CN102768553A - 电流供应系统、使用其的模拟数字转换器及电流供应方法 - Google Patents

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Abstract

一种电流供应系统，用以提供一输出电流，包含：一频率检测电路，用以接收至少一输入信号，并检测该输入信号的频率；一频率控制电流提供电路，当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及一预定电流提供电路，当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供具有一第一预定电流值的该输出电流。

Description

电流供应系统、使用其的模拟数字转换器及电流供应方法
技术领域
本发明有关于电流供应系统，使用此电流供应系统来提供偏压电流的模拟数字转换器以及电流供应方法，特别有关于在低频时提供固定电流的电流供应系统、使用此电流供应系统来提供偏压电流的模拟数字转换器以及电流供应方法。 
背景技术
一般来说，管线式ADC(Analog to Digital converter，模拟数字转换器)会使用动态偏压电路来做为内建的偏压电路。这样的方式可以使得管线式ADC对不同的操作频率有不同的功率，而使得功率消耗可以最佳化。通过这样的机制，可以让管线式ADC操作在不同频率，而不需针对不同的操作频率设计不同的管线式ADC。 
ADC通常会利用电压转电流电路以及固定电阻来产生固定偏压电流。动态偏压电路则是利用等效可变电阻来产生不同的偏压电流。举例来说，可利用开关电容电路(switch capacitor circuit)作为等效可变电阻。开关电容电路的电容若随着不同频率的信号进行充放电的操作，则可视为随频率变动的电阻，因此此类的电压转电流电路可依频率改变电流大小。 
然而，当信号的频率过低时，电容在充电时可能会产生漏电的状况。因此，在信号频率低时，动态偏压电路可能会失去准确性。 
发明内容
本发明的一目的为提供一种可操作在低频的电流供应系统。 
本发明的另一目的为提供一种可操作在低频的模拟数字电路。 
本发明的另一目的为提供一种可在低频时提供固定电流的电流供应方法。 
本发明的一实施例揭露了一种电流供应系统，用以提供一输出电流，包 含：一频率检测电路，用以接收至少一输入信号，并检测该输入信号的频率；一频率控制电流提供电路，当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及一预定电流提供电路，当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供具有一第一预定电流值的该输出电流。 
本发明的另一实施例揭露了一种模拟数字转换器，包含一偏压电流提供电路。此偏压电流提供电路包含：一频率检测电路，用以接收至少一输入信号，并检测该输入信号的频率；一频率控制电流提供电路，当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该偏压电流；以及一预定电流提供电路，当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供电流值为一第一电流预定值的该偏压电流。 
本发明的又一实施例揭露了一种电流供应方法，用以提供一输出电流，包含：(a)检测一输入信号的频率；(b)当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及(c)当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供具有一第一预定电流值的该输出电流。 
通过前述的实施例，可在输入信号频率较低时提供固定的电流，以避免已知技术中漏电流的问题。此外，亦可在频率高时限制电流，以避免电流过大。而且，本发明还提供了多段的电流供应机制，而使得设计上更有应用性。 
附图说明
图1绘示了根据本发明的一实施例的电流供应系统的方块图。 
图2绘示了图1所示的电流供应系统其中一例的电路图。 
图3A和图3B绘示了图2所示的电路中，输入信号的频率和输出电流的关系图。 
图4绘示了图1所示的电流供应系统其中一例的电路图。 
图5A和图5B绘示了图4所示的电路中，输入信号的频率和输出电流的关系图。 
图6绘示了根据本发明的一实施例的电流供应方法的流程图。 
[主要元件标号说明] 
100、200、400电流供应系统    101频率检测电路 
103频率控制电流提供电路      105预定电流提供电路 
107低通滤波器 
201、203、207、209、215、217和223晶体管 
202、219电容                205误差放大器 
211、227、408、410电阻      213比较器 
221误差放大器               224、226、404、406开关元件 
225反相器                   227电阻 
228、230、232、234端点      401比较器阵列 
404、406开关元件            405多工器 
具体实施方式
在说明书及上述的申请专利范围当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中具有通常知识者应可理解，硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个元件。本说明书及上述的申请专利范围并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及上述的请求项当中所提及的「包含」为一开放式的用语，故应解释成「包含但不限定于」。以外，「耦接」一词在此是包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其它装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。 
图1绘示了根据本发明的一实施例的电流供应系统100的方块图。如图1所示，电流供应系统100包含一频率检测电路101、一频率控制电流提供电路103以及一预定电流提供电路105。频率检测电路101用以接收至少一输入信号(此例中为时钟信号CLK)，并检测输入信号的频率，并根据检测到的频率来控制频率控制电流提供电路103以及预定电流提供电路105。频率控制电流提供电路103于输入信号的频率在一第一预定范围时，根据输入信号的频率提供输出电流Iout。预定电流提供电路105在输入信号的频率不在该第一预定范围时，提供电流值为一电流预定值的输出电流。除此之外，电流供应系统100可还包含一低通滤波器107，用以滤掉输出电流Iout的涟波(ripple)，使得输出电流Iout更为稳定。此电流供应系统100可运用在ADC上的偏压上，也就是将输出电流Iout作为ADC的偏流，但此电路系统亦可运用在其它的电路或电子系统上。底下将更详细说明电流供应系统100的电路以 及运作方式。 
图2绘示了图1所示的电流供应系统200其中一例的电路图。如图2所示，频率检测电路101包含了晶体管201、203、207和209、电容202、误差放大器205、电阻211以及比较器213。其中晶体管201和203在此实施例中为N型金属氧化物半导体晶体管，而207、209为P型金属氧化物半导体晶体管。于此实施例中，晶体管201、203以及电容202形成了一开关电容电路(亦即会随接收信号的频率不同而提供不同电阻的可变电阻电路)，晶体管201、203用以接收输入信号ck1以及ck2，其中ck1与ck2可以为反向信号，而晶体管201、203以及电容202根据输入信号ck1以及ck2的频率提供了一输入信号电阻。误差放大器205用以使晶体管207产生固定电流。晶体管207、晶体管209形成了一电流镜，因此晶体管209会产生跟晶体管207输出的电流一样的输入信号电流Ir，来搭配电阻211产生一输入信号电压Vf。比较器213比较输入信号电压Vf以及参考电压Vref。由于输入信号电压Vf是取决于输入信号ck1和ck2的频率，因此通过比较输入信号电压Vf以及参考电压Vref，可判定输入信号ck1和ck2的频率是否小于一预定值。根据前述内容，频率检测电路101的结构和操作可简示为：一可变电阻电路(晶体管201、203以及电容202)，用以根据输入信号ck1、ck2的频率提供一输入信号电阻；一电流源(误差放大器205、以及晶体管207和晶体管209形成的电流镜)，用以根据输入信号电阻提供一输入信号电流Ir；一阻抗元件(211)，用以根据输入信号电流产生一输入信号电压Vf；以及比较器213，比较输入信号电压Vf以及一参考电压Vref，来判定该输入信号ck1，ck2的频率。 
在此实施例中，当输入信号ck1和ck2的频率大于一预定值时，会使开关元件224导通而开关元件226关闭。请留意由于有反相器225的存在，因此开关元件224和226会分别接收到反相的信号，因此当其中之一导通时，另外一开关元件为不导通。开关元件224导通的定义为端点228和230导通，而开关元件226导通的定义为端点232和234导通。因此输出电流Iout会通过频率控制电流提供电路103根据输入信号ck1和ck2的频率来产生。而当信号ck1和ck2的频率小于一预定值时，会使开关元件224关闭而开关元件226导通。因此预定电流提供电路105会提供电流值固定的输出电流Iout。 
于此实施例中，频率控制电流提供电路103包含了晶体管215、217和223、电容219、误差放大器221以及开关元件224。晶体管215、217和电 容219亦形成了一开关电容电路，因此会随着信号ck1和ck2的频率提供不同的输入信号电阻。同样的，误差放大器221和晶体管223会提供固定电流，因此会根据不同的输入信号电阻而产生不同的输出电流Iout。 
预定电流提供电路105则包含了反相器225、开关元件226以及电阻227并跟频率控制电流提供电路103共享误差放大器221和晶体管223。当开关元件226导通时，误差放大器221和晶体管223会提供固定电流，因此会配合电阻227来提供电流值固定的输出电流Iout。 
图3A和图3B绘示了图2所示的电路中，输入信号的频率和输出电流的关系图。在图3A所示的实施例中，当输入信号的频率大于频率临界值fthr时，输出电流会跟频率成正比(由频率控制电流提供电路103所产生)。而当输入信号的频率小于频率临界值fthr时，输出电流为一固定的电流Icon(由预定电流提供电路105所产生)。通过这样的方式，可以避免已知技术中，输入信号频率过低造成偏压不准确的问题。 
图2所示的实施例，除了在输入信号频率过低时将输出电流限制为固定电流之外，亦可在输入信号频率过高时，将输出电流限制为固定电流，以避免电流过大而破坏电路。如图3B所示，当输入信号的频率小于频率临界值fthr1时，输出电流为一固定的电流Icon1，而当输入信号的频率大于频率临界值fthr2时，输出电流亦限制为一固定的电流Icon2。此类的变化亦应在本发明的范围之内。 
因此图2和图3A、图3B所示的实施例可简示如下：频率控制电流提供电路在输入信号的频率于一预定范围时，根据输入信号的该频率提供该输出电流。预定电流提供电路在输入信号的频率不在该预定范围时，提供电流值为一电流预定值的输出电流。 
对应于图3A中的Icon以及图3B中的Icon1，预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，其中该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且预定电流提供电路在输入信号的频率小于该第一频率临界值时，提供电流值为该电流预定值的该输出电流。 
对应图3B中的Icon2，预定范围为一第一频率临界值fthr1到一第二频率临界值fthr2，且预定电流提供电路在输入信号的该频率大于该第二频率临界值fthr2时，提供电流值为该电流预定值的该输出电流。 
图4绘示了图1所示的电流供应系统另外一例的电路图。图4所示的电 流供应系统400的部份元件和图2所示的电流供应系统200相同，其不同之处在于图2的比较器213在图4中被比较器阵列401(包含多个比较器)所取代，且图4的预定电流提供电路105包含了多个开关元件404、406以及电阻405、410。亦即预定电流提供电路105可以选择不同的开关元件和电阻，来提供不同电流值的预定电流。在图4所示的实施例中，可依需求选择不同的比较器(即选择不同的参考电压Vref)，然后通过多工器405耦接到不同的开关元件和电阻。因此，图4所示的电路的动作可如图5A所示，可自由设定成不同的频率临界值和输出电流。亦即，可设定成当输入信号的频率小于频率临界值fthr1时，输出电流为一固定的电流Icon1。但亦可将频率临界值设定成较大的fthr2，而当输入信号的频率小于频率临界值fthr2时，输出电流为一固定的电流Icon2。依此类推，可视需求而任意的选择频率临界值和输出电流。 
图4亦可采用如图3B所示的操作，如图5B所示。亦即，当输入信号的频率大于fthr1时，将输出电流限制在Icon1，或将其设定成当输入信号的频率大于较fthr1大的fthr2时，将输出电流限制在大于Icon1的Icon2，可视需求而任意的选择频率临界值和输出电流。。 
根据前述的实施例，可得到一电流供应方法。图6绘示了根据本发明的一实施例的电流供应方法的流程图。如图6所示，其包含下列步骤： 
步骤601 
检测一输入信号的频率。 
步骤603 
当输入信号的频率在一预定范围时，根据输入信号的频率提供输出电流。 
步骤605 
当输入信号的该频率不在预定范围时，提供电流值为一电流预定值的输出电流。 
其它详细步骤可由前述实施例推得，故在此不再赘述。 
通过前述的实施例，可在输入信号频率较低时提供固定的电流，以避免已知技术中漏电流的问题。此外，亦可在频率高时限制电流，以避免电流过大。而且，本发明还提供了多段的电流供应机制，而使得设计上更有应用性。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (21)

1.一种电流供应系统，用以提供一输出电流，包含：
一频率检测电路，用以接收至少一输入信号，并检测该输入信号的频率；
一频率控制电流提供电路，当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及
一预定电流提供电路，当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供具有一第一预定电流值的该输出电流。
2.根据权利要求1所述的电流供应系统，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，其中该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率小于该第一频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
3.根据权利要求1所述的电流供应系统，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，且该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第二频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
4.根据权利要求1所述的电流供应系统，其中该频率检测器包含：
一可变电阻电路，用以根据该输入信号的该频率提供一输入信号电阻；
一电流源，用以根据该输入信号电阻提供一输入信号电流；
一阻抗元件，用以根据该输入信号电流产生一输入信号电压；以及
一比较器，比较该输入信号电压以及一参考电压，来判定该输入信号的频率。
5.根据权利要求1所述的电流供应系统，其中该频率控制电流提供电路还包含当该输入信号的该频率在一第二预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率不在该第二预定范围时，提供具有一第二预定电流值的该输出电流，其中该第一预定范围和该第二预定范围不同，且该第一电流预定值和该第二电流预定值不同。
6.根据权利要求5所述的电流供应系统，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第一频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流；其中该第二预定范围为一第二频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第二频率临界值时，提供电流值为该第二电流预定值的该输出电流。
7.根据权利要求5所述的电流供应系统，其中该预定电流提供电路包含多个电阻以分别提供电流值不同的该输出电流，且该电流供应系统还包含一多工器，用以使该频率检测器选择性地耦接到该多个电阻其中之一。
8.根据权利要求7所述的电流供应系统，其中该频率检测器包含：
一可变电阻电路，用以根据该输入信号的该频率提供一输入信号电阻；
一电流源，用以根据该输入信号电阻提供一输入信号电流；
一阻抗元件，用以根据该输入信号电流产生一输入信号电压；以及
一比较器阵列，比较该输入信号电压以及多个参考电压中的其中一个，来判定该输入信号的该频率。
9.一种模拟数字转换器，包含：
一电流供应系统，用以提供一输出电流，包含：
一频率检测电路，用以接收至少一输入信号，并检测该输入信号的频率；
一频率控制电流提供电路，当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及
一预定电流提供电路，当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供电流值为一第一电流预定值的该输出电流。
10.根据权利要求9所述的模拟数字转换器，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，其中该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率小于该第一频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
11.根据权利要求9所述的模拟数字转换器，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，且该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第二频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
12.根据权利要求9所述的模拟数字转换器，其中该频率检测器包含：
一可变电阻电路，用以根据该输入信号的该频率提供一输入信号电阻；
一电流源，用以根据该输入信号电阻提供一输入信号电流；
一阻抗元件，用以根据该输入信号电流产生一输入信号电压；以及
一比较器，比较该输入信号电压以及一参考电压，来判定该输入信号的频率。
13.根据权利要求9所述的模拟数字转换器，其中该频率控制电流提供电路还包含当该输入信号的该频率在一第二预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率不在该第二预定范围时，提供电流值为一第二电流预定值的该输出电流，其中该第一预定范围和该第二预定范围不同，且该第一电流预定值和该第二电流预定值不同。
14.根据权利要求13所述的模拟数字转换器，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第一频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流；其中该第二预定范围为一第二频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第二频率临界值时，提供电流值为该第二电流预定值的该输出电流。
15.根据权利要求13所述的模拟数字转换器，其中该预定电流提供电路包含多个电阻以分别提供电流值不同的该偏压电流，且该电流供应系统还包含一多工器，用以使该频率检测器选择性地耦接到该多个电阻其中之一。
16.根据权利要求15所述的模拟数字转换器，其中该频率检测器包含：
一可变电阻电路，用以根据该输入信号的该频率提供一输入信号电阻；
一电流源，用以根据该输入信号电阻提供一输入信号电流；
一阻抗元件，用以根据该输入信号电流产生一输入信号电压；以及
一比较器阵列，比较该输入信号电压以及多个参考电压中的其中一个，来判定该输入信号的频率。
17.一种电流供应方法，用以提供一输出电流，包含：
(a)检测一输入信号的频率；
(b)当该输入信号的该频率在一第一预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流；以及
(c)当该输入信号的该频率不在该第一预定范围时，提供具有一第一预定电流值的该输出电流。
18.根据权利要求17所述的电流供应方法，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，其中该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该步骤(c)是在该输入信号的该频率小于该第一频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
19.根据权利要求17所述的电流供应方法，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到一第二频率临界值，且该第二频率临界值大于该第一频率临界值，且该步骤(c)是在该输入信号的该频率大于该第二频率临界值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流。
20.根据权利要求17所述的电流供应方法，其中该步骤(b)还包含当该输入信号的该频率在一第二预定范围时，根据该输入信号的该频率提供该输出电流，且该步骤(c)在该输入信号的该频率不在该第二预定范围时，提供具有该预定电流值为一第二预定电流值的该输出电流，其中该第一预定范围和该第二预定范围不同，且该第一电流预定值和该第二电流预定值不同。
21.根据权利要求20所述的电流供应方法，其中该第一预定范围为一第一频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第一频率预定值时，提供电流值为该第一电流预定值的该输出电流；其中该第二预定范围为一第二频率临界值到0，且该预定电流提供电路在该输入信号的该频率大于该第二频率预定值时，提供电流值为该第二电流预定值的该输出电流。
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