专利名称：具有切换损耗补偿机制的切换电容电路及其补偿方法
技术领域：
本发明涉及一种切换电容电路，特别是指一种具有切换损耗补偿机制的切换电容电路。
背景技术：
参阅图I，为已知具有损耗的单端并联谐振电路，其中当并联谐振电路为一差动电路时，电容C可以采用如图2所示的切换电容电路900来实现，已知切换电容电路900包含多个N型晶体管901 903与多个电容904 905。切换电容电路900是用来在一差动电路的一正电压端NVp与一负电压端NVm间执行一切换电容运作，据以切换NVp与NVm对地 的等效电容值。其中，N型晶体管901 903受控于一切换信号Sc。且，并联谐振电路会有以下公式的特性Rt =(Q)2-Rs=(字)2 Rs = (-^-)2 Rs
RsCdLRs配合参阅图3，为运用切换电容电路900的谐振电路的频率响应，其中Sc为0时，NVp与NVm仍分别耦接有另一电容(未图示)，由图3以及上述公式可知，当切换电容电路900的电容值变大时，即切换信号Sc从0切换为I时，谐振电路的中心谐振频率会从fcl下降至fc2,且中心点频率振幅也会从Ampl降低至Amp2,如此将会使得同一应用的频带上有着不同的振幅大小，进而造成频带内不平坦，降低谐振电路的谐振操作效果。
发明内容
因此，本发明的众多目的之一，即在提供一种可克服上述已知技术缺陷的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路。于是，本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，包含一谐振单元及一损耗补偿单元，谐振单元用以产生一谐振频率，且包含一用来切换一输出电容的切换电容单元；损耗补偿单元耦接于谐振电路，用来于切换电容单元输出不同电容值时提供一损耗补偿。本发明的另一目的，即在提供一种应用于上述切换电容电路的切换损耗补偿方法。本发明切换电容电路的切换损耗补偿方法，用于一切换电容电路，该补偿方法包含以下步骤利用一谐振单兀及其一第一输出电容以产生一第一谐振中心点频率；切换谐振单兀的第一输出电容至一第二输出电容以产生一第二谐振中心点频率；及提供一损耗补偿电路以对第二谐振中心点频率的一第二谐振振幅或第一谐振中心点频率的一第一谐振振幅进行一损耗补偿。通过本发明，在执行切换电容运作时，损耗补偿单元与振幅检测单元搭配所进行的切换损耗补偿，可使运用切换电容电路的谐振电路提供中心点频率的振幅变为较为平坦的频带，故确实能达成本发明的目的。
图I是一电路图，说明已知具有损耗的并联谐振电路；图2是一电路图，说明已知切换电容电路；图3是一不意图，说明运用上述已知切换电容电路的谐振电路的频率响应；图4是一电路方块图，说明本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路的第一 实施例；图5是一电路示意图，说明第一实施例的切换电容电路的内部电路；图6是一电路方块图，说明本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路的第二实施例；图7是一电路示意图，其例示第二实施例的切换电容电路的内部电路；图8是一示意图，说明运用第一及第二实施例的切换电容电路的谐振电路的频率响应；图9是一电路示意图，说明本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路的第三实施例；及图10是一示意图，说明运用第三实施例的补偿驱动信号产生单元的二位切换电容电路的谐振电路的频率响应。主要元件符号说明100切换电容电路10谐振单元110切换电容单元20损耗补偿单元221第一补偿晶体管222第二补偿晶体管223第三补偿晶体管233晶体管30振幅检测单元32补偿驱动信号产生单元241第一晶体管242第二晶体管243第三晶体管244第四晶体管245第五晶体管246第六晶体管247第七晶体管248第八晶体管249参考电流源
具体实施例方式有关本发明的前述及其他技术内容、特点与效果，在以下配合参考图式的三个实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。在本发明被详细描述之前，要注意的是，在以下的说明内容中，类似的元件是以相同的编号来表不。参阅图4，为本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路100的第一实施例，在本实施例中，切换电容电路100包含一谐振单元10及一损耗补偿单元20。谐振单元10为一位的电容切换，其包含一切换电容单元110，其可与一电感及一电阻(图未示)耦接而谐振产生一谐振频率，该切换电容单兀Iio具有一第一端Np及一第二端Nm,用以受一第一切换信号Scl的控制而切换于第一端Np与第二端Nm的输出电容,其中第一切换信号Scl为低电位时，NVp与NVm仍分别耦接有另一电容(未图示)；损耗补偿单元20耦接于谐振单元10，用来于切换电容单元110输出不同电容值时提供一损耗补偿。在本发明的另一实施例中，其可还包括一振幅检测单元30，其耦接谐振单元10与损耗补偿单元20，用以检测谐振单元10所产生的谐振频率的一谐振振幅，使得损耗补偿单元20根据振幅检测单元10的检测结果来提供损耗补偿。配合参阅图5，其为本实施例的切换电容电路100中电路方块的内部电路，切换电容单兀110根据第一切换信号Scl执行切换电容运作,其中当第一切换信号Scl为高电位时，在第一端Np与第二端Nm的输出电容较大。损耗补偿单元20包括一第一补偿晶体管221、一第二补偿晶体管222 (前两者为交叉稱合晶体管对(cross-coupled pair))及一第三补偿晶体管223,第一补偿晶体管221的栅极及第二补偿晶体管222的漏极电性连接第二端Nm，第二补偿晶体管222的栅极及第一补偿晶体管221的漏极电性连接第一端Np，第一补偿晶体管221与第二补偿晶体管222的源极电性连接第三补偿晶体管223的漏极，第三补偿晶体管223的栅极受一第一补偿驱动信号Scpl控制，第三补偿晶体管223的源极则接地。振幅检测单元30还包括一补偿驱动信号产生单元32，用以产生第一补偿驱动信号Scpl。补偿驱动信号产生单兀32可以为一电流镜结构,其受第一切换信号Sclb的控制而产生该第一补偿驱动信号Scpl。其中，各元件的连接关系如图5所示，在此不再赘述，其中值得注意的是晶体管233为一 P型晶体管。其中第一切换补偿信号Sclb可为第一切换信号Scl的互补信号；当第一切换信号Scl为低电位时，第一切换补偿信号Sclb为高电位，第一补偿驱动信号Scpl也为低电位而使第三补偿晶体管223关闭，使得该交叉耦合晶体管 对不具有作用；当第一切换信号Scl为高电位时，第一补偿驱动信号Scpl为一可使第三补偿晶体管223导通的电位，使得该交叉耦合晶体管产生一负阻抗，以补偿输出电容较大而谐振频率较小时的较小的谐振振幅；也即根据第一切换信号Scl使输出电容的切换而启动该交叉耦合晶体管。而第一切换补偿信号Sclb也可为一独立于第一切换信号Scl的信号，而根据振幅检测单元10对谐振振幅的检测结果，通过调整电流源Ic的电流大小来调整流经该交叉耦合晶体管的电流，以提供不同谐振频率的谐振振幅的损耗补偿。而补偿驱动信号产生单元32也可为一高分辨率的数字模拟信号转换器(DAC)，以根据振幅检测单元10的检测结果来提供更精细控制的第一补偿驱动信号Scpl，并经由第三补偿晶体管223更精细的调整流经该交叉耦合晶体管的电流，以补偿谐振振幅。
其中，当第一端Np的电压大于第二端Nm的电压时，会使得第二补偿晶体管222导通且第一补偿晶体管221截止，进而使第三补偿晶体管223产生的补偿电流可补偿从较低电压的第二电压端Nm进出的谐振电流；反之，当第二端Nm的电压大于第一端Np的电压时，第一补偿晶体管221会导通且第二补偿晶体管222会截止，使得补偿电流可补偿从较低电压的第一端Np进出的谐振电流。因此，通过振幅检测单元10的检测结果并经由损耗补偿单元20所提供的补偿电流或负阻抗，可以补偿切换电容单元110的切换损耗，使谐振单元10的不同中心谐振频率的振幅维持一较为 固定的值。举例来说，当切换电容单元110由一第一电容切换至一其容值大于第一电容的第二电容，且当第二电容的一第二谐振中心点频率的一第二谐振振幅小于第一电容的第一谐振中心点频率的一第一谐振振幅时，损耗补偿单元20会通过调高流经交叉耦合晶体管对的电流来提高第二电容的第二谐振振幅，进而达到第一电容与第二电容的谐振中心点频率振幅相同或近似的效果。换言之，本发明应用于切换电容电路100的切换损耗补偿方法，主要是首先利用谐振单元10及其一第一输出电容以产生一第一谐振中心点频率；接着，切换谐振单元10的第一输出电容至一第二输出电容以产生一第二谐振中心点频率，此时，提供一损耗补偿电路20以对第二谐振中心点频率的一第二谐振振幅或第一谐振中心点频率的一第一谐振振幅进行一损耗补偿，以补偿切换电容单元110的电容切换损耗，使谐振单元10的中心谐振频率及其振幅维持一定值。特别说明的是，损耗补偿单元20的内部电路并不仅以本实施例的披露为限，只要能达到根据切换电容单元110的输出电容值而提供一切换损耗补偿的电路即可。参阅图6，为本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路100的第二实施例，其大致与第一实施例相同，其不同之处在于，谐振单元10是为多位的电容切换，其中包含多个切换电容单元110，这些切换电容单元110受多个第二切换信号Sc2的控制而切换于第一端Np与第二端Nm的输出电容；损耗补偿单元20的数量可与切换电容单元110对应。参阅图7，为二位电容切换的谐振单元10，其中两个切换电容单元110用来根据第二切换信号Sc2执行切换电容运作，使其于第一端Np与第二端Nm间的等效电容值可据以切换。然而，两个切换电容单元110、两个损耗补偿单元20及一振幅检测单元30的电路结构均可与第一实施例相同，故不多加赘述。同理，当两个切换电容单元110于第一端Np与第二端Nm的输出电容值改变时，通过两个损耗补偿单元20所提供的补偿电流，即可补偿切换电容单元110的电容切换损耗，以达到使谐振单元10提供中心点频率的振幅变益较为平坦的频带。图8是运用第一及第二实施例的切换电容电路100的谐振单元10的频率响应，其中，具有谐振电路中心点频率振幅Aml的频带410是对应于(Sc2，Scl)为(0，0)的频率响应，具有中心点频率振幅Am2的频带420是对应于(Sc2，Scl)为(0，I)的频率响应，具有中心点频率振幅Am3的频带430是对应于(Sc2，Scl)为(1，0)的频率响应，具有中心点频率振幅Am4的频带440是对应于(Sc2，Scl)为(1，I)的频率响应。如图8所示，在切换电容电路100的切换损耗补偿机制的运作下，中心点频率振幅Aml Am4实质上具有相同振幅。也就是说，在切换电容电路100执行切换电容运作时，即使增加第一端Np与第二端Nm的输出电容值,通过切换损耗补偿机制的运作，频带410 440的中心点频率振幅Aml Am4可实质上保持相同振幅，故确实能达成本发明的效果。参阅图9，为本发明具有切换损耗补偿机制的切换电容电路100的第三实施例，其中大致与第一实施例相同，其不同之处在于，本实施例的补偿驱动信号产生单元32包括一第一晶体管241、一第二晶体管242、一第三晶体管243、一第四晶体管244、一第五晶体管245、一第六晶体管246、一第七晶体管247、一第八晶体管248，及一参考电流源249。其中，参考电流源249用来提供一参考电流Iref，第三晶体管243受第一互补切换信号Sclb的控制，第六晶体管246受一第一控制信号Al的控制，第八晶体管248受一第二控制信号A2的控制，而各元件的连接关系如图9所示，在此不再赘述，其中值得注意的是第三晶体管243为一 P型晶体管。特别说明的是，本实施例的振幅检测单元30同样也可以运用于第二实施例的二位切换电容电路100中。参阅图7、图9及图10，图10是运用本实施例的补偿驱动信号产生单元32的二位切换电容电路100的谐振电路的频率响应，其中，频带601 604是对应于(A2，A1)为(0，0)的频率响应，频带611 614是对应于(A2，A1)为(0，1)或(1，0)的频率响应，频带621 624是对应于(A2，A1)为(1，1)的频率响应。另外，频带601、611、621是对应于(Sc2，Scl) 为(0，0)的频率响应，频带602、612、622是对应于(Sc2，Scl)为(0，I)的频率响应，频带603、613、623是对应于(Sc2，Scl)为(1,0)的频率响应，频带604、614、624是对应于(Sc2，Scl)为(1，1)的频率响应。当(A2，A1)为(0,0)时，损耗补偿单元20提供最大的第一补偿电流以执行过补偿运作，故在切换电容电路100执行切换电容运作时，随着于第一端Np与第二端Nm的输出电容值的增加，从频带601至频带604相对应的中心点频率振幅AmOl Am04就依次递增。当(A2，A1)为(0,1)或(1,0)时，损耗补偿单元20提供临界的第二补偿电流以执行临界补偿运作，故在切换电容电路100执行切换电容运作时，即使增加于第一端Np与第二端Nm的输出电容值，从频带611至频带614相对应的中心点频率振幅Amll Aml4可实质上保持相同振幅。当(A2，A1)为(1，1)时，损耗补偿单元20提供最小的第三补偿电流以执行欠补偿运作，故在切换电容电路100执行切换电容运作时，随着于第一端Np与第二端Nm的输出电容值的增加，从频带621至频带624相对应的中心点频率振幅Am21 Am24就依次递减。综上所述，在本发明切换电容电路100执行切换电容运作时，通过损耗补偿单元20与振幅检测单元30搭配所进行的切换损耗补偿，可使运用切换电容电路100的谐振单元10提供中心点频率的振幅变益较为平坦的频带，故确实能达成本发明的目的。然而以上所述者，仅为本发明的优选实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。
权利要求
1.一种具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其包括 一谐振单元，用以产生一谐振频率，其包含一切换电容单元，所述切换电容单元用来切换一输出电容；及 一损耗补偿单元，耦接于所述谐振单元，用来在所述切换电容单元输出不同电容值时提供一损耗补偿。
2.根据权利要求I所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，还包括 一振幅检测单元，耦接所述谐振单元与所述损耗补偿单元，用以检测所述谐振频率的一谐振振幅； 其中，所述损耗补偿单元根据所述振幅检测单元的检测来提供所述损耗补偿。
3.根据权利要求I所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，所述损耗补偿单元包括一交叉耦合晶体管对，所述切换电容单元利用调整流经所述交叉耦合晶体管对的电流来进行所述损耗补偿。
4.根据权利要求3所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，当所述切换电容单元由一第一电容切换至一第二电容，且当所述第二电容的一第二谐振中心点频率的一第二谐振振幅小于所述第一电容的一第一谐振中心点频率的一第一谐振振幅时，进行所述损耗补偿以提高所述第二谐振振幅。
5.根据权利要求4所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，所述切换电容单元通过调高流经所述交叉耦合晶体管对的电流来提高所述第二谐振振幅。
6.根据权利要求3所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，所述切换电容单元具有一第一端及一第二端，所述切换电容单元受一切换信号的控制而切换于所述第一端与所述第二端的所述输出电容。
7.根据权利要求6所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，所述交叉耦合晶体管对由一第一补偿晶体管及一第二补偿晶体管组成，所述损耗补偿单元还包括一第三补偿晶体管，所述第一补偿晶体管的栅极与所述第二补偿晶体管的漏极电性连接于所述切换电容单元的所述第二端，所述第二补偿晶体管的栅极与所述第一补偿晶体管的漏极电性连接于所述切换电容单元的所述第一端，所述第一补偿晶体管与所述第二补偿晶体管的源极电性连接于所述第三补偿晶体管的漏极，所述第三补偿晶体管的栅极接收一补偿驱动信号以提供所述损耗补偿。
8.根据权利要求7所述的具有切换损耗补偿机制的切换电容电路，其中，所述损耗补偿通过调整所述补偿驱动信号的电压来进行。
9.一种切换损耗补偿方法，应用于一切换电容电路，所述补偿方法包含以下步骤 利用一谐振单兀及其一第一输出电容以产生一第一谐振中心点频率； 切换所述谐振单元的所述第一输出电容至一第二输出电容以产生一第二谐振中心点频率 '及 提供一损耗补偿电路以对所述第二谐振中心点频率的一第二谐振振幅或所述第一谐振中心点频率的一第一谐振振幅进行一损耗补偿。
10.根据权利要求9所述的切换损耗补偿方法，还包含以下步骤 检测所述第一谐振振幅以及所述第二谐振振幅以据以提供所述损耗补偿。
11.根据权利要求9所述的切换损耗补偿方法，其中，所述损耗补偿电路包含一交叉耦合晶体管对，所述损耗补偿利用调整流经所述交叉耦合晶体管对的电流来进行。
12.根据权利要求11所述的切换损耗补偿方法，其中，当所述第二谐振振幅小于所述第一谐振振幅时，进行所述损耗补偿以提高所述第二谐振振幅。
13.根据权利要求12所述的切换损耗补偿方法，其中，利用调高流经所述交叉耦合晶体管对的电流来提高所述第二谐振振幅。
全文摘要
一种具有切换损耗补偿机制的切换电容电路及其补偿方法，该具有切换损耗补偿机制的切换电容电路包含一谐振单元及一损耗补偿单元，谐振单元用以产生一谐振频率，且包含一用来切换一输出电容的切换电容单元；损耗补偿单元耦接于谐振电路，用来于切换电容单元输出不同电容值时提供一损耗补偿。
文档编号H03B5/04GK102780451SQ20121005992
公开日2012年11月14日 申请日期2012年3月8日 优先权日2011年5月13日
发明者陈宪谷 申请人:瑞昱半导体股份有限公司