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1，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：

$R_T={\left(Q\right)}^2·R_S={\left(\frac{\mathrm{\omega L}}{R_S}\right)}^2·R_S={\left(\frac{1}{\mathrm{\omega C}{R}_S}\right)}^2·R_S$

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1时，谐振电路的中心谐振频率会从fc1下降至fc2，且中心 点频率振幅也会从Amp1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：

利用一谐振单元及其一第一输出电容以产生一第一谐振中心点频率；

切换谐振单元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。

附图说明

图1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是一示意图，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示。

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 切换电容单元110具有一第一端Np及一第二端Nm，用以受一第一切换 信号Sc1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Sc1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，切换电容单元110根据第一切换信号Sc1执行切换电容运作，其中 当第一切换信号Sc1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 (前两者为交叉耦合晶体管对(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Scp1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Scp1。补偿驱动信号产生单元32可以为一电流镜结构，其 受第一切换信号Sc1b的控制而产生该第一补偿驱动信号Scp1。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Sc1b可为第一切换信号Sc1的 互补信号；当第一切换信号Sc1为低电位时，第一切换补偿信号Sc1b为 高电位，第一补偿驱动信号Scp1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Sc1为高电位 时，第一补偿驱动信号Scp1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Sc1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Sc1b也可为一独立于第一 切换信号Sc1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Scp1，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Am1的频带410是对应 于(Sc2，Sc1)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，Sc1)为(0，1)的频率响应，具有中心点频率振幅Am3的 频带430是对应于(Sc2，Sc1)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，Sc1)为(1，1)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Am1～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Am1～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Sc1b的控制，第六晶体管246受一第一控制信号A1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，Sc1) 为(0，0)的频率响应，频带602、612、622是对应于(Sc2，Sc1)为(0，1) 的频率响应，频带603、613、623是对应于(Sc2，Sc1)为(1，0)的频率 响应，频带604、614、624是对应于(Sc2，Sc1)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Am01～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Am11～Am14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。