自動功率控制系統、方法與偏壓電流控制電路的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種偏壓電流控制電路，包括互導電路，連接至節點，感測電壓信號以產生第一電流；恒流源，連接節點，并且產生尾端電流；以及電流鏡電路，具有參考電流端以及偏壓電流端，參考電流端耦接節點。其中，參考電流端流通第二電流，且第二電流等于尾端電流與第一電流的電流差值。其中，偏壓電流端流通基于第二電流而產生的偏壓電流。
【專利說明】
自動功率控制系統、方法與偏壓電流控制電路
技術領域
[0001]本發明涉及一種偏壓電流控制電路，特別是有關于運用在振蕩電路的偏壓電流控制電路。
【背景技術】
[0002]—般而言，振蕩電路所產生的信號振幅大小與振蕩電路的偏壓設定有關，通常當振蕩電路的偏壓電流較大時，振蕩電路可以產生較大的信號振幅。然而，在一些電路系統中使用振蕩電路時，并不要求振蕩電路產生最大的信號振幅，并且在考慮功率消耗的成本時，電路設計者通常會針對信號振幅的大小與偏壓電流所產生的功率消耗，進行評估并且基于整體電路效益進行調整。因此，需要用于振蕩電路的偏壓電流控制系統與方法，藉此對于振蕩電路的信號振幅大小與偏壓電流進行設計與控制。
【發明內容】
[0003]本發明提供一種偏壓電流控制電路，包括一互導電路，連接至一節點，感測一電壓信號以產生一第一電流;一恒流源，連接該節點，并且產生一尾端電流；以及一電流鏡電路，具有一參考電流端以及一偏壓電流端，該參考電流端親接該節點。其中，該參考電流端流通一第二電流，且該第二電流等于該尾端電流與該第一電流的電流差值。該偏壓電流端流通基于該第二電流而產生的一偏壓電流，且該第二電流與該偏壓電流之間具備一預定比例。
[0004]本發明提供一種自動功率控制系統，包括一振蕩電路，輸出一電壓信號；以及一偏壓電流控制電路。該偏壓電流控制電路包括一互導電路，連接至一節點，感測該電壓信號以產生一第一電流;一恒流源，連接該節點，并且產生一尾端電流；以及一電流鏡電路，具有一參考電流端耦接該節點，及一偏壓電流端連接該振蕩電路的一電流輸入端。其中，該參考電流端流通一第二電流，且該第二電流等于該尾端電流與該第一電流的電流差值。該偏壓電流端流通基于該第二電流而產生的一偏壓電流，且該第二電流與該偏壓電流之間具備一預定比例。
[0005]本發明提供一種自動功率控制方法，包括透過一互導電路，基于一振蕩電路所輸出的一電壓信號，產生一第一電流;透過一電流鏡電路，依據一恒流源之一尾端電流與該第一電流的電流差值，產生一偏壓電流；以及將該偏壓電流提供至該振蕩電路。其中，該第二電流與該偏壓電流之間具備一預定比例。
【附圖說明】
[0006]圖1A是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統的示意圖。
[0007]圖1B是依據本發明一實施例之一互導電路的電壓對電流的關系圖。
[0008]圖2A是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統的示意圖。
[0009]圖2B是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統的示意圖。
[0010]圖3是依據本發明另一實施例之一自動功率控制系統的示意圖。
[0011]圖4是依據本發明另一實施例之一自動功率控制系統的示意圖。
[0012]圖5是依據本發明一實施例之一自動功率控制方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0013]為讓本發明之上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉出本發明之具體實施例，并配合所附圖式，作詳細說明如下。
[0014]圖1A是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統100。自動功率控制系統100包括一偏壓電流控制電路105以及一振蕩電路104。其中，偏壓電流控制電路105包括一互導(transconductance)電路11、一電流鏡電路102以及一恒流源103。
[0015]參考圖1A所示之內容，恒流源103的尾端電流15是一固定電流值，因此在電流鏡電路102之參考電流端Nr流通的電流12，將等于恒流源103的尾端電流Is與互導電路101所產生的電流Ii的電流差值。
[0016]在一些實施例中，互導電路103可為金屬氧化物半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Trans is tor (MOSFET))、雙極結型晶體管(bipolarjunct1n transistors(BJT))或其它具備指數型電壓轉電流特性之組件。因此互導電路101所產生的輸出電流，是與所接收的輸入電壓呈指數關系，如圖1B所示。在此狀況下，當振蕩電路104所產生之電壓信號Vsw的振幅越大時，互導電路101所產生的電流I1的平均值將會隨著增加，此時由于恒流源103的尾端電流Is固定，因此將導致電流鏡電路102之參考電流端Nr所流通的電流I2的平均值減少。由于電流鏡電路102在偏壓電流端Nb所產生的偏壓電流Ib與參考電流端Nr
[0017]所流通的電流I2具有一預定比例，因此當電流I2的平均值減少時，偏壓電流Ib的平均值亦會減少。此時，振蕩電路104將接收到減少后的偏壓電流Ib，進而導致振蕩電路104所產生之電壓信號Vsw的振幅減少。
[0018]基于上述運作過程，振蕩電路104所產生的電壓信號Vsw的振幅大小，將與偏壓電流控制電路105所提供的偏壓電流Ib呈反比關系。由此可知，電壓信號Vsw的振幅大小以及偏壓電流Ib的電流大小彼此構成一負反饋機制，因此自動功率控制系統100可自動調整振蕩電路104之電壓信號Vsw的振幅，使得振蕩電路104透過所設計的偏壓電流Ib維持振蕩操作，進而達到控制偏壓電流Ib以及整體功率消耗的功效。
[0019]圖2A是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統200的示意圖。自動功率控制系統200包括振蕩電路201以及由金屬氧化物半導體場效應晶體管，以下注記為MOSFET M1-M5所構成的偏壓電流控制電路。在此實施例中，振蕩電路201的偏壓電流I2b以及電壓信號Vsw2-的振幅是預先設定的值。在MOSFET M1-M5所構成的偏壓電流控制電路的控制下，若振蕩電路201之電壓信號Vsw2的振幅或偏壓電流1此發生變化，自動功率控制系統200將自動執行負反饋機制，并且將電壓信號Vsw2的振幅以及偏壓電流I2b收斂至上述預先設定的值。在一實施例中，若振蕩電路201之電壓信號Vsw2的振幅變小，振幅變小后的電壓信號Vsw2透過電容Cl耦合到MOSFET Mi (可對應圖1A的互導電路1I)的閘極，致使MOSFET 產生的電流121的平均值減少。由于直流電壓VDD、Vb21、Vb22、Vb23以及接地電位GND為固定值，因此做為恒流源的MOSFET M3所產生的尾端電流123亦為定值。在此情況下，當電流121的平均值減少時，將會導致流過MOSFET M2、M4的電流I22增加。在此實施例中，受到電壓信號Vsw2影響的電流I21可視為具備交流電流成份與直流電流成份，其中電流I21的交流電流成份會被節點N2的寄生電容Cp (與MOSFET M3并聯)所過濾，因此電流122是被電流121之過濾后的一過濾電流影響而增加。
[0020]繼之，MOSFET M415所構成的電流鏡電路基于電流I22產生偏壓電流I2b。由于偏壓電流12b與電流122之間具備一預定比例(例如1:1)，因此基于上述操作而增加的電流122，亦致使偏壓電流I2b增加。在此情況下，流入振蕩電路104的偏壓電流I2b增加，將使原先減少的電壓信號Vsw2的振幅增加。最終，透過上述負反饋機制，電壓信號Vsw2的振幅以及偏壓電流I2b將收斂至上述預先設定的值。
[0021 ]在另一實施例中，若振蕩電路201之電壓信號Vsw2的振幅變大，基于前述之自動功率控制系統200的電路架構，電流I2I的平均值將會增加，且導致電流122減少。繼之，偏壓電流I2b-亦將減少，致使電壓信號Vsw2的振幅變小。自動功率控制系統200將自動執行負反饋機制，并且將電壓信號Vsw2的振幅以及偏壓電流I2b收斂至上述預先設定的值。
[0022]在一些實施例中，圖2A之直流電壓Vb2i與Vb22的電壓值可為相同或不相同。在一些實施例中，圖2A之MOSFET M^M2的閘極可透過一低通濾波電路而連接至相同的直流電壓，如圖2B所示。圖2B是依據本發明一實施例之一自動功率控制系統200B的示意圖。在自動功率控制系統200B中，一低通濾波電路202的輸入端連接MOSFET Mi的閘極，且低通濾波電路202的輸出端連接M2的閘極，藉此避免電壓信號VswHfMOSFET M2產生影響。MOSFET M1、M2的閘極可透過低通濾波電路202而連接至相同的直流電壓Vb22。節點N2額外將一電容與自動功率控制系統200之寄生電容Cp并聯形成電容C22(與做為恒流源的MOSFET M3并聯)，藉以增加對電流121的交流電流成份的過濾效果。在一些實施例中，低通濾波電路202可以是一高阻抗值的電阻(例如1k奧姆)。自動功率控制系統200B的運作過程與自動功率控制系統200相似，在此不再贅述。
[0023]圖3是依據本發明另一實施例之一自動功率控制系統300的示意圖。自動功率控制系統300包括由雙極結型晶體管，以下注記為BJT B6與石英晶體振蕩電路301所組成的振蕩電路;以及由BJT B1-B5所構成的偏壓電流控制電路。在此實施例中，上述振蕩電路的偏壓電流I3b以及電壓信號Vsw3-的振幅是預先設定的值。在BJT B1-B^構成的偏壓電流控制電路的控制下，若上述振蕩電路之電壓信號Vsw3的振幅或偏壓電流I3b發生變化，自動功率控制系統300將自動執行負反饋機制，并且將電壓信號Vsw3的振幅以及偏壓電流I3b收斂至上述預先設定的值。
[0024]舉例而言，若上述振蕩電路之電壓信號Vsw3的振幅變大，振幅變大后的電壓信號Vsw3透過電容C31耦合到BJT B1的基極，致使BJT B1所產生的電流I31的平均值增加。此外，由于直流電壓VDD、Vb31、Vb32、Vb33以及接地電位GND為固定值，因此做為恒流源的BJT B3所產生的尾端電流I3s亦為定值。在此情況下，受到電壓信號Vsw3影響的電流I31可視為具備交流電流成份與直流電流成份，其中電流131的交流電流成份會被節點N3的電容C32 (節點N3的寄生電容與一額外電容并聯所構成)所過濾，因此流過BJT B2、B4的電流132，是被電流131之過濾后的一過濾電流影響而減少。
[0025]繼之，BJTB4、B5K構成的電流鏡電路基于電流I32產生偏壓電流I3b。由于偏壓電流l3b與電流132之間具備一預定比例，例如1: 1.5，因此基于上述操作而減少的電流132，亦致使偏壓電流I3b減少。在此情況下，減少后的偏壓電流I3b將使原先增加的電壓信號Vsw3的振幅減少。最終，透過上述負反饋機制，電壓信號Vsw3的振幅以及偏壓電流I3b將收斂至上述預先設定的值。
[0026]圖4是依據本發明另一實施例之一自動功率控制系統400的示意圖。自動功率控制系統400包括由金屬氧化物半導體場效應晶體管(以下注記為M0SFET)M46-M47、電感l@l2、電容C41與C43所構成的振蕩電路；以及由MOSFET M41-M45所構成的偏壓電流控制電路。在此實施例中，直流電壓Vdd、Vb41、Vb42、Vb43以及接地電位GND為固定值，因此恒流源的MOSFET M43所產生的尾端電流I4s亦為定值;MOSFET 141依據上述振蕩電路的電壓信號VSW4產生電流I41;流過MOSFET M42、M44的電流142是恒流源MOSFET M43的尾端電流I4s與電流I4I的電流差值；MOSFET M44、M45所構成的電流鏡電路基于電流142產生偏壓電流l4b。
[0027]在此實施例中，上述振蕩電路的偏壓電流I4b以及電壓信號Vsw4-的振幅是預先設定的值。在MOSFET M41-M45所構成的偏壓電流控制電路以及電容C42 (節點N4的寄生電容與一額外電容并聯所構成)的運作下，若上述振蕩電路之電壓信號Vsw4的振幅或偏壓電流I4b發生變化，自動功率控制系統400將自動執行負反饋機制，并且將電壓信號Vsw4的振幅以及偏壓電流l4b收斂至上述預先設定的值。
[0028]在一實施例中，若上述振蕩電路之電壓信號VSw4的振幅變小，振幅變小后的電壓信號Vsw4透過電容C4i耦合到MOSFET M4i的閘極，致使MOSFET M?所產生的電流I4I的平均值減少。當電流141的平均值減少時，將會導致電流142增加。電流141可視為具備交流電流成份與直流電流成份，其中電流I41的交流電流成份會被節點N4的電容C42(節點N4的寄生電容與一額外電容并聯所構成)所過濾，因此電流I42是被電流I41之過濾后的一過濾電流影響而增加。繼之，MOSFET M44、M45所構成的電流鏡電路基于電流142產生偏壓電流14b。由于偏壓電流l4b與電流142之間具備一預定比例，例如1.5:1，因此基于上述操作而增加的電流142，亦致使偏壓電流I4b增加。在此情況下，增加后的偏壓電流I4b將使原先減少的電壓信號Vsw4的振幅增加。最終，透過上述負反饋機制，電壓信號Vsw4的振幅以及偏壓電流I4b將收斂至上述預先設定的值。
[0029]在另一實施例中，若上述振蕩電路之電壓信號Vsw4的振幅變大，自動功率控制系統400亦可自動地執行上述負反饋機制，并且將電壓信號Vsw4的振幅以及偏壓電流I4b收斂至上述預先設定的值。
[0030]圖5是依據本發明一實施例之一自動功率控制方法的流程圖500。在步驟501中，透過一互導電路，基于一振蕩電路所輸出的一電壓信號，產生一第一電流。在步驟502中，透過一電流鏡電路，依據一恒流源之一尾端電流與該第一電流的電流差值，產生一偏壓電流。在步驟503中，將該偏壓電流提供至該振蕩電路。在流程圖500中，該第一電流與該電壓信號是正相關的關系；該偏壓電流與該第一電流是負相關的關系；該偏壓電流與該電壓信號是正相關的關系。因此，流程圖500是一負反饋機制，該偏壓電流與該電壓信號最終將收斂至一預定值。
[0031]本發明雖以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發明的范圍，任何本領域技術人員，在不脫離本發明之精神和范圍內，當可做些許的更動與潤飾，因此本發明之保護范圍當視后附之權利要求所界定者為準。
【主權項】
1.一種偏壓電流控制電路，包括: 互導電路，連接至節點，感測電壓信號以產生第一電流； 恒流源，連接該節點，并且產生尾端電流；以及 電流鏡電路，具有參考電流端以及偏壓電流端，該參考電流端親接該節點； 其中，該參考電流端流通第二電流，且該第二電流是由該尾端電流與該第一電流的電流差值所決定； 其中，該偏壓電流端流通基于該第二電流而產生的偏壓電流； 其中，該第二電流與該偏壓電流之間具備預定比例。2.如權利要求1所述的偏壓電流控制電路，更包括第二互導電路，設置在該電流鏡電路的該參考電流端與該節點之間。3.如權利要求2所述的偏壓電流控制電路，更包括低通濾波器，該低通濾波器的輸入端連接該互導電路的第一輸入端，且該低通濾波器的輸出端連接該第二互導電路的第二輸入端。4.如權利要求1至3中任一項所述的偏壓電流控制電路，更包括電容，該電容與該恒流源并聯連接； 其中，該第一電流被該電容過濾而產生過濾電流，而該第二電流等于該尾端電流與該過濾電流的電流差值。5.如權利要求2所述的偏壓電流控制電路，該互導電路以及該第二互導電路為金屬氧化物半導體場效應晶體管或雙極結型晶體管。6.—種自動功率控制系統，包括: 振蕩電路，輸出電壓信號；以及 偏壓電流控制電路，包括: 互導電路，連接至節點，感測該電壓信號以產生第一電流； 恒流源，連接該節點，并且產生尾端電流；以及 電流鏡電路，具有參考電流端耦接該節點，及偏壓電流端連接該振蕩電路的電流輸入端； 其中，該參考電流端流通第二電流，且該第二電流是由該尾端電流與該第一電流的電流差值所決定； 其中，該偏壓電流端流通基于該第二電流而產生的偏壓電流； 其中，該第二電流與該偏壓電流之間具備預定比例。7.如權利要求6所述的自動功率控制系統，其中該偏壓電流控制電路更包括第二互導電路，設置在該電流鏡電路的該參考電流端與該節點之間。8.如權利要求7所述的自動功率控制系統，其中該偏壓電流控制電路更包括低通濾波器，該低通濾波器的輸入端連接該互導電路的第一輸入端，且該低通濾波器的輸出端連接該第二互導電路的第二輸入端。9.如權利要求6至8中任一項所述的自動功率控制系統，該偏壓電流控制電路更包括電容，該電容與該恒流源并聯連接； 其中，該第一電流被該電容過濾而產生過濾電流，而該第二電流等于該尾端電流與該過濾電流的電流差值。10.如權利要求7所述的自動功率控制系統，該互導電路以及該第二互導電路可為金屬氧化物半導體場效應晶體管或雙極結型晶體管。11.一種自動功率控制方法，包括: 透過互導電路，基于振蕩電路所輸出的電壓信號，產生第一電流； 透過電流鏡電路，依據恒流源的尾端電流與該第一電流的電流差值，產生偏壓電流；以及 將該偏壓電流提供至該振蕩電路； 其中，該第二電流與該偏壓電流之間具備預定比例。
【文檔編號】G05F3/26GK105955395SQ201610425332
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】周永奇
【申請人】上海兆芯集成電路有限公司