切換電容電路與其補償方法，模擬數字轉換器技術

本發明專利技術提出一種切換電容電路與其補償方法，模擬數字轉換器。切換電容電路包括運算放大器、回授電容、電容器組、開關電路與回授補償電路。其中回授電容的第一端與至少一電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。在第一期間，回授電容的第二端與上述電容的第二端耦接至輸入端。回授補償電路用以根據一增益來放大在運算放大器的第一輸入端的第一電壓以產生第二電壓，其中增益大于1。在第二期間，回授電容的第二端是耦接至運算放大器的輸出端，并且回授補償電路會將第二電壓施加于上述電容的第二端。借此，可以降低運算放大器增益的需求。

Switched capacitor circuit and compensation method thereof, analog to digital converter

The invention relates to a switched capacitor circuit and a compensation method thereof, and an analog digital converter. The switched capacitor circuit includes an operational amplifier, a feedback capacitor, a capacitor bank, a switching circuit, and a feedback compensation circuit. Wherein, the first end of the feedback capacitor is coupled to the first end of the at least one capacitor to the first input terminal of the operational amplifier. During the first period, the second end of the feedback capacitor is coupled to the input end of the second terminal of the capacitor. The feedback compensation circuit amplifies a first voltage at the first input of the operational amplifier according to a gain to generate a second voltage, wherein the gain is greater than 1. During the second period, the second end of the feedback capacitor is coupled to the output of the operational amplifier, and the feedback compensation circuit applies the second voltage to the second terminal of the capacitor. This reduces the demand for operational amplifier gain.

【技術實現步驟摘要】
切換電容電路與其補償方法，模擬數字轉換器
本專利技術是有關于一種切換電容電路(switchedcapacitorcircuit)，且特別是有關于一種具有回授補償的切換電容電路、模擬數字轉換器與補償方法。
技術介紹
圖1是根據已知技術繪示的切換電容電路。請參照圖1，運算放大器110的非反向輸入端是接地。運算放大器110的反向輸入端是耦接至電容CF、CS的第一端，并且透過開關SW15耦接至虛擬接地端CCM。電容CF的第二端是耦接至運算放大器110的輸出端或者是輸入電壓Vin。電容CS的第二端是耦接至輸入電壓Vin或者是參考電壓VREF。在取樣期間，開關SW12、SW13、SW15為導通，并且開關SW11、SW14為截止。因此，輸入電壓Vin會對電容CF、CS充電。在取樣期間要結束時，開關SW15為截止。在放大期間，開關SW14為導通，開關SW13、SW15為截止，因此電容CS是連接至參考電壓VREF，同時開關SW12為截止且開關SW11為導通，因此電容CF是連接至運算放大器110的輸出端。如果運算放大器110為理想，也就是說運算放大器110的增益為無限大且運算放大器110的兩個輸入端之間的電壓VX為0，則輸出電壓VOUT、輸入電壓Vin與參考電壓VREF之間的關系可以基于電荷守恒定律表示為以下的方程式(1)、(2)。Vin(CS+CF)＝VREF×CS+VOUT×CF...(1)如果電容CF與電容CS的電容值相同，則如方程式(2)所示，圖1中的切換電容電路是用來將輸入電壓Vin乘上2再減去參考電壓VREF。然而，如果運算放大器110并不是理想的，則增益(以下表示為“A”)會是有限的且電壓VX不會為0。在此情況下，電荷守恒定律可以寫為以下的方程式(3)，并且輸出電壓VOUT可以近似于方程式(4)。參照方程式(2)、(4)，當1/Aβ夠小時，輸出電壓VOUT會近似于理想。然而，如方程式(5)所示，β一定會小于1。因此，若要近似于理想狀況，則增益A必須要夠大，這成為了設計上的瓶頸，也是本領域通常知識者所關心的議題。
技術實現思路
本專利技術的實施例提出一種切換電容電路，包括運算放大器、回授電容、電容器組、開關電路與回授補償電路。運算放大器具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端。回授電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。電容器組包括至少一個電容，其中每一個電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。回授補償電路耦接至運算放大器的第一輸入端與每一個電容的第二端。在第一期間，開關電路用以將回授電容的第二端電性連接至輸入端，并將每一個電容的第二端電性連接至輸入端。回授補償電路用以根據增益來放大在運算放大器的第一輸入端上的第一電壓以產生第二電壓，其中增益大于1。在第二期間，開關電路用以將回授電容的第二端電性連接至運算放大器的輸出端，并且將第二電壓施加于電容的第二端。在一些實施例中，回授補償電路包括放大器與緩沖器。放大器是耦接至運算放大器的第一輸入端以放大第一電壓來產生第二電壓。緩沖器是耦接在放大器的輸出端與電容的第二端之間。在一些實施例中，上述電容的數目為N，N為正整數。當第二電壓施加于每一個電容的第二端時，放大器的增益為(N+1)/N。在一些實施例中，上述電容的數目大于1。當第二電壓僅施加于一個電容的第二端時放大器的增益為2，并且回授補償電路用以將第一電壓施加于其余的電容的第二端。在一些實施例中，開關電路包括以下的開關。第一開關是耦接在回授電容的第二端與運算放大器的輸出端之間。第二開關是耦接在回授電容的第二端與輸入端之間。至少一個第三開關是耦接在輸入端與電容的第二端之間。在第一期間，第一開關為截止，第二開關與第三開關為導通。在第二期間，第一開關為導通，第二開關與第三開關為截止。在一些實施例中，開關電路還包括以下開關。第四開關是耦接在運算放大器的第一輸入端與虛擬接地端之間。在第一期間的子期間，第四開關為導通。在第二期間，第四開關為截止。在一些實施例中，開關電路還包括以下開關。至少一個第五開關是耦接在電容的第二端與緩沖器之間。在第一期間第五開關為截止，在第二期間第五開關為導通。在一些實施例中，切換電容電路還包括子模擬數字轉換器與解碼器。子模擬數字轉換器是耦接至輸入端，并且根據輸入端上的輸入電壓產生數字碼。解碼器是耦接至子模擬數字轉換器與回授補償電路，用以根據數字碼決定參考電壓。本專利技術的實施例提出一種切換電容電路的補償方法。此切換電容電路包括運算放大器、回授電容、與包括至少一個電容的電容器組。回授電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端，每一個電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。此補償方法包括：在第一期間，將回授電容的第二端電性連接至輸入端，并將每一個電容的第二端電性連接至輸入端；將回授電容的第二端電性連接至運算放大器的輸出端；根據增益將運算放大器的第一輸入端上的第一電壓放大以產生第二電壓，其中增益大于1；以及在第二期間，將第二電壓施加于電容的第二端。本專利技術的實施例提出一種管線式模擬數字轉換器，包括多個級，其中一級包括以下的元件。運算放大器具有第一輸入端、第二輸入端與輸出端。回授電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。電容器組包括至少一個電容，其中每一個電容的第一端耦接至運算放大器的第一輸入端。回授補償電路耦接至運算放大器的第一輸入端與每一個電容的第二端。在第一期間，開關電路用以將回授電容的第二端電性連接至輸入端，并將每一個電容的第二端電性連接至輸入端。回授補償電路用以根據增益來放大在運算放大器的第一輸入端上的第一電壓以產生第二電壓，其中增益大于1。在第二期間，開關電路用以將回授電容的第二端電性連接至運算放大器的輸出端，并且將第二電壓施加于電容的第二端。為讓本專利技術的上述特征和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖作詳細說明如下。附圖說明圖1是根據已知技術繪示的切換電容電路；圖2是根據一實施例繪示具有回授補償的切換電容電路的示意圖；圖3是根據一實施例繪示控制開關的相位信號的示意圖；圖4是根據另一實施例繪示切換電容電路的示意圖；圖5是根據另一實施例繪示切換電容電路的示意圖；圖6是根據一實施例繪示實作加法器、緩沖器與解碼器的電路圖；圖7是根據另一實施例繪示切換電容電路的示意圖；圖8是根據另一實施例繪示用于切換電容電路的補償方法的流程圖。具體實施方式下文是舉實施例配合所附附圖作詳細說明，但所提供的實施例并非用以限制本專利技術所涵蓋的范圍，而結構運作的描述非用以限制其執行的順序，任何由元件重新組合的結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本專利技術所涵蓋的范圍。此外，附圖僅以說明為目的，并未依照原尺寸作圖。關于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特別指次序或順位的意思，其僅為了區別以相同技術用語描述的元件或操作。另外，關于本文中所使用的“耦接”，可指二個元件直接地或間接地連接。也就是說，當以下描述“第一物件耦接至第二物件”時，第一物件與第二物件之間還可設置其他的物件。另外，在附圖中相似或相同的部分是使用相同的符號。圖2是根據一實施例繪示具有回授補償的切換電容電路的示意圖。請參照圖2，切換電容電路200包括運算放大器210、回授電容C21、包括N個電容CS1～CSN的電容器組(capacit本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種切換電容電路，其特征在于，包括：一運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端；一回授電容，其第一端耦接至該運算放大器的該第一輸入端；一電容器組，包括至少一電容，其中每一該至少一電容的第一端耦接至該運算放大器的該第一輸入端；一開關電路；以及一回授補償電路，耦接至該運算放大器的該第一輸入端與每一該至少一電容的第二端，其中在一第一期間，該開關電路用以將該回授電容的一第二端電性連接至一輸入端，并將每一該至少一電容的該第二端電性連接至該輸入端，其中該回授補償電路用以根據一增益來放大在該運算放大器的該第一輸入端上的一第一電壓以產生一第二電壓，其中該增益大于1，其中在一第二期間，該開關電路用以將該回授電容的該第二端電性連接至該運算放大器的該輸出端，并且將該第二電壓施加于該至少一電容的該第二端。

【技術特征摘要】
2015.12.15 US 14/968,9241.一種切換電容電路，其特征在于，包括：一運算放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端與一輸出端；一回授電容，其第一端耦接至該運算放大器的該第一輸入端；一電容器組，包括至少一電容，其中每一該至少一電容的第一端耦接至該運算放大器的該第一輸入端；一開關電路；以及一回授補償電路，耦接至該運算放大器的該第一輸入端與每一該至少一電容的第二端，其中在一第一期間，該開關電路用以將該回授電容的一第二端電性連接至一輸入端，并將每一該至少一電容的該第二端電性連接至該輸入端，其中該回授補償電路用以根據一增益來放大在該運算放大器的該第一輸入端上的一第一電壓以產生一第二電壓，其中該增益大于1，其中在一第二期間，該開關電路用以將該回授電容的該第二端電性連接至該運算放大器的該輸出端，并且將該第二電壓施加于該至少一電容的該第二端。2.根據權利要求1所述的切換電容電路，其特征在于，其中該回授補償電路包括：一放大器，耦接至該運算放大器的該第一輸入端以放大該第一電壓以產生該第二電壓；以及一緩沖器，耦接在該放大器的一輸出端與該至少一電容的該第二端之間。3.根據權利要求2所述的切換電容電路，其特征在于，其中該至少一電容的數目為N，N為正整數，并且當該第二電壓施加于每一該至少一電容的該第二端時，該放大器的該增益為(N+1)/N。4.根據權利要求2所述的切換電容電路，其特征在于，其中該至少一電容的數目大于1，當該第二電壓僅施加于所述電容中的其中之一的該第二端時該放大器的該增益為2，并且該回授補償電路用以將該第一電壓施加于其余的所述電容的該第二端。5.根據權利要求2所述的切換電容電路，其特征在于，其中該開關電路包括：一第一開關，耦接在該回授電容的該第二端與該運算放大器的該輸出端之間；一第二開關，耦接在該回授電容的該第二端與該輸入端之間；以及至少一第三開關，耦接在該輸入端與該至少一電容的該第二端之間，其中在該第一期間，該第一開關為截止，該第二開關與該至少一第三開關為導通，其中在該第二期間，該第一開關為導通，該第二開關與該至少一第三開關為截止。6.根據權利要求5所述的切換電容電路，其特征在于，其中該開關電路還包括：一第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張順志，邵姿菁，黃崇銘，
申請(專利權)人：財團法人成大研究發展基金會，奇景光電股份有限公司，
類型：發明
國別省市：中國臺灣,71