电子电路中不可或缺的重要组件。顾名思义，运算放大器的基本功能为放大信号，以及提供电路缓冲及驱动的能力。除此之外，在不同的连接组态下，运算放大器可实现各式不同的功能。举例来说，连接在负反馈组态时，运算放大器可将差分输入信号放大特定倍数，可用来实现加法、乘法等常见运算。另外，当连接在正反馈组态时，运算放大器可用来产生振荡信号。因此，如取样与保存电路(Sample and hold circuit，S/H)、液晶显示装置(Liquid Crystal Display, LCD) 的源极驱动器等主要电子应用，都广泛地使用运算放大器。请参考图1，图1为公知的运算放大器10的示意图。运算放大器10包含有差分输入级100、增益级102、输出级104及米勒补偿模块106。差分输入级100用来接收差分输入信号VIN。增益级102用来放大差分输入信号VIN。最后，输出级104用来将差分输入信号VIN再进一步放大，并提供运算放大器10较佳的输出阻抗。另外，米勒补偿模块106通过在运算放大器10的信号路径上增加一个主极点(dominant pole)，补偿运算放大器10的频率响应，进而降低其它极点对于运算结果RST稳定性的影响。一般来说，为保存正确的运算结果RST，运算放大器10在输出级104及负载RL之间另外包含输出开关108，输出开关 108仅在外部电路须要读取运算结果RST时开启，以减少外部噪声对运算放大器10稳定性的影响。然而，当输出开关108导通时，输出开关108两端的电荷也跟着重新分配，导致运算结果RST的电压水平出现异常。更严重的是，运算结果RST的异常电位会通过米勒补偿模块106，耦合进入运算放大器10内部，造成运算放大器10的效能降低。详细来说，请参考图2，图2为运算放大器10的信号时变示意图。在图2中，当输入信号VIN由低电位变为高电位时(时间点tl)，运算放大器10内部的信号通过闭回路，追随(follow)输入信号 VIN达到电位锁定。当输出开关108导通时(时间点tl)，输出开关108两端的电荷重新分配，使得运算结果RST降低。在此情况下，通过米勒补偿模块106，运算放大器10内部节点 Ni、N2上的电压VN1、VN2也跟着降低，造成输出级104中晶体管Ml的充电电流上升，晶体管M2的放电电流下降，使得运算结果RST的电位加速恢复至高电位。然而，快速恢复高电位的运算结果RST会造成第二次耦合，使得电压VN1、VN2跟着加速上升。如此一来，运算放大器10将因晶体管M1、M2都导通而产生漏电流，造成负载RL上的负载信号S_LD因充电速度变慢而产生异常的波形，如图2所示。因此，如何避免负载信号因第二次耦合而产生波形变异，已成为工业界的努力目标。
发明内容
因此，本发明的主要目的即在于提供一种用于运算放大器的耦合阻绝方法及相关运算放大器。本发明公开一种耦合阻绝方法，用于运算放大器中避免负载信号耦合入该运算放大器。该耦合阻绝方法包含有在该运算放大器输出运算结果前，产生系统信号；根据该系统信号，在第一时间点，中断该运算放大器的米勒补偿信号路径；以及根据该系统信号，在第二时间点，导通该运算放大器的输出端与负载的电连接，以输出该运算结果。本发明还公开一种运算放大器，可避免负载信号耦合进入该运算放大器。该运算放大器包含有接收端，用来接收系统信号；输出端，用来输出运算结果；延迟单元，用来根据该系统信号，产生中断信号及输出指示信号；差分输入级，用来接收差分输入信号；增益级，用来放大该差分输入信号；输出级，用来根据放大后的该差分输入信号，产生该运算结果；输出开关，耦接在该输出端及负载之间，用来根据该输出指示信号，控制该输出端至该负载的电连接；米勒补偿模块，包含有后级端耦接在该输出端与该输出级之间，及前级端， 用来补偿该运算放大器的频率响应；以及开关模块，其一端耦接于该米勒补偿模块的该前级端，另一端耦接在该增益级与该输出级之间，用来根据该中断信号，控制该米勒补偿模块的该前级端至该增益级与该输出级的电连接。
图1为公知的运算放大器的示意图。
图2为图1的运算放大器的信号的时变示意图。
图3为本发明实施例的耦合阻绝流程的示意图。
图4为本发明实施例的运算放大器的示意图。
图5A为图4的运算放大器的较佳实施例示意图。
图5B为图5A的运算放大器的内部信号的时变示意图。
图6为图4的运算放大器的变化实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下
M1、M2晶体管N1、N2、N5 节点
ITR中断信号ITR[1]、ITR[2]子信号
0.IND输出指示信号Pl第一预设时段
P2第二预设时段RST运算结果
RL负载S_LD负载信号
SYS系统信号tl、t2、t3、t4 时间点
VN1、VN2、VN3、VN4 节点电压VIN差分输入信号
10、40、60运算放大器100、406差分输入级
102、408增益级104,410输出级
106,414米勒补偿模块108,412输出开关
30耦合阻绝流程300、302、304、306、308
400接收端402延迟单元
404输出端416开关模块420、422、602 开关600 电容
具体实施例方式请参考图3，图3为本发明实施例的耦合阻绝流程30的示意图。耦合阻绝流程30 用来避免负载信号耦合入运算放大器，包含有下列步骤步骤300:开始。步骤302 在运算放大器输出运算结果前，产生系统信号。步骤304:根据系统信号，在第一时间点，中断运算放大器的米勒补偿(Miller compensation)信号路径。步骤306 根据系统信号，在第二时间点，导通运算放大器的输出端与负载的电连接，以输出运算结果。步骤308:结束。简单来说，耦合阻绝流程30是在运算放大器输出运算结果前，中断米勒补偿信号路径。如此一来，当运算放大器的输出开关因输出运算结果而导通时，即使输出开关两端的电荷重新分布，影响范围将局限于输出结果，进而改善公知技术中，负载信号S_LD因电荷重新分布引发第二次信号耦合而导致的信号波形异常的问题。为了确保米勒补偿信号路径在输出开关导通前断路，第二时间点须落后于或等于第一时间点，以避免负载信号通过米勒补偿信号路径，耦合进入运算放大器。须注意的是， 此处所指称的米勒补偿信号路径介于运算放大器的输出端与输出级的输入端之间，用来补偿运算放大器的频率响应，以提升运算放大器的稳定性。具体来说，在第一时间点，可通过将耦接在输入端及输出端之间的开关断路，中断米勒补偿信号路径。相对地，在第二时间点，又可通过将耦接在输出端及负载之间的开关导通，导通运算放大器的输出端与负载的电连接。关于耦合阻绝流程30的实现方式，请参考图4，图4为本发明实施例的运算放大器40的示意图。运算放大器40包含有接收端400、延迟单元402、输出端404、差分输入级 406、增益级408、输出级410、输出开关412、米勒补偿模块414及开关模块416。接收端400 用来接收系统信号SYS。输出端404用来输出运算结果RST。延迟单元402用来根据系统信号SYS，产生中断信号ITR及输出指示信号0_IND。差分输入级406用来接收差分输入信号VIN。增益级408用来放大差分输入信号VIN。输出级410用来根据放大后的差分输入信号VIN，产生运算结果RST。输出开关412根据输出指示信号0_IND，控制输出端404至负载RL的电连接。米勒补偿模块414用来补偿运算放大器40的频率响应。开关模块416用来根据中断信号ITR，控制米勒补偿模块414至增益级408与输出级410的电连接。简单来说，运算放大器40在输出级410的输入端及米勒补偿模块414之间加装开关模块416，并通过延迟单元402产生对应的中断信号ITR，以在输出开关412导通前，切断运算放大器40的米勒补偿路径。如此一来，负载RL上的负载信号S_LD不再因为输出开关 412两端的电荷重新分布而产生异常波形。详细来说，请继续参考图5A，图5A为运算放大器40的较佳实施例示意图。为方便比较，在图5A中，运算放大器40的细部组件与公知的运算放大器10相似，差别在于运算放大器40还包含延迟单元402及开关模块416，用以实现本发明的概念。其中，开关模块416 包含开关420、422。请继续参考图5B，图5B为运算放大器40的内部信号的时变示意图。 在图5B中，在运算放大器40输出正确的运算结果RST之前，接收端400从外部控制电路接收的系统信号SYS包含一段低电位的方波。延迟单元402延迟系统信号SYS第一预设时段 Pl,以产生中断信号ITR的子信号ITR[1]，以及将系统信号SYS延迟第二预设时段P2，以产生输出指示信号0_IND。须注意的是，在输出开关412导通前，本发明是关闭米勒补偿模块 414，因此第一预设时段Pl须大于第二预设时段P2，以避免负载信号S_LD通过米勒补偿信号路径，耦合进入运算放大器40。也就是说，开关422在输出开关412导通(时间点T3)前断路，使得节点N2的节点电压VN2不再因电荷重新分配而产生变异。在图5A中，除了开关 422控制的下桥米勒补偿信号路径外，负载信号S_LD也可能通过上桥米勒补偿信号路径， 耦合进入功能放大器40。因此，系统信号SYS又须配合输出级410充放电的时序，适时地通过将开关420断路，切断上桥米勒补偿信号路径。举例来说，在图5B中，延迟单元402又在输出开关412导通(时间点T4)前，分别延迟系统信号SYS第一预设时段Pl及第二预设时段P2，以在时间点T4之前，通过中断信号ITR的子信号ITR[2]将开关420断路。在图5B中，为了维持运算放大器40的稳定性，中断信号ITR只在输出开关412导通前，切断上桥米勒补偿路径或下桥米勒补偿路径。因此，中断信号ITR的设计和实际电路设计高度相关。举例来说，若图5的开关模块416只包含开关422或开关420，对应地，延迟单元402只须要产生中断信号ITR的子信号ITR[1]或ITR[2]。图5A的运算放大器40只是本发明的较佳实施例，但不限于此。举例来说，请参考图6，图6为本发明实施例的运算放大器60的示意图。运算放大器60为二阶运算放大器， 若对应于图4的运算放大器40的架构，其米勒补偿模块为电容600。在此情况下，为实现耦合阻绝流程30，可在电容600及节点N5之间增加开关602，以适时切断运算放大器60的米勒补偿信号路径。运算放大器40、60的细部操作，例如各晶体管的运作，非本发明的重点，且为本领域具有公知常识者所熟知，因此在此不赘述。在公知技术中，每当输出开关108导通时，负载信号S_LD通过米勒补偿模块106 耦合进入运算放大器10内部，造成运算放大器10内运算机制的异常运作，使得负载信号S_ LD产生非理想的波形。相较之下，在本发明中，运算放大器40、60在米勒信号补偿路径加装对应的开关420、422、602，以适时地阻绝负载信号S_LD进入放大器内部，进而提升运算放大器40、60的效能及稳定性。综上所述，本发明通过适时地切断米勒补偿信号路径，避免负载信号耦合进入运算放大器内部，进而提升运算放大器的效能及稳定性。以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种耦合阻绝方法，用于运算放大器中避免负载信号耦合进入该运算放大器，其特征在于，该耦合阻绝方法包含有在该运算放大器输出运算结果前，产生系统信号；根据该系统信号，在第一时间点，中断该运算放大器的米勒补偿信号路径；以及根据该系统信号，在第二时间点，导通该运算放大器的输出端与负载的电连接，以输出该运算结果。
2.如权利要求1所述的耦合阻绝方法，其特征在于，该第二时间点落后于或等于该第一时间点，以避免该负载信号通过该米勒补偿信号路径，耦合进入该运算放大器。
3.如权利要求1所述的耦合阻绝方法，其特征在于，该米勒补偿信号路径是介于该运算放大器的该输出端与输出级的输入端之间。
4.如权利要求3所述的耦合阻绝方法，其特征在于，中断该运算放大器的该米勒补偿信号路径的步骤，包含有将耦接在该输入端及该输出端之间的开关断路。
5.如权利要求1所述的耦合阻绝方法，其特征在于，导通该运算放大器的该输出端与该负载的电连接的步骤，包含有将耦接在该输出端及该负载之间的开关导通。
6.一种运算放大器，可避免负载信号耦合入该运算放大器，其特征在于，该运算放大器包含有接收端，用来接收系统信号；输出端，用来输出运算结果；延迟单元，用来根据该系统信号，产生中断信号及输出指示信号；差分输入级，用来接收差分输入信号；增益级，用来放大该差分输入信号；输出级，用来根据放大后的该差分输入信号，产生该运算结果；输出开关，耦接在该输出端及负载之间，用来根据该输出指示信号，控制该输出端至该负载的电连接；米勒补偿模块，包含有后级端耦接在该输出端与该输出级之间，及前级端，用来补偿该运算放大器的频率响应；以及开关模块，其一端耦接于该米勒补偿模块的该前级端，另一端耦接在该增益级与该输出级之间，用来根据该中断信号，控制该米勒补偿模块的该前级端至该增益级与该输出级的电连接。
7.如权利要求6所述的运算放大器，其特征在于，该延迟单元将该系统信号延迟第一预设时段，以产生该中断信号，以及将该系统信号延迟第二预设时段，以产生该输出指示信号。
8.如权利要求7所述的运算放大器，其特征在于，该第一预设时段大于该第二预设时段，以避免该负载信号通过该米勒补偿模块，耦合进入该运算放大器。
全文摘要
本发明公开一种耦合阻绝方法，用于运算放大器中避免负载信号耦合入该运算放大器，该耦合阻绝方法包含有在该运算放大器输出运算结果前，产生系统信号；根据该系统信号，在第一时间点，中断该运算放大器的米勒补偿信号路径；以及根据该系统信号，在第二时间点，导通该运算放大器的输出端与负载的电连接，以输出该运算结果。
文档编号H03F1/26GK102201790SQ20101013964
公开日2011年9月28日 申请日期2010年3月26日 优先权日2010年3月26日
发明者曾柏瑜, 苏嘉伟, 黄如琳 申请人:联咏科技股份有限公司