TW200832890A - Ratio-independent switched capacitor amplifiers and methods of operating ratio-independent switched capacitor amplifiers - Google Patents

Description

200832890 斗 pn.doc 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明疋關於切換電谷（switched capacitor，SC )放大 為'，且更特定言之是關於能夠以高速操作之比率無關sc 放大器。 【先前技術】 比率無關放大器用以雙倍放大（亦即，以增益2放大） f) 兩個輸入信號之間的差，而與不匹配電容比率無關。舉例 而言，習知SC放大器中之兩個電容器可經設計以具有_ =一之比率。然而，歸因於設備容許度之誤差，可能難以 貫現一比一之精確電容比率。結果，習知sc放大器可能 無法輸出精確增益之放大信號。因此，比率無關sc放大 為機制提供可能可以無視設備容許度而輸出具有雙倍增益 之放大信號的電路。 比率無關切換電容放大器可用於需要具有雙倍增益之 t 放大态的電路中。舉例而言，在一般的情況下，循環類比 J 數位轉換器（cyclic analog-digital converter)及/或管線式 類比數位轉換态（pipeline analog-digital converter)可包括 放士為電路。循環類比數位轉換器及/或管線式類比數位轉 ，為可使用比率無關切換電容放大器，以便雙倍放大輪入 k號之間的差。 —_習知比率無關切換電容放大器可包括運算放大器、電 谷為以，反饋電容器。儘管圖式中未展示，但是電容器連 接至運异放大器之反向端子，且反饋電容器連接至放大器 7 200832890 乙 丄.doc 之輸出端Μ形成反饋迴路。 比¥幾關切換雷交访士 之輸入電壓取樣/充電，且在;在f-階段對取樣電容器上 電壓（或電荷）放電。亦即：【:段對取樣電容器之充電 ;-中戶，之電荷發送至反饋電；：階:期間，取樣電容 階段再次在取樣電容器中充^ 4，輸入電堡在 子：電荷在第四階段放電至反饋；取:羨電容器中所儲 之方法，比率無闕切換電容二二:。。根據以上所描述 電屢之雙倍電荷，且結果；；放/電=在電命容器令儲存輪入 比率無關切換電容放大哭 ^电何之雙倍增益。 括兩個取樣階段，以便獲取;要，作階段，包 能f有劣勢：也就是說它可能f知方法可 運异之操作。 Ό ;需要高逮放大器 【發明内容】 器，共一種比率無關切換電容放大 i入電壓作為第一取樣電壓且在截斷置成取樣第 ，隔期間加倍第一取樣電壓的位準壓之時 成取樣第二輸入電壓作為第二取樣電；路配置 電壓之時間間隔期間加倍第I取樣電斷第二輸入 口倍之"物 容放 作為弗—取樣電 200832890

z.J^UH-pii.doC 壓；取樣第二輸人電壓作為第二取 入電壓之時間間隔_加倍第一取ς ’在_弟—輪 第二輸入轉之時間間隔期間加倍第4:::之Ξΐ斷 以及輸出第-取樣電壓與第二取樣電髮之’， 器之=明2=實施=供操作比率無關切ί電容放大 盘第反^$·取輸人錢作為第—取樣電壓 取樣第二輸人電壓作為第二取樣電壓與

ο 截斷第—輸人電壓之時間間隔期間反饋 弟评.。：壓以加倍第—取樣電壓之位準；在截斷第二輪 ^祕之％間間隔期間反饋第二反向電壓以加倍第二取樣 之位準’以及輸出第—取樣電壓與第二取樣電壓之間 的 。 【實施方式】 、本發明之貫施例現將參看展示本發明之實施例的隨附 圖式在下文中更充分地描述。然而，本發明可以許多不同 开>式具體化且不應理解為限於本文中所闡述之實施例。實 情為’提供此等實施例使得本揭示案將為透徹且完全的， 且將向4習此項技術者充分傳達本發明之範轉。相似數字 貫穿全文指代相似元件。 應理％，儘管術語“第一”、“第二”等等可在本文 中用以描述各種元件，但是此等元件不應受此等術語限 制。此等術語僅用以將一元件與另一元件區分開。舉例而 言，在不脫離本發明之範疇的情形下，第一元件可稱作第 —元件’且類似地，第二元件可稱作第一元件。如本文中 9 200832890 zawjjijL.doc :匕用吾及/或”包括所關聯之列舉項中之-或多者 的任何以及所有組合。 不μ=11使用之術語僅用於描述特定實施例之目的且 不人限制本餐明。如本文中所使用，單數形式“一，，及 述’牛=亦包括複數形式，除非本文料明確指示。應進 文中使用術語“包含，’及/或“包括，，時， Ο /曰巧述特徵、整數、步驟、操作、元件及域組件之存 亓株一Γ:排除—或多個其他特徵、整數、步驟、操作、 件、、轉及/或其群社存在或添加。 科與義，本文中使用之所有術語（包括技術及 之二因咅至/、與一般熟習本發明所屬之技術者通常理解 為呈應2^步理解’本文巾所使狀術語應解釋 義i不i,本說明書上下文中以及相關技術中一致的意 化或過於正式之意義來解釋，除非本文中 電容===發明之―些實施例之比率無關切換 如以及第二取樣電^ 電路1G、第—取樣電路 部分可包括第—取樣部分2G1、第二取樣 括楚：¾祥4乐反饋部分203,且第二取樣電路30可包 八训^二邛刀301、第四取樣部分302以及第二反饋部 乐一取樣部分2〇1以及第二取樣部分2〇2分別由 10 200832890 jju.doc 輸入電壓 mp啟動且連接至接地電壓gnd。第三取樣邻 以及第四取樣部分3〇2分別由輸入電μ腦啟動^ 連接至接地電壓GND。輸入電壓v朦以及v酬可具有相 同振幅及差分相位（differentia〗沖咖）。 〇 〇 卜第取樣部分201可包括第一取樣電容哭C1A (以 簡稱為取樣電容器）以及開關SA、S1A與S2:，且第一 ，分則可包括第三取樣電容器C1A，B 電容器）以及開關SA,、S1A，與S2B _=冉為取樣 樣電容器C1B (以下簡稱二=二2:2 取才U ^與S2A ’且第四取樣部分302可包括第以 取松电mC1Bi(以下簡稱為 G括昂四 S1B’與S2A，。 包谷為）以及開關SB，、

可包括第二反饋 及開關Slf與§2 C1A 第一反饋部分203可包括第一 稱為反饋電容器）以及開關si 饋電—谷〶C2U下簡 可包括第二容器C2,（以下μ且第二反饋部分303 下間％為反饋電容器）以 第-取樣電路20以及第 、似|，咖：::樣電路3()中之電容哭 第一取樣電路20以及第及以可具有相同電^ 於輸入電壓vINp以及㈣分別同時·;庫 與第三取樣部分301:=乍。因^ 分302，以及第 部分202與第：刀

Fin 士朽从 頌邻分203蛊笙 布四取樣部 同日4作。因為第—取樣 ^二反館部分303 操作，所以開® Sb S2、SA第二取樣電路30同日^ 、SlA、S1B、S2A^ 200832890 z^yoH-pn.doc S2B 分別操作相應開關 si，、S2,、SAf、SB，、SlAf、SIB，、 S2Af以及S2B，。詳言之，開關SI與開關SI，，開關S2與 開關S2f ’開關SA與開關SAf，開關SB與開關，開關 S1A與開關siAf，開關S1B與開關S1B’，開關S2A與開 關S2A’ ’以及開關S2b與開關S2B’分別同時操作。 當第一取樣部分201以及第三取樣部分301分別回應 於相應輸入電壓vINP以及νΙΝΜ而啟動時，第二取樣部分 〇 202以及第四取樣部分302不活動。當其分別由輪入電壓 νΙΝΡ以及vINM啟動時，第一取樣部分201以及第三取樣部 刀301取才水相應輸入電壓以及vinm。此時，電荷在第 反饋部分203以及第二反饋部分303中被誘發。所誘發 之電荷與在第一取樣部分2〇1以及第三取樣部分301中^ =電荷在數量上等同且具有相對於第-取樣部分· 〇 部分一 3。3中之電荷=作 然後’截斷輸入電壓νΙΝΡ以及V 〇 ^ 部分203以及第二反饋部分3〇3=二別第一反饋 至第—取樣部分2〇1以及第三取樣部f =何分別經放電 執行取樣操作之第二取樣部分202以^中。此時，未 可將其中儲存之任何電荷（ 弟四取樣部分302 放電至接地電壓GND。 由先说取樣操作）分別 口此，對應於輸入電厭 < vmp以及v ^ INM之電荷的雙倍 12 200832890 z^yo^pn.doc 虿借助於分別自第一反饋部分203以及 提供的電荷在第-取樣部分2〇1以及第三取樣貝3 303 充電。第一取樣電壓藉此加倍。 口P刀〇01中 Π 差動放大器電路10可經由其非反向輸出姓 向輸出端子（+,·)輸出第一取樣部分201 A第2及反 則中電Μ之間的差。此時，來自差動放大^二取，部分 星為輪人電壓VINP與V麵間差距的兩倍^路1 = 關切換電容放大器⑽雙倍放大輸人電壓 匕千無 經由非反向端子以及反向端子輸出經放大之且分別 =率無關切換電容放大器100可具有雙倍增二=， 2電路K)之敍向端扣及反向射處纽動/ 共V〇M可具有相同振幅及差分相位。 。唬V〇Ji 電题取樣部分201以及第三取樣部分301之輪入 包反之取I，第二取樣部分202以及第四 ί入 別回應於相應輸入電壓VINP以及V 77 302分 挺“' 入v INM叫级動，日楚 _ =分咖以及第三取樣部分_不活動 $ V-以及VlNM啟動之第二取歸2〇2以及 =分，取樣相應輸人電壓VlNp以及v_ _ = 昂一反饋部分203以及第二反饋部分3〇3 电何在 Ϊ饋部分2。3以及第二反饋部分3。3中所誘發J電 ^I取ΐ部分202以及第四取樣部分3〇2中充電之 =上等同且具有械於後者之相反極性。對庫於= ^分2。2以及3〇2中電荷的電壓稱作第二取樣電 射應於各別反饋部分2G3以及3Q3中之電荷的電 13 200832890 ^j^onpii.doc 二反向電壓。 隨後’截斷幸命入電厣ν以;？ ν 部分203以及第；反」ΝΡ ΙΝΜ’且各別第一反饋 二取樣部分^電荷分別、經放電至第 輸入電壓νΙΝΡα及V 二:02中。因此’對應於 部分2-及第，取 Ο ο 其中之任何電荷分別可將儲存於 向輸非反向輪出端子以及反 孕月!]出弟-取樣部分209 &结 302中電壓之_差。此時，來自差動二四取，部分 壓為輸入電壓VINp以及v 了路10之電 關切換電容放大器100雙倍放大。亦即，比率無 經由非反_端子《^^==_且相 號。因此，比率無關切換電容放 子^出經放大之信 來自差動放大料路1G之可具錢倍增益。 號V0P以及V〇M可呈有相同^向知子以及反向端子之信 如以上所述，根===分相位。 容放大器100可回應於第一#只轭例之比率無關切換電 可經由第一取樣部;201 以及第二輸入電壓足 饋部分203與第二反饋部分3〇3執；^ 以及第—反 -放大操作以獲取雙倍增益。不:二：樣刼作以及第 中儲存之電荷可在第—放大 ^電路2〇2以及3〇2 _。然後，比率無關切換木:期間放電至接地電《 、电奋放大器】00回應於第—輪 14 200832890 avo4pii.doc 入電壓以及第二輪人電堡 取樣電路302以及第—及心^弟—取樣電路202與第四 執行第二取樣择作 ^ 77 2(^與第二反饋部分303 取樣電請 e〇 , Ui甲储存之電荷可名笙-乂 間放電至接地電壓放大操作期 作。 叫心二取樣以及放大操 η 因此，比率無關切換電容放哭 J階段M-放大階段中雙倍放场二;配二取 是。比率無關切換電容放大器i 虎7屯堡之間的 敌大階段以雙+ • 使用一取樣階段以及〜 !白权以又L放大輸入電壓/信號之 據本發明之實施例之比率無關切換電容放^ 艮 用兩個階段(-取樣階段以及一放使 理輪入信號。 以又）以較南速度處 例之:ί 了將S看圖2至圖6Α描述根據本發明之-歧實施 例之比率無關切換電容放大器的詳細操作。 序圖圖中所說明之比率無關切換電容放大器之時 換用於描述如圖1中所說明之比率無關切 展；=22一取樣操作的切換狀態之圖。圖3α為 m專圖中所展不之電路的電路圖。參看® 2、圖3 =圖3Α更充分地描述比率無關切換電容放大器 取樣操作。 在執行圖2中說明之時間間隔八中之取樣操作的狀况 ’比率無關切換電容放大器、100的開關Sb S1A以及 15 200832890 SA閉合（亦即，開啟）且其開關S2、SB、SIB、S2A以 及S2B斷開（亦即，關閉）。因此，第一取樣部分2〇1中 之取樣電容器C1A之一末端經由開關S1A連接至輸入電 壓VINP ’且其另一末端經由開關SA連接至差動放大器電 路10的反向輸入端子。取樣電容器C1A之另一末端經由 開關SA以及S1連接至第一反饋部分203中之反饋電容器 C2的一末端。 f'

弟一反饋部分203中之開關S1分別連接至反饋電容 益C2之兩個末端。反饋電容器C2之一末端連接至差動放 大器電路10之反向輸入端子，且反饋電容器C2的另一末 端經由開關S1連接至差動放大器電路1〇之非反向輸出端 子。亦即’反饋迴路經由反馈電容器、C2形成，且節點^ 即，非反向輸入端子）變為虛接地。 ，由此種配置方式，當第一取樣部分2〇1回應於輸入 4 vINP而啟動時，對應於輸入電壓、之電荷Q1在 一取樣部分201之取樣電容器C1A中 二：的反饋電容器C2具有與取樣^ 荷充電。第一反饋部分2。3之反饋電 樣ΐ二cn之電荷是歸因於第1樣部分加的取 電题/以麵^何Φ，使得反饋電容器C2藉由輸入 电I vINPu與取樣電容哭CM中 充電。 ασ Ql相同量的電荷Q2 若輸入電壓VINP為正電壓，則第 電電荷Q1之取樣電容哭Γ1Λ Μ ^取杈。卩分201中充 M C1A的—末端變為正，且取樣電 16 200832890 丄丄.doc 容器C1A的$ i h丄么 端變為負，二？端變t。因為電容器C1A之另-末 亦即，與取^乐一反饋电M C2之另一末端變為正， 一;5供都、π毛容器C1A的另一末端之極性相反。因為第 所；=之反饋=器C2之另一末端變為正， ο ο 分201之取/ 的一末知變為負。因此，第一取樣部 反鑛恭六πσ ^电谷器C1A中之電荷與第一反饋部分203的 極性中之電荷在數量上等同且具有與其相反之 分2^ 2樣If施與第三取樣部分301，第二取樣部 娜作。因此，在比 认閉合（亦即，開啟），且開關δ2,、==1Βδ1ΑΙ以及 及S2B，斷開（亦即，關閉）。 S1B、S2A'以 第-取樣部分3G1中之取樣電容器cia 刀3〇3中之反饋電容器a,關於輪入 一反饋 二取樣電路30中的開關sr、S2I、：:μ回應於第 ^以及S2B’之_/關狀態之充電 U、SlB，、 ，C1A以及反饋電容器C2關於輪二^取樣電容 樣電路20中的開關8卜S2、 回應第〜取 ，及S2B之開啟/關閉狀態的充 A、S1B、以 塵了娜以及具有相咖^作；^^為輪入電 Λ§為守，輸入電壓v_為負。若於A~J^當輪 負，則㈣輪狗吻㈣ 取棣電容器 17 200832890

z.jywpu.d〇C C1A,’之一末端變為負，且另一末端變為正。因為電容器 C1A之另一末端為正，所以第二反饋部分中之第二反 饋電f器C2’之另一末端變為負，與取樣電容器cu，的另 一末端之極性相反。因為第二反饋部分3〇3中之反饋電容 器C2’之另一末端變為負，所以反饋電容器C2，的一末端變 為正。 Ο ο 因此，第三取樣部分301之取樣電容器C1A，以對應於 輸入電麼vINM之電荷Q1充電，且第二反饋部分3〇3中的 反饋電容器C2’與取樣電容n C1A，中之電荷Q1極性相反 j取樣電容器C1A，中之電#Q1在數量上㈣ 充電。 兩容:描述如圖1中所說明之比率無關切換 ΐ箄兮操作的切換狀態之圖。» 4Α為展 不寻效於圖4中所展示之電路的電路之圖。 更充分地描述比率無關切換電容;咖圖一 下，之放大操作的狀況 SI、SB、、Mu 一 '' P 開啟），且開關 因此，第一 及S1B斷開（亦即，關閉)。 弟反饋口^分203中之而個p弓戸目 至第二反饋電容哭m… 個開關S2分別連接 .C2之兩個末端。第二反饋雷 -末知經由開關S2連接至差動放大哭 二奋即C2之 端子，且第二反饋電容器C2的另之反向輸入 至接地電壓GND。第二反 而^由開關S2連接 、谷扣C2之一末端經由開關 18 200832890 二丄.doc S2以及SA連接至第一取樣部分2〇1 +

⑽的另—末端。因為第-取樣電容器C1r^t電容器 開關S2A連接至非反向輪«子且第-取端；^ 之另一末端經由開關SA連接至差 奋态C1A ::端子’所以差動放大器電路1()經由第

C1A形成反饋迴路。此時，第三取樣部分 MM 〇 S2A分別連接至取樣電容器⑽之兩個各別末==開關 ^^⑽的兩個末端分難由《似連接至接^ 電容;取樣 比數旦笙闩丄貝丨刀2UJ之弟一反饋電容器C2相 里寻R且極性相反之電荷充電 之=下，第-取樣部分中之第-取樣電容二 中:ί為：^2一末端為負。因此，第-反饋部分203 ::乐一反饋電容HC2之另一末端以正電荷充電， 饋電容器似的另—末端之電荷相反，且第 末!為負。在此狀況下，在比率無關切 C2 ^ 之第一放大刼作期間，第二反饋電容器 另末)而處的正電荷經由開關S2放電至接地電题 二反饋電容器C2之另一末端處之正電餘 —關$放电至接地電壓GND，所以第二反饋電容器c2 ，-末端處之負電荷經由開關S2以及认放電至第 =分201的第一取樣電容器C1A。亦即，第二反饋電容^ 之一末端處之負電荷經由開關S2以及SA轉移至第一 19 200832890 zjyo^+pii.doc 取稼邵分2U1的 器ClΑ以來自第二反饋電^ ^ ^第—取樣電容 一取樣電容器C1A中之電才/Ό之、包何供應，所以第 容，竭第一取樣操;乍期 之電％ Q1的兩倍。 水包谷态C1A中 第一取樣部分201與筮二 分202與第四取樣部分3 77 301，第二取樣部 Ο ϋ 二反饋部分303分別同時操作以^一?部分203與第 容放大器ΚΚ)之第-放大操作期=第二m無關切換電 關S2f、S2A，以及SA’閉合（亦 木x电路3〇之開 S1A，、S2B，以及 S1B，斷（^，開啟），且_ S!，、SB,、 + ώ # Μ (亦即，關閉）。 自弟二反饋部分3〇3之及_恭六 根據第二取樣電路3〇中之 貝包合裔C2’放電的電荷 S1B,、S2A，以及 沾歼關 Sr、S2，、SA，、S；B,、SlA，、 乂及S2B的開啟/關 、 301之取樣電容器C1A，中充4 第三取樣部分 分203少口細 毛之知作類似於自第一 g处 : 之反饋電容器C2放電的電 ：反饋部 中之開關S卜S2、SA、沾何根據弟-取樣電路20

之開啟/關閉狀態在第_取样A、S1B、S2A以及S2B 中充電之操作，但相位相反201的取樣電容器C1A ，此’因為第三取樣部分朗 弟一反饋部分3〇3之；5供命… 松电谷為〇1八’以自 所以繁 貝琶各器C2f放電的電荷⑺，亡 所以乐二取樣部分3〇 包何Q2充電， (Q1，+Q2-) 作期間第-㈣Γ/ 換電容放大器的第-取^ 罘一取樣部分3〇1之Β^兰 取本Κ才呆 1之取才永電容器C1A>中的電荷以， 20 200832890 zjyoH-pu.doc 的兩倍。 結果，在比率無關切換電容放大哭 作期間取樣電容器ciA以及cia，中：弟一放大操 切換電容放大哭]⑽的筮 ，何篁為比率無關

弟一取樣刼作期間取樣雷究哭 以及CU，中之電荷量的兩倍。 Ham C1A 在比率無關切換電容放大器1〇〇 間，差動放大器電路10之反向輸入端：：放大操作期 Γ Ο 子經由第-取樣部分20 輸出端 路，且非;i a认 馆书谷态C1A形成反饋迴 分3〇1之人端子以及反向輸出端子經由第三取樣部 =01之叫電容器C1A，形成反饋迴路。因此，差動 容器C1A:X及C1A，之電壓差分別輸出 大器及反向輸出端子。此時，來自差動放 :私 之電壓為輸入電壓VlNP與輸入電壓vINM之間 丄ί之兩倍。亦即，比率無關切換電容放大器刚雙倍放 V雨入％壓νΙΝΡ與輸入電壓％刚之間的差且分別經由非 反向輸出端子以及反向輸出端子輪出經放大之信號。因 此，比率無關切換電容放大器1〇〇具有雙倍增益。來自非 反向輸出端子之信號ν〇ρ具有與來自反向輸出端子之信號 ν0Μ相同之振幅以及相反的相位。 比¥恶關切換電容放大器1〇〇經由圖2中說明之時間 間隔A内之一取樣操作以及一放大操作雙倍放大輸入電壓 虎之間的差。為雙倍放大輸入電壓/信號之間的差，放 大态1〇〇使用一取樣操作以及一放大操作。此意謂，因為 經由兩個階段獲取雙倍增益，所以在一些實施例中可能以 21 200832890 丄.d〇c 南於習知切換電容放大器之速度處理輪入信號。 弟放大操作之後，比率操關切換電容放大哭】〇〇 描叙取雜仙聽大射。“，料^ =,ίΑ以及C1A，在第一放大操作之結束時被充電， Μ αΑ Μ αΑι中之電荷可在取樣之前放 屯放大刼作可使用取樣電容器C1A以及C1A，再次准行。 η 因此，在時間間隔A中之第一放大操作期間，比率無 咸切換電容放大器刚經由開關S2A將第二取樣部分搬 取才水黾谷态C1B中的電荷放電至接地電壓gnd且經由 ，關S2A將第四取樣部分3〇2之取樣電容器⑽，中的電荷 ^至接地電壓GND。然後，在放大器HK)之第二取樣操 d間卩使用在放大器1〇〇之第一放大操作期間經放電 =樣電容器⑽以及⑽。此情形將在下文中更充分 孑田° 圖5為展示用於描述如圖】中所說明之比率無關切換 G =放大器之第二取樣操作的切換狀態之圖。圖5A為展 轉效於圖5中所展示之電路的電路圖。參看圖2、圖5 乂及圖5A更充分描述比率無關切換電容放大器之第二取 樣操作。 在執订圖2中說明之時間間隔BA中之第二取樣操作 令狀況下，比率無關切換電容放大器⑽關關§卜仙 M及SB閉合（亦即，開啟）且其開關S2、SA、S iA、S2A 由及々f2B斷開（亦即’關閉）。因此，第二取樣部分202 之第取检包谷态C1BA的一末端經由開關S1B連接至 200832890 jyofpu.doc 輸入電壓νΙΝΡ，且其另_末端經由開闕s 大器電路W的反向輸入端子。取樣電容器c== 端亦經由開關SB以及S1連接至第一 =ϋ 二反饋電容器C2的一末端。裳一只辟加、 J中之弟 SI 反饋邛为203中之開關 刀別連接至弟二反饋電容器C2之兩個各別末 η ο 反饋電容器C2之-末端經由開關幻連接至 路1〇之非反向輸出端子，且第二反饋電容器J t = :經由開關S1連接至差動放大器電路ίο之反:;:ΐ ::亦即，反饋迴路經由第二反饋電容器C2形成：： 二(亦:二非反向輸入端子)變為虛接地。藉由心 ‘ 回應於輸入電壓1而啟動 之第毛屋VlNP之電荷Q1在第二取樣部分2: ，弟-取樣電容器C1B中充電，且第—丨刀2〇2 ，反饋電容器C2以具有與第—取樣二中的 何Q1相反極性的誘發電荷充電 之電 電容器。中所誘發之電荷是歸=1:卜第 壓VINP以與第—好t弟一反饋笔谷器C2藉由輪八電 汲充電。〜樣電容器C1B中之Q1相同量的電： 在輸入電壓VINP為 202中之充電電荇ηι % 土之f月开^下，弟二取樣部八 為正，且Q1之第-取樣電容器cm的一才上 取樣電容器C1B的另一太浐妈盎名 而變 樣電容器C1B , 末而、交為負。因為取 中之第端變為1 ’所以第—反饋部分^ 弟—反饋㈣^另—末物正，亦即= 23 200832890 z^yo^pn.doc 樣電谷态C1B的另一末端之極性相反。因為塞- ,、v巾一"欠館雷交 器C2之另一末端變為正，所以第二反饋電容器的一 端變為負。因此，第二取樣部分202之第一取樣電容哭= 中之電持與第一反饋部分203的反饋電容器c2中的n 在數量上等同且具有與其相反之極性。 私何 Ο ο 第一取樣部分201與第三取樣部分3〇1，第二 分202與第四取樣部分302，以及第—反饋部分= 二反饋部分303分別同時操作。因此，在比率拖= 容放大器·之第二取樣操作期間，開關化仙，^ SB，閉合（亦即，開啟），且開關幻，mu， 及 及S2B’斷開（亦即，關閉）。 ’以 邻八ΐη:樣部分302中之取樣電容器⑽以及第二反饋 =303巾之反饋電容器C2，關於輸入電壓、」 樣笔路30中的開關sr、S2,、SA，、张、㈣§讯；： ^及巾伽’之開啟/關閉時之充電操作類綠第二取樣部八 ，二之取樣電容器C1B以及第二反饋部分2。3中以二 电谷裔C2關於輸入電壓VlNp 饋 開關Si'smw 乐取“路20中的 啟/門„ SlB、S2A以及S2B之鬥 啟/關閉之充電操作。然而，因為輸 之開 有相同振幅以及相反極性，所 书土 INp/、Vi_具 輪入電壓V圃為負。若輸；^，入電壓U為正時， 部分地巾充電電荷Q1之取樣為負’則第四取樣 負，且其另一末端變為正 I电谷為C1A’的一末端變為 端為正 ^ ’、、、 。口為取樣電容器C1A，之另—龙 所以弟二反饋部分地中之第二反饋電容器ct 24 200832890 zjyoH-pu.doc 之另一末端變為負鱼 、 相反。因為第1反饋部取樣電容器'C1A'的另—末端之極性 末端變為負，所以反 03中之反饋電容器C2,的另一 因此，第四取容器C2,的一末端變為正。 輸入電壓之電荷之取膽器cm'以對應於 反饋電容器C2,以與取樣電饋部分地中的 Ο

Cj =與取樣電容器⑽，中之電上相 充電。 a W甘妖里上寺冋的電荷Q2， 容放L: ί ::::二1:所，之比率無關切換電 效於圖6中所展示之電圖6Α為展示等 圖6Α更充分描述比率二^ ^圖^圖6以及 作。 谷放大态之第二放大操 士田執订在圖2中說明之時間間隔 =，開關s2、S2B以及SB閉 ^二放大操作 s^a、m、Sm«及S1B斷開(二 1二反饋電容器C2之兩個末端職接 一末端經由開關S2連接至差動放大 饋毛谷益C2之 端子，且第二反饋電容器C2的另一^路:之反向輸人 至接地電M GND。第二反饋電容哭^而二由開關S2連接 幻以及SB連接至第二取樣部^ =末端經由開關 的另—末端。因為第二取樣部分2〇2容器⑽ -末端經由開關S2B連接至非反向輸出端；:::心= 25 200832890 zjyoH-pn.doc C1B之另-末端經由開 反向輸入端子’所以差叙#連接至差動放大态電路10的 C1B形成反饋迴路。此日±巧電路1G經由取樣電容器 S2B分別連接至取樣電:二昂一取樣部* 201之兩個開關 C1A的兩個末端分別經二之兩個末端，且電容器 在比率無關切換電^:: i2 β連接至接地電壓_。 間，第二取樣部分202 ι〇0之第二取樣操作期 Ο Ο 餚部㈣的第二反饋 極性之電荷充電。在輪人電壓V·為正1= -反饋料203中之第為末端為負。因此，第 呆—反饋電容器C2的另一太pi# -取樣電伽B的另—末端 二另末， 反饋電容器C2之-末端為負。目反而為正，且弟二 在此狀況下，在比率無關切換電容 — 放大操作期間，第一反饋部分2〇3中之大扣1〇0之弟二 的另-末端處之正電荷經由開關器C2 GND。因為第二反饋電容器C2之另^至接地電壓 由開關s2放電至接地電壓GND，所、而處之正電荷經 之-末端處之負電荷經由開關S2以及犯:反:電容一器C2 部分202的第二取樣電容器cm。亦即，…=弟一取樣 C2之-末端處之負電荷經由開關幻巧^2饋電容器 取樣部分202的第-取樣電容器⑽ 移至第二 加之第-取樣電容器C1B以第二反饋電容樣部分 荷供應，所以第一取樣電容器αΒ中 之負電 <兔何（Q1+Q2)為 26 200832890 ZDyo^-pu.doc 比率無關切換電容放大器100的第二 樣電容器C1B中之電荷Q1的兩倍。①讀期間第-取 第一取樣部分2〇1與第三轉部分 — 分202與第四取樣部分3〇2，以及〜— ，弟二取樣部 Ο ο 二反饋部分303分別同時操作。因饋部分203與第 容放大器100之第二放大操作期間广=無關切換電 认閉合（亦即，開啟），且開關81,、=82’、似，以及 及S1B，斷開（亦即，關閉）。 、SlAf、S2B’以 此自第二反饋部分3〇3之反 即 Q2,根據第二取樣電路3〇中的開關^益C2’放電之電荷 似’、㈣、S2A’以及汹，之開啟/ 夂，SB’、 取樣部分302之取樣電容器cm, ϋ充電至弟四 饋部分如之反饋電容器C2放電之^作類似於自—第-反 電路20中的開關SI、S2、SA、SB电何Q2根據第一取樣 及咖之開啟/關閉狀態經充電至第二^=、SIB、S2A以 電容器C1B中之操作，但相位相反了因;部分202的取樣 部分302之取樣電容器α =，由於第四取樣 容器〇放電的電荷议充電弟戶;;反^部分撕之反饋電 電荷⑽简為比率無關切換電容=;電容器⑽中之 樣操作期間取樣電容器C1B，中的電荷二②刚之第二取 在比率無關切換電容放大器' 100之第之兩倍。 取樣電容器⑽以及C1B，中之放大操作期間 S'i" 100 B中之電荷量的兩倍。 包谷即C1B以及 27 200832890 幷 pii.doc ’κ 〇ρ分202的取樣電定哭ρ m 路，且非反向輪入子以 山raC1B形成反饋迴 分302之取樣電— 。輸出端子經由第四取樣部 器電路10將取:電== 饋二因此，差動放大 Ο ο =向輸出端子二反向輸出端子之=之：： 放大态電路10之雷廢 才木自差動 差距的兩倍。亦即 '為玄輪入_V•與輸入電壓VINM間 大輸入電屙v 1二干無關切換電容放大器⑽雙倍放 训、电/i VINp與輸入電壓 反向輸出端子β ΙΝΜ之間的差且分別經由非 反向輪出端子之雙倍增益。來自非 v⑽相同之振如及相自反向輪出端子之信號 1〇〇 儲存的電荷放ί至接部分201之取樣電容器⑽中 取樣部壓咖讀由_ s2A，將第三 電壓GND。 ⑽中儲存的電荷放電至接地 口此’比率無關切換雷 之時間間隔B内之_取樣操作以及：：==:中說明 入電壓/信號之卩η M装. 大紅作又倍放大輸 的差，為了雙倍放大輸入電魏號之間 謂，因為經由兩個階段獲取雙 及;， 又1口日皿所以可能以高速處 28 200832890

ZD^O^piI.doC 理輸入信號。 結果，比率無關切換電容放大器10 容器CM與C]AI以及反饋電容器C2與‘=二樣電 以及放大操作來獲取雙倍增益 執仃取樣細作 將取樣電容器C12B以及===電容放大器 GND，同時藉由使用取樣電容器w 电至接地電壓 ο u 2了與C2,進行放大操作。在下-階段，饋電 電容放大器100藉由使用經 又〜比率热關切換 C12故以及反饋電容器C2 之取^各器C12B與 作來獲取雙倍增益。比率益門仃f樣操作以及放大操 電容器C1A以及C1A，放:節刀奥電容放大器100將取樣 用取樣電容器C12B鱼地书屢GND，同時藉由使 行放大操作。然後/如圖/以^、反饋電容器C2與C2,進 放大器100重複時間間P 、斤兒月比率热關切換電容 操作。 以及B内之取樣操作以及放大 在圖式以及說明書中， 曰一 且儘管使用特定術語，作3 $麵示本發明之典型實施例， 義而非限制之目的:其僅用於-般性以及描述性意 闡述。 a的範疇在以下申請專利範圍中 【圖式簡單說明】 為提供本發明之進一 之 部分而包括在内的隨附:二理解且併入並構成本申請案二 在圖式中： _式說明本發明之某（些）實施例 圖1為》本發明之〜此 二貝她例之比率無關切換電容 29 Ο

200832890 Β寺序^。4 ^ 1中所明之比率無關切換電容放大器之 圊為展示用於描述如圖1中 、^ 電容放大器之第—好π兄牧比率無關切換 取木木作的切換狀態之圖。 圖3Α為展示箄对於 ^ 圖4為展示_ ^ ^所展技魏的電路圖。 放大器之第—放大1中所况明之比率無關切換 @ΛΛ ^ 呆作的切換狀態之圖。 圖4Α為展不等效於圖4中 圖5為展示用於，、十、士同斤展不之电路的電路圖。 用於#田述如圖1中所含穿明 電容放大器之第-取浐Τ ^兄月之比率無關切換 乐取袄知作的切換狀態之圖。 圖5A為展示等效於圖$切展示之 圖6為展示用於描述如圖1 々电路圖。 電容放大器之第二放大操作的切換狀態之圖率無關切換 圖6A為展示等效於圖6中所展示 【主要元件符號說明】 兒路的U路圖。 10 :差動放大器電路 20 :第一取樣電路 30 :第二取樣電路 1〇〇 ··比率無關切換電容放大器 201:第一取樣部如不活動取樣電路 2〇2 .第二取樣部分/不活動取樣 203 :第一反饋部分 301 ·第三取樣部分/不活氣 刀个，古動取樣電路 200832890. zjyoH-pn.doc 302:第四取樣部分/不活動取樣電路 303 :第二反饋部分 A :時間間隔 B :時間間隔 C1A :取樣電容器

ClAf :取樣電容器 C1B :取樣電容器

ClBf ··取樣電容器 ί、· C2 :反饋電容器 C2f :反饋電容器 GND :接地電壓 51 :開關 S1’ ：開關 S1A :開關 S1A’ ：開關 S1B :開關 U S1B’ ：開關 52 :開關 S2f :開關 S2A :開關 S2Af :開關 S2B :開關 S2Bf :開關 SA :開關 31 200832890 SAf ： 開關 SB : 開關 SB’ ： 開關 Vinm :輸入電壓 Vinp :輸入電壓 V〇M :信號 V〇p ·· 信號

L· 32

Claims (1)

1. 200832890 ZJ^unpu.doc 十、申請專利範圍： 1·種比率無關切換電容放大器，包含： 第一取樣電路，配置成取樣第一輸入電壓 松電壓且在其取樣之後加倍所述第一取樣電壓之位準； 弗—取樣電路，配置成取樣第二輸入電壓作為第二取 铋电壓且在其取樣之後加倍所述第二取樣電壓之位準；以 及 ’、 () "胃、差動放大器電路，配置成輸出所述經加倍之第一取樣 電壓與所述經加倍之第二取樣電壓之間的差。 2·如申請專利範圍第1項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第二輸入電壓具有與所述第一輸入電壓相 同之振幅以及相反相位，其中所述第一取樣電路以及所述 第二取樣電路配置成同時執行取樣操作。 3·如申請專利範圍第1項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第一取樣電路包含： 弟一取樣部分’配置成取樣所述第一輸入電壓； 〇 第二取樣部分，配置成在所述第一取樣部分之不活動 時間間隔期間取樣所述第一輸入電壓；以及 第一反饋部分，配置成在所述第一取樣部分以及所述 第二取樣部分中之任一者的取樣操作期間產生具有與所述 第一取樣電壓相同的振幅以及相反相位之第一反向電壓， 其中所述第一反饋部分配置成在所述第一輸入電壓之 截斷時間間隔期間將所述第一反向電壓提供至所述第一取 樣部分以及所述第二取樣部分中之一者。 33 200832890 ^j^uH-pu.doC 4·如申請專利範圍第3項所述之比率無關切換電容致 大器，其中所述第一取樣部分配置成回應於自所述第〜反 饋部分提供之所述第一反向電壓而加倍所述第一取樣電壓 的位準。 5·如申請專利範圍第3 X員所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第二取樣部分配置成回應於自所述第一反 饋部分提供之所述第一反向電壓而加倍所述第一取樣電壓 ^ 的位準。 土 6·如申請專利範圍第3項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第二取樣部分配置成當所述第一取樣部分 被接受來自所述第一反饋部分之所述第一反向電壓時將所 述第二取樣部分所儲存的電荷放電至接地電壓。 、 λ如申請專利範圍第3項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第一取樣部分配置成當所述第二取樣部分 被接受來自所述第一反饋部分之所述第一反向電壓時將二 述第一取樣部分所儲存的電荷放電至接地電壓。 U δ·如申請專利範圍第3項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第一取樣部分以及所述第二取樣部分配置 成依序啟動。 9·如申請專利範圍第1項所述之比率無關切換電容放 大器，其中所述第二取樣電路包含： 第三取樣部分，配置成取樣所述第二輸入電壓； 第四取樣部分，配置成在所述第三取樣部分之不活動 時間間隔期間取樣所述第二輸入電壓；以及 34 200832890 第二反饋部分，配置成在所述第三取樣部分以及所述 第四取樣部分中之任一者的取樣操作期間產生具有與所述 第二取樣電壓相同的振幅以及相反相位之第二反向電墨， 其中所述第二反饋部分配置成在所述第二輸入電壓之 截斷時間間隔期間將所述第二反向電壓提供至所述第三取 樣部分以及所述第四取樣部分中之一者。 10·如申請專利範圍第9項所述之比率無關切換電容 〜 放大器，其中所述第三取樣部分配置成回應於自所述第二 反饋部分提供之所述第二反向電壓而加倍所述第二取樣電 壓的位準。 11·如申請專利範圍第9項所述之比率無關切換電容敌 大器，其中所述第四取樣部分配置成回應於自所述第二反 饋部分提供之所述第二反向電壓而加倍所述第二取樣電壓 的位準。 12·如申請專利範圍第9項所述之比率無關切換電裒 放大器，其中所述，四取樣部分配置成當所述第三取樣部 〇 分被接受來自所述第二反饋部分之所述第二反向電壓時轉 所述第四取樣部分所儲存的電荷放電至接地電壓。 13·如申請專利+範圍第9項所述之比率無關切換電奮 放大态，其中戶斤一取樣部分配置成當所述第四取樣部 分被接受來自所^第一反饋部分之所述第二反向電壓時轉 所述第三取樣部分所/儲存的電荷放電至接地電壓。 个 14·如申請專利範圍第9項所述之比率無關切換電容 放大器，其中所述苐三取樣部分以及所述第四取樣部分靶 35 200832890 Z^7L^JJiJL.d〇C 置成依序啟動。 15.-種操作比率無關切換電容放大器的方法 取樣第一輸入電壓作為第一取樣電壓； 取樣第二輸入電壓作為第二取樣電壓； 在截斷所述第-輸入電壓之時間間隔期間加倍 一取樣電壓之位準； 5 在截斷所述第二輸人電壓之時關隔期間加倍所述第 二取樣電壓之位準；以及

   υ 幸別出所述第一取樣電壓與所述第二取樣電壓之間的 差。 16·如申請專利範圍第15項所述之操作比率無關切換 電容放大器的方法，其中所述第二輸入電壓具有與所述第 ，輸入電壓相同之振幅以及相反相位。 17·如申請專利範圍第15項所述之操作比率無關切換 電容放大器的方法，其中取樣所述第一輸入電壓以及取樣 所述第二輸入電壓同時進行，且加倍所述第一取樣電壓之 位準以及加倍所述第二取樣電壓之位準同時執行。 18.如申請專利範圍第15項所述之操作比率無關切換 電容放大器的方法，更包含產生具有與所述第一輪入電壓 相同之振幅以及相反相位的第一反向電壓。 19·如申請專利範圍第18項所述之操作比率無關切換 電容放大器的方法，其中加倍所述第一取樣電壓之位準包 含反饋所述第一反向電壓以加倍所述第一取樣電壓之位 準0 36 200832890 2〇.如申請專利範圍第15項所述之 > 電容放大器的方法，盆中勘拦说、f〜^乍比干热關切換 啟動第-取樣部分以及第二取樣部分。依序 電容= Μ _____ 其中儲存於所述第一取樣部分以及所 ;。 刀中之不活動者中的電荷經玫電至接地電 毛v〇°、方法，其中取樣所述第二輸入電壓包含取产 述第二輪入電壓相同之振幅以及相反相位的第: Ο 二範圍第15項所述之操作比率無關切換 毛、欠大°°的方法，其中加倍所述第二取樣之位準包含反 饋所述第二反向電壓以加倍所述第二取樣電壓之位準。 —24•如^請專利範圍g 15項所述之操作比率無關切換 電容放大器的方法，其中取樣所述第二輪入電壓包含 啟動第二取樣部分以及第四取樣部分。 爺— 25.如申請專利範圍第％項所述之操作比率無關切換 電容放大裔的方法，其中在所述第三取樣部分以及所述第 四取樣部分中之不活動者中的電荷經放電至接地電壓。