本发明专利技术允许通过提供精确控制开关电容器的循环充电操作的电路来实现精密电流基准或全积分无晶体精密振荡器。使在开关电容器两端的电压斜坡上升或者在充电阶段结束时精确停止于所需的电压。通过使用基于跨导放大器的开关的适当网络，在所需电压和开关电路两端的电压之间的误差电压由跨导放大器放大以给出误差电流。误差电流被按时间积分以给出积分放大误差电压。通过使用适当的反馈，误差电压能够被最小化以给出其值取决于电容、电压及频率的精确的输出电流。在不同的反馈配置中，所描述的电路能够被用作频率锁定环路的一部分以提供其频率取决于电阻和电容的精确的无晶体振荡器。该电路不易受放大器偏置及带宽、开关电阻、占空比以及在放大器的输入处的非对称纹波的影响。该电路还包括用于补偿温度变化的装置以及用于补偿由于工艺变化而一般发生在集成电路内的电阻及电容的变化的装置。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及开关电容电路及技术的领域并且更特别地涉及此类电路在精密电流发生器及精密振荡器的实现中的使用。
技术介绍
开关电容网络由于它们模拟电路中的电阻负载的能力被广泛地使用于电子电路的设计中。使用在频率fsw下开关的开关电容器Csw，等效电阻Req能够在Req = 1/ (fswXCsw)的情况下实现。已知在半导体集成电路的制造中，电阻值的绝对精度并不容易实现然而电容值的绝对精度却正好处于大多数半导体制造工艺的控制之下。由于这个原因，在需要精确的电阻值的情形中，开关电容电路在模拟半导体电路设计中的使用是特别重要的。被称为“带隙基准电路”的精确电压基准电路现在是已知的并且是可普遍购得的。 D. Susak在美国专利No. 5，900, 773中描述了该精密带隙基准电路的实例。但是生成精确且稳定的电流基准是件更困难的任务。精密电流基准发生器的可获得性是在需要传感器(例如霍尔元件偏置)、数据转换器(例如电流导引DAC)等的应用中实现精度所需的。此类电流基准电路能够使用在混合信号闭环电路中的开关电容器、比较器、电压基准及基准时钟来实现，其中该混合信号闭环电路由Mkurai等人在2006年6月8日的美国专利申请公开 2006/0119422A1-Semiconductor Device Including CurrentControlCircuit of Reference Current Source (包括基准电流源的电流控制电路的半导体器件)中进行了描述。这种电路具有易受比较器中的延迟的影响的缺陷，从而由于制造工艺的变化、电源变化及温度变化导致了明显的精度不足。虽然基于开关电容器的模拟缓冲电路由Cheol-Min等人在美国专利申请公开 No. 2005/0258997 Al中描述了，但是该电路提供了输入电压具有固定增益1的拷贝然而能够放大并积分微分误差信号的放大器将会为解决提供精密电流基准发生器的问题所需要。在欧洲专利申请公开No. 1，712，973A2中，Moro等人描述了传统的恒跨导(gm)偏置电流发生电路，其中电阻元件直接由其开关电容等效网络与缓冲器电容器一起所代替。 这种电路的主要目标与其说是提供精确的绝对电流基准，倒不如说是为了显著恒定的性能 (该恒定性能取决于gm/C)通过使偏置电流适合于工艺及温度变化来偏置模拟电路。这种电路因许多将在下面描述的误差而受损害，阻碍了这种电路被用作高精度电流基准发生。在模拟及混合信号电路设计中的另一种重要的构建模块是振荡器。通常，为了构建精确的振荡器，将会使用晶体或陶瓷谐振器。这导致了体积大且昂贵的解决方案，其中由于这些解决方案通常具有与可用的晶体或陶瓷的频率对应的预定频率的事实，它们并不是很灵活。使用具有闭环结构内的可控振荡器及分配器的开关电容网络，能够实现很精确的且灵活的振荡器。这种电路的实例由 T. R. Viswanathan,S. Murtuza,V. H. Syec^PM. Staszel 描述于“Switched-Capacitor Frequency ControlLoop (开关电容器频率控制回路)”(IEEE期刊 Solid State circuits (固态电路)，Vol. 17，Issue No. 4，1982 年 8 月，pp. 774-778)中。图Ia示出了其中通常为获得在开关电容器(CSW)两端的所需电压，以及因而所需的电流，而在由Viswanathan等人的工作所启发的电路内使用开关电容器(CSW)及放大器 (AMP)的方式。在这种电路中，开关电容器(CSW)被使用于具有响应于在基准电压(VR)与点NB处的开关电容网络两端的电压之间的差异而配置的运算放大器(AMP)的反馈电路内。 这样检测到的差异被用来控制开关电容器内的电流大小。以上设计因某些误差而受损害，现在将参考图Ib中的波形来描述这种情况。在第一阶段(Phl)内，开关电容器连接至运算放大器(AMP)。由于运算放大器(NB)的输入具有与开关电容器(CSW)并联连接的缓冲器电容器(CB)，因而在开关电容器(CSW)与运算放大器(AMP)连接的同时，在运算放大器的输入端(NB)的电压由于开关电容器(CSW)和缓冲器电容器(CB)的并联组合而下降。电流源(IB)给电容器对(CSW和CB)充电直到第一阶段 (phi)结束。在第二阶段(ph2)中，开关电容器(CSW)与运算放大器(AMP)解耦并放电。结果是运算放大器输入(NB)受到锯齿波形的影响，该锯齿波形在第一阶段(phi)内的斜面由于在第一阶段内的开关电容器(CSW)的额外电容而略小于第二阶段(ph2)内的斜面。能够示出的是，为了修正以上电路的操作，包括运算放大器(AMP)的调节环路必须具有显著低于开关频率的带宽。在这些条件之下，环路近似地响应于在放大器的输入端的差分电压的时间平均。因而，在节点NSW的时间平均电压通过反馈环路调节至等于基准电压(VR)。值得注意的是开关电容器(CSW)被充电至在第一阶段(phi)结束时所达到的电压，该电压我们将称为Vcharge，然后在第二阶段(pM)期间放电。但是，因为在节点NSW处的锯齿波形由于在第一和第二阶段期间不同的斜面而并不是完全对称的，所以节点NSW处的电压的实际时间平均比在第一阶段(Phl)结束时所达到的电压大一个非零的正量，该正量我们将称为失调电压(Voffset)。另外，在开关(Si)两端的电压降由于开关(Si)的寄生电阻进一步促成了失调电压(Voffset)。而且，在第一和第二阶段之间的任意定时差异将导致不平衡的占空比并且将更进一步促成失调电压(Voffset)。在一段时间内所转移的电荷等于VchargeXCSW，这对应于等效电流I = Vcharge X CSWXfsw，其中fsw是开关频率。我们已经在上面示出，一旦反馈环路达到稳定， Vcharge就并不恰好等于基准电压(VR)。更具体地，Vcharge = VR-Voffset。因而等效电流是 I = (VR-Voffset) X CSWXfsw 而不是所希望的值 VRX CSWXfsw。失调(Voffset)的大小取决于开关及运算放大器的特性，这些特性则随着工艺、供电电压及温度改变，导致了不精确且不稳定的电流。一种最小化失调(VofTset)的方式是增加缓冲器电容器(CB)的值，使锯齿形纹波在节点(NB)将得以最小化。但是，如果要将电路集成于半导体芯片之上，则这种简单的解决方案会用掉大的芯片面积。另外，在节点(NB)引起的极点将被移动至较低的频率，与调节环路的主要主导极点冲突并且导致难以达到环路稳定性。另一种动态放大器由Vittoz在英国专利申请No. 2，095，946A中进行了描述。这种电路是广泛公知的并且通常广泛使用于工业中。但是，在本专利技术中所描述的放大电路是自偏置的使得在放大阶段(cf phi)中的输出电压名义上等于在准备阶段(cf ph2)所达到6的电压，从而即使在使用典型可用于先进短沟道半导体技术内的低增益器件时也消除了残余输入失调。
技术实现思路
本专利技术提供了用于生成在开关电路器件内的耦接电容器(CC)两端的误差电压 (Verr)以及用于放大并积分所述的误差电压(Verr)的方法，所述的方本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种用于生成在开关电路器件内的耦接电容器（ＣＣ）两端的误差电压（Ｖｅｒｒ）以及用于放大并积分所述误差电压（Ｖｅｒｒ）的方法，所述方法被用于包括所述开关电路器件以及控制所述开关电路器件的时钟发生器（ＣＧＥＮ）的系统中，所述开关电路器件还包括基准电压（ＶＲ）、开关电容器（ＣＳＷ）、用于给所述开关电容器（ＣＳＷ）充电的偏置电流（ＩＢＢ）、经由所述耦接电容器（ＣＣ）接收所述误差电压（Ｖｅｒｒ）的放大器（ＡＭＰ）以及在其上积分所放大的误差电压（Ｖｅｒｒ）的积分电容器（ＣＩＮＴ），所述方法的特征在于它包括三个单独阶段的执行，即充电阶段（ｐｈ１）、保持阶段（ｐｈ２）和放电阶段（ｐｈ３），其中：在所述充电阶段（ｐｈ１）期间执行下列步骤：－给所述开关电容器（ＣＳＷ）充电，－自动调零所述放大器（ＡＭＰ），由此使其输入保留在其静态工作点，在所述保持阶段（ｐｈ２）期间执行下列步骤：－将所述开关电容器（ＣＳＷ）保持于在所述充电阶段（ｐｈ１）结束时所达到的充电电压，－将所述开关电容器（ＣＳＷ）连接到所述耦接电容器（ＣＣ），－维持所述放大器（ＡＭＰ）的所述自动调零配置，在所述放电阶段（ｐｈ３）期间执行下列步骤：－使所述开关电容器（ＣＳＷ）放电，－使所述开关电容器（ＣＳＷ）与所述耦接电容器（ＣＣ）断开并且将所述基准电压（ＶＲ）连接至所述耦接电容器（ＣＣ）由此存储所述耦接电容器（ＣＣ）两端的所述误差电压（Ｖｅｒｒ），所述误差电压（Ｖｅｒｒ）是所述基准电压（ＶＲ）与所述充电电压之间的差异，－使用所述放大器（ＡＭＰ）来放大所述误差电压（Ｖｅｒｒ）并且将所放大的误差电压在所述积分电容器（ＣＩＮＴ）上积分以便获得积分放大误差电压（ＶＩＮＴ），所述三个阶段以连续方式按顺序循环。...
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：F·巴伦那格，
申请(专利权)人：莫斯卡德设计及自动控制有限公司，
类型：发明
国别省市：CH
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