專利名稱：具有切換損耗補償機制的切換電容電路及其補償方法
技術領域：
本發明涉及一種切換電容電路，特別是指一種具有切換損耗補償機制的切換電容電路。
背景技術：
參閱圖I，為已知具有損耗的單端并聯諧振電路，其中當并聯諧振電路為一差動電路時，電容C可以采用如圖2所示的切換電容電路900來實現，已知切換電容電路900包含多個N型晶體管901 903與多個電容904 905。切換電容電路900是用來在一差動電路的一正電壓端NVp與一負電壓端NVm間執行一切換電容運作，據以切換NVp與NVm對地 的等效電容值。其中，N型晶體管901 903受控于一切換信號Sc。且，并聯諧振電路會有以下公式的特性Rt =(Q)2-Rs=(字)2 Rs = (-^-)2 Rs
RsCdLRs配合參閱圖3，為運用切換電容電路900的諧振電路的頻率響應，其中Sc為0時，NVp與NVm仍分別耦接有另一電容(未圖示)，由圖3以及上述公式可知，當切換電容電路900的電容值變大時，即切換信號Sc從0切換為I時，諧振電路的中心諧振頻率會從fcl下降至fc2,且中心點頻率振幅也會從Ampl降低至Amp2,如此將會使得同一應用的頻帶上有著不同的振幅大小，進而造成頻帶內不平坦，降低諧振電路的諧振操作效果。

發明內容
因此，本發明的眾多目的之一，即在提供一種可克服上述已知技術缺陷的具有切換損耗補償機制的切換電容電路。于是，本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路，包含一諧振單元及一損耗補償單元，諧振單元用以產生一諧振頻率，且包含一用來切換一輸出電容的切換電容單元；損耗補償單元耦接于諧振電路，用來于切換電容單元輸出不同電容值時提供一損耗補償。本發明的另一目的，即在提供一種應用于上述切換電容電路的切換損耗補償方法。本發明切換電容電路的切換損耗補償方法，用于一切換電容電路，該補償方法包含以下步驟利用一諧振單兀及其一第一輸出電容以產生一第一諧振中心點頻率；切換諧振單兀的第一輸出電容至一第二輸出電容以產生一第二諧振中心點頻率；及提供一損耗補償電路以對第二諧振中心點頻率的一第二諧振振幅或第一諧振中心點頻率的一第一諧振振幅進行一損耗補償。通過本發明，在執行切換電容運作時，損耗補償單元與振幅檢測單元搭配所進行的切換損耗補償，可使運用切換電容電路的諧振電路提供中心點頻率的振幅變為較為平坦的頻帶，故確實能達成本發明的目的。


圖I是一電路圖，說明已知具有損耗的并聯諧振電路；圖2是一電路圖，說明已知切換電容電路；圖3是一不意圖，說明運用上述已知切換電容電路的諧振電路的頻率響應；圖4是一電路方塊圖，說明本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路的第一 實施例；圖5是一電路示意圖，說明第一實施例的切換電容電路的內部電路；圖6是一電路方塊圖，說明本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路的第二實施例；圖7是一電路示意圖，其例示第二實施例的切換電容電路的內部電路；圖8是一示意圖，說明運用第一及第二實施例的切換電容電路的諧振電路的頻率響應；圖9是一電路示意圖，說明本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路的第三實施例；及圖10是一示意圖，說明運用第三實施例的補償驅動信號產生單元的二位切換電容電路的諧振電路的頻率響應。主要元件符號說明100切換電容電路10諧振單元110切換電容單元20損耗補償單元221第一補償晶體管222第二補償晶體管223第三補償晶體管233晶體管30振幅檢測單元32補償驅動信號產生單元241第一晶體管242第二晶體管243第三晶體管244第四晶體管245第五晶體管246第六晶體管247第七晶體管248第八晶體管249參考電流源
具體實施例方式有關本發明的前述及其他技術內容、特點與效果，在以下配合參考圖式的三個實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。在本發明被詳細描述之前，要注意的是，在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表不。參閱圖4，為本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路100的第一實施例，在本實施例中，切換電容電路100包含一諧振單元10及一損耗補償單元20。諧振單元10為一位的電容切換，其包含一切換電容單元110，其可與一電感及一電阻(圖未示)耦接而諧振產生一諧振頻率，該切換電容單兀Iio具有一第一端Np及一第二端Nm,用以受一第一切換信號Scl的控制而切換于第一端Np與第二端Nm的輸出電容,其中第一切換信號Scl為低電位時，NVp與NVm仍分別耦接有另一電容(未圖示)；損耗補償單元20耦接于諧振單元10，用來于切換電容單元110輸出不同電容值時提供一損耗補償。在本發明的另一實施例中，其可還包括一振幅檢測單元30，其耦接諧振單元10與損耗補償單元20，用以檢測諧振單元10所產生的諧振頻率的一諧振振幅，使得損耗補償單元20根據振幅檢測單元10的檢測結果來提供損耗補償。配合參閱圖5，其為本實施例的切換電容電路100中電路方塊的內部電路，切換電容單兀110根據第一切換信號Scl執行切換電容運作,其中當第一切換信號Scl為高電位時，在第一端Np與第二端Nm的輸出電容較大。損耗補償單元20包括一第一補償晶體管221、一第二補償晶體管222 (前兩者為交叉稱合晶體管對(cross-coupled pair))及一第三補償晶體管223,第一補償晶體管221的柵極及第二補償晶體管222的漏極電性連接第二端Nm，第二補償晶體管222的柵極及第一補償晶體管221的漏極電性連接第一端Np，第一補償晶體管221與第二補償晶體管222的源極電性連接第三補償晶體管223的漏極，第三補償晶體管223的柵極受一第一補償驅動信號Scpl控制，第三補償晶體管223的源極則接地。振幅檢測單元30還包括一補償驅動信號產生單元32，用以產生第一補償驅動信號Scpl。補償驅動信號產生單兀32可以為一電流鏡結構,其受第一切換信號Sclb的控制而產生該第一補償驅動信號Scpl。其中，各元件的連接關系如圖5所示，在此不再贅述，其中值得注意的是晶體管233為一 P型晶體管。其中第一切換補償信號Sclb可為第一切換信號Scl的互補信號；當第一切換信號Scl為低電位時，第一切換補償信號Sclb為高電位，第一補償驅動信號Scpl也為低電位而使第三補償晶體管223關閉，使得該交叉耦合晶體管 對不具有作用；當第一切換信號Scl為高電位時，第一補償驅動信號Scpl為一可使第三補償晶體管223導通的電位，使得該交叉耦合晶體管產生一負阻抗，以補償輸出電容較大而諧振頻率較小時的較小的諧振振幅；也即根據第一切換信號Scl使輸出電容的切換而啟動該交叉耦合晶體管。而第一切換補償信號Sclb也可為一獨立于第一切換信號Scl的信號，而根據振幅檢測單元10對諧振振幅的檢測結果，通過調整電流源Ic的電流大小來調整流經該交叉耦合晶體管的電流，以提供不同諧振頻率的諧振振幅的損耗補償。而補償驅動信號產生單元32也可為一高分辨率的數字模擬信號轉換器(DAC)，以根據振幅檢測單元10的檢測結果來提供更精細控制的第一補償驅動信號Scpl，并經由第三補償晶體管223更精細的調整流經該交叉耦合晶體管的電流，以補償諧振振幅。
其中，當第一端Np的電壓大于第二端Nm的電壓時，會使得第二補償晶體管222導通且第一補償晶體管221截止，進而使第三補償晶體管223產生的補償電流可補償從較低電壓的第二電壓端Nm進出的諧振電流；反之，當第二端Nm的電壓大于第一端Np的電壓時，第一補償晶體管221會導通且第二補償晶體管222會截止，使得補償電流可補償從較低電壓的第一端Np進出的諧振電流。因此，通過振幅檢測單元10的檢測結果并經由損耗補償單元20所提供的補償電流或負阻抗，可以補償切換電容單元110的切換損耗，使諧振單元10的不同中心諧振頻率的振幅維持一較為 固定的值。舉例來說，當切換電容單元110由一第一電容切換至一其容值大于第一電容的第二電容，且當第二電容的一第二諧振中心點頻率的一第二諧振振幅小于第一電容的第一諧振中心點頻率的一第一諧振振幅時，損耗補償單元20會通過調高流經交叉耦合晶體管對的電流來提高第二電容的第二諧振振幅，進而達到第一電容與第二電容的諧振中心點頻率振幅相同或近似的效果。換言之，本發明應用于切換電容電路100的切換損耗補償方法，主要是首先利用諧振單元10及其一第一輸出電容以產生一第一諧振中心點頻率；接著，切換諧振單元10的第一輸出電容至一第二輸出電容以產生一第二諧振中心點頻率，此時，提供一損耗補償電路20以對第二諧振中心點頻率的一第二諧振振幅或第一諧振中心點頻率的一第一諧振振幅進行一損耗補償，以補償切換電容單元110的電容切換損耗，使諧振單元10的中心諧振頻率及其振幅維持一定值。特別說明的是，損耗補償單元20的內部電路并不僅以本實施例的披露為限，只要能達到根據切換電容單元110的輸出電容值而提供一切換損耗補償的電路即可。參閱圖6，為本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路100的第二實施例，其大致與第一實施例相同，其不同之處在于，諧振單元10是為多位的電容切換，其中包含多個切換電容單元110，這些切換電容單元110受多個第二切換信號Sc2的控制而切換于第一端Np與第二端Nm的輸出電容；損耗補償單元20的數量可與切換電容單元110對應。參閱圖7，為二位電容切換的諧振單元10，其中兩個切換電容單元110用來根據第二切換信號Sc2執行切換電容運作，使其于第一端Np與第二端Nm間的等效電容值可據以切換。然而，兩個切換電容單元110、兩個損耗補償單元20及一振幅檢測單元30的電路結構均可與第一實施例相同，故不多加贅述。同理，當兩個切換電容單元110于第一端Np與第二端Nm的輸出電容值改變時，通過兩個損耗補償單元20所提供的補償電流，即可補償切換電容單元110的電容切換損耗，以達到使諧振單元10提供中心點頻率的振幅變益較為平坦的頻帶。圖8是運用第一及第二實施例的切換電容電路100的諧振單元10的頻率響應，其中，具有諧振電路中心點頻率振幅Aml的頻帶410是對應于(Sc2，Scl)為(0，0)的頻率響應，具有中心點頻率振幅Am2的頻帶420是對應于(Sc2，Scl)為(0，I)的頻率響應，具有中心點頻率振幅Am3的頻帶430是對應于(Sc2，Scl)為(1，0)的頻率響應，具有中心點頻率振幅Am4的頻帶440是對應于(Sc2，Scl)為(1，I)的頻率響應。如圖8所示，在切換電容電路100的切換損耗補償機制的運作下，中心點頻率振幅Aml Am4實質上具有相同振幅。也就是說，在切換電容電路100執行切換電容運作時，即使增加第一端Np與第二端Nm的輸出電容值,通過切換損耗補償機制的運作，頻帶410 440的中心點頻率振幅Aml Am4可實質上保持相同振幅，故確實能達成本發明的效果。參閱圖9，為本發明具有切換損耗補償機制的切換電容電路100的第三實施例，其中大致與第一實施例相同，其不同之處在于，本實施例的補償驅動信號產生單元32包括一第一晶體管241、一第二晶體管242、一第三晶體管243、一第四晶體管244、一第五晶體管245、一第六晶體管246、一第七晶體管247、一第八晶體管248，及一參考電流源249。其中，參考電流源249用來提供一參考電流Iref，第三晶體管243受第一互補切換信號Sclb的控制，第六晶體管246受一第一控制信號Al的控制，第八晶體管248受一第二控制信號A2的控制，而各元件的連接關系如圖9所示，在此不再贅述，其中值得注意的是第三晶體管243為一 P型晶體管。特別說明的是，本實施例的振幅檢測單元30同樣也可以運用于第二實施例的二位切換電容電路100中。參閱圖7、圖9及圖10，圖10是運用本實施例的補償驅動信號產生單元32的二位切換電容電路100的諧振電路的頻率響應，其中，頻帶601 604是對應于(A2，A1)為(0，0)的頻率響應，頻帶611 614是對應于(A2，A1)為(0，1)或(1，0)的頻率響應，頻帶621 624是對應于(A2，A1)為(1，1)的頻率響應。另外，頻帶601、611、621是對應于(Sc2，Scl) 為(0，0)的頻率響應，頻帶602、612、622是對應于(Sc2，Scl)為(0，I)的頻率響應，頻帶603、613、623是對應于(Sc2，Scl)為(1,0)的頻率響應，頻帶604、614、624是對應于(Sc2，Scl)為(1，1)的頻率響應。當(A2，A1)為(0,0)時，損耗補償單元20提供最大的第一補償電流以執行過補償運作，故在切換電容電路100執行切換電容運作時，隨著于第一端Np與第二端Nm的輸出電容值的增加，從頻帶601至頻帶604相對應的中心點頻率振幅AmOl Am04就依次遞增。當(A2，A1)為(0,1)或(1,0)時，損耗補償單元20提供臨界的第二補償電流以執行臨界補償運作，故在切換電容電路100執行切換電容運作時，即使增加于第一端Np與第二端Nm的輸出電容值，從頻帶611至頻帶614相對應的中心點頻率振幅Amll Aml4可實質上保持相同振幅。當(A2，A1)為(1，1)時，損耗補償單元20提供最小的第三補償電流以執行欠補償運作，故在切換電容電路100執行切換電容運作時，隨著于第一端Np與第二端Nm的輸出電容值的增加，從頻帶621至頻帶624相對應的中心點頻率振幅Am21 Am24就依次遞減。綜上所述，在本發明切換電容電路100執行切換電容運作時，通過損耗補償單元20與振幅檢測單元30搭配所進行的切換損耗補償，可使運用切換電容電路100的諧振單元10提供中心點頻率的振幅變益較為平坦的頻帶，故確實能達成本發明的目的。然而以上所述者，僅為本發明的優選實施例而已，當不能以此限定本發明實施的范圍，即大凡依本發明權利要求及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的范圍內。
權利要求
1.一種具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其包括 一諧振單元，用以產生一諧振頻率，其包含一切換電容單元，所述切換電容單元用來切換一輸出電容；及 一損耗補償單元，耦接于所述諧振單元，用來在所述切換電容單元輸出不同電容值時提供一損耗補償。
2.根據權利要求I所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，還包括 一振幅檢測單元，耦接所述諧振單元與所述損耗補償單元，用以檢測所述諧振頻率的一諧振振幅； 其中，所述損耗補償單元根據所述振幅檢測單元的檢測來提供所述損耗補償。
3.根據權利要求I所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，所述損耗補償單元包括一交叉耦合晶體管對，所述切換電容單元利用調整流經所述交叉耦合晶體管對的電流來進行所述損耗補償。
4.根據權利要求3所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，當所述切換電容單元由一第一電容切換至一第二電容，且當所述第二電容的一第二諧振中心點頻率的一第二諧振振幅小于所述第一電容的一第一諧振中心點頻率的一第一諧振振幅時，進行所述損耗補償以提高所述第二諧振振幅。
5.根據權利要求4所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，所述切換電容單元通過調高流經所述交叉耦合晶體管對的電流來提高所述第二諧振振幅。
6.根據權利要求3所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，所述切換電容單元具有一第一端及一第二端，所述切換電容單元受一切換信號的控制而切換于所述第一端與所述第二端的所述輸出電容。
7.根據權利要求6所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，所述交叉耦合晶體管對由一第一補償晶體管及一第二補償晶體管組成，所述損耗補償單元還包括一第三補償晶體管，所述第一補償晶體管的柵極與所述第二補償晶體管的漏極電性連接于所述切換電容單元的所述第二端，所述第二補償晶體管的柵極與所述第一補償晶體管的漏極電性連接于所述切換電容單元的所述第一端，所述第一補償晶體管與所述第二補償晶體管的源極電性連接于所述第三補償晶體管的漏極，所述第三補償晶體管的柵極接收一補償驅動信號以提供所述損耗補償。
8.根據權利要求7所述的具有切換損耗補償機制的切換電容電路，其中，所述損耗補償通過調整所述補償驅動信號的電壓來進行。
9.一種切換損耗補償方法，應用于一切換電容電路，所述補償方法包含以下步驟 利用一諧振單兀及其一第一輸出電容以產生一第一諧振中心點頻率； 切換所述諧振單元的所述第一輸出電容至一第二輸出電容以產生一第二諧振中心點頻率 '及 提供一損耗補償電路以對所述第二諧振中心點頻率的一第二諧振振幅或所述第一諧振中心點頻率的一第一諧振振幅進行一損耗補償。
10.根據權利要求9所述的切換損耗補償方法，還包含以下步驟 檢測所述第一諧振振幅以及所述第二諧振振幅以據以提供所述損耗補償。
11.根據權利要求9所述的切換損耗補償方法，其中，所述損耗補償電路包含一交叉耦合晶體管對，所述損耗補償利用調整流經所述交叉耦合晶體管對的電流來進行。
12.根據權利要求11所述的切換損耗補償方法，其中，當所述第二諧振振幅小于所述第一諧振振幅時，進行所述損耗補償以提高所述第二諧振振幅。
13.根據權利要求12所述的切換損耗補償方法，其中，利用調高流經所述交叉耦合晶體管對的電流來提高所述第二諧振振幅。
全文摘要
一種具有切換損耗補償機制的切換電容電路及其補償方法，該具有切換損耗補償機制的切換電容電路包含一諧振單元及一損耗補償單元，諧振單元用以產生一諧振頻率，且包含一用來切換一輸出電容的切換電容單元；損耗補償單元耦接于諧振電路，用來于切換電容單元輸出不同電容值時提供一損耗補償。
文檔編號H03B5/04GK102780451SQ20121005992
公開日2012年11月14日 申請日期2012年3月8日 優先權日2011年5月13日
發明者陳憲谷 申請人:瑞昱半導體股份有限公司