用于在电子设备中执行电容器放大的装置 |
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| 申请号 | CN201610405771.8 | 申请日 | 2016-06-08 | 公开(公告)号 | CN106549643A | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
| 申请人 | 联发科技股份有限公司; | 发明人 | 王怀德; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了本发明提供在 电子 设备中执行电容器放大的装置，其包括：第一 电阻 器 和第二 电阻器 ，彼此 串联 连接且耦接于所述电子设备的接收器的一组输入端之间，用于获取所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的共模端的共模 电压 ；共模电容器，用于减少共模回波损耗，所述共模电容器包括第一端和第二端，其中所述共模电容器的所述第一端耦接于所述共模端；交流耦合 放大器 ，耦接于所述共模端和所述共模电容器的所述第二端之间，用于对所述共模电容器执行电容器放大。本发明可在不增加共模电容器尺寸的情形下对共模电容器执行电容器放大。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种在电子设备中执行电容器放大的装置，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 用于在电子设备中执行电容器放大的装置[0002] 本发明涉及集成电路领域，尤其涉及在电子设备中执行电容器放大的方案。【背景技术】 [0003] 根据现有技术，直流耦合(direct current coupling)系统可设计为包括浮动终止架构(floating termination architecture)，并且在一个或多个情形下该直流耦合系统可视为开路(open circuit)。此设计可能引发各种问题。例如，该设计需要一个电容值大于一百微微法拉(picofarad，pF)的电容器，这将导致芯片面积的增加。最终，相关成本增加。当前提出了一些传统的方法用于解决这些问题，然而这又将引发一些新的问题，例如，一些副作用将发生。例如，接收器(receiver)可能需要较宽的输入带宽且需要较强的信号用于驱动放大器，这将增加成本并增加功率消耗。在另一例子中，接收器可能具有较慢的操作速度和较大的输入共模容忍度(input common mode tolerance)。在另一个例子中，接收器可能由于失配的原因而具有直流电泄漏且其复杂的实施电路同样将增加芯片的面积，此外其仍需要较宽范围的驱动。由此，为了节省芯片面积，需要一个新的架构来执行电容器放大(capacitor amplification)。【发明内容】 [0004] 本发明提供在电子设备中执行电容器放大的装置。可在不增加共模电容器尺寸的情形下对共模电容器执行电容器放大。 [0005] 本发明实施例所提供的在电子设备中执行电容器放大的装置，该装置可包括：第一电阻器和第二电阻器，彼此串联连接且耦接于所述电子设备的接收器的一组输入端之间，用于获取所述第一电阻器和所述第二电阻器之间的共模端的共模电压；共模电容器，用于减少共模回波损耗，所述共模电容器包括第一端和第二端，其中所述共模电容器的所述第一端耦接于所述共模端；交流耦合放大器，耦接于所述共模端和所述共模电容器的所述第二端之间，用于对所述共模电容器执行电容器放大。 [0006] 如前所述，本发明实施例的电容器放大的装置包括交流耦合放大器，耦接于所述共模端和所述共模电容器的所述第二端之间，用于对所述共模电容器执行电容器放大。基于此架构，本发明实施例可在不增加共模电容器尺寸的情形下对共模电容器执行电容器放大。也即，本发明可在不增加共模电容器的尺寸的情形下保证电子设备的接收器的性能和整个系统的整体性能。【附图说明】 [0007] 本发明可通过阅读随后的细节描述和参考附图所举的实施例被更全面地理解，其中： [0008] 图1依据本发明的一个实施例示出了在电子设备中执行电容器放大的装置100的示意图。 [0009] 图2依据本发明的一个实施例示出了图1中的交流耦合放大器110A的一些实现细节。 [0011] 图4依据本发明的一个实施例示出了图1中的装置100的一些具体实现细节。 [0012] 图5依据本发明的一个实施例示出了图1中的装置100涉及的增益级(gain stage)。 [0013] 图6依据本发明的另一个实施例示出了图1中的装置100涉及的增益级。 [0014] 图7依据本发明的一个实施例示出了图1所示的装置100涉及的源极跟随器电路。 [0015] 图8依据本发明的另一个实施例示出了图1所示的装置100涉及的源极跟随器电路。【具体实施方式】 [0016] 在说明书及后续的权利要求当中使用了某些术语来指称特定的组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同的名称来称呼同一个组件。本文件并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。在接下来的说明书及权利要求中，术语“包含”及“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包含但不限制于”。此外，“耦接”一词在此包含直接及间接的电性连接手段。因此，如果一个装置耦接于另一个装置，则代表该一个装置可直接电性连接于该另一个装置，或通过其它装置或连接手段间接地电性连接至该另一个装置。 [0017] 图1依据本发明的一个实施例示出了在电子设备中执行电容器放大的装置100的示意图。其中，装置100包括所述电子设备的至少一部分。作为举例，所述装置100可包括上述电子设备一部分，更具体而言，所述装置可包括所述电子设备中的至少一个硬件电路，例如至少一个集成电路(integrated circuit，IC)以及这些集成电路的关联电路。在另一个例子中，所述装置可为所述整个电子设备。在另一个例子中，所述装置可包括包括有前述电子设备的系统(例如，包括所述电子设备的无线通信系统)。所述电子设备包括但不限于，多功能移动电话(multifunctional mobile phone)，平板电脑(tablet)，可穿戴设备(wearable device)以及手提电脑(laptop computer)。 [0018] 如图1所示，装置100可包括串联连接且耦接于所述电子设备中的接收器的一组输入端(例如，两个输入端Vinp和Vinn)之间的第一电阻器Rcmp和第二电阻器Rcmn，还可包括共模电容器Ccm，所述共模电容器Ccm包括第一端(例如，图1所示的架构中的共模电容器Ccm的左端)和第二端(例如，图1所示的架构中的共模电容器Ccm的右端)，其中，所述共模电容器Ccm的第一端耦接于共模端Vcm。作为举例，所述两个输入端Vinp和Vinn可为两个差分输入端，且包括所述两个输入端Vinp和Vinn的该组输入端中的所有输入端均可为电压输入端。此外，装置100还可包括电容器放大电路110作为电容器倍增器(capacitor multiplier)。如图1所示，本实施例的电容器放大电路110可包括耦接于所述共模端Vcm和所述共模电容器Ccm的第二端之间的交流耦合放大器110A。作为举例，所述交流耦合放大器110A可包括输入端(例如，图1所示的架构中的交流耦合放大器110A的左端)和输出端(例如，图1所示的架构中的交流耦合放大器110A的右端)，并且，所述交流耦合放大器110A的所述输入端耦接于所述共模端Vcm，所述交流耦合放大器110A的所述输出端耦接于所述共模电容器Ccm的所述第二端。根据本实施例，电容器放大电路110还可包括交流耦合电容器Cb用于将所述交流耦合放大器 110A的所述输入端耦接(例如，交流耦接)于所述共模端Vcm，其中，所述交流耦合电容器Cb可包括第一端(例如，图1所示的架构中的交流耦合电容器Cb的左端)和第二端(例如，图1所示的架构中的交流耦合电容器Cb的右端)，其中，所述交流耦合电容器Cb的所述第一端耦接于所述共模端Vcm，所述交流耦合电容器Cb的所述第二端耦接于所述交流耦合放大器110A的所述输入端。作为举例，通过合理地设计交流耦合放大器110A，交流耦合放大器110A的增益可等于“-A”(例如，参数A可为大于或等于1的正数，并可定义为所述交流耦合放大器110A的带内增益(inband gain))，因此，为了更好理解，在图1中将交流耦合放大器110A标记为“-A”。 通过使用交流耦合放大器110A，共模电容器Ccm的等效电容值Ccm-Eq可如下表示： [0019] Ccm-Eq＝(1+A)*Ccm； [0020] 其中，符号“Ccm”可表示共模电容器Ccm的电容值(也即，实际的(real)电容值)。较佳的，所有这些组件均可在一个集成电路中实现，例如，前面提到的集成电路。 [0021] 根据本实施例，所述第一电阻器和所述第二电阻器可用于获取所述第一电阻器Rcmp和所述第二电阻器Rcmn之间的共模端Vcm的共模电压Vcm，所述共模电容器Ccm可用于减少共模回波损耗(return loss)。此外，交流耦合放大器110A可用于执行共模电容器Ccm的电容器放大。作为举例，电容器放大电路110的操作可使共模电容器Ccm具有电容值Ccm-Eq，其中，该电容值Ccm-Eq大于所述共模电容器Ccm的实际的电容值Ccm。在该实施例中，电容器放大电路110可仿真一个比所述共模电容器Ccm真实具有的电容值更大的电容值作为所述共模电容器Ccm的电容值。作为举例，当共模电容器Ccm的电容值Ccm并未达到100微微法时，通过使用电容器放大电路110，由于电容器放大电路110可使所述共模电容器Ccm的电容值看上去变得大于 100微微法，因此装置100可不增加所述共模电容器Ccm的尺寸(例如，不需要在集成电路上预留一个较大的子区域用于实施共模电容器Ccm)而保证所述接收器的性能和所述整个系统的整体性能。 [0022] 为了更好理解，在图1中示出了第一电阻器Rcmp和第二电阻器Rcmn，以及示出了所述接收器的两个输入端Vinp和Vinn。根据一些实施例，装置100可仅包括图1所示的架构的一部分。根据一些实施例，装置100可包括所述接收器。在一些实施例中，例如图1所示的实施例，所述第一电阻器Rcmp和所述第二电阻器Rcmn的典型取值可等于50欧姆(Ohm)。在一些实施例中，所述第一电阻器Rcmp和所述第二电阻器Rcmn的典型取值可为其他任意的值。 [0023] 图2依据本发明的一个实施例示出了图1中的交流耦合放大器110A的一些实现细节。作为举例，在该实施例中图1所示的交流耦合放大器110A可包括反相器112和电阻器Rb。所述反相器112可包括输入端(例如，图2所示的架构中的反相器112的左端)和输出端(例如，图2所示的架构中的反相器112的右端)，其中，反相器112的输入端耦接于交流耦合放大器110A的输入端，反相器112的输出端耦接于交流耦合放大器110A的输出端。此外，电阻器Rb可包括第一端(例如，图2所示的架构中的电阻器Rb的上端)和第二端(例如，图2所示的架构中的电阻器Rb的下端)，其中，电阻器Rb的第一端耦接于交流耦合放大器110A的输入端，电阻器Rb的第二端电性连接至偏置端(bias terminal)Vb，其中所述偏置端Vb可用于接收偏置电压。 [0024] 通过采用图2所示的架构，装置100可在不引入现有技术所提及的其他问题的情形下，对共模电容器Ccm执行电容器放大。例如，不需要宽范围的放大器，也不需要复杂的电路。此外，由于对共模电容器Ccm执行电容器放大将不受阻，提供给偏置端Vb的偏置电压可任意地从各种选择项中进行选择。提供给偏置端Vb的偏置电压可包括但不限于以下电压中任一种：预先设定的电压电平、装置100中已经存在的电压电平、图1-2中所述的电压电平的任意变化。 [0025] 图3依据本发明的一个实施例示出了图2所示的架构的硬件配置。如图3所示，偏置端Vb可电性连接至反相器112的输出端。此外，由于反相器112的输出端可视为如图1所示的交流耦合放大器110A的输出端，则在本实施例中，偏置端Vb可耦接至图1所示的交流耦合放大器110A的输出端。基于图3所示的架构，交流耦合放大器110A的输出端(例如，反相器112的输出端)和共模电容器Ccm的第二端(例如，共模电容器Ccm的右端)彼此直接电性连接。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0026] 图4依据本发明的一个实施例示出了图1中的装置100的一些具体实现细节。如图4所示，装置100还包括源极跟随器(source follower，SF)414，所述源极跟随器耦接于交流耦合放大器110A的输出端(例如，反相器112的输出端)和共模电容器Ccm的第二端(例如，共模电容器Ccm的右端)之间。作为举例，源极跟随器414的输入端耦接于反相器112的输出端，源极跟随器414的输出端耦接于共模电容器Ccm的第二端(例如，共模电容器Ccm的右端)。基于图4所示的架构，图1所示的电容器放大电路110可包括源极跟随器414，且电容器放大电路110可在源极跟随器414的协助下对共模电容器Ccm执行电容器放大。作为举例，在对共模电容器Ccm执行电容器放大的过程中，源极跟随器414可为图1所示的电容器放大电路110提供较好的特性，例如，具有较低输出阻抗和合适的输出功率。最终，电容器放大操作的带宽可大大增加。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0027] 图5依据本发明的一个实施例示出了图1中的装置100涉及的增益级(gain stage)。其中，图5所示的架构中最左边的端子和最右边的端子分别为所述增益级的输入端和输出端。作为举例，本实施例的增益级可包括彼此相互耦接的多个金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors，MOSFETs)，例如，包括耦接在一组预先设定的电压电平之间的P型MOSFET(PMOSFET)和N型MOSFET(NMOSFET)，该组预先设定的电压电平例如可为位于驱动端的驱动电压电平和位于接地端的接地电压电平。基于图5所示的架构，本实施例的增益级可视为一个反相器电路INV。该增益级(为了更好地理解，在图5中标记为“INV”)可用于实现图2-图4所示的架构中的反相器112。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0028] 图6依据本发明的另一个实施例示出了图1中的装置100涉及的增益级(gain stage)。其中，图6所示的架构中最左边的端子和最右边的端子分别为所述增益级的输入端和输出端。作为举例，本实施例的增益级可包括反相器电路INV，还可包括连接成二极管形式的MOSFET(diode connected MOSFET)，例如，耦接于所述增益级的所述输出端和接地端之间的连接成二极管形式的NMOSFET(也即，图6的右下边所示的MOSFET)，其中，所述连接成二极管形式的MOSFET的三个端子中的其中两个端子，例如，三个端子中的栅极和三个端子中其他两个端子中的一个彼此电性连接。基于图6所示的架构，增益级可视为反相器电路INV和连接成二极管形式且跨导为gm的MOSFET的组合电路。该增益级(为了更好地理解，在图6中标记为“INV+1/gm”)可用于实现图2-图4所示的架构中的反相器112。在连接成二极管形式的MOSFET的协助下，反相器电路INV可为图1所示的电容器放大电路110提供较好的特性，例如，更好的线性度(linearity)和更少的制程变异(process variation)。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0029] 根据一些实施例，连接成二极管形式的MOSFET可为连接成二极管形式的PMOSFET。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0030] 根据一些实施例，图2-图4所示的反相器112可包括耦接于一组预先设定的电压电平之间的第一MOSFET和第二MOSFET，例如，图5-6所示的实施例中的任一个实施例中的反相器电路INV中的PMOSFET和NMOSFET。此外，反相器112的输入端可电性连接至所述第一MOSFET的栅极和所述第二MOSFET的栅极，且所述反相器112的输出端可电性连接至所述第一MOSFET的另一个端子和所述第二MOSFET的另一个端子。此外，所述第一MOSFET剩余的最后一个端子可电性连接至所述预先设定的一组电压电平中的其中一个电压电平，所述第二MOSFET剩余的最后一个端子可电性连接至所述预先设定的一组电压电平中的另一个电压电平。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0031] 根据一些实施例，图2-图4所示的反相器112还可包括第三MOSFET，例如，图6所示的实施例中的连接成二极管形式的MOSFET，所述第三MOSFET包括电性连接至所述反相器112的输出端的栅极，还包括其他端子。此外，所述三MOSFET除栅极之外的其他端子中的其中一个可电性连接至前面所提及的一组预先设定的电压电平中的一个，所述三MOSFET除栅极之外的其他端子中的另一个可电性连接至所述反相器的输出端。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0032] 图7依据本发明的一个实施例示出了图1所示的装置100涉及的源极跟随器电路。其中，端子Vin和Vout分别为所述源极跟随器电路的输入端和输出端。所述源极跟随器电路的偏置端Vb2用于接收一个预先设定的偏置电压，以控制图7的下半部分所示的MOSFET处于该MOSFET的饱和区域(saturation region)。本实施例的所述源极跟随器电路可用于实现图4所示的源极跟随器414。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0033] 图8依据本发明的另一个实施例示出了图1所示的装置100涉及的源极跟随器电路。其中，端子Vin和Vout分别为所述源极跟随器电路的输入端和输出端。与图7所示的架构相比，在该实施例中，所述两个MOSFETs中的其中一个可替换为电阻器。本实施例的所述源极跟随器电路可用于实现图4所示的源极跟随器414。为了简化，本实施例与其他实施例相似之处，将不在此赘述。 [0034] 根据一些实施例，接收器可遵循特定的规范(specification)，例如，带通共模回波损耗(band-pass common-mode return loss)规范，也即，“band-pass SCC11”，并且，上面任意一个实施例中的交流耦合放大器110A特别适合用于执行电容器放大，以在不需要进一步增大共模电容器Ccm的尺寸时保证接收器的性能以及保证整个系统的整体性能。此次，术语“band-pass SCC11”表示一种规范，该规范定义从一个特定的最小频率到一个特定的最大频率所需要的SCC11。作为举例，交流耦合的情形下，在电子设备的涉及者仅关心高于50兆赫兹至几千兆赫兹的特定频率带宽时，交流耦合放大器110A可比现有技术容忍更大的发射器共模输入电平。在一些实施例中，交流耦合放大器110A可位于核心设备中以进一步增加所述接收器的操作速度。 [0035] 权利要求书中用以修饰元件的“第一”、“第二”等序数词的使用本身未暗示任何优先权、优先次序、各元件之间的先后次序、或所执行方法的时间次序，而仅用作标识来区分具有相同名称(具有不同序数词)的不同元件。 [0036] 本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。 |
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