專利名稱：抑制時(shí)鐘饋通效應(yīng)低相位噪聲切換式電容電路與相關(guān)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種切換式電容電路，特別指一種具有較低相位噪聲，可使用于壓控振蕩器內(nèi)的切換式電容電路，用來減低時(shí)鐘饋通效應(yīng)(clockfeedtrough effect)，也因此可以防止于頻率校正階段以及頻率合成器鎖相階段時(shí)壓控振蕩器的頻率飄移現(xiàn)象。
背景技術(shù)：
壓控振蕩器(voltage controlled oscillator，VCO)是一個常使用于無線通信系統(tǒng)(wireless communication systems)中，執(zhí)行頻率合成(frequencysynthesis)工作的組件。例如Welland等人于美國專利第6,226,506號的專利中所述，無線通信系統(tǒng)通常需要在接收路徑電路(receiving pathcircuitry)以及發(fā)送路徑電路(transmitting path circuitry)上執(zhí)行頻率合成的工作。
圖1為公知技術(shù)一壓控振蕩器的示意圖。圖中用于一頻率合成器(frequency synthesizer)中的LC式壓控振蕩器包含有一諧振噐(resonator)10，基本的諧振噐結(jié)構(gòu)則包含有一電感12，連接于一第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N之間。一連續(xù)式(continuously)可變電容14以及多個分立式(discretely)可變電容16與電感12并聯(lián)。連續(xù)式可變電容14用來對一目標(biāo)電容值進(jìn)行微調(diào)的工作(fine tuning)，至于多個分立式可變電容16則是用來進(jìn)行粗調(diào)的工作(coarse tuning)。而由電感12與電容14、16并聯(lián)所造成的電阻損失(resistive loss)則由一負(fù)電阻值發(fā)生器(negative resistance generator)18進(jìn)行補(bǔ)償，以維持系統(tǒng)的振蕩。
在該多個分立式可變電容16中的每一個分立式可變電容均構(gòu)成一個切換式電容(switched-capacitor)電路20，每一個切換式電容電路20均受一獨(dú)立的控制信號(SW_1～SW_N)控制。依據(jù)一控制信號SW_N，一切換式電容電路20可以選擇性地讓一電容24連上或不連上(connect or disconnect)壓控振蕩器的諧振器10。這些切換式電容電路的不同關(guān)斷/導(dǎo)通組合可以使此一LC式諧振噐10具有較大的電容值變動范圍，因此即可增大壓控振蕩器可振蕩的頻率范圍。
圖2為公知技術(shù)一切換式電容電路20a的示意圖。一電容30連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P以及一節(jié)點(diǎn)A之間。一開關(guān)組件32可選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連上或不連上接地點(diǎn)，其中開關(guān)組件32受一控制信號SW控制。當(dāng)開關(guān)組件32導(dǎo)通(turn on)時(shí)，與電容30相關(guān)的電容值會被加到壓控振蕩器的諧振噐10的整體電容值內(nèi)。當(dāng)開關(guān)組件32被關(guān)斷(turn off)時(shí)，自第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P看進(jìn)去的電容值就變成電容30的電容值串聯(lián)上開關(guān)組件32在關(guān)斷狀態(tài)的寄生電容值。
圖3為公知技術(shù)一差動切換式電容電路20b的示意圖。由于差動式的結(jié)構(gòu)具有較好的共模噪聲抑制比(common-mode noise rejection ratio)，因此常被廣泛的使用在高速集成電路的環(huán)境中。在差動切換式電容電路20b中，一正端(positive side)電容40連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間。一正端開關(guān)組件(switch element)42選擇性地讓接節(jié)點(diǎn)A連上或不連上接地點(diǎn)。一負(fù)端電容44連接于第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N以及一節(jié)點(diǎn)B之間。一負(fù)端開關(guān)組件46選擇性地讓節(jié)點(diǎn)B連上或不連上接地點(diǎn)。這兩個開關(guān)組件42、46均受相同的控制信號SW控制。當(dāng)開關(guān)組件42、46導(dǎo)通時(shí)，正端電容40與負(fù)端電容44的電容值的串聯(lián)組合就會被加到壓控振蕩器的諧振噐10的整體電容值。當(dāng)開關(guān)組件42、46被關(guān)斷時(shí)，差動式的輸入電容值即變成正端電容40、負(fù)端電容44以及開關(guān)組件42、46的寄生電容(parasiticcapacitance)的串聯(lián)組合。整體的輸入電容值在所有的開關(guān)組件42、46均被關(guān)斷時(shí)會低于所有的開關(guān)組件42、46導(dǎo)通時(shí)的值。
圖4則為公知技術(shù)一第二差動切換式電容電路20c的示意圖。第二差動切換式電容電路20c除了包含有與第一差動切換式電容電路20c相同的組件的外，還包含有一中央開關(guān)組件48，用來降低連接于節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B之間整體的開關(guān)導(dǎo)通電阻值(turn-on switch resistance)。這三個開關(guān)組件42、46、48均受相同的控制信號SW控制。當(dāng)開關(guān)組件42、46、48導(dǎo)通時(shí)，正端電容40與負(fù)端電容44的電容值的串聯(lián)組合就會被加到壓控振蕩器的諧振噐10的整體電容值。至于當(dāng)開關(guān)組件42、46、48被關(guān)斷時(shí)，差動式的輸入電容值即變成正端電容40、負(fù)端電容44與開關(guān)組件42、46、48的寄生電容的串聯(lián)組合。整體的輸入電容值在所有的開關(guān)組件42、46、48均被關(guān)斷時(shí)會低于所有的開關(guān)組件42、46、48導(dǎo)通時(shí)的值。
不論使用的是圖2所示的單端式結(jié)構(gòu)或是圖3及圖4所示的差動式結(jié)構(gòu)，當(dāng)切換式電容電路20a、20b或20c被關(guān)斷時(shí)，在節(jié)點(diǎn)A上(在圖3及圖4的差動式結(jié)構(gòu)中還有節(jié)點(diǎn)B)會產(chǎn)生一瞬時(shí)階躍電壓變動(momentary voltagestep change)。上述的瞬時(shí)階躍電壓變動會造成整體電容值產(chǎn)生不該有的擾動，最后，亦造成了壓控振蕩器的頻率產(chǎn)生不該有的飄移。由于在圖2、3、4中的例子使用了NMOS開關(guān)，因此瞬時(shí)階躍電壓變動為當(dāng)開關(guān)組件32、42、46、48被關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的電壓下降(voltage drop)。至于在使用PMOS開關(guān)的情形下，瞬時(shí)階躍電壓變動則會變成是當(dāng)開關(guān)組件32、42、46、48被關(guān)斷時(shí)所產(chǎn)生的電壓突升(voltage spike)。
以圖2所示的單端式結(jié)構(gòu)為例，當(dāng)開關(guān)組件32被關(guān)斷時(shí)，帶電載流子(charge carriers)會被注入(inject)連接于開關(guān)組件32第一端與第二端之間的結(jié)電容(junction capacitance)之中。而帶電載流子的注入會造成于電容性阻抗(capacitive impedance)兩端產(chǎn)生階躍電壓變動，而以節(jié)點(diǎn)A上電壓下降的形式出現(xiàn)。上述的效應(yīng)即為所謂的時(shí)鐘饋通效應(yīng)(clockfeedtrough effect)，并且以控制信號SW自開關(guān)組件32的控制端饋通(feedtrough)到開關(guān)組件32的第一端與第二端上的形式出現(xiàn)。當(dāng)開關(guān)組件32從關(guān)斷變成導(dǎo)通時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)A連接于接地點(diǎn)，因此控制信號SW的饋通不會造成任何影響。然而，當(dāng)開關(guān)組件32從導(dǎo)通變成關(guān)斷時(shí)，控制信號SW的饋通會造成一階躍電壓(在圖2的結(jié)構(gòu)下為電壓下降)發(fā)生于節(jié)點(diǎn)A上。而由于節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生了電壓下降的情形，由開關(guān)組件32的N+擴(kuò)散子(N+diffusion)以及P型的基板(P type substrate)所形成的二極管在關(guān)斷狀態(tài)下會有些許的正偏壓(forward biased)，并會產(chǎn)生泄漏電流(leakagecurrent)。接下來，結(jié)二極管的泄漏電流(leakage current)會緩慢地對節(jié)點(diǎn)A進(jìn)行充電，的后節(jié)點(diǎn)A的電位才會恢復(fù)到接地點(diǎn)電位。于節(jié)點(diǎn)A產(chǎn)生的電壓降低以及恢復(fù)的動作會改變壓控振蕩器的諧振噐10的負(fù)載電容值(loaded capacitance)，也就造成了壓控振蕩器產(chǎn)生了不希望有的瞬時(shí)頻率飄移(momentarily frequency drift)。
相似地，當(dāng)圖4所示的差動切換式電容電路20c關(guān)斷時(shí)，其于節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B上亦會遇到相同的時(shí)鐘饋通效應(yīng)的問題。正端節(jié)點(diǎn)A會因?yàn)檎碎_關(guān)組件42以及中央開關(guān)組件48的時(shí)鐘饋通效應(yīng)產(chǎn)生階躍電壓變動。負(fù)端節(jié)點(diǎn)B亦會因?yàn)樨?fù)端開關(guān)組件46以及中央開關(guān)組件48的時(shí)鐘饋通效應(yīng)產(chǎn)生階躍電壓變動。于節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B產(chǎn)生的階躍電壓變動與恢復(fù)都會改變壓控振蕩器的諧振噐10的電容值，而造成VCO的頻率產(chǎn)生瞬時(shí)的飄移狀況。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的之一，在提供一種切換式電容電路，可抑制時(shí)鐘饋通效應(yīng)，以解決公知技術(shù)中壓控振蕩器所面臨瞬時(shí)頻率飄移的問題。
依據(jù)本發(fā)明的一個方面，公開一種切換式電容電路，其包含有一電容、一第一開關(guān)組件、以及一充電電路。該第一開關(guān)組件用來依據(jù)一控制信號，選擇性地讓一第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一節(jié)點(diǎn)連接到該電容。該充電電路連接到該第一節(jié)點(diǎn)，用來連接該第一節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，并控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一開關(guān)組件兩端間的一電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
依據(jù)本發(fā)明的另一個方面，公開一種切換式電容電路，其包含有一正端電容、一負(fù)端電容、一第一正端開關(guān)組件、一第一負(fù)端開關(guān)組件、以及一充電電路。該第一正端開關(guān)組件用來依據(jù)一控制信號，選擇性地讓一第一正端節(jié)點(diǎn)連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一正端節(jié)點(diǎn)連接到該正端電容。該第一負(fù)端開關(guān)組件用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接到該負(fù)端電容。至于該充電電路則連接到該第一正端節(jié)點(diǎn)與該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)，用來連接該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，并控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一正端開關(guān)組件兩端間的一第一電壓差以及處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一負(fù)端開關(guān)組件兩端間的一第二電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
依據(jù)本發(fā)明的又一個方面，公開一種控制一切換式電容電路的方法。該方法包含有以下步驟提供一電容與一第一開關(guān)組件；依據(jù)一控制信號，使用該第一開關(guān)組件分?jǐn)嘁坏谝还?jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一節(jié)點(diǎn)連接到該電容；以及，連接該第一節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，以控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一開關(guān)組件兩端間的一電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
依據(jù)本發(fā)明的再一個方面，公開一種控制一切換式電容電路的方法。該方法包含有以下步驟提供一正端電容與一第一正端開關(guān)組件；提供一負(fù)端電容與一第一負(fù)端開關(guān)組件；依據(jù)一控制信號，分別使用該第一正端開關(guān)組件以及該第一負(fù)端開關(guān)組件來將一第一正端節(jié)點(diǎn)以及一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)分?jǐn)啵渲性摰谝徽斯?jié)點(diǎn)連接到該正端電容，該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接到該負(fù)端電容；以及，連接該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，以使得處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一正端開關(guān)組件兩端間的一第一電壓差以及處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一負(fù)端開關(guān)組件兩端間的一第二電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。


圖1為公知技術(shù)一壓控振蕩器的示意圖。
圖2為公知技術(shù)一切換式電容電路的示意圖。
圖3為公知技術(shù)一差動切換式電容電路的示意圖。
圖4為公知技術(shù)另一差動切換式電容電路的示意圖。
圖5為本發(fā)明的切換式電容電路第一實(shí)施例的示意圖。
圖6為由圖5中關(guān)斷的開關(guān)組件所形成的寄生二極管的示意圖。
圖7為圖6的寄生二極管的電容值與反向電壓間的關(guān)系曲線圖。
圖8為相對應(yīng)于圖5的一等效開關(guān)組件與等效壓控振蕩器的示意圖。
圖9為本發(fā)明的切換式電容電路第二實(shí)施例的示意圖。
圖10為本發(fā)明的切換式電容電路第三實(shí)施例的示意圖。
圖11為本發(fā)明控制一切換式電容電路的方法流程圖。
主要組件符號說明10 諧振噐12 電感14 連續(xù)式可變電容16 分立式可變電容18 負(fù)電阻值發(fā)生器20、20a、20b、20c、切換式電容電路500、900、100024、30、502電容32、504、508、510、開關(guān)組件914
40、902 正端電容42、906、916 正端開關(guān)組件44、904 負(fù)端電容46、908、918 負(fù)端開關(guān)組件48、910 中央開關(guān)組件506、912、1002充電電路600 寄生二極管602 變?nèi)荻O管800 等效開關(guān)組件802 等效壓控振蕩器1004、1006二極管具體實(shí)施方式
請參閱圖5，圖5為本發(fā)明的切換式電容電路的第一實(shí)施例示意圖。圖5中的切換式電容電路500包含有一電容502、一第一開關(guān)組件504、以及一充電電路(charge circuit)506。充電電路506包含有一第二開關(guān)組件508與一第三開關(guān)組件510，其中，第二開關(guān)組件508設(shè)置成一二極管(diode)的結(jié)構(gòu)。電容502連接于一第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間，第一開關(guān)組件504用來依據(jù)一控制信號SW，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)(在本實(shí)施例中，第二節(jié)點(diǎn)為一接地點(diǎn))。充電電路506連接于節(jié)點(diǎn)A，用來當(dāng)控制信號SW關(guān)斷(switch off)切換式電容電路500時(shí)，將節(jié)點(diǎn)A連接到一供電電壓VDD。
當(dāng)欲將切換式電容電路500切換至關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制信號SW會下降至一低邏輯值(logic low value)，此時(shí)充電電路506會將節(jié)點(diǎn)A連接到供電電壓VDD，亦即會對節(jié)點(diǎn)A充電，故可防止節(jié)點(diǎn)A上的電位因?yàn)闀r(shí)鐘饋通效應(yīng)而產(chǎn)生瞬時(shí)階躍電壓變化。另外，由于充電電路506會讓第一開關(guān)組件504的兩端具有固定的電壓差，因此由處于關(guān)斷狀態(tài)的第一開關(guān)組件504所形成的寄生二極管所相關(guān)的寄生電容會被減至最低，故壓控振蕩器電路中的相位噪聲(phase noise)亦會因此減低。此處需注意的是，由與本實(shí)施例中第二開關(guān)組件508的柵極與漏極短路在一起，故此處其功能相當(dāng)于一個二極管。因此，此處亦可以用一二極管來取代圖5中的第二開關(guān)組件508。
圖6為由圖5中關(guān)斷狀態(tài)下的第一開關(guān)組件504，在等效形成的寄生二極管600的示意圖。寄生二極管600的作用類似于連接于節(jié)點(diǎn)A與第二節(jié)點(diǎn)(在圖5的實(shí)施例中第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn))之間的一變?nèi)荻O管(varactor)602。變?nèi)荻O管602具有一寄生電容值Cp，Cp的值則與圖5中節(jié)點(diǎn)A的電壓VA有關(guān)。
圖7為圖6的變?nèi)荻O管602的電容值與反向電壓(reverse voltage)間的關(guān)系曲線圖。當(dāng)變?nèi)荻O管602兩端的反向電壓(VA)改變時(shí)，相關(guān)的寄生電容值Cp亦會改變。然而，上述的改變并非線性的改變。反向電壓VA值落在第一開關(guān)組件504的閾值電壓(threshold voltage)-Vth至Vth間時(shí)寄生電容值Cp有最大的變化情形。反之，反向電壓VA值大于閾值電壓Vth時(shí)，寄生電容值Cp有最平緩的變化情形。本發(fā)明即利用此一特點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)A充電至一個遠(yuǎn)大于第一開關(guān)組件504的閾值電壓Vth的某一電位(例如VDB)。這也就意味著，當(dāng)節(jié)點(diǎn)A上的電荷經(jīng)由第一開關(guān)組件504漏泄(leak)至接地點(diǎn)時(shí)，寄生電容值可大致保持不變。如此一來，壓控振蕩器的鎖相時(shí)段(lockingperiod)可以縮的更短，故本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)可以使得頻率合成器比起公知技術(shù)更快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。
請參閱圖8，圖8所示為一等效開關(guān)組件800與一等效壓控振蕩器802的示意圖。由圖5處于關(guān)斷狀態(tài)的第一開關(guān)組件504所形成的等效開關(guān)組件800包含有一寄生電阻Rp、前述的寄生電容Cp、以及一噪聲來源(noise source)Vn(此處的噪聲起因于基板噪聲與熱噪聲)。等效壓控振蕩器802則包含有一電阻R1，其值相當(dāng)于壓控振蕩器電路的等效阻抗。而流經(jīng)節(jié)點(diǎn)A的電流In則由以下方程序所決定ln=Vn1R1=VnR1+RP+12πf·Cp]]>方程式1其中，f是壓控振蕩器的振蕩頻率、Vn1是整體的噪聲，亦即壓控振蕩器電路于節(jié)點(diǎn)A上所看到的相位噪聲。
通過方程式1可以計(jì)算出整體相位噪聲Vn1，如以下方程序所示Vn1=Vn·R1(R1+Rp+12πf·CP)]]>方程式2
由以上的方程式可以看出，當(dāng)頻率f具有一固定值時(shí)(例如1GHz)，只要能將等效開關(guān)組件800的寄生電容Cp最小化，就能夠?qū)⒄w噪聲Vn1減至最低。因此此處在理想上最好的狀況是具有很小的寄生電容Cp。因此，本發(fā)明在變?nèi)荻O管602的兩端提供一固定的反向偏壓VA，此種作法可以產(chǎn)生一較小的Cp值，故可以減低相位噪聲。而由此將節(jié)點(diǎn)A連接到一固定的供電電壓，節(jié)點(diǎn)A上的電壓VA會接近一固定值(VDD V510-V508)，其中V510與V508分別是開關(guān)組件510與508上的電壓差。此外，相較于V508，V510會是一個很小的值，因此VA大致上會等于VDD V508。如此一來，本發(fā)明的切換式電容電路500所面臨的相位噪聲就會小于公知技術(shù)所面臨的相位噪聲。只要能確保反向偏壓VA的值大于一預(yù)設(shè)閾值值，本發(fā)明的電路就可以降低節(jié)點(diǎn)A上的噪聲Vn1，因此可將壓控振蕩器的相位噪聲降低到可接受的程度。
請參閱圖9，圖9為本發(fā)明的切換式電容電路的第二實(shí)施例示意圖。本實(shí)施例中的切換式電容電路900具有差動式的結(jié)構(gòu)，其包含有一正端電容902、一負(fù)端電容904、一第一正端開關(guān)組件906、一第一負(fù)端開關(guān)組件908、一中央開關(guān)組件910、以及一充電電路912。充電電路912則包含有一第二正端開關(guān)組件916、一第二負(fù)端開關(guān)組件918、以及一第三開關(guān)組件914。
正端電容902連接于第一振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_P與一節(jié)點(diǎn)A之間，負(fù)端電容904連接于第二振蕩節(jié)點(diǎn)OSC_N與一節(jié)點(diǎn)B之間。第一正端開關(guān)組件906用來依據(jù)一控制信號SW，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連上或不連上接地點(diǎn)。第一負(fù)端開關(guān)組件908用來依據(jù)控制信號SW，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)B連上或不連上接地點(diǎn)。此外，中央開關(guān)組件910用來依據(jù)控制信號SW，選擇性地讓節(jié)點(diǎn)A連上或不連上節(jié)點(diǎn)B。然而，在本發(fā)明其它的實(shí)施例中，亦可以不用包含有中央開關(guān)組件910。
充電電路912連接于節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B，用來當(dāng)控制信號SW關(guān)斷切換式電容電路900時(shí)，將節(jié)點(diǎn)A、B充電至一充電電壓。在本實(shí)施例中，此一充電電壓實(shí)質(zhì)上相等于固定的供電電壓VDD減去第三開關(guān)組件914以及第二正端與負(fù)端開關(guān)組件916、918上的電壓下降值(voltage drop)。然而，這并不限定本發(fā)明的范圍，其它的電壓值亦可以用來作為此處的充電電壓。在充電電路912中，第三開關(guān)組件914用來依據(jù)控制信號SW，選擇性地讓一節(jié)點(diǎn)C連上或不連上供電電壓VDD。第二正端開關(guān)組件916的柵極與漏極連接到節(jié)點(diǎn)C，源極則連接到節(jié)點(diǎn)A。相似地，第二負(fù)端開關(guān)組件918的柵極與漏極連接到節(jié)點(diǎn)C，源極則連接到節(jié)點(diǎn)B。
類似于圖5所示的單端式結(jié)構(gòu)，當(dāng)欲將差動切換式電容電路900切換至關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，控制信號SW會下降至一低邏輯值(logic low value)，此時(shí)充電電路912會將節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B連接到供電電壓VDD，亦即對節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B充電，故可防止節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B上的電位因?yàn)闀r(shí)鐘饋通效應(yīng)而產(chǎn)生瞬時(shí)階躍電壓變化。更明確地說，第三開關(guān)組件914會將節(jié)點(diǎn)C連接到固定的供電電壓VDD(減去第三開關(guān)組件914兩端點(diǎn)間微小的壓降)，第二正端與負(fù)端開關(guān)組件916、918則形成正偏置的二極管，以將節(jié)點(diǎn)C連接到節(jié)點(diǎn)A與節(jié)點(diǎn)B(故需分別減去第二正端與負(fù)端開關(guān)組件916、918兩端點(diǎn)間微小的壓降)。此外，由處與關(guān)斷狀態(tài)的第一正端開關(guān)組件906、第一負(fù)端開關(guān)組件908與中央開關(guān)組件910所形成的變?nèi)荻O管602所相關(guān)的寄生電容Cp會被減低，因而可降低壓控振蕩器整體的相位噪聲。
請參閱圖10，圖10為本發(fā)明的切換式電容電路的第三實(shí)施例示意圖。本實(shí)施例中的差動切換式電容電路1000包含有與圖9所示的切換式電容電路900大致相同的組成組件，不同之處在于，圖9中的第二正端開關(guān)組件916與第二負(fù)端開關(guān)組件918在圖10中分別被一第一二極管1004與一第二二極管1006所取代。由于在圖9中，第二正端開關(guān)組件916的柵極與漏極連接在一起，且第二負(fù)端開關(guān)組件918的柵極與漏極亦連接在一起，故當(dāng)切換電容處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，第二正端與負(fù)端開關(guān)組件916、918相當(dāng)于正偏壓的二極管。在圖10中，第一二極管1004與第二二極管1006的陰極(cathode)分別連接到節(jié)點(diǎn)A與B；陽極(anode)則均通過第三開關(guān)組件914連接到固定的電源供電電壓VDD。在此種結(jié)構(gòu)下，當(dāng)差動切換式電容電路1000處于關(guān)斷狀態(tài)時(shí)(由控制信號SW控制)，充電電路可以確保第一正端與負(fù)端開關(guān)組件906、908兩端的電壓差相等于VDD減去第二開關(guān)組件914的兩端的電壓降、再分別減去第一與第二二極管1004、1006的電壓降。請注意，在本發(fā)明其它的實(shí)施例中，亦可以用VDD以外的電壓值來作為此處固定的VDD值。
請參閱圖11，圖11為本發(fā)明用以控制一切換式電容電路的方法的流程圖，以下將詳述圖11中的各個步驟步驟1100提供一電容與一開關(guān)組件。該電容的一端連接到一第一節(jié)點(diǎn)，該第一節(jié)點(diǎn)連接到該開關(guān)組件。
步驟1102使用該開關(guān)組件分?jǐn)?disconnect)該第一節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)。
步驟1104將該第一節(jié)點(diǎn)連接到一第三節(jié)點(diǎn)，以控制該處于關(guān)斷狀態(tài)(off-state)的該開關(guān)組件兩端的電壓差會大于一預(yù)設(shè)的充電電壓。該充電電壓可以大致上等于一固定的電壓值，例如VDD(或是減去一些相關(guān)的電壓降值)，或是其它的電壓值(可以確保該開關(guān)組件的寄生電容Cp可以被減至最小)。如此一來，即可消除時(shí)鐘饋通效應(yīng)，壓控振蕩器的鎖相時(shí)段可以縮的更短，亦可以消除壓控振蕩器的相位噪聲。
請注意，雖然在上述實(shí)施例中均使用MOS晶體管來作為本發(fā)明所使用的開關(guān)組件，實(shí)際上BJT晶體管或其它種類的晶體管亦可以使用于本發(fā)明中作為開關(guān)組件。在使用BJT晶體管的情形下，只要將第二開關(guān)組件508的基極與集電極連接在一起，其即會具有二極管的結(jié)構(gòu)。此外，以正邏輯(positivelogic)或是負(fù)邏輯(negative logic)作為控制信號SW中的觸發(fā)緣都是可行的作法。在使用控制信號SW中的低邏輯值來將壓控振蕩器中的切換式電容電路與電容分?jǐn)鄷r(shí)(如前述的各個圖所繪示)，第一正端與負(fù)端開關(guān)組件504、906、908均為N型晶體管，第三開關(guān)組件510、914則為P型晶體管，第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)，第三節(jié)點(diǎn)則為固定的供電電壓。至于在使用控制信號SW中的高邏輯值來將壓控振蕩器中的切換式電容電路與電容分?jǐn)鄷r(shí)(如前述的各個圖所繪示)，第一正端與負(fù)端開關(guān)組件504、906、908均為P型晶體管，第三開關(guān)組件510、914則為N型晶體管，第二節(jié)點(diǎn)為固定的供電電壓，第三節(jié)點(diǎn)則為接地點(diǎn)。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所進(jìn)行的等效變化與修改，均應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種切換式電容電路，包含有一電容；一第一開關(guān)組件，用來依據(jù)一控制信號，選擇性地讓一第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一節(jié)點(diǎn)連接到該電容；以及一充電電路，連接到該第一節(jié)點(diǎn)，用來連接該第一節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，并控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一開關(guān)組件兩端間的一電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的切換式電容電路，其中該充電電路依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
3.如權(quán)利要求2所述的切換式電容電路，其中該充電電路包含有一二極管，連接于該第一節(jié)點(diǎn)與一第四節(jié)點(diǎn)之間；以及一第三開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第四節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第一晶體管所構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該第一開關(guān)組件為一N型晶體管；該第三開關(guān)組件為一P型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)；以及該第三節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓。
6.如權(quán)利要求3所述的切換式電容電路，其中該第一開關(guān)組件為一P型晶體管；該第三開關(guān)組件為一N型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓；以及該第三節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)。
7.一種切換式電容電路，包含有一正端電容；一負(fù)端電容；一第一正端開關(guān)組件，用來依據(jù)一控制信號，選擇性地讓一第一正端節(jié)點(diǎn)連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一正端節(jié)點(diǎn)連接到該正端電容；一第一負(fù)端開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接到該負(fù)端電容；以及一充電電路，連接到該第一正端節(jié)點(diǎn)與該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)，用來連接該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，并控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一正端開關(guān)組件兩端間的一第一電壓差以及處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一負(fù)端開關(guān)組件兩端間的一第二電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
8.如權(quán)利要求7所述的切換式電容電路，其中該充電電路依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
9.如權(quán)利要求8所述的切換式電容電路，其中該充電電路包含有一正端二極管，連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)與一第四節(jié)點(diǎn)之間；一負(fù)端二極管，連接于該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)與該第四節(jié)點(diǎn)之間；以及一第三開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第四節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求9所述的切換式電容電路，其中該正端二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第一晶體管所構(gòu)成；以及該負(fù)端二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第二晶體管所構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求9所述的切換式電容電路，其中該第一正端開關(guān)組件為一N型晶體管；該第一負(fù)端開關(guān)組件為一N型晶體管；該第三開關(guān)組件為一P型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)；以及該第三節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓。
12.如權(quán)利要求9所述的切換式電容電路，其中該第一正端開關(guān)組件為一P型晶體管；該第一負(fù)端開關(guān)組件為一P型晶體管；該第三開關(guān)組件為一N型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓；以及該第三節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)。
13.如權(quán)利要求7所述的切換式電容電路，其還包含有一中央開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
14.一種控制一切換式電容電路的方法，該方法包含有以下步驟提供一電容與一第一開關(guān)組件；依據(jù)一控制信號，使用該第一開關(guān)組件分?jǐn)嘁坏谝还?jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一節(jié)點(diǎn)連接到該電容；以及連接該第一節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，以控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一開關(guān)組件兩端間的一電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其還包含有依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中依據(jù)該控制信號選擇性地讓該第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)的步驟還包含有提供一二極管，連接于該第一節(jié)點(diǎn)與一第四節(jié)點(diǎn)之間；以及提供一第三開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第四節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第一晶體管所構(gòu)成。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該第一開關(guān)組件為一N型晶體管；該第三開關(guān)組件為一P型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)；以及該第三節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中該第一開關(guān)組件為一P型晶體管；該第三開關(guān)組件為一N型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓；以及該第三節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)。
20.一種控制一切換式電容電路的方法，該方法包含有以下步驟提供一正端電容與一第一正端開關(guān)組件；提供一負(fù)端電容與一第一負(fù)端開關(guān)組件；依據(jù)一控制信號，分別使用該第一正端開關(guān)組件以及該第一負(fù)端開關(guān)組件來將一第一正端節(jié)點(diǎn)以及一第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)與一第二節(jié)點(diǎn)分?jǐn)?，其中該第一正端?jié)點(diǎn)連接到該正端電容，該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連接到該負(fù)端電容；以及連接該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，以使得處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一正端開關(guān)組件兩端間的一第一電壓差以及處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一負(fù)端開關(guān)組件兩端間的一第二電壓差接近一預(yù)設(shè)充電電壓。
21.如權(quán)利要求20所述的方法，其還包含有依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)以及該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其中依據(jù)該控制信號選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)與該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)的步驟還包含有提供一正端二極管，連接于該第一正端節(jié)點(diǎn)與一第四節(jié)點(diǎn)之間；提供一負(fù)端二極管，連接于該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)與該第四節(jié)點(diǎn)之間；以及提供一第三開關(guān)組件，用來依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第四節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第三節(jié)點(diǎn)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其中該正端二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第一晶體管所構(gòu)成；以及該負(fù)端二極管由基極與集電極相互連接、或柵極與漏極相互連接的一第二晶體管所構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該第一正端開關(guān)組件為一N型晶體管；該第一負(fù)端開關(guān)組件為一N型晶體管；該第三開關(guān)組件為一P型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)；以及該第三節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓。
25.如權(quán)利要求23所述的方法，其中該第一正端開關(guān)組件為一P型晶體管；該第一負(fù)端開關(guān)組件為一P型晶體管；該第三開關(guān)組件為一N型晶體管；該第二節(jié)點(diǎn)連接到一固定供電電壓；以及該第三節(jié)點(diǎn)為接地點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求20所述的方法，其還包含有利用一中央開關(guān)組件。依據(jù)該控制信號，選擇性地讓該第一正端節(jié)點(diǎn)連上或不連上該第一負(fù)端節(jié)點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種切換式電容電路，其包含有一電容、一開關(guān)組件、以及一充電電路。該開關(guān)組件用來依據(jù)一控制信號，選擇性地讓一第一節(jié)點(diǎn)連上或不連上一第二節(jié)點(diǎn)，其中該第一節(jié)點(diǎn)連接到該電容。該充電電路連接到該第一節(jié)點(diǎn)，用來連接該第一節(jié)點(diǎn)至一第三節(jié)點(diǎn)，并控制處于關(guān)斷狀態(tài)的該第一開關(guān)組件兩端間的一第一電壓差大于一充電電壓。由此確保該充電電壓夠大，可消除掉該開關(guān)組件的寄生電容，也因此可消除時(shí)鐘饋通效應(yīng)，壓控振蕩器的鎖相時(shí)段可以縮得更短，相位噪聲亦可消除。
文檔編號H03L7/16GK1671051SQ20051005651
公開日2005年9月21日 申請日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月19日
發(fā)明者葉恩祥 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司