TW202145727A - 具有脈寬調變電流補償的類比前端 - Google Patents

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Abstract

一種具有脈寬調變電流補償的類比前端電路的操作方法，包括：感測電流狀態，且確定電流狀態是否為正或負電流狀態。根據電流狀態確定一適當控制訊號，且若電流狀態為負電流狀態，會發送該適當控制訊號以導通正電流電子開關，或者若電流狀態為正電流狀態，會發送適當控制訊號以導通負電流電子開關。當正電流電子開關導通時，正補償電流流通，以偏移負寄生電流，且當負電流電子開關導通時，負補償電流流通，以偏移正寄生電流。主控制單元使用與不同電流狀態相關的不同寬度的脈寬調變訊號，來讓脈寬調變訊號發送，以導通正電流電子開關或負電流電子開關。

Description

具有脈寬調變電流補償的類比前端
本發明關於一種類比前端（Analog front end，AFE），特別是關於一種具有脈寬調變電流補償的類比前端電路。
參照圖1，其繪示為一類比前端檢測電路10的圖。當T[n]接收一感測訊號源，它將訊號轉換為一電流Isense ，並將其儲存在積分器20中。遺憾的是，在檢測路徑上有許多寄生電容，這使得檢測電流從Isense 變為Isense +Iother 。為了偏移Iother 的過剩電流，習知技術增加了一電容補償電路Ccomp 。補償電流Icomp 是藉由補償高電壓（Vcomph ）和補償低電壓（Vcompl ）的電壓切換產生的。
如此將會導致補償電容器的值過大，使得佈局區域具有較大面積的電容，並對電路性能產生負面影響。
因此，為了克服習知技術的缺點，需要具有脈寬調變電流補償的類比前端電路，其在正向和負向上均具補償電流。
本發明的目的是提供一種用於類比前端（AFE）的電流補償電路，其使用脈寬調變（Pulse width modulation，PWM）訊號以產生正補償電流以及負補償電流。
當VTX 訊號從低變高時，積分器感測到一正電流。此時，感測到的Iother 電流大於零（＞0），因此負補償電流導通，僅有Isense 流入積分器。
當VTX 訊號從高變低時，積分器感測到一負電流。此時，感測到的Iother 電流小於零（＜0），因此正補償電流導通，僅有Isense 流入積分器。
結果，本發明藉由使用負補償電流和正補償電流來偏移Iother 的過剩電流，僅有Isense 流入積分器，從而消除了檢測路徑上的寄生電容造成的負面影響。
本發明提供一種用於一類比前端的電流補償電路，包括一正電流電子開關，正電流電子開關連接於一正電壓供應器以及一電流路徑之間；以及一負電流電子開關，負電流電子開關連接於接地端以及電流路徑之間。
在一具體實施例中，根據一感測電流狀態，導通正電流電子開關或負電流電子開關。當正電流電子開關導通時，一正補償電流流通。當負電流電子開關導通時，一負補償電流流通。在一具體實施例中，一脈寬調變訊號導通正電流電子開關或負電流電子開關。
在一具體實施例中，用於一類比前端的電流補償電路更包括一主控制單元，主控制單元發送相應於正及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度。主控制單元包括一暫存器表，該暫存器表包含相應於正電流補償狀態及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度。根據感測電流狀態，主控制單元發送一適當脈寬調變訊號，以導通正電流電子開關（pwm-p訊號）或負電流電子開關（pwm-n訊號）。在一具體實施例中，正補償電流偏移負寄生電流，且負補償電流偏移正寄生電流。
本發明還提供了一種用於一類比前端的電流補償電路，包括一第一運算放大器，第一運算放大器包括一第一負輸入端；一第一正輸入端，第一正輸入端接收一輸入電壓訊號；以及一第一輸出端，第一輸出端電性連接至第一負輸入端。電流補償電路更包括一第二運算放大器，第二運算放大器包括一第二負輸入端，第二負輸入端接收一參考電壓訊號；一第二正輸入端；以及一第二輸出端。一第一電容連接於第二運算放大器的第二負輸入端以及第二輸出端之間；一第二電容連接於第二運算放大器的第二正輸入端以及第二輸出端之間。電流補償電路更包括一正電流電子開關，正電流電子開關連接於一正電壓供應器以及第二運算放大器的第二正輸入端之間；以及一負電流電子開關，負電流電子開關連接於接地端以及第二運算放大器的第二正輸入端之間。在一具體實施例中，正電流電子開關是藉由一脈寬調變訊號導通。在一具體實施例中，負電流電子開關是藉由一脈寬調變訊號導通。
在一具體實施例中，用於一類比前端的電流補償電路還包括一主控制單元，主控制單元發送相應於正及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度。主控制單元包括一暫存器表，該暫存器表包含相應於正電流補償狀態及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度。根據一感測狀態，主控制單元發送一適當脈寬調變訊號（pwm-p訊號或pwm-n訊號），以導通正電流電子開關（pwm-p訊號）或負電流電子開關（pwm-n訊號）。當正電流電子開關導通時，一正補償電流自正電壓供應器流通至第二正輸入端。正補償電流偏移一負寄生電流。當負電流電子開關導通時，一負補償電流自第二正輸入端流通至接地端。負補償電流偏移一正寄生電流。
在一具體實施例中，用於一類比前端的電流補償電路整合在一積體電路中。
本發明還提供了一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其包括在類比前端電路中，感測一電流狀態；根據電流狀態，確定一適當訊號；發送適當訊號，以導通一電子開關；以及允許一補償電流流通，以偏移寄生電流。若是電流狀態指示寄生電流小於零，發送適當訊號以導通電子開關，而允許一正補償電流流通。若是電流狀態指示寄生電流大於零，發送適當訊號以導通電子開關，而允許一負補償電流流通。在一具體實施例中，一主控制單元確定電流狀態，且使用具有不同寬度的脈寬調變訊號，來讓脈寬調變訊號發送，以導通正電子開關或負電子開關。主控制單元確定電流狀態，且使用具有不同脈寬調變寬度的一暫存器表來確定要發送的適當訊號。
本發明還提供了一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其包括在類比前端電路中，感測一電流狀態；確定電流狀態是否為一正或是負電流狀態；根據電流狀態，確定一適當控制訊號；若是電流狀態為一負電流狀態，發送適當控制訊號，以導通一正電流電子開關；若是電流狀態為一正電流狀態，發送適當控制訊號，以導通一負電流電子開關；當正電流電子開關導通時，允許一正補償電流流通，以偏移負寄生電流；以及當負電流電子開關導通時，允許一負補償電流流通，以偏移正寄生電流。在一具體實施例中，一主控制單元確定電流狀態，且使用具有不同寬度的脈寬調變訊號，來讓脈寬調變訊號發送，以導通正電子開關或負電子開關。主控制單元使用具有不同脈寬調變寬度的一暫存器表來確定要發送的適當控制訊號。
為了便於理解本發明的目的、特徵以及效果，以下提供具體實施例與所附圖式來用於本發明之詳細說明。
參照圖2A，其繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變電流補償電路的一類比前端的圖。
該類比前端具有脈寬調變電流補償電路200，包括一第一運算放大器210、一第二運算放大器230、一正電流電子開關240以及一負電流電子開關250。第一運算放大器210和第二運算放大器230作為積分器的功能。
第一運算放大器210包括一第一負輸入端以及一第一正輸入端，第一正輸入端接收一輸入電壓訊號VTX 。第一運算放大器210更包括一第一正輸出端，其電性連接至第一負輸入端。
第二運算放大器230包括一第二負輸入端，第二負輸入端接收一參考電壓訊號Vref 。第二運算放大器230更包括一第二正輸入端、一第二正輸出端以及一第二負輸出端。一第一回饋電容CF1 連接於第二負輸入端以及第二正輸出端之間。第二正輸出端用以輸出一正輸出電壓訊號（VOP[n] ）。一第二回饋電容CF2 連接於第二正輸入端以及第二負輸出端之間。第二負輸出端用以輸出一負輸出電壓訊號（VON[n] ）。
第一運算放大器210的第一正輸出端電性連接至第二運算放大器230的第二正輸入端。
正電流電子開關240連接於一正電壓供應器以及第二正輸入端之間。
負電流電子開關250連接於接地端以及第二正輸入端之間。
一脈寬調變訊號導通正電流電子開關240或負電流電子開關250。一脈寬調變正訊號（pwm-p訊號）導通正電流電子開關240。一脈寬調變負訊號（pwm-n 訊號）導通負電流電子開關250。
當正電流電子開關240導通時，一正補償電流（Icomp-p ）自正電壓供應器流通至第二正輸入端。正補償電流（Icomp-p ）偏移一負寄生電流。
當負電流電子開關250導通時，一負補償電流（Icomp-n ）自第二正輸入端流通至接地端。負補償電流（Icomp-n ）偏移一正寄生電流。
當T[n]接收一感測訊號源時，它將該訊號轉換為電流Isense ，並將其載入至第一運算放大器210中。遺憾的是，在檢測路徑上有許多寄生電容，這使得檢測電流從Isense 變為Isense +Iother 。為了偏移Iother 的過剩電流，具有脈寬調變電流補償電路的一類比前端使用脈寬調變（PWM）訊號，產生正補償電流和負補償電流。
參照圖2B，其繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變負電流補償電路的一類比前端的圖。
當VTX 訊號（在第一運算放大器210的第一正輸入端）從低變高時，第一運算放大器210感測到正電流。此時，感測到的Iother 電流大於零（＞0），因此負電流電子開關250導通，且負補償電流Icomp-n 自第二運算放大器230的第二正輸入端，通過負電流電子開關250流通至接地端。
結果，本發明藉由使用負補償電流Icomp-n 來偏移Iother 的過剩電流，且僅有Isense 流入第二運算放大器230，從而消除了檢測路徑上的寄生電容造成的負面影響。
參照圖2C，其繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變正電流補償電路的一類比前端的圖。
當VTX 訊號（在第一運算放大器210的第一正輸入端）從高變低時，第一運算放大器210感測到負電流。此時，感測到的Iother 電流小於零（＜0），因此正電流電子開關240導通，且正補償電流Icomp-p 自正電壓供應器，通過正電流電子開關240流通至第二運算放大器230的第二正輸入端。
結果，本發明藉由使用正補償電流Icomp-p 來偏移Iother 的過剩電流，且僅有Isense 流入第二運算放大器230，從而消除了檢測路徑上的寄生電容造成的負面影響。
參照圖3，其繪示為根據本發明一具體實施例之在一類比前端電路中補償電流的操作方法的流程圖。
在一具體實施例中，本發明還提供了一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法300，其包括在步驟310中，在類比前端電路中，感測一電流狀態。在步驟320中，根據感測電流狀態，確定一適當訊號。在步驟330中，發送適當訊號以導通一電子開關。在步驟340中，允許一補償電流流通，以偏移任何寄生電流。若在步驟310中，電流狀態指示寄生電流小於零，發送適當訊號（pwm-p訊號）以導通正電子開關，而允許一正補償電流流通。若在步驟310中，電流狀態指示寄生電流大於零，發送適當訊號（pwm-n訊號）以導通負電子開關，而允許一負補償電流流通。在一具體實施例中，參照圖2A、圖2B、圖2C，一主控制單元（Master control unit，MCU）260確定電流狀態，且使用具有不同寬度的脈寬調變訊號，來讓脈寬調變訊號發送，以導通正電子開關或負電子開關。主控制單元使用一暫存器表來確定要發送的適當控制訊號，其中暫存器表具有與不同電流狀態相關的不同脈寬調變寬度。
參照圖4，其繪示為根據本發明一具體實施例之在一類比前端電路中補償電流的操作方法的流程圖。
本發明還提供了一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法400，其包括在步驟410中，在類比前端電路中，感測一電流狀態。在步驟420中，確定電流狀態是否為一正電流狀態或是負電流狀態。然後，在步驟430中，根據感測電流狀態，確定一適當控制訊號。在步驟440中，若是電流狀態為一負電流狀態，發送適當控制訊號，以導通一正電流電子開關。在步驟450中，若是電流狀態為一正電流狀態，發送適當控制訊號，以導通一負電流電子開關。在步驟460中，當正電流電子開關導通時，允許一正補償電流流通，以偏移負寄生電流。在步驟470中，當負電流電子開關導通時，允許一負補償電流流通，以偏移正寄生電流。
在一具體實施例中，一主控制單元確定電流狀態，且使用具有不同寬度的脈寬調變訊號，來讓脈寬調變訊號發送，以導通正電子開關或負電子開關。主控制單元使用一暫存器表來確定要發送的適當控制訊號，其中暫存器表具有與不同電流狀態相關的不同脈寬調變寬度。
參照圖5，其繪示為根據本發明一具體實施例之一負電流補償訊號的時序圖。
如圖5所示，當Iother 大於零（Iother ＞ 0）時，主控制單元發送一脈寬調變訊號（pwm-n），以導通負電流電子開關，且致能補償電流Icomp-n 以進行補償。Iother * Tsense – Icomp-n * Tpwm-n = 0。
參照圖6，其繪示為根據本發明一具體實施例之一正電流補償訊號的時序圖。
如圖6所示，當Iother 小於零（Iother ＜ 0）時，主控制單元發送一脈寬調變訊號（pwm-p），以導通正電流電子開關，且致能補償電流Icomp-p 以進行補償。Iother * Tsense + Icomp-p * Tpwm-p = 0。
雖然本發明已經藉由特定的具體實施例進行描述，但在不脫離本發明申請專利範圍所界定的範圍以及精神之下，本領域技術人員可就此等具體實施例做出許多修改和變化。
10:類比前端檢測電路 20:積分器 200:脈寬調變電流補償電路 210:第一運算放大器 230:第二運算放大器 240:正電流電子開關 250:負電流電子開關 260:主控制單元（MCU） 300:補償電流的操作方法 310~340:步驟 400:補償電流的操作方法 410~470:步驟
圖1繪示為習知技術之一類比前端檢測電路的圖。 圖2A繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變電流補償電路的一類比前端的圖。 圖2B繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變負電流補償電路的一類比前端的圖。 圖2C繪示為根據本發明一具體實施例之具有脈寬調變正電流補償電路的一類比前端的圖。 圖3繪示為根據本發明一具體實施例之在一類比前端電路中補償電流的操作方法的流程圖。 圖4繪示為根據本發明一具體實施例之在一類比前端電路中補償電流的操作方法的流程圖。 圖5繪示為根據本發明一具體實施例之一負電流補償訊號的時序圖。 圖6繪示為根據本發明一具體實施例之一正電流補償訊號的時序圖。
400~470:步驟

Claims (25)

  1. 一種用於一類比前端的電流補償電路，包括： 一正電流電子開關，該正電流電子開關連接於一正電壓供應器以及一電流路徑之間；以及 一負電流電子開關，該負電流電子開關連接於接地端以及該電流路徑之間； 其中根據一感測電流狀態，導通該正電流電子開關或該負電流電子開關； 其中當該正電流電子開關導通時，一正補償電流流通；以及 其中當該負電流電子開關導通時，一負補償電流流通。
  2. 如請求項1所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中一脈寬調變訊號導通該正電流電子開關或該負電流電子開關。
  3. 如請求項1所述之用於一類比前端的電流補償電路，更包括： 一主控制單元，該主控制單元包括一暫存器表，該暫存器表包含相應於正及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度； 其中，根據該感測電流狀態，該主控制單元發送一適當脈寬調變訊號，以導通該正電流電子開關或該負電流電子開關。
  4. 如請求項1所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該正補償電流偏移負寄生電流。
  5. 如請求項1所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該負補償電流偏移正寄生電流。
  6. 一種用於一類比前端的電流補償電路，包括： 一第一運算放大器，該第一運算放大器包括： 一第一負輸入端； 一第一正輸入端，該第一正輸入端接收一輸入電壓訊號；以及 一第一輸出端，該第一輸出端電性連接至該第一負輸入端； 一第二運算放大器，該第二運算放大器包括： 一第二負輸入端，該第二負輸入端接收一參考電壓訊號； 一第二正輸入端；以及 一第二輸出端； 一第一電容，連接於該第二負輸入端以及該第二輸出端之間； 一第二電容，連接於該第二正輸入端以及該第二輸出端之間； 一正電流電子開關，該正電流電子開關連接於一正電壓供應器以及該第二正輸入端之間；以及 一負電流電子開關，該負電流電子開關連接於接地端以及該第二正輸入端之間。
  7. 如請求項6所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該正電流電子開關是藉由一脈寬調變訊號導通。
  8. 如請求項6所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該負電流電子開關是藉由一脈寬調變訊號導通。
  9. 如請求項6所述之用於一類比前端的電流補償電路，更包括： 一主控制單元，該主控制單元包括一暫存器表，該暫存器表包含相應於正及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度； 其中，根據一感測狀態，該主控制單元發送一適當脈寬調變訊號，以導通該正電流電子開關或該負電流電子開關。
  10. 如請求項6所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中當該正電流電子開關導通時，一正補償電流自該正電壓供應器流通至該第二正輸入端。
  11. 如請求項10所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該正補償電流偏移一負寄生電流。
  12. 如請求項6所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中當該負電流電子開關導通時，一負補償電流自該第二正輸入端流通至接地端。
  13. 如請求項12所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該負補償電流偏移一正寄生電流。
  14. 一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法，包括： 在該類比前端電路中，感測一電流狀態； 根據該電流狀態，確定一適當訊號； 發送該適當訊號，以導通一電子開關；以及 允許一補償電流流通，以偏移寄生電流。
  15. 如請求項14所述之在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其中若是該電流狀態指示該寄生電流小於零，發送該適當訊號以導通該電子開關，而允許一正補償電流流通。
  16. 如請求項14所述之在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其中若是該電流狀態指示該寄生電流大於零，發送該適當訊號以導通該電子開關，而允許一負補償電流流通。
  17. 如請求項14所述之在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其中一主控制單元確定該電流狀態，且使用具有不同脈寬調變寬度的一暫存器表來確定要發送的該適當訊號。
  18. 一種在一類比前端電路中補償電流的操作方法，包括： 在該類比前端電路中，感測一電流狀態； 確定該電流狀態是否為一正或是負電流狀態； 根據該電流狀態，確定一適當控制訊號； 若是該電流狀態為一負電流狀態，發送該適當控制訊號，以導通一正電流電子開關； 若是該電流狀態為一正電流狀態，發送該適當控制訊號，以導通一負電流電子開關； 當該正電流電子開關導通時，允許一正補償電流流通，以偏移負寄生電流；以及 當該負電流電子開關導通時，允許一負補償電流流通，以偏移正寄生電流。
  19. 如請求項18所述之在一類比前端電路中補償電流的操作方法，其中一主控制單元確定該電流狀態，且使用具有不同脈寬調變寬度的一暫存器表來確定要發送的該適當控制訊號。
  20. 一種用於一類比前端的電流補償電路，包括： 一第一運算放大器，該第一運算放大器包括： 一第一負輸入端； 一第一正輸入端，該第一正輸入端接收一輸入電壓訊號；以及 一第一輸出端，該第一輸出端電性連接至該第一負輸入端； 一第二運算放大器，該第二運算放大器包括： 一第二負輸入端，該第二負輸入端接收一參考電壓訊號； 一第二正輸入端；以及 一第二輸出端； 一正電流電子開關，該正電流電子開關連接於一正電壓供應器以及該第二正輸入端之間； 一負電流電子開關，該負電流電子開關連接於接地端以及該第二正輸入端之間；以及 一主控制單元，該主控制單元包括一暫存器表，該暫存器表包含相應於正及負電流補償狀態的脈寬調變訊號寬度； 其中，根據一感測狀態，該主控制單元發送一適當脈寬調變訊號，以導通該正電流電子開關或該負電流電子開關。
  21. 如請求項20所述之用於一類比前端的電流補償電路，更包括： 一第一電容，連接於該第二負輸入端以及該第二輸出端之間；以及 一第二電容，連接於該第二正輸入端以及該第二輸出端之間。
  22. 如請求項20所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中當該正電流電子開關導通時，一正補償電流自該正電壓供應器流通至該第二正輸入端。
  23. 如請求項22所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該正補償電流偏移一負寄生電流。
  24. 如請求項20所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中當該負電流電子開關導通時，一負補償電流自該第二正輸入端流通至接地端。
  25. 如請求項24所述之用於一類比前端的電流補償電路，其中該負補償電流偏移一正寄生電流。
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