專利名稱：電荷泵、鎖相環(huán)電路、調(diào)整電荷泵中控制電流的方法及產(chǎn)生輸出信號(hào)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種鎖相環(huán)(PLLphase-lock loop)電路，尤指一種利用一加強(qiáng)型(enhanced)電荷泵來補(bǔ)償回路頻寬(loop bandwidth)的鎖相環(huán)電路；具體的講是電荷泵、鎖相環(huán)電路、調(diào)整電荷泵中控制電流的方法及產(chǎn)生輸出信號(hào)的方法。
背景技術(shù)：
在通訊系統(tǒng)中，鎖相環(huán)電路(PLL)用來產(chǎn)生具有特定相位與特定頻率的輸出信號(hào)，而鎖相環(huán)電路的回路頻寬W則盡量穩(wěn)定維持在鎖相環(huán)電路輸出頻率可能落在的區(qū)間內(nèi)。
請參考圖1，圖1為現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)電路100的方塊圖。鎖相環(huán)電路100包含有一相位檢測器(phase detector)120、一電荷泵(charge pump)130、一回路濾波器(loop filter)140、一壓控振蕩器(VCOvoltage controlled oscillator)160以及一變頻器180。相位檢測器120接收一參考信號(hào)fR與一反饋信號(hào)fb，并通過相位比較獲得下降信號(hào)(DOWN)或上升信號(hào)(UP)，此兩個(gè)信號(hào)表達(dá)了信號(hào)fR與fb間的相位差Δ。下降信號(hào)(DOWN)與上升信號(hào)(UP)被送至電荷泵130以產(chǎn)生一控制電流IC。當(dāng)電荷泵130接收到上升信號(hào)，電荷泵130供給回路濾波器一電流量為Isource的電流；若是電荷泵130接收到下降信號(hào)，電荷泵130從回路濾波器140汲取一電流量為Isink的電流至回路濾波器140，一般來說，Isource會(huì)等于Isink?；芈窞V波器140抑制了控制電流IC的高頻成分并接著輸出一壓控振蕩器控制電壓Vt來控制壓控振蕩器160，壓控振蕩器160的輸出信號(hào)fPLL一方面是鎖相環(huán)電路100的輸出，另一方面則經(jīng)由一變頻器180降頻轉(zhuǎn)換為反饋信號(hào)fb。傳統(tǒng)做法上，變頻器180為一分頻器(frequency divider)，而反饋信號(hào)fb則被反饋至相位檢測器120。
眾所周知，鎖相環(huán)電路的回路頻寬W與壓控振蕩器增益KVCO和電荷泵增益KCP的乘積的平方根成正比，亦即W∝(KVCO×KCP)1/2，一般而言，壓控振蕩器增益KVCO的定義為輸出信號(hào)fPLL的頻率變化量與壓控振蕩器控制電壓Vt的頻率變化量的比值，壓控振蕩器增益KVCO也與所調(diào)整的靈敏度有關(guān)，而電荷泵增益KCP則定義為電流量Isource(或Isink)。
請同時(shí)參考圖2、圖3以及圖4。圖2為壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線，圖3為電荷泵增益KCP與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線，圖4為回路頻寬W與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。當(dāng)鎖相環(huán)電路集成在集成電路(ICintegrated circuit)中時(shí)，壓控振蕩器增益KVCO的特性如圖2所示，通常由壓控振蕩器控制電壓Vt來決定，在壓控振蕩器控制電壓Vt的區(qū)間R內(nèi)壓控振蕩器增益KVCO不能被視為一常數(shù)，于是回路頻寬W會(huì)如圖4所示，為一隨壓控振蕩器控制電壓Vt變動(dòng)的函數(shù)，盡管電荷泵增益KCP如圖3所示幾乎為一常數(shù)。結(jié)果是回路頻寬W在壓控振蕩器控制電壓Vt的區(qū)間R內(nèi)變化很大，導(dǎo)致鎖相環(huán)電路的效能不穩(wěn)定。為了改善鎖相環(huán)電路的性能，需要提供一種可補(bǔ)償回路頻寬的鎖相環(huán)電路以減少回路頻寬變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
所以本發(fā)明的目的在于，提供一種具有補(bǔ)償電荷泵電流的電荷泵(chargepump)、鎖相環(huán)電路、調(diào)整電荷泵中控制電流的方法及產(chǎn)生輸出信號(hào)的方法。
為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種電荷泵。該電荷泵應(yīng)用于一鎖相環(huán)電路中，鎖相環(huán)電路包含有一壓控振蕩器(VCO)，并根據(jù)一壓控振蕩器控制電壓產(chǎn)生一可變頻輸出信號(hào)，電荷泵接收一偏壓控制信號(hào)、一第一控制信號(hào)以及一第二控制信號(hào)，并且輸出一控制電流至一輸出端。電荷泵包含有一電流產(chǎn)生模塊，連接至一節(jié)點(diǎn)NC，用來提供一第一電流；一偏壓電路，連接至節(jié)點(diǎn)NC，用來根據(jù)偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；一電流鏡電路，連接至節(jié)點(diǎn)NC，包含有一第一電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生一個(gè)與第一電流及第二電流之和成比例的第三電流，以及一第二電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生一個(gè)與第一電流及第二電流之和成比例的第四電流；一第一開關(guān)，耦接于第一電流產(chǎn)生單元與輸出端之間，用來根據(jù)第一控制信號(hào)將第三電流供給(source)至輸出端；一第二開關(guān)，耦接于第二電流產(chǎn)生單元與輸出端之間，用來根據(jù)第二控制信號(hào)從輸出端汲取(sink)第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
本發(fā)明還提供了一種應(yīng)用電荷泵補(bǔ)償回路頻寬的鎖相環(huán)電路，鎖相環(huán)電路用來產(chǎn)生一輸出信號(hào)。所述鎖相環(huán)電路包含有一相位檢測器，用來接收一參考信號(hào)與對(duì)應(yīng)于輸出信號(hào)的一反饋信號(hào)，并且輸出一相位差信號(hào)來指出反饋信號(hào)與參考信號(hào)間的一相位差；一壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由一壓控振蕩器控制電壓所控制的輸出信號(hào)；一電荷泵，用來接收相位差信號(hào)與一偏壓控制信號(hào)以在電荷泵的一輸出端產(chǎn)生一控制電流；以及一回路濾波器(loop filter)，用來過濾控制電流以產(chǎn)生壓控振蕩器控制電壓；其中相位差信號(hào)包含有一第一相位差異信號(hào)與一第二相位差異信號(hào)，以及電荷泵包含有一電流產(chǎn)生模塊，連接至一節(jié)點(diǎn)NC，用來提供一第一電流；一偏壓電路，連接至節(jié)點(diǎn)NC，用來根據(jù)偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；一電流鏡電路，連接至節(jié)點(diǎn)NC，包含有一第一電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與第一電流及第二電流之和成比例的一第三電流，以及一第二電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與第一電流及第二電流之和成比例的一第四電流；一第一開關(guān)，耦接于第一電流產(chǎn)生單元與輸出端之間，用來根據(jù)第一相位差異信號(hào)將第三電流供給至輸出端；以及一第二開關(guān)，耦接于第二電流產(chǎn)生單元與輸出端之間，用來根據(jù)第二相位差異信號(hào)從輸出端汲取第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
本發(fā)明還提供一種調(diào)整電荷泵中控制電流的方法，電荷泵應(yīng)用于一鎖相環(huán)電路中，鎖相環(huán)電路包含有一壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由一壓控振蕩器控制電壓所控制的一可變頻輸出信號(hào)，電荷泵接收一偏壓控制信號(hào)、一第一控制信號(hào)以及一第二控制信號(hào)，該方法包含有提供一第一電流；根據(jù)偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的一第三電流；產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的一第四電流；根據(jù)第一控制信號(hào)將第三電流供給至輸出端；以及根據(jù)第二控制信號(hào)從輸出端汲取第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
本發(fā)明還提供了一種產(chǎn)生一輸出信號(hào)的方法，該方法包含有產(chǎn)生一相位差信號(hào)來指出一反饋信號(hào)與一參考信號(hào)間的一相位差；根據(jù)相位差信號(hào)與一偏壓控制信號(hào)來產(chǎn)生一控制電流；過濾控制電流以產(chǎn)生一壓控振蕩器控制電壓；產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于壓控振蕩器控制電壓的輸出信號(hào)；其中相位差信號(hào)包含有一第一相位差異信號(hào)與一第二相位差異信號(hào)，以及產(chǎn)生控制電流的步驟包含有提供一第一電流；根據(jù)偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的一第三電流；產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的一第四電流；根據(jù)第一相位差異信號(hào)將第三電流供給至輸出端；以及根據(jù)第二相位差異信號(hào)從輸出端汲取第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
本發(fā)明的有益效果在于，補(bǔ)償了鎖相環(huán)電路的回路頻寬，使得鎖相環(huán)電路的回路頻寬能在鎖相環(huán)電路輸出頻率的一區(qū)間中盡可能維持穩(wěn)定。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中鎖相環(huán)電路的方塊圖。
圖2為壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖3為電荷泵增益KCP與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖4為回路頻寬W與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖5為第一類壓控振蕩器的典型電路以及相應(yīng)的壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖6為第二類壓控振蕩器的典型電路以及相應(yīng)的壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖7為傳統(tǒng)電荷泵的內(nèi)部電路圖。
圖8為傳統(tǒng)電荷泵中電荷泵增益KCP與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖9為第一類壓控振蕩器的補(bǔ)償后回路頻寬W與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖10為第二類壓控振蕩器的補(bǔ)償后回路頻寬W與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。
圖11為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷泵的電路圖。
圖12為偏壓電路第一實(shí)施例中偏壓電路所產(chǎn)生電流與控制信號(hào)Vt的關(guān)系曲線。
圖13為偏壓電路第二實(shí)施例中偏壓電路所產(chǎn)生電流與控制信號(hào)Vt的關(guān)系曲線。
圖14為偏壓電路第三實(shí)施例中偏壓電路所產(chǎn)生電流與控制信號(hào)Vt的關(guān)系曲線。
圖15為偏壓電路第四實(shí)施例中偏壓電路所產(chǎn)生電流與控制信號(hào)Vt的關(guān)系曲線。
圖16為根據(jù)偏壓電路第一與第四實(shí)施例將偏壓電路產(chǎn)生的電流與參考電流結(jié)合后所形成的電流與控制信號(hào)Vt間的關(guān)系曲線。
圖17為根據(jù)偏壓電路第二與第三實(shí)施例將偏壓電路產(chǎn)生的電流與參考電流結(jié)合后所形成的電流與控制信號(hào)Vt間的關(guān)系曲線。
圖18為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例所示的修正后的電荷泵電路圖。
圖19為根據(jù)偏壓電路第一與第四實(shí)施例將偏壓電路產(chǎn)生的電流與參考電流結(jié)合后所形成的電流與控制信號(hào)Vt間的關(guān)系曲線。
圖20為根據(jù)偏壓電路第二與第三實(shí)施例將偏壓電路產(chǎn)生的電流與參考電流結(jié)合后所形成的電流與控制信號(hào)Vt間的關(guān)系曲線。
圖21為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例所示的修正后的電荷泵電路圖。
圖22為第21圖中參考電流產(chǎn)生器的第一實(shí)施例的電路圖。
圖23為第21圖中參考電流產(chǎn)生器的第二實(shí)施例的電路圖。
圖24為偏壓電路第五實(shí)施例的電路圖。
圖25為將壓控振蕩器控制電壓Vt映像成控制信號(hào)VD1與VD2的規(guī)則表。
圖26A-圖26B為將壓控振蕩器控制電壓Vt轉(zhuǎn)換成反相信號(hào)Vti的兩電路圖。
圖27為產(chǎn)生壓控振蕩器控制電壓Vt分壓的電路圖。
具體實(shí)施例方式
因?yàn)殒i相環(huán)電路的回路頻寬W與壓控振蕩器增益KVCO和電荷泵增益KCP的乘積的平方根成正比，亦即W∝(KVCO×KCP)1/2；并且，在將壓控振蕩器制作成IC時(shí)，壓控振蕩器增益KVCO的特性即被決定，所以調(diào)整回路頻寬W的方法取決于對(duì)電荷泵增益KCP的合理調(diào)整。
首先，如一般現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)于不同的壓控振蕩器架構(gòu)，壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系可分成兩種類型。圖5為第一類壓控振蕩器的典型電路以及相應(yīng)的壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線，第一類壓控振蕩器中，當(dāng)壓控振蕩器控制電壓Vt增加時(shí)壓控振蕩器增益KVCO會(huì)隨之減少。另一方面，請參考圖6，圖6為第二類壓控振蕩器的典型電路以及相應(yīng)的壓控振蕩器增益KVCO與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系曲線。第二類壓控振蕩器中，當(dāng)壓控振蕩器控制電壓Vt增加時(shí)壓控振蕩器增益KVCO會(huì)隨之增加。
請參考圖7，圖7為傳統(tǒng)電荷泵的內(nèi)部電路圖。電荷泵300包含有一電流產(chǎn)生模塊310、一電流鏡電路(current mirror circuit)320以及兩開關(guān)330與340。電流產(chǎn)生模塊310包含有一恒定電流源312以及兩個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管314與316，其中恒定電流源312提供一參考電流Iref，所述N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管314與316組成一電流鏡，用于復(fù)制參考電流Iref以形成電流Im，所述電流鏡電路320包含有五個(gè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管321、322、323、324以及325，其中P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管321與322組成一電流鏡來復(fù)制參考電流Im以形成電流I’m，P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管321與324組成另一電流鏡來復(fù)制參考電流Im以形成電流Isource，另外，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管323與325也組成另一電流鏡來復(fù)制電流I’m以形成電流Isink。
電荷泵300包含的兩個(gè)開關(guān)330與340分別由一相位檢測器產(chǎn)生的上升信號(hào)(UP)與下降信號(hào)(DOWN)來控制，當(dāng)開關(guān)330被上升信號(hào)切換至導(dǎo)通時(shí)，電流Isource通過開關(guān)330流至電荷泵300的輸出端，也就是說，電荷泵300將一電流值為Isource的電流供給(source)至電荷泵300的輸出端；反之，當(dāng)開關(guān)340被下降信號(hào)切換至導(dǎo)通時(shí)，電荷泵300從輸出端汲取(sink)一電流值為Isink電流，Isink一般而言相等于Isouroe。電荷泵300的電荷泵增益KCP定義為Isouroe(或Isink)的值，基本上在壓控振蕩器控制電壓Vt的區(qū)間R中電荷泵增益KCP不會(huì)隨著壓控振蕩器控制電壓Vt而變，如同圖8所示。
為了得到較穩(wěn)定的回路頻寬W與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系，可通過修正(modify)電荷泵的電路設(shè)計(jì)來修正電荷泵增益KCP與壓控振蕩器控制電壓Vt的關(guān)系。以圖5中的第一類壓控振蕩器為例，壓控振蕩器增益KVCO對(duì)于壓控振蕩器控制電壓Vt來說為一遞減函數(shù)，所以電荷泵必須被修正以使得電荷泵增益KCP對(duì)于壓控振蕩器控制電壓Vt來說為一遞增函數(shù)，如此一來，回路頻寬W被補(bǔ)償并且相對(duì)地較穩(wěn)定，如同圖9所示。另一方面，對(duì)于圖6中的第二類壓控振蕩器而言，其中壓控振蕩器增益KVCO對(duì)于壓控振蕩器控制電壓Vt來說為一遞增函數(shù)，所以相對(duì)應(yīng)的電荷泵必須被修正以使得電荷泵增益KCP對(duì)于壓控振蕩器控制電壓Vt來說為一遞減函數(shù)，于是如圖10所示，回路頻寬W被補(bǔ)償并且相對(duì)地較穩(wěn)定。
為了得到修正過的電荷泵增益，本發(fā)明在傳統(tǒng)的電荷泵300上增加了一組額外的偏壓電路，請參考圖11，圖11為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電荷泵400的示意圖。除了電流產(chǎn)生模塊310、電流鏡電路320以及兩開關(guān)330與340外，電荷泵400另包含有一偏壓電路410。
偏壓電路410主要由一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412組成，該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412具有一第一端點(diǎn)連接于節(jié)點(diǎn)NC；一第二端點(diǎn)連接于接地(ground)；以及一柵極(gate)耦接于一偏壓控制信號(hào)VC。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412可以是一P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管或是一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，偏壓控制信號(hào)VC則是根據(jù)壓控振蕩器控制電壓Vt來產(chǎn)生，該偏壓控制信號(hào)VC可以就是壓控振蕩器控制電壓Vt本身，或者由壓控振蕩器控制電壓Vt推導(dǎo)出的信號(hào)，例如壓控振蕩器控制電壓Vt的反相(inverted version)或者是壓控振蕩器控制電壓Vt的分壓(fraction)，如一般現(xiàn)有技術(shù)，壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)Vti可以通過圖26A和圖26B中的電路獲得，而壓控振蕩器控制電壓的分壓信號(hào)Vtf可以通過圖27中的電路獲得。假設(shè)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412為一由壓控振蕩器控制電壓Vt控制的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，根據(jù)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的特性，偏壓電路410產(chǎn)生的電流Iadd與控制信號(hào)Vt間的關(guān)系曲線如圖12，另一方面，若所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412為一由壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)Vti控制的N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，電流Iadd的特性曲線繪于圖13所示。同樣地，對(duì)金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管412為一P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的情況而言，亦可以采用壓控振蕩器控制電壓Vt或壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)Vti來控制，其相對(duì)應(yīng)的特征曲線圖14和15所示。請注意，除了所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管外，本發(fā)明中元件412也可以使用雙極性接面晶體管(BJT)來替代。
請參考圖11并注意節(jié)點(diǎn)NC，根據(jù)基爾霍夫電流定律(Kirchhoffs currentlaw)，可以得到式子Itot＝Im+Iadd，所以分別根據(jù)圖12圖到圖15圖所示的偏壓電路410的四種實(shí)施例，電流Itot具有兩種不同形式的特性曲線，如圖16和圖17所示，分別是遞增型Itot與遞減型Itot，圖16的遞增型Itot特性曲線對(duì)應(yīng)于圖12與圖15；而圖17的遞減型Itot特性曲線則對(duì)應(yīng)于圖13與圖14。接著電流Itot被所述電流鏡電路320復(fù)制成電流Isource與電流Isink，因此可以得知電流Isource與電流Isink會(huì)具有與電流Itot相似的特性曲線，結(jié)果是電荷泵增益KCP根據(jù)壓控振蕩器控制電壓Vt而改變，就如圖9與圖10所示，回路增益W因?yàn)閴嚎卣袷幤髟鲆鍷VCO變動(dòng)而造成的影響被減緩了，即修正后的電荷泵400能夠補(bǔ)償鎖相環(huán)電路的回路頻寬W。
根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例，一種修正后的電荷泵500如圖18所示。與圖11的電荷泵400相似，電荷泵500主要包含有電流產(chǎn)生模塊310、電流鏡電路320、偏壓電路510以及兩開關(guān)330與340。與偏壓電路410相似，但是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管512的第二端點(diǎn)耦接至一供給電壓而不是接地點(diǎn)，偏壓電路510具有四種實(shí)施例，如圖12圖至圖15所示，根據(jù)基爾霍夫電流定律可以得到式子Itot＝Im-Isub，根據(jù)偏壓電路510的四種實(shí)施例，電流Itot具有兩種不同形式的特性曲線，如19圖和圖20所示，接著電流Itot被所述電流鏡電路320復(fù)制成電流Isource與電流Isink，結(jié)果是電荷泵增益KCP根據(jù)壓控振蕩器控制電壓Vt而改變，就如圖9與圖10所示，回路增益W因?yàn)閴嚎卣袷幤髟鲆鍷VCO變動(dòng)而造成的影響被減緩了，即修正后的電荷泵500能夠補(bǔ)償鎖相環(huán)電路的回路頻寬W。請注意，除了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管外，本發(fā)明中元件512也可以使用雙極性接面晶體管來替代。
上述實(shí)施例所描述的Im均由電流產(chǎn)生模塊310產(chǎn)生的參考電流Iref復(fù)制而來，并且通過偏壓電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電荷泵增益KCP的修正，而在本發(fā)明第三實(shí)施例中是通過直接修正參考電流Iref進(jìn)而完成對(duì)電荷泵增益KCP的修正，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例，如圖21所示，揭露另一種優(yōu)選的電荷泵600，電荷泵600包含有一參考電流產(chǎn)生器610、一電流鏡電路620以及兩開關(guān)330與340。所述電流鏡電路620用于復(fù)制參考電流Iref以產(chǎn)生Isource與電流Isink，參考電流產(chǎn)生器610的第一實(shí)施例繪于圖22，參考電流產(chǎn)生器610包含有一電流產(chǎn)生模塊611以及一偏壓電路616，電流產(chǎn)生模塊611則包含有一恒定電流源612，用來提供一恒定電流Ityp；以及一對(duì)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管613與614所組成的一電流鏡，用來復(fù)制恒定電流Ityp以產(chǎn)生一鏡像電流(mirrored current)In，偏壓電路616由一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管617構(gòu)成，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管617的柵極耦接至一偏壓控制信號(hào)VC，另外N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管617的第一端點(diǎn)連接至一供給電壓以及該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管617的第二端點(diǎn)連接至節(jié)點(diǎn)NC，根據(jù)基爾霍夫電流定律，參考電流Iref為電流In與電流Iadd的和。同樣地，就如同偏壓電路510的四個(gè)實(shí)施例一樣，偏壓電路616也具有四種實(shí)施例，由上述的說明可以了解，憑借偏壓電路616將額外的電流Iadd與參考電流Iref結(jié)合，電荷泵增益KCP會(huì)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓Vt而改變，就如圖9與圖10所示，使得回路增益W因?yàn)閴嚎卣袷幤髟鲆鍷VCO變動(dòng)造成的影響被減緩了，也就是說，這種修正后的電荷泵600能夠補(bǔ)償鎖相環(huán)電路的回路頻寬W。請注意，除了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管外，本發(fā)明中元件617也可以使用雙極性接面晶體管來替代。
如圖23所示的參考電流產(chǎn)生器的第二實(shí)施例，參考電流產(chǎn)生器710包含有一電流產(chǎn)生模塊711以及一偏壓電路716，電流產(chǎn)生模塊711則包含有一恒定電流源712用來提供一恒定電流Ityp；以及一對(duì)P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管713與714所組成的一電流鏡，用來復(fù)制恒定電流Ityp以產(chǎn)生一鏡像電流In，偏壓電路716由一N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管717構(gòu)成，該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管717的柵極耦接至控制信號(hào)VC，N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管717的第一端點(diǎn)連接至接地點(diǎn)以及該N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管717的第二端點(diǎn)連接至節(jié)點(diǎn)NC，根據(jù)基爾霍夫電流定律，電流In為參考電流Iref與電流Isub的和，亦即Iref＝In-Isub。就如同偏壓電路410的四個(gè)實(shí)施例一樣，偏壓電路716也具有四種實(shí)施例，由上述的說明可以了解通過偏壓電路716將額外的電流Isub與參考電流Iref結(jié)合，電荷泵增益KCP會(huì)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓Vt而改變，就如圖9與圖10所示，使得回路增益W因?yàn)閴嚎卣袷幤髟鲆鍷VCO變動(dòng)造成的影響被減緩，也就是說，這種優(yōu)選的電荷泵600能夠補(bǔ)償鎖相環(huán)電路的回路頻寬W。請注意，除了金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管外，本發(fā)明中元件717也可以使用雙極性接面晶體管來替代。
此外，在電荷泵400、500或在參考電流產(chǎn)生器610、710中，本發(fā)明另外提供一第五實(shí)施例可以用來實(shí)施偏壓電路，請參考圖24，以電荷泵400為例，原來的偏壓電路410被偏壓電路800所取代，偏壓電路800包含有兩個(gè)N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管810與820，所述N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管810與820的第一端點(diǎn)都連接至節(jié)點(diǎn)NC，并且N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管810與820的第二端點(diǎn)則都連接至接地點(diǎn)，而N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管810與820分別被偏壓控制信號(hào)VD1與VD2所控制。在此實(shí)施例中僅以N型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為例構(gòu)成偏壓電路800，然而，也可以使用P型金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管構(gòu)成偏壓電路800。偏壓控制信號(hào)VD1與VD2通過將壓控振蕩器控制電壓Vt量化(quantize)而產(chǎn)生，請參考圖25，圖25為將壓控振蕩器控制電壓Vt映射成偏壓控制信號(hào)VD1與VD2的規(guī)則表，若Vt小于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V1，則兩偏壓控制信號(hào)VD1與VD2都設(shè)為高準(zhǔn)位(high)；若Vt大于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V1但是小于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V2，則偏壓控制信號(hào)VD1設(shè)為高準(zhǔn)位而偏壓控制信號(hào)VD2設(shè)為低準(zhǔn)位(low)；若Vt大于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V2但是小于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V3，則偏壓控制信號(hào)VD1設(shè)為低準(zhǔn)位而偏壓控制信號(hào)VD2設(shè)為高準(zhǔn)位；若Vt大于一預(yù)設(shè)電壓準(zhǔn)位V3，則兩偏壓控制信號(hào)VD1與VD2都設(shè)為低準(zhǔn)位。簡單來說，在本實(shí)施例中壓控振蕩器控制電壓Vt被量化以產(chǎn)生偏壓控制信號(hào)VD1與VD2，所以電流Itot有四種不同選擇來補(bǔ)償鎖相環(huán)電路的回路頻寬Itot=Iref+Iadd1+Iadd2Vt<V1Iref+Iadd1V1<Vt<V2Iref+Iadd2V2<Vt<V3IrefV3<Vt]]>總之，基于鎖相環(huán)電路的回路頻寬W正比于壓控振蕩器增益KVCO與電荷泵增益KCP乘積的平方根，回路頻寬W能通過修正電荷泵增益KCP來加以補(bǔ)償，詳細(xì)的電荷泵修正電路可以分成兩種方式一種是在電荷泵上直接增加一偏壓電路來調(diào)整電荷泵所輸出的控制電流IC，另一種則是在電荷泵的電流產(chǎn)生電路上增加一偏壓電路來直接調(diào)整電荷泵所需的參考電流，在這兩種情況下本發(fā)明都揭露了數(shù)種方法來完成偏壓電路。因此，鎖相環(huán)電路的回路頻寬W可以被補(bǔ)償以使得鎖相環(huán)電路的回路頻寬W能在鎖相環(huán)電路輸出頻率的一區(qū)間中盡可能維持穩(wěn)定。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡根據(jù)本發(fā)明所做的均等變化與修飾，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵，應(yīng)用于一鎖相環(huán)電路中，鎖相環(huán)電路包含有一壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由一壓控振蕩器控制電壓控制的一可變頻輸出信號(hào)，其特征在于，電荷泵接收一偏壓控制信號(hào)、一第一控制信號(hào)以及一第二控制信號(hào)，并且輸出一控制電流至電荷泵輸出端，電荷泵包含有一電流產(chǎn)生模塊，連接至一節(jié)點(diǎn)，用來提供一第一電流；一偏壓電路，連接至所述的節(jié)點(diǎn)，用來根據(jù)所述的偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；一電流鏡電路，連接至所述的節(jié)點(diǎn)，包含有一第一電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第三電流，以及一第二電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第四電流；一第一開關(guān)，耦接于所述的第一電流產(chǎn)生單元與所述的輸出端之間，用來根據(jù)所述的第一控制信號(hào)將所述的第三電流供給至所述的輸出端；一第二開關(guān)，耦接于所述的第二電流產(chǎn)生單元與所述的輸出端之間，用來根據(jù)所述的第二控制信號(hào)從所述的輸出端汲取所述的第四電流；其中所述的偏壓控制信號(hào)根據(jù)所述的壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
2.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的分壓信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓量化后所產(chǎn)生的信號(hào)。
3.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述的偏壓電路包含有一晶體管，所述的晶體管具有一第一端點(diǎn)、一第二端點(diǎn)以及一控制端，其中所述的控制端耦接于偏壓控制信號(hào)，所述的第一端點(diǎn)耦接于接地點(diǎn)，以及所述的第二端點(diǎn)耦接于節(jié)點(diǎn)。
4.如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述的偏壓電路包含有一晶體管，所述的晶體管具有一第一端點(diǎn)、一第二端點(diǎn)以及一控制端，其中所述的控制端耦接于偏壓控制信號(hào)，所述的第一端點(diǎn)耦接于一供給電壓，以及所述的第二端點(diǎn)耦接于節(jié)點(diǎn)。
5.一種鎖相環(huán)電路，用來產(chǎn)生一輸出信號(hào)，其特征在于，所述的鎖相環(huán)電路包含有一相位檢測器，用來接收一參考信號(hào)和根據(jù)所述的輸出信號(hào)而產(chǎn)生的一反饋信號(hào)，并且輸出一相位差信號(hào)來指出所述的反饋信號(hào)與所述的參考信號(hào)間的相位差；一壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由一壓控振蕩器控制電壓所控制的輸出信號(hào)；一電荷泵，所述的電荷泵接收相位差信號(hào)與一偏壓控制信號(hào)，以在所述的電荷泵的輸出端產(chǎn)生一控制電流；以及一回路濾波器，用來過濾控制電流以產(chǎn)生所述的壓控振蕩器控制電壓；其中所述的相位差信號(hào)包含有一第一相位差異信號(hào)與一第二相位差異信號(hào)，以及所述的電荷泵包含有一電流產(chǎn)生模塊，連接至一節(jié)點(diǎn)，用來提供一第一電流；一偏壓電路，連接至所述的節(jié)點(diǎn)，用來根據(jù)所述的偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；一電流鏡電路，連接至所述的節(jié)點(diǎn)，包含有一第一電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第三電流，以及一第二電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第四電流；一第一開關(guān)，耦接于所述的第一電流產(chǎn)生單元與所述的輸出端之間，用來根據(jù)所述的第一控制信號(hào)將所述的第三電流供給至所述的輸出端；一第二開關(guān)，耦接于所述的第二電流產(chǎn)生單元與所述的輸出端之間，用來根據(jù)所述的第二控制信號(hào)從所述的輸出端汲取所述的第四電流；其中所述的偏壓控制信號(hào)根據(jù)所述的壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
6.如權(quán)利要求5所述的鎖相環(huán)電路，其特征在于，所述的反饋信號(hào)為輸出信號(hào)。
7.如權(quán)利要求5所述的鎖相環(huán)電路，其特征在于，還包含有一分頻器，耦接于所述的壓控振蕩器與相位檢測器之間，用來接收輸出信號(hào)以產(chǎn)生反饋信號(hào)。
8.如權(quán)利要求5所述的鎖相環(huán)電路，其特征在于，所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的分壓信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓量化后所產(chǎn)生的信號(hào)。
9.如權(quán)利要求8所述的鎖相環(huán)電路，其特征在于，所述的偏壓電路包含有一晶體管，所述的晶體管具有一第一端點(diǎn)、一第二端點(diǎn)以及一控制端，其中所述的控制端耦接于偏壓控制信號(hào)，所述的第一端點(diǎn)耦接于接地點(diǎn)，以及所述的第二端點(diǎn)耦接于節(jié)點(diǎn)。
10.如權(quán)利要求8所述的鎖相環(huán)電路，其特征在于，所述的偏壓電路包含有一晶體管，所述的晶體管具有一第一端點(diǎn)、一第二端點(diǎn)以及一控制端，其中所述的控制端耦接于偏壓控制信號(hào)，所述的第一端點(diǎn)耦接于一供給電壓，以及所述的第二端點(diǎn)耦接于節(jié)點(diǎn)。
11.一種調(diào)整電荷泵中控制電流的方法，其特征在于，電荷泵應(yīng)用于一鎖相環(huán)電路中，所述的鎖相環(huán)電路包含有一壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由一壓控振蕩器控制電壓所控制的一可變頻輸出信號(hào)，電荷泵接收一偏壓控制信號(hào)、一第一控制信號(hào)以及一第二控制信號(hào)，所述的方法包含有提供一第一電流；根據(jù)所述的偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第三電流；產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第四電流；根據(jù)所述的第一控制信號(hào)將所述的第三電流供給至電荷泵輸出端；以及根據(jù)所述的第二控制信號(hào)從電荷泵輸出端汲取所述的第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的分壓信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的所述的壓控振蕩器控制電壓量化后所產(chǎn)生的信號(hào)。
13.一種產(chǎn)生一輸出信號(hào)的方法，其特征在于，所述的產(chǎn)生一輸出信號(hào)的方法包含有產(chǎn)生一相位差信號(hào)來指出一反饋信號(hào)與一參考信號(hào)間的一相位差；根據(jù)所述的相位差信號(hào)與一偏壓控制信號(hào)來產(chǎn)生一控制電流；過濾所述的控制電流以產(chǎn)生一壓控振蕩器控制電壓；產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于所述的壓控振蕩器控制電壓的輸出信號(hào)；其中所述的相位差信號(hào)包含有一第一相位差異信號(hào)與一第二相位差異信號(hào)，以及產(chǎn)生控制電流的步驟包含有提供一第一電流；根據(jù)所述的偏壓控制信號(hào)提供一第二電流；產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第三電流；產(chǎn)生與所述的第一電流及第二電流之和成比例的一第四電流；根據(jù)所述的第一相位差異信號(hào)將所述的第三電流供給至一輸出端；以及根據(jù)所述的第二相位差異信號(hào)從所述的輸出端汲取所述的第四電流；其中偏壓控制信號(hào)根據(jù)壓控振蕩器控制電壓來產(chǎn)生。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的反饋信號(hào)為輸出信號(hào)或所述的反饋信號(hào)為輸出信號(hào)的分壓信號(hào)。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓；所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的反相信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓的分壓信號(hào)；或所述的偏壓控制信號(hào)為所述的壓控振蕩器控制電壓量化后所產(chǎn)生的信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電荷泵、鎖相環(huán)電路、調(diào)整電荷泵中控制電流的方法及產(chǎn)生輸出信號(hào)的方法。其中鎖相環(huán)電路包含有壓控振蕩器，用來產(chǎn)生由壓控振蕩器控制電壓所控制的可變頻輸出信號(hào)，電荷泵包含有電流產(chǎn)生模塊，用來提供第一電流；偏壓電路，用來根據(jù)偏壓控制信號(hào)提供第二電流；電流鏡電路，包含有第一電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的第三電流，以及第二電流產(chǎn)生單元以產(chǎn)生與第一及第二電流之和成比例的第四電流；第一開關(guān)，用來根據(jù)第一控制信號(hào)供給第三電流；以及第二開關(guān)，用來根據(jù)第二控制信號(hào)汲取第四電流。本發(fā)明補(bǔ)償了鎖相環(huán)電路的回路頻寬，使得鎖相環(huán)電路的回路頻寬能在鎖相環(huán)電路輸出頻率的一區(qū)間中盡可能維持穩(wěn)定。
文檔編號(hào)H03L7/089GK1983817SQ20061016566
公開日2007年6月20日 申請日期2006年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月12日
發(fā)明者郭倉甫, 林哲煜 申請人:聯(lián)發(fā)科技股份有限公司