專利名稱：電荷泵裝置、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電荷泵裝置、系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
某些集成電路設(shè)備需要源電流和吸收電流。需要這種源電流和吸收電流的電路包括許多設(shè)備，例如，電荷泵的上升/下降(UP/DN)電流開關(guān)元件，響應(yīng)于PLL電路的某種反饋，將源電流和吸收電流提供給鎖相環(huán)(PLL)電路。電荷泵型PLL電路廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代集成電路中。在各種各樣的PLL布局中，PLL電荷泵被廣泛應(yīng)用，這是因?yàn)樗哂袃?yōu)于傳統(tǒng)的“異或”門/低通濾波器(XOR/LPF)方式的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用于PLL布局上的電荷泵控制著PLL的壓控振蕩器(VCO)元件的輸入電壓，因此控制著VCO的輸出頻率。應(yīng)用于PLL布局上的電荷泵通常需要匹配得很好的源電流和吸收電流。
在PLL布局中，傳統(tǒng)的電荷泵電路通常連接一個(gè)低通濾波器(LPF)。然而，這種傳統(tǒng)的電荷泵在LPF輸出電壓上產(chǎn)生高脈動(dòng)(ripple)。即使當(dāng)PLL處于鎖定狀態(tài)時(shí)，該脈動(dòng)也會(huì)調(diào)制VCO的頻率并且引起VCO的周期波形上的失真。該失真導(dǎo)致PLL上的較高的相位噪聲附加峰刺(spur)，這是不希望出現(xiàn)在通信應(yīng)用中的。
PLL布局中還可以采用一個(gè)相位頻率檢測(cè)器(PFD)。在傳統(tǒng)的PLL中，當(dāng)處于鎖定位置時(shí)，PFD在用于控制電荷泵電路中模擬開關(guān)的兩個(gè)輸出端UP和DN處產(chǎn)生相同的窄脈沖。窄脈沖同時(shí)導(dǎo)通源電流和吸收電流給電荷泵。結(jié)果，只有在網(wǎng)絡(luò)源電流和吸收電流相互匹配并且無動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換失配動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換失配時(shí)，由電荷泵注入到LPF(例如是環(huán)路濾波器)的網(wǎng)絡(luò)電流是零。與源網(wǎng)絡(luò)和吸收網(wǎng)絡(luò)中的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換有關(guān)的電流失配一般會(huì)隨著LPF的電壓而變化。而且，源電流和吸收電流的失配隨著金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)晶體管的溝道長(zhǎng)度效應(yīng)而變化，而這些MOS晶體管被廣泛的用于實(shí)現(xiàn)包括電荷泵電路的PLL電路。溝道長(zhǎng)度效應(yīng)可以通過增加源電流電路和吸收電流電路的輸出阻抗來減少，其中，該源電流電路和吸收電流電路使用電流共射晶體管實(shí)現(xiàn)。傳統(tǒng)的電流共射晶體管被用于改善輸出阻抗，然而，附加電壓需要顯著地增加附加電壓。

發(fā)明內(nèi)容
通過提供一種裝置來解決該技術(shù)問題，該裝置包括一個(gè)單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓，至少一個(gè)第一電流路徑，用來基于該單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓驅(qū)動(dòng)一個(gè)偏置電流，至少一個(gè)第一電流鏡，用來對(duì)第二電流路徑上的偏置電流進(jìn)行鏡像，其中該第一電流鏡包括至少一個(gè)部分共射電流鏡，并且該輸出電流路徑包括電流驅(qū)動(dòng)器，用來驅(qū)動(dòng)與偏置電流相匹配的源電流和吸收電流。將對(duì)其它的實(shí)施例描述并且要求保護(hù)。


本發(fā)明將會(huì)通過參考附圖的實(shí)例來進(jìn)行描述，其中圖1說明了電路100的一個(gè)實(shí)施例。
圖2說明了電路100等價(jià)的電路200的一個(gè)實(shí)施例。
圖3說明了電荷泵電路300的一個(gè)實(shí)施例。
圖4說明了電路400的一個(gè)實(shí)施例。
圖5說明了電路400的時(shí)序圖的一個(gè)實(shí)施例。
圖6說明了可編程電流電荷電路600的一個(gè)實(shí)施例。
圖7說明了可編程電流電荷電路700的一個(gè)實(shí)施例。
圖8說明了鎖相環(huán)(PLL)電路800的一個(gè)實(shí)施例。
圖9說明了邏輯流程900的一個(gè)實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
圖1說明了部分共射電路100的一個(gè)實(shí)施例，該電路具有一個(gè)高輸出阻抗，其需要比傳統(tǒng)的完全共射電路元件要低的附加電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，部分共射電路100可以包括串聯(lián)連接的第一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)M1和第二FET M2。M1，M2的柵極由公共偏置電壓Vbn來驅(qū)動(dòng)。M1的源極連接到M2的漏極，它們的柵極連接在一起，并且由單一節(jié)點(diǎn)上的公共偏置電壓Vbn來驅(qū)動(dòng)。電路100的輸出電壓是V0，輸出電流是I0，并且輸出阻抗是R0。盡管電路100的一個(gè)實(shí)施例可以利用n-型半導(dǎo)體材料FET(n-FET)元件來實(shí)現(xiàn)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，電路100的實(shí)施例也可以使用p-型半導(dǎo)體材料FET(p-FET)元件，n-型或p-型半導(dǎo)體材料結(jié)-FET(p-JFET或n-JFET)元件，n-型或p-型半導(dǎo)體材料MOS FET(p-MOSFET或n-MOSFET)元件，其它類型的FET元件中的一種來實(shí)現(xiàn)。
圖2說明了圖1中所示的部分共射電路100的等價(jià)電路200。以下的方程式表現(xiàn)了等價(jià)電路200的操作特性。例如。
Vgs1＝-V2V2＝I0*r2ds2V0=gm1(-I0*rds2)+V0rds1-I0rds2rds1]]>I0(1+gm1rds2+rds2rds1)=V0rds1]]>R0=V0I0]]>gds1=1rds1]]>gds2=1rds2]]>R0=(1+gm1rds2+rds2rds1)rds1≈gm1rds2rds1]]>Vgs1是M1的柵-源電壓，gm1是M1的小信號(hào)跨導(dǎo)，rds1是晶體管M1的漏-源溝道電阻，并且gds1是晶體管M1的漏-源溝道電導(dǎo)率。V2是Vgs2，Vgs2是M2的柵-源電壓，gm2是M2的小信號(hào)跨導(dǎo)，rds2是晶體管M2的漏-源溝道電阻，并且gd2是晶體管M2的漏-源溝道電導(dǎo)率。
返回來參考圖1，V0是部分共射電路100的輸出電壓，I0是輸出電流，和R0是輸出阻抗。部分共射電路100的輸出阻抗R0可以通過晶體管M1的公共柵極電壓增益gm1來增加，而不會(huì)增加由傳統(tǒng)的完全共射電路所需求的附加電壓。因此，部分共射電路100一般用于實(shí)現(xiàn)具有輸出阻抗R0的電荷泵電流源電路和電荷泵電流吸收電路，其中例如，R0可以通過晶體管M1的公共柵極電壓增益gm1來增加，而不會(huì)顯著地大量增加附加電壓。
圖3說明了電荷泵電路300的一個(gè)實(shí)施例，該電路分別提供了匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink，這兩個(gè)電流來自公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)316，用來驅(qū)動(dòng)設(shè)備302。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵電路300例如可以形成用于標(biāo)準(zhǔn)PLL或sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL布局中的電荷泵電路的一部分。設(shè)備302包括上升/下降(UP/DN)模擬電流開關(guān)元件，其響應(yīng)于來自PLL電路中的某些反饋，用來選擇地將源電流和吸收電流Isource，Isink切換給PLL電路元件。正如所描述的，電荷泵電路300例如采用了先前參考圖1和2所描述的部分共射晶體管電路的技術(shù)。電荷泵電路300還包括公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)316，其中單一偏置電壓Vbp可以應(yīng)用于電荷泵電路300中用來產(chǎn)生輸出源電流和輸出吸收電流Isource，Isink。在運(yùn)行中，電荷泵電路300基于應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)316的單一節(jié)點(diǎn)偏置電壓Vbp，提供匹配較好的輸出源電流和輸出吸收電流Isource，Isink給設(shè)備302。
例如，采用該部分共射晶體管技術(shù)，從公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)316處產(chǎn)生輸出源電流和輸出吸收電流Isource，Isink，電荷泵電路300提供了匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink，并且與完全共射晶體管實(shí)現(xiàn)相比需要較少的附加電壓，并且提供一個(gè)較高的輸出阻抗布局。例如，電荷泵電路300可以至少部分地以部分共射電流鏡來實(shí)現(xiàn)，用來產(chǎn)生源電流和吸收電流Isource，Isink，這些電流是與提供給節(jié)點(diǎn)316處的公共偏置電壓Vbp成比例的。電荷泵電路300的結(jié)構(gòu)迫使例如在節(jié)點(diǎn)356，358處的設(shè)備302上輸出的源電流和吸收電流Isource，Isink之間處于匹配狀態(tài)。電荷泵電路300還通過設(shè)備302提供較好的輸出電流性能，同時(shí)由于具有較好匹配的源電流和吸收電流Isource，Isink，源電流和吸收電流驅(qū)動(dòng)電路352，354保持在較寬操作范圍的飽和模式，且提供了較好的相位噪聲或抖動(dòng)性能控制和相位穩(wěn)定性能控制。該部分共射實(shí)現(xiàn)技術(shù)還提供了一個(gè)在溫度變化和半導(dǎo)體制造過程中具有較好容許偏差的電荷泵電路300。
通常在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵電路300可以包括許多電流路徑310，320，330，340，350。正如所描述的，每個(gè)電流路徑310，320，330，340，350可以包括一些例如使用多個(gè)n-FET和p-FET所形成的部分共射晶體管元件?；谠诠?jié)點(diǎn)316處提供給晶體管312的公共柵極的輸入偏置電壓Vbp，部分共射晶體管312產(chǎn)生偏置電流Ibias。在一個(gè)實(shí)施例中，晶體管312的公共柵極形成公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)316。在第一電流路徑310中的偏置電流Ibias由部分共射晶體管314進(jìn)行電流鏡像。部分共射晶體管314的柵極與第二和第三電流路徑320，330中的部分共射晶體管324，334的柵極相連。這個(gè)構(gòu)造形成了電流鏡結(jié)構(gòu)，其中部分共射晶體管322，332，342中的每一個(gè)通過第二，第三和第四電流路徑320，330，340中的每一個(gè)分別來驅(qū)動(dòng)偏置電流Ibias。通過第一，第二，第三和第四電流路徑310，320，330，340中的每一個(gè)的偏置電流Ibias基本上是相同的，并且是匹配的部分共射晶體管312，314，322，324，334，342，344的函數(shù)。電流鏡結(jié)構(gòu)還通過第五電流路徑350來驅(qū)動(dòng)源電流和吸收電流Isource，Isink。正如所描述的，通過部分共射輸出晶體管352所驅(qū)動(dòng)的Isource基本上等于Ibias。相似的，通過部分共射輸出晶體管354所驅(qū)動(dòng)的Isink也基本上等于Ibias。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，如果電荷泵電路300中所有的晶體管均形成于相同的半導(dǎo)體襯底并且匹配較好，那么源電流和吸收電流Isource，Isink基本上匹配較好，并且等于電流Ibias。相應(yīng)的，在匹配的晶體管狀態(tài)下Ibias＝Isource＝Isink因此，電荷泵電路300從例如應(yīng)用于公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)316處的單一偏置電壓Vbp中提供匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink。匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink還分別迫使節(jié)點(diǎn)356，358處的電壓在設(shè)備302的輸入端基本上相等。而且，該部分共射晶體管結(jié)構(gòu)提供改進(jìn)的輸出阻抗Z01，Z02，而不會(huì)顯著的增加附加電壓。
電荷泵電路300的實(shí)施例適合于產(chǎn)生匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink，這些電流通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電流路徑320，330，340，350中的電流鏡像元件來與Ibias成比例，例如Isource＝Isink∞Ibias圖4描述了實(shí)現(xiàn)設(shè)備302(圖3)的一個(gè)實(shí)施例的電路400。在實(shí)施例中，電路400包括安裝在橋式結(jié)構(gòu)中的模擬開關(guān)ASW1，ASW2，ASW3，ASW4。模擬開關(guān)ASW1，ASW3的輸入與節(jié)點(diǎn)356相連，并且與電荷泵電路300的電流源Isource節(jié)點(diǎn)相連。ASW1的輸出與ASW2的輸入相連，并且ASW3的輸出與ASW4的輸入相連。ASW2和ASW4的輸出與節(jié)點(diǎn)358相連，并且與電荷泵電路300的吸收電流節(jié)點(diǎn)Isink相連。模擬開關(guān)ASW1，ASW2，ASW3，ASW4分別由設(shè)備410的輸出UP，DN，UPb，DNb來控制，其中在實(shí)施例中，例如可以包括相位/頻率檢測(cè)器(PFD)。
在運(yùn)行中，電荷泵電路300向電路400流出電流Isource并從電路400吸入電流Isink。在一個(gè)實(shí)施例中，輸出源電流Isource被驅(qū)動(dòng)給節(jié)點(diǎn)356并且輸出吸收電流Isink在節(jié)點(diǎn)358中被驅(qū)動(dòng)。源電流Isource被驅(qū)動(dòng)給模擬開關(guān)ASW1，ASW3的輸入。吸收電流Isink被在節(jié)點(diǎn)358處的模擬開關(guān)ASW1，ASW3驅(qū)動(dòng)。運(yùn)算放大器430在公共模式下進(jìn)行偏置，用來在它的驅(qū)動(dòng)假負(fù)載的輸出432處提供匹配的電流性能。在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備420可以是低通濾波器，它對(duì)在例如標(biāo)準(zhǔn)PLL或sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL電路中饋送VCO。運(yùn)算放大器430的運(yùn)行和用于驅(qū)動(dòng)假負(fù)載的技術(shù)的實(shí)施例在下面參考圖5進(jìn)行描述。
圖5描述了時(shí)序圖500的一個(gè)例子。參考圖3，4中所描述的電路，時(shí)序圖500示出了模擬開關(guān)ASW1、ASW2、ASW3和ASW4分別經(jīng)過例如作為PFD而實(shí)現(xiàn)的設(shè)備410的輸出端UP、DN、UPb、DNb的的操作，和用于驅(qū)動(dòng)假負(fù)載的運(yùn)算放大器430的操作。UPb輸出是UP輸出的反相，DNb輸出是DN輸出的反相。在實(shí)施例中，例如當(dāng)源電流和吸收電流驅(qū)動(dòng)器352，354(圖3)被關(guān)斷時(shí)，操作模擬開關(guān)ASW1，ASW2，ASW3，ASW4，以便可以在源電流和吸收電流Isource，Isink中無間斷性的運(yùn)行。
相應(yīng)地，在期間510，516，522，528中，UP/DN輸出是邏輯低而UPb/DNb輸出是邏輯高，因此，模擬開關(guān)ASW3/ASW4被導(dǎo)通并且傳導(dǎo)源電流和吸收電流Isource，Isink，而模擬開關(guān)ASW1/ASW2被關(guān)斷并且不會(huì)傳導(dǎo)任何電流。
在期間512，518中，UP/DNb輸出是邏輯高而UPb/DN輸出是邏輯低。因此，模擬開關(guān)ASW1/ASW4被導(dǎo)通并且傳導(dǎo)電流，而模擬開關(guān)ASW2/ASW3被關(guān)斷并且不會(huì)傳導(dǎo)電流。在期間512，518中，運(yùn)算放大器430通過ASW4將吸收電流Isink驅(qū)動(dòng)給電荷泵電路300。電荷泵電路300通過ASW1將源電流Isource驅(qū)動(dòng)給電路420。
在期間514，520，526，532中，UP/DN輸出是邏輯高而UPb/DNb輸出是邏輯低。因此，模擬開關(guān)ASW1/ASW2被導(dǎo)通并且傳導(dǎo)源電流和吸收電流Isource，Isink，而模擬開關(guān)ASW3/ASW4被關(guān)斷并且不會(huì)傳導(dǎo)任何電流。
在期間524，530中，UP/DNb輸出是邏輯低而UPb/DN輸出是邏輯高。因此，模擬開關(guān)ASW2/ASW3被導(dǎo)通并且傳導(dǎo)電流，而模擬開關(guān)ASW1/ASW4被關(guān)斷并且不會(huì)傳導(dǎo)電流。在期間524，530中，運(yùn)算放大器430通過ASW3驅(qū)動(dòng)來自電荷泵電路300的源電流Isource。電荷泵電路300通過ASW2驅(qū)動(dòng)來自電路420的電流Isink。
圖6描述了可編程電流電荷泵電路600的一個(gè)實(shí)施例，該電路包括電流編程元件612，632。在一個(gè)實(shí)施例中，編程元件612被數(shù)字化編程，以用來提供粗調(diào)電流輸出Icoarse，并且編程元件632被數(shù)字化編程，以用來提供細(xì)調(diào)電流輸出Ifine。在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵輸出源電流和吸收電流Isource和Isink可以通過電流編程元件612，632被選擇并且動(dòng)態(tài)地改變，用來改變PLL中各種組件的增益，例如改變PFD(沒有顯示)的增益。在一個(gè)實(shí)施例中，電流編程元件612，632通常用于對(duì)超過一個(gè)較寬范圍的電荷泵輸出源電流和吸收電流Isource和Isink進(jìn)行編程。在一個(gè)實(shí)施例中，電流編程元件612，632例如可以通過sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL的反饋路徑中所提供的自動(dòng)相位校準(zhǔn)設(shè)備680(APAD)來進(jìn)行編程。在一個(gè)實(shí)施例中，APAD 680在輸入682中接收存儲(chǔ)于查詢表中的參數(shù)設(shè)定。在一個(gè)實(shí)施例中，APAD 680在輸入682處接收來自查詢表的相位校準(zhǔn)信息，并且產(chǎn)生數(shù)字輸出Ic0-IcN和IF0-IFM分別用來對(duì)粗調(diào)和細(xì)調(diào)電流編程元件612，632進(jìn)行編程。在一個(gè)實(shí)施例中，粗調(diào)和細(xì)調(diào)電流Icoarse，Ifine可以基于參數(shù)設(shè)定來動(dòng)態(tài)地編程，其中存儲(chǔ)于查詢表的該參數(shù)設(shè)定在輸入682處提供給APAD 680，因此源電流和吸收電流Isource，Isink就可以被編程。
在一個(gè)實(shí)施例中，可編程電流電荷泵電路600可以在sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL中采用，其中可以獲得較寬范圍的PFD增益(KPD)。在這種實(shí)施例中，粗調(diào)和細(xì)調(diào)可編程元件612，632動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)電流路徑650中的源電流和吸收電流Isource，Isink，用來補(bǔ)償在VCO增益(KVCO)或sigma-delta分?jǐn)?shù)-NPLL的其它組件中的任意非線性特性。通過參考這些返回給在節(jié)點(diǎn)618處應(yīng)用的單一節(jié)點(diǎn)偏置電壓Vbp的電流，電荷泵電路600還在電流路徑650中提供了匹配較好的輸出源電流和吸收電流Isource，Isink返回給應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)618處的單一節(jié)點(diǎn)偏置電壓Vbp。這個(gè)技術(shù)提供了具有在半導(dǎo)體制造過程和溫度變化中改善了容許偏差的源電流和吸收電流Isource，Isink。
一般來說，可編程電流電荷泵電路600包括多條電流路徑610，620，630，640，650。每個(gè)電流路徑610，620，630，640，650可以包括一些部分共射n-FET和p-FET晶體管元件。在第一電流路徑610提供了粗調(diào)可編程電流元件612，用來粗調(diào)設(shè)定電流路徑610中的粗調(diào)電流Icoarse。在一個(gè)實(shí)施例中，粗調(diào)可編程電流元件612可以包括并聯(lián)的多個(gè)公共柵極的部分共射晶體管614。在電流路徑610的粗調(diào)電流Icoarse是與應(yīng)用于節(jié)點(diǎn)618的Vbp成比例的，并且對(duì)由數(shù)字控制輸入Ic0-IcN所選擇的每個(gè)并聯(lián)的部分共射晶體管614的電流和也是成比例的。因此，分擔(dān)粗調(diào)電流Icoarse的部分共射晶體管614的數(shù)量可由數(shù)字控制輸入Ic0-IcN進(jìn)行數(shù)字化編程。數(shù)字控制輸入Ic0-IcN的值決定了選擇多少個(gè)并聯(lián)的部分共射晶體管614來分擔(dān)Icoarse。粗調(diào)電流Icoarse還依賴于在節(jié)點(diǎn)618上的輸入偏置電壓Vbp，其中該電壓應(yīng)用于粗調(diào)可編程電流元件612的部分共射晶體管614的公其柵極上。在一個(gè)實(shí)施例中，偏置電壓輸入Vbp形成公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)618，用來控制電流路徑650中的源電流和吸收電流Isource，Isink。
第一電流路徑610中的編程粗調(diào)電流Icoarse通過部分共射晶體管616進(jìn)行鏡像。部分共射晶體管616的公共柵極與第二電流路徑620中的部分共射晶體管624的柵極相連，其該晶體管624還用來驅(qū)動(dòng)粗調(diào)電流Icoarse。第二電流路徑620和第三電流路徑630與節(jié)點(diǎn)626相連。第三電流路徑630包括細(xì)調(diào)可編程電流元件632，該元件用來驅(qū)動(dòng)第三電流路徑630中的細(xì)調(diào)電流Ifine。細(xì)調(diào)可編程電流元件632包括多個(gè)公共柵極的部分共射晶體管634，用來選擇在電流路徑630中被驅(qū)動(dòng)的細(xì)調(diào)電流Ifine的數(shù)量。正如以上所描述的，通過在輸入IF0-IFM應(yīng)用數(shù)字碼來選擇并聯(lián)晶體管634的數(shù)量，就可以數(shù)字化地控制細(xì)調(diào)電流Ifine。部分共射晶體管624的柵極與部分共射晶體管634的公共柵極相連。電流鏡像結(jié)構(gòu)通過部分共射晶體管624來驅(qū)動(dòng)粗調(diào)電流Icoarse。部分共射晶體管622驅(qū)動(dòng)到節(jié)點(diǎn)626的偏置電流Ibias等于流出節(jié)點(diǎn)626之外的電流Icoarse和Ifine之和。細(xì)調(diào)電流Ifine可以被編程，以便使得如果所有的輸入IF0-IFM是邏輯低，那么由于沒有一個(gè)部分共射晶體管624被選擇并且Ibias＝Icoarse，從而使Ifine是零。另一方面，如果所有的輸入IF0-IFM是邏輯高，那么所有的部分共射晶體管624均被選擇，并且Ifine被設(shè)定成預(yù)定的最大值且Ibias＝Ibias+IfineMAX。細(xì)調(diào)電流Ifine的其它組合例如在數(shù)字控制輸入IF0-IFM以適當(dāng)?shù)闹当痪幊獭?br> 第四電流路徑640通過部分共射晶體管642，644來驅(qū)動(dòng)偏置電流Ibias。電流鏡像結(jié)構(gòu)還通過第五并聯(lián)電流路徑650來驅(qū)動(dòng)電流Isource和Isink。正如所描述的，Isource由部分共射輸出晶體管652所驅(qū)動(dòng)并且等于偏置電流Ibias。相似的，Isink由部分共射輸出晶體管654所驅(qū)動(dòng)并且Isink也等于偏置電流Ibias。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，如果在可編程電流電荷泵電路600中的所有晶體管均匹配的較好，從而，電流Isource和Isink等于偏置電流Ibias，因此偏置電流Ibias與Isource和Isink匹配的較好。相應(yīng)地，假定匹配的晶體管狀態(tài)Isink＝Isource＝Ibias；其中Ibias＝Isource+Ifine例如，在公共偏置電壓節(jié)點(diǎn)618處對(duì)輸入偏置電壓Vbp進(jìn)行控制，并且對(duì)電流Ibias進(jìn)行編程，提供了匹配較好的源輸出電流和吸收輸出電流Isource和Isink。
匹配的較好的源電流和吸收電流Isource和Isink迫使在節(jié)點(diǎn)660，662的電壓電勢(shì)相同。然后LPF670的輸出可以提供給sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL電路的其它級(jí)，例如VCO。在一個(gè)實(shí)施例中，sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL電路還包括反饋路徑中的APAD 680。APAD 680接收輸入682中的相位校準(zhǔn)信息，并且產(chǎn)生數(shù)字輸出Ic0-IcN和IF0-IFM分別用來對(duì)粗調(diào)和細(xì)調(diào)電流編程元件612，632進(jìn)行編程。
正如以上參考圖3所描述的，采用部分共射晶體管結(jié)構(gòu)提供了改進(jìn)的輸出阻抗Z01和Z02，而附加電壓沒有明顯的增加。
電荷泵電路600的實(shí)施例還適用于通過對(duì)并聯(lián)電流路徑620，630，640中的電流鏡元件進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)，來產(chǎn)生匹配的較好且與Ibias成比例的輸出電流Isource和Isink，如Isource＝Isink∝Ibias圖7示出了包括電路編程元件712，732的可編程電流電荷泵電路700的一個(gè)實(shí)施例。如先前參考圖6所描述，在一個(gè)實(shí)施例中，電荷泵源電流和吸收電流Isource和Isink可以通過元件712，732被選擇并且動(dòng)態(tài)地編程，用來改變PLL中各種元件的增益，例如，改變PFD(沒有顯示)的增益。在一個(gè)實(shí)施例中，可編程電流電荷泵電路700可以在sigma-delta分?jǐn)?shù)-N PLL中采用，從而可以獲得較寬范圍的PFD增益(KPD)。粗調(diào)和細(xì)調(diào)電流Icoarse，Ifine可編程元件712，732動(dòng)態(tài)地調(diào)整電流路徑710，730中的粗調(diào)電流Icoarse和細(xì)調(diào)電流Ifine，然后它們鏡像到電流路徑780中的源電流和吸收電流Isource，Isink，用來補(bǔ)償在VCO增益(KVCO)或sigma-delta分?jǐn)?shù)-NPLL電路的其它組件中的任意非線性特性。通過參考這些來自于在單一節(jié)點(diǎn)718處應(yīng)用的偏置電壓Vbpc的電流，可編程電流電荷泵電路700還在電流路徑780中提供了匹配較好的輸出源電流和吸收電流Isource，Isink。這個(gè)技術(shù)提供了具有在半導(dǎo)體制造過程和溫度變化中改善了容許偏差的源電流和吸收電流Isource，Isink。
通常，可編程電流電荷泵電路700包括多條電流路徑710，720，730，740，750，760，770，780。如上所述，每個(gè)電流路徑都包括一些部分共射n-FET和p-FET晶體管元件。在第一并聯(lián)電流路徑710中提供了粗調(diào)可編程電流元件712，用來設(shè)置粗調(diào)電流Icoarse。
可編程電流電荷泵電路700的操作實(shí)質(zhì)上與圖6中的可編程電流電荷泵電路600的操作相似。偏置電壓Vbpc和粗調(diào)可編程電流元件712通過部分共射電流鏡716來驅(qū)動(dòng)電流路徑710中的Icoarse。因此，Icoarse由部分共射電流鏡724來驅(qū)動(dòng)，而Ifine由細(xì)調(diào)可編程電流元件732進(jìn)行數(shù)字化編程。這樣，Ibias由部分共射晶體管722驅(qū)動(dòng)到電流路徑720的節(jié)點(diǎn)726，并且等于流出節(jié)點(diǎn)726之外的Icoarse和Ifine的總和。部分共射電流鏡744，754，764和774分別驅(qū)動(dòng)流經(jīng)部分共射晶體管742，752，772，762的Ibias。因此，分別由部分共射輸出晶體管782，784所驅(qū)動(dòng)的輸出源電流和吸收電流Isource，Isink與Ibias匹配，其中該Ibias可通過粗調(diào)和細(xì)調(diào)可編程電流元件712，732進(jìn)行編程，并成為在單一公共偏置節(jié)點(diǎn)718應(yīng)用的偏置電壓Vbpc的函數(shù)。
如前參考圖4-6所描述的，在電荷泵操作中，差分放大器790在PFD(沒有顯示)設(shè)置的某個(gè)定時(shí)周期內(nèi)通過選擇出的模擬開關(guān)橋792的引腳，來驅(qū)動(dòng)假負(fù)載794。驅(qū)動(dòng)假負(fù)載防止了電流路徑780中的源電流和吸收電流Isource，Isink的不連續(xù)。而且，偏置電壓節(jié)點(diǎn)728提供了一個(gè)相對(duì)無雜質(zhì)的偏置電壓參考點(diǎn)Vbp，也就是沒有任何的開關(guān)噪聲。這樣，在電流路徑780中的源電流和吸收電流Isource，Isink更會(huì)無雜質(zhì)并且匹配的較好。
圖8示出了PLL電路800的一個(gè)實(shí)施例。一般來說，PLL電路800包括PFD 810，電荷泵820，LPF 830，以及VCO 840。PFD 810從反饋回路分頻器860中接收參考頻率fref以及反饋頻率ffb。電荷泵820可以采用分別如圖3，4，6，7，8所示的電荷泵電路300，400，600，700，800中的任一種來實(shí)現(xiàn)。
上述系統(tǒng)和子系統(tǒng)的操作可以進(jìn)一步參考下面的圖和所附實(shí)例來描述。其中的某些圖可以包含程序設(shè)計(jì)邏輯。盡管這里所介紹的這些圖可以包含特殊的程序設(shè)計(jì)邏輯，但也可以理解，程序設(shè)計(jì)邏輯僅僅給出了這里所描述的常規(guī)的功能性如何實(shí)現(xiàn)的一個(gè)實(shí)例。而且，除非另有說明，否則所給出的程序設(shè)計(jì)邏輯不必按照所介紹的順序來執(zhí)行。另外，所給出的程序設(shè)計(jì)邏輯可以由硬件元件，由處理器所執(zhí)行的軟件元件，或者它們的組合來實(shí)現(xiàn)。
圖9示出了用于從例如在電荷泵電路300，400，600，700，800的公共節(jié)點(diǎn)上應(yīng)用的單一偏置電壓Vbp中提供匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink的邏輯流程900的一個(gè)實(shí)施例。在一個(gè)實(shí)施例中，邏輯流程900可使用在圖3，4，6-8的任一個(gè)中所示出的電荷泵電路來執(zhí)行。
邏輯流程900在910中提供一個(gè)單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓參考Vbp來產(chǎn)生一個(gè)偏置電流Ibias。邏輯流程900繼續(xù)到920，在電路的多個(gè)電流路徑中的至少一個(gè)電流路徑中，鏡像偏置電流Ibias。偏置電流Ibias還在930從電路中的至少一個(gè)第一電流路徑鏡像到第二和多個(gè)其它的電流路徑。
邏輯流程900繼續(xù)到判定塊940，在這里判斷電路是否包含可編程的電流元件。如果電流包含可編程的電流元件，那么邏輯流程900沿“是”分支繼續(xù)進(jìn)行，并且在950基于電路的反饋來編程偏置電流Ibias，例如該反饋是來自PLL電路中的相位校準(zhǔn)電路。偏置電流Ibias可依靠電路的特定實(shí)施例來粗略和精細(xì)地調(diào)整。
如果電流不包含電流編程設(shè)計(jì)能力，那么邏輯流程900沿“否”分支從判定塊940向下繼續(xù)進(jìn)行。邏輯流程900繼續(xù)到960，在一個(gè)輸出電流路徑上設(shè)置匹配較好的源電流和吸收電流Isource，Isink，它們是從Ibias中鏡像的并且依賴于在電路的公共節(jié)點(diǎn)上所應(yīng)用的單一偏置電壓Vbp。在一個(gè)實(shí)施例中，源電流和吸收電流Isource，Isink響應(yīng)于從PLL接收的反饋，從PLL的電荷泵電路中輸出。
在這里已經(jīng)闡明許多的具體細(xì)節(jié)，以提供對(duì)實(shí)施例的詳盡理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，這些實(shí)施例不需這些具體細(xì)節(jié)就能得以實(shí)現(xiàn)。在其它的例子中，不必詳細(xì)描述公知的操作，組件和電路，以便不會(huì)使這些實(shí)施例變得模糊難懂。可以了解，這里所公開的具體的結(jié)構(gòu)和功能細(xì)節(jié)是具有代表性的，它們不是限制實(shí)施例的范圍。
值得注意的還有，任何對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”的描述都意味著連同該實(shí)施例所描述的特定的特性，結(jié)構(gòu)或特征至少包含在一個(gè)實(shí)施例中。在說明書的許多地方所出現(xiàn)的短語“在一個(gè)實(shí)施例中”不都是指相同的實(shí)施例。
某些實(shí)施例可以采用一種體系結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，這種體系結(jié)構(gòu)可按照任意數(shù)量的參數(shù)來改變，例如，所需要的速度，功率電平，熱容許偏差，半導(dǎo)體制造過程，輸入速率，輸出速率，存儲(chǔ)資源以及其它性能約束。
某些實(shí)施例可以采用“耦合”和“連接”的措辭連同它們的派生詞來描述。應(yīng)該理解，這些術(shù)語互相不為同義詞。例如，某些實(shí)施例采用術(shù)語“連接”來表示兩個(gè)或多個(gè)元件物理地或電地互相直接相連。在另一種實(shí)例中，某些實(shí)施例采用術(shù)語“耦合”來表示兩個(gè)或多個(gè)元件物理地或電地直接相連。然而，術(shù)語“耦合”也意味著兩個(gè)或多個(gè)元件不是互相直接相連，但仍互相合作或交互。
當(dāng)某種特殊的聯(lián)系，原料和其他的參數(shù)在以上描述的優(yōu)先實(shí)施例中被詳細(xì)描述時(shí)，它們可以適當(dāng)?shù)谋桓淖儯揖哂邢嗨频慕Y(jié)果。在本領(lǐng)域技術(shù)人員依靠閱讀本發(fā)明所公開的內(nèi)容，可以做出本發(fā)明的其他的應(yīng)用和改變。這些變化也意味著包括在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，被定義在所附的權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種裝置(300)，包括單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓(316)；至少一個(gè)第一電流路徑(310)，用于基于所述單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓(316)來驅(qū)動(dòng)偏置電流；至少一個(gè)第一電流鏡，用于在第二電流路徑(320)中鏡像所述偏置電流，其中，所述第一電流鏡包括至少一個(gè)部分共射電流鏡；以及輸出電流路徑(350)，包括電流驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)與所述偏置電流匹配的源電流和吸收電流。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，包括模擬開關(guān)橋(400)，耦合到所述輸出電流路徑(350)上，用于接收所述源輸出電流和吸收輸出電流；以及運(yùn)算放大器(430)，耦合到所述模擬開關(guān)橋(400)上，用于當(dāng)所述源電流和吸收電流驅(qū)動(dòng)器關(guān)斷時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述運(yùn)算放大器(430)在所述模擬開關(guān)橋(400)的源節(jié)點(diǎn)和吸收節(jié)點(diǎn)處保持相同的電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的裝置，包括耦合到所述模擬開關(guān)橋(400)上的相位-頻率檢測(cè)器(410)，其中所述相位-頻率檢測(cè)器(410)控制所述模擬開關(guān)(ASW1，ASW2，ASW3，ASW4)，以便響應(yīng)于來自鎖相環(huán)電流的反饋流出和吸收所述源電流和系數(shù)電流。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，在所述第一電流路徑中包括第一可編程電流元件(612)，用于控制所述偏置電流。
6.如權(quán)利要求5的裝置，在第三電流鏈路經(jīng)中包括第二可編程電流元件(632)，用于控制所述偏置電流。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第一可編程電流元件(612)對(duì)所述偏置電流提供粗調(diào)，和所述第二可編程電流元件(632)對(duì)所述偏置電流提供精調(diào)。
8.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中，所述第一和第二可編程電流元件(612，632)中的至少一個(gè)響應(yīng)來自鎖相環(huán)電路的反饋進(jìn)行數(shù)字化編程。
全文摘要
一種裝置、系統(tǒng)和方法，包括一個(gè)單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓；至少一個(gè)第一電流路徑，用于基于該單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓來驅(qū)動(dòng)偏置電流；至少一個(gè)第一電流鏡，用于在一個(gè)第二電流路徑中鏡像該偏置電流；以及，一個(gè)輸出電流路徑，包括電流驅(qū)動(dòng)器，用于驅(qū)動(dòng)匹配該偏置電流的源電流和吸收電流。第一電流鏡包括至少一個(gè)部分共射電流鏡。該裝置和系統(tǒng)提供了一個(gè)單一公共節(jié)點(diǎn)偏置電壓，用于產(chǎn)生一個(gè)偏置電流；在至少一個(gè)電流路徑中鏡像該偏置電流；以及，基于該偏置電流輸出匹配較好的輸出源電流和輸出吸收電流。
文檔編號(hào)H03L7/085GK1913360SQ20061012638
公開日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者薩伊德·阿巴西, 方怡 申請(qǐng)人:M/A-Com公司