專利名稱：電荷泵浦的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵浦，特別是涉及一種因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平變化而改變所輸出的電流的電荷泵浦。
背景技術(shù)：
請(qǐng)參見圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)所提供的鎖相回路的示意圖。此鎖相回路10主要包含了相位檢測(cè)器 101、電荷泵浦(charge pump, CP) 103、低通濾波器(Low Pass Filter,LF) 105與電壓控制振蕩器(Voltage Control Oscillator, VCO) 107,另外,還可以選擇性的搭配分頻器109使用。鎖相回路10的基本原理是，比較由分頻器109所輸出的分頻信號(hào)Vdiv與輸入信號(hào)Vin的相位差，并根據(jù)相位差的比較結(jié)果，而調(diào)整電壓控制振蕩器107的輸出信號(hào)Vwt的頻率f；ut。理想上，經(jīng)分頻后的輸出信號(hào)Vwt( S卩，分頻信號(hào)Vdiv)應(yīng)與輸入信號(hào)Vin—致。
更進(jìn)一步探究鎖相回路10內(nèi)的各個(gè)元件，與對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的信號(hào)之間的關(guān)系可以得知電壓控制振蕩器107所輸出的輸出信號(hào)(Vtjut)的相位與輸出頻率分別為Θ OTt、f；ut。在鎖相回路10的回授路徑上，可以利用分頻器109對(duì)輸出信號(hào)Vrat進(jìn)行分頻，經(jīng)由分頻后得出的分頻信號(hào)Vdiv的頻率與相位分別為fdiv與Θ div。此外，鎖相回路10由外部輸入的輸入信號(hào)Vin所對(duì)應(yīng)的相位為Θ in。再者，相位檢測(cè)器101被用來比較分頻信號(hào)的相位Θ div，與輸入信號(hào)的相位Θ ^而得到兩者的相位差(Θ in- Θ div)，并利用此相位差得出一組輸出至電荷泵浦103的相位比較信號(hào)(Vup、Vd_)。相位比較信號(hào)(Vup、Vd_)再經(jīng)由電荷泵浦103，與低通濾波器105轉(zhuǎn)換成電壓形式的控制信號(hào)后，被用來調(diào)整電壓控振蕩器107所輸出的輸出信號(hào)Vwt。請(qǐng)參見圖2a，其是由第一電流源組與第二電流源組所組成的電荷泵浦的示意圖。電荷泵浦103中的第一電流源組103a包含第一電流源1031與第一切換開關(guān)1033，而第二電流源組103b則由第二電流源1032與第二切換開關(guān)1034所組成。電荷泵浦103雖然分別利用第一電流源1031與第二電流源1032提供第一切換電流Ip與第二切換電流In，但這些切換電流是否實(shí)際導(dǎo)通，并通過控制節(jié)點(diǎn)s_t對(duì)低通濾波器105進(jìn)行充放電，仍需取決于所搭配使用的切換開關(guān)。其中第一切換開關(guān)1033與第二切換開關(guān)1034根據(jù)相位檢測(cè)器101輸出的第一相位比較信號(hào)Vup、第二相位比較信號(hào)Vd_而對(duì)應(yīng)開啟。請(qǐng)參見圖2b，其是說明相位檢測(cè)器輸出的相位比較信號(hào)，相對(duì)應(yīng)于電荷泵浦在其控制節(jié)點(diǎn)所輸出的電流的時(shí)鐘圖。在此附圖中，橫軸代表時(shí)間t，而縱軸則分別代表相位比較信號(hào)(Vup、Vd_)的電壓變化，以及由電荷泵浦103輸出的切換電流。當(dāng)相位檢測(cè)器101輸出第一相位比較信號(hào)Vup而使第一切換開關(guān)1033導(dǎo)通時(shí)，電荷泵浦103將輸出第一切換電流IP，并利用第一切換電流IP對(duì)低通濾波器105進(jìn)行充電。也就是說，第一相位比較信號(hào)Vup產(chǎn)生的期間相當(dāng)于第一切換電流Ip輸出的期間，而這段期間也等同于電荷泵浦103對(duì)低通濾波器105進(jìn)行充電的期間。
同樣的，當(dāng)相位檢測(cè)器101輸出第二相位比較信號(hào)vd_而使第二切換開關(guān)1034導(dǎo)通時(shí)，電荷泵浦103將輸出第二切換電流IN，并利用第二切換電流In對(duì)低通濾波器105進(jìn)行放電。也就是說，第二相位比較信號(hào)Vd_產(chǎn)生的期間相當(dāng)于第二切換電流In輸出的期間，而這段期間也等同于電荷泵浦103對(duì)低通濾波器105進(jìn)行放電的期間。承上所述，第一切換電流Ip與第二切換電流In的輸出組合Icp形成對(duì)后端的低通濾波器進(jìn)行充放與否的相位比較信號(hào)。通常在實(shí)現(xiàn)電荷泵浦103時(shí)，會(huì)以P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(p-channel metal-oxide-semiconductor,簡(jiǎn)稱為PM0S)的組合實(shí)現(xiàn)第一電流源組103a,并以N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(n-channel metal-oxide-semiconductor,簡(jiǎn)稱為NM0S)的組合實(shí)現(xiàn)第二電流源組103b。理想中，第一電流源組103a與第二電流源組103b對(duì)低通濾波器的105充放電的影響應(yīng)該彼此對(duì)稱而可抵銷，但是這兩種類型的電晶體的特性并非全然對(duì)稱而存在差異，可能導(dǎo)致充放電電流的電流值，并非完全相等的情形，亦即，在電荷泵浦103的控制節(jié)點(diǎn)Scont上，輸出第一切換電流Ip，與第二切換電流In的電流值并不一致的現(xiàn)象。 在PMOS與NMOS本身特性并不相同的情況下，實(shí)際由第一電流源組103a內(nèi)的PMOS產(chǎn)生的第一切換電流Ip、由第二電流源組103b內(nèi)的NMOS產(chǎn)生的第二切換電流In并不一定匹配，這也將連帶使鎖相回路10在使用時(shí)不甚理想，因此本發(fā)明便以此為目標(biāo)而提出電荷泵浦的改善設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為一種電荷泵浦，根據(jù)一相位比較信號(hào)而于一控制節(jié)點(diǎn)輸出一電流，該電荷泵浦包含一第一電流源組，設(shè)置于一第一電壓端點(diǎn)與該控制節(jié)點(diǎn)間，其是根據(jù)該相位比較信號(hào)而于該控制節(jié)點(diǎn)輸出一第一切換電流；以及一第二電流源組，設(shè)置于該控制節(jié)點(diǎn)與一第二電壓端點(diǎn)間，該第二電流源組包含一第一子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)與該第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)該相位比較信號(hào)而產(chǎn)生一第一子切換電流；一第二子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)與該第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)該相位比較信號(hào)而產(chǎn)生一第二子切換電流；以及一選擇電路，電連接于該第一子切換電流產(chǎn)生電路與該第二子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平而選擇于該控制節(jié)點(diǎn)輸出該第一子切換電流或該第二子切換電流。為使本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖詳細(xì)說明如下。


藉由下列附圖及說明，可使得對(duì)本發(fā)明有更深入的了解圖1，其為現(xiàn)有技術(shù)所提供的鎖相回路的示意圖。圖2a，其是由第一電流源組與第二電流源組所組成的電荷泵浦的示意圖。圖2b，其是說明相位檢測(cè)器輸出的判斷信號(hào)，相對(duì)應(yīng)于電荷泵浦在其控制節(jié)點(diǎn)所輸出的電流的時(shí)鐘圖。圖3a，其是NMOS的導(dǎo)通電流對(duì)應(yīng)于源極、漏極的跨壓變化的特性曲線。圖3b，其是以電荷泵浦內(nèi)的PMOS與NMOS所提供的切換電流相對(duì)于控制信號(hào)的電壓電平變化的關(guān)系圖。圖4a，其是本發(fā)明所提出的電荷泵浦的較佳實(shí)施例的功能方塊示意圖。圖4b，其是本發(fā)明所提出的較佳實(shí)施例中，通過比較器實(shí)現(xiàn)電荷泵浦的第二電流源組的示意圖。圖5a，其是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想而實(shí)現(xiàn)選擇電路的示意圖。圖5b，其是采用圖5a的連線的選擇電路設(shè)計(jì)，因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平與參考偏壓之間的大小關(guān)系，與控制單元內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)的電壓電平與半導(dǎo)體開關(guān)元件的開啟狀態(tài)列表。圖6，其是根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想所采用的較佳實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)第二子切換電流產(chǎn)生電路的不意圖。 圖7a，其是本發(fā)明所舉的較佳實(shí)施例在電荷泵浦上的控制節(jié)點(diǎn)，在其電壓電平小于參考偏壓時(shí)，選擇由第一子切換電流產(chǎn)生電路輸出第一子切換電流的示意圖。圖7b，其是本發(fā)明所舉的較佳實(shí)施例在電荷泵浦上的控制節(jié)點(diǎn)，在其電壓電平大于參考偏壓時(shí)，選擇由第二子切換電流產(chǎn)生電路輸出第二子切換電流的示意圖。圖8，其是本發(fā)明所提出的較佳實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)第二子切換電流產(chǎn)生電路后，第一子切換電流與第二子切換電流的電流值與輸出電壓的關(guān)系圖。附圖符號(hào)說明附圖中所包含的各元件列示如下相位檢測(cè)器101電荷泵浦IO3、3O低通濾波器105電壓控制振蕩器107分頻器109鎖相回路10第一電流源組103a、31第二電流源組103b、32第一電流源1031第二電流源1032第一切換開關(guān)1033第二切換開關(guān)1034第一子切換電流產(chǎn)生電路321第二子切換電流產(chǎn)生電路322選擇電路323第一子開關(guān)單元321a第二子開關(guān)單元322a第一子電流源321b第二子電流源322b比較單元323a控制單元323b
反向器323c第一控制區(qū)塊3231第二控制區(qū)塊3232第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204第五半導(dǎo)體開關(guān)元件3205 第六半導(dǎo)體開關(guān)元件3206第七半導(dǎo)體開關(guān)元件3207第八半導(dǎo)體開關(guān)元件3208放大器322具體實(shí)施例方式由于頻寬(K)、相位邊限(phase margin)和阻尼因子(damping factor)等等系統(tǒng)參數(shù)，決定了鎖相回路整個(gè)系統(tǒng)的抖動(dòng)(jitter)和穩(wěn)定度(stability)。也因此，這些參數(shù)經(jīng)常被用來評(píng)估鎖相回路的優(yōu)劣。在設(shè)計(jì)鎖相回路時(shí)，低通濾波器的頻寬K通常會(huì)被設(shè)計(jì)成為小于、等于輸入信號(hào)Vin的頻率的十分之一。再者，輸出信號(hào)Vwt可以利用不同的輸入信號(hào)Vin，與分頻系數(shù)M的組合來完成。舉例來說，若希望鎖相回路產(chǎn)生頻率為IGHz的輸出信號(hào)Vwt時(shí)，可以選擇以分頻系數(shù)M= 100搭配輸入信號(hào)的頻率為IOMHz的方式，也可以選擇以分頻系數(shù)M = 50搭配輸入信號(hào)的頻率為20MHz的方式來提供。換言之，輸出信號(hào)Vwt可能受到到輸入信號(hào)Vin與分頻系數(shù)M的影響，而輸入信號(hào)Vin與低通濾波器的頻寬K之間又有比例關(guān)系的考量。此外，由于低通濾波器的頻寬K，與電荷泵浦產(chǎn)生于控制節(jié)點(diǎn)S_t上的充放電電流Icp成正比，當(dāng)充放電電流Icp的電流值越高時(shí)，低通濾波器的頻寬K也隨之增加。另一方面，由于低通濾波器的頻寬K，與分頻器的分頻系數(shù)M成反比，因此可以歸納出低通濾波器的頻寬K正比于ICP/M的關(guān)系式。在考量鎖相回路的穩(wěn)定度的情況下，實(shí)際操作鎖相回路時(shí)，需要維持低通濾波器的頻寬K，然而輸出信號(hào)Vrat的頻率又需要經(jīng)常被調(diào)整，代表分頻器的分頻系數(shù)M也需要被對(duì)應(yīng)的調(diào)整，才能維持低通濾波器的頻寬K。由低通濾波器的頻寬K正比于ICP/M的關(guān)系式可以得知，一旦調(diào)整分頻器的分頻系數(shù)M，代表電荷泵浦產(chǎn)生于控制節(jié)點(diǎn)S_t的充放電電流Icp的大小也需要調(diào)整，方能維持低通濾波器的頻寬K不變。亦即，在設(shè)計(jì)鎖相回路時(shí)，可以利用電荷泵浦產(chǎn)生的充放電電流Iep來補(bǔ)償因?yàn)榉诸l系數(shù)M的調(diào)整而對(duì)頻寬K造成的影響。例如若分頻系數(shù)M越高、電荷泵浦提供的充放電電流Ict也越高時(shí)，頻寬K就可以維持固定；若分頻系數(shù)M越小、電荷泵浦的充放電電流Iep也越小時(shí)，低通濾波器的頻寬K也可以維持固定。舉例來說假設(shè)分頻系數(shù)M的范圍介于O 100，設(shè)計(jì)時(shí)便需從中選擇可以讓相對(duì)應(yīng)的頻寬K的值為10的參數(shù)。由于在動(dòng)態(tài)操作鎖相回路時(shí)，分頻系數(shù)M的數(shù)值會(huì)被調(diào)整，為了避免頻寬K受到分頻系數(shù)M的改變而變化，所以利用電荷泵浦產(chǎn)生的充放電電流Ict對(duì)分頻系數(shù)M的變化進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償。承上所述，由于鎖相回路的輸出信號(hào)Vwt的頻率會(huì)調(diào)整，連帶使分頻系數(shù)M需要被調(diào)整，在維持頻寬K不變動(dòng)的考量下，便需要?jiǎng)討B(tài)的調(diào)整電荷泵浦所產(chǎn)生的充放電電流因此，充放電電流Icp的可調(diào)整范圍越大時(shí)，相當(dāng)于分頻系數(shù)M，與頻寬K的數(shù)值可以調(diào)整的彈性也越大。由于電荷泵浦的充放電電流Iep需要被用來調(diào)整受到分頻系數(shù)影響下的頻寬K的影響，因此流經(jīng)電荷泵浦的充放電電流Icp是否可以穩(wěn)定的變化便成為一個(gè)重要的議題。參看圖2a可以得知，對(duì)PMOS來說，第一電壓端點(diǎn)V1的電壓電平與控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平的第一電壓壓差Λ V1相當(dāng)于PMOS的源極與漏極之間的跨壓vDS,P ；同理，對(duì)于NMOS來說，第二電壓端點(diǎn)V2的電壓電平與控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平的第二電壓壓差A(yù)V2相當(dāng)于NMOS的源極與漏極之間的跨壓vDS,N。 由于第一電壓端點(diǎn)V1的電壓電平(假設(shè)為電壓源Vdd)，與第二電壓端點(diǎn)V2的電壓電平(假設(shè)為接地^_)為固定，因此控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平若發(fā)生變化時(shí)，將連帶影響第一電壓壓差A(yù)V1，與第二電壓壓差A(yù)V2的值，以及其所對(duì)應(yīng)的PMOS的源極與漏極之間的跨壓、NMOS的源極與漏極的之間的跨壓。承上所述，當(dāng)電荷泵浦在控制節(jié)點(diǎn)S_t上的電壓電平產(chǎn)生變化時(shí)，將連帶影響PMOS的源極與漏極之間的跨壓、NMOS的源極與漏極之間的跨壓。請(qǐng)參見圖3a，其是NMOS的導(dǎo)通電流對(duì)應(yīng)于源極、漏極的跨壓變化的特性曲線。對(duì)NMOS而言，當(dāng)柵極、漏極的壓差小于臨界電壓(即，veD_N < Vt_N)時(shí)，NMOS的運(yùn)作處于截止區(qū)(cutoff region)。另一方面，當(dāng)NMOS的柵極、漏極的壓差大于臨界電壓(即，veD-N > Vt_N)時(shí)，則根據(jù)源極、漏極之間的跨壓，以及柵極、源極之間的壓差、臨界電壓的關(guān)系式而可能進(jìn)入三極區(qū)(triode region)或飽和區(qū)(saturation region)。以下說明NMOS這兩種區(qū)域中，產(chǎn)生導(dǎo)通電流時(shí)，導(dǎo)通電流與電極之間的跨壓的對(duì)應(yīng)關(guān)系。首先，若NMOS的源極、漏極之間的跨壓vDS_N，以及柵極、源極之間的壓差vGS_N、臨界電壓Vt_N之間滿足vDS_N< (vGS_N-Vt_N)的關(guān)系式時(shí)，NMOS處于三極區(qū)，在此種狀態(tài)下，NMOS所導(dǎo)通的電流可以如下方程式表示iD_N — k [2 (vGS_N_Vt_N) vDS_N~vDS_N ]。其次，若NMOS的源極、漏極之間的跨壓vDS_N，以及柵極、源極之間的壓差Ves_N、臨界電壓Vt_N之間滿足vDS_N彡(vGS_N-Vt_N)的關(guān)系式時(shí)，NMOS的運(yùn)作方式處于飽和區(qū)，在此種狀態(tài)下，NMOS所導(dǎo)通的電流可以如下方程式表示1d-n — k (vGS-N_V_Nt) (I+Xds-n)。依據(jù)前述說明，當(dāng)NMOS的源極、漏極之間的跨壓vDS_N很小時(shí)，NMOS所導(dǎo)通的電流iD與vDS-N成正比，亦與(VmU成正比，而呈現(xiàn)如圖3a在三級(jí)區(qū)的線性關(guān)系；當(dāng)vDS_N逐漸增加至一定程度時(shí)，vDS_N的變化并不會(huì)影響NMOS導(dǎo)通的電流iD，因此在NMOS所導(dǎo)通的電流將iD呈現(xiàn)如圖3a在飽和區(qū)的水平線分布。也就是說，對(duì)NMOS而言，其源極、漏極之間的跨壓會(huì)影響iD的電流值。同樣的，對(duì)PMOS而言，源極、漏極之間的跨壓也會(huì)影響iD的電流值，并影響其運(yùn)作區(qū)域，此處因與NMOS相類似而不再贅述。根據(jù)前述對(duì)電荷泵浦的控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平說明，以及對(duì)NM0S、PM0S在導(dǎo)通時(shí)的電流關(guān)系式，可以看出以下的現(xiàn)象當(dāng)電荷泵浦的控制節(jié)點(diǎn)S_t上的電壓電平逐漸升高時(shí)，代表第一電壓壓差八％逐漸變小、第二電壓壓差A(yù)V1逐漸變大。亦即，PMOS的源極與漏極之間的跨壓逐漸變小、NMOS的源極與漏極之間的跨壓逐漸變大。對(duì)PMOS而言，一旦源極、漏極之間的跨壓Vds逐漸變小，并變小至一定程度時(shí)，代表PMOS將由飽和區(qū)進(jìn)入三極區(qū)。一旦PMOS的運(yùn)作模式由飽和區(qū)進(jìn)入三極區(qū)的運(yùn)作狀態(tài)時(shí)，流經(jīng)PMOS的電流Ip的電流值也將隨之減少，甚至因此而關(guān)閉PMOS (進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài));對(duì)NMOS 來說，一旦源極、漏極之間的跨壓(Vds)逐漸變大而至一定程度時(shí)，代表NMOS的運(yùn)作區(qū)域可能由三極區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)，使得流經(jīng)NMOS的電流In的電流值隨之增加。請(qǐng)參見圖3b，其是以電荷泵浦內(nèi)的PMOS與NMOS所提供的切換電流相對(duì)于控制信號(hào)的電壓電平變化的關(guān)系圖。由此圖中可以看出，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平剛開始由O伏特逐漸增加時(shí)，第一切換電流Ip與第二切換電流In均伴隨著控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平的增加而增加。一旦控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平火_持續(xù)增加，并達(dá)到一定程度時(shí)(如0. 9伏特)，PMOS產(chǎn)生的第一切換電流Ip隨著電壓變高時(shí)，會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)向下的情形；但是對(duì)NMOS來說，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t增加時(shí)，代表NMOS的Vds跨壓增加，因此NMOS仍然持續(xù)保持開啟狀態(tài)，因此其導(dǎo)通時(shí)的第二切換電流In仍持續(xù)增加。因此，若將第一切換電流Ip與第二切換電流In進(jìn)行加總時(shí)，將可看到如圖3b所示的，流出于電荷泵浦的凈電流在控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平小于O. 9伏特時(shí)，其電流值趨近于O。反之，一旦控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平大于O. 9伏特時(shí)，由于第一切換電流Ip的電流值不足以抵銷第二切換電流In的電流值，導(dǎo)致第一切換電流Ip與第二切換電流In的加總形成的凈充放電電流Iep將急速增加。需注意的是，此處的切換電流的電流總和需考慮電流的方向性，由于第一切換電流Ip的流向與第二切換電流In的流向?yàn)榉聪颍虼藘烧叩目偤?即，電荷泵浦實(shí)際輸出于控制節(jié)點(diǎn)S_t的電流值)相當(dāng)于二者電流值的絕對(duì)值的差值。歸納前述說明可以發(fā)現(xiàn)，控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t越高時(shí)，輸出信號(hào)的頻率fwt就越高；分頻系數(shù)M越高，則輸出信號(hào)的頻率f-也越高。也因此，可以推論出分頻系數(shù)M越高時(shí)，控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t也越高的關(guān)系式。此外，由于控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t對(duì)于充放電電流也會(huì)產(chǎn)生影響，理論上，分頻系數(shù)M越大時(shí)，充放電電流Icp的電流值也越高。然而，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t大于一定程度時(shí)，可能因?yàn)镻M0S、NM0S的不匹配，而使充放電電流Icp的總和不為0，導(dǎo)致鎖相回路在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平火_大于一定程度時(shí)，便無法正常運(yùn)作，這也使得分頻系數(shù)M的可調(diào)整范圍受到限制。為此，本發(fā)明便提供了一種讓電荷泵浦產(chǎn)生的凈充放電電流ICP，保持穩(wěn)定而不受電壓電平變化而影響的作法。簡(jiǎn)言之，本發(fā)明的構(gòu)想是增加電荷泵浦在因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t變動(dòng)時(shí)的運(yùn)作范圍，讓輸出節(jié)點(diǎn)上s_t的凈充放電電流Icp在控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平v_t較大時(shí)，也能維持為O的狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)镻MOS被關(guān)閉而產(chǎn)生影響，進(jìn)而讓充放電電流Icp的調(diào)整能更具有彈性，連帶也讓鎖相回路在調(diào)整分頻系數(shù)M時(shí)，頻寬變化的容忍度得以提升。請(qǐng)參見圖4a，其系本發(fā)明所提出的電荷泵浦的較佳實(shí)施例的功能方塊示意圖。根據(jù)相位比較信號(hào)而于控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出電流的電荷泵浦30包含設(shè)置第一電壓端點(diǎn)V1與控制節(jié)點(diǎn)S_t間的第一電流源組31，以及設(shè)置于控制節(jié)點(diǎn)S_t與第二電壓端點(diǎn)V2間的第二電流源組32。通過來自相位檢測(cè)器101的相位比較信號(hào)，選擇性的利用第一電流源組31或第二電流源組32的一個(gè)，于控制節(jié)點(diǎn)S_t產(chǎn)生對(duì)低通濾波器的充放電電流ICP。首先，第一電流源組31的結(jié)構(gòu)類似圖2a的電荷泵浦的上半部，由第一電流源(未繪示)與第一開關(guān)單元(未繪示)所組成。其中第一電流源電連接于第一電壓端點(diǎn)V1，并用來提供一個(gè)固定的電流(即，第一切換電流Ip);而第一開關(guān)單元電連接于第一電流源與控制節(jié)點(diǎn)s_t間，用以根據(jù)第一相位比較信號(hào)Vup而決定是否由第一電流源組31輸出第一切換電流Ip。第一電流源組31是根據(jù)第一相位比較信號(hào)Vup而于控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出第一切換電流Ip。
在此較佳實(shí)施例中，第二電流源組32的組成較第一電流源組31更多元，以圖4a和4b為例，第二電流源組32包含了兩個(gè)子切換電流產(chǎn)生電路321、322，以及一個(gè)選擇電路323。以下說明第二電流源組32的內(nèi)部構(gòu)造。首先，第一子切換電流產(chǎn)生電路321與第二子切換電流產(chǎn)生電路322均電連接在控制節(jié)點(diǎn)S_t與第二電壓端點(diǎn)V2間，前者因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平而產(chǎn)生第一子切換電流I ，后者則因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平而產(chǎn)生第二子切換電流INN。也就是說，控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平的變化，將連帶影響第一子切換電流、第二子切換電流Inn的產(chǎn)生與否。此外，選擇電路323則電連接于第一子切換電流產(chǎn)生電路321與第二子切換電流產(chǎn)生電路322，選擇電路323的功用是根據(jù)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平而選擇于控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出第一子切換電流Ino或第二子切換電流Iffl。選擇電路323利用控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平，而選擇輸出第一子切換電流或第二子切換電流Inn的依據(jù)，可能因?yàn)閼?yīng)用上的考量而變化，例如利用控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t與第二電壓端點(diǎn)V2的電壓壓差、利用控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t與一比較電壓電平之間的電壓壓差來選擇在控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出的電流等方式。以下的說明是以控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t與第二電壓端點(diǎn)V2之間的電壓壓差為例。簡(jiǎn)言之，選擇電路323的用途是選擇在電荷泵浦30下方的電路中，應(yīng)該由第一子切換電流產(chǎn)生電路321或由第二子切換電流產(chǎn)生電路322來輸出電流至控制節(jié)點(diǎn)S_t。而參考偏壓Vd。的選擇，可以通過模擬等方式得出，通常參考偏壓Vd。的值可以是一個(gè)范圍，例如以電壓源的電壓電平Vdd與源、漏極的跨壓Vsd的差值(Vdd-Vsd)作為參考偏壓Vd。，其中的Vsd可以是Vsd可能的最小值。請(qǐng)參見圖4b，其是本發(fā)明所提出的較佳實(shí)施例中，通過比較器實(shí)現(xiàn)電荷泵浦的第二電流源組的示意圖。此圖進(jìn)一步說明了第一子電流切換產(chǎn)生電路321、第二子電流切換產(chǎn)生電路322，以及選擇電路323的內(nèi)部構(gòu)造。第一子切換電流產(chǎn)生電路321包含第一子開關(guān)單元321a與第一子電流源321b。其中第一子開關(guān)單元321a電連接于控制節(jié)點(diǎn)S_t，并在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t小于參考偏壓Vd。時(shí)開啟；而第一子電流源321b則電連接于第二電壓端點(diǎn)V2與第一子開關(guān)單元321a間，其于第一子開關(guān)單元321a開啟時(shí)，提供第一子切換電流Ino于控制節(jié)點(diǎn)S_t。提供第一子切換電流產(chǎn)生電路321的目的是，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t與第二電壓端點(diǎn)V2的電壓壓差小于參考偏壓Vd。時(shí)，選擇電路323選擇輸出第一子切換電流
Ino。第二子切換電流產(chǎn)生電路322包含第二子開關(guān)單元322a與第二子電流源322b。其中第二子開關(guān)單元322a電連接于控制節(jié)點(diǎn)S_t，并于控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t大于參考偏壓Vd。時(shí)開啟；而第二子電流源322b則電連接于第二電壓端點(diǎn)V2與第二子開關(guān)單元322a間，并于第二子開關(guān)單元322a開啟時(shí)，提供第二子切換電流Inn于控制節(jié)點(diǎn)S_t。提供第二子切換電流產(chǎn)生電路322的目的是，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t與第二電壓端點(diǎn)V2的電壓壓差大于參考偏壓Vd。時(shí)，選擇電路323選擇在控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出第二子切換電流INN。 選擇電路323主要包含電連接于控制節(jié)點(diǎn)S_t的比較單元323a，以及電連接于第一子開關(guān)單元321a、第二子開關(guān)單元322a的控制單元323b。其中比較單元323a的兩個(gè)輸入端點(diǎn)分別連接至控制節(jié)點(diǎn)S_t與參考偏壓Vd。，根據(jù)兩者的比較結(jié)果而輸出電壓比較信號(hào)νεπρ。控制單元323b在接收到電壓比較信號(hào)Vmp后，再據(jù)此而選擇由第一子切換電流產(chǎn)生電路321提供第一子切換電流，或由第二子切換電流產(chǎn)生電路322提供第二子切換電流
!NN。請(qǐng)參見圖5a，其是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)想而實(shí)現(xiàn)選擇電路的示意圖。除了比較單元323a、控制單元323b外，選擇電路323還可進(jìn)一步包含電連接于比較單元323a與控制單元323b間的反向器323c，反向器323c被用來將電壓比較信號(hào)Vranp進(jìn)行反向后得到VMP’，并將其輸出至控制單元323b。本發(fā)明因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)S_t上的電壓電平V_t變化，利用電壓比較信號(hào)Vemp與其補(bǔ)數(shù)VMP’分別對(duì)應(yīng)啟動(dòng)不同的子切換電流產(chǎn)生電路。例如當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t小于參考偏壓Vd。時(shí)，電壓比較信號(hào)Vmp的電壓電平為O伏特，代表電壓比較信號(hào)Vcmp為邏輯O、其補(bǔ)數(shù)為邏輯I的狀態(tài)，此時(shí)電荷泵浦30便產(chǎn)生第一子切換電流I 。反之，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)v_t的電壓大于參考偏壓Vd。時(shí)，電壓比較信號(hào)Vemp的電壓電平相當(dāng)于Vdd，代表電壓比較信號(hào)Vemp為邏輯I、其補(bǔ)數(shù)為邏輯O的狀態(tài)，此時(shí)電荷泵浦30便產(chǎn)生第二子切換電流INN。根據(jù)所控制的子切換電流產(chǎn)生電路的不同，控制單元323b內(nèi)部可以進(jìn)一步劃分為電連接于比較單元323a與第一子切換電流產(chǎn)生電路321的第一控制區(qū)塊3231，以及電連接于比較單元323a與第二子切換電流產(chǎn)生電路322的第二控制區(qū)塊3232，其中前者用于選擇產(chǎn)生第一子切換電流I ，后者用于選擇產(chǎn)生第二子切換電流1_。也就是說，控制單元323b在接收到電壓比較信號(hào)Vcmp以及經(jīng)過反相后的電壓比較信號(hào)Vmp，后，再據(jù)此而選擇由第一子切換電流產(chǎn)生電路321提供第一子切換電流Iito，或由第二子切換電流產(chǎn)生電路322提供第二子切換電流1_。第一控制區(qū)塊3231根據(jù)電壓比較信號(hào)Vemp而輸出第一控制信號(hào),藉此開啟在第一子切換電流產(chǎn)生電路321內(nèi)的第一子開關(guān)單元321a，并輸出第一子切換電流;第二控制區(qū)塊3232根據(jù)反向后的電壓比較信號(hào)V p’而輸出第二控制信號(hào)，藉此開啟在第二子切換電流產(chǎn)生電路322內(nèi)的第二子開關(guān)單元322a，并輸出第二子切換電流INN。第一控制區(qū)塊3231包含第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201與第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202，兩者的柵極分別連接于反向后的電壓比較信號(hào)V p’與電壓比較信號(hào)νεπρ。其中第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201的兩極分別電連接于第二相位比較信號(hào)Vd_與第一子開關(guān)單元321a的柵極，當(dāng)?shù)谝话雽?dǎo)體開關(guān)元件3201開啟并導(dǎo)通時(shí)，便將第二相位比較信號(hào)的電壓電平，導(dǎo)通至第一子開關(guān)單元321a的柵極，進(jìn)而提供第一子切換電流于控制節(jié)點(diǎn)S_t上；而第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202的兩極分別電連接于第一子開關(guān)單元321a的柵極與第二電壓端點(diǎn)V2,當(dāng)?shù)诙雽?dǎo)體開關(guān)元件開啟并導(dǎo)通時(shí)，便將第二電壓端點(diǎn)V2的電壓電平(VeND)導(dǎo)通至第一子開關(guān)單元321a的柵極，進(jìn)而停止提供第一子切換電流Iito于控制
點(diǎn) Scout 上 第二控制區(qū)塊3232的內(nèi)部構(gòu)造與第一控制區(qū)塊3231的內(nèi)部構(gòu)造相當(dāng)類似，第二控制區(qū)塊3232由第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203以及第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204所組成，這兩個(gè) 半導(dǎo)體開關(guān)元件的柵極分別連接于電壓比較信號(hào)Vmp與反向后的電壓比較信號(hào)VMP’。其中第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203的兩極分別電連接于第二相位比較信號(hào)Vd_與第二子開關(guān)單元322a的柵極，當(dāng)?shù)谌雽?dǎo)體開關(guān)元件3203開啟并導(dǎo)通時(shí)，便將第二相位比較信號(hào)Vdwn的電壓電平導(dǎo)通至第二子開關(guān)單元322a的柵極，進(jìn)而提供第二子切換電流Iffl于控制節(jié)點(diǎn)上；而第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204的兩極分別電連接于第二子開關(guān)單元322a的柵極，與第二電壓端點(diǎn)V2，當(dāng)?shù)谒陌雽?dǎo)體開關(guān)元件3204開啟并導(dǎo)通時(shí)，便將第二電壓端點(diǎn)的電壓電平(VeND)導(dǎo)通至第二子開關(guān)單元322a的柵極，進(jìn)而停止提供第二子切換電流Inn于控制節(jié)點(diǎn)S_t上。由電壓比較信號(hào)Vemp所連接的方式來看，電壓比較信號(hào)Vemp被電連接至第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202與第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203，而反向后的電壓比較信號(hào)Vemp’則被電連接至第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204。需注意的是，電壓比較信號(hào)Vcmp或經(jīng)由反向器323c反向后的電壓比較信號(hào)Vcmp’所連接至第一控制區(qū)塊3231或第二控制區(qū)塊3232的方式并不需要限定，這是因?yàn)楸容^單元323a具有正、負(fù)兩個(gè)輸入端點(diǎn)，根據(jù)這些輸入端點(diǎn)連接控制節(jié)點(diǎn)S_t與參考偏壓Vd。的順序不同，比較單元323a所輸出的電壓比較信號(hào)Vcmp也可能改變。請(qǐng)參見圖5b，其采用圖5a的連線的選擇電路設(shè)計(jì)，因應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平與參考偏壓之間的大小關(guān)系，與控制單元內(nèi)部的節(jié)點(diǎn)的電壓電平，與半導(dǎo)體開關(guān)元件的開啟狀態(tài)列表。在此假設(shè)第二電壓端點(diǎn)V2的電壓電平為O伏特，而比較單元323a為一比較器，其正向輸入端點(diǎn)連接至控制節(jié)點(diǎn)S_t，負(fù)向輸入端點(diǎn)則連接至參考偏壓Vd。。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，比較器的正向輸入端點(diǎn)與負(fù)向輸入端點(diǎn)的連接方式并不以此為限。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t低于參考偏壓Vd。時(shí)(S卩，V_t < Vdc)時(shí)，比較單元323a所輸出的電壓比較信號(hào)Vranp的電壓電平為O，其邏輯狀態(tài)為O，而其反向后的邏輯狀態(tài)(即其補(bǔ)數(shù))為I。對(duì)第一控制區(qū)塊3231來說，由于第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201的柵極，電連接至反向后的電壓比較信號(hào)VMP’，因此呈現(xiàn)開啟狀態(tài)；由于第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202的柵極連接至電壓比較信號(hào)V—因此呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。也就是說，第二相位比較信號(hào)Vdmm的電壓電平，將通過第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201的導(dǎo)通，而使第一節(jié)點(diǎn)SI的電壓電平與第二相位比較信號(hào)Vdown的電壓電平相當(dāng)。對(duì)第二控制區(qū)塊3232來說，由于第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203的柵極連接至電壓比較信號(hào)Vemp,因此呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)；由于第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204的柵極連接至電壓比較信號(hào)Vemp的補(bǔ)數(shù)，因此呈現(xiàn)開啟狀態(tài)。也就是說，第二相位比較信號(hào)Vd_的電壓電平，將通過第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204的導(dǎo)通，而使第二節(jié)點(diǎn)S2的電壓電平為第二電壓端點(diǎn)V2的電壓，即，O伏特。綜上所述，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平低于參考偏壓Vd。時(shí)，第一節(jié)點(diǎn)SI的電壓電平相當(dāng)于第二相位比較信號(hào)vd_、第二節(jié)點(diǎn)S2的電壓電平為O伏特，因此與第一節(jié)點(diǎn)SI電連接的第一子開關(guān)單元321a便因此而開啟、與第二節(jié)點(diǎn)S2電連接的第二子開關(guān)單元322a便因此而關(guān)閉。這也代表了在此種狀態(tài)下，第二電流源組32僅提供第一子切換電流而不提供第二子切換電流1_。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平高于參考偏壓Vd。時(shí)(S卩，V_t > Vdc)時(shí)，比較單元所 輸出的電壓比較信號(hào)Vmp的電壓電平為Vdd，其邏輯狀態(tài)為I，而經(jīng)反向后的電壓比較信號(hào)V /的邏輯狀態(tài)為O。對(duì)第一控制區(qū)塊3231來說，由于第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201的柵極連接至邏輯狀態(tài)為O的反向電壓比較信號(hào)VMP’，因此呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)；由于第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202的柵極連接至邏輯狀態(tài)為I的電壓比較信號(hào)Vmp，因此呈現(xiàn)開啟狀態(tài)。也就是說，第二電壓端點(diǎn)V2的電壓電平(V_)將通過第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202的導(dǎo)通而使第一節(jié)點(diǎn)SI的電壓電平為O伏特。對(duì)第二控制區(qū)塊3232來說，由于第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203的柵極，連接至邏輯狀態(tài)為I的電壓比較信號(hào)Vemp，因此呈現(xiàn)開啟狀態(tài)；由于第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204的柵極，連接至邏輯狀態(tài)為O的反向后的電壓比較信號(hào)VMP’，因此呈現(xiàn)關(guān)閉狀態(tài)。也就是說，第二相位比較信號(hào)Vd_的電壓電平，將通過第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203的導(dǎo)通，而使第二節(jié)點(diǎn)S2的電壓電平，相當(dāng)于第二相位比較信號(hào)Vd_的電壓電平。綜上所述，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t高于參考偏壓Vd。時(shí)，第一節(jié)點(diǎn)SI的電壓電平為O伏特、第二節(jié)點(diǎn)的電壓電平為Vd_，因此與第一節(jié)點(diǎn)SI電連接的第一子開關(guān)單元便因此而關(guān)閉、與第二節(jié)點(diǎn)S2電連接的第二子開關(guān)單元便因此而開啟。這也代表了在此種狀態(tài)下，第二電流源組32僅提供第二子切換電流I ，而不提供第一子切換電流I 。請(qǐng)參見圖6，其是根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想所采用的較佳實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)第二子切換電流產(chǎn)生電路的示意圖。在此圖中，第二子切換電流產(chǎn)生電路322包含由四個(gè)半導(dǎo)體開關(guān)元件3205 3208所組成的電流鏡，通過第二子開關(guān)單元322a將反射的參考電流導(dǎo)通至控制節(jié)
占S
vjCont ο通過負(fù)回授的放大器3221，控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V—將被傳導(dǎo)至第五半導(dǎo)體開關(guān)元件3205的柵極，并將導(dǎo)通的電流，通過電流鏡反射作為第二子切換電流Inn使用。以下利用圖7a和7b分別說明控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t小于參考偏壓Vd。時(shí)，以及控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平V_t大于參考偏壓Vd。時(shí)，在第二電流源組32內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件的開啟、關(guān)閉狀態(tài)，以及第二電流源組32內(nèi)部節(jié)點(diǎn)電壓變化的情形。由于第二電流源組32內(nèi)的半導(dǎo)體開關(guān)元件的狀態(tài)，與節(jié)點(diǎn)的對(duì)應(yīng)變化已于圖5a和5b說明，此處僅簡(jiǎn)要說明本發(fā)明如何使第二電流源組32在不同狀態(tài)下，在控制節(jié)點(diǎn)S_t輸出不同的電流。請(qǐng)參見圖7a，其是本發(fā)明所舉的較佳實(shí)施例在電荷泵浦上的控制節(jié)點(diǎn)，在其電壓電平小于參考偏壓時(shí)，選擇由第一子切換電流產(chǎn)生電路輸出第一子切換電流的示意圖。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t小于參考偏壓Vd。時(shí)，電壓比較信號(hào)Vcmp輸出為O伏特，與其電連接的第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202、第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203均因此而關(guān)閉。另一方面，經(jīng)過反向后的電壓比較信號(hào)V。的電壓電平為vdd，與其電連接的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201、第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204均因此而開啟。承上所述，由于第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201與第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204均被開啟并導(dǎo)通，前者將第二相位比較信號(hào)Vd_導(dǎo)通至第一子切換電流產(chǎn)生電路321，后者將V_導(dǎo)通至第二子切換電流產(chǎn)生電路322。也就是說，第一子電流源321b所產(chǎn)生的第一子切換電流I ，將被輸出至控制節(jié)點(diǎn)S_t上，而第二子切換電流INN，并不會(huì)輸出至控制節(jié)點(diǎn)S_t。也因此，在圖7a中，第二子切換電流產(chǎn)生電路322是以虛線表示，代表在此種狀態(tài)下，第二子切換電流產(chǎn)生電路322并未提供電流至控制節(jié)點(diǎn)S_t。 請(qǐng)參見圖7b，其是本發(fā)明所舉的較佳實(shí)施例在電荷泵浦上的控制節(jié)點(diǎn)，在其電壓電平大于參考偏壓時(shí)，選擇由第二子切換電流產(chǎn)生電路輸出第二子切換電流的示意圖。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t大于參考偏壓Vd。時(shí)，電壓比較信號(hào)輸出為Vdd，與其電連接的第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202、第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203均開啟。另一方面，由于反向后的電壓比較信號(hào)V。為O伏特，與其電連接的第一半導(dǎo)體開關(guān)元件3201、第四半導(dǎo)體開關(guān)元件3204的柵極均被關(guān)閉而不導(dǎo)通。承上所述，由于第二半導(dǎo)體開關(guān)元件3202與第三半導(dǎo)體開關(guān)元件3203均被開啟，前者將V_導(dǎo)通至第一子切換電流產(chǎn)生電路321，后者則將第二相位比較信號(hào)Vd_導(dǎo)通至第二子切換電流產(chǎn)生電路322。因此，第一子電流源321b所產(chǎn)生的第一子切換電流，并不會(huì)被輸出至控制節(jié)點(diǎn)S_t上，而第二子切換電流Inn則被輸出至控制節(jié)點(diǎn)S_t。也因此，在圖7b中，第一子切換電流產(chǎn)生電路321是以虛線表示，代表在此種狀態(tài)下，第一子切換電流產(chǎn)生電路321并未提供電流。由于PMOS與NMOS先天特性的不同，導(dǎo)致在電荷泵浦輸出的凈充放電電流不匹配的現(xiàn)象，而本發(fā)明所提出電荷泵浦設(shè)計(jì)，可以動(dòng)態(tài)的依據(jù)控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平V_t，選擇性的調(diào)整放電電流的來源，而能改善當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)s_t的電壓電平v_t偏高時(shí)，所導(dǎo)致的PMOS導(dǎo)通電流變小的情形。換言之，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t變大時(shí)，實(shí)際在第二電流源組32所提供的放電電流的來源也對(duì)應(yīng)改變，由原本自第一子切換電流產(chǎn)生電路321輸出的第一子切換電流I ，改變成為自第二子切換電流產(chǎn)生電路322輸出的第二子切換電流INN，因此可以改善在輸出電壓過高時(shí)，PMOS與NMOS的電流無法匹配的情形。請(qǐng)參見圖8，其是本發(fā)明所提出的較佳實(shí)施例中，實(shí)現(xiàn)第二子切換電流產(chǎn)生電路后，第一子切換電流與第二子切換電流的電流值與輸出電壓的關(guān)系圖。其中圖8的第一部份說明了第一切換電流Ip、第一子切換電流Iito與第二子切換電流Inn的電流值對(duì)應(yīng)于控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平變化關(guān)系。就第一切換電流Ip而言，與圖3b相類似，亦即，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平大于參考偏壓Vd。時(shí)，第一切換電流Ip的電流值將發(fā)生反轉(zhuǎn)向下的情形。
第一子切換電流產(chǎn)生電路321所提供的第一子切換電流Iito則與圖3b的第二切換電流In類似，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t大于參考偏壓Vdc時(shí)，第一子切換電流Imj的電流值仍將持續(xù)遞增。第二子切換電流產(chǎn)生電路322所提供的第二子切換電流Iffl則是在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平逐漸變大的過程中，呈現(xiàn)逐步增加后、持續(xù)下滑的特性曲線。簡(jiǎn)單來說，本發(fā)明是利用第二子切換電流INN，來補(bǔ)償?shù)谝蛔忧袚Q電流Ino的電流值，藉以現(xiàn)有技術(shù)在控制節(jié)點(diǎn)Scont的電壓電平大于參考偏壓Vd。時(shí)，PMOS與NMOS的不匹配的影響。另一方面，圖8的第二部份則說明了將第一切 換電流Ip、第一子切換電流Ino與第二子切換電流Iffl的電流加總后的凈電流，對(duì)應(yīng)于控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平v_t變化關(guān)系。由于在NMOS端，提供了具有不同特性的第一子切換電流Iito與第二子切換電流Inn，兩者分別在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓小于參考偏壓Vd。、大于參考偏壓Vd。時(shí)提供輸出電流。易言之，當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平小于參考偏壓Vd。時(shí)，是由第一子切換電流產(chǎn)生電路321搭配第一電流組31使用，因此由電荷泵浦30所產(chǎn)生的凈充放電電流Icp，便相當(dāng)于第一切換電流IP，與第一子切換電流Im的加總，即，Icp = Ip+I 。當(dāng)控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平大于參考偏壓Vd。時(shí)，是由第二子切換電流產(chǎn)生電路322搭配第一電流組31使用，因此由電荷泵浦30所產(chǎn)生的凈充放電電流ICP，便相當(dāng)于第一切換電流Ip與第二子切換電流Inn的加總，即，Icp = Ip+I 。當(dāng)鎖相回路所輸出的輸出信號(hào)的頻率越高時(shí)，電荷泵浦在控制節(jié)點(diǎn)S_t上輸出的充放電電流值也越高，此時(shí)電壓控制振蕩器的控制電壓就越高。相當(dāng)于利用第二相位比較信號(hào)Vdown的電壓電平的大小變化來回授、改變輸入至電壓控制振蕩器的偏壓。構(gòu)想是把NMOS的第二切換電流In變小，也就是在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓V_t大于參考偏壓Vd。的時(shí)候，電流走的路徑是另外一個(gè)，將兩者結(jié)合在一起時(shí)，可以讓鎖相回路工作在一個(gè)頻寬比較大的范圍。理想中，鎖相回路的輸出電壓可以被鎖定在一個(gè)頻率，但是在鎖定(tacking)的過程中，控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t仍可能發(fā)生改變，一旦控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平V_t超過參考偏壓Vd。時(shí)，則鎖相回路的電路行為可能變得發(fā)散。換言之，本發(fā)明提供了在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平變異較大的情況下，維持凈充放電電流的設(shè)計(jì)，藉此降低PMOS與NMOS的不匹配，所可能導(dǎo)致對(duì)輸出信號(hào)Vrat與分頻系數(shù)M的連帶影響。依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想，電荷泵浦上半部的PMOS所形成的電流與電荷泵浦下半部的NMOS所導(dǎo)通的電流的電流值的大小能夠趨于一致，讓凈充放電電流Icp即使在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平變大時(shí)，仍趨近于0，也就是讓凈充放電電流Icp的運(yùn)作范圍更加彈性。一旦凈充放電電流Iep的運(yùn)作范圍增加，除了改善鎖相回路在控制節(jié)點(diǎn)S_t的電壓電平變大時(shí)因?yàn)闊o法鎖定而發(fā)散得缺失外，也使分頻系數(shù)M的調(diào)整不至于影響頻寬K，而使鎖相回路的運(yùn)作更為理想。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍是以本發(fā)明的權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵浦,根據(jù)一相位比較信號(hào)而于一控制節(jié)點(diǎn)輸出一電流，該電荷泵浦包含: 一第一電流源組，設(shè)置于一第一電壓端點(diǎn)與該控制節(jié)點(diǎn)間，其根據(jù)該相位比較信號(hào)而于該控制節(jié)點(diǎn)輸出一第一切換電流；以及 一第二電流源組，設(shè)置于該控制節(jié)點(diǎn)與一第二電壓端點(diǎn)間，該第二電流源組包含 一第一子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)與該第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)該相位比較信號(hào)而產(chǎn)生一第一子切換電流； 一第二子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)與該第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)該相位比較信號(hào)而產(chǎn)生一第二子切換電流；以及 一選擇電路，電連接于該第一子切換電流產(chǎn)生電路與該第二子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平而選擇于該控制節(jié)點(diǎn)輸出該第一子切換電流或該第二子切換電流。
2.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中該第一電流源組包含 一第一開關(guān)單元，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)，其根據(jù)該相位比較信號(hào)而開啟；以及 一第一電流源，電連接于該第一電壓端點(diǎn)及該第一開關(guān)單元，其因應(yīng)該第一開關(guān)單元的開啟而提供該第一切換電流于該控制節(jié)點(diǎn)上。
3.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中該第一子切換電流產(chǎn)生電路包含 一第一子開關(guān)單元，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)，其于該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平小于一參考偏壓時(shí)開啟；以及 一第一子電流源，電連接于該第二電壓端點(diǎn)與該第一子開關(guān)單元間，其因應(yīng)該第一子開關(guān)單元的開啟而提供該第一子切換電流于該控制節(jié)點(diǎn)上。
4.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中該第二子切換電流產(chǎn)生電路包含 一第二子開關(guān)單元，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)，其于該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平大于一參考偏壓時(shí)開啟；以及 一第二子電流源，電連接于該第二電壓端點(diǎn)與該第二子開關(guān)單元間，其因應(yīng)該第二子開關(guān)單元的開啟而提供該第二子切換電流于該控制節(jié)點(diǎn)上。
5.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其因應(yīng)該相位比較信號(hào)而由選擇由該第一電流源組或該第二電流源組輸出該電流于該控制節(jié)點(diǎn)上。
6.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中當(dāng)該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平與該第二電壓端點(diǎn)的電壓壓差小于一參考偏壓時(shí)，該選擇電路啟動(dòng)該第一子切換電流產(chǎn)生電路而于該控制節(jié)點(diǎn)輸出該第一子切換電流。
7.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中當(dāng)該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平與該第二電壓端點(diǎn)的電壓壓差大于一參考偏壓時(shí)，該選擇電路選擇輸出該第二子切換電流。
8.如權(quán)利要求I所述的電荷泵浦，其中該選擇電路包含 一比較單元，電連接于該控制節(jié)點(diǎn)，其根據(jù)該控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平與一參考偏壓的比較而輸出一電壓比較信號(hào)；以及 一控制單元，電連接于該比較單元、該第一子切換電流產(chǎn)生電路與該第二子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)該電壓比較信號(hào)而選擇由該第一子切換電流產(chǎn)生電路或由該第二子切換電流產(chǎn)生電路提供該電流。
9.如權(quán)利要求8所述的電荷泵浦，其中該選擇電路還包含一反向器，電連接于該比較單元與該控制單元間，其將經(jīng)反向的該電壓比較信號(hào)輸出至該控制單元。
10.如權(quán)利要求8所述的電荷泵浦，其中該控制單元包含 一第一控制區(qū)塊，電連接于該比較單元與該第一子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)該電壓比較信號(hào)而輸出一第一控制信號(hào)，藉此開啟在該第一子切換電流產(chǎn)生電路內(nèi)的一第一子開關(guān)單元而輸出該第一子切換電流；以及 一第二控制區(qū)塊，電連接于該比較單元與該第二子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)該電壓比較信號(hào)而輸出一第二控制信號(hào)，藉此開啟在該第二子切換電流產(chǎn)生電路內(nèi)的一第二子開關(guān)單元而輸出該第二子切換電流。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種根據(jù)相位比較信號(hào)而于控制節(jié)點(diǎn)輸出電流的電荷泵浦。此電荷泵浦包含第一電流源組，設(shè)置于第一電壓端點(diǎn)與控制節(jié)點(diǎn)間，其根據(jù)相位比較信號(hào)而于控制節(jié)點(diǎn)輸出第一切換電流；以及第二電流源組，設(shè)置于控制節(jié)點(diǎn)與第二電壓端點(diǎn)間，第二電流源組包含第一子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于控制節(jié)點(diǎn)與第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)相位比較信號(hào)而產(chǎn)生第一子切換電流；第二子切換電流產(chǎn)生電路，電連接于控制節(jié)點(diǎn)與第二電壓端點(diǎn)，其因應(yīng)相位比較信號(hào)而產(chǎn)生第二子切換電流；以及選擇電路，電連接于第一子切換電流產(chǎn)生電路與第二子切換電流產(chǎn)生電路，其根據(jù)控制節(jié)點(diǎn)的電壓電平而選擇于控制節(jié)點(diǎn)輸出第一子切換電流或第二子切換電流。
文檔編號(hào)H02M3/07GK102931831SQ201110227618
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月10日
發(fā)明者陳建良 申請(qǐng)人:聯(lián)華電子股份有限公司