專利名稱：抑制時鐘饋通效應(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，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，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，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，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)斷時會低于所有的開關(guān)組件42、46導(dǎo)通時的值。
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，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，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)斷時會低于所有的開關(guān)組件42、46、48導(dǎo)通時的值。
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，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)生一瞬時階躍電壓變動(momentary voltagestep change)。上述的瞬時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)，因此瞬時階躍電壓變動為當(dāng)開關(guān)組件32、42、46、48被關(guān)斷時所產(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，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，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，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，其于節(jié)點(diǎn)A及節(jié)點(diǎn)B上亦會遇到相同的時鐘饋通效應(yīng)的問題。正端節(jié)點(diǎn)A會因為正端開關(guān)組件42以及中央開關(guān)組件48的時鐘饋通效應(yīng)產(chǎn)生階躍電壓變動。負(fù)端節(jié)點(diǎn)B亦會因為負(fù)端開關(guān)組件46以及中央開關(guān)組件48的時鐘饋通效應(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)?，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。


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，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，控制信號SW會下降至一低邏輯值(logic low value)，此時充電電路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上的電位因為時鐘饋通效應(yīng)而產(chǎn)生瞬時階躍電壓變化。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，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，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，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(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，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，控制信號SW會下降至一低邏輯值(logic low value)，此時充電電路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上的電位因為時鐘饋通效應(yīng)而產(chǎn)生瞬時階躍電壓變化。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，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(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，即可消除時鐘饋通效應(yīng)，壓控振蕩器的鎖相時段可以縮的更短，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(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(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)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。
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，也因此可消除時鐘饋通效應(yīng)，壓控振蕩器的鎖相時段可以縮得更短，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