專利名稱：用于開關(guān)式電容器電路的適應(yīng)性偏置電流產(chǎn)生的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子學，且更具體地說，涉及用于產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路 的偏置電流的技術(shù)。
背景技術(shù)：
開關(guān)式電容器電路為在不同取樣電容器之間移動電荷以便實現(xiàn)所要信號處理功 能的電路。開關(guān)式電容器電路可基于電容器大小的比率(而非絕對電容器大小)及取樣率 (所述兩者常常均可以高精確度來獲得)而準確地實施信號處理功能。開關(guān)式電容器電路 廣泛地用以實施各種電路塊，例如西格瑪-德耳塔模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ AADC)、西格瑪-德耳 塔數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(Σ ADAC)、濾波器、采樣抽取器等。開關(guān)式電容器電路通常包括有助于在取樣電容器之間移動電荷的有源電路，例如 運算跨導放大器(OTA)。可用大量電流來偏置有源電路，以便在最壞情況條件下提供令人滿 意的性能。這接著可能導致時常用過量電流來偏置有源電路，其可能為不合需要的。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述用于適應(yīng)性地產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路的偏置電流以實現(xiàn)所要性能 同時減少功率消耗的技術(shù)。在一種設(shè)計中，一種設(shè)備包括開關(guān)式電容器電路及偏置電路。 所述開關(guān)式電容器電路包括(i)至少一個開關(guān)電容器，其以一取樣率進行充電及放電；及 (ii)放大器，例如運算跨導放大器(OTA)，其具有與偏置電流成比例的帶寬。所述偏置電路 產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路的偏置電流，(i)以針對放大器獲得與取樣率成比例的帶寬，及 ( )以跟蹤由于集成電路(IC)工藝及溫度的變化引起的所述開關(guān)電容器的改變。在一種設(shè)計中，開關(guān)式電容器電路包含以所述取樣率來對模擬信號進行數(shù)字化且 提供數(shù)字樣本的Σ AADC0 Σ AADC可支持與不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個模式?？蓮乃С?模式中選擇一個模式。偏置電路接著可將偏置電流產(chǎn)生為與用于選定模式的取樣率成比 例。開關(guān)式電容器電路的穩(wěn)定時間可在所述多個模式的情況下且跨越IC工藝及溫度變化 而跟蹤。在其它設(shè)計中，開關(guān)式電容器電路可包含濾波器、采樣抽取器或某種其它電路。在一種設(shè)計中，偏置電路包括開關(guān)式電容器負載、驅(qū)動器電路及電流鏡。在一種設(shè) 計中，開關(guān)式電容器負載包括(i)第一電容器，其基于第一控制信號進行放電且基于第二 控制信號進行充電；(ii)第二電容器，其基于第二控制信號進行放電且基于第一控制信號 進行充電；及(iii)第三電容器，其對用于第一及第二電容器的充電電流進行濾波。偏置電 流可與第一及第二電容器成比例，所述電容器可在IC工藝及溫度變化期間跟蹤開關(guān)式電 容器電路中的開關(guān)電容器。驅(qū)動器電路為開關(guān)式電容器負載中的第一及第二電容器提供充 電電流。電流鏡接收充電電流且提供偏置電流。下文更詳細地描述本發(fā)明的各種方面及特征。


圖1展示無線通信裝置的框圖。圖2展示二階Σ AADC的框圖。圖3展示Σ AADC內(nèi)的積分器的示意圖。圖4展示OTA的示意圖。圖5展示偏置電路的示意圖。圖6展示用以產(chǎn)生用于偏置電路的控制信號的電路的框圖。圖7展示控制信號的時序圖。圖8展示用于適應(yīng)性地產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路的偏置電流的工藝。
具體實施例方式本文所描述的技術(shù)可用于開關(guān)式電容器電路，所述開關(guān)式電容器電路用于各種電 路塊，例如Σ Δ ADC, Σ ADAC、濾波器、采樣抽取器等。所述技術(shù)還可用于各種應(yīng)用，例如無 線通信、計算、連網(wǎng)、消費型電子學等。所述技術(shù)還可用于各種裝置，例如無線通信裝置、蜂 窩式電話、個人數(shù)字助理(PDA)、手持式裝置、無線調(diào)制解調(diào)器、膝上型計算機、無繩電話、藍 牙裝置、廣播接收器、消費型電子裝置等。為了清楚起見，下文描述所述技術(shù)在無線通信裝 置(其可為蜂窩式電話或某種其它裝置)中的使用。圖1展示無線通信裝置100的設(shè)計的框圖。為了簡單起見，圖1中僅展示接收器部 分。還為了簡單起見，圖1中僅展示用于一個天線的一個接收鏈。一般來說，無線裝置可包 括用于任何數(shù)目的天線、任何數(shù)目的頻帶及任何數(shù)目的無線電技術(shù)的任何數(shù)目的接收鏈。天線110接收由基站發(fā)射的經(jīng)射頻(RF)調(diào)制信號且提供所接收RF信號。低噪聲 放大器(LNA) 112放大所接收RF信號且提供經(jīng)放大RF信號。濾波器114對經(jīng)放大RF信號 進行濾波以傳遞所關(guān)注頻帶中的信號分量且移除帶外噪聲及不當信號。下變頻轉(zhuǎn)換器116 用本機振蕩器(LO)信號對經(jīng)濾波RF信號進行下變頻轉(zhuǎn)換，且提供經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換信號。選 擇LO信號的頻率以使得選定頻率信道中的所要信號被下變頻轉(zhuǎn)換到基帶或近基帶。放大 器(Amp)IlS放大經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換信號，且提供具有所要信號電平的信號。低通濾波器120對 來自放大器118的信號進行濾波以傳遞選定頻率信道中的所要信號且移除可能由下變頻 轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的噪聲及不當信號。Σ AADC 130基于取樣時鐘SCLK而對來自低通濾波器120的模擬信號進行數(shù)字 化，且將數(shù)字樣本提供到數(shù)據(jù)處理器150。Σ AADC 130可提供特定優(yōu)點，例如優(yōu)于其它類 型的ADC的更好的線性、改進的量化噪聲特性以及更簡單的實施。Σ AADC 130可通過以 比所要信號帶寬大許多倍的取樣率來進行模擬信號的振幅的改變的逐次一位近似來執(zhí)行 模擬信號的模/數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字樣本包括所要信號及量化噪聲?？稍O(shè)計Σ AADC 130以使得 量化噪聲被推出(或噪聲整形)帶外，使得其可更易于被濾波。如下文所描述，偏置電路140產(chǎn)生用于Σ AADC 130的偏置電流。Σ AADC 130 及偏置電路140可實施于模擬IC、RF IC(RFIC)、混頻信號IC、專用集成電路(ASIC)等上。數(shù)據(jù)處理器150可包括用于處理來自Σ AADC 130的數(shù)字樣本的各種單元。舉 例來說，數(shù)據(jù)處理器150可包括一個或一個以上數(shù)字信號處理器(DSP)、精簡指令集計算機 (RISC)處理器、中央處理單元(CPU)等?？刂破?處理器160可控制無線裝置100處的操作。如圖1所示，控制器/處理器160可產(chǎn)生用于Σ AADC 130的取樣時鐘及用于偏置電 路140的控制信號。取樣時鐘及控制信號也可由無線裝置100內(nèi)的某種其它單元產(chǎn)生。存 儲器162可存儲用于無線裝置100的程序代碼及數(shù)據(jù)。圖1展示用還稱作零IF(ZIF)架構(gòu)的直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)實施的接收器的設(shè)計。在直接 轉(zhuǎn)換架構(gòu)中，RF信號在一級中直接從RF經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換到基帶。接收器還可用超外差架構(gòu) 來實施，在超外差架構(gòu)中RF信號在多級中經(jīng)下變頻轉(zhuǎn)換，例如，在一級中從RF下變頻轉(zhuǎn)換 到中頻(IF)，且接著在另一級中從IF下變頻轉(zhuǎn)換到基帶。超外差架構(gòu)與直接轉(zhuǎn)換架構(gòu)可使 用不同電路塊且/或具有不同要求。圖1展示具有Σ AADC的特定接收器設(shè)計。接收器還可包括圖1中未展示的不同 及/或額外電路塊。舉例來說，可用常規(guī)ADC來替換Σ AADC 130，可用開關(guān)式電容器濾波 器來替換低通濾波器120，等等。一般來說，接收器可包括用于任何數(shù)目的電路塊的任何數(shù) 目的開關(guān)式電容器電路。為了簡單起見，下文許多描述假設(shè)Σ AADC 130為無線裝置100 內(nèi)的唯一開關(guān)式電容器電路。無線裝置100可支持用于無線通信、地面廣播、衛(wèi)星通信等的一種或一種以上無 線電技術(shù)。舉例來說，無線裝置100可支持以下無線電技術(shù)中的一者或一者以上 全球移動通信系統(tǒng)(GSM)、寬帶碼分多址(WCDMA)、長期演進(LTE)及/或來自 名為“第三代合作伙伴計劃”(3GPP)的組織的其它無線電技術(shù)，· CDMA20001X(或簡稱為 IX) ,CDMA2000 IxEV-DO (或簡稱為 IxEV-DO)、超移動寬 帶(UMB)及/或來自名為“第三代合作伙伴計劃2”(3GPP2)的組織的其它無線電技術(shù)，· IEEE 802. Il(Wi-Fi)、IEEE 802. 16 (WiMAX)、IEEE 802. 20 及 / 或來自 IEEE 的 其它無線電技術(shù)， 用于手持式裝置的數(shù)字視頻廣播(DVB-H)、用于地面電視廣播的集成服務(wù)數(shù)字 廣播(ISDB-T)、MediaFLO 及/或其它數(shù)字廣播技術(shù)，以及 美國全球定位系統(tǒng)(GPS)、歐洲伽利略((Galileo)、俄羅斯GL0NASS或全球?qū)Ш?衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)。無線裝置100可支持用于一種或一種以上無線電技術(shù)的多個操作模式。每一模式 可針對特定無線電技術(shù)中的特定信號帶寬。LTE及UMB支持可變信號帶寬，且可針對LTE及 UMB中的不同可能信號帶寬定義多個模式?？稍O(shè)計無線裝置100內(nèi)的Σ AADC 130及其它 開關(guān)式電容器電路以處置由無線裝置100所支持的所有模式。Σ AADC 130可用各種設(shè)計來實施，例如單環(huán)路Σ Δ ADC、MASH Σ AADC等。 Σ AADC130還可以任何階來實施，例如，一階、二階或更高階。一般來說，更高階可以更大 電路復雜性為代價來提供更好性能。圖2展示二階Σ AADC 130的框圖，其為圖1中的Σ AADC 130的一個設(shè)計。 Σ Δ ADC130包括串聯(lián)地耦合的兩個區(qū)段210a及210b、量化器230及UiDAC 232。在區(qū)段210a內(nèi)，求和器21 從模擬信號減去由DAC 232所輸出的經(jīng)量化信號。 求和器21 的輸出由積分器220a來積分，且由放大器22 以增益K1來放大，以獲得區(qū)段 210a的輸出。在區(qū)段210b內(nèi)，求和器212b從區(qū)段210a的輸出減去經(jīng)量化信號。求和器 212b的輸出由積分器220b來積分，且由放大器222b以增益K2來放大，以獲得區(qū)段210b的 輸出。量化器230將區(qū)段210b的輸出與參考電壓進行比較，且基于比較結(jié)果而提供1位數(shù)字樣本。DAC 232將數(shù)字樣本轉(zhuǎn)換為模擬，且提供經(jīng)量化信號。積分器220a及220b可用各種開關(guān)式電容器電路設(shè)計來實施，例如單次取樣開關(guān) 式電容器電路、相關(guān)雙重取樣(CDQ電路、自動歸零(AZ)電路、斬波穩(wěn)定(⑶)電路等。開 關(guān)式電容器電路使用一個或一個以上放大器、電容器及開關(guān)，其均可易于以互補金屬氧化 物半導體(CM0Q進行制造。圖3展示用單次取樣開關(guān)式電容器電路實施的積分器220x的設(shè)計的示意圖。積 分器220x可用于圖2中的積分器220a及220b中的每一者。在積分器220x內(nèi)，開關(guān)312 使一端接收輸入信號Vin且使另一端耦合到節(jié)點X。開關(guān)314耦合于節(jié)點X與電路接地之 間。電容器316耦合于節(jié)點X與節(jié)點Y之間。開關(guān)318耦合于節(jié)點Y與電路接地之間。開 關(guān)320耦合于節(jié)點Y與運算跨導放大器(OTA) 330的反相輸入之間。OTA 330的非反相輸入 耦合到電路接地。電容器322耦合于OTA 330的反相輸入與輸出之間。開關(guān)3 使一端耦 合到OTA 330的輸出且使另一端提供輸出信號V。ut。開關(guān)312及318由Cl控制信號控制， 且開關(guān)314、320及324由C2控制信號控制。OTA 330接收偏置電流Ibias。積分器220x如下操作。在第一相位期間，開關(guān)312及318由Cl信號上的邏輯高 閉合，開關(guān)314、320及324由C2信號上的邏輯低斷開，且電容器316由輸入信號Vin充電。 在第二相位期間，開關(guān)314、320及324由C2信號上的邏輯高閉合，開關(guān)312及318由Cl信 號上的邏輯低斷開，且電容器316上的電荷轉(zhuǎn)移到電容器322，這導致輸出信號V。ut變化。 在每一取樣時鐘周期中，電容器316由輸入信號充電且隨后將其電荷轉(zhuǎn)移到電容器322。如圖2所示，積分器為Σ AADC以及其它類型的開關(guān)式電容器電路的基本組件。不 同Σ AADC設(shè)計可包括不同數(shù)目的積分器及/或不同配置的積分器。如圖3所示，積分器 可用0ΤΑ、開關(guān)電容器及開關(guān)來實施。OTA在開關(guān)電容器之間移動電荷，例如，在圖3中從電 容器316到電容器322。電荷轉(zhuǎn)移速度及準確度取決于提供到OTA的偏置電流的量及電容 器的大小。如果電荷轉(zhuǎn)移速度不足夠快，則電容器上的電荷在一個時鐘周期內(nèi)將不被完全 轉(zhuǎn)移，且Σ AADC的性能可能降級。如上文所提及，無線裝置100可支持用于多種無線電技術(shù)的多個模式。不同模式 可與不同信號帶寬相關(guān)聯(lián)。舉例來說，無線裝置100可支持用于GSM及WCDMA的兩個模式。 用于GSM的信號帶寬可為100千赫(KHz)，而用于WCDMA的信號帶寬可為1. 92兆赫(MHz)。Σ AADC 130的速度要求可針對不同模式而有所不同。一般來說，Σ AADC 130需 要逐步更快的速度以用于逐步更大的信號帶寬。為了支持多個模式，可用可編程速度來設(shè) 計Σ AADC 130。相對復雜的可編程偏置電路可用以針對不同模式產(chǎn)生用于Σ AADC 130 的可編程偏置電流。然而，對于每一模式，Σ AADC 130的速度可由于IC工藝及溫度的變 化而廣泛地變化。為了對抗此情形，可用足夠大的裕度來產(chǎn)生偏置電流，以便確保即使在最 壞情況條件下，Σ AADC 130的速度也可滿足系統(tǒng)要求。由于很少可能遭遇最壞情況條件， 所以在大多數(shù)情況下過量偏置電流可能用于Σ AADC 130。Σ AADC 130的功率消耗及裸 片面積可能不是最佳的。在一方面中，開關(guān)式電容器電路(例如，Σ Δ ADC)可經(jīng)設(shè)計及操作以具有可基于 取樣率而變化的性能。這可通過具有以下各項而實現(xiàn)(i)0TA，其具有與偏置電流成比例的 環(huán)路增益帶寬；及(ii)偏置電路，其可將偏置電流產(chǎn)生為與取樣率及電容成比例。這可允 許通過改變偏置電流而針對不同模式來變化開關(guān)式電容器電路的速度。這還可確保開關(guān)式電容器電路的速度及所得性能跨越IC工藝及溫度的變化將為足夠的。圖4展示具有與偏置電流成比例的環(huán)路增益帶寬的OTA 400的設(shè)計的示意圖。 0TA400可用于圖3中的OTA 330。在OTA 400內(nèi)，電流源410耦合于節(jié)點Z與電路接地之 間，且提供偏置電流Ibias。N溝道金屬氧化物半導體(NMOQ晶體管412及422使其源極耦 合到節(jié)點Z，且使其柵極分別耦合到OTA 400的非反相輸入(Vinp)及反相輸入(Vinn)。NMOS 晶體管414及4M使其柵極接收偏置電壓Vb3，使其源極分別耦合到NMOS晶體管412及422 的漏極，且使其漏極分別耦合到反相輸出(V。utn)及非反相輸出作。_)。？溝道肌5( 1 )5)晶 體管416及似6使其柵極接收偏置電壓Vb2，且使其漏極分別耦合到NMOS晶體管414及似4 的漏極。PMOS晶體管418及4 使其源極耦合到電源電壓VDD，使其柵極接收偏置電壓Vbl， 且使其漏極分別耦合到PMOS晶體管416及426的源極。一般來說，可在三個區(qū)(飽和或強反轉(zhuǎn)區(qū)、線性區(qū)及弱反轉(zhuǎn)區(qū))中的一者中操作 MOS晶體管。在一種設(shè)計中，可在弱反轉(zhuǎn)區(qū)中操作NMOS晶體管412及422，使得0TA400的 跨導&與偏置電流成比例，或Sd = K · Ibias，其中K為比例因子。OTA 400的環(huán)路增益帶寬 則可表達為BW = ^ =，方程式⑴其中C為積分器電容器(例如，圖3中的電容器322)的電容，且BW為0TA400的
環(huán)路增益帶寬。如方程式(1)所示，通過在弱反轉(zhuǎn)區(qū)中操作NMOS晶體管412及422，且可通過改 變Ibias電流來變化OTA 400的環(huán)路增益帶寬?？赏ㄟ^將NMOS晶體管的大小選擇為足夠大 以使得Vgs-Vth ^ 0而在弱反轉(zhuǎn)區(qū)中操作NMOS晶體管412及422，其中Vgs為柵極到源極電 壓且Vth為閾值電壓。在一種設(shè)計中，可適應(yīng)性地產(chǎn)生開關(guān)式電容器電路的Ibias電流以跟蹤由于IC工藝 及溫度的變化引起的電容器大小的改變。用于開關(guān)式電容器電路的取樣電容器可隨著IC 工藝及溫度而變化，且針對給定速度所需要的偏置電流的量可因此隨著IC工藝及溫度而 改變。偏置電流可經(jīng)產(chǎn)生為與開關(guān)式電容器電路內(nèi)的取樣電容器的大小成比例。這可確保 開關(guān)式電容器電路的速度及所得性能跨越IC工藝及溫度的變化將為足夠的。在一種設(shè)計中，可基于選定操作模式而適應(yīng)性地產(chǎn)生開關(guān)式電容器電路的偏置電 流?？稍诓煌Ｊ街幸圆煌勇蕘聿僮鏖_關(guān)式電容器電路。用于每一模式的取樣率可基 于用于所述模式的信號帶寬(例如，與用于所述模式的信號帶寬成比例)進行選擇。在一 種設(shè)計中，偏置電流與取樣率或頻率成比例。這可確保開關(guān)式電容器電路的速度對于每一 模式來說為足夠的。圖5展示圖1中的偏置電路140的設(shè)計的示意圖。偏置電路140可基于選定模式 而適應(yīng)性地產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路(例如，Σ AADC 130)的偏置電流，且跟蹤IC工藝 及溫度的變化。在圖5所示的設(shè)計中，偏置電路140包括驅(qū)動器電路510、開關(guān)式電容器負 載520及電流鏡Μ0。在驅(qū)動器電路510內(nèi)，運算放大器(op-amp) 512使其非反相輸入接收偏置電壓 Vbias，且使其反相輸入耦合到節(jié)點C。NMOS晶體管514使其源極耦合到節(jié)點C，使其柵極耦 合到運算放大器512的輸出，且使其漏極耦合到節(jié)點D。電容器516耦合于運算放大器512的輸出與電路接地之間。電容器518耦合于NMOS晶體管514的柵極與源極之間。開關(guān)式電容器負載520耦合于節(jié)點C與電路接地之間。在開關(guān)式電容器負載520 內(nèi)，開關(guān)522與電容器526并聯(lián)地耦合，且所述組合耦合于節(jié)點A與電路接地之間。開關(guān)524 耦合于節(jié)點A與節(jié)點C之間。開關(guān)532耦合于節(jié)點B與節(jié)點C之間。開關(guān)5；34與電容器536 并聯(lián)地耦合，且所述組合耦合于節(jié)點B與電路接地之間。電容器5 耦合于節(jié)點C與電路接 地之間。開關(guān)522及532由Sl控制信號控制，且開關(guān)524及534由S2控制信號控制。電容器5 及536可用在開關(guān)式電容器電路中使用的相同類型的電容器來實施。 各種類型的電容器可為可用的，例如金屬電容器、MOS電容器等。通過用與開關(guān)式電容器電 路中的開關(guān)電容器相同的類型的開關(guān)電容器來實施電容器5 及536，由偏置電路140所產(chǎn) 生的偏置電流可更準確地跟蹤由于IC工藝及溫度變化引起的電容器大小的改變。電流鏡540耦合于節(jié)點D與電源電壓Vdd之間。在電流鏡MO內(nèi)，PMOS晶體管542 及544使其源極耦合到電源電壓，且使其柵極耦合在一起且耦合到節(jié)點D。PMOS晶體管M2 的漏極也耦合到節(jié)點D，且PMOS晶體管544的漏極提供偏置電流Ibias。電容器546耦合于 電源電壓與PMOS晶體管542及M4的柵極之間。偏置電壓Vbias可用帶隙電壓參考來產(chǎn)生，且可跨越IC工藝及溫度變化而大致恒 定。偏置電壓Vbias還可用其它電壓參考來產(chǎn)生，且可具有任何適當值。運算放大器512及 NMOS晶體管514作為在節(jié)點C處提供電壓Vbias的反饋電路而操作。電容器516補償反饋 環(huán)路，使得其為穩(wěn)定的。當NMOS晶體管514正對電容器5 或536充電時，電容器518減 少電流尖峰。開關(guān)式電容器負載520通過在一個時鐘周期內(nèi)平均化電容器5 及536中的電荷 轉(zhuǎn)移而實現(xiàn)等效電阻器。由NMOS晶體管514所提供的平均充電電流I。haw取決于所述等效 電阻器及節(jié)點C處的Vbias電壓。圖6展示用以產(chǎn)生用于偏置電路140的Sl及S2控制信號的電路600的設(shè)計的框 圖。電路600可為圖1中的控制器/處理器160的一部分或無線裝置100內(nèi)的某一其它單 元的一部分。在電路600內(nèi)，時鐘產(chǎn)生器610接收用于無線裝置100的選定模式，且基于選定模 式而產(chǎn)生取樣時鐘SCLK?？苫谂c選定模式相關(guān)聯(lián)的信號帶寬及/或其它因子而確定取樣 時鐘的頻率或速率。控制信號產(chǎn)生器620接收取樣時鐘且產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器負載520 內(nèi)的開關(guān)的Sl及S2控制信號。圖7展示Sl及S2控制信號的時序圖。圖7的頂部展示取樣時鐘，其具有由選定 模式確定的頻率fsampling。Si信號在取樣時鐘處于邏輯高時的第一相位Φ 1期間處于邏輯 高。相反地，S2信號在取樣時鐘處于邏輯低時的第二相位Φ 2期間處于邏輯高。Sl信號與 S2信號為非重疊的且具有頻率fsampling。每一控制信號具有小于50%的工作周期。返回參看圖5，電容器5 及536經(jīng)由開關(guān)522、524、532及534以所述取樣率周期 性地充電及放電。在第一相位Φ1期間，開關(guān)522及532由Sl信號上的邏輯高閉合，且開 關(guān)5M及534由S2信號上的邏輯低斷開。電容器5 經(jīng)由開關(guān)522而放電，且電容器536 通過NMOS晶體管514經(jīng)由開關(guān)532而充電。在第二相位Φ 2期間，開關(guān)522及532由Sl信號上的邏輯低斷開，且開關(guān)5 及 534由S2信號上的邏輯高閉合。電容器5 通過NMOS晶體管514經(jīng)由開關(guān)5M而充電，且電容器536經(jīng)由開關(guān)534而放電。電容器5 及536因此通過NMOS晶體管514而在交替取樣時鐘相位上充電，且每 一電容器在互補時鐘相位上充電及放電。由NMOS晶體管514所提供的平均充電電流可表 達為Icharge = fsampling · (C^C2) · Vbias，方程式 O)其中C1S電容器526的電容，且C2為電容器536的電容。電容器5 與536可具 有相同大小，使得C1 = c2。如方程式⑵所示，平均充電電流I。haw分別由偏置電壓Vbias、取樣率fsampling以及 電容器5 及536的電容C1及C2確定，且與偏置電壓Vbias、取樣率fsampling以及電容器5 及536的電容C1及C2成比例。對于較高取樣率，較常使電容器5 及536充電及放電，且 充電電流因此與取樣率成比例。對于較大電容器5 及536，在每一取樣時鐘周期中使用較 多電流以將這些電容器充電到偏置電壓，且充電電流因此與這些電容器的大小成比例。電容器5 對充電電流進行平滑化及濾波，且具有電容C3,其可大于電容器5 及 536的總電容，或C3 > (CfC2)。電容器5 充當只要開關(guān)5M及532閉合便平滑化充電電 流中的尖峰的大電荷庫。電容器5 及由周期性地使電容器5 及536充電及放電而產(chǎn)生 的等效電阻器將額外極引入到反饋環(huán)路，且用電容器516來確保此環(huán)路的穩(wěn)定性。電流鏡540產(chǎn)生偏置電流Ibias，使得其鏡射平均充電電流I。ha,ge。在一種設(shè)計中， PMOS晶體管542與544具有相同大小，且偏置電流大致等于充電電流。在另一設(shè)計中，PMOS 晶體管542與544具有不同大小，且偏置電流取決于PMOS晶體管大小的比率。舉例來說， PMOS晶體管544可比PMOS晶體管542大M倍，且偏置電流接著將比充電電流大M倍。此設(shè) 計可減少偏置電路140的功率消耗。電容器546防止PMOS晶體管542及544的柵極電壓 改變且因此提供額外濾波。如方程式( 所示，圖5所示的設(shè)計允許基于選定模式而適應(yīng)性地產(chǎn)生偏置電流 Ibias0偏置電流與取樣率成比例，取樣率可基于選定模式而確定。對于具有較高速度的模 式，應(yīng)用較高取樣率，且由偏置電路140為Σ AADC產(chǎn)生較大偏置電流。圖5中的設(shè)計還允許偏置電流跟蹤由于IC工藝及溫度的變化引起的用于Σ AADC 的積分器中的取樣電容器的改變。偏置電流與電容器5 及536的電容C1及C2成比例， 所述電容可以與取樣電容器相同的方式隨IC工藝及溫度而變化。舉例來說，如果Σ AADC 內(nèi)的取樣電容器由于IC工藝及溫度變化(例如，高溫及/或慢IC工藝)而變大，則電容器 526及536將變大大致相同百分比，且偏置電路140將產(chǎn)生按比例更大的偏置電流，這接著 將允許Σ Δ ADC內(nèi)的OTA更快地移動電荷。圖8展示用于適應(yīng)性地產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路(例如，Σ AADC)的偏置電流 的過程800的設(shè)計?？蓮呐c不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個模式中選擇模式(框81幻?？梢钥蔀?可變的且取決于選定模式的取樣率來操作開關(guān)式電容器電路(框814)。開關(guān)式電容器電路 可具有與偏置電流成比例的環(huán)路增益帶寬。在一種設(shè)計中，開關(guān)式電容器電路可包含以所 述取樣率來對模擬信號進行數(shù)字化且提供數(shù)字樣本的Σ △ ADC。可基于用于開關(guān)式電容器電路的取樣率(例如，與用于開關(guān)式電容器電路的取樣 率成比例)而產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路的偏置電流，以獲得選定環(huán)路增益帶寬且跟蹤由 于IC工藝及溫度的變化引起的開關(guān)式電容器電路中的至少一個開關(guān)電容器的改變(框816)?？苫谝韵赂黜椂a(chǎn)生偏置電流(i)至少一個電容器，其在IC工藝及溫度變化期 間跟蹤開關(guān)式電容器電路中的所述至少一個開關(guān)電容器；及/或(ii)偏置電壓，其可用帶 隙或某種其它電壓參考而產(chǎn)生。 在框816的一個設(shè)計中，可基于第一控制信號而使第一電容器(例如，電容器526) 放電且基于第二控制信號而使第一電容器(例如，電容器526)充電?？苫诘诙刂菩盘?而使第二電容器(例如，電容器536)放電且基于第一控制信號而使第二電容器(例如，電 容器536)充電?？蓪τ糜诘谝浑娙萜鞯某潆婋娏骷坝糜诘诙娙萜鞯某潆婋娏?例如，用 電容器528、電容器546等)進行濾波以獲得平均充電電流。接著可基于平均充電電流(例 如，作為平均充電電流的電流鏡)而產(chǎn)生偏置電流。還可以其它方式來適應(yīng)性地產(chǎn)生偏置 電流，使得其與取樣率成比例及/或跟蹤IC工藝及溫度的變化。 已執(zhí)行計算機模擬以隨IC工藝及溫度變化而測量Σ Δ ADC 130內(nèi)的OTA的穩(wěn)定 時間。穩(wěn)定時間為OTA以指定準確度在電容器之間轉(zhuǎn)移電荷所花費的時間量。所述計算機 模擬測量了(i)在基于圖5所示的設(shè)計而適應(yīng)性地產(chǎn)生的偏置電流的情況下OTA的穩(wěn)定時 間，及(ii)在通過將Vbias電壓施加于固定電阻器上而產(chǎn)生的偏置電流的情況下OTA的穩(wěn)定 時間。所述計算機模擬指示在適應(yīng)性地產(chǎn)生的偏置電流的情況下的穩(wěn)定時間與在常規(guī)地產(chǎn) 生的偏置電流的情況下的穩(wěn)定時間相比具有少得多的跨越IC工藝及溫度變化的擴展。本文所描述的技術(shù)可能夠減少Σ AADC及其它開關(guān)式電容器電路的功率消耗，且 改進Σ AADC及其它開關(guān)式電容器電路的性能，因為適應(yīng)性地產(chǎn)生的偏置電流可針對最壞 情況條件確保足夠速度，而不需要偏置電流的大裕度。通過使用適應(yīng)性地產(chǎn)生的偏置電流， Σ AADC及其它開關(guān)式電容器電路的性能還可跨越IC工藝及溫度拐角而在更緊密范圍內(nèi) 變化，此可改進良率。當支持大量模式時，所述技術(shù)特別有益。舉例來說，針對具有不同取 樣率的UMB可存在10個模式。所述技術(shù)可易于針對所有模式而產(chǎn)生不同偏置電流，以實現(xiàn) 較低功率消耗及良好ADC性能。本文中所描述的技術(shù)及偏置電路可實施于IC、模擬IC、RFIC、混頻信號IC、ASIC、 印刷電路板(PCB)及電子裝置等上。偏置電路還可用各種IC工藝技術(shù)進行制造，例如CMOS、 NMOS、PMOS、雙極結(jié)晶體管(BJT)、雙極CMOS (BiCMOS)、鍺化硅(SiGe)、砷化鎵(GaAs)等。實施本文中所描述的技術(shù)的設(shè)備可為獨立裝置或可為較大裝置的一部分。裝置可 為(i)獨立IC，(ii) 一個或一個以上IC的集合，其可包括用于存儲數(shù)據(jù)及/或指令的存儲 器IC，(iii)例如RF接收器(RFR)或RF發(fā)射器/接收器(RTR)等RFIC，(iv)例如移動臺 調(diào)制解調(diào)器(MSM)等ASIC，(ν)可嵌入于其它裝置內(nèi)的模塊，(vi)接收器、蜂窩式電話、無 線裝置、手持機或移動單元，(vii)等等。在一個或一個以上示范性設(shè)計中，所描述的功能可以硬件、軟件、固件或其任何組 合來實施。如果以軟件來實施，則可將所述功能作為一個或一個以上指令或代碼而存儲于 計算機可讀媒體上或經(jīng)由計算機可讀媒體而傳輸。計算機可讀媒體包括計算機存儲媒體及 通信媒體兩者，通信媒體包括促進將計算機程序從一個位置傳送到另一位置的任何媒體。 存儲媒體可為可由計算機存取的任何可用媒體。借助于實例而非限制，所述計算機可讀媒 體可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲裝置、磁盤存儲裝置或其它磁性存儲裝 置，或可用于以指令或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的形式載運或存儲所要程序代碼且可由計算機存取的任何 其它媒體。而且，恰當?shù)貙⑷魏芜B接稱作計算機可讀媒體。舉例來說，如果使用同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、數(shù)字訂戶線(DSL)或例如紅外線、無線電及微波等無線技術(shù)而從網(wǎng)站、 服務(wù)器或其它遠程源傳輸軟件，則同軸電纜、光纖電纜、雙絞線、DSL或例如紅外線、無線電 及微波等無線技術(shù)包括于媒體的定義中。如本文所使用，磁盤及光盤包括壓縮光盤(CD)、激 光光盤、光學光盤、數(shù)字通用光盤(DVD)、軟性磁盤及藍光光盤，其中磁盤通常以磁性方式再 生數(shù)據(jù)，而光盤利用激光以光學方式再生數(shù)據(jù)。以上各項的組合也應(yīng)包括于計算機可讀媒 體的范圍內(nèi)。 提供對本發(fā)明的先前描述以使所屬領(lǐng)域的任何技術(shù)人員均能夠制造或使用本發(fā) 明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易了解對本發(fā)明的各種修改，且在不脫離本發(fā)明的范圍的情 況下，可將本文所定義的一般原理應(yīng)用于其它變型。因此，本發(fā)明不希望限于本文所描述的 實例及設(shè)計，而是應(yīng)被賦予與本文所揭示的原理及新穎特征一致的最廣泛范圍。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含開關(guān)式電容器電路，其包含至少一個開關(guān)電容器及一放大器，所述開關(guān)式電容器電路 操作以便以一取樣率來使所述至少一個開關(guān)電容器充電及放電，所述放大器具有與偏置電 流成比例的帶寬；及偏置電路，其耦合到所述開關(guān)式電容器電路且操作以產(chǎn)生用于所述開關(guān)式電容器電路 的所述偏置電流，所述偏置電流跟蹤由于集成電路(IC)工藝及溫度的變化引起的所述至 少一個開關(guān)電容器的改變，使得所述放大器具有與所述取樣率成比例的帶寬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述偏置電路操作以基于在IC工藝及溫度變化期 間跟蹤所述開關(guān)式電容器電路中的所述至少一個開關(guān)電容器的至少一個電容器而產(chǎn)生所 述偏置電流。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中用于所述開關(guān)式電容器電路的所述取樣率是可變 的，且其中所述偏置電路操作以將所述偏置電流產(chǎn)生為與所述取樣率成比例。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述偏置電路操作以進一步基于偏置電壓而產(chǎn)生 所述偏置電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述放大器包含運算跨導放大器(OTA)，所述OTA 具有提供信號增益且在弱反轉(zhuǎn)區(qū)中操作的至少一個金屬氧化物半導體(MOS)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器電路包含西格瑪-德耳塔模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ AADC)，所述Σ AADC操作以便以所述取樣率來對模擬信號進行數(shù)字化且提 供數(shù)字樣本。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述取樣率是基于從與不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個 模式中選擇的模式而確定的，且其中所述偏置電路操作以針對所述Σ AADC將所述偏置電 流產(chǎn)生為與所述取樣率成比例。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器電路的穩(wěn)定時間隨從所述多個 模式且隨從跨越IC工藝及溫度變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器電路包含濾波器或采樣抽取器。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述偏置電路包含開關(guān)式電容器負載，其操作以汲取平均充電電流，且包含耦合到第一及第二開關(guān)的第 一電容器，所述第一開關(guān)基于第一控制信號而使所述第一電容器放電，所述第二開關(guān)基于 第二控制信號而使所述第一電容器充電，且所述平均充電電流是基于用于所述第一電容器 的充電電流而確定的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器負載進一步包含耦合到第 三及第四開關(guān)的第二電容器，所述第三開關(guān)基于所述第二控制信號而使所述第二電容器放 電，所述第四開關(guān)基于所述第一控制信號而使所述第二電容器充電，且所述平均充電電流 是進一步基于用于所述第二電容器的充電電流而確定的。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器負載進一步包含第三電容 器，所述第三電容器耦合到所述第二及第三開關(guān)且操作以對用于所述第一及第二電容器的 所述充電電流進行濾波。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述偏置電路進一步包含驅(qū)動器電路，其耦合到所述開關(guān)式電容器負載，且操作以接收偏置電壓并提供所述平 均充電電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動器電路包含 晶體管，其操作以提供所述平均充電電流，及運算放大器，其耦合到所述晶體管，且操作以接收所述偏置電壓并驅(qū)動所述晶體管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中所述驅(qū)動器電路進一步包含電容器，其耦合于所述晶體管的柵極與源極之間，且操作以對用于所述第一電容器的 所述充電電流中的尖峰進行濾波。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其中所述偏置電路進一步包含 電流鏡，其操作以接收所述平均充電電流且提供所述偏置電流。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述電流鏡包含第一及第二晶體管，其具有耦合在一起的源極及耦合在一起的柵極，所述第一晶體管 操作以提供所述平均充電電流，且所述第二晶體管操作以提供所述偏置電流，及電容器，其耦合于所述第一及第二晶體管的所述柵極與所述源極之間，且操作以向所 述偏置電流提供濾波。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備為集成電路。
19.一種方法，其包含以一取樣率來操作開關(guān)式電容器電路，所述開關(guān)式電容器電路具有與偏置電流成比例 的帶寬；及產(chǎn)生用于所述開關(guān)式電容器電路的所述偏置電流，以獲得與所述取樣率成比例的帶寬 且跟蹤由于集成電路(IC)工藝及溫度的變化引起的所述開關(guān)式電容器電路中的至少一個 開關(guān)電容器的改變。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述開關(guān)式電容器電路包含西格瑪-德耳塔模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ AADC)，且其中所述以所述取樣率來操作所述開關(guān)式電容器電路包含用所 述Σ AADC以所述取樣率來對模擬信號進行數(shù)字化以獲得數(shù)字樣本。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其進一步包含 從與不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個模式中選擇模式；及將所述偏置電流產(chǎn)生為與用于所述選定模式的所述取樣率成比例。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述偏置電流包含基于在IC工藝及溫 度變化期間跟蹤所述開關(guān)式電容器電路中的所述至少一個開關(guān)電容器的至少一個電容器 而產(chǎn)生所述偏置電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述偏置電流包含 基于第一控制信號而使第一電容器放電，基于第二控制信號而使所述第一電容器充電，及 基于用于所述第一電容器的充電電流而產(chǎn)生所述偏置電流。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述偏置電流進一步包含 基于所述第二控制信號而使第二電容器放電，基于所述第一控制信號而使所述第二電容器充電，及進一步基于用于所述第二電容器的充電電流而產(chǎn)生所述偏置電流。
25.根據(jù)權(quán)利要求M所述的方法，其中所述產(chǎn)生所述偏置電流進一步包含對用于所述第一及第二電容器的所述充電電流進行濾波以獲得平均充電電流，及基于所述平均充電電流而產(chǎn)生所述偏置電流。
26.一種設(shè)備，其包含用于以一取樣率來操作開關(guān)式電容器電路的裝置，所述開關(guān)式電容器電路具有與偏置 電流成比例的帶寬；及用于產(chǎn)生用于所述開關(guān)式電容器電路的偏置電流以獲得與所述取樣率成比例的帶寬 且跟蹤由于集成電路(IC)工藝及溫度的變化引起的所述開關(guān)式電容器電路中的至少一個 開關(guān)電容器的改變的裝置。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中所述開關(guān)式電容器電路包含西格瑪-德耳塔模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ AADC)，且其中所述用于以所述取樣率來操作所述開關(guān)式電容器電路的裝 置包含用于用西格瑪-德耳塔模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(Σ AADC)以所述取樣率來對模擬信號進行 數(shù)字化以獲得數(shù)字樣本的裝置。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其進一步包含用于從與不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個模式中選擇模式的裝置；及用于將所述偏置電流產(chǎn)生為與用于所述選定模式的所述取樣率成比例的裝置。
29.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的設(shè)備，其中所述用于產(chǎn)生所述偏置電流的裝置包含用于基 于在IC工藝及溫度變化期間跟蹤所述開關(guān)式電容器電路中的所述至少一個開關(guān)電容器的 至少一個電容器而產(chǎn)生所述偏置電流的裝置。
全文摘要
本發(fā)明描述用于適應(yīng)性地產(chǎn)生用于開關(guān)式電容器電路的偏置電流的技術(shù)。所述開關(guān)式電容器電路以一取樣率來使至少一個開關(guān)電容器充電及放電，且可為以所述取樣率來對模擬信號進行數(shù)字化且提供數(shù)字樣本的ADC。所述開關(guān)式電容器電路可支持與不同取樣率相關(guān)聯(lián)的多個模式。偏置電路將用于所述開關(guān)式電容器電路的偏置電流產(chǎn)生為與用于選定模式的所述取樣率成比例，以為所述開關(guān)式電容器電路內(nèi)的運算跨導放大器(OTA)提供與所述取樣率成比例的帶寬，且跟蹤由于集成電路(IC)工藝及溫度的變化引起的所述開關(guān)電容器的改變。所述開關(guān)式電容器電路的穩(wěn)定時間可隨從所述多個模式且隨從跨越IC工藝及溫度變化。
文檔編號H03F1/30GK102113208SQ200980130239
公開日2011年6月29日 申請日期2009年8月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者全孝弘, 王傳揚, 賽福拉·巴扎亞尼 申請人:高通股份有限公司