自动功率控制系统、方法与偏压电流控制电路的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种偏压电流控制电路，包括互导电路，连接至节点，感测电压信号以产生第一电流；恒流源，连接节点，并且产生尾端电流；以及电流镜电路，具有参考电流端以及偏压电流端，参考电流端耦接节点。其中，参考电流端流通第二电流，且第二电流等于尾端电流与第一电流的电流差值。其中，偏压电流端流通基于第二电流而产生的偏压电流。
【专利说明】
自动功率控制系统、方法与偏压电流控制电路
技术领域
[0001]本发明涉及一种偏压电流控制电路，特别是有关于运用在振荡电路的偏压电流控制电路。
【背景技术】
[0002]—般而言，振荡电路所产生的信号振幅大小与振荡电路的偏压设定有关，通常当振荡电路的偏压电流较大时，振荡电路可以产生较大的信号振幅。然而，在一些电路系统中使用振荡电路时，并不要求振荡电路产生最大的信号振幅，并且在考虑功率消耗的成本时，电路设计者通常会针对信号振幅的大小与偏压电流所产生的功率消耗，进行评估并且基于整体电路效益进行调整。因此，需要用于振荡电路的偏压电流控制系统与方法，藉此对于振荡电路的信号振幅大小与偏压电流进行设计与控制。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种偏压电流控制电路，包括一互导电路，连接至一节点，感测一电压信号以产生一第一电流;一恒流源，连接该节点，并且产生一尾端电流；以及一电流镜电路，具有一参考电流端以及一偏压电流端，该参考电流端親接该节点。其中，该参考电流端流通一第二电流，且该第二电流等于该尾端电流与该第一电流的电流差值。该偏压电流端流通基于该第二电流而产生的一偏压电流，且该第二电流与该偏压电流之间具备一预定比例。
[0004]本发明提供一种自动功率控制系统，包括一振荡电路，输出一电压信号；以及一偏压电流控制电路。该偏压电流控制电路包括一互导电路，连接至一节点，感测该电压信号以产生一第一电流;一恒流源，连接该节点，并且产生一尾端电流；以及一电流镜电路，具有一参考电流端耦接该节点，及一偏压电流端连接该振荡电路的一电流输入端。其中，该参考电流端流通一第二电流，且该第二电流等于该尾端电流与该第一电流的电流差值。该偏压电流端流通基于该第二电流而产生的一偏压电流，且该第二电流与该偏压电流之间具备一预定比例。
[0005]本发明提供一种自动功率控制方法，包括透过一互导电路，基于一振荡电路所输出的一电压信号，产生一第一电流;透过一电流镜电路，依据一恒流源之一尾端电流与该第一电流的电流差值，产生一偏压电流；以及将该偏压电流提供至该振荡电路。其中，该第二电流与该偏压电流之间具备一预定比例。
【附图说明】
[0006]图1A是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统的示意图。
[0007]图1B是依据本发明一实施例之一互导电路的电压对电流的关系图。
[0008]图2A是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统的示意图。
[0009]图2B是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统的示意图。
[0010]图3是依据本发明另一实施例之一自动功率控制系统的示意图。
[0011]图4是依据本发明另一实施例之一自动功率控制系统的示意图。
[0012]图5是依据本发明一实施例之一自动功率控制方法的流程图。
【具体实施方式】
[0013]为让本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出本发明之具体实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
[0014]图1A是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统100。自动功率控制系统100包括一偏压电流控制电路105以及一振荡电路104。其中，偏压电流控制电路105包括一互导(transconductance)电路11、一电流镜电路102以及一恒流源103。
[0015]参考图1A所示之内容，恒流源103的尾端电流15是一固定电流值，因此在电流镜电路102之参考电流端Nr流通的电流12，将等于恒流源103的尾端电流Is与互导电路101所产生的电流Ii的电流差值。
[0016]在一些实施例中，互导电路103可为金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Trans is tor (MOSFET))、双极结型晶体管(bipolarjunct1n transistors(BJT))或其它具备指数型电压转电流特性之组件。因此互导电路101所产生的输出电流，是与所接收的输入电压呈指数关系，如图1B所示。在此状况下，当振荡电路104所产生之电压信号Vsw的振幅越大时，互导电路101所产生的电流I1的平均值将会随着增加，此时由于恒流源103的尾端电流Is固定，因此将导致电流镜电路102之参考电流端Nr所流通的电流I2的平均值减少。由于电流镜电路102在偏压电流端Nb所产生的偏压电流Ib与参考电流端Nr
[0017]所流通的电流I2具有一预定比例，因此当电流I2的平均值减少时，偏压电流Ib的平均值亦会减少。此时，振荡电路104将接收到减少后的偏压电流Ib，进而导致振荡电路104所产生之电压信号Vsw的振幅减少。
[0018]基于上述运作过程，振荡电路104所产生的电压信号Vsw的振幅大小，将与偏压电流控制电路105所提供的偏压电流Ib呈反比关系。由此可知，电压信号Vsw的振幅大小以及偏压电流Ib的电流大小彼此构成一负反馈机制，因此自动功率控制系统100可自动调整振荡电路104之电压信号Vsw的振幅，使得振荡电路104透过所设计的偏压电流Ib维持振荡操作，进而达到控制偏压电流Ib以及整体功率消耗的功效。
[0019]图2A是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统200的示意图。自动功率控制系统200包括振荡电路201以及由金属氧化物半导体场效应晶体管，以下注记为MOSFET M1-M5所构成的偏压电流控制电路。在此实施例中，振荡电路201的偏压电流I2b以及电压信号Vsw2-的振幅是预先设定的值。在MOSFET M1-M5所构成的偏压电流控制电路的控制下，若振荡电路201之电压信号Vsw2的振幅或偏压电流1此发生变化，自动功率控制系统200将自动执行负反馈机制，并且将电压信号Vsw2的振幅以及偏压电流I2b收敛至上述预先设定的值。在一实施例中，若振荡电路201之电压信号Vsw2的振幅变小，振幅变小后的电压信号Vsw2透过电容Cl耦合到MOSFET Mi (可对应图1A的互导电路1I)的闸极，致使MOSFET 产生的电流121的平均值减少。由于直流电压VDD、Vb21、Vb22、Vb23以及接地电位GND为固定值，因此做为恒流源的MOSFET M3所产生的尾端电流123亦为定值。在此情况下，当电流121的平均值减少时，将会导致流过MOSFET M2、M4的电流I22增加。在此实施例中，受到电压信号Vsw2影响的电流I21可视为具备交流电流成份与直流电流成份，其中电流I21的交流电流成份会被节点N2的寄生电容Cp (与MOSFET M3并联)所过滤，因此电流122是被电流121之过滤后的一过滤电流影响而增加。
[0020]继之，MOSFET M415所构成的电流镜电路基于电流I22产生偏压电流I2b。由于偏压电流12b与电流122之间具备一预定比例(例如1:1)，因此基于上述操作而增加的电流122，亦致使偏压电流I2b增加。在此情况下，流入振荡电路104的偏压电流I2b增加，将使原先减少的电压信号Vsw2的振幅增加。最终，透过上述负反馈机制，电压信号Vsw2的振幅以及偏压电流I2b将收敛至上述预先设定的值。
[0021 ]在另一实施例中，若振荡电路201之电压信号Vsw2的振幅变大，基于前述之自动功率控制系统200的电路架构，电流I2I的平均值将会增加，且导致电流122减少。继之，偏压电流I2b-亦将减少，致使电压信号Vsw2的振幅变小。自动功率控制系统200将自动执行负反馈机制，并且将电压信号Vsw2的振幅以及偏压电流I2b收敛至上述预先设定的值。
[0022]在一些实施例中，图2A之直流电压Vb2i与Vb22的电压值可为相同或不相同。在一些实施例中，图2A之MOSFET M^M2的闸极可透过一低通滤波电路而连接至相同的直流电压，如图2B所示。图2B是依据本发明一实施例之一自动功率控制系统200B的示意图。在自动功率控制系统200B中，一低通滤波电路202的输入端连接MOSFET Mi的闸极，且低通滤波电路202的输出端连接M2的闸极，藉此避免电压信号VswHfMOSFET M2产生影响。MOSFET M1、M2的闸极可透过低通滤波电路202而连接至相同的直流电压Vb22。节点N2额外将一电容与自动功率控制系统200之寄生电容Cp并联形成电容C22(与做为恒流源的MOSFET M3并联)，藉以增加对电流121的交流电流成份的过滤效果。在一些实施例中，低通滤波电路202可以是一高阻抗值的电阻(例如1k奥姆)。自动功率控制系统200B的运作过程与自动功率控制系统200相似，在此不再赘述。
[0023]图3是依据本发明另一实施例之一自动功率控制系统300的示意图。自动功率控制系统300包括由双极结型晶体管，以下注记为BJT B6与石英晶体振荡电路301所组成的振荡电路;以及由BJT B1-B5所构成的偏压电流控制电路。在此实施例中，上述振荡电路的偏压电流I3b以及电压信号Vsw3-的振幅是预先设定的值。在BJT B1-B^构成的偏压电流控制电路的控制下，若上述振荡电路之电压信号Vsw3的振幅或偏压电流I3b发生变化，自动功率控制系统300将自动执行负反馈机制，并且将电压信号Vsw3的振幅以及偏压电流I3b收敛至上述预先设定的值。
[0024]举例而言，若上述振荡电路之电压信号Vsw3的振幅变大，振幅变大后的电压信号Vsw3透过电容C31耦合到BJT B1的基极，致使BJT B1所产生的电流I31的平均值增加。此外，由于直流电压VDD、Vb31、Vb32、Vb33以及接地电位GND为固定值，因此做为恒流源的BJT B3所产生的尾端电流I3s亦为定值。在此情况下，受到电压信号Vsw3影响的电流I31可视为具备交流电流成份与直流电流成份，其中电流131的交流电流成份会被节点N3的电容C32 (节点N3的寄生电容与一额外电容并联所构成)所过滤，因此流过BJT B2、B4的电流132，是被电流131之过滤后的一过滤电流影响而减少。
[0025]继之，BJTB4、B5K构成的电流镜电路基于电流I32产生偏压电流I3b。由于偏压电流l3b与电流132之间具备一预定比例，例如1: 1.5，因此基于上述操作而减少的电流132，亦致使偏压电流I3b减少。在此情况下，减少后的偏压电流I3b将使原先增加的电压信号Vsw3的振幅减少。最终，透过上述负反馈机制，电压信号Vsw3的振幅以及偏压电流I3b将收敛至上述预先设定的值。
[0026]图4是依据本发明另一实施例之一自动功率控制系统400的示意图。自动功率控制系统400包括由金属氧化物半导体场效应晶体管(以下注记为M0SFET)M46-M47、电感l@l2、电容C41与C43所构成的振荡电路；以及由MOSFET M41-M45所构成的偏压电流控制电路。在此实施例中，直流电压Vdd、Vb41、Vb42、Vb43以及接地电位GND为固定值，因此恒流源的MOSFET M43所产生的尾端电流I4s亦为定值;MOSFET 141依据上述振荡电路的电压信号VSW4产生电流I41;流过MOSFET M42、M44的电流142是恒流源MOSFET M43的尾端电流I4s与电流I4I的电流差值；MOSFET M44、M45所构成的电流镜电路基于电流142产生偏压电流l4b。
[0027]在此实施例中，上述振荡电路的偏压电流I4b以及电压信号Vsw4-的振幅是预先设定的值。在MOSFET M41-M45所构成的偏压电流控制电路以及电容C42 (节点N4的寄生电容与一额外电容并联所构成)的运作下，若上述振荡电路之电压信号Vsw4的振幅或偏压电流I4b发生变化，自动功率控制系统400将自动执行负反馈机制，并且将电压信号Vsw4的振幅以及偏压电流l4b收敛至上述预先设定的值。
[0028]在一实施例中，若上述振荡电路之电压信号VSw4的振幅变小，振幅变小后的电压信号Vsw4透过电容C4i耦合到MOSFET M4i的闸极，致使MOSFET M?所产生的电流I4I的平均值减少。当电流141的平均值减少时，将会导致电流142增加。电流141可视为具备交流电流成份与直流电流成份，其中电流I41的交流电流成份会被节点N4的电容C42(节点N4的寄生电容与一额外电容并联所构成)所过滤，因此电流I42是被电流I41之过滤后的一过滤电流影响而增加。继之，MOSFET M44、M45所构成的电流镜电路基于电流142产生偏压电流14b。由于偏压电流l4b与电流142之间具备一预定比例，例如1.5:1，因此基于上述操作而增加的电流142，亦致使偏压电流I4b增加。在此情况下，增加后的偏压电流I4b将使原先减少的电压信号Vsw4的振幅增加。最终，透过上述负反馈机制，电压信号Vsw4的振幅以及偏压电流I4b将收敛至上述预先设定的值。
[0029]在另一实施例中，若上述振荡电路之电压信号Vsw4的振幅变大，自动功率控制系统400亦可自动地执行上述负反馈机制，并且将电压信号Vsw4的振幅以及偏压电流I4b收敛至上述预先设定的值。
[0030]图5是依据本发明一实施例之一自动功率控制方法的流程图500。在步骤501中，透过一互导电路，基于一振荡电路所输出的一电压信号，产生一第一电流。在步骤502中，透过一电流镜电路，依据一恒流源之一尾端电流与该第一电流的电流差值，产生一偏压电流。在步骤503中，将该偏压电流提供至该振荡电路。在流程图500中，该第一电流与该电压信号是正相关的关系；该偏压电流与该第一电流是负相关的关系；该偏压电流与该电压信号是正相关的关系。因此，流程图500是一负反馈机制，该偏压电流与该电压信号最终将收敛至一预定值。
[0031]本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明之精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明之保护范围当视后附之权利要求所界定者为准。
【主权项】
1.一种偏压电流控制电路，包括: 互导电路，连接至节点，感测电压信号以产生第一电流； 恒流源，连接该节点，并且产生尾端电流；以及 电流镜电路，具有参考电流端以及偏压电流端，该参考电流端親接该节点； 其中，该参考电流端流通第二电流，且该第二电流是由该尾端电流与该第一电流的电流差值所决定； 其中，该偏压电流端流通基于该第二电流而产生的偏压电流； 其中，该第二电流与该偏压电流之间具备预定比例。2.如权利要求1所述的偏压电流控制电路，更包括第二互导电路，设置在该电流镜电路的该参考电流端与该节点之间。3.如权利要求2所述的偏压电流控制电路，更包括低通滤波器，该低通滤波器的输入端连接该互导电路的第一输入端，且该低通滤波器的输出端连接该第二互导电路的第二输入端。4.如权利要求1至3中任一项所述的偏压电流控制电路，更包括电容，该电容与该恒流源并联连接； 其中，该第一电流被该电容过滤而产生过滤电流，而该第二电流等于该尾端电流与该过滤电流的电流差值。5.如权利要求2所述的偏压电流控制电路，该互导电路以及该第二互导电路为金属氧化物半导体场效应晶体管或双极结型晶体管。6.—种自动功率控制系统，包括: 振荡电路，输出电压信号；以及 偏压电流控制电路，包括: 互导电路，连接至节点，感测该电压信号以产生第一电流； 恒流源，连接该节点，并且产生尾端电流；以及 电流镜电路，具有参考电流端耦接该节点，及偏压电流端连接该振荡电路的电流输入端； 其中，该参考电流端流通第二电流，且该第二电流是由该尾端电流与该第一电流的电流差值所决定； 其中，该偏压电流端流通基于该第二电流而产生的偏压电流； 其中，该第二电流与该偏压电流之间具备预定比例。7.如权利要求6所述的自动功率控制系统，其中该偏压电流控制电路更包括第二互导电路，设置在该电流镜电路的该参考电流端与该节点之间。8.如权利要求7所述的自动功率控制系统，其中该偏压电流控制电路更包括低通滤波器，该低通滤波器的输入端连接该互导电路的第一输入端，且该低通滤波器的输出端连接该第二互导电路的第二输入端。9.如权利要求6至8中任一项所述的自动功率控制系统，该偏压电流控制电路更包括电容，该电容与该恒流源并联连接； 其中，该第一电流被该电容过滤而产生过滤电流，而该第二电流等于该尾端电流与该过滤电流的电流差值。10.如权利要求7所述的自动功率控制系统，该互导电路以及该第二互导电路可为金属氧化物半导体场效应晶体管或双极结型晶体管。11.一种自动功率控制方法，包括: 透过互导电路，基于振荡电路所输出的电压信号，产生第一电流； 透过电流镜电路，依据恒流源的尾端电流与该第一电流的电流差值，产生偏压电流；以及 将该偏压电流提供至该振荡电路； 其中，该第二电流与该偏压电流之间具备预定比例。
【文档编号】G05F3/26GK105955395SQ201610425332
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】周永奇
【申请人】上海兆芯集成电路有限公司