用于開關(guān)電容器電路的驅(qū)動(dòng)器及其驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請(qǐng)涉及開關(guān)電容器電路領(lǐng)域，特別涉及用于開關(guān)電容器電路的驅(qū)動(dòng)器、包含 這種驅(qū)動(dòng)器的開關(guān)電容器電路、傳感器設(shè)備、和驅(qū)動(dòng)開關(guān)電容器電路的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 開關(guān)電容器（SC)電路用于執(zhí)行從濾波器到模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的多個(gè)信號(hào)處理功 能。SC電路的輸入級(jí)可以包含電容器Q，該電容器Q必須在每一個(gè)時(shí)鐘周期充電。由于SC 電路的等效輸入阻抗可能是低的（由于大電容Q和/或高時(shí)鐘頻率），需要驅(qū)動(dòng)器來隔離 信號(hào)源和SC電路。驅(qū)動(dòng)器是時(shí)間連續(xù)的電路，它將輸入電容器Q充電到與輸入信號(hào)成比 例的電壓水平。由于SC電路中的信息由內(nèi)部的電容器上的電荷表示，所以驅(qū)動(dòng)器必須保證 妥善穩(wěn)定充電階段最后的輸入電容CJ：的電壓。
[0003] 典型的SC驅(qū)動(dòng)器使用在反饋結(jié)構(gòu)中的放大器來在充電階段給電容器Q充電。如 果放大器的輸出阻抗和開關(guān)的電阻足夠低，那么充電瞬態(tài)是快速的以及在電容器CJ:將精 確復(fù)制輸入電壓，該開關(guān)是由充電階段控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)的。然而，如果放大器的輸出阻抗（或 者上述開關(guān)電阻）不夠低，那么將會(huì)發(fā)生充電瞬態(tài)。在這種情況下，如果放大器和反饋網(wǎng)絡(luò) 的帶寬是大的，那么電容器上的電壓在瞬態(tài)的最后穩(wěn)定在合適的值。
[0004] 實(shí)施具有低的輸出阻抗的放大器需要很大的成本。減少放大器的輸出阻抗需要 增加能量和放大器輸出設(shè)備的尺寸。為了抵消高輸出阻抗的影響，可能使用帶寬寬的放大 器。然而，這也可能導(dǎo)致放大器的功率消耗增加。另外，如果對(duì)驅(qū)動(dòng)器的參考輸入的偏移 有嚴(yán)格要求，那么放大器必須具有低的固有偏移或者是偏移補(bǔ)償?shù)?。在第一種情況中，放 大器需要大的面積以獲得它的輸出設(shè)備的良好匹配，并因此得到低的輸入偏移。在后一種 情況中，必須使用偏移補(bǔ)償技術(shù)來執(zhí)行，例如斬波或自動(dòng)調(diào)零。然而，已知的是這種技術(shù)限 制放大器的帶寬（參見Enz，C.C.和Temes，G.C.于 1996 年 11 月在IEEE，vol. 84,no. 11， ρρ· 1584,1614 中發(fā)表的文章"Circuittechniquesforreducingeffectsofop-amp imperfections：autozeroing，correlateddoublesampling，andchopper，") 〇 只有 通過增加電路的復(fù)雜性才能避免這種情況（參見QinwenFan;Huijsing，J.H. ;Makinwa， K.AA于 2012 年 2 月在Solid-StateCircuits，IEEEJournalof，vol. 47,no. 2,ρρ· 464， 475 發(fā)表的文章"A21nV/VHzChopper-StabilizedMulti-PathCurtent-Feedback InstrumentationAmplifierInstrumentationAmplifierWith2μVOffset,")〇
[0005] 因此，可能需要一種用于開關(guān)電容器電路的驅(qū)動(dòng)器，它可以適當(dāng)?shù)仳?qū)動(dòng)開關(guān)電容 器電路而不需要具有寬的帶寬和/或低的輸出阻抗的放大器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 這種要求可能由根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來滿足。優(yōu)選的實(shí)施例在從屬權(quán)利要求 中提出。
[0007] 根據(jù)第一方面，提供了一種用于開關(guān)電容器電路的驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)器包括（a)電壓 放大器，電壓放大器包括信號(hào)輸入端，反饋輸入端和放大器輸出端，和（b)親合在放大器輸 出端和反饋輸入端之間的反饋網(wǎng)絡(luò)，其中（c)反饋網(wǎng)絡(luò)包括跟蹤保持電路，跟蹤保持電路 適于掩蓋在開關(guān)電容器電路充電階段的開始時(shí)在放大器輸出端處出現(xiàn)的電壓突降。
[0008] 這個(gè)方面是基于以下思想，在充電階段的開始時(shí)發(fā)生的電壓突降（其中開關(guān)電容 器電路的基本放電的電容器連接到放大器輸出端并因此減少在放大器輸出端的電壓）由 跟蹤保持電路掩蓋從而電壓降不會(huì)（或只很少地）經(jīng)由反饋網(wǎng)絡(luò)反饋到反饋輸入端。因此， 放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)不需要具有寬帶寬，并且放大器也不必具有非常低的輸出阻抗。因此，根 據(jù)之一方面的驅(qū)動(dòng)器可以用相對(duì)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)潔和低功率放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。因此，驅(qū)動(dòng)器 可以實(shí)現(xiàn)低成本和相對(duì)小的封裝。
[0009] 在本說明書中，術(shù)語(yǔ)"跟蹤保持電路"可能特別表示適于在跟蹤階段跟蹤特定的 電壓的電路，在跟蹤階段跟蹤特定的電壓的意思是該電路輸出的電壓遵循該特定的電壓。 在保持階段，電路輸出的電壓等于保持階段開始之前最后的特定電壓。
[0010] 跟蹤保持電路可能布置在反饋路徑中的任意位置，反饋路徑位于放大器輸出端和 反饋輸入端之間。特別地，跟蹤保持電路可能布置在放大器輸出端和剩下的反饋網(wǎng)路之間， 在反饋輸入端和剩下的反饋網(wǎng)絡(luò)之間，或者集成在反饋網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部。
[0011] 電壓放大器可能優(yōu)選地實(shí)現(xiàn)為運(yùn)算放大器。
[0012] 反饋網(wǎng)絡(luò)可能包含一個(gè)或多個(gè)無(wú)源元件，例如電阻器，電容器等等，配置為在到放 大器的反饋輸入端的路上減少和/或過濾放大器輸出。
[0013] 綜上，與現(xiàn)有的用于開關(guān)電容器電路的驅(qū)動(dòng)器相比，根據(jù)第一方面的驅(qū)動(dòng)器提供 有關(guān)面積，能量和電路復(fù)雜性方面的節(jié)約。
[0014] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，跟蹤保持電路適于在跟蹤階段導(dǎo)致反饋網(wǎng)絡(luò)提供與放大器輸出 電壓相應(yīng)的電壓到反饋輸入端。另外，跟蹤保持電路適于在保持階段導(dǎo)致反饋網(wǎng)絡(luò)提供基 本恒定的電壓到反饋輸出端，該恒定的電壓與前面的跟蹤階段的最后的放大器輸出電壓相 應(yīng)。
[0015] 換句話說，跟蹤保持電路運(yùn)行如下：在跟蹤階段，反饋輸入端接收與放大器輸出端 處的實(shí)際電壓相應(yīng)的電壓，即從實(shí)際的輸出電壓獲得的（減少的或過濾的）電壓。在保持 階段，跟蹤保持電路運(yùn)行如下：在放大器輸出端的電壓的變化沒有反映在反饋輸入上。反 而，反饋輸入端接收基本恒定的電壓，該恒定的電壓與保持階段開始之前最后的輸出電壓 相應(yīng)。
[0016] 因此，在保持階段出現(xiàn)的在放大器輸出端出現(xiàn)的電壓突降（即突然的電壓下降） 不會(huì)導(dǎo)致在反饋輸入端產(chǎn)生相應(yīng)的變化。
[0017] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，跟蹤保持電路適于在開始保持電路的同時(shí)開始開關(guān)電容器電 路的充電階段。另外，跟蹤保持電路適于在開關(guān)電容器電路充電階段經(jīng)過預(yù)定部分后開始 跟蹤階段。
[0018] 通過在開始保持階段的同時(shí)開始開關(guān)電容器電路的充電階段，可以確保發(fā)生在充 電階段的開始時(shí)的放大器輸出端處的電壓突降（或電壓降）不會(huì)導(dǎo)致在反饋輸入端處的電 壓產(chǎn)生相應(yīng)的變化。然后，在經(jīng)過充電階段的一預(yù)定部分之后，即放大器輸出端處的電壓基 本從上述電壓突降中恢復(fù)過來后，跟蹤保持電路切換到跟蹤階段并因此打開反饋路徑從而 反饋輸入端處的電壓直接取決于在放大器輸出端出現(xiàn)的實(shí)際電壓。
[0019] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，開關(guān)電容器電路充電階段的預(yù)定部分是在開關(guān)電容器電路充 電階段的5 %至95 %之間，例如在開關(guān)電容器電路充電階段的10 %至90 %之間，例如在 開關(guān)電容器電路充電階段的15%至85%之間，例如在開關(guān)電容器電路充電階段的20%至 80%之間，例如在開關(guān)電容器電路充電階段的25%至75%之間，例如在開關(guān)電容器電路充 電階段的30 %至70 %之間，例如在在開關(guān)電容器電路充電階段的35 %至65 %之間，例如在 開關(guān)電容器電路充電階段的40%至60%之間，例如在開關(guān)電容器電路充電階段的45%至 55%之間，例如大約在開關(guān)電容器電路充電階段的50%之間。
[0020] 因此，實(shí)現(xiàn)了以下折衷，通過跟蹤保持電路掩蓋了充電階段開始時(shí)在放大器輸出 端出現(xiàn)的電壓突降的大部分，同時(shí)允許在充電階段的剩余部分（以及在之后的放電階段） 使放大器輸出端的電壓通到反饋輸入端從而允許放大器相應(yīng)地起作用。
[0021] 根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，跟蹤保持電路包括電容器和開關(guān)，在跟蹤階段當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)， 耦合電容器以接收相應(yīng)于放大器輸出的電壓，在保持階段當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)將反饋輸入端處的 電壓維持在與前面的跟蹤階段的最后的放大器輸出電壓相應(yīng)的電壓。
[0022] 換句話說，在跟蹤階段，電容器上的電壓遵循放大器輸出電壓，并在保持階段維持 來自跟蹤階段的最后的電壓。
[0023] 根據(jù)第二方面，提供開關(guān)電容器電路，包括（a)根據(jù)第一方面或前面描述的任意 實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)器電路，（b)充電電容器，（c)耦合在放大器輸出端和充電電容器之間的用于 控制充電電容器的充電的第一開關(guān)，和（d)用于控制充電電容器的放電的第二開關(guān)。
[0024] 第二方面是基于上述第一方面相同的思想，包括開關(guān)電容器電路，開關(guān)電容器電 路具有根據(jù)第一方面的驅(qū)動(dòng)器。
[0025] 如本領(lǐng)域所知的，充電電容器的充電和放電由第一和第二開關(guān)控制。
[0026] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，開關(guān)電容器電路還包括控制單元，適于（a)在開關(guān)電容器電路 充電階段閉合第一開關(guān)和斷開第二開關(guān)，（b)在開關(guān)電容器電路放電階段斷開第一開關(guān)和 閉合第二開關(guān)，和（c)控制跟蹤保持電路從而保持階段和開關(guān)電容器電路的充電階段同時(shí) 開始，并且跟蹤階段是在開關(guān)電容器電路充電階段經(jīng)過預(yù)定部分后開始。
[0027] 控制單元可能特別地適于產(chǎn)生控制信號(hào)用于第一和第二開關(guān)的每一個(gè)，并且基于 開關(guān)電容器電路的時(shí)鐘信號(hào)用于跟蹤保持電路。
[0028] 根據(jù)第三方面，提供一種傳感器設(shè)備，包括（a)根據(jù)第二方面或任何上述實(shí)施例 的開關(guān)電容器電路，和（b)耦合到電壓放大器的信號(hào)輸入端的傳感器單元。
[0029] 這個(gè)方面基本基于和第一方面相同的思想。更具體地，第三方面包括在傳感器設(shè) 備中第一方面的使用。
[0030] 傳感器設(shè)備可能特別地是用于汽車應(yīng)用的傳感器設(shè)備（例如角傳感器，速度傳感 器，等等）或者是用于消費(fèi)者應(yīng)用的傳感器設(shè)備（例如溫度傳感器，濕度傳感器，氣體傳感 器，等等）。
[0031] 根據(jù)第四方面，提供一種通過驅(qū)動(dòng)器電路驅(qū)動(dòng)開關(guān)電容器電路的方法，驅(qū)動(dòng)器電 路包括電壓放大器，電壓放大器具有信號(hào)輸入端，反饋輸入端和放大器輸出端，耦合在放大 器輸出端和反饋輸入端之間的反饋網(wǎng)絡(luò)和跟蹤保持電路。該方法包括（a)運(yùn)行跟蹤保持電 路以掩蓋發(fā)生在開關(guān)電容器電路充電階段的開始時(shí)的放大器輸出端處的電壓突降。
[0032] 這個(gè)方面基本基于和之前幾個(gè)方面相同的思想。
[0033] 應(yīng)該注意的是本發(fā)明的實(shí)施例參考不同的主題進(jìn)行描述。具體地，一些實(shí)施例的 描述關(guān)于方法權(quán)利要求而另一些實(shí)施例的描述關(guān)于產(chǎn)品權(quán)利要求。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員 從上下文可以得出，除非另外指出，除了屬于一種類型的主題中的技術(shù)特征的結(jié)合以下，與 不同主題相關(guān)的技術(shù)特征的任何結(jié)合，特別是方法權(quán)利要求中的技術(shù)特征和產(chǎn)品權(quán)利要求 中的技術(shù)特征的結(jié)合，也被認(rèn)為已被本申請(qǐng)披露。
[0034] 從以下描述的實(shí)施例和參考具體例子的說明可以明顯得出上述限定的方面和本 發(fā)明的其它方面。以下關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述，但本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。
【附圖說明】
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