切换电容电路与其补偿方法，模拟数字转换器技术

本发明专利技术提出一种切换电容电路与其补偿方法，模拟数字转换器。切换电容电路包括运算放大器、回授电容、电容器组、开关电路与回授补偿电路。其中回授电容的第一端与至少一电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。在第一期间，回授电容的第二端与上述电容的第二端耦接至输入端。回授补偿电路用以根据一增益来放大在运算放大器的第一输入端的第一电压以产生第二电压，其中增益大于1。在第二期间，回授电容的第二端是耦接至运算放大器的输出端，并且回授补偿电路会将第二电压施加于上述电容的第二端。借此，可以降低运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.

【技术实现步骤摘要】
切换电容电路与其补偿方法，模拟数字转换器
本专利技术是有关于一种切换电容电路(switchedcapacitorcircuit)，且特别是有关于一种具有回授补偿的切换电容电路、模拟数字转换器与补偿方法。
技术介绍
图1是根据已知技术绘示的切换电容电路。请参照图1，运算放大器110的非反向输入端是接地。运算放大器110的反向输入端是耦接至电容CF、CS的第一端，并且透过开关SW15耦接至虚拟接地端CCM。电容CF的第二端是耦接至运算放大器110的输出端或者是输入电压Vin。电容CS的第二端是耦接至输入电压Vin或者是参考电压VREF。在取样期间，开关SW12、SW13、SW15为导通，并且开关SW11、SW14为截止。因此，输入电压Vin会对电容CF、CS充电。在取样期间要结束时，开关SW15为截止。在放大期间，开关SW14为导通，开关SW13、SW15为截止，因此电容CS是连接至参考电压VREF，同时开关SW12为截止且开关SW11为导通，因此电容CF是连接至运算放大器110的输出端。如果运算放大器110为理想，也就是说运算放大器110的增益为无限大且运算放大器110的两个输入端之间的电压VX为0，则输出电压VOUT、输入电压Vin与参考电压VREF之间的关系可以基于电荷守恒定律表示为以下的方程式(1)、(2)。Vin(CS+CF)＝VREF×CS+VOUT×CF...(1)如果电容CF与电容CS的电容值相同，则如方程式(2)所示，图1中的切换电容电路是用来将输入电压Vin乘上2再减去参考电压VREF。然而，如果运算放大器110并不是理想的，则增益(以下表示为“A”)会是有限的且电压VX不会为0。在此情况下，电荷守恒定律可以写为以下的方程式(3)，并且输出电压VOUT可以近似于方程式(4)。参照方程式(2)、(4)，当1/Aβ够小时，输出电压VOUT会近似于理想。然而，如方程式(5)所示，β一定会小于1。因此，若要近似于理想状况，则增益A必须要够大，这成为了设计上的瓶颈，也是本领域通常知识者所关心的议题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提出一种切换电容电路，包括运算放大器、回授电容、电容器组、开关电路与回授补偿电路。运算放大器具有第一输入端、第二输入端与输出端。回授电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。电容器组包括至少一个电容，其中每一个电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。回授补偿电路耦接至运算放大器的第一输入端与每一个电容的第二端。在第一期间，开关电路用以将回授电容的第二端电性连接至输入端，并将每一个电容的第二端电性连接至输入端。回授补偿电路用以根据增益来放大在运算放大器的第一输入端上的第一电压以产生第二电压，其中增益大于1。在第二期间，开关电路用以将回授电容的第二端电性连接至运算放大器的输出端，并且将第二电压施加于电容的第二端。在一些实施例中，回授补偿电路包括放大器与缓冲器。放大器是耦接至运算放大器的第一输入端以放大第一电压来产生第二电压。缓冲器是耦接在放大器的输出端与电容的第二端之间。在一些实施例中，上述电容的数目为N，N为正整数。当第二电压施加于每一个电容的第二端时，放大器的增益为(N+1)/N。在一些实施例中，上述电容的数目大于1。当第二电压仅施加于一个电容的第二端时放大器的增益为2，并且回授补偿电路用以将第一电压施加于其余的电容的第二端。在一些实施例中，开关电路包括以下的开关。第一开关是耦接在回授电容的第二端与运算放大器的输出端之间。第二开关是耦接在回授电容的第二端与输入端之间。至少一个第三开关是耦接在输入端与电容的第二端之间。在第一期间，第一开关为截止，第二开关与第三开关为导通。在第二期间，第一开关为导通，第二开关与第三开关为截止。在一些实施例中，开关电路还包括以下开关。第四开关是耦接在运算放大器的第一输入端与虚拟接地端之间。在第一期间的子期间，第四开关为导通。在第二期间，第四开关为截止。在一些实施例中，开关电路还包括以下开关。至少一个第五开关是耦接在电容的第二端与缓冲器之间。在第一期间第五开关为截止，在第二期间第五开关为导通。在一些实施例中，切换电容电路还包括子模拟数字转换器与解码器。子模拟数字转换器是耦接至输入端，并且根据输入端上的输入电压产生数字码。解码器是耦接至子模拟数字转换器与回授补偿电路，用以根据数字码决定参考电压。本专利技术的实施例提出一种切换电容电路的补偿方法。此切换电容电路包括运算放大器、回授电容、与包括至少一个电容的电容器组。回授电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端，每一个电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。此补偿方法包括：在第一期间，将回授电容的第二端电性连接至输入端，并将每一个电容的第二端电性连接至输入端；将回授电容的第二端电性连接至运算放大器的输出端；根据增益将运算放大器的第一输入端上的第一电压放大以产生第二电压，其中增益大于1；以及在第二期间，将第二电压施加于电容的第二端。本专利技术的实施例提出一种管线式模拟数字转换器，包括多个级，其中一级包括以下的元件。运算放大器具有第一输入端、第二输入端与输出端。回授电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。电容器组包括至少一个电容，其中每一个电容的第一端耦接至运算放大器的第一输入端。回授补偿电路耦接至运算放大器的第一输入端与每一个电容的第二端。在第一期间，开关电路用以将回授电容的第二端电性连接至输入端，并将每一个电容的第二端电性连接至输入端。回授补偿电路用以根据增益来放大在运算放大器的第一输入端上的第一电压以产生第二电压，其中增益大于1。在第二期间，开关电路用以将回授电容的第二端电性连接至运算放大器的输出端，并且将第二电压施加于电容的第二端。为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。附图说明图1是根据已知技术绘示的切换电容电路；图2是根据一实施例绘示具有回授补偿的切换电容电路的示意图；图3是根据一实施例绘示控制开关的相位信号的示意图；图4是根据另一实施例绘示切换电容电路的示意图；图5是根据另一实施例绘示切换电容电路的示意图；图6是根据一实施例绘示实作加法器、缓冲器与解码器的电路图；图7是根据另一实施例绘示切换电容电路的示意图；图8是根据另一实施例绘示用于切换电容电路的补偿方法的流程图。具体实施方式下文是举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本专利技术所涵盖的范围，而结构运作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本专利技术所涵盖的范围。此外，附图仅以说明为目的，并未依照原尺寸作图。关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。另外，关于本文中所使用的“耦接”，可指二个元件直接地或间接地连接。也就是说，当以下描述“第一物件耦接至第二物件”时，第一物件与第二物件之间还可设置其他的物件。另外，在附图中相似或相同的部分是使用相同的符号。图2是根据一实施例绘示具有回授补偿的切换电容电路的示意图。请参照图2，切换电容电路200包括运算放大器210、回授电容C21、包括N个电容CS1～CSN的电容器组(capacit本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切换电容电路，其特征在于，包括：一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端；一回授电容，其第一端耦接至该运算放大器的该第一输入端；一电容器组，包括至少一电容，其中每一该至少一电容的第一端耦接至该运算放大器的该第一输入端；一开关电路；以及一回授补偿电路，耦接至该运算放大器的该第一输入端与每一该至少一电容的第二端，其中在一第一期间，该开关电路用以将该回授电容的一第二端电性连接至一输入端，并将每一该至少一电容的该第二端电性连接至该输入端，其中该回授补偿电路用以根据一增益来放大在该运算放大器的该第一输入端上的一第一电压以产生一第二电压，其中该增益大于1，其中在一第二期间，该开关电路用以将该回授电容的该第二端电性连接至该运算放大器的该输出端，并且将该第二电压施加于该至少一电容的该第二端。

【技术特征摘要】
2015.12.15 US 14/968,9241.一种切换电容电路，其特征在于，包括：一运算放大器，具有一第一输入端、一第二输入端与一输出端；一回授电容，其第一端耦接至该运算放大器的该第一输入端；一电容器组，包括至少一电容，其中每一该至少一电容的第一端耦接至该运算放大器的该第一输入端；一开关电路；以及一回授补偿电路，耦接至该运算放大器的该第一输入端与每一该至少一电容的第二端，其中在一第一期间，该开关电路用以将该回授电容的一第二端电性连接至一输入端，并将每一该至少一电容的该第二端电性连接至该输入端，其中该回授补偿电路用以根据一增益来放大在该运算放大器的该第一输入端上的一第一电压以产生一第二电压，其中该增益大于1，其中在一第二期间，该开关电路用以将该回授电容的该第二端电性连接至该运算放大器的该输出端，并且将该第二电压施加于该至少一电容的该第二端。2.根据权利要求1所述的切换电容电路，其特征在于，其中该回授补偿电路包括：一放大器，耦接至该运算放大器的该第一输入端以放大该第一电压以产生该第二电压；以及一缓冲器，耦接在该放大器的一输出端与该至少一电容的该第二端之间。3.根据权利要求2所述的切换电容电路，其特征在于，其中该至少一电容的数目为N，N为正整数，并且当该第二电压施加于每一该至少一电容的该第二端时，该放大器的该增益为(N+1)/N。4.根据权利要求2所述的切换电容电路，其特征在于，其中该至少一电容的数目大于1，当该第二电压仅施加于所述电容中的其中之一的该第二端时该放大器的该增益为2，并且该回授补偿电路用以将该第一电压施加于其余的所述电容的该第二端。5.根据权利要求2所述的切换电容电路，其特征在于，其中该开关电路包括：一第一开关，耦接在该回授电容的该第二端与该运算放大器的该输出端之间；一第二开关，耦接在该回授电容的该第二端与该输入端之间；以及至少一第三开关，耦接在该输入端与该至少一电容的该第二端之间，其中在该第一期间，该第一开关为截止，该第二开关与该至少一第三开关为导通，其中在该第二期间，该第一开关为导通，该第二开关与该至少一第三开关为截止。6.根据权利要求5所述的切换电容电路，其特征在于，其中该开关电路还包括：一第...

【专利技术属性】
技术研发人员：张顺志，邵姿菁，黄崇铭，
申请(专利权)人：财团法人成大研究发展基金会，奇景光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71