TWI535197B - Switched capacitive amplifier - Google Patents

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TWI535197B TW100105635A TW100105635A TWI535197B TW I535197 B TWI535197 B TW I535197B TW 100105635 A TW100105635 A TW 100105635A TW 100105635 A TW100105635 A TW 100105635A TW I535197 B TWI535197 B TW I535197B
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Description

切換式電容放大器
本發明係關於切換式電容放大器。
針對以往之切換式電容放大器予以說明。第3圖為表示以往之切換式電容放大器之電路圖。第4圖為表示以往之切換式電容放大器之動作的時間圖。
在此，於取樣時，控制電路60係將時脈訊號Φ1控制成低位準。依此，開關43及開關45～46關閉。控制電路60係將時脈訊號Φ2控制成高位準。依此，開關42和開關44和開關47開啟。如此一來，輸入電壓VIN被輸入，輸入電壓VIN被取樣至電容48。在此，被取樣之輸入電壓VIN係藉由電容48和電容值小於電容48之電容值的電容49之電容比而被放大，內部放大器41將輸出電壓VOUT予以輸出。根據該輸出電壓VOUT之電荷被充電至電容50。
再者，於保持時，控制電路60係將時脈訊號Φ1控制成高位準。依此，開關43及開關45～46開啟。控制電路60係將時脈訊號Φ2控制成低位準。依此，開關42和開關44和開關47關閉。如此一來，經電容49之內部放大器41之負回授路徑不存在，形成經電容50之內部放大器41之負回授路徑。依此，根據於取樣時被充電於電容50之電荷，保持根據取樣時之輸出電壓VOUT之電壓。
切換式電容放大器係交互重覆取樣狀態和保持狀態而予以動作，因在取樣狀態和保持狀態下無根據內部放大器41之偏移電壓的電荷移動，故內部放大器41之偏移電壓難以影響到輸出電壓VOUT(例如，參照專利文獻1)。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]　美國專利第4543534號說明書
從保持狀態移行至取樣狀態之時，輸入電壓VIN低於基準電壓VREF，輸出電壓VOUT高於基準電壓VREF。如上述之取樣時般，時脈訊號Φ2成為高位準，當開關42開啟時，電壓V1因從基準電壓VREF變低成輸入電壓VIN，故電容48放電。再者，時脈訊號Φ2成為高位準，當開關44開啟時，電壓V2因從基準電壓VREF急劇變高成輸出電壓VOUT，故電容49急劇被充電。
此時，不管電容48之電容值大於電容49之電容值，也減少雜訊對內部之內部放大器41之影響，故無法以對應於電容48之電容值之大小之方式將輸入開關42之尺寸電路設計成變大，因此電容48之放電速度較電容49之充電速度慢，具有電容48和電容49的充放電時間差。依此，從保持狀態移行至取樣狀態之時，電壓V2急劇變高成輸出電壓VOUT時，藉由電容49之電容耦合，電壓Vs也急劇變高。如此一來，因內部放大器41之反轉輸入端子之電壓Vs急劇變高，故如第4圖所示般，輸出電壓VOUT急劇變低。依此，輸出電壓VOUT不安定。
並且，輸入電壓VIN高於基準電壓VREF，故輸出電壓VOUT低於基準電壓VREF之時也相同，輸出電壓VOUT不安定。
本發明係鑒於上述課題而研究出，提供可以輸出安定之輸出電壓的切換式電容放大器。
本發明係為了解決上述課題，提供一種切換式電容放大器，其特徵為具備：輸入電容；和輸入開關，其係被設置在切換式電容放大器之輸入端子和上述輸入電容之間；和輸出電容，其係電容值小於上述輸入電容之電容值；和輸出開關，其係被設置在上述輸出電容和切換式電容放大器之輸出端子之間；和內部放大器，其係藉由上述輸入電容和上述輸出電容之電容比而放大輸入電壓，並使輸出電壓予以輸出；和保持電容，其係被充電根據上述輸出電壓之電荷；和控制電路，其係於取樣時上述輸入開關開啟後，經過特定時間時，控制上述輸入開關及上述輸出開關以使上述輸出開關開啟。
在本發明中，切換式電容放大器因可以動作成輸入電容和輸出電容之充放電時間無時間差，故即使於從保持狀態移行至取樣狀態時，例如輸出電容之一端之電壓急劇變高成切換式電容放大器之輸出電壓，輸出電容之另一端之電壓也不會急劇變高。即是，朝內部放大器之輸入電壓不會急劇變高。依此，因內部放大器之輸出電壓安定，故切換式電容放大器之輸出電壓也安定。
以下，參照圖面說明本發明之實施形態。
首先，針對切換式電容放大器之構成予以說明。第1圖為表示切換式電容放大器之電路圖。
切換式電容放大器具備：內部放大器11、輸入開關12、開關13、輸出開關14、開關15～17、輸入電容18、輸出電容19、保持電容20及控制電路30。
輸入開關12及輸入電容18係依順序被設置在切換式電容放大器之輸入端子和內部放大器11之反轉輸入端子之間。開關13係被設置在輸入開關12和輸入電容18之連接點，和切換式電容放大器之基準電壓輸入端子之間。開關16及保持電容20係依順序被設置在內部放大器11之反轉輸入端子和內部放大器11之輸出端子之間。開關17係被設置在開關16和保持電容20之連接點，和切換式電容放大器之基準電壓輸入端子之間。輸出電容19及輸出開關14係依順序被設置在內部放大器11之反轉輸入端子和內部放大器11之輸出端子之間。開關15係被設置在輸出電容19和輸出開關14之連接點，和切換式電容放大器之基準電壓輸入端子之間。內部放大器11之非反轉輸入端子係連接於切換式電容放大器之基準電壓輸入端子，輸出端子係連接於切換式電容放大器之輸出端子。
再者，控制電路30之第一輸出端子之時脈訊號Φ1係控制開關13及開關15～16，第二輸出端子之時脈訊號Φ2係控制輸入開關12，第三輸出端子之時脈訊號Φ3係控制輸出開關14及開關17。
接著，針對切換式電容放大器之動作予以說明。第2圖為表示各時脈訊號及輸出電壓之時間圖。
在此，將切換式電容放大器之輸入端子之電壓設為VIN，將輸入開關12和輸入電容18之連接點之電壓設為V1，將內部放大器11之反轉輸入端子之電壓設為Vs，將輸出電容19和輸出開關14之連接點設為V2，將開關16和保持電容20之連接點設為V3，將切換式電容放大器之輸出端子之電壓設為VOUT，將切換式電容放大器之基準電壓輸入端子之電壓設為VREF。再者，將輸入電容18之電容值設為C18，將輸出電容19之容量值設為C19，將保持電容20之電容值設為C20。
在第一期間(取樣時)，控制電路30係將時脈訊號Φ1控制成低位準。依此，開關13及開關15～16關閉。控制電路30係將時脈訊號Φ2控制成高位準。依此，輸入開關12開啟。控制電路30係將時脈訊號Φ3控制成高位準。依此，輸出開關14及開關17開啟。如此一來，輸入電壓VIN被輸入，輸入電壓VIN被取樣至輸入電容18。在此，被取樣之輸入電壓VIN係藉由輸入電容18和電容值小於輸入電容18之電容值的輸出電容19之電容比而被放大，內部放大器11將輸出電壓VOUT予以輸出。根據該輸出電壓VOUT之電荷被充電至保持電容20。
在第二期間(保持時)，控制電路30係將時脈訊號Φ1控制成高位準。依此，開關13及開關15～16開啟。控制電路30係將時脈訊號Φ2控制成低位準。依此，輸入開關12關閉。控制電路30係將時脈訊號Φ3控制成低位準。依此，輸出開關14和開關17關閉。如此一來，經輸出電容19之內部放大器11之負回授路徑不存在，形成經保持電容20之內部放大器11之負回授路徑。依此，根據於取樣時被充電於保持電容20之電荷，保持根據取樣時之輸出電壓VOUT之電壓。
在第三期間(取樣時)，從保持狀態移行至取樣狀態時，輸入電壓VIN設為低於基準電壓VREF，輸出電壓VOUT高於基準電壓VREF。控制電路30係將時脈訊號Φ1控制成低位準。依此，開關13及開關15～16關閉。控制電路30係將時脈訊號Φ2控制成高位準。依此，輸入開關12開啟。如此一來，電壓V1因從基準電壓VREF變低成輸入電壓VIN，故輸入電容18放電。於取樣時，輸入開關12開啟後當過特定時間時，控制電路30將時脈訊號Φ3控制成高位準。依此，輸出開關14及開關17開啟。如此一來，電壓V2因從基準電壓VREF急劇變高成輸出電壓VOUT，故輸出電容19急劇被充電。此時，電容18之電容值不管大於電容19之電容值，因減少雜訊對內部之內部放大器11之影響，故無法以對應於電容18之電容值之大小之方式將輸入開關12之尺寸電路設計成變大，因此輸入電容18之放電速度較輸出電容19之充電速度慢。但是，當輸入開關12開啟後經過特定時間時，開關14開啟，輸入電容18之放電開始時較輸出電容19之充電開始時快特定時間，依此切換式電容放大器可以動作成輸入電容18和輸出電容19之充放電無時間差。
並且，輸入電壓VIN高於基準電壓VREF，輸出電壓VOUT低於基準電壓VREF之時也相同，切換式電容放大器可以動作成輸入電容18和輸出電容19之充放電時間無時間差。
如此一來，切換式電容放大器因可以動作成輸入電容18和輸出電容19之充放電時間無時間差，故即使於從保持狀態移行至取樣狀態時，例如輸出電容19之一端之電壓V2急劇變高成輸出電壓VOUT，輸出電容19之另一端之電壓Vs也不會急劇變高。即是，朝內部放大器11之輸入電壓不會急劇變高。依此，因內部放大器11之輸出電壓安定，故輸出電壓VOUT也安定。
再者，不管電容18之電容值大於電容19之電容值，即使無以對應於電容18之電容值之大小之方式使輸入開關12之尺寸變大亦可，故藉由輸入開關12使得雜訊對內部放大器11之影響變少。
11．．．內部放大器
12．．．輸入開關
13、15～17．．．開關
14．．．輸出開關
18．．．輸入電容
19．．．輸出電容
20．．．保持電容
30．．．控制電路
第1圖為表示本發明之切換式電容放大器之電路圖。
第2圖為表示本發明之切換式電容放大器之動作的時間圖。
第3圖為表示以往之切換式電容放大器之電路圖。
第4圖為表示以往之本發明之切換式電容放大器之動作的時間圖。
11．．．內部放大器
12．．．輸入開關
13、15～17．．．開關
14．．．輸出開關
18．．．輸入電容
19．．．輸出電容
20．．．保持電容
30．．．控制電路

Claims (3)

  1. 一種切換式電容放大器，其特徵為具備：輸入電容；輸入開關，其係被設置在切換式電容放大器之輸入端子和上述輸入電容之間；第一基準電壓開關，其係被設置在上述輸入電容和上述輸入開關之連接點與切換式電容放大器之基準電壓輸入端子之間；輸出電容，其係電容值小於上述輸入電容之電容值；輸出開關，其係被設置在上述輸出電容和切換式電容放大器之輸出端子之間；內部放大器，其係藉由上述輸入電容和上述輸出電容之電容比而放大輸入電壓，並使輸出電壓予以輸出；保持電容，其係被充電根據上述輸出電壓之電荷；和控制電路，其係輸出控制上述第一基準電壓開關之第一時脈訊號，和控制上述輸入開關之第二時脈訊號，和控制上述輸出開關之第三時脈訊號，以於取樣時使上述第一基準電壓開關關閉，上述輸入開關開啟後，經過特定時間時，使上述輸出開關開啟之方式來進行控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之切換式電容放大器，其中又具備第二基準電壓開關、第三基準電壓開關和第四基準電壓開關，上述輸入開關及上述輸入電容係依順序被設置在上述 切換式電容放大器之輸入端子和上述內部放大器之反轉輸入端子之間，上述第一基準電壓開關係被設置在上述輸入開關和上述輸入電容之連接點，和基準電壓輸入端子之間，上述第三基準電壓開關及上述保持電容係依順序被設置在上述內部放大器之反轉輸入端子和上述內部放大器之輸出端子之間，上述第四基準電壓開關係被設置在上述第三基準電壓開關和上述保持電容之連接點，和上述基準電壓輸入端子之間，上述輸出電容及上述輸出開關依順序被設置在上述內部放大器之反轉輸入端子和上述內部放大器之輸出端子之間，上述第二基準電壓開關係被設置在上述輸出電容和上述輸出開關之連接點，和基準電壓輸入端子之間，上述內部放大器之非反轉輸入端子係連接於上述基準電壓輸入端子，輸出端子係連接上述切換式電容放大器之輸出端子。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之切換式電容放大器，其中上述輸入電容和上述輸出電容之充放電時間大致相等。
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