專利名稱：具有環(huán)路濾波器的自調(diào)節(jié)電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有環(huán)路濾波器的自調(diào)節(jié)電荷泵。
背景技術(shù)：
鎖相環(huán)(PLL)可利用鑒相器比較參考時(shí)鐘的相位與輸出時(shí)鐘的相 位，其利用壓控振蕩器(VCO)生成改變到VCO的輸入上的控制電壓的 相位誤差。通過調(diào)整此控制電壓，VCO的相位可鎖定為參考時(shí)鐘的相 位。 一般情況下， 一些類型的環(huán)路濾波器布置在鑒相器與VCO之間。 環(huán)路濾波器一般用于執(zhí)行從進(jìn)入信號(hào)阻擋不合需要頻率的功能。
在PLL系統(tǒng)中，典型的鑒相器生成控制電壓以便控制電荷泵電路， 該電路可操作以選擇性地將電荷("上"電流)注入節(jié)點(diǎn)以便增大電壓 電平，或者將電荷("下"電流)從節(jié)點(diǎn)拉出以提供降低的電壓電平。 為了增大電壓電平，電荷從電源流入(source),而為了降低電壓電 平，將電荷流出(sink)到地參考。在VCO與參考時(shí)鐘之間的相對(duì)相 位正落后或超前時(shí)，則控制電荷泵的流入或流出。
電荷泵可包括切換到VCO的電壓輸入的兩個(gè)電流源。當(dāng)電荷流 入到節(jié)點(diǎn)時(shí)，VCO的相位將/人落后或超前相位改變?yōu)槌盎蚵浜笙?位，使得鑒相器將隨后使電荷泵流出電流。當(dāng)PLL鎖定時(shí)，相位誤差 應(yīng)大致在零相位誤差，這應(yīng)該導(dǎo)致無電流流入到或流出自VCO的電 壓控制1#入。
圖1中示出了現(xiàn)有技術(shù)電荷泵100。電荷泵基于具有切換信號(hào)UP 與補(bǔ)充切換信號(hào)^的"上，，信號(hào)以及基于具有切換信號(hào)DN與補(bǔ)充切 換信號(hào)^的"下"信號(hào)進(jìn)行操作。電荷泵100包括構(gòu)建為RC網(wǎng)絡(luò)的 環(huán)^^濾、波器102。具體而言，環(huán)路濾波器102包括串聯(lián)的電阻器104和電容器106,其中，電容器106具有耦合到參考電位的端子。電阻
器104和電容器106定義環(huán)路濾波器102的零點(diǎn)。環(huán)路濾波器102還
包括與電阻器104和電容器106并聯(lián)耦合的電容器108。環(huán)路濾波器
102耦合到電荷泵100的第一輸出節(jié)點(diǎn)110。環(huán)路濾波器102主要實(shí)
現(xiàn)成抑制在電荷泵100處理輸入控制電壓時(shí)可影響調(diào)節(jié)器112的尖 峰、振鈴和其它噪聲(在下一段落中論述)。
如上所述，現(xiàn)有技術(shù)電荷泵100也包括調(diào)節(jié)器112，該調(diào)節(jié)器用 于將電荷泵IOO的第二輸出節(jié)點(diǎn)114調(diào)節(jié)為與環(huán)^^濾波器102的節(jié)點(diǎn) 116相同的電壓。這通過控制電流源120而實(shí)現(xiàn)。電容器118耦合到 第二輸出節(jié)點(diǎn)114和調(diào)節(jié)器112。假設(shè)選擇了適當(dāng)?shù)慕M件值，與電容 器106耦合的電容器118確保第一輸出節(jié)點(diǎn)UO和第二輸出節(jié)點(diǎn)114 相對(duì)于彼此處于靜態(tài)平衡。
圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)會(huì)將不想要的噪聲引入調(diào)節(jié)器112。 一 般情況下，此類噪聲從第一輸出節(jié)點(diǎn)IIO上的振蕩引入。輸入調(diào)節(jié)器 112的任何噪聲可不利地影響其性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電荷泵裝置，包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)輸 出節(jié)點(diǎn)；以及調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)，所述調(diào)節(jié) 器從所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一去耦。
本發(fā)明還提供一種設(shè)備，包括鎖相環(huán)(PLL)以及耦合到所述PLL 的電荷泵。所述電荷泵包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；以 及調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)，所述調(diào)節(jié)器從所述兩 個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一去耦。
本發(fā)明還提供一種電荷泵器件，包括第一電流源和第二電流源； 第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)；第一電流路徑，所述第一電流路徑具 有耦合到所述第 一 電流源并且還耦合到所述第 一輸出節(jié)點(diǎn)的第 一器 件，所述第 一電流路徑還具有耦合到所述第二電流源并且還耦合到所述第一輸出節(jié)點(diǎn)的第二器件；第二電流路徑，所述第二電流路徑具有 耦合到所述第 一 電流源并且還耦合到所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的第三器件， 所述第二電流路徑還具有耦合到所述第二電流源并且還耦合到所述 第二輸出節(jié)點(diǎn)的第四器件；濾波器，耦合到所述第二輸出節(jié)點(diǎn)；以及
調(diào)節(jié)器，耦合到所述第 一輸出節(jié)點(diǎn)并且還耦合到虛地。
下面參照附圖提供詳細(xì)的說明。圖中，參考標(biāo)號(hào)最左邊的數(shù)字標(biāo) 識(shí)最先出現(xiàn)該參考標(biāo)號(hào)的圖形。在不同的圖形中使用相同的參考標(biāo)號(hào) 指示類似或相同的項(xiàng)目。
圖1示出可在鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)中采用的現(xiàn)有技術(shù)電荷泵電路，鎖 相環(huán)系統(tǒng)包含將控制信號(hào)提供到電荷泵電路的鑒相器。
圖2示出可在鎖相環(huán)(PLL)系統(tǒng)中采用的根據(jù)本實(shí)現(xiàn)的電荷泵電 路，鎖相環(huán)系統(tǒng)包含將控制信號(hào)提供到電荷泵電路的鑒相器。
圖3示出可采用圖2所示電荷泵電路的鎖相環(huán)(PLL)實(shí)現(xiàn)。
圖4示出其中可利用電荷泵的示范環(huán)境。
具體實(shí)施例方式
概述
本文中描述了電荷泵的示范實(shí)現(xiàn)。 一個(gè)此類電荷泵采用從電荷泵 的輸出去耦的調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器的該去耦防止在電荷泵輸出上的噪聲影 響調(diào)節(jié)器的性能。
示范設(shè)置
圖2示出可在PLL系統(tǒng)中采用的根據(jù)本實(shí)現(xiàn)的電荷泵電路200， PLL系統(tǒng)包含將控制信號(hào)提供到電荷泵電路200的鑒相器。電荷泵電 路200具有從控制器件(未示出)接收"上"和"下"信號(hào)的兩個(gè)控 制信號(hào)輸入?？刂破骷梢允氰b相器、混頻器、模擬復(fù)用器或其它類 似器件。兩個(gè)切換的電流源202和204是電荷泵電^各200的一部分。電流源202和204在活動(dòng)狀態(tài)時(shí)分別向環(huán)路濾波器206提供正和負(fù)電 流(例如，"上"電流和"下"電流)。環(huán)路濾波器206可以是有源濾 波器或無源濾波器。
電荷泵200也包括兩個(gè)切換部分208和210。切換部分208包括 兩個(gè)P溝道晶體管，其中，其源極端子耦合到電流源202。 P溝道晶 體管的漏極耦合到作為切換部分210 —部分的兩個(gè)N溝道晶體管的漏 極。N溝道晶體管的源極連接到電流源204。另外，N溝道晶體管的 源極也連接到調(diào)節(jié)的電流源212。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一樣， 在圖2所示配置中使用N和P溝道晶體管只是設(shè)計(jì)選擇問題。其它配 置也可使用，且仍獲得本文中所述的實(shí)現(xiàn)的益處。
P溝道晶體管的柵極端子耦合到接收"上"信號(hào)的輸入，其中，N 溝道晶體管的柵極端子耦合到接收"下"信號(hào)的輸入。切換部分208 的P溝道晶體管之一具有介于P溝道晶體管的柵極與接收"上"信號(hào) 的輸入之間的反相器214。類似地，切換部分210的N溝道晶體管之 一具有介于N溝道晶體管的柵極與接收"下"信號(hào)的輸入之間的反相 器216。這樣， 一個(gè)P溝道晶體管的柵極端子經(jīng)耦合以接收從"上" 信號(hào)衍生的切換信號(hào)UP，并且另一 P溝道晶體管的柵極端子經(jīng)耦合 以接收從"上"信號(hào)衍生的補(bǔ)充切換信號(hào)^。類似地， 一個(gè)N溝道 晶體管的柵極端子經(jīng)耦合以接收從"下"信號(hào)衍生的切換信號(hào)DN,并 且另一 N溝道晶體管的柵極端子經(jīng)耦合以接收從"下"信號(hào)衍生的補(bǔ) 充切換信號(hào)麗。以圖2所示方式使用反相器214和216是設(shè)計(jì)選擇
補(bǔ)充信號(hào)也可使用差分/對(duì)稱鎖存器電路形成。通常，提供補(bǔ)充切換信 號(hào)的任何設(shè)置可結(jié)合電荷泵電路200使用。
由P溝道晶體管之一的漏極和N溝道晶體管之一的漏極定義的一 條電流路徑218具有第一輸出節(jié)點(diǎn)220。第一輸出節(jié)點(diǎn)220向環(huán)路濾 波器206供應(yīng)流入("上")和流出("下")電流。
環(huán)路濾波器206包括運(yùn)算放大器222和電容器224。第一輸出節(jié)點(diǎn)220饋入運(yùn)算放大器222的反相輸入。運(yùn)算放大器222的非反向輸 入連接到地參考221 (例如，虛地)。虛地可以是保持在穩(wěn)定參考電 位而未直接連接到該參考電位的電路的節(jié)點(diǎn)。 一些情況下，參考電位 被視為是地表，并且參考節(jié)點(diǎn)因此稱為"地"或"接地"。在另一表征中， 運(yùn)算放大器222的非反相輸入接地(例如，地參考221 );則放大器 222的反相輸入雖然未接地，但將呈現(xiàn)類似的電位，成為虛地。
運(yùn)算放大器222的輸出通過電容器224反饋到反相輸入。所示環(huán) 路濾波器206可使用各種設(shè)計(jì)和組件實(shí)現(xiàn)。例如，環(huán)路濾波器206可 包括另外的電阻器-電容器(RC)電路。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一 樣，其它濾波器設(shè)置也可使用。
環(huán)路濾波器206的使用使得放大輸入信號(hào)成為可能。放大通過在 環(huán)路濾波器206中采用的運(yùn)算放大器222而可能實(shí)現(xiàn)。結(jié)果，電荷泵 電路200只生成其動(dòng)態(tài)范圍是VCO所需完整動(dòng)態(tài)范圍一小部分的信 號(hào)，其中VCO連接到環(huán)路濾波器206輸出。這降低了電荷泵電路200 的復(fù)雜性，并將電荷泵電路200的電流失配將到最低。
由另一 P溝道晶體管的漏極和另一N溝道晶體管的漏極定義的另 一條電流路徑228具有第二輸出節(jié)點(diǎn)230。第二輸出節(jié)點(diǎn)230耦合到 電容器232。
電荷泵電路200涉及調(diào)節(jié)器器件234的使用。調(diào)節(jié)器器件234具 有耦合到地參考236 (例如，虛地)的第一輸入。因此，調(diào)節(jié)器器件 234從第一輸出節(jié)點(diǎn)220去耦。虛地一般可以是保持在穩(wěn)定參考電位 而未直接連接到該參考電位的電路的節(jié)點(diǎn)。 一些情況下，參考電位被 視為是地表，并且參考節(jié)點(diǎn)因此稱為"地"或"接地"。調(diào)節(jié)器器件234 具有耦合到第二輸出節(jié)點(diǎn)230和電容器232的端子的第二輸入。調(diào)節(jié) 器器件234的輸出耦合到調(diào)節(jié)的電流源212。
在一些實(shí)現(xiàn)中，地參考236可與地參考221相同(即，參考221 和236可共享一個(gè)/>共節(jié)點(diǎn))。此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，同一電壓電平 可存在于參考236和221中。現(xiàn)在提供電荷泵電路200的操作特性的描述。在穩(wěn)定狀態(tài)期間， 即，在"上"信號(hào)或"下，，信號(hào)均未輸入電荷泵電路200時(shí)，與第二 電流路徑228相關(guān)聯(lián)的任何電流經(jīng)第二輸出節(jié)點(diǎn)230轉(zhuǎn)儲(chǔ)(dump )到 電容器232中。在此狀態(tài)期間，在"上"信號(hào)或"下，，信號(hào)均未輸入 時(shí)，調(diào)節(jié)器234嘗試相對(duì)虛地調(diào)節(jié)在第二輸出節(jié)點(diǎn)230的電壓電平。 另外，環(huán)路濾波器206也相對(duì)虛地進(jìn)行調(diào)節(jié)。在本實(shí)現(xiàn)中，調(diào)節(jié)器234 未將第一輸出節(jié)點(diǎn)220參考為調(diào)節(jié)過程的一部分。相反，調(diào)節(jié)器234 使用地參考236模擬第一輸出節(jié)點(diǎn)220。調(diào)節(jié)器234力求使用調(diào)節(jié)的 電流源212實(shí)現(xiàn)此電壓調(diào)節(jié)。
圖2所示的設(shè)計(jì)與現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計(jì)相比有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，相對(duì)虛
濾波器206在電流調(diào)節(jié)期間干擾調(diào)節(jié)器234。
還如上所述，響應(yīng)"上"信號(hào)，從第一輸出節(jié)點(diǎn)220將"上，，電流
流入到環(huán)路濾波器206。響應(yīng)"下，，信號(hào)，從第一輸出節(jié)點(diǎn)220流出 "下"電流。正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解的一樣，電荷泵電路200接收 "上"或"下"信號(hào)，并產(chǎn)生輸出以便保持相關(guān)聯(lián)PLL處于"鎖定，，狀態(tài)。
"上"或"下"信號(hào)時(shí)中斷調(diào)節(jié)器234的切換機(jī)制。在一個(gè)示例中， 兩個(gè)開關(guān)位于調(diào)節(jié)器234的輸出后的串聯(lián)設(shè)置中。兩個(gè)開關(guān)之一連接 到接收"上"信號(hào)的輸入節(jié)點(diǎn)，并且兩個(gè)開關(guān)的另一開關(guān)連接到接收
"下"信號(hào)的輸入節(jié)點(diǎn)。例如，開關(guān)之一可連接到^信號(hào)和/或另一 開關(guān)可連接到麗信號(hào)。兩個(gè)開關(guān)之一因此可受控以響應(yīng)"上"信號(hào) 的出現(xiàn)，并且兩個(gè)開關(guān)的另一開關(guān)可受控以響應(yīng)"下，，信號(hào)的出現(xiàn)。 除非出現(xiàn)"上"或"下"信號(hào)，否則，兩個(gè)開關(guān)保持閉合。在另一備 選方案中，切換機(jī)制可設(shè)置為中斷調(diào)節(jié)器234的一個(gè)或多個(gè)輸入。同 樣地，如果電荷泵電路200接收"上"或"下"信號(hào)，則中斷將發(fā)生。圖3示出可采用圖2所示電荷泵電路200的鎖相環(huán)(PLL)300實(shí)現(xiàn)。 參考時(shí)鐘可提供到鑒相器302。鑒相器302也從壓控振蕩器(VCO) 308 接收反饋時(shí)鐘。鑒相器302檢測參考時(shí)鐘與反饋時(shí)鐘之間的差，并且 耦合到環(huán)路濾波器306的電荷泵304生成對(duì)應(yīng)于該差的電荷以驅(qū)動(dòng) VCO 308。因此，VCO 308輸出上下調(diào)整以保持"鎖定，，到參考時(shí)鐘。
示范環(huán)境
圖4示出可結(jié)合PLL和相關(guān)聯(lián)電荷泵的裝置400的簡化示范實(shí)現(xiàn)。 裝置400可以是諸如蜂窩電話等便攜式裝置，具有包括電源402、處 理電路404和用戶接口組件406等組件。處理電路404可包括集成電 路芯片和/或用于啟用裝置400操作的其它組件。用戶接口組件406可 包括顯示器、袖珍鍵盤等等。任何所述單元402、 404和406可實(shí)現(xiàn) 本文中所述類型的電荷泵和PLL。另外，由于至少與簡潔相關(guān)的原因 而在本文未描述的裝置400的其它組件也可實(shí)現(xiàn)此類PLL和電荷泵。 至少為簡明起見，電源402、處理電路404和用戶接口電路406的進(jìn) 一步細(xì)節(jié)未示出或描述。
結(jié)論
雖然主題已通過特定于結(jié)構(gòu)特征和/或方法動(dòng)作的語言描述，但要 理解，所附權(quán)利要求中定義的主題不必限于所述的特定特征或動(dòng)作。 相反，特定的特征和動(dòng)作作為實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求的示范形式而公開。
權(quán)利要求
1. 一種電荷泵裝置，包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；以及調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)，所述調(diào)節(jié)器從所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一去耦。
2. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵裝置，其中所述調(diào)節(jié)器具有耦合到 所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一的輸入，并且另一輸入耦合到虛地。
3. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵裝置，還包括耦合到所述調(diào)節(jié)器的 切換機(jī)制。
4. 如權(quán)利要求3所述的電荷泵裝置，其中在信號(hào)由所述至少一個(gè) 輸入節(jié)點(diǎn)接收時(shí)，所述切換機(jī)制中斷所述調(diào)節(jié)器。
5. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵裝置，其中所述至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn) 包括第 一輸入節(jié)點(diǎn)和第二輸入節(jié)點(diǎn)。
6. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵裝置，還包括耦合到所述兩個(gè)輸出 節(jié)點(diǎn)之一的濾波器器件。
7. 如權(quán)利要求6所述的電荷泵裝置，其中所述濾波器器件是環(huán)路 濾波器。
8. 如權(quán)利要求6所述的電荷泵裝置，其中所述濾波器器件包括具 有耦合到虛地的輸入的運(yùn)算放大器。
9. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵裝置，其中所述調(diào)節(jié)器具有耦合到虛地的ilr入。
10. —種設(shè)備，包括 鎖相環(huán)(PLL);以及電荷泵，耦合到所述PLL，所述電荷泵包括 至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)； 兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；以及調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)，所述調(diào)節(jié)器從 所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一去耦。
11. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)器具有耦合到所述 兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一的輸入，并且另一輸入耦合到虛地。
12. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，還包括耦合到所述調(diào)節(jié)器的切換 機(jī)制。
13. 如權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中在信號(hào)由所述至少一個(gè)輸入 節(jié)點(diǎn)接收時(shí)，所述切換機(jī)制中斷所述調(diào)節(jié)器。
14. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)包括 第 一輸入節(jié)點(diǎn)和第二輸入節(jié)點(diǎn)。
15. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，還包括耦合到所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn) 之一的濾波器器件。
16. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述濾波器器件是環(huán)路濾波器。
17. 如權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述濾波器器件包括具有耦 合到虛地的輸入的運(yùn)算放大器。
18. 如權(quán)利要求IO所述的設(shè)備，其中所述調(diào)節(jié)器具有耦合到虛地 的輸入。
19. 一種電荷泵器件，包括 第 一 電流源和第二電流源； 第一輸出節(jié)點(diǎn)和第二輸出節(jié)點(diǎn)；第 一電流路徑，所述第 一 電流路徑具有耦合到所述第 一電流源并 且還耦合到所述第 一輸出節(jié)點(diǎn)的第 一器件，所述第 一電流路徑還具有 耦合到所述第二電流源并且還耦合到所述第 一輸出節(jié)點(diǎn)的第二器件；第二電流路徑，所述第二電流路徑具有耦合到所述第 一 電流源并 且還耦合到所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的第三器件，所述第二電流路徑還具有 耦合到所述第二電流源并且還耦合到所述第二輸出節(jié)點(diǎn)的第四器件；濾波器，耦合到所述第二輸出節(jié)點(diǎn)；以及調(diào)節(jié)器，耦合到所述第 一輸出節(jié)點(diǎn)并且還耦合到虛地。
20. 如權(quán)利要求19所述的電荷泵器件，其中所述第一、第二、第 三和第四器件是晶體管。
21. 如權(quán)利要求19所述的電荷泵器件，還包括耦合到所述調(diào)節(jié)器 的切換機(jī)制。
22. 如權(quán)利要求21所述的電荷泵器件，其中在信號(hào)由所述至少一 個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)接收時(shí)，所述切換機(jī)制中斷所述調(diào)節(jié)器。
全文摘要
本發(fā)明名稱為具有環(huán)路濾波器的自調(diào)節(jié)電荷泵。本文陳述了與電荷泵裝置相關(guān)的實(shí)現(xiàn)，提供一種電荷泵裝置，包括至少一個(gè)輸入節(jié)點(diǎn)；兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)；以及調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的至少一個(gè)，所述調(diào)節(jié)器從所述兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)之一去耦。
文檔編號(hào)H02M1/14GK101546956SQ200910128318
公開日2009年9月30日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者D·德拉克塞爾梅爾 申請(qǐng)人:英飛凌科技股份有限公司