CN113568464A - 偏压补偿装置及操作偏压补偿装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种偏压补偿装置及操作偏压补偿装置的方法，该装置包含第一偏压模块及第二偏压模块。第一偏压模块包含互相并联的多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路。多个第一电流控制电路分别用以输出第一参考电流，及多个第二电流控制电路分别用以产生第二参考电流。第二偏压模块包含互相并联的多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路。多个第三电流控制电路分别用以产生第三参考电流，及多个第四电流控制电路分别用以产生第四参考电流。第二参考电流大于第一参考电流，且第四参考电流大于第三参考电流。

Description

偏压补偿装置及操作偏压补偿装置的方法

技术领域

本发明是有关于一种偏压补偿装置，特别是一种多段式的偏压补偿装置。

背景技术

由于差动信号对于环境中的噪声有较佳的抗噪能力，因此被广泛的应用在各种电路当中。然而实际在制造差动放大器或其他差动电路时，由于工艺上的偏差，常会导致直流位准的偏移，使得差动对的两端产生偏差电压及/或偏差电流。由于差动对的两端的偏差电压及/或偏差电流会对差动信号造成干扰而导致信号失真，因此必须通过额外的电压或电流来对电路做补偿，以减少直流位准偏移对差动信号所带来的影响。

此外，随着工艺技术的发展，电子组件的尺寸也越来越小。而当电子组件的尺寸较小时，相同的偏差电压及/或偏差电流对于差动电路所造成的影响也变得更加明显，因此系统对于偏压补偿的精确度也会有较高的要求。

发明内容

本发明的一实施例提供一种偏压补偿装置。偏压补偿装置包含第一偏压模块及第二偏压模块。

第一偏压模块耦接于第一偏压点，第一偏压模块包含多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路。多个第一电流控制电路分别产生第一参考电流，而多个第二电流控制电路分别产生第二参考电流。第二偏压模块耦接于第二偏压点，第二偏压模块包含多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路。多个第三电流控制电路分别产生第三参考电流，而多个第四电流控制电路分别产生第四参考电流。

多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路是耦接于第一偏压点且互相并联。多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路是耦接于第二偏压点且互相并联。第二参考电流大于第一参考电流，且第四参考电流大于第三参考电流。

本发明的另一实施例提供一种操作偏压补偿装置的方法。偏压补偿装置包含第一偏压模块及第二偏压模块，第一偏压模块包含多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路，第二偏压模块包含多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路。多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路耦接于第一偏压点且互相并联，及多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路耦接于第二偏压点且互相并联。

操作偏压补偿装置的方法包含根据欲补偿的偏压值启动对应数量的第二电流控制电路或第四电流控制电路以初步补偿偏压值，并根据初步补偿后的偏压值启动对应数量的第一电流控制电路或第三电流控制电路以再次补偿偏压值。

每一第二电流控制电路所产生的第二参考电流大于每一第一电流控制电路所产生的第一参考电流，且每一第四电流控制电路所产生的第四参考电流大于每一第三电流控制电路所产生的第三参考电流。

附图说明

图1是本发明一实施例的偏压补偿装置的示意图。

图2是本发明一实施例的操作压补偿装置的方法流程图。

图3是本发明一实施例的混频器的本振泄漏及图1偏压补偿装置的启动电流控制电路组态的关系图。

图4是本发明另一实施例的偏压补偿装置的示意图。

具体实施方式

图1是本发明一实施例的偏压补偿装置100的示意图。在图1中，偏压补偿装置100可以用来补偿混频器M1的两个偏差电流端之间的偏差电流IOS。偏压补偿装置100包含第一偏压模块110及第二偏压模块120。第一偏压模块110可耦接于第一偏压点N1，而第二偏压模块120可耦接于第二偏压点N2。

第一偏压模块110包含X个第一电流控制电路1121至112X及Y个第二电流控制电路1141至114Y，其中X及Y为正整数。每一个第一电流控制电路1121至112X可以产生一第一参考电流Iref1，而每一个第二电流控制电路1141至114Y可以产生一第二参考电流Iref2。第二偏压模块120包含X个第三电流控制电路1221至122X及Y个第四电流控制电路1241至124Y，每一个第三电流控制电路1221至122X可以产生一第三参考电流Iref3，而每一个第四电流控制电路1241至124Y可以产生一第四参考电流Iref4。

在第一偏压模块110中，第一电流控制电路1121至112X及第二电流控制电路1141至114Y可耦接于第一偏压点N1并且可以互相并联。在第二偏压模块120中，第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y可耦接于第二偏压点N2并且可以互相并联。

在图1中，第一电流控制电路1121可包含参考电流源CS1及开关SW1。参考电流源CS1可以产生第一参考电流Iref1，而开关SW1可与参考电流源CS1串联。在有些实施例中，通过导通及截止开关SW1便可以使第一电流控制电路1121启动及停用。在有些实施例中，第一电流控制电路1121至112X、第二电流控制电路1141至114Y、第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y可具有相似的结构，也就是说，偏压补偿装置100可以分别通过控制第一电流控制电路1121至112X、第二电流控制电路1141至114Y、第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y中的开关SW1、SW2、SW3及SW4来使其中的参考电流源CS1、CS2、CS3及CS4启动或停用，且每个第一电流控制电路1121至112X、第二电流控制电路1141至114Y、第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y都可以独立控制。

此外，在此实施例中，参考电流源CS2所产生的第二参考电流Iref2可大于参考电流源CS1所产生的第一参考电流Iref1，且参考电流源CS4所产生的第四参考电流Iref4可大于参考电流源CS3所产生的第三参考电流Iref3。再者，第一参考电流Iref1实质上可与第三参考电流Iref3相等，且第二参考电流Iref2实质上可与第四参考电流Iref4相等。

此外，在图1的实施例中，第一偏压模块110还可包含第一主电流源116，第一主电流源116可与第一电流控制电路1121至112X及第二电流控制电路1141至114Y并联，并且可以产生第一主电流Im1。相似地，第二偏压模块120也可另包含第二主电流源126，第二主电流源126可与第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y并联，并且可以产生第二主电流Im2。通过第一主电流源116及第二主电流源126就可以在第一电流控制电路1121至112X、第二电流控制电路1141至114Y、第三电流控制电路1221至122X及第四电流控制电路1241至124Y未被启动时，根据系统的需求提供基本的预设偏差电流，以维持系统的运作。在有些实施例中，第一主电流Im1可与第二主电流Im2实质上相等。

在有些实施例中，偏压补偿装置100可以先根据需补偿的偏压值，亦即偏差电流IOS，来启动适当数量的第二电流控制电路1141至1141Y或启动适量数量的第四电流控制电路1241至124Y以进行初步的补偿，并在确认应启动第二电流控制电路1141至114Y或第四电流控制电路1241至124Y的数量之后，进一步根据初步补偿的结果，判断应启动第一电流控制电路1121至112X或第三电流控制电路1221至122X的数量，以对偏差电流IOS做更精细的补偿。

由于偏压补偿装置100可以先利用能够产生较大电流的第二电流控制电路1141至1141Y或第四电流控制电路1241至124Y来对进行初步的补偿，再根据初步补偿的结果，利用产生较小电流的第一电流控制电路1121至112X或第三电流控制电路1221至122X来做进一步的补偿，因此偏压补偿装置100能够快速地决定应启动的电流控制电路及其数量，以达补偿偏压的效果。此外，通过多段式的补偿，也可以减少电流控制电路的数量及面积。

图2是本发明一实施例的操作偏压补偿装置100的方法200的流程图。方法200包含步骤S210及S220：

S210：根据欲补偿的偏压值启动对应数量的第二电流控制电路1141至114Y或第四电流控制电路1241至124Y的数量以初步补偿偏压值；及

S220：根据初步补偿后的偏压值启动对应数量的第一电流控制电路1121至112X或第三电流控制电路1221至122X以再次补偿偏压值。

一般来说，在对偏差电流IOS进行补偿之前，并无法直接得知偏差电流IOS的实际值为何，然而根据混频器M1在原始直流准位的情况下所产生的偏差电流或本振泄漏(LOleakage)的大小，就能够大致得知目前偏差电流的情况。

此外，根据漏电流的方向(正或负)，则可得知应通过第二电流控制电路1141至114Y来提高第一偏压点N1的电流以对偏差电流IOS进行补偿，或是通过第四电流控制电路1241至124Y来提高第二偏压点N2的电流以对偏差电流IOS进行补偿。由于对混频器M1而言，第一偏压点N1及第二偏压点N2的电流是相对的，因此增加第一偏压点N1的电流实际上就等同于减少第二偏压点N2上的电流。同样地，增加第二偏压点N2的电流实际上则等同于减少第一偏压点N1上的电流。因此，一般来说，当选择将第二电流控制电路1141至114Y中的部分第二电流控制电路启动时，就会同时将第四电流控制电路1241至124Y保持在停用状态，以避免第二参考电流Iref2及第四参考电流Iref4互相抵消。相似地，当选择将第四电流控制电路1241至124Y中的部分的第四电流控制电路启动时，第二电流控制电路1141至114Y则会被停用。

在步骤S210中，在判断要启动第二电流控制电路1141至114Y或第四电流控制电路1241至124Y之后，便可进一步选择应启动的第二电流控制电路1141至114Y或第四电流控制电路1241至124Y的对应数量。在有些实施例中，偏压补偿装置100可以逐步增加第二电流控制电路1141至114Y中被启动的第二电流控制电路的数量以逐步提高第一偏压点N1的电流，或逐步增加第四电流控制电路1241至124Y中被启动的第四电流控制电路的数量以逐步提高第二偏压点N2的电流，以寻求能够将本振泄漏降至最低的电流控制电路组态。

图3是本发明一实施例的混频器M1的本振泄漏(LO leakage)及偏压补偿装置100启动电流控制电路组态的关系图。在图3中，偏差电流IOS的实际值可例如为280μA，而每一个第四电流控制电路1241至124Y所产生的第四参考电流为100μA。在此情况下，当偏压补偿装置100逐步将第四电流控制电路1241至1243启动时，由于第四电流控制电路1241至1243所产生的部分参考电流Iref4会与偏差电流IOS相抵消，因此本振泄漏的数值会逐渐降低。然而当偏压补偿装置100将第四电流控制电路1241至1244都启动时，则会过度补偿，反而使得本振泄漏的数值提升。在此情况下，偏压补偿装置100便可在步骤S210中选择仅启动第四电流控制电路1241至1243最为适当的组态，以对偏差电流IOS进行初步的补偿。

在步骤S220中，也可以按照类似的原理，逐步增加第一电流控制电路1121至112X中被启动的数量以逐步提高第一偏压点N1的电流或逐步增加第三电流控制电路1221至122X中被启动的数量以逐步提高第二偏压点N2的电流来做进一步的补偿。

由于对混频器M1而言，第一偏压点N1及第二偏压点N2的电流是相对的，因此在将第一电流控制电路1121至112X中的部分第一电流控制电路启动时，第三电流控制电路1221至122X将皆被停用，以避免第一参考电流Iref1及第三参考电流Iref3互相抵消。相似地，在将第三电流控制电路1221至122X中部分的第三电流控制电路启动时，第一电流控制电路1121至112X将皆被停用。

在图3的实施例中，第一参考电流Iref1及第三参考电流Iref3可约为25μA。在此情况下，当越多的第三电流控制电路1221至122X被启动时，混频器M1的本振泄漏的数值将会随着提升，而当第一电流控制电路1121被启动时，混频器M1的本振泄漏的数值为最低，当第一电流控制电路1122也被启动时，则混频器M1的本振泄漏的数值又开始提升。在此情况下，偏压补偿装置100便可在步骤S220中选择仅启动第一电流控制电路1121以完成对偏差电流IOS的补偿。

由于偏压补偿装置100可以先利用能够产生较大电流的电流控制电路来进行初步的补偿，再根据初步补偿的结果，利用产生较小电流的电流控制电路来做进一步的补偿，因此偏压补偿装置100能够快速地决定应启动的电流控制电路及其数量，以达补偿偏压的效果。此外，通过多段式的补偿，也可以减少电流控制电路的数量及面积。

举例来说，若系统要求偏压补偿装置100在一特定范围内提供32阶大小不同的补偿电流，则可将X设定为7，Y设定为3，此时第一偏压模块110及第二偏压模块120即各包含共10个电流控制电路。然而，若使用单一段的补偿，亦即所有的电流控制电路都只能产生相同大小的参考电流，则同样为能提供32阶的补偿电流，其偏压补偿装置中的两个偏压模块就需要各包含31个电流控制电路。相较之下，偏压补偿装置100不仅可以缩小面积，同时也可以减少寄生效应，保持补偿效果。

在偏压补偿装置100中，第一偏压模块110及第二偏压模块可分别包含产生两种不同参考电流的电流控制电路，因此在补偿偏压时是以两阶段的方式进行补偿。然而在有些其他实施例中，偏压补偿装置还可以根据系统的需求而包含能够产生更多不同参考电流的电流控制电路，并以更多阶段的方式进行补偿。

此外，由于工艺上无法控制的因素，第一电流控制电路1121至112X实际上所产生的第一参考电流Iref1可能略有差异。在此情况下，为了确保在补偿偏压的过程中，启动1121至112X的电流都能持续增大且连续，因此，1121至112X的每一个单元电路，在布局上需相同，避免不同单元电路的Iref1有剧烈变化，结果造成启动电流电路越多，总电流反而降低的情况，进而影响补偿。同时也可以避免在切换第一电流控制电路1121至112X的过程中，造成偏压不稳定而影响系统的操作。同样地，所有电路控制电路都能以此类推。

再者，由于第二电流控制电路1141至114Y所产生的第二参考电流Iref2也可能略有差异，因此在有些实施例中，第一偏压模块110可包含较多数量的第一电流控制电路1121至112X，使得第一电流控制电路1121至112X所输出的第一参考电流Iref1的总电流大于单一个第二参考电流Iref2。举例来说，若第二参考电流Iref2设定为100μA，而第一参考电流Iref1设定为25μA，则第一偏压模块110可包含5个第一电流控制电路1121至1125，亦即X可为5。如此一来，例如当第二电流控制电路1141所产生的第二参考电流Iref2较小时，例如实际上仅有75μA，通过5个第一电流控制电路1121至1125，仍然能够提供接近至200μA的电流，以确保在每个阶段都能维持足够的精确度。同理，第二偏压模块120也可包含较多数量的第三电流控制电路1221至122X，使得第三电流控制电路1221至122X所输出的第三参考电流Iref3的总电流大于单一个第二参考电流Iref2。

在图1的实施例中，第一电流控制电路1121至112X及第三电流控制电路1221至122X的可具有相同的总数量X，而第二电流控制电路1141至114Y及第四电流控制电路1241至124Y可具有相同的总数量Y。然而，在有些实施中，根据系统的需求，第一电流控制电路的总数量可与第三电流控制电路的总数量相异，而第二电流控制电路的总数量可与第四电流控制电路的总数量相异。

图4是本发明另一实施例的偏压补偿装置300的示意图。偏压补偿装置300与偏压补偿装置100具有相似的结构，并且可以根据相似的原理操作。然而，偏压补偿装置300还可包含电阻R1及R2。

电阻R1具有第一端及第二端，电阻R1的第一端耦接于第一偏压点N1，而电阻R1的第二端耦接于系统电压端NV1。电阻R2具有第一端及第二端，电阻R2的第一端耦接于第二偏压点N2，而电阻R2的第二端耦接于系统电压端NV1。在此情况下，通过调整第一偏压模块110及第二偏压模块120所输出的电流大小，就能够调整电阻R1及R2的端电压，进而达到调整第一偏压点N1及第二偏压点N2的电压。如此一来，偏压补偿装置300就可以用来补偿差动放大器A1的输入端的偏差电压VOS。在有些实施例中，方法200也可应用于偏压补偿装置300以对偏差电压VOS进行补偿。

综上所述，本发明的实施例所提供的偏压补偿装置及操作偏压补偿装置的方法可以利用多段式的方式来补偿偏压，因此够快速地完成补偿，同时也可以减少电流控制电路的数量及面积，并减少寄生效应。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

【符号说明】

100、300 偏压补偿装置

110 第一偏压模块

120 第二偏压模块

1121至112X 第一电流控制电路

1141至114Y 第二电流控制电路

1221至122X 第三电流控制电路

1241至124Y 第四电流控制电路

116 第一主电流源

126 第二主电流源

CS1、CS2、CS3、CS4 参考电流源

SW1、SW2、SW3、SW4 开关

N1 第一偏压点

N2 第二偏压点

M1 混频器

IOS 偏差电流

Iref1 第一参考电流

Iref2 第二参考电流

Iref3 第三参考电流

Iref4 第四参考电流

Im1 第一主电流

Im2 第二主电流

200 方法

S210至S220 步骤

VOS 偏压

R1、R2 电阻

NV1 系统电压端。

Claims (10)

1.一种偏压补偿装置，包含：

一第一偏压模块，耦接于一第一偏压点，该第一偏压模块包含：

多个第一电流控制电路，分别用以产生一第一参考电流；及

多个第二电流控制电路，分别用以产生一第二参考电流；

一第二偏压模块，耦接于一第二偏压点，该第二偏压模块包含：

多个第三电流控制电路，分别用以产生一第三参考电流；及

多个第四电流控制电路，分别用以产生一第四参考电流；

其中：

该些第一电流控制电路及该些第二电流控制电路耦接于该第一偏压点且互相并联；

该些第三电流控制电路及该些第四电流控制电路耦接于该第二偏压点且互相并联；及

该第二参考电流大于该第一参考电流，且该第四参考电流大于该第三参考电流。

2.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中该第一参考电流与该第三参考电流相等，且该第二参考电流与该第四参考电流相等。

3.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中该些第一电流控制电路的一总数量与该些第三电流控制电路的一总数量相等，及该些第二电流控制电路的一总数量与该些第四电流控制电路的一总数量相等。

4.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中该些第一电流控制电路所输出的多个第一参考电流的一总电流大于该第二参考电流。

5.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中：

该第一偏压模块另包含一第一主电流源，该一第一主电流源与该些第一电流控制电路及该些第二电流控制电路并联，并且用以产生一第一主电流；

该第二偏压模块另包含一第二主电流源，该一第二主电流源与该些第三电流控制电路及该些第四电流控制电路并联，并且用以产生一第二主电流；及

该第一主电流与该第二主电流相等。

6.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中：

当该些第二电流控制电路中有一第二电流控制电路被启动时，该些第四电流控制电路皆被停用；及

当该些第四电流控制电路中有一第四电流控制电路被启动时，该些第二电流控制电路皆被停用。

7.根据权利要求6所述的偏压补偿装置，其中：

当该些第一电流控制电路中有一第一电流控制电路被启动时，该些第三电流控制电路皆被停用；及

当该些第三电流控制电路中有一第三电流控制电路被启动时，该些第一电流控制电路皆被停用。

8.根据权利要求1所述的偏压补偿装置，其中每一第一电流控制电路包含：

一第一参考电流源，用以产生该第一参考电流；及

一第一开关，与该第一参考电流源串联，用以被导通或截止以使该第一电流控制电路启动或停用。

9.一种操作偏压补偿装置的方法，该偏压补偿装置包含一第一偏压模块及一第二偏压模块，该第一偏压模块包含多个第一电流控制电路及多个第二电流控制电路，该第二偏压模块包含多个第三电流控制电路及多个第四电流控制电路，该些第一电流控制电路及该些第二电流控制电路耦接于一第一偏压点且互相并联，及该些第三电流控制电路及该些第四电流控制电路耦接于一第二偏压点且互相并联；及

根据欲补偿的一偏压值启动一第一对应数量的该些第二电流控制电路或该些第四电流控制电路以初步补偿该偏压值；及

根据初步补偿后的该偏压值启动一第二对应数量的该些第一电流控制电路或该些第三电流控制电路以再次补偿该偏压值；

其中：

每一第二电流控制电路所产生的一第二参考电流大于每一第一电流控制电路所产生的一第一参考电流，且每一第四电流控制电路所产生的一第四参考电流大于每一第三电流控制电路所产生的一第三参考电流。

10.根据权利要求9所述的方法，其中该第一参考电流与该第三参考电流相等，且该第二参考电流与该第四参考电流相等。

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