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溫度感測裝置、切換電容裝置及其電壓積分電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種溫度感測裝置、切換電容裝置以及電壓積分電路。電壓積分電路包括運算放大器、電容以及電流源。運算放大器具有正相輸入端、反相輸入端以及輸出端。運算放大器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓，且其正相輸入端接收參考電壓。電容耦接于運算放大器的輸出端與反相輸入端之間。電流源耦接于運算放大器的輸出端。電流源從電容汲取復制電流，且此復制電流的電平是依據(jù)流入運算放大器其反相輸入端的電流的電平來決定。
【專利說明】溫度感測裝置、切換電容裝置及其電壓積分電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是有關(guān)于一種電壓積分電路，且特別是有關(guān)于一種具有低增益且/或低速運算放大器的溫度感測裝置、切換電容裝置及其電壓積分電路。

【背景技術(shù)】
[0002]請參照圖1，圖1是傳統(tǒng)電壓積分器100的電路圖。電壓積分器100包括電容Cl與運算放大器0P1。運算放大器OPl具有正相輸入端、反相輸入端以及輸出端。運算放大器的正相輸入端接收參考電壓Vref。電容Cl耦接于運算放大器OPl的反相輸入端與輸出端之間。運算放大器OPl的反相輸入端接收電流IIN，且運算放大器OPl的輸出端產(chǎn)生輸出差值(output delta)Vout0
[0003]在電壓積分器100的運作中，電流IIN流入運算放大器OPl的反相輸出端，且運算放大器其輸出端上的輸出電壓Vout可以如公式(I)所示:
[0004]輸出差值Vout=IraXClX t+Vneg，其中t代表時間。
[0005]若運算放大器OPl的增益夠大(即大于60dB)，則運算放大器OPl其反相輸入端上的電壓Vneg與參考電壓Vref幾乎相等，故輸出差值Vout=IraX Cl X t+Vref。然而，若運算放大器OPl的增益不夠大時，輸出差值Vout=IraX Cl X t+Vref+Voffset，其中電壓Voffset為運算放大器OPl的偏移電壓(offset voltage)。
[0006]當電流IIN流入運算放大器OPl時，輸出電壓Vout可被運算放大器OPl的輸出狀態(tài)拉低(或拉升)。若運算放大器OPl不具高增益或運算放大器OPl的響應(yīng)時間(responsetime)很慢，運算放大器OPl將具有可變的電壓Voffset，電壓積分器的性能也會因此而降低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種溫度感測裝置、切換電容裝置及其電壓積分電路，藉以提供具有高度準確的輸出電壓。
[0008]本發(fā)明提供一種具有上述電壓積分電路的溫度感測裝置。
[0009]本發(fā)明還提供一種具有上述電壓積分電路的切換電容裝置。
[0010]電壓積分電路包括運算放大器、電容以及電流源。運算放大器具有正相輸入端、反相輸入端以及輸出端。運算放大器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓，且其正相輸入端接收參考電壓。電容耦接于運算放大器的輸出端與反相輸入端之間。電流源耦接于運算放大器的輸出端。電流源從電容汲取復制電流，且此復制電流的電平是依據(jù)流入運算放大器其反相輸入端的電流的電平來決定。
[0011]溫度感測裝置包括電流產(chǎn)生器以及電壓積分電路。電流產(chǎn)生器依據(jù)環(huán)境溫度而產(chǎn)生溫度感測電流。電壓積分電路包括運算放大器、電容以及電流源。運算放大器具有正相輸入端、反相輸入端以及輸出端。運算放大器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓，其正相輸入端接收參考電壓，且運算放大器的反相輸入端接收溫度感測電流。電容耦接于運算放大器的輸出端與反相輸入端之間。電流源耦接于運算放大器的輸出端。電流源從電容汲取復制電流，且復制電流的電平是依據(jù)溫度感測電流的電平來決定。
[0012]切換電容裝置包括切換電容電路以及電壓積分電路。切換電容電路具有第一電容，且切換電容電路切換第一電容以接收輸入電壓或參考電壓，并藉以產(chǎn)生輸出電流。電壓積分電路耦接于切換電容電路以接收輸出電流。電壓積分電路包括第一運算放大器、第二電容以及電流源。第一運算放大器具有正相輸入端、反相輸入端以及輸出端。第一運算放大器的輸出端產(chǎn)生輸出電壓。正相輸入端接收一參考電壓，且該運算放大器的反相輸入端接收該輸出電流。第二電容耦接于第一運算放大器的輸出端與反相輸入端之間。電流源耦接于第一運算放大器的輸出端。電流源從第二電容汲取復制電流，且復制電流的電平是依據(jù)輸出電流的電平來決定。
[0013]因此，本發(fā)明提供一種電壓積分電路，以及用以從電壓積分電路中的運算放大器的電容汲取復制電流的電流源。因此，運算放大器其反相輸入端上的電壓為常數(shù)，而與流入運算放大器其反相輸入端的電流的變化無關(guān)。也就是說，運算放大器的偏移電壓在電壓積分電路運作期間不會改變，進而實現(xiàn)通過電壓積分電路來產(chǎn)生高度準確的輸出電壓。
[0014]為讓本案的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是傳統(tǒng)電壓積分器100的電路圖；
[0016]圖2是本發(fā)明一實施例所示出的電壓積分電路200的電路圖；
[0017]圖3A是本發(fā)明一實施例所示出的溫度感測裝置300的電路圖；
[0018]圖3B示出溫度感測碼(Temperature sensor code)對于環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖；
[0019]圖4是切換電容裝置400的電路圖。
[0020]附圖標記說明:
[0021]100:電壓積分器；
[0022]200:電壓積分電路；
[0023]210、410:電流源；
[0024]300:溫度感測裝置；
[0025]310:第一電流源；
[0026]330:電流產(chǎn)生器；
[0027]400:切換電容裝置；
[0028]430:切換電容電路；
[0029]C1、C2、C3:電容;
[0030]CTB:控制信號；
[0031]CT:反向控制信號；
[0032]GND:參考電壓；
[0033]IEl:正相輸入端；
[0034]IE2:反相輸入端；
[0035]Iin:電流；
[0036]Iin1:溫度感測電流；
[0037]IIN2:輸出電流；
[0038]IIN_RE:復制電流；
[0039]INVl:反向器；
[0040]ISl:第二電流源；
[0041]IS2:第三電源源；
[0042]OE:輸出端；
[0043]0P1、0P2:運算放大器；
[0044]phl、ph2:控制信號；
[0045]Sffl ?SW4、Sff41 ?SW48:開關(guān)；
[0046]TA:?而點；
[0047]VCC:參考電壓；
[0048]Vclamp:箝位電壓；
[0049]Vin:輸入電壓；
[0050]Vneg:反相輸入端上的電壓；
[0051]Vout:輸出電壓；
[0052]Vref:參考電壓；
[0053]W1、W2:曲線。

【具體實施方式】
[0054]請參照圖2，圖2是本發(fā)明一實施例所示出的電壓積分電路200的電路圖。電壓積分電路200包括運算放大器OPl、電容Cl以及電流源210。運算放大器OPl具有正相輸入端IEl、反相輸入端IE2以及輸出端0E。運算放大器OPl的輸出端OE產(chǎn)生輸出電壓Vout，運算放大器OPl并經(jīng)由正相輸入端IEl接收參考電壓Vref。電流IIN流入運算放大器OPl的反相輸入端IE2，因此在運算放大器OPl的反相輸入端IE2上產(chǎn)生電壓Vneg。運算放大器OPl在其輸出端OE上產(chǎn)生輸出電壓Vout。電流源210耦接于運算放大器OPl的輸出端OE以及電容Cl，且電流源210用來從電容Cl汲取復制電流Iin_RE。在此請注意，復制電流Iin_RE會依據(jù)電流Iin而變化。詳細來說，復制電流Iin_RE的電平正比于流入運算放大器OPl其反相輸入端IE2的電流的電平。此外，當電流Iin因變化的復制電流Iin_RE以及運算放大器OPl的負反饋而變化時，反相輸入端上的電壓Vneg可維持在定值。
[0055]由于在運算放大器OPl其反相輸入端IE2上的電壓Vneg為定值，運算放大器OPl的偏移電壓不會改變。若運算放大器OPl是低增益運算放大器，則輸出電壓Vout=IraXClX t+Vref+Voffset (其中電壓Voffset為運算放大器OPl的偏移電壓)。因為電壓Voffset為定值，故并不需額外對運算放大器OPl拉升或拉低輸出電壓Vout。
[0056]若運算放大器OPl的響應(yīng)速度很慢，運算放大器OPl實際上不需要大幅拉升或拉低其輸出電壓Vout。如此一來，具有低響應(yīng)速度的運算放大器OPl可用于相對高速電路。
[0057]請參照圖3A，圖3A是本發(fā)明一實施例所示出的溫度感測裝置300的電路圖。溫度感測裝置300包括電流產(chǎn)生器330，以及由運算放大器OPl、電容Cl和第一電流源310組成的電壓積分電路。第一電流源310為電流鏡。電流產(chǎn)生器330通過感測環(huán)境溫度以產(chǎn)生溫度感測電流IIN1。詳細來說，電流產(chǎn)生器330包括第二電流源IS1、第三電流源IS2以及開關(guān)SWl?SW4。第二電流源ISl耦接參考電壓VCC，且第二電流源ISl提供具有第一溫度系數(shù)的第一電流。第三電流源IS2耦接參考電壓GND，且第三電流源IS2提供具有第二溫度系數(shù)的第二電流。其中，第一和第二溫度系數(shù)為互補。在本實施例中，第一溫度系數(shù)為正溫度系數(shù)，而第二溫度系數(shù)為負溫度系數(shù)。
[0058]開關(guān)SWl耦接于第二電流源ISl與端點TA之間，并受控于控制信號CTB以連接或斷開第二電流源ISl和端點TA之間的連接路徑。當開關(guān)SWl為閉合時，第二電流源ISl提供第一電流至端點TA，而當開關(guān)SWl為斷開時，第二電流源ISl停止提供第一電流至端點TA。第二開關(guān)SW2耦接于端點TA與第三電流源IS2之間。開關(guān)SW2受控于反向控制信號CT0當開關(guān)SW2閉合時，電流源IS2提供第二電流至端點TA，而當開關(guān)SW2斷開時，第三電流源IS2停止提供第二電流至端點TA。
[0059]開關(guān)SW3稱接于第二電流源ISl與箝位電壓(clamping voltage)Vclamp之間。開關(guān)SW3受控于反向控制信號CT以開啟(閉合)或關(guān)閉(斷開)。開關(guān)SW4耦接于第二電流源IS2與箝位電壓Vclamp之間。開關(guān)SW4受控于控制信號CTB以開啟(閉合)或關(guān)閉(斷開)。
[0060]在溫度感測裝置300的運作中，第二電流源ISl和第三IS2用以感測環(huán)境溫度。當環(huán)境溫度增高時，第二電流源ISl產(chǎn)生的第一電流增加，而第三電流源IS2產(chǎn)生的第二電流因此減少。通過開關(guān)SWl至SW4的切換動作，溫度感測電流IINl根據(jù)增加的環(huán)境溫度而增力口，運算放大器OPl因此產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出電壓Vout。相對而言，當環(huán)境溫度降低時，第二電流源ISl產(chǎn)生的第一電流減少，而第三電流源IS2產(chǎn)生的第二電流因此增加。通過開關(guān)Sffl?SW4的切換動作，溫度感測電流IINl依據(jù)降低的環(huán)境溫度而減少.運算放大器OPl也因此產(chǎn)生相對應(yīng)的輸出電壓Vout。
[0061 ] 另一方面，通過將反向控制信號CT流入至反向器INVl，控制信號CTB可經(jīng)由反向器INVl而產(chǎn)生。此外，在本實施例中，參考電壓Vref與箝位電壓Vclamp可為相同。
[0062]在此請注意，通過維持反相輸入端上的電壓Vneg為定值，當環(huán)境溫度改變時，運算放大器OPl的偏移電壓將不會改變。也就是說，運算放大器OPl可產(chǎn)生準確的輸出電壓Vout0
[0063]請參照圖3B，圖3B示出溫度感測碼對于環(huán)境溫度的關(guān)系示意圖，其中溫度感應(yīng)碼是依據(jù)來自運算放大器OPl的輸出電壓Vout而產(chǎn)生。曲線Wl是對于圖3A的實施例的關(guān)系曲線，曲線W2則是通過使用圖1的電壓積分器100而得到的關(guān)系曲線。可以明顯看出，曲線W2上具有大變化。
[0064]請參照圖4，圖4是切換電容裝置400的電路圖。切換電容裝置400包括切換電容電路430，以及由電流源410、運算放大器OPl與電容Cl組成的電壓積分電路。切換電容電路430具有電容C2，且切換電容電路430切換電容C2以接收輸入電壓Vin或參考電壓Vref，藉以產(chǎn)生輸出電流IIN2。切換電容電路430還包括開關(guān)SW45-SW48。開關(guān)SW45耦接于輸入電壓Vin與電容C2之間，并依據(jù)控制信號phi決定是否傳送輸入電壓Vin至電容C2的第一端。開關(guān)SW46耦接于參考電壓Vref與電容C2之間，并依據(jù)控制信號ph2決定是否傳送參考電壓Vref至電容C2的第一端。開關(guān)SW47耦接于電容C2與運算放大器OPl之間，并用以依據(jù)控制信號ph2決定是否連接電容C2的第二端至運算放大器OPl的反相輸入端。開關(guān)SW48耦接于電容C2與參考電壓Vref之間，并用以依據(jù)控制信號phi決定是否連接電容C2的第二端至參考電壓Vref。
[0065]在本實施例中，開關(guān)SW45與開關(guān)SW46不會同時開啟，且開關(guān)SW47與開關(guān)SW48不會同時開啟。
[0066]電流源410包括運算放大器0P2、電容C3以及開關(guān)SW41-44。運算放大器0P2的一輸入端耦接于運算放大器OPl的輸出端。開關(guān)SW41耦接于參考電壓Vref與電容C3之間，并依據(jù)控制信號Phl決定是否傳送參考電壓Vref至電容C3的第一端。開關(guān)SW42耦接于輸入電壓Vin與電容C3之間，并依據(jù)控制信號ph2決定是否傳送輸入電壓Vin至電容C3的第一端。開關(guān)SW43耦接于電容C3與運算放大器OPl的輸出端之間，并依據(jù)控制信號ph2決定是否連接運算放大器OPl的輸出端至電容C3的第二端。開關(guān)SW44耦接于電容C3與運算放大器0P2的輸出端之間，并依據(jù)控制信號phi決定是否連接運算放大器0P2的輸出端至電容C3的第二端。
[0067]在本實施例中，開關(guān)SW41與SW42不會同時開啟，且開關(guān)SW43與開關(guān)SW44不會同時開啟。
[0068]綜上所述，本發(fā)明提供一種用以從電壓積分電路中的電容汲取復制電流的電流源。復制電流的電平會依據(jù)流入電壓積分電路中運算放大器其反相輸入端的電平而改變。也就是說，運算放大器其反相輸入端上的電壓可維持定值，且運算放大器的偏移電壓不會改變。因此，無論運算放大器是低增益和/或運算放大器的響應(yīng)時間很慢，皆可實現(xiàn)通過電壓積分電路來產(chǎn)生高度準確的輸出電壓。
[0069]最后應(yīng)說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種電壓積分電路，其特征在于，包括: 一運算放大器，具有一正相輸入端、一反相輸入端以及輸出端，該運算放大器的輸出端產(chǎn)生一輸出電壓，且該正相輸入端接收一參考電壓； 一電容，耦接于該運算放大器的輸出端與該反相輸入端之間；以及 一電流源，耦接于該運算放大器的該輸出端，該電流源從該電容汲取一復制電流，且該復制電流的電平是依據(jù)流入該運算放大器的該反相輸入端的電流的電平來決定。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓積分電路，其特征在于，該運算放大器的該反相輸入端上的電壓的電壓準位為定值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓積分電路，其特征在于，該復制電流的電平正比于流入該運算放大器的該反相輸入端的電流的電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓積分電路，其特征在于，該復制電流是通過鏡射流入該運算放大器的該反相輸入端的電流而產(chǎn)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電壓積分電路，其特征在于，該電流源包括: 一電流鏡，耦接于該運算放大器的輸出端，該電流鏡產(chǎn)生該復制電流，且該復制電流是通過鏡射流入該運算放大器的該反相輸入端的電流而產(chǎn)生。
6.一種溫度感測裝置，其特征在于，包括: 一電流產(chǎn)生器，依據(jù)一環(huán)境溫度而產(chǎn)生一溫度感測電流；以及 一電壓積分電路，耦接該電流產(chǎn)生器，包括: 一運算放大器，具有一正相輸入端、一反相輸入端以及輸出端，該運算放大器的輸出端產(chǎn)生一輸出電壓，該正相輸入端接收一參考電壓，且該運算放大器的該反相輸入端接收該溫度感測電流； 一電容，耦接于該運算放大器的該輸出端與該反相輸入端之間；以及 一第一電流源，耦接于該運算放大器的該輸出端，該第一電流源從該電容汲取一復制電流，且該復制電流的電平是依據(jù)該溫度感測電流的電平來決定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其特征在于，該運算放大器的該反相輸入端上的電壓的一電壓準位為定值。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其特征在于，該復制電流的電平正比于該溫度感測電流的電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其特征在于，該復制電流是通過鏡射該溫度感測電流而產(chǎn)生。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的溫度感測裝置，其特征在于，該第一電流源包括: 一電流鏡，耦接于該運算放大器的該輸出端，該電流鏡產(chǎn)生通過鏡射該溫度感測電流而產(chǎn)生的該復制電流。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的溫度感測裝置，其特征在于，該電流產(chǎn)生器包括: 一第二電流源，提供具有一第一溫度系數(shù)的一第一電流； 一第三電流源，提供具有一第二溫度系數(shù)的一第二電流，該第一溫度系數(shù)與該第二溫度系數(shù)為互補； 一第一開關(guān)，耦接于該第二電流源與該運算放大器的該反向輸入端之間，該第一開關(guān)受控于一控制信號以開啟或關(guān)閉； 一第二開關(guān)，耦接于該第三電流源與該運算放大器的該反向輸入端之間，該第二開關(guān)受控于一反向控制信號以開啟或關(guān)閉，其中該第一開關(guān)與該第二開關(guān)的狀態(tài)為互補； 一第三開關(guān)，耦接于該第二電流源與一箝位電壓之間，該第三開關(guān)受控于該反向控制信號以開啟或關(guān)閉；以及 一第四開關(guān)，耦接于該第三電流源與該箝位電壓之間，該第四開關(guān)受控于該控制信號以開啟或關(guān)閉，其中該第三開關(guān)與該第四開關(guān)的狀態(tài)為互補，且該第三開關(guān)與該第一開關(guān)的狀態(tài)為互補。
12.—種切換電容裝置，其特征在于，包括: 一切換電容電路，該切換電容電路具有一第一電容，且該切換電容電路切換該第一電容以接收一輸入電壓或一參考電壓，并藉以產(chǎn)生一輸出電流；以及 一電壓積分電路，耦接于該切換電容電路以接收該輸出電流，該電壓積分電路包括:一第一運算放大器，具有一正相輸入端、一反相輸入端以及輸出端，該第一運算放大器的輸出端產(chǎn)生一輸出電壓，該正相輸入端接收該參考電壓，且該運算放大器的該反相輸入端接收該輸出電流； 一第二電容，I禹接于該第一運算放大器的輸出端與該反相輸入端之間；以及一電流源，耦接于該第一運算放大器的輸出端，該電流源從該第二電容汲取一復制電流，且該復制電流的一電平是依據(jù)該輸出電流的電平來決定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的切換電容裝置，其特征在于，該第一運算放大器的該反相輸入端上的電壓的電壓準位為定值。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的切換電容裝置，其特征在于，該復制電流的電平正比于該輸出電流的電平。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的切換電容裝置，其特征在于，該電流源包括: 一第二運算放大器，該第二運算放大器的一輸入端耦接于該第一運算放大器的輸出端; 一第三電容，具有第一端以及第二端； 一第一開關(guān)，依據(jù)一第一控制信號來決定是否傳送該參考電壓至該第三電容的第一端; 一第二開關(guān)，依據(jù)一第二控制信號來決定是否傳送該輸入電壓至該第三電容的第一端; 一第三開關(guān)，用以依據(jù)該第二控制信號決定是否連接該第一運算放大器的該輸出端至該第三電容的該第二端；以及 一第四開關(guān)，用以依據(jù)該第一控制信號決定是否連接該第二運算放大器的輸出端至該第三電容的該第二端。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的切換電容裝置，其特征在于，該切換電容電路還包括: 一第五開關(guān)，依據(jù)該第一控制信號來決定是否傳送該輸入電壓至該第一電容的第一端; 一第六開關(guān)，依據(jù)該第二控制信號來決定是否傳送該參考電壓至該第一電容的第一端; 一第七開關(guān)，用以依據(jù)該第二控制信號決定是否連接該第一電容的第二端至該第一運算放大器的該反相輸入端；以及一第八開關(guān)，用以依據(jù)該第一控制信號決定是否連接該第一電容的第二端至該參考電壓。
【文檔編號】G01K7/00GK104374484SQ201310540823
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月14日
【發(fā)明者】潘棟 申請人:南亞科技股份有限公司