專利名稱：壓控振蕩器電路中的切換式電容電路及相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種切換式電容電路，特別是指一種使用于壓控振蕩器內(nèi)的切換式電容電路，可用來(lái)抑制時(shí)鐘饋通效應(yīng)，也因此可以緩和壓控振蕩器的頻率飄移現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
壓控振蕩器(voltage controlled oscillator，VCO)是一個(gè)常使用于無(wú)線通信電路中，執(zhí)行頻率合成(frequency synthesis)工作的元件。例如Welland等人于美國(guó)專利第6,226,506號(hào)的專利中所述，無(wú)線通信系統(tǒng)通常需要在接收路徑電路(receive path circuitry)以及發(fā)送路徑電路(transmit path circuitry)上執(zhí)行頻率合成的工作。
圖1為常規(guī)技術(shù)一壓控振蕩器10的示意圖。圖1中用于一頻率合成器(frequency synthesizer)內(nèi)的LC式壓控振蕩器10包含有一諧振器(resonator)，其中的諧振器結(jié)構(gòu)則包含有一電感12，其連接于一第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N之間。一連續(xù)式(continuously)可變電容14以及多個(gè)離散式(discretely)可變電容16與電感12并聯(lián)。連續(xù)式可變電容14用來(lái)對(duì)一目標(biāo)電容值進(jìn)行微調(diào)的工作(fine tuning)，至于多個(gè)離散式可變電容16則用來(lái)進(jìn)行粗調(diào)的工作(coarse tuning)。而電容與電感并聯(lián)所造成的電阻損失(resistiveloss)則由負(fù)電阻值發(fā)生器(negative resistance generator)18進(jìn)行補(bǔ)償，以維持系統(tǒng)的振蕩。
在該離散式可變電容16中的每一個(gè)離散式可變電容皆由一個(gè)切換式電容(switched-capacitance)電路所組成，每一個(gè)切換式電容電路各受一獨(dú)立的控制信號(hào)(分別為SW_1～SW_N)所控制。依據(jù)一控制信號(hào)SW_N，一切換式電容電路20可以選擇性地將一電容24連接或不連接(connect or disconnect)壓控振蕩器10的諧振器。這些切換式電容電路的不同通路/斷路組合可以使此一LC式諧振器具有大的電容值變動(dòng)范圍，因此即可增大壓控振蕩器10可振蕩的頻率范圍。
圖2為常規(guī)技術(shù)一切換式電容電路20a的示意圖。一電容30連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P以及一節(jié)點(diǎn)A之間。一開關(guān)元件32可選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連接或不連接接地點(diǎn)，其中開關(guān)元件32受一控制信號(hào)SW所控制。當(dāng)開關(guān)元件32被導(dǎo)通(turn on)時(shí)，電容30的電容值會(huì)被加到壓控振蕩器10的諧振器的整體的電容值內(nèi)。當(dāng)開關(guān)元件32被斷路(turn off)時(shí)，自第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P看進(jìn)去的電容值就變成電容30的電容值以及開關(guān)元件32在斷路狀態(tài)的電容值的串連組合(series combination)。
圖3為常規(guī)技術(shù)一差動(dòng)切換式電容電路20b的示意圖。由于差動(dòng)的模式具有較好的共模噪聲抑制(common-mode noise rejection)的能力，因此常被廣泛的使用在高速集成電路的環(huán)境中。在差動(dòng)切換式電容電路20b中，一正端(positive side)電容40連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間。一正端開關(guān)元件(switch element)42可選擇性地將節(jié)點(diǎn)A連接或不連接接地點(diǎn)。一負(fù)端電容44連接于第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N以及一節(jié)點(diǎn)B之間。一負(fù)端開關(guān)元件46可選擇性地讓節(jié)點(diǎn)B連接或不連接接地點(diǎn)。這兩個(gè)開關(guān)元件42、46皆受相同的控制信號(hào)SW所控制。當(dāng)開關(guān)元件42、46被導(dǎo)通時(shí)，正端電容40與負(fù)端電容44的電容值的串連組合就會(huì)被加到壓控振蕩器10的整體電容值。至于當(dāng)開關(guān)元件42、46被斷路時(shí)，差動(dòng)的輸入電容值即變成正端電容40、負(fù)端電容44以及其他的寄生電容(parasitic capacitance)的電容值的串連組合。整體的輸入電容值在開關(guān)元件42、46皆被斷路時(shí)會(huì)低于開關(guān)元件42、46皆被導(dǎo)通時(shí)的狀態(tài)。
圖4則為常規(guī)技術(shù)另一差動(dòng)切換式電容電路20c的示意圖。差動(dòng)切換式電容電路20c除了包含有與差動(dòng)切換式電容電路20b相同的元件之外，其還包含有一中央開關(guān)元件48，用來(lái)降低連接于節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間整體的開關(guān)導(dǎo)通電阻值(turn-on switch resistance)。這三個(gè)開關(guān)元件42、46、48皆受相同的控制信號(hào)SW所控制。當(dāng)開關(guān)元件42、46、48被導(dǎo)通時(shí)，正端電容40與負(fù)端電容44的電容值的串連組合就會(huì)被加到壓控振蕩器10的整體電容值。至于當(dāng)開關(guān)元件42、46、48被斷路時(shí)，差動(dòng)的輸入電容值即變成正端電容40、負(fù)端電容44以及其他的寄生電容的電容值的串連組合。整體的輸入電容值在開關(guān)元件42、46、48皆被斷路時(shí)會(huì)低于開關(guān)元件42、46、48皆被導(dǎo)通時(shí)的狀態(tài)。
不論使用的是圖2所示的單端模式或是圖3及圖4所示的差動(dòng)模式，當(dāng)切換式電容電路20a、20b或20c被斷路時(shí)，在節(jié)點(diǎn)A上(在圖3及圖4的差動(dòng)模式中還有節(jié)點(diǎn)B)會(huì)產(chǎn)生一瞬時(shí)階躍電壓變動(dòng)(momentary voltage stepchange)。上述的瞬時(shí)階躍電壓變動(dòng)會(huì)造成整體電容值產(chǎn)生不該有變動(dòng)，最后，亦造成了壓控振蕩器10的頻率產(chǎn)生不該有的飄移。由于在圖2、3、4中的例子使用了NMOS開關(guān)，因此上述的瞬時(shí)階躍電壓變動(dòng)為當(dāng)開關(guān)元件32、42、46、48被斷路時(shí)產(chǎn)生的電壓下降(voltage drop)。
以圖2所示的單端模式為例，當(dāng)開關(guān)元件32被斷路時(shí)，帶電載流子(chargecarriers)會(huì)被注入(injected)連接于開關(guān)元件32第一端與第二端之間的結(jié)電容(junction capacitance)之中。帶電載流子的注入會(huì)造成容抗(capacitiveimpedance)產(chǎn)生不該有的階躍電壓變動(dòng)，而造成了節(jié)點(diǎn)A的電壓下降。上述的效應(yīng)即為所謂的時(shí)鐘饋通效應(yīng)(clock feedthrough effect)，并且以控制信號(hào)SW自開關(guān)元件32的控制端(亦即MOS晶體管的柵極)饋通(feedthrough)到開關(guān)元件32另外兩個(gè)端點(diǎn)上(亦即MOS晶體管的汲極與源極)的形式出現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)元件32被導(dǎo)通時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)A連接于接地點(diǎn)，因此控制信號(hào)SW的饋通不會(huì)造成影響。
然而，當(dāng)開關(guān)元件32被斷路時(shí)，控制信號(hào)SW的饋通會(huì)造成一階躍電壓，即于節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生的電壓下降。而由于節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生了電壓下降的情形，由開關(guān)元件32的N+擴(kuò)散子(N+ diffusion)以及P型的基板(P type substrate)所形成的二極管在斷路狀態(tài)下會(huì)有一些的正向偏置(forward biased)。因此節(jié)點(diǎn)A的電壓電平(voltage level)會(huì)瞬時(shí)降低(spike low)，然后當(dāng)由處于斷路狀態(tài)的開關(guān)元件32所形成些許正向偏置的結(jié)二極管容許閾值電流(subthreshold current)以及漏電流(leakage current)通過(guò)時(shí)，才會(huì)恢復(fù)到接地點(diǎn)電位。于節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生的電壓突降以及恢復(fù)的動(dòng)作會(huì)改變壓控振蕩器10的諧振器的負(fù)載電容值(loadcapacitance)，也就造成了壓控振蕩器10產(chǎn)生了不該存在的頻率飄移(frequencydrift)。
至于當(dāng)圖4所示的差動(dòng)切換式電容電路20c被斷路時(shí)，其于節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B上亦會(huì)遇到相同的時(shí)鐘饋通效應(yīng)的問(wèn)題。正端節(jié)點(diǎn)A會(huì)因?yàn)檎碎_關(guān)元件42的時(shí)鐘饋通效應(yīng)以及中央開關(guān)元件48的時(shí)鐘饋通效應(yīng)產(chǎn)生不該有的階躍電壓。相似地，負(fù)端節(jié)點(diǎn)B亦會(huì)因?yàn)樨?fù)端開關(guān)元件46的時(shí)鐘饋通效應(yīng)以及中央開關(guān)元件48的時(shí)鐘饋通效應(yīng)產(chǎn)生不該有的階躍電壓。上述于節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B產(chǎn)生的階躍電壓變動(dòng)及恢復(fù)都會(huì)改變壓控振蕩器10的諧振器的負(fù)載電容值，而造成壓控振蕩器10的頻率產(chǎn)生瞬時(shí)的飄移狀況。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一，在提供一種切換式電容電路，可抑制時(shí)鐘饋通效應(yīng)，以解決常規(guī)技術(shù)中壓控振蕩器所面臨瞬時(shí)頻率飄移的問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明的一權(quán)利要求，公開一種切換式電容電路，包含有一第一正端開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)一第一控制信號(hào)，選擇性地讓一第一正端節(jié)點(diǎn)連接或不連接一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一正端節(jié)點(diǎn)連接于一正端電容；以及一預(yù)充電電路，連接至該第一正端節(jié)點(diǎn)，用來(lái)于該切換式電容電路被斷路時(shí)，于一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將該第一正端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至一預(yù)充電電壓。
根據(jù)本發(fā)明的又一權(quán)利要求，公開一種方法，用來(lái)斷路一切換式電容電路，該包含有以下步驟(a)使用一第一正端開關(guān)元件，依據(jù)一第一控制信號(hào)，分?jǐn)嘁坏谝徽斯?jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)；以及(b)當(dāng)該切換式電容電路被斷路時(shí)，在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將該第一正端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至一預(yù)充電電壓。


圖1為常規(guī)技術(shù)一壓控振蕩器的示意圖。
圖2為常規(guī)技術(shù)一切換式電容電路的示意圖。
圖3為常規(guī)技術(shù)一差動(dòng)切換式電容電路的示意圖。
圖4為常規(guī)技術(shù)另一差動(dòng)切換式電容電路的示意圖。
圖5為本發(fā)明切換式電容電路第一實(shí)施例的示意圖。
圖6為由圖5中斷路的開關(guān)元件所等效形成的寄生二極管的示意圖。
圖7為圖6的變?nèi)荻O管的電容值與反向偏壓間的關(guān)系曲線圖。
圖8為圖5中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2以及節(jié)點(diǎn)A的電壓相對(duì)于時(shí)間的變化圖。
圖9為本發(fā)明差動(dòng)切換式電容電路的第二實(shí)施例示意圖。
圖10為圖9中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2、節(jié)點(diǎn)A的電壓VA以及節(jié)點(diǎn)B的電壓VB相對(duì)于時(shí)間的變化圖。
圖11為本發(fā)明差動(dòng)切換式電容電路第三實(shí)施例示意圖。
圖12為圖11中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2、節(jié)點(diǎn)A的電壓VA以及節(jié)點(diǎn)B的電壓VB相對(duì)于時(shí)間的變化圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明10 壓控振蕩器12 電感14 連續(xù)式可變電容16 離散式可變電容18 負(fù)電阻值發(fā)生器20、20a、20b、20c、20d、20e、20f 切換式電容電路24、30、50 電容32、52、58 開關(guān)元件40、70 正端電容42、74、82、100 正端開關(guān)元件44、72 負(fù)端電容46、76、84、102 負(fù)端開關(guān)元件48、92 中央開關(guān)元件54、78 預(yù)充電電路56、80 預(yù)充電開關(guān)元件60、86 延遲單元62 寄生二極管63 變?nèi)荻O管88 電阻90 低通電容具體實(shí)施方式
圖5為本發(fā)明切換式電容電路第一實(shí)施例的示意圖。在圖5中，切換式電容電路20d包含有一電容50，一第一開關(guān)元件52，以及一預(yù)充電電路54。預(yù)充電電路54包含有一預(yù)充電開關(guān)元件56，一第二開關(guān)元件58，以及一延遲單元60。電容50連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間。第一開關(guān)元件52用來(lái)依據(jù)一第一控制信號(hào)SW1，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連接或不連接第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N(第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N連接于接地點(diǎn))。預(yù)充電電路54連接于節(jié)點(diǎn)A，用來(lái)于第一開關(guān)元件52被第一控制信號(hào)SW1被斷路時(shí)，在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將節(jié)點(diǎn)A預(yù)先充電至一預(yù)充電電壓。當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)SW1處于一低邏輯值(logic low value)，第一開關(guān)元件52將被斷路，此時(shí)預(yù)充電電路54會(huì)在該預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將節(jié)點(diǎn)A連接至一預(yù)充電電壓，以對(duì)節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行充電，以抑制因時(shí)鐘饋通效應(yīng)而使節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生瞬時(shí)階躍電壓的現(xiàn)象。此時(shí)，處于斷路狀態(tài)的第一開關(guān)元件52所形成的等效寄生二極管相關(guān)的一寄生電容值也將較為穩(wěn)定。
圖6為由圖5中處于斷路狀態(tài)的開關(guān)元件52所形成的等效寄生二極管62的示意圖。寄生二極管62的作用類似于連接于節(jié)點(diǎn)A與第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N之間的一變?nèi)荻O管(varactor)63。變?nèi)荻O管63具有一寄生電容值Cp，Cp的值則會(huì)由節(jié)點(diǎn)A的電壓VA所決定。
圖7為圖6的變?nèi)荻O管63的電容值與反向偏壓(reverse voltage)間的關(guān)系曲線圖。當(dāng)變?nèi)荻O管63受到的反向偏壓(VA)改變時(shí)，相關(guān)的寄生電容值Cp亦會(huì)改變。然而，上述的改變并非線性的改變。反向偏壓在第一開關(guān)元件52的閾值電壓(threshold voltage)Vth間變動(dòng)時(shí)會(huì)造成寄生電容值Cp有最大的變化量。本發(fā)明即利用此一特點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)A預(yù)先充電至一個(gè)遠(yuǎn)大于開關(guān)元件52的閾值電壓的電位(例如VDD)。這也就意味著，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A上的電荷經(jīng)由第一開關(guān)元件32緩慢地漏泄(leak)至接地點(diǎn)的過(guò)程中，寄生電容值可大致保持不變。如此一來(lái)，壓控振蕩器的鎖相時(shí)段(locking period)可以縮短，故本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)可以使得頻率合成器比起常規(guī)技術(shù)更快到達(dá)一穩(wěn)定狀態(tài)。
圖8為圖5中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2以及節(jié)點(diǎn)A的電壓相對(duì)于時(shí)間的變化圖。為了將切換式電容電路20d切換至一斷路狀態(tài)，于時(shí)間點(diǎn)t1第一控制信號(hào)SW1會(huì)降低至一低邏輯值，這造成了第一開關(guān)元件52被斷路，而分?jǐn)?disconnect)節(jié)點(diǎn)A與接地點(diǎn)。同一時(shí)間，預(yù)充電開關(guān)元件56會(huì)被導(dǎo)通，而通過(guò)第二開關(guān)元件58將節(jié)點(diǎn)A連接至電源電壓節(jié)點(diǎn)VDD。于節(jié)點(diǎn)A上的電壓VA會(huì)快速上升至預(yù)充電電壓(在本實(shí)施例中為VDD)。而延遲單元60會(huì)將第一控制信號(hào)SW1延遲一預(yù)設(shè)延遲時(shí)段TDELAY，以產(chǎn)生第二控制信號(hào)SW2，用來(lái)在預(yù)設(shè)延遲時(shí)段TDELAY之后讓第二開關(guān)元件58斷路。當(dāng)?shù)诙_關(guān)元件58被斷路時(shí)，節(jié)點(diǎn)A即與預(yù)充電電壓VDD分?jǐn)?。在時(shí)間點(diǎn)t2之后，會(huì)因?yàn)榻?jīng)由第一開關(guān)元件52流泄至接地點(diǎn)的漏電流，造成節(jié)點(diǎn)A的電壓VA緩緩下降，然而，如圖7所示，由于處于斷路狀態(tài)的第一開關(guān)元件32中的寄生二極管62的反向偏壓值甚高，使得在電壓VA下降的過(guò)程中電容值Cp的變動(dòng)幅度很小。此例中，于時(shí)間點(diǎn)t3，切換式電容電路20d再被轉(zhuǎn)換至高邏輯值的第一控制信號(hào)SW1所導(dǎo)通，此時(shí)預(yù)充電開關(guān)元件56被斷路且第一開關(guān)元件52被導(dǎo)通，而重新將節(jié)點(diǎn)A連接至接地點(diǎn)。
圖9為本發(fā)明差動(dòng)切換式電容電路的第二實(shí)施例示意圖。在圖9中，差動(dòng)切換式電容電路20e包含有一正端電容70，一負(fù)端電容72，一第一正端開關(guān)元件74，一第一負(fù)端開關(guān)元件76，一中央開關(guān)元件92，以及一預(yù)充電電路78。預(yù)充電電路78包含有一預(yù)充電開關(guān)元件80，一第二正端開關(guān)元件82，一第二負(fù)端開關(guān)元件84，以及一延遲單元86。在本實(shí)施例中，延遲單元86則包含有一低通濾波器(由一電阻88和一低通電容90所組成)。另外，該延遲單元86的實(shí)施方式亦同樣適用于本發(fā)明切換式電容電路的第一實(shí)施例中。
正端電容70連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間，負(fù)端電容72連接于第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N與一節(jié)點(diǎn)B之間。第一正端開關(guān)元件74用來(lái)依據(jù)一第一控制信號(hào)SW1，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連接或不連接接地點(diǎn)。第一負(fù)端開關(guān)元件76用來(lái)依據(jù)第一控制信號(hào)SW1，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)B連接或不連接接地點(diǎn)。中央開關(guān)元件92用來(lái)依據(jù)第一控制信號(hào)SW1，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連接或不連接節(jié)點(diǎn)B。預(yù)充電電路78連接至節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B，以于切換式電容電路20e被第一控制信號(hào)SW1所斷路時(shí)，于一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B預(yù)先充電至一預(yù)充電電壓(在本實(shí)施例中預(yù)充電電壓等于VDD)。如同圖5所示的單端電路模式，當(dāng)?shù)谝豢刂菩盘?hào)SW1呈現(xiàn)為一低邏輯值，差動(dòng)切換式電容電路20e將被斷路時(shí)。預(yù)充電電路78會(huì)在該預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B連接至預(yù)充電電壓VDD，以對(duì)節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B進(jìn)行預(yù)先充電，以抑制因于時(shí)鐘饋通效應(yīng)造成節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B瞬時(shí)階躍電壓的情形。此時(shí)，第一正端開關(guān)元件74和第一負(fù)端開關(guān)元件76所等效形成的變?nèi)荻O管63相關(guān)的寄生電容值Cp將變得較為穩(wěn)定。
圖10為圖9中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2、節(jié)點(diǎn)A的電壓VA以及節(jié)點(diǎn)B的電壓VB相對(duì)于時(shí)間的變化圖。為了將切換式電容電路20e切換至一斷路狀態(tài)，于時(shí)間t1第一控制信號(hào)SW1會(huì)降低至一低邏輯值，這造成了第一正端開關(guān)元件74和第一負(fù)端開關(guān)元件76被斷路，而分別將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B與接地點(diǎn)分?jǐn)唷Ｍ粫r(shí)間，預(yù)充電開關(guān)元件80會(huì)被導(dǎo)通，而將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B連接至一預(yù)充電電壓(即電源供電電壓VDD)。當(dāng)由第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76所形成的變?nèi)荻O管的寄生電容值被預(yù)充電電路78所充電時(shí)，于節(jié)點(diǎn)A上的電壓VA以及于節(jié)點(diǎn)B上的電壓VB會(huì)快速上升至VDD。而延遲單元86會(huì)對(duì)第一控制信號(hào)SW1進(jìn)行低通濾波，以產(chǎn)生第二控制信號(hào)SW2，用來(lái)在一預(yù)設(shè)延遲時(shí)段TDELAY之后斷路第二正端開關(guān)元件82和第二負(fù)端開關(guān)元件84。請(qǐng)注意，此處所提及的預(yù)設(shè)延遲時(shí)段TDELAY定義為讓第二控制信號(hào)SW2跨越一閥值線(threshold line)以斷路第二正端開關(guān)元件82和第二負(fù)端開關(guān)元件84所需的時(shí)間。
當(dāng)?shù)谝徽撕偷谝回?fù)端開關(guān)元件74、76被斷路時(shí)，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B即與預(yù)充電電壓VDD分?jǐn)?。而?jié)點(diǎn)A的電壓VA和節(jié)點(diǎn)B的電壓VB，會(huì)因?yàn)榻?jīng)由第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76所流泄至接地點(diǎn)的漏電流，產(chǎn)生緩緩下降的情形。然而，如圖7所示，由處于斷路狀態(tài)的第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76中的寄生二極管的反向偏壓值甚高，使得在電壓VA、VB下降的過(guò)程中電容值Cp的變動(dòng)幅度很小。此例中，于時(shí)間點(diǎn)t3，切換式電容電路20e再被轉(zhuǎn)換至高邏輯值的第一控制信號(hào)SW1所導(dǎo)通，此時(shí)預(yù)充電開關(guān)元件80被斷路且第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76被導(dǎo)通，而重新將節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B連接至接地點(diǎn)。
圖11為本發(fā)明差動(dòng)切換式電容電路第三實(shí)施例示意圖。于圖11中，差動(dòng)切換式電容電路20f包含的基本元件與圖9的第二實(shí)施例大致相同。然而，在本實(shí)施例中，預(yù)充電電路78還包含有一第三正端開關(guān)元件100以及一第三負(fù)端開關(guān)元件102。在以時(shí)分多址(time division multiple access，TDMA)為基礎(chǔ)的無(wú)線電系統(tǒng)中，在每一個(gè)時(shí)隙(time-slot)中真正可用的傳送時(shí)間受限于一TDMA的時(shí)間長(zhǎng)度(通常400us)。由于TDMA的時(shí)間長(zhǎng)度很短，故節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B上電荷緩緩地泄漏不會(huì)有太大的影響。由第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76所形成的變?nèi)荻O管63會(huì)一直處于逆偏壓的狀態(tài)(而且是大的逆偏壓)，因此，在TDMA的時(shí)間長(zhǎng)度中，變?nèi)荻O管63的寄生電容值Cp不會(huì)產(chǎn)生太大的變動(dòng)。然而，在以碼分多址(code division multiple access，CDMA)為基礎(chǔ)的無(wú)線電系統(tǒng)中，壓控振蕩器必須連續(xù)地工作。在這樣的狀況下，就必須要防止節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B上電荷緩緩泄漏的情形。在本實(shí)施例中，第三正端和第三負(fù)端開關(guān)元件100、102即可用來(lái)防止節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B上電荷緩緩泄漏的情形。
第三正端開關(guān)元件100與第二正端開關(guān)元件82并聯(lián)，然而第三正端開關(guān)元件100的柵極直接連接到節(jié)點(diǎn)A，迫使第三正端開關(guān)元件100持續(xù)處于斷路的狀態(tài)。一般而言，處于斷路狀態(tài)的開關(guān)元件產(chǎn)生的漏電流主要受兩個(gè)因素所控制即開關(guān)元件的大小，以及開關(guān)元件汲極至源極的電壓差VDS。開關(guān)元件越大，流經(jīng)開關(guān)元件的漏電流就會(huì)越大。同樣地，VDS越大，流經(jīng)開關(guān)元件的漏電流亦會(huì)越大。因?yàn)橛诒緦?shí)施例中第三正端開關(guān)元件100的元件大小大于第一正端開關(guān)元件74，故即使在VDS相等的情形下，流經(jīng)第三正端開關(guān)元件100的漏電流仍會(huì)大于流經(jīng)第一正端開關(guān)元件74的漏電流。而由于第三正端開關(guān)元件100連接于預(yù)充電電壓VDD，故節(jié)點(diǎn)A的電壓會(huì)穩(wěn)定于一正電壓，且不會(huì)經(jīng)由第一正端開關(guān)元件74緩緩漏泄至接地點(diǎn)電位。相似地，第三負(fù)端開關(guān)元件102與第二負(fù)端開關(guān)元件84并聯(lián)，而第三負(fù)端開關(guān)元件102的柵極直接連接到節(jié)點(diǎn)B，迫使第三負(fù)端開關(guān)元件102持續(xù)處于斷路的狀態(tài)。因?yàn)橛诒緦?shí)施例中第三負(fù)端開關(guān)元件102的元件大小大于第一負(fù)端開關(guān)元件76，即使在VDS相等的情形下，流經(jīng)第三負(fù)端開關(guān)元件102的漏電流仍會(huì)大于流經(jīng)第一負(fù)端開關(guān)元件76的漏電流。而由于第三負(fù)端開關(guān)元件102連接于預(yù)充電電壓VDD，故節(jié)點(diǎn)B的電壓會(huì)穩(wěn)定于一正電壓，且不會(huì)經(jīng)由第一負(fù)端開關(guān)元件76緩緩漏泄至接地點(diǎn)電位。
圖12為圖11中第一控制信號(hào)SW1、第二控制信號(hào)SW2、節(jié)點(diǎn)A的電壓VA以及節(jié)點(diǎn)B的電壓VB相對(duì)于時(shí)間的變化圖。相似于圖10，第一控制信號(hào)SW1和第二控制信號(hào)SW2于時(shí)間點(diǎn)t1將差動(dòng)切換式電容電路20f切換至一斷路狀態(tài)。然而，在第三實(shí)施例中，由于額外使用了第三正端開關(guān)元件100和第三負(fù)端開關(guān)元件102，于節(jié)點(diǎn)A的電壓VA以及節(jié)點(diǎn)B的電壓VB并不會(huì)有緩緩下降的情形。圖11所示的差動(dòng)切換式電容電路20f可防止由于節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的電位經(jīng)由處于斷路狀態(tài)的第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件74、76緩緩下降至接地點(diǎn)電位的情形，而導(dǎo)致壓控振蕩器不理想的頻率飄移產(chǎn)生。
請(qǐng)注意，雖然在之前的描述中皆使用N型的MOS晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件，實(shí)際上亦可以使用P型的MOS晶體管或是雙極晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件。另外，預(yù)充電電壓也不見得要等于VDD。舉例來(lái)說(shuō)，例如第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件使用P型晶體管來(lái)實(shí)施，則預(yù)充電開關(guān)元件就該使用N型晶體管來(lái)實(shí)施，且預(yù)充電電壓可以等于接地點(diǎn)電位。此外，使用延遲單元的主要目的是將第一控制信號(hào)SW1延遲以產(chǎn)生第二控制信號(hào)SW2。使用其他的延遲單元(例如使用反相器組成一延遲鏈，再使用一低通濾波器連接至該延遲鏈的輸出端)亦是可行的作法。而以差動(dòng)的模式而言，中央開關(guān)元件是一個(gè)選擇性的元件，在不使用中央開關(guān)元件的情形下可以降低整體的導(dǎo)通開關(guān)電阻值，在不使用中央開關(guān)元件的情形下亦不會(huì)脫離本發(fā)明所提出的概念。
與常規(guī)技術(shù)相比較，當(dāng)本發(fā)明的切換式電容電路被世換至斷路狀態(tài)時(shí)，節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B會(huì)在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)被充電至一預(yù)充電電壓。如此一來(lái)，可以抑制掉時(shí)鐘饋通效應(yīng)所導(dǎo)致的不良結(jié)果，可防止于校正階段以及頻率合成器鎖相階段時(shí)壓控振蕩器的頻率飄移現(xiàn)象。另外，由處于斷路狀態(tài)的第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件所形成的變?nèi)荻O管的電容值在壓控振蕩器的鎖相期間會(huì)具有較為穩(wěn)定的值。舉例來(lái)說(shuō)，對(duì)于碼分多址系統(tǒng)而言，還可再加入一第三正端和第三負(fù)端開關(guān)元件，以防止于節(jié)點(diǎn)A和節(jié)點(diǎn)B的電位經(jīng)由第一正端和第一負(fù)端開關(guān)元件的漏電流而緩緩下降的情形。而防止必須連續(xù)性傳輸?shù)拇a分多址系統(tǒng)中有任何頻率飄移的情形產(chǎn)生。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的等效變化與修改，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種切換式電容電路，包含有一第一正端開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)一第一控制信號(hào)，選擇性地讓一第一正端節(jié)點(diǎn)連接或不連接一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一正端節(jié)點(diǎn)連接于一正端電容；以及一預(yù)充電電路，連接至該第一正端節(jié)點(diǎn)，用來(lái)于該切換式電容電路被斷路時(shí)，于一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將該第一正端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至一預(yù)充電電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的切換式電容電路，其中該預(yù)設(shè)時(shí)間與該第一控制信號(hào)無(wú)關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的切換式電容電路，其中該預(yù)充電電路包含有一第二正端開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)一第二控制信號(hào)，選擇性地讓一第三節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第一正端節(jié)點(diǎn)；一預(yù)充電開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第一控制信號(hào)，選擇性地讓一第四節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第三節(jié)點(diǎn)；其中該第四節(jié)點(diǎn)處于該預(yù)充電電壓；以及一延遲單元，用來(lái)產(chǎn)生該第二控制信號(hào)，其中該第二控制信號(hào)為該第一控制信號(hào)延遲了該預(yù)設(shè)時(shí)間的信號(hào)。
4.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該延遲單元包含有一低通濾波器，連接于該第一控制信號(hào)，該第二控制信號(hào)為該低通濾波器輸出的信號(hào)。
5.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該延遲單元包含有一延遲鏈，該第一控制信號(hào)為該延遲鏈的輸入信號(hào)，該第二控制信號(hào)為該延遲鏈的輸出信號(hào)。
6.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該預(yù)充電電路還包含有一第三正端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一正端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三正端開關(guān)元件的控制端連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求6所述的切換式電容電路，其中該第三正端開關(guān)元件的元件大小大于該第一正端與第二正端開關(guān)元件。
8.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該切換式電容電路還包含有一第一負(fù)端開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第一控制信號(hào)，選擇性地讓一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接于一負(fù)端電容其中當(dāng)該切換式電容電路被該第一控制信號(hào)所斷路時(shí)，該預(yù)充電電路還將該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至該預(yù)充電電壓。
9.如權(quán)利要求8所述的切換式電容電路，其中該預(yù)充電電路還包含有一第二負(fù)端開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第二控制信號(hào)，選擇性地讓該第三節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的切換式電容電路，其中該切換式電容電路還包含有一中央開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第一控制信號(hào)，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求9所述的切換式電容電路，其中該預(yù)充電電路還包含有一第三正端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一正端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三正端開關(guān)元件的控制端連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)；以及一第三負(fù)端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三負(fù)端開關(guān)元件的控制端連接于該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
12.如權(quán)利要求11所述的切換式電容電路，其中該第三正端和第三負(fù)端開關(guān)元件的元件大小皆大于該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件。
13.如權(quán)利要求11所述的切換式電容電路，其中該切換式電容電路還包含有一中央開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第一控制信號(hào)，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
14.如權(quán)利要求13所述的切換式電容電路，其中該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)，該第四節(jié)點(diǎn)為一直流電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該預(yù)充電開關(guān)元件為一P型晶體管，該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件以及該中央開關(guān)元件皆為N型晶體管。
15.如權(quán)利要求13所述的切換式電容電路，其中該第二節(jié)點(diǎn)為一直流電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該第四節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)，該預(yù)充電開關(guān)元件為一N型晶體管，該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件以及該中央開關(guān)元件皆為P型晶體管。
16.一種方法，用來(lái)斷路一切換式電容電路，該方法包含有以下步驟(a)使用一第一正端開關(guān)元件，依據(jù)一第一控制信號(hào)，分?jǐn)嘁坏谝徽斯?jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)；以及(b)當(dāng)該切換式電容電路被斷路時(shí)，在一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將該第一正端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至一預(yù)充電電壓。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該預(yù)設(shè)時(shí)間與該第一控制信號(hào)無(wú)關(guān)。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中步驟(b)包含有以下步驟(c)使用一預(yù)充電開關(guān)元件，依據(jù)該第一控制信號(hào)，連接一第四節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，其中該第四節(jié)點(diǎn)處于該預(yù)充電電壓；(d)將該第一控制信號(hào)延遲該預(yù)設(shè)時(shí)間以產(chǎn)生一第二控制信號(hào)；以及(e)使用一第二正端開關(guān)元件，依據(jù)該第二控制信號(hào)，連接該第三節(jié)點(diǎn)至該第一正端節(jié)點(diǎn)。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(d)包含有對(duì)該第一控制信號(hào)進(jìn)行低通濾波。
20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(d)包含有將該第一控制信號(hào)輸入至一延遲鏈中，該延遲鏈輸出該第二控制信號(hào)。
21.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(b)還包含有提供一第三正端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一正端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三正端開關(guān)元件的控制端連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中該第三正端開關(guān)元件的元件大小大于該第一正端與第二正端開關(guān)元件。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中步驟(b)還包含有使用一第一負(fù)端開關(guān)元件，依據(jù)該第一控制信號(hào)，將一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接至該第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接于一負(fù)端電容；以及當(dāng)該切換式電容電路被該第一控制信號(hào)所斷路時(shí)，將該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至該預(yù)充電電壓。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中步驟(b)還包含有使用一第二負(fù)端開關(guān)元件，依據(jù)該第二控制信號(hào)，將該第三節(jié)點(diǎn)連接至該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該方法還包含有使用一中央開關(guān)元件，依據(jù)該第一控制信號(hào)，將該第一正端節(jié)點(diǎn)連接至該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求23所述的方法，其中步驟(b)還包含有提供一第三正端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一正端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三正端開關(guān)元件的控制端連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)；以及提供一第三負(fù)端開關(guān)元件，連接于該第三節(jié)點(diǎn)與該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)之間，其中該第三負(fù)端開關(guān)元件的控制端連接于該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
27.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該第三正端和第三負(fù)端開關(guān)元件的元件大小皆大于該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件。
28.如權(quán)利要求26所述的方法，其中該方法還包含有使用一中央開關(guān)元件，依據(jù)該第一控制信號(hào)，將該第一正端節(jié)點(diǎn)連接至該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)，該第四節(jié)點(diǎn)為一直流電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該預(yù)充電開關(guān)元件為一P型晶體管，該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件以及該中央開關(guān)元件皆為N型晶體管。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中該第二節(jié)點(diǎn)為一直流電源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)，該第四節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)，該預(yù)充電開關(guān)元件為一N型晶體管，該第一正端、第二正端、第一負(fù)端、和第二負(fù)端開關(guān)元件以及該中央開關(guān)元件皆為P型晶體管。
全文摘要
一種切換式電容電路，包含有一第一開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)一第一控制信號(hào)選擇性地讓一第一節(jié)點(diǎn)連接或不連接一第二節(jié)點(diǎn)，該第一節(jié)點(diǎn)連接于一電容。一預(yù)充電電路，連接至該第一節(jié)點(diǎn)，用來(lái)當(dāng)該切換式電容電路被斷路時(shí)，于一預(yù)設(shè)時(shí)間內(nèi)將該第一節(jié)點(diǎn)預(yù)充電至一預(yù)充電電壓。該預(yù)充電電路包含有一第二開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)一第二控制信號(hào)選擇性地讓一第三節(jié)點(diǎn)連接或不連接該第一節(jié)點(diǎn)；一預(yù)充電開關(guān)元件，用來(lái)依據(jù)該第一控制信號(hào)選擇性地讓該第三節(jié)點(diǎn)連接或不連接該預(yù)充電電壓；以及一延遲單元，用來(lái)延遲該第一控制信號(hào)以產(chǎn)生該第二控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H03K3/013GK1604459SQ20041007525
公開日2005年4月6日 申請(qǐng)日期2004年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月30日
發(fā)明者葉恩祥 申請(qǐng)人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司