TW577192B - Method and device for depressing echo effect in circuit - Google Patents

Description

577192 五、發明說明（1) 發明領域： 本發明是關於一種抑制電路中回響效應的方法。尤指 一種利用在差動電流模式對（differential current mode p a i r )上，使電流源分流，讓小部分電流補償主電流所產 生的震盪現象，以抑制回響效應的方法。 發明背景： 在電子電路中，含有放大器的設計電路相當的普遍， 而利用差動對（differential pair)的放大器更是一種常 見的放大器形式。差動對的應用有許多種形式，其中有一 種是利用電流為輸入的差動電流模式對（d i f f e r e n t i a 1 current mode pair)。這種模式的差動對目前在業界受到 相當廣泛地應用。 請參照圖一，此為差動電流模式對之前處理裝置圖， 利用一前處理裝置1，使輸出電流8 a、8 b能在不同時間以 差分形式輸入下一級電路9。該前處理裝置1包括了 一電流 源1 0，複數個電路開關1 1 a、1 1 b及一電路開關控制信號 1 3 a、1 3 b。然而，輸入下一級電路9的電流波形有以下幾 點需要考慮。首先是上升時間（r i s i n g t i m e )的問題：所 謂的上升時間是指電流從一個準位到另一準位所花的時 間，理論上希望上升時間為0，也就是瞬間能夠達成，因 為上升時間的快慢影響反應的快慢，特別是對一些要求快 速精密的控制而言，更是希望儘量讓上升時間趨近於0。 其次是工作點的問題：工作點是指兩個差分信號波形的交

577192 五、發明說明（2) 會點，為了避免工作點過高或過低所造成的誤動作，工作 點需以居中為宜。第三個問題是電路中回響效應（r i n g back)的問題。造成的原因有二：首先是所謂的電源彈升 (P 〇 w e r b 〇 u n c i n g )現象。電源彈升是指電路開關在開關的 瞬間會有脈衝的產生，使得輸出電流8 a、8 b有隨著時間上 下震盪的現象發生。當所產生的波動大於下一級電路9容 許的範圍時，會使下一級電路9產生誤判的現象，影響正 常的工作。其次就是電路受到電性的影響：差動對中兩個 電路開關1 1 a、1 1 b的運作是一開一關地轉換，當兩個電路 開關1 1 a、1 1 b同開的瞬間，暫態上電流無法進入下一級電 路9，而暫時在電路内停留，等到兩個電路開關1 1 a、1 1 b 之一恢復為該關，使電路恢復導通的瞬間，停留在電路中 的電流宣洩而出，使得下一級電路9之輸入電流突然增加 的現象。這個現象會連帶使輸出電流的震盪現象變得更劇 烈，嚴重影響下一級電路9正常的工作。請參照圖二，此 即為電路中回響效應的現象。電流在暫態時會有上下震盪 的情況發生也就是所謂〇 v e r s h ο 〇 t i n g及undershooting。 由圖二可見，輸出電流8a、8 b因上下震盪的現象而有兩個 相對高點：電流高點2 1與電流次高點2 3，以及電流低點 22。這種現象即所謂電路中的回響效應。為了避免下一級 電路9產生誤動作，業界通常會要求前處理裝置1要能使電 流波形穩定平滑，也就是圖二中的點2 1與低點2 2的差△ I 儘可能的小。 目前工業界為了避免上述問題，並在其中求取平衡的

577192 五、發明說明（3) 作法是讓兩個電路開關1 1 a、1 1 b不同時間動作，以避免兩 電路開關1 1 a、1 1 b同開的情況發生。舉例來說：當電路開 關1 1 a要進行關的動作而1 1 b要進行開的動作時，會讓執行 關動作的電路開關1 1 a先動作，等關的動作完成使電路導 通後，另一個電路開關1 1 b執行開的動作。這樣的作法除 了避免兩個電路開關1 1 a、1 1 b同時開關所造成的突波衝 擊，也可以避免兩個電路開關1 1 a、11 b同開造成電源彈升 的情況發生。但是，這樣的作法卻會讓上升時間變慢以及 工作點偏低的缺點發生。為了根本解決這個問題，本案發 明人經過一番潛心模擬與實驗，終於成功研發出本發明， 針對這個問題予以有效的解決。 發明概述： 本發明的主要目的是提供一種抑制電路中回響效應的 方法與裝置。尤指一種利用在差動電流模式對 (differential current mode pair)上，使電流源分流， 讓小部分電流補償主電流所產生的震盪現象，以抑制回響 效應的方法。 本發明的次要目的是提供一種輸出波形之上升時間及 工作點可依所需調整的抑制電路中回響效應的方法。 本發明的另一目的是提供一種改善下一級電路輸入波 形，.但總電流量及其他電路特性仍保持不變的抑制電路中 回響效應方法。 為了達到上述目的，本發明提供一種方法，包括以下

577192 五、發明說明（4) 步驟：

Stepl ：找出最佳之一分流係數及一延遲時間；

Step2 :依該分流係數將原電路修改成一主電流組及一補 償電流組，其中該補償電流組依該延遲時間比該 主電流組延遲輸入；

Step3 ：將該主電流組及該補償電流組之共同輸入至一下 一級電路； 以及一種裝置，包括有： 一主電流組，輸出至該下一級電路，更包括有： 一主電源，產生一主電流輸入； 一主電路開關，連接該主電源，使電路因該主電路開 關而開路或斷路；以及 一主控制信號產生器，依預定時間輸入一主控制信號 至該主電路開關，以控制該主電路開關作用時間； 一補償電流組，與該主電流源組並聯，並共同輸出於該 下一級電路，更包括有： 一補償電源，產生一補償電流輸入； 一補償電路開關，連接該補償電源，使電路因開關而 開路或斷路；以及 一補償控制信號產生器，依預定時間輸入一補償控制 信號至該補償電路開關，以控制該補償電路開關作 用時間； 以及 一時間延遲器，使補償控制信號比該主控制信號延遲依

577192 五、發明說明（5) 段時間輸入電路開關，利用這個時間差，讓該補償電 流降低主電流的波動幅度，使得主電流及補償電流的 相加值趨於一定值，藉此抑制回響現象； 其中，該主電流組之該主電流與該補償電流組之該補償 電比例由一分流係數決定。 為使 貴審查委員能對本發明之特徵、目的及功能有 更進一步的認知與瞭解，茲配合圖式詳細說明如後： 發明的詳細說明： 由前述可知，當兩電路開關1 1 a、1 1 b不同時作用時， 可以避免電源彈升的效應，但仍無法完全解決回響效應的 影響。本案發明人據此，研發出一可徹底解決的方法。 如前圖二所述，輸出電流8 a、8 b產生的波動即所謂回響效 應，由於在電流的暫態中，會有上下震盪 (overshooting、undershooting)的現象，使得電流本身 會有波動的情況發生。而波動最主要的震幅就是前面三個 震幅較大的點：電流高點2卜電流低點2 2以及電流次高點 2 3所造成，因此只要減低這三個點的波動量，大致上就可 抑制整個回響效應。本發明的作法，是利用一補償機制， 給予主電流波形適當的補償，當主電流在電流高點2 1及電 流次高點2 3時補償較少的電流，而在電流低點2 2時補償較 多的電流，使得輸出電流8 a、8 b的波形變動保持在一定範 圍内，以符合下一級電路9的輸入要求。 請參閱圖三，此為本發明之一實施例。由於下一級電

第10頁 577192 五、發明說明（6) 路9有輸入電流或電壓的限制’故必須維持總輸入電流或 電壓不變，本發明的作法，就是利用原本的前處理裝置1 輸入分成兩部分：一主電流組5及一補償電流組7。主電流 組5輸出至下一級電路9。主電流組5由以下所組成：一主 電源5 0，產生^一主電流5 0 0輸入。電流輸入的方法很多’ 比如說一個電流源或是一個電壓源串接一電阻’也可以是 依附電流源或電壓源的形式。一主電路開關5 1 a及5 1 b，連 接該主電源5 0，使電路因該主電路開關5 1 a及5 1 b而開路或 斷路。以及一主控制信號53a及53b，依預定時間由外界輸 入至該主電路開關5 1 a及5 1 b，以控制該主電路開關5 1 a及 5 1 b的作用時間。最後將主輸出電流5 8 a及5 8 b輸出主電流 組。補償電流組7跟主電流組5構造相似’補償電流組7與 該主電流源組5並聯，並共同輸出於下一級電路9，補償電 及78b輸出主電流組7由以下所組成：一補償電源70，產生 一補償電流7 〇 〇輸入，其形式跟主電源5 0一樣可為一個電 流源或是一個電壓源串接一電阻，也可以是依附電流源或 電壓源的形式。一補償電路開關7 1 a及7 1 b，連接該補償電 源7 0，使電路因補償電路開關71 a及7 1 b而開路或斷路；以 及一補償控制信號73a及73b，由外界輸入至該補償電路開 關7 1 a及7 1 b，以控制該補償電路開關7 1 a及7 1 b的作用日夺 間，最後將主輸出電流7 8 a流組。主電流5 0 0與補償電流 7 0 0相加後仍與原本的電流1 0相等，也就是輸出電流8 a = 5 8a + 7 8a、8b = 5 8b + 7 8b等於原來電流10的總量。 由於本實施例左右對稱，為簡化敘述，將以敘述主t

第11頁 577192 五、發明說明（7) 流組5及補償電流組7的左半電路也就是樣號尾帶有a的電 路為主。本發明設計原理是讓一特定量的補償電流7⑽遲 延一段時間進入，使其所產生的回響效應剛好可以補償主 電流5 0 0的回響效應。由於主電流組5及補償電流組7的電 路相似，所以上升時間也相似。輸入的時間點大概在主電 流5 0 0到達電流高點2 1時候，輸入補償電流7 0 0，由於補償 電流7 0 0小於主電流5 0 0，所引起的回響效應也就相對較 小，利用這個特性，來當作主電流5 0 0的補償。也就是 說，當主電流5 0 0到達電流高點2 1時候，輸入補償電流 7 0 0，此時主電流5 0 0開始下降，而輸入補償電流7 0 0開始 拉升，正好可以補償主電流5 0 0的缺口。當補償電流5 0 0來 到其電流高點2 1的時候，可以補償主電流5 〇 〇在電流低點 22的狀況。當補償電流7〇〇開始因丁震盪而在電流低點22 時’此時主電流5 0 0升高至電流次高點2 3，也符合高電流 補償小的特性’使得主輸出電流58&與補償輸出電流78a的 加總值幾乎不變。這個方法除了在補償電流70 0輸入前的 極短暫時間外，輸出至下一級電路9的總輸出電流8a、⑽ 可以說是不變的，而且兩者如此搭配正好抵銷回響效應的 影響，使輸出波形平滑，而達到抑制回響現象的目的。 、本發明的首先要解決的問題是如何定義主電流5 〇 〇與 補償電流7 0 0之間的比你|。该個县 ^ s a a 例坆個疋一個重要的參數。原因 疋如果將主電:爪5〇〇與補償電流7〇〇的比例取得過大或過 小’則補償電流7 〇 〇就合翻禍$尤g & 佶誧柃4里士 4 4尤θ超過或不足所需補償值，不只會 使補i貝效果大打折^ ，生$么、、土、* 、 甚至"、、法達到補償的效果。將輸出

第12頁 577192 五、發明說明（8) 電流8a、8b為1來說，此時的補償電流7 0 0分量為1/A，主 電流分量為A- 1 /A，依據電路模擬所得的結果，A值約在1 5 〜2 0之間。也就是說補償電流7 0 0約為主電流5 0 0的5%〜6. 7°/〇 左右，所產生補償的效果最好。 第二個問題是：該延遲多久時間才輸入補償電流7 0 0 較好？由於本發明是利用時間差來補償主電流5 0 0，故輸 入的時間非常重要。如果輸入時間不對，非但沒有補償的 效果，還會使回響效應更嚴重。該延遲多久時間與電路配 置及各電路元件相關，大致上的時間點是在主電流5 0 0到 達電流高點2 1時，輸入該補償電流7 0 0。以本實施例的為 例，經實驗結果，補償電流7 0 0在比主電流5 0 0晚0 . 8奈秒 時，補償效果最佳。 請參閱圖四A、圖四B及圖四C，此為本發明於輸出側 電流示意圖。A、B、C三個圖橫軸都是時間，圖四A為主輸 出電流5 8 a的電流波形圖，圖四B為補償輸出電流7 8 a的電 流波形圖，圖四C為主輸出電流5 8 a及補償輸出電流7 8 a電 流值加總後之輸出電流8 a。由圖五C可以看到，利用本發 明之原理以及補償原則：高電流時補少，低電流時補償多 的特性，確實可以將波形震盪的幅度降低。 請參閱圖五A、圖五B及圖五C。圖五A為理想中進入下 一級電路9之電流波形示意圖，圖五B為傳統技術所產生之 電流波形示意圖；圖五C為利用本發明之電流波形示意 圖。將圖五C與圖五B作一比較，明顯可見波形的波動的幅 度變小了 ，甚至可以說已經是非常的平順，跟圖五A比起

第13頁 577192 五、發明說明（9) 來，幾乎可以說是相當接近。除了可以降低下一級電路9 誤動作的可能性外，更可見本發明的進步性。 利用本發明，由於回響效應明顯受到抑制，使得在發 明背景中所述必須考慮的三個問題得到簡化，也就是只要 考慮上升時間和工作點即可，所以在電路設計上可以得到 有較大的自由度，連帶使電路的輸出品值得到提升。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例，當不能以 之限制本發明的範圍。即大凡依本發明申請專利範圍所做 之均等變化及修飾，仍將不失本發明之要義所在，亦不脫 離本發明之精神和範圍，故都應視為本發明的進一步實施 狀況。

第14頁 577192 圖式簡單說明 圖式之簡要說明： 圖一係為差動電流模式對之前處理裝置圖 圖二係為電路中回響效應的現象 圖三係為本發明之一實施例 圖四A、圖四B及圖四C係為本發明輸出側示意圖 圖五A係為理想中進入下一級電路之電流波形示意圖 圖五B係為傳統技術所產生之電流波形示意圖 圖五C係為利用本發明之電流波形示意圖。 圖號說明： 卜前處理裝置 1 0 -電流源 1 la、1 lb-電路開關 13a、13b-控制信號 2 1 -高點電流 2 2 -低點電流 2 3-次高點電流 5-主電流組 5 0-主電源 5 0 0 -主電流 5 1 a、5卜主電路開關 5 1 a、5 1 -主控制信號 5 8a、58b-主輸出電流 7-補償電流組

第15頁 577192 圖式簡單說明 7 0 -補償電源 7 0 0 -補償電流 71a、71b-補償電路開關 7 3 a、7 3 b -補償控制信號 78a、78b-補償輸出電流 8 a、8 b -輸出電流 9-下一級電路 第16頁

Claims (1)

1. 577192 六、申請專利範圍 •1. 一種抑制電路中回響效應的方法，將一輸入電流源分流 成一小部分電流及一大部分電流，該小部分電流係補償 該大部分電流所產生的震盪現象，以抑制回響效應，該 方法包括以下步驟： a:找出一最佳分流係數及一最佳延遲時間； b :依該分流係數將原電路修改成一主電流組及一補償 電流組；其中該補償電流組依該延遲時間比主電流 組延遲輸入； c:將該主電流組及該補償電流組之共同輸入至一下一 級電路； 其中，該下一級電路所輸入總電流量及其他電路特性則 仍保持不變。 2 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主電流組， 更包括有： 一主電源，產生一主電流輸入； 一主電路開關，連接該主電源，使電路因該主電路開關 而開路或斷路；以及 一主控制信號，依預定時間輸入至該主電路開關，以控 制該主電路開關作用時間。 3 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該補償電流組 與該主電流源組並聯且共同輸入至該下一級電路，該補 償電流組更包括有： 一補償電源，產生一補償電流輸入； 一補償電路開關，連接該補償電源，使電路因開關而開

   第17頁 577192 六、申請專利範圍 路或斷路；以及 一補償控制信號，輸入並控制至該補償電路開關的信 號。 4 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該主電源與該 補償電源可為一電流源及一電壓源之一者。 5 .如申請專利範圍第4項所述之方法，其中該主電源與該 補償電源可為一獨立電源（independent source)及一依 附電源(dependent source)之一者。 6 .如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該延遲時間為 該補償控制信號比該主控制信號延遲輸入電路的時間 差，藉此該補償電流降低主電流的波動幅度，使得主電 流及補償電流的相加值趨於一定值，使波形穩定，抑制 回響現象。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該分流係數係 決定該補償電流以及該主電流比例。 8. 如申請專利範圍第1所述之方法，其中該主電路開關及 該補償電路開關為係以電晶體實現之。 9. 一種抑制電路中回響效應的裝置，包括有： 一主電流組，輸出至該下一級電路，更包括有： 一主電源，產生一主電流輸入； 一主電路開關，連接該主電源，使電路因該主電路開 關而開路或斷路；以及 一主控制信號產生器，依預定時間輸入一主控制信號 至該主電路開關，以控制該主電路開關作用時間；

   第18頁 577192 六、申請專利範圍 一補償電流組，與該主電流源組並聯，並共同輸出於該 下一級電路，更包括有： 一補償電源，產生一補償電流輸入； 一補償電路開關，連接該補償電源，使電路因開關而開 路或斷路；以及 一補償控制信號產生器，依預定時間輸入一補償控制信 號至該補償電路開關，以控制該補償電路開關作用時 間； 以及 一時間延遲器，使補償控制信號比該主控制信號延遲依 段時間輸入電路開關，利用這個時間差，讓該補償電 流降低主電流的波動幅度’使得主電流及補償電流的 相加值趨於一定值，藉此抑制回響現象； 其中，該主電流組之該主電流與該補償電流組之該補償 電比例由一分流係數決定。 1 0 .如申請專利範圍第9所述之裝置，其中該主電源與該補 償電源可為一電流源及一電壓源之一者。 1 1.如申請專利範圍第1 0所述之裝置，其中該主電源與該 補償電源可為一獨立電源（independent source)及一 依附電源(dependent source)之一者。 1 2 .如申請專利範圍第9所述之裝置，其中該主電路開關及 該補償電路開關為係以電晶體實現之。

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