專利名稱：控制電路與電路控制方法
控制電路與電路控制方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明是關(guān)于一控制電路與其電路控制方法，尤指一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電流源的 控制電路與其電路控制方法。
背景技術(shù)：
在一電子裝置系統(tǒng)中，一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital-to-analog converter)是用 來將一數(shù)字信號碼轉(zhuǎn)換為一模擬信號。舉例來說，當(dāng)一處理器產(chǎn)生一數(shù)字影音(Video)信 號后，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器就可以用來將該數(shù)字影音頻號轉(zhuǎn)換為一模擬影音信號以播放于一 影像顯示器。然而，隨著科技的演進(jìn)，該數(shù)字影音頻號的所夾帶的數(shù)據(jù)量與速率都會快速地 提升，以致于該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的操作速率與穩(wěn)定度也要相對的提升。換句話說，當(dāng)該數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器將該數(shù)字影音頻號轉(zhuǎn)換為該模擬影音頻號時，該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的一電流源就 必須維持于穩(wěn)定的狀態(tài)，以提供精準(zhǔn)的電流給該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。因此，如何以一便宜且有 效的方法來設(shè)計一可維持于穩(wěn)定的狀態(tài)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的一電流源已成為業(yè)界亟需解 決的問題。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一可維持于穩(wěn)定的狀態(tài)的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電流源的控制 電路與其相關(guān)電路控制方法。
依據(jù)本發(fā)明的一第一實(shí)施例，其是提供一種控制電路。該控制電路包含有一第一 電流產(chǎn)生電路、一第二電流產(chǎn)生電路以及一隨耦電路。該第一電流產(chǎn)生電路是用來依據(jù)一 參考信號來產(chǎn)生至少一輸出電流。該第二電流產(chǎn)生電路是用來依據(jù)該參考信號來產(chǎn)生對應(yīng) 該輸出電流的一參考電流。該隨耦電路是耦接于該第二電流產(chǎn)生電路用來依據(jù)該參考電流 來產(chǎn)生一控制電流并將該控制電流以隨耦的方式從該第二電流產(chǎn)生電路反饋至該第一電 流產(chǎn)生電路以控制該參考信號。
依據(jù)本發(fā)明的一第二實(shí)施例，其是提供一種電路控制方法。該電路控制方法包含 有依據(jù)一參考信號來產(chǎn)生至少一輸出電流；依據(jù)該參考信號來產(chǎn)生對應(yīng)該輸出電流的一 參考電流；以及依據(jù)該參考電流來產(chǎn)生一控制電流并將該控制電流通過一電路以隨耦的方 式反饋控制該參考信號。
本發(fā)明的控制電路以及電路控制方法，能夠利用隨耦電路來將控制電流以隨耦的 方式反饋至第一電流產(chǎn)生電路以控制參考信號，并籍以增加控制電路的相位余裕來提高其 穩(wěn)定度。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，并不 構(gòu)成對本發(fā)明的限定。在附圖中
圖1是本發(fā)明的控制電路的一實(shí)施例示意圖。
圖2是本發(fā)明一控制電路處于一正常操作狀態(tài)時的一交流信號電路的一實(shí)施例 示意圖。
圖3A是本發(fā)明一交流信號電路的一回路增益與頻率之間的特征曲線圖。
圖3B是本發(fā)明一交流信號電路的一相位與頻率之間的特征曲線圖。
圖4是本發(fā)明的電路控制方法的一實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施方式
在本說明書以及權(quán)利要求書當(dāng)中使用了某些詞匯來指代特定的組件。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會用不同的名詞來稱呼同樣的組件。本說明書及權(quán)利要 求并不以名稱的差異作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異作為區(qū)分的準(zhǔn)則。 在通篇說明書及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”是一個開放式的用語，因此應(yīng)解釋成“包含 但不限定于”。另外，“耦接”一詞在此包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中 描述第一裝置耦接于第二裝置，則代表第一裝置可以直接電氣連接于第二裝置，或通過其 它裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
請參考圖1，圖1所示是依據(jù)本發(fā)明一種控制電路100的一實(shí)施例示意圖。控制 電路100包含有一參考信號產(chǎn)生電路102、一第一電流產(chǎn)生電路104、一第二電流產(chǎn)生電路 106以及一隨耦電路108。第一電流產(chǎn)生電路104用來依據(jù)一參考信號Vy來產(chǎn)生一輸出電 流Ιο。第二電流產(chǎn)生電路106用來依據(jù)該參考信號Vy來產(chǎn)生對應(yīng)輸出電流Io的一參考電 流Ir。隨耦電路108是耦接于第二電流產(chǎn)生電路106，用來依據(jù)參考電流Ir來產(chǎn)生一控制 電流Ic，并將控制電流Ic以隨耦的方式從第二電流產(chǎn)生電路106反饋至第一電流產(chǎn)生電 路104，以控制參考信號Vy。參考信號產(chǎn)生電路102是耦接于第一電流產(chǎn)生電路104、第二 電流產(chǎn)生電路106以及隨耦電路108，用來產(chǎn)生參考信號Vy。請注意，本發(fā)明的一較佳實(shí)施 例是利用控制電路100來控制一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電流源，因此圖1中的第一電流產(chǎn)生電 路104可以看成是該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電流源數(shù)組(Current source array) 110的部份電 路。此外，為了簡化起見，參考信號Vy可以看成是一電壓信號。
第一電流產(chǎn)生電路104包含有多個P型場效應(yīng)管Mpl-Mpn，每一個P型場效應(yīng)管都 會依據(jù)參考信號Vy來產(chǎn)生一輸出電流，而為了簡化起見，上述的輸出電流Io為P型場效應(yīng) 管Mpl-Mpn所產(chǎn)生的輸出電流總和。
第二電流產(chǎn)生電路106包含有一 P型場效應(yīng)管Ml、一 P型場效應(yīng)管M2以及一參考 電流源1062。P型場效應(yīng)管Ml具有一控制端(亦即柵極，以下同)Ny耦接于參考信號Vy、 一第一連接端(亦即源極，以下同)耦接于一第一參考電壓Vdd以及一第二連接端(亦即 漏極，以下同)用來輸出參考電流Ir。P型場效應(yīng)管M2具有一控制端耦接于一偏壓Vbl、一 第一連接端耦接于P型場效應(yīng)管M2的該第二連接端以及一第二連接端Nx耦接于參考電流 源1062的第一端點(diǎn)以提供參考電流Ir。參考電流源1062的第二端點(diǎn)耦接于一第二參考電 壓Vgnd，參考電流源1062用來產(chǎn)生一定電流Ib2。此外，在本實(shí)施例中，第一參考電壓Vdd 是一電源電壓，而第二參考電壓Vgnd是一接地電壓。
隨耦電路108包含有一 N型場效應(yīng)管M3，具有一控制端耦接于一偏壓Vb2、一第一 連接端耦接于該參考電流(亦即第二連接端Nx)以及一第二連接端(亦即控制端Ny)用來 產(chǎn)生控制電流Ic。在本實(shí)施例中，N型場效應(yīng)管M3是一共柵極(Common Gate)N型場效應(yīng)管。進(jìn)一步來說，N型場效應(yīng)管M3的控制端的偏壓Vb2可設(shè)定來將N型場效應(yīng)管M3的操 作區(qū)域維持在一飽和區(qū)。如此一來，N型場效應(yīng)管M3的第一連接端的信號變化就會呈現(xiàn)在 其第二連接端的信號(如控制電流Ic)上，進(jìn)而達(dá)到信號隨耦的機(jī)制。
參考信號產(chǎn)生電路102包含有一 P型場效應(yīng)管M4、一參考電流源1022以及一 P型 場效應(yīng)管M5。P型場效應(yīng)管M4具有一第一連接端I禹接于第一參考電壓Vdd,以及一控制端 耦接于其一第二連接端以輸出偏壓Vbl。參考電流源1022具有一第一端點(diǎn)耦接于P型場效 應(yīng)管M4的該第二連接端以及一第二端點(diǎn)耦接于第二參考電壓Vgnd，參考電流源1022是用 來產(chǎn)生一定電流Ibl。P型場效應(yīng)管M5具有一第一連接端耦接于第一參考電壓Vdd、一控制 端耦接于P型場效應(yīng)管M4的該控制端以及一第一連接端(亦即控制端Ny)輸出參考信號 Vy。
當(dāng)控制電路100處于一正常操作狀態(tài)時，參考信號產(chǎn)生電路102會產(chǎn)生參考信號 Vy以及輸出偏壓Vbl分別提供給第一電流產(chǎn)生電路104以及第二電流產(chǎn)生電路106。第一 電流產(chǎn)生電路104會依據(jù)參考信號Vy來產(chǎn)生輸出電流Io至該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，而第二電 流產(chǎn)生電路106會依據(jù)參考信號Vy與輸出偏壓Vbl來產(chǎn)生參考電流Ir。在此一實(shí)施例中， 由于參考電流源1062用來產(chǎn)生一定電流Ib2，因此參考電流Ir與電流Ib2之間的一電流差 就會流經(jīng)隨耦電路108，以產(chǎn)生控制電流Ic來反饋控制參考信號Vy。舉例來說，當(dāng)參考信 號Vy的電壓準(zhǔn)位提升時，參考電流Ir會對應(yīng)的減少，進(jìn)而增加控制電流Ic。當(dāng)控制電流 Ic變大時，控制端Ny上參考信號Vy的電壓準(zhǔn)位就會下降。如此一來，輸出電流Io就可以 維持不變。
此外，當(dāng)控制電路100處于該正常操作狀態(tài)以提供輸出電流Io至該數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換 器時，在N型場效應(yīng)管M3的該第一連接端(亦即第二連接端Nx)所看到的一第一電容的電 容值Cl以及一第一電阻的電阻值Rl均分別小于在P型場效應(yīng)管M5的該第二連接端(亦 即控制端Ny)所看到的一第二電容的電容值C2以及一第一電阻的電阻值R2。更進(jìn)一步來 說，當(dāng)N型場效應(yīng)管M3處于該飽和區(qū)時，第二連接端Nx所看到的電容值Cl約等于P型場 效應(yīng)管M2的漏極端電容值、N型場效應(yīng)管M3的源極端電容值以及參考電流源1062的輸出 端電容值的總和電容值，而控制端Ny所看到的電容值C2約等于P型場效應(yīng)管M5的漏極端 電容值、N型場效應(yīng)管M3的漏極端電容值、P型場效應(yīng)管Ml與P型場效應(yīng)管Mpl-Mpn的柵 極端電容值的總和電容值。因此，電容值Cl會比電容值C2來得小。另一方面，第二連接端 Nx所看到的電阻值Rl約等于往P型場效應(yīng)管M2的漏極端看進(jìn)去的輸出電阻與往N型場效 應(yīng)管M3的源極端看進(jìn)去的電阻(亦即N型場效應(yīng)管M3的轉(zhuǎn)導(dǎo)(Transconductance)值的 倒數(shù)，1/gm)的并聯(lián)電阻值，而控制端Ny所看到的電阻值R2約等于往P型場效應(yīng)管M5的 漏極端看進(jìn)去的輸出電阻與往N型場效應(yīng)管M3的漏極端看進(jìn)去的輸出電阻的并聯(lián)電阻值。 因此，電阻值Rl會比電阻值R2來得小。
進(jìn)一步來說，請參考圖2。圖2所示是控制電路100處于該正常操作狀態(tài)時的一交 流信號(亦即小信號)電路200的一實(shí)施例示意圖。交流信號電路200包含有一第一信號 放大電路202、一第二信號放大電路204、一第一等效電阻206、一第二等效電阻208、一第一 等效電容210以及一第二等效電容212。第一信號放大電路202的輸出端耦接于第二信號 放大電路204的輸入端,亦即第二連接端Nx。第二信號放大電路204的輸出端稱接于第一 信號放大電路202的輸入端，亦即控制端Ny。第一等效電阻206為第二連接端Nx所看到的等效電阻，故其電阻值為R1。第二等效電阻208控制端Ny所看到的等效電阻，故其電阻值 為R2。第一等效電容210為第二連接端Nx所看到的等效電容，故其電容值為Cl。第二等 效電容212控制端Ny所看到的等效電容，故其電容值為C2。此外，交流信號電路200具有 一虛接地端Ng耦接于第一等效電阻206、第二等效電阻208、第一等效電容210以及第二等 效電容212。
另一方面，第一信號放大電路202代表控制電路100中P型場效應(yīng)管Ml與P型場 效應(yīng)管M2所形成的一等效轉(zhuǎn)導(dǎo)放大電路,而第二信號放大電路204代表控制電路100中N 型場效應(yīng)管M3所形成的一等效共基極放大器。
因此，經(jīng)由對交流信號電路200的極點(diǎn)(pole)分析可以得出交流信號電路200共 有兩個主要的極點(diǎn)，第一個極點(diǎn)頻率Pl與第二個極點(diǎn)頻率P2可由以下方程序(I)與(2) 表不:
Pl =-1/(R2*C2)， (I)
P2 =-1/(R1*C1). (2)
從上述關(guān)于控制電路100的教導(dǎo)可得知，第二電容的電容值C2與第二電阻的電阻 值R2均分別大于第一電容的電容值Cl與第一電阻的電阻值Rl，故第二電容的電容值C2與 第二電阻的電阻值R2的乘積就可以遠(yuǎn)大于第一電容的電容值Cl與第一電阻的電阻值Rl 的乘積。換句話說，若忽略方程式(I)與(2)中的負(fù)號的話，則第一個極點(diǎn)頻率Pl會遠(yuǎn)小 于第二個極點(diǎn)頻率P2。進(jìn)一步來說，本發(fā)明的控制電路100可在不使用傳統(tǒng)的頻率補(bǔ)償方 式就可以使得其兩個主要極點(diǎn)的極點(diǎn)頻率差擴(kuò)大，進(jìn)而使得控制電路100可以穩(wěn)定地操作 于該正常操作狀態(tài)。
請參考圖3A與圖3B，圖3A所示是本發(fā)明交流信號電路200的一回路增益與頻率 之間的特征曲線圖；圖3B所示是本發(fā)明交流信號電路200的一相位與頻率之間的特征曲線 圖。從圖3A與圖3B可以得知，第一個極點(diǎn)頻率Pl與第二個極點(diǎn)頻率P2會分別處于一極 低的頻率與一極高的頻率，而對應(yīng)到該回路增益為O的頻率Fz則位于第一個極點(diǎn)頻率Pl 與第二個極點(diǎn)頻率P2之間。換句話說，本發(fā)明的交流信號電路200會具有極佳的相位余裕 (Phase Margin),進(jìn)而大幅提高了控制電路100穩(wěn)定度。
請參考圖4，圖4所示是依據(jù)本發(fā)明一種電路控制方法400的一實(shí)施例示意圖。電 路控制方法400是用來控制一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的電流源。換句話說，電路控制方法400可以 用本發(fā)明的控制電路100來加以實(shí)作。因此，為了簡化起見，電路控制方法400的操作原理 是搭配控制電路100來加以描述，然此一實(shí)施例并不是本發(fā)明電路控制方法400的唯一實(shí) 施例。此外，倘若大體上可達(dá)到相同的結(jié)果，并不需要一定照圖4所示的流程中的步驟順序 來進(jìn)行，且圖4所示的步驟不一定要連續(xù)進(jìn)行，亦即其他步驟亦可插入。電路控制方法400 包含有下列步驟
步驟402 :依據(jù)參考信號Vy來產(chǎn)生輸出電流Io ；
步驟404 :依據(jù)參考信號Vy來產(chǎn)生對應(yīng)輸出電流Io的參考電流Ir ；以及
步驟406 :依據(jù)參考電流Ir來產(chǎn)生控制電流Ic并將控制電流Ic通過隨耦電路108 以隨耦的方式反饋控制參考信號Vy，以使得輸出電流Io得以維持穩(wěn)定。
從圖1可以得知，隨耦電路108是以N型場效應(yīng)管M3來加以實(shí)作，其中，N型場效 應(yīng)管M3的柵極耦接于一偏壓Vb2，源極耦接于第二連接端Nx，而漏極耦接于控制端Ny以產(chǎn)生控制電流Ic。因此，N型場效應(yīng)管M3是以隨耦的方式依據(jù)參考電流Ir來產(chǎn)生反饋控制 電流Ic，以使得參考信號Vy以及輸出電流Io得以維持穩(wěn)定(步驟406)。
綜上所述，本發(fā)明的控制電路100與電路控制方法400，利用隨耦電路108來將控 制電流Ic以隨耦的方式反饋至第一電流產(chǎn)生電路104以控制參考信號Vy，并籍以增加控制 電路100的相位余裕來提高其穩(wěn)定度。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施方式揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技 術(shù)領(lǐng)域中的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以做一些改動，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)以權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種控制電路，其特征在于，包含有 一第一電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)一參考信號來產(chǎn)生至少一輸出電流； 一第二電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)所述參考信號來產(chǎn)生對應(yīng)所述輸出電流的一參考電流；以及 一隨耦電路，耦接于所述第二電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)所述參考電流來產(chǎn)生一控制電流并將所述控制電流以隨耦的方式從所述第二電流產(chǎn)生電路反饋至所述第一電流產(chǎn)生電路以控制所述參考信號。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述隨耦電路包含有 一場效應(yīng)管，具有一控制端稱接于一偏壓、一第一連接端稱接于所述參考電流以及一第二連接端用來輸出所述控制電流。
3.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于，所述場效應(yīng)管是一共柵極場效應(yīng)管。
4.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于，所述場效應(yīng)管是一N型場效應(yīng)管。
5.如權(quán)利要求2所述的控制電路，其特征在于，在所述場效應(yīng)管的所述第二連接端所看到的一第一電容的電容值以及一第一電阻的電阻值均分別大于在所述場效應(yīng)管的所述第一連接端所看到的一第二電容的電容值以及一第二電阻的電阻值。
6.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述第二電流產(chǎn)生電路包含有 一第一場效應(yīng)管，具有一第一控制端耦接于所述參考信號、一第一連接端耦接于一第一參考電壓以及一第二連接端，所述第二連接端用來輸出所述參考電流；以及 一第一參考電流源，具有一第一端點(diǎn)耦接于所述第一場效應(yīng)管的所述第二連接端以及一第二端點(diǎn)稱接于一第二參考電壓，所述第一參考電流源用來產(chǎn)生一第一定電流。
7.如權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述第一場效應(yīng)管是一P型場效應(yīng)管。
8.如權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述隨耦電路包含有 一第二場效應(yīng)管，具有一第二控制端耦接于一偏壓、一第三連接端耦接于所述第一場效應(yīng)管的所述第二連接端以及一第四連接端，所述第四連接端用來輸出所述控制電流。
9.如權(quán)利要求8所述的控制電路，其特征在于，所述第二場效應(yīng)管是一N型場效應(yīng)管。
10.如權(quán)利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述第二電流產(chǎn)生電路另包含有 一第三場效應(yīng)管，具有一第三控制端耦接于一第一偏壓、一第五連接端耦接于所述第一場效應(yīng)管的所述第二連接端以及一第六連接端耦接于所述第一參考電流源的所述第一端點(diǎn)，所述第六連接端用以輸出所述參考電流。
11.如權(quán)利要求10所述的控制電路，其特征在于，所述第三場效應(yīng)管是一P型場效應(yīng)管。
12.如權(quán)利要求10所述的控制電路，其特征在于，所述隨耦電路包含有 一第四場效應(yīng)管，具有一第四控制端耦接于一第二偏壓、一第七連接端耦接于所述第二場效應(yīng)管的所述第六連接端以及一第八連接端，所述第八連接端用來輸出所述控制電流。
13.如權(quán)利要求12所述的控制電路，其特征在于，所述第四場效應(yīng)管是一N型場效應(yīng)管。
14.如權(quán)利要求12所述的控制電路，其特征在于，另包含有 一參考信號產(chǎn)生電路，耦接于所述第一電流產(chǎn)生電路，用來產(chǎn)生所述參考信號以及所述第二偏壓。
15.如權(quán)利要求14所述的控制電路，其特征在于，所述參考信號產(chǎn)生電路包含有 一第五場效應(yīng)管，具有一第九連接端耦接于所述第一參考電壓，以及一第五控制端耦接于一第十連接端，所述第五控制端用以輸出所述第一偏壓； 一第二參考電流源，具有一第三端點(diǎn)耦接于所述第五場效應(yīng)管的所述第十連接端以及一第四端點(diǎn)耦接于所述第二參考電壓，所述第二參考電流源用來產(chǎn)生一第二定電流；以及 一第六場效應(yīng)管，具有一第十一連接端耦接于所述第一參考電壓、一第六控制端耦接于所述第五場效應(yīng)管的所述第五控制端以及一第十二連接端，所述第十二連接端用來輸出所述參考信號。
16.如權(quán)利要求15所述的控制電路，其特征在于，所述第五場效應(yīng)管以及所述第六場效應(yīng)管均是P型場效應(yīng)管。
17.—種電路控制方法，其特征在于，所述電路控制方法包含有 依據(jù)一參考信號來產(chǎn)生至少一輸出電流； 依據(jù)所述參考信號來產(chǎn)生對應(yīng)所述輸出電流的一參考電流；以及 依據(jù)所述參考電流來產(chǎn)生一控制電流并將所述控制電流通過一電路以隨耦的方式反饋控制所述參考信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種控制電路，其包含有一第一電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)一參考信號來產(chǎn)生至少一輸出電流；一第二電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)該參考信號來產(chǎn)生對應(yīng)該輸出電流的一參考電流；以及一隨耦電路，耦接于該第二電流產(chǎn)生電路，用來依據(jù)該參考電流來產(chǎn)生一控制電流，并將該控制電流以隨耦的方式從該第二電流產(chǎn)生電路反饋至該第一電流產(chǎn)生電路，以控制該參考信號。本發(fā)明還提供一種電路控制方法。該控制電路以及電路控制方法能夠利用隨耦電路來將控制電流以隨耦的方式反饋至第一電流產(chǎn)生電路以控制參考信號，并籍以增加控制電路的相位余裕來提高其穩(wěn)定度。
文檔編號H03M1/66GK103019287SQ201110295640
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月27日
發(fā)明者陶成 申請人:聯(lián)發(fā)科技(新加坡)私人有限公司