TWI448872B - 電流供應系統、使用此電流供應系統的類比數位轉換器以及電流供應方法 - Google Patents

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電流供應系統、使用此電流供應系統的類比數位轉換器以及電流供應方法
本發明有關於電流供應系統,使用此電流供應系統來提供偏壓電流的類比數位轉換器以及電流供應方法,特別有關於在低頻時提供固定電流的電流供應系統、使用此電流供應系統來提供偏壓電流的類比數位轉換器以及電流供應方法。
一般來說,管線式ADC(Analog to Digital converter,類比數位轉換器)會使用動態偏壓電路來做為內建的偏壓電路。這樣的方式可以使得管線式ADC對不同的操作頻率有不同的功率,而使得功率消耗可以最佳化。透過這樣的機制,可以讓管線式ADC操作在不同頻率,而不需針對不同的操作頻率設計不同的管線式ADC。
ADC通常會利用電壓轉電流電路以及固定電阻來產生固定偏壓電流。動態偏壓電路則是利用等效可變電阻來產生不同的偏壓電流。舉例來說,可利用開關電容電路(switch capacitor circuit)作為等效可變電阻。開關電容電路的電容若隨著不同頻率的訊號進行充放電的動作,則可視為隨頻率變動的電阻,因此此類的電壓轉電流電路可依頻率改變電流大小。
然而,當訊號的頻率過低時,電容在充電時可能會產生漏電的狀況。因此,在訊號頻率低時,動態偏壓電路可能會失去準確性。
本發明之一目的為提供一種可操作在低頻的電流供應系統。
本發明之另一目的為提供一種可操作在低頻的類比數位電路。
本發明之另一目的為提供一種可在低頻時提供固定電流的電流供應方法。
本發明之一實施例揭露了一種電流供應系統,用以提供一輸出電流,包含:一頻率偵測電路,用以接收至少一輸入訊號,並偵測該輸入訊號的頻率;一頻率控制電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;以及一預定電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供具有一第一預定電流值的該輸出電流。
本發明之另一實施例揭露了一種類比數位轉換器,包含一偏壓電流提供電路。此偏壓電流提供電路包含:一頻率偵測電路,用以接收至少一輸入訊號,並偵測該輸入訊號的頻率;一頻率控制電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該偏壓電流;以及一預定電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供電流值為一第一電流預定值的該偏壓電流。
本發明之又一實施例揭露了一種電流供應方法,用以提供一輸出電流,包含:(a)偵測一輸入訊號的頻率;(b)當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;以及(c)當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供具有一第一預定電流值的該輸出電流。
藉由前述之實施例,可在輸入訊號頻率較低時提供固定的電流,以避免習知技術中漏電流的問題。此外,亦可在頻率高時限制電流,以避免電流過大。而且,本發明更提供了多段的電流供應機制,而使得設計上更有應用性。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解,硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式,而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語,故應解釋成「包含但不限定於」。以外,「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此,若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置,則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置,或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
第1圖繪示了根據本發明之一實施例的電流供應系統100之方塊圖。如第1圖所示,電流供應系統100包含一頻率偵測電路101、一頻率控制電流提供電路103以及一預定電流提供電路105。頻率偵測電路101用以接收至少一輸入訊號(此例中為時脈訊號CLK),並偵測輸入訊號的頻率,並根據偵測到的頻率來控制頻率控制電流提供電路103以及預定電流提供電路105。頻率控制電流提供電路103於輸入訊號的頻率在一第一預定範圍時,根據輸入訊號的頻率提供輸出電流Iout 。預定電流提供電路105在輸入訊號的頻率不在該第一預定範圍時,提供電流值為一電流預定值的輸出電流。除此之外,電流供應系統100可更包含一低通濾波器107,用以濾掉輸出電流Iout 的漣波(ripple),使得輸出電流Iout 更為穩定。此電流供應系統100可運用在ADC上的偏壓上,也就是將輸出電流Iout 作為ADC的偏流,但此電路系統亦可運用在其他的電路或電子系統上。底下將更詳細說明電流供應系統100之電路以及運作方式。
第2圖繪示了第1圖所示之電流供應系統200其中一例的電路圖。如第2圖所示,頻率偵測電路101包含了電晶體201、203、207和209、電容202、誤差放大器205、電阻211以及比較器213。其中電晶體201和203在此實施例中為N型金氧半導體電晶體,而207、209為P型金氧半導體電晶體。於此實施例中,電晶體201、203以及電容202形成了一開關電容電路(亦即會隨接收訊號之頻率不同而提供不同電阻的可變電阻電路),電晶體201、203用以接收輸入訊號ck1以及ck2,其中ck1與ck2可以為反向訊號,而電晶體201、203以及電容202根據輸入訊號ck1以及ck2之頻率提供了一輸入訊號電阻。誤差放大器205用以使電晶體207產生固定電流。電晶體207、電晶體209形成了一電流鏡,因此電晶體209會產生跟電晶體207輸出的電流一樣的輸入訊號電流Ir ,來搭配電阻211產生一輸入訊號電壓Vf 。比較器213比較輸入訊號電壓Vf 以及參考電壓Vref 。由於輸入訊號電壓Vf 係取決於輸入訊號ck1和ck2的頻率,因此藉由比較輸入訊號電壓Vf 以及參考電壓Vref ,可判定輸入訊號ck1和ck2的頻率是否小於一預定值。根據前述內容,頻率偵測電路101之結構和動作可簡示為:一可變電阻電路(電晶體201、203以及電容202),用以根據輸入訊號ck1、ck2的頻率提供一輸入訊號電阻;一電流源(誤差放大器205、以及電晶體207和電晶體209形成的電流鏡),用以根據輸入訊號電阻提供一輸入訊號電流Ir ;一阻抗元件(211),用以根據輸入訊號電流產生一輸入訊號電壓Vf ;以及比較器213,比較輸入訊號電壓Vf 以及一參考電壓Vref ,來判定該輸入訊號ck1,ck2的頻率。
在此實施例中,當輸入訊號ck1和ck2的頻率大於一預定值時,會使開關元件224導通而開關元件226關閉。請留意由於有反相器225的存在,因此開關元件224和226會分別接收到反相的訊號,因此當其中之一導通時,另外一開關元件為不導通。開關元件224導通的定義為端點228和230導通,而開關元件226導通的定義為端點232和234導通。因此輸出電流Iout 會透過頻率控制電流提供電路103根據輸入訊號ck1和ck2的頻率來產生。而當訊號ck1和ck2的頻率小於一預定值時,會使開關元件224關閉而開關元件226導通。因此預定電流提供電路105會提供電流值固定的輸出電流Iout
於此實施例中,頻率控制電流提供電路103包含了電晶體215、217和223、電容219、誤差放大器221以及開關元件224。電晶體215、217和電容219亦形成了一開關電容電路,因此會隨著訊號ck1和ck2的頻率提供不同的輸入訊號電阻。同樣的,誤差放大器221和電晶體223會提供固定電流,因此會根據不同的輸入訊號電阻而產生不同的輸出電流Iout
預定電流提供電路105則包含了反相器225、開關元件226以及電阻227並跟頻率控制電流提供電路103共用誤差放大器221和電晶體223。當開關元件226導通時,誤差放大器221和電晶體223會提供固定電流,因此會配合電阻227來提供電流值固定的輸出電流Iout
第3A和第3B圖繪示了第2圖所示之電路中,輸入訊號之頻率和輸出電流之關係圖。在第3A圖所示的實施例中,當輸入訊號之頻率大於頻率臨界值fthr 時,輸出電流會跟頻率成正比(由頻率控制電流提供電路103所產生)。而當輸入訊號之頻率小於頻率臨界值fthr 時,輸出電流為一固定的電流Icon (由預定電流提供電路105所產生)。藉由這樣的方式,可以避免習知技術中,輸入訊號頻率過低造成偏壓不準確的問題。
第2圖所示的實施例,除了在輸入訊號頻率過低時將輸出電流限制為固定電流之外,亦可在輸入訊號頻率過高時,將輸出電流限制為固定電流,以避免電流過大而破壞電路。如第3B圖所示,當輸入訊號之頻率小於頻率臨界值fthr1 時,輸出電流為一固定的電流Icon1, 而當輸入訊號之頻率大於頻率臨界值fthr2 時,輸出電流亦限制為一固定的電流Icon2 。此類的變化亦應在本發明的範圍之內。
因此第2圖和第3A、第3B圖所示的實施例可簡示如下:頻率控制電流提供電路在輸入訊號的頻率於一預定範圍時,根據輸入訊號的該頻率提供該輸出電流。預定電流提供電路在輸入訊號的頻率不在該預定範圍時,提供電流值為一電流預定值的輸出電流。
對應於第3A圖中的Icon 以及第3B圖中的Icon1 ,預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,其中該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且預定電流提供電路係在輸入訊號的頻率小於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該電流預定值的該輸出電流。
對應第3B圖中的Icon2 ,預定範圍為一第一頻率臨界值fthr1 到一第二頻率臨界值fthr2 ,且預定電流提供電路係在輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值fthr2 時,提供電流值為該電流預定值的該輸出電流。
第4圖繪示了第1圖所示之電流供應系統另外一例的電路圖。第4圖所示之電流供應系統400的部份元件和第2圖所示之電流供應系統200相同,其不同之處在於第2圖的比較器213在第4圖中被比較器陣列401(包含多個比較器)所取代,且第4圖的預定電流提供電路105包含了多個開關元件404、406以及電阻405、410。亦即預定電流提供電路105可以選擇不同的開關元件和電阻,來提供不同電流值的預定電流。在第4圖所示的實施例中,可依需求選擇不同的比較器(即選擇不同的參考電壓Vref ),然後透過多工器405耦接到不同的開關元件和電阻。因此,第4圖所示之電路的動作可如第5A圖所示,可自由設定成不同的頻率臨界值和輸出電流。亦即,可設定成當輸入訊號之頻率小於頻率臨界值fthr1 時,輸出電流為一固定的電流Icon1 。但亦可將頻率臨界值設定成較大的fthr2 ,而當輸入訊號之頻率小於頻率臨界值fthr2 時,輸出電流為一固定的電流Icon2 。依此類推,可視需求而任意的選擇頻率臨界值和輸出電流。
第4圖亦可採用如第3B圖所示的動作,如第5B圖所示。亦即,當輸入訊號的頻率大於fthr1 時,將輸出電流限制在Icon1 ,或將其設定成當輸入訊號的頻率大於較fthr1 大的fthr2 時,將輸出電流限制在大於Icon1 的Icon2 ,可視需求而任意的選擇頻率臨界值和輸出電流。
根據前述之實施例,可得到一電流供應方法。第6圖繪示了根據本發明之一實施例的電流供應方法之流程圖。如第6圖所示,其包含下列步驟:
步驟601
偵測一輸入訊號的頻率。
步驟603
當輸入訊號的頻率在一預定範圍時,根據輸入訊號的頻率提供輸出電流。
步驟605
當輸入訊號的該頻率不在預定範圍時,提供電流值為一電流預定值的輸出電流。
其他詳細步驟可由前述實施例推得,故在此不再贅述。
藉由前述之實施例,可在輸入訊號頻率較低時提供固定的電流,以避免習知技術中漏電流的問題。此外,亦可在頻率高時限制電流,以避免電流過大。而且,本發明更提供了多段的電流供應機制,而使得設計上更有應用性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例,凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾,皆應屬本發明之涵蓋範圍。
100、200、400...電流供應系統
101...頻率偵測電路
103...頻率控制電流提供電路
105...預定電流提供電路
107...低通濾波器
201、203、207、209、215、217和223...電晶體
202、219...電容
205...誤差放大器
211、227、408、410...電阻
213...比較器
221...誤差放大器
224、226、404、406‧‧‧開關元件
225‧‧‧反相器
227‧‧‧電阻
228、230、232、234‧‧‧端點
401‧‧‧比較器陣列
404、406‧‧‧開關元件
405‧‧‧多工器
第1圖繪示了根據本發明之一實施例的電流供應系統之方塊圖。
第2圖繪示了第1圖所示之電流供應系統其中一例的電路圖。
第3A和第3B圖繪示了第2圖所示之電路中,輸入訊號之頻率和輸出電流之關係圖。
第4圖繪示了第1圖所示之電流供應系統其中一例的電路圖。
第5A和第5B圖繪示了第4圖所示之電路中,輸入訊號之頻率和輸出電流之關係圖。
第6圖繪示了根據本發明之一實施例的電流供應方法之流程圖。
100...電流供應系統
101...頻率偵測電路
103...頻率控制電流提供電路
105...預定電流提供電路
107...低通濾波器

Claims (21)

  1. 一種電流供應系統,用以提供一輸出電流,包含:一頻率偵測電路,用以接收至少一輸入訊號,並偵測該輸入訊號的頻率;一頻率控制電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;以及一預定電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供具有一第一預定電流值的該輸出電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電流供應系統,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,其中該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率小於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電流供應系統,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,且該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電流供應系統,其中該頻率偵測器包含: 一可變電阻電路,用以根據該輸入訊號的該頻率提供一輸入訊號電阻;一電流源,用以根據該輸入訊號電阻提供一輸入訊號電流;一阻抗元件,用以根據該輸入訊號電流產生一輸入訊號電壓;以及一比較器,比較該輸入訊號電壓以及一參考電壓,來判定該輸入訊號的頻率。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電流供應系統,其中該頻率控制電流提供電路更包含當該輸入訊號的該頻率在一第二預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流,且該預定電流提供電路在該輸入訊號的該頻率不在該第二預定範圍時,提供具有一第二預定電流值的該輸出電流,其中該第一預定範圍和該第二預定範圍不同,且該第一電流預定值和該第二電流預定值不同。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電流供應系統,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流;其中該第二預定範圍為一第二頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值時,提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流;其中若該第一頻率臨界值大於該第二頻率臨界值,且該輸入訊號的該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,該預 定電流提供電路選擇性的提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;其中若該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該輸入訊號的該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,該預定電流提供電路選擇性的提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電流供應系統,其中該預定電流提供電路包含複數個電阻以分別提供電流值不同的該輸出電流,且該電流供應系統更包含一多工器,用以使該頻率偵測器選擇性的耦接到該些電阻其中之一。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電流供應系統,其中該頻率偵測器包含:一可變電阻電路,用以根據該輸入訊號的該頻率提供一輸入訊號電阻;一電流源,用以根據該輸入訊號電阻提供一輸入訊號電流;一阻抗元件,用以根據該輸入訊號電流產生一輸入訊號電壓;以及一比較器陣列,比較該輸入訊號電壓以及多個參考電壓中的其中一個,來判定該輸入訊號的該頻率。
  9. 一種類比數位轉換器,包含:一電流供應系統,用以提供一輸出電流,包含: 一頻率偵測電路,用以接收至少一輸入訊號,並偵測該輸入訊號的頻率;一頻率控制電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;以及一預定電流提供電路,當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供電流值為一第一電流預定值的該輸出電流。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之類比數位轉換器,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,其中該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率小於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之類比數位轉換器,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,且該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之類比數位轉換器,其中該頻率偵測器包含: 一可變電阻電路,用以根據該輸入訊號的該頻率提供一輸入訊號電阻;一電流源,用以根據該輸入訊號電阻提供一輸入訊號電流;一阻抗元件,用以根據該輸入訊號電流產生一輸入訊號電壓;以及一比較器,比較該輸入訊號電壓以及一參考電壓,來判定該輸入訊號的頻率。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之類比數位轉換器,其中該頻率控制電流提供電路更包含當該輸入訊號的該頻率在一第二預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流,且該預定電流提供電路在該輸入訊號的該頻率不在該第二預定範圍時,提供電流值為一第二電流預定值的該輸出電流,其中該第一預定範圍和該第二預定範圍不同,且該第一電流預定值和該第二電流預定值不同。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之類比數位轉換器,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流;其中該第二預定範圍為一第二頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值時,提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流;其中若該第一頻率臨界值大於該第二頻率臨界值,且該輸入訊號的 該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,該預定電流提供電路選擇性的提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;其中若該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該輸入訊號的該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,該預定電流提供電路選擇性的提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之類比數位轉換器,其中該預定電流提供電路包含複數個電阻以分別提供電流值不同的該偏壓電流,且該電流供應系統更包含一多工器,用以使該頻率偵測器選擇性的耦接到該些電阻其中之一。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之類比數位轉換器,其中該頻率偵測器包含:一可變電阻電路,用以根據該輸入訊號的該頻率提供一輸入訊號電阻;一電流源,用以根據該輸入訊號電阻提供一輸入訊號電流;一阻抗元件,用以根據該輸入訊號電流產生一輸入訊號電壓;以及一比較器陣列,比較該輸入訊號電壓以及多個參考電壓中的其中一個,來判定該輸入訊號的頻率。
  17. 一種電流供應方法,用以提供一輸出電流,包含: (a)偵測一輸入訊號的頻率;(b)當該輸入訊號的該頻率在一第一預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;以及(c)當該輸入訊號的該頻率不在該第一預定範圍時,提供具有一第一預定電流值的該輸出電流。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電流供應方法,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,其中該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該步驟(c)係在該輸入訊號的該頻率小於該第一頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電流供應方法,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到一第二頻率臨界值,且該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該步驟(c)係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率臨界值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之電流供應方法,其中該步驟(b)更包含當該輸入訊號的該頻率在一第二預定範圍時,根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流,且該步驟(c)在該輸入訊號的該頻率不在該第二預定範圍時,提供具有該預定電流值為一第二預定電流值的該輸出電流,其中該第一預定範圍和該第二預定範圍 不同,且該第一電流預定值和該第二電流預定值不同。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之電流供應方法,其中該第一預定範圍為一第一頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第一頻率預定值時,提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流;其中該第二預定範圍為一第二頻率臨界值到0,且該預定電流提供電路係在該輸入訊號的該頻率大於該第二頻率預定值時,提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流;其中若該第一頻率臨界值大於該第二頻率臨界值,且該輸入訊號的該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,選擇性的提供電流值為該第二電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流;其中若該第二頻率臨界值大於該第一頻率臨界值,且該輸入訊號的該頻率介於該第一頻率臨界值與該第二頻率臨界值之間時,選擇性的提供電流值為該第一電流預定值的該輸出電流或根據該輸入訊號的該頻率提供該輸出電流。
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