TW201725852A - 切換式電容電路 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種切換式電容電路。切換式電容電路包含一第一電容、一第一開關、一放大器電路、一第二開關以及一第二電容。第一電容具有一第一端及一第二端。第一開關耦接在一輸入端以及第一電容的第一端之間。放大器電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。第二開關耦接在第一電容的第二端以及放大器電路的第一輸入端之間。第二電容耦接在第一電容以及一接地端之間。其中在一第一周期中，第一開關為導通而第二開關為不導通。在一第二周期中，第一開關為不導通而第二開關為導通。

Description

切換式電容電路
本揭露是有關於一種切換式電容電路。
切換式電容電路通常包含兩個開關及一個電容，此電容耦接在兩個開關之間，並藉由在兩個週期中分別導通這兩個開關，以分別對此電容進行充電或放電。然而，在切換這兩個開關的時候，使用MOS作為開關容易產生電荷注入(Charge-injection)的現象。詳細的說，MOS開關在導通的時候，通道上會有電荷的流通，而在MOS開關導通或不導通的瞬間，通道上的電荷會流進或流出，而電荷的流動會改變MOS開關兩端的節點的電壓造成誤差。MOS開關通道中的電荷是與VGS相關，因此，如果MOS開關耦接至一輸入端，輸入端的電壓變化會造成此MOS開關的VGS改變而在通道中產生不同的電荷，也就是說此MOS開關會產生與輸入電壓相關的(Input-dependence)電荷注入效應。又因為與輸入電壓相關的電荷注入效應通常是非線性的，容易造成較差的總諧波失真(total harmonic distortion,THD)。因此，有必要提供一種消除與輸入電壓相關的電荷注入效應的切換式電容電路。
根據本揭露的一實施例，提供一種切換式電容電路。切換式電容電路包含一第一電容、一第一開關、一放大器電路、一第二開關以及 一第二電容。第一電容具有一第一端及一第二端。第一開關耦接在一輸入端及第一電容的第一端之間。放大器電路具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端。第二開關耦接在第一電容的第二端以及放大器電路的第一輸入端之間。第二電容耦接在第一電容以及一接地端之間。其中在一第一周期中，第一開關為導通而第二開關為不導通。在一第二周期中，第一開關為不導通而第二開關為導通。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
100、200、300、400、500‧‧‧切換式電容電路
110‧‧‧放大器電路
Vin‧‧‧輸入端
p1、p2、p3、p4、p4’‧‧‧開關
C1、C2、C3、C3’‧‧‧電容
OP1‧‧‧運算放大器
Vout‧‧‧輸出端
V-、V+‧‧‧放大器的輸入端
A、B‧‧‧端點
第1圖繪示依據本揭露第一實施例的切換式電容電路的電路示意圖。
第2圖繪示依據本揭露第二實施例的切換式電容電路的電路示意圖。
第3圖繪示依據本揭露第三實施例的切換式電容電路的電路示意圖。
第4圖繪示依據本揭露第四實施例的切換式電容電路的電路示意圖。
第5圖繪示依據本揭露第五實施例的切換式電容電路的電路示意圖。
第1圖繪示依據本揭露第一實施例的切換式電容電路的電路示意圖。切換式電容電路100包含一電容C1、一開關p1、一放大器電路110、一開關p2以及一電容C3。在此實施例中，放大器電路110為一積分器電路，可包含運算放大器OP1及電容C2。電容C1具有一第一端A及一第二端B。開關p1耦接在一輸入端Vin及電容C1的第一端A之間。放大器電路具有一第一輸入端V-、一第二輸入端V+及一輸出端Vout。開關p2 耦接在電容C1的第二端B以及放大器電路的第一輸入端V-之間。電容C3耦接在電容C1以及一接地端之間。在第1圖中，電容C3耦接在電容C1的第二端B以及接地端之間。
在一第一周期中，第一開關p1為導通而第二開關p2為不導通。此時，電容C1和電容C3接收輸入端Vin的輸入電壓而被充電。在一第二周期中，第一開關p1為不導通而第二開關p2為導通。電容C3會放電而將電荷分享到放大器電路包含的運算放大器和電容C2上。在此例中，開關p1的阻抗為Ron，電容C1的阻抗為1/jωC1，電容C3的阻抗為1/jωC3。因為開關p1和p2的開關的切換頻率高頻，例如幾GHz。因此在本揭露中，可設定C3的電容值以使1/jωC3<<Ron，以使從電容C1的第二端B看過去為開關p1串聯電容C1(阻抗為Ron+1/jωC1)再並聯電容C3(阻抗為1/jωC3<<Ron)，因為電容C3的阻抗在高頻的時候相較於開關p1很小，所以並聯電容C3之後從第二端B看過去整體的阻抗就會變小而大大消除了輸入端Vin對開關p1造成的電荷注入效應。
第2圖繪示依據本揭露第二實施例的切換式電容電路的電路示意圖。在此實施例中，切換式電容電路200與第1圖的切換式電容電路200的區別在於，切換式電容電路200更包含開關p3及開關p4。開關p3耦接在電容C1的第二端B與接地端之間。開關p4，耦接在第一電容C1的第一端A與接地端之間。在此實施例中，開關p3會比開關p1提早一段時間導通，開關p3也會比開關p1提早一段時間切換為不導通。因此，在開關p3切換為不導通而開關p1仍然為導通時，電容C1的第二端B變為浮接狀態而無法繼續累積電荷，之後開關p1切換為不導通時，即使開關p1 會有殘留的電荷流進電容C1的第一端A，但是電容C1兩端A和B之間的跨壓仍會保持不變，因此開關p1的電荷注入效應就不會影響到電容C1儲存的電荷。同樣的，開關p4會比開關p2提早一段時間導通，開關p4也會比開關p2提早一段時間切換為不導通，因此電容C1兩端A和B之間的跨壓也可保持不變而不會有輸入端Vin對開關p1造成的電荷注入效應的影響。
請再參照第3圖，第3圖繪示依據本揭露第三實施例的切換式電容電路的電路示意圖。第3圖的切換式電容電路300與第2圖的切換式電容電路200的區別在於，電容C3’耦接在電容C1的第一端A以及接地端之間。在此例中，從電容C1的第一端B看過去為開關p1並聯電容C3，由於電容C3的阻抗在高頻的時候相較於開關p1很小(1/jωC3<<Ron)，所以並聯電容C3之後可消除輸入端Vin對開關p1造成的電荷注入效應。
請再參照第4圖，第4圖繪示依據本揭露第四實施例的切換式電容電路的電路示意圖。第4圖的切換式電容電路400與第3圖的切換式電容電路300的區別在於，開關p4’耦接在電容C1的第一端A與輸出端Vout之間。第4圖的切換式電容電路400與上述實施例僅為電路結構不相同，操作的方式相似，可藉由開關p1並聯電容C3’而消除輸入端Vin對開關p1造成的電荷注入效應。並且，開關p4’並聯電容C3’也可消除輸出端Vout對開關p4’造成的電荷注入效應。
第5圖繪示依據本揭露第五實施例的切換式電容電路的電路示意圖。第5圖的切換式電容電路500與第4圖的切換式電容電路400的區別在於，電容C3’耦接在電容C1的第一端A以及接地端之間。第5圖 的切換式電容電路500與上述實施例僅為電路結構不相同，操作的方式相似，可藉由開關p1串聯電容C1再並聯電容C3而消除輸入端Vin對開關p1造成的電荷注入效應。並且，開關p4’串聯電容C1再並聯電容C3也可消除輸出端Vout對開關p4’造成的電荷注入效應。
在上述實施例中，此放大器電路110為一積分器電路，然而本揭露不以此為限，可使用其他電路結構實現此放大器電路110，並不限制放大器電路的類型或者電路結構。
根據上述實施例，提供了多種切換式電容電路，可藉由在耦接到一會產生電荷效應的開關的電容上再並聯一電容而消除輸入端或輸出端造成的電荷注入效應。
綜上所述，雖然本揭露已以多個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧切換式電容電路
110‧‧‧放大器電路
Vin‧‧‧輸入端
p1、p2‧‧‧開關
C1、C2、C3‧‧‧電容
OP1‧‧‧運算放大器
Vout‧‧‧輸出端
V-、V+‧‧‧放大器的輸入端
A、B‧‧‧端點

Claims (5)

  1. 一種切換式電容電路，包含：一第一電容，具有一第一端及一第二端；一第一開關，耦接在一輸入端及該第一電容的該第一端之間；一放大器電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端；一第二開關，耦接在該第一電容的該第二端以及該放大器電路的該第一輸入端之間；以及一第二電容，耦接在該第一電容以及一接地端之間；其中在一第一周期中，該第一開關為導通而該第二開關為不導通；在一第二周期中，該第一開關為不導通而該第二開關為導通。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電容電路，其中該第二電容耦接在該第一電容的該第一端與該接地端之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電容電路，其中該第二電容耦接在該第一電容的該第二端與該接地端之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電容電路，更包含：一第三開關，耦接在該第一電容的該第二端與該接地端之間；以及一第四開關，耦接在該第一電容的該第一端與該接地端之間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電容電路，更包含：一第三開關，耦接在該第一電容的該第二端與該接地端之間；以及一第四開關，耦接在該第一電容的該第一端與該輸出端之間。
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