TWI473421B - 截波器 - Google Patents

Description

截波器

本發明係有關於一種基本電子電路，且特別是有關於一種截波器。

差微差動放大器(Differential Difference Amplifier，DDA)被廣泛應用於類比信號處理領域。

然而，差微差動放大器具有兩個主要缺陷。其中之一為本質金氧半場效應電晶體不匹配(intrinsic MOS mismatch)，而另一則為增益不匹配(gain mismatch)，前述兩缺陷皆由差微差動放大器包含兩輸入對電流源所致。

由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的解決方案。因此，如何能改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配(intrinsic MOS mismatch)以及增益不匹配(gain mismatch)的問題，實屬當前重要研發課題之一，亦成為當前相關領域亟需改進的目標。

本發明內容之一目的是在提供一種截波器，藉以改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配以及增益不匹配的問題。

為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種截波器。截波器包含差微差動放大器、第一開關以及第二開關。差微差動放大器包含第一輸入級以及第二輸入級。第一輸入級包含非反相輸入端以及反相輸入端。第二輸入級包含非反相輸入端以及反相輸入端。

此外，第一開關用以接收第一輸入電壓以及第二輸入電壓，並選擇性地傳送第一輸入電壓至第一輸入級的非反相輸入端以及第二輸入級的非反相輸入端的其中一者。第二開關用以接收第三輸入電壓以及第四輸入電壓，並選擇性地傳送第三輸入電壓至第一輸入級的反相輸入端以及第二輸入級的反相輸入端的其中一者。

根據本發明一實施例，當第一輸入電壓藉由第一開關被傳送至第一輸入級的非反相輸入端時，第二輸入電壓藉由第一開關被傳送至第二輸入級的非反相輸入端。

根據本發明另一實施例，當第一輸入電壓藉由第一開關被傳送至第二輸入級的非反相輸入端時，第二輸入電壓藉由第一開關被傳送至第一輸入級的非反相輸入端。

根據本發明再一實施例，當第三輸入電壓藉由第二開關被傳送至第一輸入級的反相輸入端時，第四輸入電壓藉由第二開關被傳送至第二輸入級的反相輸入端。

根據本發明又一實施例，當第三輸入電壓藉由第二開關被傳送至第二輸入級的反相輸入端時，第四輸入電壓藉由第二開關被傳送至第一輸入級的反相輸入端。

根據本發明另再一實施例，第一開關包含第一輸入端以及第二輸入端，而第一開關的第一輸入端以及第二輸入端分別接收第一輸入電壓以及第二輸入電壓。

根據本發明另又一實施例，截波器更包含迴授電路。迴授電路用以迴授差微差動放大器的輸出電壓至第一開關的第一輸入端以及第二輸入端的其中一者。

根據本發明再另一實施例，第一開關包含第一輸出端以及第二輸出端，而第一開關的第一輸出端以及第二輸出端分別被耦接至第一輸入級的非反相輸入端以及第二輸入級的非反相輸入端。

根據本發明再又一實施例，第二開關包含第一輸入端以及第二輸入端，而第二開關的第一輸入端以及第二輸入端分別接收第三輸入電壓以及第四輸入電壓。

根據本發明又另一實施例，截波器更包含迴授電路。迴授電路用以迴授差微差動放大器的輸出電壓至第二開關的第一輸入端以及第二輸入端的其中一者。

根據本發明一實施例，第二開關包含第一輸出端以及第二輸出端，而第二開關的第一輸出端以及第二輸出端分別被耦接至第一輸入級的非反相輸入端以及第二輸入級的非反相輸入端。

根據本發明另一實施例，差微差動放大器更包含輸入級以及輸出級，其中輸入級包含第一輸入級、第二輸入級、第一輸出端以及第二輸出端，而輸出級包含非反相輸入端以及反相輸入端，其中輸入級的第一輸出端以及第二輸出端分別輸出第一輸出電壓以及第二輸出電壓。

根據本發明再一實施例，截波器更包含第三開關。第三開關用以接收第一輸出電壓以及第二輸出電壓，並選擇性地傳送第一輸出電壓至輸出級的非反相輸入端以及輸出級的反相輸入端的其中一者。

根據本發明又一實施例，當第一輸入電壓藉由第一開關被傳送至第一輸入級的非反相輸入端時，第三輸入電壓藉由第二開關被傳送至第一輸入級的反相輸入端，而第一輸出電壓藉由第三開關被傳送至輸出級的非反相輸入端。

根據本發明另再一實施例，當第一輸入電壓藉由第一開關被傳送至第二輸入級的非反相輸入端時，第三輸入電壓藉由第二開關被傳送至第二輸入級的反相輸入端，而第二輸出電壓藉由第三開關被傳送至輸出級的反相輸入端。

因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種截波器，藉以改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配以及增益不匹配的問題。

為了使本揭示內容之敘述更加詳盡與完備，可參照所附之圖式及以下所述各種實施例，圖式中相同之號碼代表相同或相似之元件。但所提供之實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍，而結構運作之描述非用以限制其執行之順序，任何由元件重新組合之結構，所產生具有均等功效的裝置，皆為本發明所涵蓋的範圍。

其中圖式僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。另一方面，眾所週知的元件與步驟並未描述於實施例中，以避免對本發明造成不必要的限制。

在先前技術中，包含一般截波穩定式技術的差微差動放大器具有下列基本性質：

State 1：(V1-V2+Vos1)gm1=(V3-V4+Vos2)gm2；

State 2：(V1-V2-Vos1)gm1=(V3-V4-Vos2)gm2

上述V1以及V2是第一輸入級的輸入電壓，V3以及V4是第二輸入級的輸入電壓，Vos1是第一輸入級的本質金氧半場效應電晶體缺陷，Vos2是第二輸入級的本質金氧半場效應電晶體缺陷，gm1是第一輸入級的增益以及gm2是第二輸入級的增益。

若不考慮增益不匹配的問題，本質金氧半場效應電晶體缺陷可被移除。下列結果是在考慮增益不匹配的狀況下產生，此時關於gm1以及gm2的假設如下所示：

gm 1=gm +Δgm ；(1-1)

gm 2=gm -Δgm ；(1-2)

State 1：(V1-V2+Vos1)(gm+Δgm)=(V3-V4+Vos2)(gm-Δgm)；

State 2：(V1-V2-Vos1)(gm+Δgm)=(V3-V4-Vos2)(gm-Δgm)。

上述V1以及V2是第一輸入級的輸入電壓，V3以及V4是第二輸入級的輸入電壓，Vos1是第一輸入級的本質金氧半場效應電晶體缺陷，Vos2是第二輸入級的本質金氧半場效應電晶體缺陷，而gm與Δgm之定義如上所示。

在實施截波穩定技術後，(V1-V2)Δgm以及(V3-V4)Δgm式子未能被一般截波穩定技術所移除。

為了改善先前技術中的增益不匹配問題，本發明實施例提供一種包含截波穩定技術的截波器。第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種截波器100之電路示意圖。如第1圖所示，本發明實施例之截波器100包含差微差動放大器、第一開關130以及第二開關140。差微差動放大器包含第一輸入級112以及第二輸入級114。第一輸入級112包含非反相輸入端以及反相輸入端。第二輸入級114包含非反相輸入端以及反相輸入端。

此外，第一開關130可被操作以接收第一輸入電壓V1以及第三輸入電壓V3，並選擇性地傳送第一輸入電壓V1至第一輸入級112的非反相輸入端以及第二輸入級114的非反相輸入端的其中一者。再者，第一開關130可被操作以選擇性地傳送第三輸入電壓V3至第一輸入級112的非反相輸入端以及第二輸入級114的非反相輸入端的其中一者。

另外，第二開關140可被操作以接收第二輸入電壓V2以及第四輸入電壓V4，並選擇性地傳送第二輸入電壓V2至第一輸入級112的反相輸入端以及第二輸入級114的反相輸入端的其中一者。再者，第二開關140可被操作以選擇性地傳送第四輸入電壓V4至第一輸入級112的反相輸入端以及第二輸入級114的反相輸入端的其中一者。

如第1圖所示之截波器100，其定性分析可被描述如下：

State 1：(V1-V2+Vos1)gm1=(V3-V4+Vos2)gm2；

State 2：(V1-V2+Vos2)gm2=(V3-V4+Vos1)gm1。

當考慮增益不匹配以及關於gm1與gm2假設，可得到以下結論：

gm 1=gm +Δgm ；

gm 2=gm -Δgm ；

State 1：(V1-V2+Vos1)(gm+Δgm)=(V3-V4+Vos2)(gm-Δgm)；→(V1-V2)(gm+Δgm)+Vos1(gm+Δgm)=(V3-V4)(gm-Δgm)+Vos2(gm-Δgm)；

State 2：(V1-V2+Vos2)(gm-Δgm)=(V3-V4+Vos1)(gm+Δgm)；→(V1-V2)(gm-Δgm)-Vos1(gm+Δgm)=(V3-V4)(gm+Δgm)-Vos2(gm-Δgm)。

上述V1以及V3是第一輸入級112的輸入電壓，V2以及V4是第二輸入級114的輸入電壓，Vos1是第一輸入級112的本質金氧半場效應電晶體缺陷，Vos2是第二輸入級114的本質金氧半場效應電晶體缺陷，而gm以及Δgm之定義如上所示。

在先前技術中所剩餘的(V1-V2)Δgm以及(V3-V4)Δgm可被本發明實施例所提之截波器100移除。

因此，本發明實施例藉由提供一種截波器100，藉以改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配的問題，並進一步改善其增益不匹配的問題。

請再次看到第1圖以具體闡釋截波器100的操作方式。當第一輸入電壓V1藉由第一開關130被傳送至第一輸入級112的非反相輸入端時，第三輸入電壓V3藉由第一開關130被傳送至第二輸入級114的非反相輸入端。

在本實施例中，當第一輸入電壓V1藉由第一開關130被傳送至第二輸入級114的非反相輸入端時，第三輸入電壓V3藉由第一開關130被傳送至第一輸入級112的非反相輸入端。

當第二輸入電壓V2藉由第二開關140被傳送至第一輸入級112的反相輸入端時，第四輸入電壓V4藉由第二開關140被傳送至第二輸入級114的反相輸入端。

在另一實施例中，當第二輸入電壓V2藉由第二開關140被傳送至第二輸入級114的反相輸入端時，第四輸入電壓V4藉由第二開關140被傳送至第一輸入級112的反相輸入端。

如第1圖所示，第一開關130包含第一輸入端以及第二輸入端，而第一開關130的第一輸入端以及第二輸入端分別接收第一輸入電壓V1以及第三輸入電壓V3。

在一實施例中，第一開關130包含第一輸出端以及第二輸出端，而第一開關130的第一輸出端以及第二輸出端分別被耦接至第一輸入級112的非反相輸入端以及第二輸入級114的非反相輸入端。

在另一實施例中，第二開關140包含第一輸入端以及第二輸入端，而第二開關140的第一輸入端以及第二輸入端分別接收第二輸入電壓V2以及第四輸入電壓V4。

第二開關140包含第一輸出端以及第二輸出端，而第二開關140的第一輸出端以及第二輸出端分別被耦接至第一輸入級112的反相輸入端以及第二輸入級114的反相輸入端。

在一實施例中，截波器100的差微差動放大器更包含輸入級110以及輸出級120。輸入級110包含第一輸入級112、第二輸入級114、第一輸出端以及第二輸出端，而輸出級120包含非反相輸入端以及反相輸入端。輸入級110的第一輸出端以及第二輸出端分別輸出第一輸出電壓以及第二輸出電壓。

如第1圖所示，截波器100更包含第三開關150。第三開關150可被操作以接收第一輸出電壓以及第二輸出電壓，並選擇性地傳送第一輸出電壓至輸出級120的非反相輸入端以及輸出級120的反相輸入端的其中一者。

在一實施例中，當第一輸入電壓V1藉由第一開關130被傳送第一輸入級112的非反相輸入端時，第二輸入電壓V2藉由第二開關140被傳送至第一輸入級112的反相輸入端，而第一輸出電壓藉由第三開關150被傳送至輸出級120的非反相輸入端。

在另一實施例中，當第一輸入電壓V1藉由第一開關130被傳送至第二輸入級114的非反相輸入端時，第二輸入電壓V2藉由第二開關140被傳送至第二輸入級114的反相輸入端，而第二輸出電壓藉由第三開關150被傳送至輸出級120的非反相輸入端。

第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種截波器200之電路示意圖。相較於第1圖所示之截波器100，截波器200在此更包含迴授電路260。如第2圖所示，迴授電路260用以迴授差微差動放大器的輸出電壓至第一開關230的第二輸入端以及第二開關240的第一輸入端。然而其並非用以限定本發明，而僅為本發明例示性的實施例之一。

藉由相似的定性分析，當第2圖中的參數代入第8頁所示之1-1以及1-2式子時，如第2圖所示之截波器200具有下列方程式：

上述V1’以及V3’是第一輸入級的輸入電壓，V2’以及V4’是第二輸入級的輸入電壓，ΔV1是第一輸入級212的本質金氧半場效應電晶體缺陷，ΔV2是第二輸入級214的本質金氧半場效應電晶體缺陷，而gm以及Δgm之定義如上所示。

藉由本發明實施例之截波器200可移除具有Δgm的剩餘式子。

因此，本發明實施例藉由提供一種截波器200，藉以改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配的問題，並進一步改善其增益不匹配的問題。

在實際的操作上，迴授電路260可依據實際需求迴授差微差動放大器的輸出電壓至第一開關230的第一輸入端以及第二輸入端的其中一者，並迴授差微差動放大器的輸出電壓至第二開關240的第一輸入端以及第二輸入端的其中一者。

第2圖中未介紹到的電子元件已詳述於第1圖的記載中，在此不做贅述。

由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種截波器，藉以改善差微差動放大器包含兩輸入對電流源所導致之本質金氧半場效應電晶體不匹配以及增益不匹配的問題。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100．．．截波器

110．．．輸入級

112．．．第一輸入級

114．．．第二輸入級

120．．．輸出級

130．．．第一開關

140．．．第二開關

150．．．第三開關

200．．．截波器

210．．．輸入級

212．．．第一輸入級

214．．．第二輸入級

220．．．輸出級

230．．．第一開關

240．．．第二開關

250．．．第三開關

260．．．迴授電路

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖係繪示依照本發明一實施例的一種截波器之電路示意圖。

第2圖係繪示依照本發明另一實施例的一種截波器之電路示意圖。

100．．．截波器

110．．．輸入級

112．．．第一輸入級

114．．．第二輸入級

120．．．輸出級

130．．．第一開關

140．．．第二開關

150．．．第三開關

Claims (15)

1. 一種截波器，包含：一差微差動放大器，包含：一第一輸入級包含一非反相輸入端以及一反相輸入端；以及一第二輸入級包含一非反相輸入端以及一反相輸入端；一第一開關，用以接收一第一輸入電壓以及一第二輸入電壓，並選擇性地傳送該第一輸入電壓至該第一輸入級的該非反相輸入端以及該第二輸入級的該非反相輸入端的其中一者；以及一第二開關，用以接收一第三輸入電壓以及一第四輸入電壓，並選擇性地傳送該第三輸入電壓至該第一輸入級的該反相輸入端以及該第二輸入級的該反相輸入端的其中一者。
2. 如請求項1所述之截波器，其中當該第一輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第一輸入級的該非反相輸入端時，該第二輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第二輸入級的該非反相輸入端。
3. 如請求項2所述之截波器，其中當該第一輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第二輸入級的該非反相輸入端時，該第二輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第一輸入級的該非反相輸入端。
4. 如請求項1所述之截波器，其中當該第三輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第一輸入級的該反相輸入端時，該第四輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第二輸入級的該反相輸入端。
5. 如請求項4所述之截波器，其中當該第三輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第二輸入級的該反相輸入端時，該第四輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第一輸入級的該反相輸入端。
6. 如請求項1所述之截波器，其中該第一開關包含一第一輸入端以及一第二輸入端，而該第一開關的該第一輸入端以及該第二輸入端分別接收該第一輸入電壓以及該第二輸入電壓。
7. 如請求項6所述之截波器，更包含：一迴授電路，用以迴授該差微差動放大器的該輸出電壓至該第一開關的該第一輸入端以及該第二輸入端的其中一者。
8. 如請求項1所述之截波器，其中該第一開關包含一第一輸出端以及一第二輸出端，而該第一開關的該第一輸出端以及該第二輸出端分別被耦接至該第一輸入級的該非反相輸入端以及該第二輸入級的該非反相輸入端。
9. 如請求項1所述之截波器，其中該第二開關包含一第一輸入端以及一第二輸入端，而該第二開關的該第一輸入端以及該第二輸入端分別接收該第三輸入電壓以及該第四輸入電壓。
10. 如請求項9所述之截波器，更包含：一迴授電路，用以迴授該差微差動放大器的該輸出電壓至該第二開關的該第一輸入端以及該第二輸入端的其中一者。
11. 如請求項1所述之截波器，其中該第二開關包含一第一輸出端以及一第二輸出端，而該第二開關的該第一輸出端以及該第二輸出端分別被耦接至該第一輸入級的該非反相輸入端以及該第二輸入級的該非反相輸入端。
12. 如請求項1所述之截波器，其中該差微差動放大器更包含一輸入級以及一輸出級，其中該輸入級包含該第一輸入級、該第二輸入級、一第一輸出端以及一第二輸出端，而該輸出級包含一非反相輸入端以及一反相輸入端，其中該輸入級的該第一輸出端以及該第二輸出端分別輸出一第一輸出電壓以及一第二輸出電壓。
13. 如請求項12所述之截波器，更包含：一第三開關，用以接收該第一輸出電壓以及該第二輸出電壓，並選擇性地傳送該第一輸出電壓至該輸出級的該非反相輸入端以及該輸出級的該反相輸入端的其中一者。
14. 如請求項13所述之截波器，其中當該第一輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第一輸入級的該非反相輸入端時，該第三輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第一輸入級的該反相輸入端，而該第一輸出電壓藉由該第三開關被傳送至該輸出級的該非反相輸入端。
15. 如請求項13所述之截波器，其中當該第一輸入電壓藉由該第一開關被傳送至該第二輸入級的該非反相輸入端時，該第三輸入電壓藉由該第二開關被傳送至該第二輸入級的該反相輸入端，而該第二輸出電壓藉由該第三開關被傳送至該輸出級的該反相輸入端。