放大器裝置及其軟啟動的方法
【專利摘要】放大器裝置，包括差分輸入對、電流源和負(fù)載。差分輸入對，包括第一晶體管、第二晶體管和輔助晶體管。第一晶體管，具有第一端、第二端及控制端，第一晶體管的控制端接收基準(zhǔn)電壓。第二晶體管，具有第一端、第二端及控制端，第二晶體管的第一端與第一晶體管的第一端相耦接，第二晶體管的控制端接收輸入電壓。輔助晶體管，具有第一端、第二端、控制端及基極端，輔助晶體管的第一端與第一晶體管的第一端相耦接，輔助晶體管的第二端與第一晶體管的第二端相耦接，輔助晶體管的控制端接收控制電壓，且輔助晶體管的基極端接收所述電源電壓。電流源，耦接至第一晶體管的第一端及第二晶體管的第一端。負(fù)載，耦接至第一晶體管的第二端及第二晶體管的第二端。
【專利說明】放大器裝置及其軟啟動的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種放大器裝置，特別是涉及一種放大器裝置的軟啟動機制及方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]在電子裝置中，軟啟動機制是一種重要且常被使用的機制。其中，當(dāng)電子裝置被啟動的初期，其內(nèi)部電路所提供的輸出電壓需要從O伏特緩慢的上升至所需要的電壓值，而不是快速的躍升至需要的電壓值時，即需要在電路上設(shè)置軟啟動的相關(guān)機制。
[0003]上述的軟啟動機制主要是用以抑制當(dāng)電子裝置在啟動的初期，由于輸出電壓的電壓值的快速上升而可能產(chǎn)生的過沖(overshoot)現(xiàn)象。而這個電壓值過大的現(xiàn)象，常會伴隨著產(chǎn)生極大的輸出電流，而過大的輸出電壓以及輸出電流會致使接收輸出電壓的電路產(chǎn)生損壞或甚至燒毀的可能。而過大的輸出電流也會產(chǎn)生電磁干擾的現(xiàn)象，可能影響到電子裝置的正常功能。另外，若使用輸出電壓來進(jìn)行電壓比較時，輸出電壓的過沖現(xiàn)象而生的電壓震蕩(damping)現(xiàn)象，也會致使比較的結(jié)果產(chǎn)生錯誤，影響電子裝置的整體運作。
[0004]在現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】中，有一種關(guān)于差值放大器的軟啟動的方法。這種現(xiàn)有的方法主要是通過數(shù)字式的方式來逐步提升作為比較基準(zhǔn)的基準(zhǔn)電壓的電壓值。這種作法雖可以控制輸出電壓逐步上升的速度，但由于其輸出電壓還是通過數(shù)字的逐階的跳升的方式來上升，還是無法完全消除輸出電壓產(chǎn)生過沖的情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種放大器裝置及其軟啟動的方法，有效抑制其所產(chǎn)生的輸出電壓過沖(overshoot)的現(xiàn)象。
[0006]—種放大器裝置，包括:差分輸入對、電流源和負(fù)載。差分輸入對，包括:第一晶體管、第二晶體管和輔助晶體管。第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，第一晶體管的控制端接收基準(zhǔn)電壓。第二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，第二晶體管的第一端與第一晶體管的第一端相耦接，第二晶體管的控制端接收輸入電壓。輔助晶體管，具有第一端、第二端、控制端以及基極端，輔助晶體管的第一端與第一晶體管的第一端相耦接，輔助晶體管的第二端與第一晶體管的第二端相耦接，輔助晶體管的控制端接收控制電壓，且輔助晶體管的基極端接收所述電源電壓。電流源，耦接至第一晶體管的第一端及第二晶體管的第一端。負(fù)載，耦接至第一晶體管的第二端及第二晶體管的第二端。其中，該控制電壓的電壓值依據(jù)該電源電壓的電壓值的變化而改變。
[0007]—種放大器裝置的軟啟動方法，其中該放大器裝置具有包括第一晶體管及第二晶體管的差分輸入對，該軟啟動方法包括:當(dāng)該電源電壓被啟動時，依據(jù)該電源電壓的變化來產(chǎn)生控制電壓；以及依據(jù)該控制電壓以及該電源電壓來在該第一晶體管的第一端及第二端間提供一阻抗，其中該阻抗的阻抗值與該控制電壓及該電源電壓的電壓差成反比。
[0008]基于上述，發(fā)明藉由輔助晶體管來在當(dāng)電源電壓初始被啟動時，在差分輸入對的第一晶體管的第一端及第二端間提供阻抗，基于上述的阻抗會依據(jù)電源電壓的上升而改變的前提下，放大器裝置所產(chǎn)生的輸出電壓的電壓上升斜率可以有效的得到控制，防止因輸出電壓過大而導(dǎo)致的多種不良的效應(yīng)。
[0009]為使本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出本發(fā)明一實施例的放大器裝置的示意圖。
[0011]圖2示出本發(fā)明實施例的控制電壓產(chǎn)生器的實施方式的示意圖。
[0012]圖3示出本發(fā)明實施例的控制電壓產(chǎn)生器的另一實施方式的示意圖。
[0013]圖4示出本發(fā)明一實施例的放大器裝置的軟啟動方法流程圖。
【具體實施方式】
[0014]請參照圖1，圖1示出了本發(fā)明一實施例的放大器裝置的示意圖。在圖1中，放大器裝置100包括差分輸入對120、電流源110以及負(fù)載130。放大器裝置100接收電源電壓AVDD以做為操作電壓。并且，差分輸入對120包括晶體管MP1、MP2以及輔助晶體管AUMP。晶體管MP1、MP2皆具有第一端、第二端以及控制端，晶體管MPl的第一端與晶體管MP2的第一端相耦接，晶體管MPl的控制端接收基準(zhǔn)電壓VBG，而晶體管MP2的控制端則接收輸入電壓IN。在本實施例中，放大器裝置100對基準(zhǔn)電壓VBG以及輸入電壓IN進(jìn)行比較，并針對基準(zhǔn)電壓VBG以及輸入電壓IN間的差值進(jìn)行放大以產(chǎn)生輸出電壓EA0UT。其中，基準(zhǔn)電壓VBG可以由帶隙(band gap)電壓產(chǎn)生器來提供。
[0015]輔助晶體管AUMP與晶體管MPl并連耦接，仔細(xì)來說明，輔助晶體管AUMP的第一端及第二端分別耦接至晶體管MPl的第一端及第二端。重點在于，輔助晶體管AUMP的控制端接收控制電壓SSR，并且輔助晶體管AUMP的基極接收電源電壓AVDD，并且，控制電壓SSR會隨著電源電壓AVDD的變化而改變。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，由輔助晶體管AUMP和晶體管MPl所組成的電路，其輸出的電壓值為SSR與VBG之間較小的那個電壓值。S卩，加入輔助晶體管AUMP之后，放大器裝置100將會對SSR與VBG之間較小的那個電壓值以及IN的值之間的差值進(jìn)行放大。
[0016]請注意，在當(dāng)放大器裝置100被啟動時，電源電壓AVDD由O伏特上升，此時，控制電壓SSR也會依據(jù)電源電壓AVDD的上升而依據(jù)一個速率由O伏特上升。在輔助晶體管AUMP為P型晶體管的條件下，在控制電壓SSR上升的過程中，輔助晶體管AUMP可提供一個依據(jù)控制電壓SSR的上升而變化的阻抗值，并且，這個阻抗值依據(jù)控制電壓SSR的上升而上升。而在當(dāng)控制電壓SSR不高于基準(zhǔn)電壓VBG時，放大器裝置100可依據(jù)放大輸入電壓IN以及控制電壓SSR間的差值來產(chǎn)生輸出電壓EA0UT，然而，在當(dāng)控制電壓SSR上升至高于基準(zhǔn)電壓VBG時，基準(zhǔn)電壓VBG將成為放大器裝置100進(jìn)行差值放大的主要的參考電壓。也就是說，此時放大器裝置100針對輸入電壓IN以及基準(zhǔn)電壓VBG進(jìn)行差值放大來產(chǎn)生輸出電壓EAOUT。
[0017]在上述說明可以得知，由于控制電壓SSR可以隨電源電壓AVDD的上升而緩慢上升，放大器裝置100不會在一啟動的瞬間，就必須針對輸入電壓IN以及基準(zhǔn)電壓VBG間很大的差值進(jìn)行放大而使輸出電壓EAOUT發(fā)生過沖的現(xiàn)象。相反的，通過控制電壓SSR模擬式的緩慢上升的過程，輸出電壓EAOUT可平穩(wěn)的上升至所需要的電壓值，不會發(fā)生過沖的現(xiàn)象。
[0018]請注意，在本實施例中，晶體管MPl以及MP2的基極是共同耦接至晶體管MPl以及MP2的第一端的共同耦接點的。這樣的接法可以提升放大器裝置100的電源電壓抑制比(Power Supply Rejection Ratio, PSRR)。而輔助晶體管AUMP的基極則是接收較高電壓值的電源電壓AVDD，并且，通過上述的耦接關(guān)系，放大器裝置100可以在當(dāng)控制電壓SSR的電壓值相對低，接近O伏特時，就可以正常的動作，使輸出電壓EAOUT的產(chǎn)生過程更加的平順，從而通過產(chǎn)生斜率緩和的SSR電壓，以使輸出電壓跟得上軟件的電壓，而不會有過大或者過小的輸出電壓。SSR的起始電壓越小，本電路產(chǎn)生的輸出電壓EAOUT的初始斜率越理想，曲線越平緩。由于本發(fā)明能夠使SSR接近O伏特的輸入，所以，本發(fā)明的輸出電壓EAOUT能夠得到非常好的軟啟動效果。
[0019]承上述，輔助晶體管AUMP所提供的阻抗值可以依據(jù)電源電壓AVDD以及控制電壓SSR間的電壓差來決定，其中，輔助晶體管AUMP所提供的阻抗值與電源電壓AVDD以及控制電壓SSR間的電壓差成反比。
[0020]此外，晶體管MP1、MP2的第二端分別耦接至負(fù)載130的兩個端點。在圖1中，負(fù)載130為一個通過晶體管麗I?MN4建構(gòu)的主動負(fù)載。晶體管麗I以及麗3構(gòu)成一個電流鏡并耦接在參考接地端GND、晶體管MPl的第二端以及晶體管MP2的第二端間。晶體管麗2以及MN4則構(gòu)成另一個電流鏡并耦接在參考接地端GND、晶體管MP2的第二端以及晶體管MPl的第二端間。
[0021]而值得注意的是，本發(fā)明實施例的負(fù)載130也可以利用其它種類的主動負(fù)載或是被動負(fù)載來建構(gòu)，其中圖1只是一個范例，而不是用以限縮本發(fā)明的范疇。
[0022]電流源110由晶體管MPO所建構(gòu)，其中，晶體管MPO的第一端接收電源電壓AVDD，晶體管MPO的第二端耦接晶體管MP1、MP2的第一端。晶體管MPO的控制端接收偏壓電壓VB以產(chǎn)生電流以提供至晶體管MP1、MP2的第一端。
[0023]在本實施例中，放大器裝置100還包括輸出級電路，在圖1中，輸出級電路由晶體管MP3?MP4以及麗5?MN6所建構(gòu)。其中，放大器裝置100的輸出級電路耦接至晶體管MPU MP2的第二端，并依據(jù)晶體管MP1、MP2的第二端上的電壓進(jìn)行信號放大以產(chǎn)生輸出電壓 EAOUT。
[0024]在關(guān)于控制電壓SSR的產(chǎn)生方式上，可以通過控制電壓產(chǎn)生器來實施，以下請參照圖2，其中圖2示出本發(fā)明實施例的控制電壓產(chǎn)生器的實施方式的示意圖?？刂齐妷寒a(chǎn)生器200包括電流源I1、電容Cl以及輸出緩沖器BUF1。電流源Il串接在電源電壓AVDD以及電容Cl間，電容Cl的一個端點耦接電流源II，另一個端點則耦接至參考接地電壓GND。輸出緩沖器BUFl為一個反相器，其輸入端耦接至電容Cl與電流源Il的連接端，輸出緩沖器BUFl的輸出端產(chǎn)生軟啟動完成信號SS0K。電流源Il與電容Cl的連接端點用以產(chǎn)生控制電壓SSR。
[0025]在電源電壓AVDD被啟動時，電流源Il開始提供電流，并使電流注入電容Cl中，據(jù)此，電容Cl與電流源Il的連接點上的控制電壓SSR隨之上升，其上升的斜率可以通過電流源Il所提供的電流的大小以及電容Cl的容值來決定。電流源Il的電流越大，電容Cl的容值越小，SSR上升的斜率越大。[0026]另外，在當(dāng)控制電壓SSR的電壓值低于輸出緩沖器BUFl的臨界值時，輸出緩沖器BUFl可產(chǎn)生高邏輯電平的軟啟動完成信號SSOK以指示軟啟動動作進(jìn)行中，相對的，當(dāng)控制電壓SSR的電壓值高于輸出緩沖器BUFl的臨界值時，輸出緩沖器BUFl可產(chǎn)生低邏輯電平的軟啟動完成信號SSOK以指示軟啟動動作已完成。
[0027]另外請參照圖3，圖3示出本發(fā)明實施例的控制電壓產(chǎn)生器的另一實施方式的示意圖?？刂齐妷寒a(chǎn)生器300除包括電流源I1、電容Cl以及輸出緩沖器BUFl外，尚包括電流源12以及開關(guān)310。其中，電流源12與電流源Il并連，而開關(guān)310也與電流源Il及12并連。開關(guān)310可由晶體管MPS所構(gòu)成，晶體管MPS的控制端接收指示放大器裝置的輸出端所接收的負(fù)載狀態(tài)的信號LS。值得注意的是，當(dāng)信號LS指示放大器裝置的輸出端所接收的負(fù)載大于臨界值時，表示放大器裝置處于重負(fù)載的狀態(tài)，此時，開關(guān)310被導(dǎo)通，而控制電壓SSR將會快速的等于電源電壓AVDD并使放大器裝置快速的產(chǎn)生足夠大的輸出電壓來供應(yīng)負(fù)載的需求。相對的，若當(dāng)信號LS指示放大器裝置的輸出端所接收的負(fù)載不大于臨界值時，表示放大器裝置處于非重負(fù)載的狀態(tài)，此時，開關(guān)310被斷開，此時電流源12不再對Cl充電，所以SSR電壓的提高速度變緩，而控制電壓SSR可依據(jù)電流源I1、12所提供的電流以及電容Cl所進(jìn)行的充電動作來依據(jù)一定的速率上升，并達(dá)到軟啟動的目的。
[0028]值得一提的是，放大器裝置的輸出端所接收的負(fù)載狀態(tài)可以通過檢測放大器裝置的輸出端上所輸出的電流狀態(tài)來獲得。在本發(fā)明實施例中，上述負(fù)載狀態(tài)的檢測方式可以應(yīng)用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的任一負(fù)載檢測技術(shù)來獲得。
[0029]請參照圖4，圖4示出了本發(fā)明一實施例的放大器裝置的軟啟動方法流程圖。其中，放大器裝置具有包括第一晶體管及第二晶體管的差分輸入對。并且，在步驟S410中，當(dāng)作為放大器裝置的操作電壓的電源電壓被啟動時，依據(jù)電源電壓的變化來產(chǎn)生控制電壓，并在步驟S420中，依據(jù)控制電壓以及電源電壓來在第一晶體管的第一端及第二端間提供阻抗，其中阻抗的阻抗值與該控制電壓及電源電壓的電壓差成反比。
[0030]上述步驟S420中，阻抗可通過與第一晶體管并接的輔助晶體管來提供，其中，輔助晶體管的基極接收電源電壓，而輔助晶體管的控制端則接收控制電壓。如此，輔助晶體管便可依據(jù)控制電壓以及電源電壓來產(chǎn)生上述的阻抗。
[0031]而關(guān)于上述步驟中的實施細(xì)節(jié)，在本發(fā)明前述的實施立即實施方式都已有詳盡的說明，在此述不多贅述。
[0032]綜上所述，本發(fā)明通過設(shè)置輔助晶體管來在第一晶體管的第一端及第二端間提供阻抗，并使放大器裝置可在啟動中，先依據(jù)逐漸升高的控制電壓來做為參考的依據(jù)，并在完成軟啟動后依據(jù)基準(zhǔn)電壓做為參考的依據(jù)。如此一來，通過模擬式升高的控制電壓，放大器裝置可有效產(chǎn)生平緩上升的輸出電壓，抑制過沖情況的發(fā)生。
[0033]本發(fā)明雖以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可做些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍是以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種放大器裝置，包括: 差分輸入對，包括: 第一晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，所述第一晶體管的控制端接收基準(zhǔn)電壓； 第二晶體管，具有第一端、第二端以及控制端，所述第二晶體管的第一端與所述第一晶體管的第一端相耦接，所述第二晶體管的控制端接收輸入電壓；以及 輔助晶體管，具有第一端、第二端、控制端以及基極端，所述輔助晶體管的第一端與所述第一晶體管的第一端相耦接，所述輔助晶體管的第二端與所述第一晶體管的第二端相耦接，所述輔助晶體管的控制端接收控制電壓，且所述輔助晶體管的基極端接收所述電源電壓； 電流源，耦接至所述第一晶體管的第一端及所述第二晶體管的第一端；以及 負(fù)載，耦接至所述第一晶體管的第二端及所述第二晶體管的第二端， 其中，該控制電壓的電壓值依據(jù)該電源電壓的電壓值的變化而改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的放大器裝置，其中還包括: 控制電壓產(chǎn)生器，產(chǎn)生該控制電壓，包括: 第一電流源，接收該電 源電壓，并提供第一電流； 電容，其一端接收該第一電流以產(chǎn)生該控制電壓，該電容的另一端耦接至參考接地端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器裝置，其中該控制電壓產(chǎn)生器還包括: 第二電流源，接收該電源電壓并耦接該電容，該第二電流源用以提供第二電流至該電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的放大器裝置，其中該控制電壓產(chǎn)生器還包括: 開關(guān)，其一端接收該電源電壓，該開關(guān)的另一端耦接至該電容接收該第一電流及該第二電流的端點，該開關(guān)依據(jù)該放大器裝置的輸出端的負(fù)載狀態(tài)以導(dǎo)通或斷開。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的放大器裝置，其中當(dāng)該放大器裝置的輸出端的負(fù)載大于臨界值時，該開關(guān)被導(dǎo)通。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的放大器裝置，其中該控制電壓產(chǎn)生器還包括: 輸出緩沖器，其輸入端接收該控制電壓，該輸出緩沖器的輸出端產(chǎn)生一軟啟動完成信號。
7.—種放大器裝置的軟啟動方法，其中該放大器裝置具有包括第一晶體管及第二晶體管的差分輸入對，該軟啟動方法包括: 當(dāng)該電源電壓被啟動時，依據(jù)該電源電壓的變化來產(chǎn)生控制電壓；以及依據(jù)該控制電壓以及該電源電壓來在該第一晶體管的第一端及第二端間提供一阻抗，其中該阻抗的阻抗值與該控制電壓及該電源電壓的電壓差成反比。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放大器裝置的軟啟動方法，其中還包括: 當(dāng)該電源電壓被啟動時，提供第一電流對電容進(jìn)行充電來產(chǎn)生該控制電壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的放大器裝置的軟啟動方法，其中還包括: 當(dāng)該電源電壓被啟動時，依據(jù)該放大器裝置的輸出端的負(fù)載狀態(tài)來決定是否還提供第二電流對該電容進(jìn)行充電來產(chǎn)生該控制電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的放大器裝置的軟啟動方法，其中當(dāng)該放大器裝置的輸出端的負(fù)載狀態(tài)不大于臨界值時，提供該第二電流對應(yīng)該電容進(jìn)行充電來產(chǎn)生該控制電壓；以及 當(dāng)該放大器裝置的 輸出端的負(fù)載狀態(tài)大于該臨界值時，停止提供該第二電流對應(yīng)該電容進(jìn)行充電來產(chǎn)生該控制電壓。
【文檔編號】H03F3/45GK103795361SQ201410069582
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】王裕忠 申請人:開曼群島威睿電通股份有限公司