CN102113208A - 用于开关式电容器电路的适应性偏置电流产生 - Google Patents

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Abstract

本发明描述用于适应性地产生用于开关式电容器电路的偏置电流的技术。所述开关式电容器电路以一取样率来使至少一个开关电容器充电及放电，且可为以所述取样率来对模拟信号进行数字化且提供数字样本的ADC。所述开关式电容器电路可支持与不同取样率相关联的多个模式。偏置电路将用于所述开关式电容器电路的偏置电流产生为与用于选定模式的所述取样率成比例，以为所述开关式电容器电路内的运算跨导放大器(OTA)提供与所述取样率成比例的带宽，且跟踪由于集成电路(IC)工艺及温度的变化引起的所述开关电容器的改变。所述开关式电容器电路的稳定时间可随从所述多个模式且随从跨越IC工艺及温度变化。

Description

用于开关式电容器电路的适应性偏置电流产生
技术领域
本发明大体上涉及电子学，且更具体地说，涉及用于产生用于开关式电容器电路的偏置电流的技术。
背景技术
开关式电容器电路为在不同取样电容器之间移动电荷以便实现所要信号处理功能的电路。开关式电容器电路可基于电容器大小的比率(而非绝对电容器大小)及取样率(所述两者常常均可以高精确度来获得)而准确地实施信号处理功能。开关式电容器电路广泛地用以实施各种电路块，例如西格玛-德耳塔模/数转换器(∑ΔADC)、西格玛-德耳塔数/模转换器(∑ΔDAC)、滤波器、采样抽取器等。
开关式电容器电路通常包括有助于在取样电容器之间移动电荷的有源电路，例如运算跨导放大器(OTA)。可用大量电流来偏置有源电路，以便在最坏情况条件下提供令人满意的性能。这接着可能导致时常用过量电流来偏置有源电路，其可能为不合需要的。
发明内容
本文描述用于适应性地产生用于开关式电容器电路的偏置电流以实现所要性能同时减少功率消耗的技术。在一种设计中，一种设备包括开关式电容器电路及偏置电路。所述开关式电容器电路包括：(i)至少一个开关电容器，其以一取样率进行充电及放电；及(ii)放大器，例如运算跨导放大器(OTA)，其具有与偏置电流成比例的带宽。所述偏置电路产生用于开关式电容器电路的偏置电流，(i)以针对放大器获得与取样率成比例的带宽，及(ii)以跟踪由于集成电路(IC)工艺及温度的变化引起的所述开关电容器的改变。
在一种设计中，开关式电容器电路包含以所述取样率来对模拟信号进行数字化且提供数字样本的∑ΔADC。∑ΔADC可支持与不同取样率相关联的多个模式。可从所支持模式中选择一个模式。偏置电路接着可将偏置电流产生为与用于选定模式的取样率成比例。开关式电容器电路的稳定时间可在所述多个模式的情况下且跨越IC工艺及温度变化而跟踪。在其它设计中，开关式电容器电路可包含滤波器、采样抽取器或某种其它电路。
在一种设计中，偏置电路包括开关式电容器负载、驱动器电路及电流镜。在一种设计中，开关式电容器负载包括：(i)第一电容器，其基于第一控制信号进行放电且基于第二控制信号进行充电；(ii)第二电容器，其基于第二控制信号进行放电且基于第一控制信号进行充电；及(iii)第三电容器，其对用于第一及第二电容器的充电电流进行滤波。偏置电流可与第一及第二电容器成比例，所述电容器可在IC工艺及温度变化期间跟踪开关式电容器电路中的开关电容器。驱动器电路为开关式电容器负载中的第一及第二电容器提供充电电流。电流镜接收充电电流且提供偏置电流。
下文更详细地描述本发明的各种方面及特征。
附图说明
图1展示无线通信装置的框图。
图2展示二阶∑ΔADC的框图。
图3展示∑ΔADC内的积分器的示意图。
图4展示OTA的示意图。
图5展示偏置电路的示意图。
图6展示用以产生用于偏置电路的控制信号的电路的框图。
图7展示控制信号的时序图。
图8展示用于适应性地产生用于开关式电容器电路的偏置电流的工艺。
具体实施方式
本文所描述的技术可用于开关式电容器电路，所述开关式电容器电路用于各种电路块，例如∑ΔADC、∑ΔDAC、滤波器、采样抽取器等。所述技术还可用于各种应用，例如无线通信、计算、连网、消费型电子学等。所述技术还可用于各种装置，例如无线通信装置、蜂窝式电话、个人数字助理(PDA)、手持式装置、无线调制解调器、膝上型计算机、无绳电话、蓝牙装置、广播接收器、消费型电子装置等。为了清楚起见，下文描述所述技术在无线通信装置(其可为蜂窝式电话或某种其它装置)中的使用。
图1展示无线通信装置100的设计的框图。为了简单起见，图1中仅展示接收器部分。还为了简单起见，图1中仅展示用于一个天线的一个接收链。一般来说，无线装置可包括用于任何数目的天线、任何数目的频带及任何数目的无线电技术的任何数目的接收链。
天线110接收由基站发射的经射频(RF)调制信号且提供所接收RF信号。低噪声放大器(LNA)112放大所接收RF信号且提供经放大RF信号。滤波器114对经放大RF信号进行滤波以传递所关注频带中的信号分量且移除带外噪声及不当信号。下变频转换器116用本机振荡器(LO)信号对经滤波RF信号进行下变频转换，且提供经下变频转换信号。选择LO信号的频率以使得选定频率信道中的所要信号被下变频转换到基带或近基带。放大器(Amp)118放大经下变频转换信号，且提供具有所要信号电平的信号。低通滤波器120对来自放大器118的信号进行滤波以传递选定频率信道中的所要信号且移除可能由下变频转换过程产生的噪声及不当信号。
∑ΔADC 130基于取样时钟SCLK而对来自低通滤波器120的模拟信号进行数字化，且将数字样本提供到数据处理器150。∑ΔADC 130可提供特定优点，例如优于其它类型的ADC的更好的线性、改进的量化噪声特性以及更简单的实施。∑ΔADC 130可通过以比所要信号带宽大许多倍的取样率来进行模拟信号的振幅的改变的逐次一位近似来执行模拟信号的模/数转换。数字样本包括所要信号及量化噪声。可设计∑ΔADC 130以使得量化噪声被推出(或噪声整形)带外，使得其可更易于被滤波。
如下文所描述，偏置电路140产生用于∑ΔADC 130的偏置电流。∑ΔADC 130及偏置电路140可实施于模拟IC、RF IC(RFIC)、混频信号IC、专用集成电路(ASIC)等上。
数据处理器150可包括用于处理来自∑ΔADC 130的数字样本的各种单元。举例来说，数据处理器150可包括一个或一个以上数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算机(RISC)处理器、中央处理单元(CPU)等。控制器/处理器160可控制无线装置100处的操作。如图1所示，控制器/处理器160可产生用于∑ΔADC 130的取样时钟及用于偏置电路140的控制信号。取样时钟及控制信号也可由无线装置100内的某种其它单元产生。存储器162可存储用于无线装置100的程序代码及数据。
图1展示用还称作零IF(ZIF)架构的直接转换架构实施的接收器的设计。在直接转换架构中，RF信号在一级中直接从RF经下变频转换到基带。接收器还可用超外差架构来实施，在超外差架构中RF信号在多级中经下变频转换，例如，在一级中从RF下变频转换到中频(IF)，且接着在另一级中从IF下变频转换到基带。超外差架构与直接转换架构可使用不同电路块且/或具有不同要求。
图1展示具有∑ΔADC的特定接收器设计。接收器还可包括图1中未展示的不同及/或额外电路块。举例来说，可用常规ADC来替换∑ΔADC 130，可用开关式电容器滤波器来替换低通滤波器120，等等。一般来说，接收器可包括用于任何数目的电路块的任何数目的开关式电容器电路。为了简单起见，下文许多描述假设∑ΔADC 130为无线装置100内的唯一开关式电容器电路。
无线装置100可支持用于无线通信、地面广播、卫星通信等的一种或一种以上无线电技术。举例来说，无线装置100可支持以下无线电技术中的一者或一者以上：
●全球移动通信系统(GSM)、宽带码分多址(WCDMA)、长期演进(LTE)及/或来自名为“第三代合作伙伴计划”(3GPP)的组织的其它无线电技术，
●CDMA20001X(或简称为1X)、CDMA2000 1xEV-DO(或简称为1xEV-DO)、超移动宽带(UMB)及/或来自名为“第三代合作伙伴计划2”(3GPP2)的组织的其它无线电技术，
●IEEE 802.11(Wi-Fi)、IEEE 802.16(WiMAX)、IEEE 802.20及/或来自IEEE的其它无线电技术，
●用于手持式装置的数字视频广播(DVB-H)、用于地面电视广播的集成服务数字广播(ISDB-T)、MediaFLOTM及/或其它数字广播技术，以及
●美国全球定位系统(GPS)、欧洲伽利略(Galileo)、俄罗斯GLONASS或全球导航卫星系统(GNSS)。
无线装置100可支持用于一种或一种以上无线电技术的多个操作模式。每一模式可针对特定无线电技术中的特定信号带宽。LTE及UMB支持可变信号带宽，且可针对LTE及UMB中的不同可能信号带宽定义多个模式。可设计无线装置100内的∑ΔADC 130及其它开关式电容器电路以处置由无线装置100所支持的所有模式。
∑ΔADC 130可用各种设计来实施，例如单环路∑ΔADC、MASH ∑ΔADC等。∑ΔADC130还可以任何阶来实施，例如，一阶、二阶或更高阶。一般来说，更高阶可以更大电路复杂性为代价来提供更好性能。
图2展示二阶∑ΔADC 130的框图，其为图1中的∑ΔADC 130的一个设计。∑ΔADC130包括串联地耦合的两个区段210a及210b、量化器230及1位DAC 232。
在区段210a内，求和器212a从模拟信号减去由DAC 232所输出的经量化信号。求和器212a的输出由积分器220a来积分，且由放大器222a以增益K1来放大，以获得区段210a的输出。在区段210b内，求和器212b从区段210a的输出减去经量化信号。求和器212b的输出由积分器220b来积分，且由放大器222b以增益K2来放大，以获得区段210b的输出。量化器230将区段210b的输出与参考电压进行比较，且基于比较结果而提供1位数字样本。DAC 232将数字样本转换为模拟，且提供经量化信号。
积分器220a及220b可用各种开关式电容器电路设计来实施，例如单次取样开关式电容器电路、相关双重取样(CDS)电路、自动归零(AZ)电路、斩波稳定(CS)电路等。开关式电容器电路使用一个或一个以上放大器、电容器及开关，其均可易于以互补金属氧化物半导体(CMOS)进行制造。
图3展示用单次取样开关式电容器电路实施的积分器220x的设计的示意图。积分器220x可用于图2中的积分器220a及220b中的每一者。在积分器220x内，开关312使一端接收输入信号Vin且使另一端耦合到节点X。开关314耦合于节点X与电路接地之间。电容器316耦合于节点X与节点Y之间。开关318耦合于节点Y与电路接地之间。开关320耦合于节点Y与运算跨导放大器(OTA)330的反相输入之间。OTA 330的非反相输入耦合到电路接地。电容器322耦合于OTA 330的反相输入与输出之间。开关324使一端耦合到OTA 330的输出且使另一端提供输出信号Vout。开关312及318由C1控制信号控制，且开关314、320及324由C2控制信号控制。OTA 330接收偏置电流Ibias。
积分器220x如下操作。在第一相位期间，开关312及318由C1信号上的逻辑高闭合，开关314、320及324由C2信号上的逻辑低断开，且电容器316由输入信号Vin充电。在第二相位期间，开关314、320及324由C2信号上的逻辑高闭合，开关312及318由C1信号上的逻辑低断开，且电容器316上的电荷转移到电容器322，这导致输出信号Vout变化。在每一取样时钟周期中，电容器316由输入信号充电且随后将其电荷转移到电容器322。
如图2所示，积分器为∑ΔADC以及其它类型的开关式电容器电路的基本组件。不同∑ΔADC设计可包括不同数目的积分器及/或不同配置的积分器。如图3所示，积分器可用OTA、开关电容器及开关来实施。OTA在开关电容器之间移动电荷，例如，在图3中从电容器316到电容器322。电荷转移速度及准确度取决于提供到OTA的偏置电流的量及电容器的大小。如果电荷转移速度不足够快，则电容器上的电荷在一个时钟周期内将不被完全转移，且∑ΔADC的性能可能降级。
如上文所提及，无线装置100可支持用于多种无线电技术的多个模式。不同模式可与不同信号带宽相关联。举例来说，无线装置100可支持用于GSM及WCDMA的两个模式。用于GSM的信号带宽可为100千赫(KHz)，而用于WCDMA的信号带宽可为1.92兆赫(MHz)。
∑ΔADC 130的速度要求可针对不同模式而有所不同。一般来说，∑ΔADC 130需要逐步更快的速度以用于逐步更大的信号带宽。为了支持多个模式，可用可编程速度来设计∑ΔADC 130。相对复杂的可编程偏置电路可用以针对不同模式产生用于∑ΔADC 130的可编程偏置电流。然而，对于每一模式，∑ΔADC 130的速度可由于IC工艺及温度的变化而广泛地变化。为了对抗此情形，可用足够大的裕度来产生偏置电流，以便确保即使在最坏情况条件下，∑ΔADC 130的速度也可满足系统要求。由于很少可能遭遇最坏情况条件，所以在大多数情况下过量偏置电流可能用于∑ΔADC 130。∑ΔADC 130的功率消耗及裸片面积可能不是最佳的。
在一方面中，开关式电容器电路(例如，∑ΔADC)可经设计及操作以具有可基于取样率而变化的性能。这可通过具有以下各项而实现：(i)OTA，其具有与偏置电流成比例的环路增益带宽；及(ii)偏置电路，其可将偏置电流产生为与取样率及电容成比例。这可允许通过改变偏置电流而针对不同模式来变化开关式电容器电路的速度。这还可确保开关式电容器电路的速度及所得性能跨越IC工艺及温度的变化将为足够的。
图4展示具有与偏置电流成比例的环路增益带宽的OTA 400的设计的示意图。OTA400可用于图3中的OTA 330。在OTA 400内，电流源410耦合于节点Z与电路接地之间，且提供偏置电流Ibias。N沟道金属氧化物半导体(NMOS)晶体管412及422使其源极耦合到节点Z，且使其栅极分别耦合到OTA 400的非反相输入(Vinp)及反相输入(Vinn)。NMOS晶体管414及424使其栅极接收偏置电压Vb3，使其源极分别耦合到NMOS晶体管412及422的漏极，且使其漏极分别耦合到反相输出(Voutn)及非反相输出(Voutp)。P沟道MOS(PMOS)晶体管416及426使其栅极接收偏置电压Vb2，且使其漏极分别耦合到NMOS晶体管414及424的漏极。PMOS晶体管418及428使其源极耦合到电源电压VDD，使其栅极接收偏置电压Vb1，且使其漏极分别耦合到PMOS晶体管416及426的源极。
一般来说，可在三个区(饱和或强反转区、线性区及弱反转区)中的一者中操作MOS晶体管。在一种设计中，可在弱反转区中操作NMOS晶体管412及422，使得OTA400的跨导gm与偏置电流成比例，或gm＝K·Ibias，其中K为比例因子。OTA 400的环路增益带宽则可表达为：
BW = g m C = K · I bias C , 方程式(1)
其中C为积分器电容器(例如，图3中的电容器322)的电容，且BW为OTA400的环路增益带宽。
如方程式(1)所示，通过在弱反转区中操作NMOS晶体管412及422，且可通过改变Ibias电流来变化OTA 400的环路增益带宽。可通过将NMOS晶体管的大小选择为足够大以使得Vgs-Vth≌0而在弱反转区中操作NMOS晶体管412及422，其中Vgs为栅极到源极电压且Vth为阈值电压。
在一种设计中，可适应性地产生开关式电容器电路的Ibias电流以跟踪由于IC工艺及温度的变化引起的电容器大小的改变。用于开关式电容器电路的取样电容器可随着IC工艺及温度而变化，且针对给定速度所需要的偏置电流的量可因此随着IC工艺及温度而改变。偏置电流可经产生为与开关式电容器电路内的取样电容器的大小成比例。这可确保开关式电容器电路的速度及所得性能跨越IC工艺及温度的变化将为足够的。
在一种设计中，可基于选定操作模式而适应性地产生开关式电容器电路的偏置电流。可在不同模式中以不同取样率来操作开关式电容器电路。用于每一模式的取样率可基于用于所述模式的信号带宽(例如，与用于所述模式的信号带宽成比例)进行选择。在一种设计中，偏置电流与取样率或频率成比例。这可确保开关式电容器电路的速度对于每一模式来说为足够的。
图5展示图1中的偏置电路140的设计的示意图。偏置电路140可基于选定模式而适应性地产生用于开关式电容器电路(例如，∑ΔADC 130)的偏置电流，且跟踪IC工艺及温度的变化。在图5所示的设计中，偏置电路140包括驱动器电路510、开关式电容器负载520及电流镜540。
在驱动器电路510内，运算放大器(op-amp)512使其非反相输入接收偏置电压Vbias，且使其反相输入耦合到节点C。NMOS晶体管514使其源极耦合到节点C，使其栅极耦合到运算放大器512的输出，且使其漏极耦合到节点D。电容器516耦合于运算放大器512的输出与电路接地之间。电容器518耦合于NMOS晶体管514的栅极与源极之间。
开关式电容器负载520耦合于节点C与电路接地之间。在开关式电容器负载520内，开关522与电容器526并联地耦合，且所述组合耦合于节点A与电路接地之间。开关524耦合于节点A与节点C之间。开关532耦合于节点B与节点C之间。开关534与电容器536并联地耦合，且所述组合耦合于节点B与电路接地之间。电容器528耦合于节点C与电路接地之间。开关522及532由S1控制信号控制，且开关524及534由S2控制信号控制。
电容器526及536可用在开关式电容器电路中使用的相同类型的电容器来实施。各种类型的电容器可为可用的，例如金属电容器、MOS电容器等。通过用与开关式电容器电路中的开关电容器相同的类型的开关电容器来实施电容器526及536，由偏置电路140所产生的偏置电流可更准确地跟踪由于IC工艺及温度变化引起的电容器大小的改变。
电流镜540耦合于节点D与电源电压VDD之间。在电流镜540内，PMOS晶体管542及544使其源极耦合到电源电压，且使其栅极耦合在一起且耦合到节点D。PMOS晶体管542的漏极也耦合到节点D，且PMOS晶体管544的漏极提供偏置电流Ibias。电容器546耦合于电源电压与PMOS晶体管542及544的栅极之间。
偏置电压Vbias可用带隙电压参考来产生，且可跨越IC工艺及温度变化而大致恒定。偏置电压Vbias还可用其它电压参考来产生，且可具有任何适当值。运算放大器512及NMOS晶体管514作为在节点C处提供电压Vbias的反馈电路而操作。电容器516补偿反馈环路，使得其为稳定的。当NMOS晶体管514正对电容器526或536充电时，电容器518减少电流尖峰。
开关式电容器负载520通过在一个时钟周期内平均化电容器526及536中的电荷转移而实现等效电阻器。由NMOS晶体管514所提供的平均充电电流Icharge取决于所述等效电阻器及节点C处的Vbias电压。
图6展示用以产生用于偏置电路140的S1及S2控制信号的电路600的设计的框图。电路600可为图1中的控制器/处理器160的一部分或无线装置100内的某一其它单元的一部分。
在电路600内，时钟产生器610接收用于无线装置100的选定模式，且基于选定模式而产生取样时钟SCLK。可基于与选定模式相关联的信号带宽及/或其它因子而确定取样时钟的频率或速率。控制信号产生器620接收取样时钟且产生用于开关式电容器负载520内的开关的S1及S2控制信号。
图7展示S1及S2控制信号的时序图。图7的顶部展示取样时钟，其具有由选定模式确定的频率fsampling。S1信号在取样时钟处于逻辑高时的第一相位φ1期间处于逻辑高。相反地，S2信号在取样时钟处于逻辑低时的第二相位φ2期间处于逻辑高。S1信号与S2信号为非重叠的且具有频率fsampling。每一控制信号具有小于50％的工作周期。
返回参看图5，电容器526及536经由开关522、524、532及534以所述取样率周期性地充电及放电。在第一相位φ1期间，开关522及532由S1信号上的逻辑高闭合，且开关524及534由S2信号上的逻辑低断开。电容器526经由开关522而放电，且电容器536通过NMOS晶体管514经由开关532而充电。
在第二相位φ2期间，开关522及532由S1信号上的逻辑低断开，且开关524及534由S2信号上的逻辑高闭合。电容器526通过NMOS晶体管514经由开关524而充电，且电容器536经由开关534而放电。
电容器526及536因此通过NMOS晶体管514而在交替取样时钟相位上充电，且每一电容器在互补时钟相位上充电及放电。由NMOS晶体管514所提供的平均充电电流可表达为：
Icharge＝fsampling·(C1+C2)·Vbias，             方程式(2)
其中C1为电容器526的电容，且C2为电容器536的电容。电容器526与536可具有相同大小，使得C1＝C2。
如方程式(2)所示，平均充电电流Icharge分别由偏置电压Vbias、取样率fsampling以及电容器526及536的电容C1及C2确定，且与偏置电压Vbias、取样率fsampling以及电容器526及536的电容C1及C2成比例。对于较高取样率，较常使电容器526及536充电及放电，且充电电流因此与取样率成比例。对于较大电容器526及536，在每一取样时钟周期中使用较多电流以将这些电容器充电到偏置电压，且充电电流因此与这些电容器的大小成比例。
电容器528对充电电流进行平滑化及滤波，且具有电容C3，其可大于电容器526及536的总电容，或C3＞(C1+C2)。电容器528充当只要开关524及532闭合便平滑化充电电流中的尖峰的大电荷库。电容器528及由周期性地使电容器526及536充电及放电而产生的等效电阻器将额外极引入到反馈环路，且用电容器516来确保此环路的稳定性。
电流镜540产生偏置电流Ibias，使得其镜射平均充电电流Icharge。在一种设计中，PMOS晶体管542与544具有相同大小，且偏置电流大致等于充电电流。在另一设计中，PMOS晶体管542与544具有不同大小，且偏置电流取决于PMOS晶体管大小的比率。举例来说，PMOS晶体管544可比PMOS晶体管542大M倍，且偏置电流接着将比充电电流大M倍。此设计可减少偏置电路140的功率消耗。电容器546防止PMOS晶体管542及544的栅极电压改变且因此提供额外滤波。
如方程式(2)所示，图5所示的设计允许基于选定模式而适应性地产生偏置电流Ibias。偏置电流与取样率成比例，取样率可基于选定模式而确定。对于具有较高速度的模式，应用较高取样率，且由偏置电路140为∑ΔADC产生较大偏置电流。
图5中的设计还允许偏置电流跟踪由于IC工艺及温度的变化引起的用于∑ΔADC的积分器中的取样电容器的改变。偏置电流与电容器526及536的电容C1及C2成比例，所述电容可以与取样电容器相同的方式随IC工艺及温度而变化。举例来说，如果∑ΔADC内的取样电容器由于IC工艺及温度变化(例如，高温及/或慢IC工艺)而变大，则电容器526及536将变大大致相同百分比，且偏置电路140将产生按比例更大的偏置电流，这接着将允许∑ΔADC内的OTA更快地移动电荷。
图8展示用于适应性地产生用于开关式电容器电路(例如，∑ΔADC)的偏置电流的过程800的设计。可从与不同取样率相关联的多个模式中选择模式(框812)。可以可为可变的且取决于选定模式的取样率来操作开关式电容器电路(框814)。开关式电容器电路可具有与偏置电流成比例的环路增益带宽。在一种设计中，开关式电容器电路可包含以所述取样率来对模拟信号进行数字化且提供数字样本的∑ΔADC。
可基于用于开关式电容器电路的取样率(例如，与用于开关式电容器电路的取样率成比例)而产生用于开关式电容器电路的偏置电流，以获得选定环路增益带宽且跟踪由于IC工艺及温度的变化引起的开关式电容器电路中的至少一个开关电容器的改变(框816)。可基于以下各项而产生偏置电流：(i)至少一个电容器，其在IC工艺及温度变化期间跟踪开关式电容器电路中的所述至少一个开关电容器；及/或(ii)偏置电压，其可用带隙或某种其它电压参考而产生。
在框816的一个设计中，可基于第一控制信号而使第一电容器(例如，电容器526)放电且基于第二控制信号而使第一电容器(例如，电容器526)充电。可基于第二控制信号而使第二电容器(例如，电容器536)放电且基于第一控制信号而使第二电容器(例如，电容器536)充电。可对用于第一电容器的充电电流及用于第二电容器的充电电流(例如，用电容器528、电容器546等)进行滤波以获得平均充电电流。接着可基于平均充电电流(例如，作为平均充电电流的电流镜)而产生偏置电流。还可以其它方式来适应性地产生偏置电流，使得其与取样率成比例及/或跟踪IC工艺及温度的变化。
已执行计算机模拟以随IC工艺及温度变化而测量∑ΔADC 130内的OTA的稳定时间。稳定时间为OTA以指定准确度在电容器之间转移电荷所花费的时间量。所述计算机模拟测量了(i)在基于图5所示的设计而适应性地产生的偏置电流的情况下OTA的稳定时间，及(ii)在通过将Vbias电压施加于固定电阻器上而产生的偏置电流的情况下OTA的稳定时间。所述计算机模拟指示在适应性地产生的偏置电流的情况下的稳定时间与在常规地产生的偏置电流的情况下的稳定时间相比具有少得多的跨越IC工艺及温度变化的扩展。
本文所描述的技术可能够减少∑ΔADC及其它开关式电容器电路的功率消耗，且改进∑ΔADC及其它开关式电容器电路的性能，因为适应性地产生的偏置电流可针对最坏情况条件确保足够速度，而不需要偏置电流的大裕度。通过使用适应性地产生的偏置电流，∑ΔADC及其它开关式电容器电路的性能还可跨越IC工艺及温度拐角而在更紧密范围内变化，此可改进良率。当支持大量模式时，所述技术特别有益。举例来说，针对具有不同取样率的UMB可存在10个模式。所述技术可易于针对所有模式而产生不同偏置电流，以实现较低功率消耗及良好ADC性能。
本文中所描述的技术及偏置电路可实施于IC、模拟IC、RFIC、混频信号IC、ASIC、印刷电路板(PCB)及电子装置等上。偏置电路还可用各种IC工艺技术进行制造，例如CMOS、NMOS、PMOS、双极结晶体管(BJT)、双极CMOS(BiCMOS)、锗化硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)等。
实施本文中所描述的技术的设备可为独立装置或可为较大装置的一部分。装置可为(i)独立IC，(ii)一个或一个以上IC的集合，其可包括用于存储数据及/或指令的存储器IC，(iii)例如RF接收器(RFR)或RF发射器/接收器(RTR)等RFIC，(iv)例如移动台调制解调器(MSM)等ASIC，(v)可嵌入于其它装置内的模块，(vi)接收器、蜂窝式电话、无线装置、手持机或移动单元，(vii)等等。
在一个或一个以上示范性设计中，所描述的功能可以硬件、软件、固件或其任何组合来实施。如果以软件来实施，则可将所述功能作为一个或一个以上指令或代码而存储于计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体而传输。计算机可读媒体包括计算机存储媒体及通信媒体两者，通信媒体包括促进将计算机程序从一个位置传送到另一位置的任何媒体。存储媒体可为可由计算机存取的任何可用媒体。借助于实例而非限制，所述计算机可读媒体可包含RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于以指令或数据结构的形式载运或存储所要程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。而且，恰当地将任何连接称作计算机可读媒体。举例来说，如果使用同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字订户线(DSL)或例如红外线、无线电及微波等无线技术而从网站、服务器或其它远程源传输软件，则同轴电缆、光纤电缆、双绞线、DSL或例如红外线、无线电及微波等无线技术包括于媒体的定义中。如本文所使用，磁盘及光盘包括压缩光盘(CD)、激光光盘、光学光盘、数字通用光盘(DVD)、软性磁盘及蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再生数据，而光盘利用激光以光学方式再生数据。以上各项的组合也应包括于计算机可读媒体的范围内。
提供对本发明的先前描述以使所属领域的任何技术人员均能够制造或使用本发明。所属领域的技术人员将容易了解对本发明的各种修改，且在不脱离本发明的范围的情况下，可将本文所定义的一般原理应用于其它变型。因此，本发明不希望限于本文所描述的实例及设计，而是应被赋予与本文所揭示的原理及新颖特征一致的最广泛范围。

Claims (29)

1.一种设备，其包含：
开关式电容器电路，其包含至少一个开关电容器及一放大器，所述开关式电容器电路操作以便以一取样率来使所述至少一个开关电容器充电及放电，所述放大器具有与偏置电流成比例的带宽；及
偏置电路，其耦合到所述开关式电容器电路且操作以产生用于所述开关式电容器电路的所述偏置电流，所述偏置电流跟踪由于集成电路(IC)工艺及温度的变化引起的所述至少一个开关电容器的改变，使得所述放大器具有与所述取样率成比例的带宽。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏置电路操作以基于在IC工艺及温度变化期间跟踪所述开关式电容器电路中的所述至少一个开关电容器的至少一个电容器而产生所述偏置电流。
3.根据权利要求1所述的设备，其中用于所述开关式电容器电路的所述取样率是可变的，且其中所述偏置电路操作以将所述偏置电流产生为与所述取样率成比例。
4.根据权利要求2所述的设备，其中所述偏置电路操作以进一步基于偏置电压而产生所述偏置电流。
5.根据权利要求1所述的设备，其中所述放大器包含运算跨导放大器(OTA)，所述OTA具有提供信号增益且在弱反转区中操作的至少一个金属氧化物半导体(MOS)晶体管。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关式电容器电路包含西格玛-德耳塔模/数转换器(∑ΔADC)，所述∑ΔADC操作以便以所述取样率来对模拟信号进行数字化且提供数字样本。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述取样率是基于从与不同取样率相关联的多个模式中选择的模式而确定的，且其中所述偏置电路操作以针对所述∑ΔADC将所述偏置电流产生为与所述取样率成比例。
8.根据权利要求7所述的设备，其中所述开关式电容器电路的稳定时间随从所述多个模式且随从跨越IC工艺及温度变化。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述开关式电容器电路包含滤波器或采样抽取器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述偏置电路包含
开关式电容器负载，其操作以汲取平均充电电流，且包含耦合到第一及第二开关的第一电容器，所述第一开关基于第一控制信号而使所述第一电容器放电，所述第二开关基于第二控制信号而使所述第一电容器充电，且所述平均充电电流是基于用于所述第一电容器的充电电流而确定的。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述开关式电容器负载进一步包含耦合到第三及第四开关的第二电容器，所述第三开关基于所述第二控制信号而使所述第二电容器放电，所述第四开关基于所述第一控制信号而使所述第二电容器充电，且所述平均充电电流是进一步基于用于所述第二电容器的充电电流而确定的。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述开关式电容器负载进一步包含第三电容器，所述第三电容器耦合到所述第二及第三开关且操作以对用于所述第一及第二电容器的所述充电电流进行滤波。
13.根据权利要求10所述的设备，其中所述偏置电路进一步包含
驱动器电路，其耦合到所述开关式电容器负载，且操作以接收偏置电压并提供所述平均充电电流。
14.根据权利要求13所述的设备，其中所述驱动器电路包含
晶体管，其操作以提供所述平均充电电流，及
运算放大器，其耦合到所述晶体管，且操作以接收所述偏置电压并驱动所述晶体管。
15.根据权利要求14所述的设备，其中所述驱动器电路进一步包含
电容器，其耦合于所述晶体管的栅极与源极之间，且操作以对用于所述第一电容器的所述充电电流中的尖峰进行滤波。
16.根据权利要求10所述的设备，其中所述偏置电路进一步包含
电流镜，其操作以接收所述平均充电电流且提供所述偏置电流。
17.根据权利要求16所述的设备，其中所述电流镜包含
第一及第二晶体管，其具有耦合在一起的源极及耦合在一起的栅极，所述第一晶体管操作以提供所述平均充电电流，且所述第二晶体管操作以提供所述偏置电流，及
电容器，其耦合于所述第一及第二晶体管的所述栅极与所述源极之间，且操作以向所述偏置电流提供滤波。
18.根据权利要求1所述的设备，其中所述设备为集成电路。
19.一种方法，其包含：
以一取样率来操作开关式电容器电路，所述开关式电容器电路具有与偏置电流成比例的带宽；及
产生用于所述开关式电容器电路的所述偏置电流，以获得与所述取样率成比例的带宽且跟踪由于集成电路(IC)工艺及温度的变化引起的所述开关式电容器电路中的至少一个开关电容器的改变。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述开关式电容器电路包含西格玛-德耳塔模/数转换器(∑ΔADC)，且其中所述以所述取样率来操作所述开关式电容器电路包含用所述∑ΔADC以所述取样率来对模拟信号进行数字化以获得数字样本。
21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含：
从与不同取样率相关联的多个模式中选择模式；及
将所述偏置电流产生为与用于所述选定模式的所述取样率成比例。
22.根据权利要求19所述的方法，其中所述产生所述偏置电流包含基于在IC工艺及温度变化期间跟踪所述开关式电容器电路中的所述至少一个开关电容器的至少一个电容器而产生所述偏置电流。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述产生所述偏置电流包含
基于第一控制信号而使第一电容器放电，
基于第二控制信号而使所述第一电容器充电，及
基于用于所述第一电容器的充电电流而产生所述偏置电流。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述产生所述偏置电流进一步包含
基于所述第二控制信号而使第二电容器放电，
基于所述第一控制信号而使所述第二电容器充电，及
进一步基于用于所述第二电容器的充电电流而产生所述偏置电流。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述产生所述偏置电流进一步包含
对用于所述第一及第二电容器的所述充电电流进行滤波以获得平均充电电流，及
基于所述平均充电电流而产生所述偏置电流。
26.一种设备，其包含：
用于以一取样率来操作开关式电容器电路的装置，所述开关式电容器电路具有与偏置电流成比例的带宽；及
用于产生用于所述开关式电容器电路的偏置电流以获得与所述取样率成比例的带宽且跟踪由于集成电路(IC)工艺及温度的变化引起的所述开关式电容器电路中的至少一个开关电容器的改变的装置。
27.根据权利要求26所述的设备，其中所述开关式电容器电路包含西格玛-德耳塔模/数转换器(∑ΔADC)，且其中所述用于以所述取样率来操作所述开关式电容器电路的装置包含用于用西格玛-德耳塔模/数转换器(∑ΔADC)以所述取样率来对模拟信号进行数字化以获得数字样本的装置。
28.根据权利要求26所述的设备，其进一步包含：
用于从与不同取样率相关联的多个模式中选择模式的装置；及
用于将所述偏置电流产生为与用于所述选定模式的所述取样率成比例的装置。
29.根据权利要求26所述的设备，其中所述用于产生所述偏置电流的装置包含用于基于在IC工艺及温度变化期间跟踪所述开关式电容器电路中的所述至少一个开关电容器的至少一个电容器而产生所述偏置电流的装置。
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