用于開關電容器電路的驅動器及其驅動方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及開關電容器電路領域，特別涉及用于開關電容器電路的驅動器、包含 這種驅動器的開關電容器電路、傳感器設備、和驅動開關電容器電路的方法。
【背景技術】
[0002] 開關電容器（SC)電路用于執行從濾波器到模擬數字轉換器的多個信號處理功 能。SC電路的輸入級可以包含電容器Q，該電容器Q必須在每一個時鐘周期充電。由于SC 電路的等效輸入阻抗可能是低的（由于大電容Q和/或高時鐘頻率），需要驅動器來隔離 信號源和SC電路。驅動器是時間連續的電路，它將輸入電容器Q充電到與輸入信號成比 例的電壓水平。由于SC電路中的信息由內部的電容器上的電荷表示，所以驅動器必須保證 妥善穩定充電階段最后的輸入電容CJ：的電壓。
[0003] 典型的SC驅動器使用在反饋結構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的電阻足夠低，那么充電瞬態是快速的以及在電容器CJ:將精 確復制輸入電壓，該開關是由充電階段控制信號驅動的。然而，如果放大器的輸出阻抗（或 者上述開關電阻）不夠低，那么將會發生充電瞬態。在這種情況下，如果放大器和反饋網絡 的帶寬是大的，那么電容器上的電壓在瞬態的最后穩定在合適的值。
[0004] 實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，這也可能導致放大器的功率消耗增加。另外，如果對驅動器的參考輸入的偏移 有嚴格要求，那么放大器必須具有低的固有偏移或者是偏移補償的。在第一種情況中，放 大器需要大的面積以獲得它的輸出設備的良好匹配，并因此得到低的輸入偏移。在后一種 情況中，必須使用偏移補償技術來執行，例如斬波或自動調零。然而，已知的是這種技術限 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 中發表的文章"Circuittechniquesforreducingeffectsofop-amp imperfections：autozeroing，correlateddoublesampling，andchopper，") 〇 只有 通過增加電路的復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 發表的文章"A21nV/VHzChopper-StabilizedMulti-PathCurtent-Feedback InstrumentationAmplifierInstrumentationAmplifierWith2μVOffset,")〇
[0005] 因此，可能需要一種用于開關電容器電路的驅動器，它可以適當地驅動開關電容 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。

【發明內容】

[0006] 這種要求可能由根據獨立權利要求的主題來滿足。優選的實施例在從屬權利要求 中提出。
[0007] 根據第一方面，提供了一種用于開關電容器電路的驅動器，驅動器包括（a)電壓 放大器，電壓放大器包括信號輸入端，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絡，其中（c)反饋網絡包括跟蹤保持電路，跟蹤保持電路 適于掩蓋在開關電容器電路充電階段的開始時在放大器輸出端處出現的電壓突降。
[0008] 這個方面是基于以下思想，在充電階段的開始時發生的電壓突降（其中開關電容 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（或只很少地）經由反饋網絡反饋到反饋輸入端。因此， 放大器和反饋網絡不需要具有寬帶寬，并且放大器也不必具有非常低的輸出阻抗。因此，根 據之一方面的驅動器可以用相對簡單、簡潔和低功率放大器和反饋網絡實現。因此，驅動器 可以實現低成本和相對小的封裝。
[0009] 在本說明書中，術語"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路之間， 在反饋輸入端和剩下的反饋網絡之間，或者集成在反饋網絡的內部。
[0011] 電壓放大器可能優選地實現為運算放大器。
[0012] 反饋網絡可能包含一個或多個無源元件，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，與現有的用于開關電容器電路的驅動器相比，根據第一方面的驅動器提供 有關面積，能量和電路復雜性方面的節約。
[0014] 根據一個實施例，跟蹤保持電路適于在跟蹤階段導致反饋網絡提供與放大器輸出 電壓相應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致反饋網絡提供基 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。
[0015] 換句話說，跟蹤保持電路運行如下：在跟蹤階段，反饋輸入端接收與放大器輸出端 處的實際電壓相應的電壓，即從實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。
[0016] 因此，在保持階段出現的在放大器輸出端出現的電壓突降（即突然的電壓下降） 不會導致在反饋輸入端產生相應的變化。
[0017] 根據另一個實施例，跟蹤保持電路適于在開始保持電路的同時開始開關電容器電 路的充電階段。另外，跟蹤保持電路適于在開關電容器電路充電階段經過預定部分后開始 跟蹤階段。
[0018] 通過在開始保持階段的同時開始開關電容器電路的充電階段，可以確保發生在充 電階段的開始時的放大器輸出端處的電壓突降（或電壓降）不會導致在反饋輸入端處的電 壓產生相應的變化。然后，在經過充電階段的一預定部分之后，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的實際電壓。
[0019] 根據另一個實施例，開關電容器電路充電階段的預定部分是在開關電容器電路充 電階段的5 %至95 %之間，例如在開關電容器電路充電階段的10 %至90 %之間，例如在 開關電容器電路充電階段的15%至85%之間，例如在開關電容器電路充電階段的20%至 80%之間，例如在開關電容器電路充電階段的25%至75%之間，例如在開關電容器電路充 電階段的30 %至70 %之間，例如在在開關電容器電路充電階段的35 %至65 %之間，例如在 開關電容器電路充電階段的40%至60%之間，例如在開關電容器電路充電階段的45%至 55%之間，例如大約在開關電容器電路充電階段的50%之間。
[0020] 因此，實現了以下折衷，通過跟蹤保持電路掩蓋了充電階段開始時在放大器輸出 端出現的電壓突降的大部分，同時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地起作用。
[0021] 根據另一個實施例，跟蹤保持電路包括電容器和開關，在跟蹤階段當開關閉合時， 耦合電容器以接收相應于放大器輸出的電壓，在保持階段當開關斷開時將反饋輸入端處的 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] 根據第二方面，提供開關電容器電路，包括（a)根據第一方面或前面描述的任意 實施例的驅動器電路，（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，和（d)用于控制充電電容器的放電的第二開關。
[0024] 第二方面是基于上述第一方面相同的思想，包括開關電容器電路，開關電容器電 路具有根據第一方面的驅動器。
[0025] 如本領域所知的，充電電容器的充電和放電由第一和第二開關控制。
[0026] 根據一個實施例，開關電容器電路還包括控制單元，適于（a)在開關電容器電路 充電階段閉合第一開關和斷開第二開關，（b)在開關電容器電路放電階段斷開第一開關和 閉合第二開關，和（c)控制跟蹤保持電路從而保持階段和開關電容器電路的充電階段同時 開始，并且跟蹤階段是在開關電容器電路充電階段經過預定部分后開始。
[0027] 控制單元可能特別地適于產生控制信號用于第一和第二開關的每一個，并且基于 開關電容器電路的時鐘信號用于跟蹤保持電路。
[0028] 根據第三方面，提供一種傳感器設備，包括（a)根據第二方面或任何上述實施例 的開關電容器電路，和（b)耦合到電壓放大器的信號輸入端的傳感器單元。
[0029] 這個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 備中第一方面的使用。
[0030] 傳感器設備可能特別地是用于汽車應用的傳感器設備（例如角傳感器，速度傳感 器，等等）或者是用于消費者應用的傳感器設備（例如溫度傳感器，濕度傳感器，氣體傳感 器，等等）。
[0031] 根據第四方面，提供一種通過驅動器電路驅動開關電容器電路的方法，驅動器電 路包括電壓放大器，電壓放大器具有信號輸入端，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絡和跟蹤保持電路。該方法包括（a)運行跟蹤保持電 路以掩蓋發生在開關電容器電路充電階段的開始時的放大器輸出端處的電壓突降。
[0032] 這個方面基本基于和之前幾個方面相同的思想。
[0033] 應該注意的是本發明的實施例參考不同的主題進行描述。具體地，一些實施例的 描述關于方法權利要求而另一些實施例的描述關于產品權利要求。然而，本領域技術人員 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特征的結合以下，與 不同主題相關的技術特征的任何結合，特別是方法權利要求中的技術特征和產品權利要求 中的技術特征的結合，也被認為已被本申請披露。
[0034] 從以下描述的實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 發明的其它方面。以下關于本發明的實施例進行詳細描述，但本發明不限于這些實施例。
【附圖說明】
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