CN110995205B - 应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，包括：电荷泵电路，用于根据输入的时钟信号生成第一电压；电压电流变换电路，用于根据第一电压生成第二电压，并根据第二电压生成第一电流；时钟生成电路，用于根据第一电流对生成的时钟信号的频率进行调整。其中，电压电流变换电路包括：第一晶体管，第一晶体管的控制极与电荷泵电路连接，第一晶体管的第一极用于输入参考电压，第一晶体管的第二极与时钟生成电路连接。本发明的电路，通过第一晶体管向时钟生成电路反馈电流，能够解决电荷泵电路输入电压、输出电流负载范围较大的问题，同时提高了反馈响应速度，降低了功耗和版图面积。
Description
技术领域
本发明涉及时钟频率调整技术领域，尤其涉及一种应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路。
背景技术
电荷泵输出电压通过该反馈回路产生电流给电流调频的时钟电路，线性电压生成的电流，可以获得一个线性变化的时钟频率，从而有效降低电荷泵电路的纹波。
相关技术中，如图1所示，使用OPAMP(运算放大器)生成反馈电压，为提高反馈回路的速度，需要OPAMP有较快的响应速度，增加了功耗和版图面积。而当VSUP(开关电源)电压变动范围较大时，反馈电流不稳定，时钟频率变化范围大，造成VOUT输出电压纹波较大。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，通过第一晶体管向时钟生成电路反馈电流，能够解决电荷泵电路输入电压、输出电流负载范围较大的问题，同时提高了反馈响应速度，降低了功耗和版图面积。
为达上述目的，本发明实施例提出了一种应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，包括：电荷泵电路，用于根据输入的时钟信号生成第一电压；电压电流变换电路，用于根据所述第一电压生成第二电压，并根据所述第二电压生成第一电流；时钟生成电路，用于根据所述第一电流对生成的所述时钟信号的频率进行调整。其中，所述电压电流变换电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管的控制极与所述电荷泵电路连接，所述第一晶体管的第一极用于输入参考电压，所述第一晶体管的第二极与所述时钟生成电路连接。
根据本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，电荷泵电路根据输入的时钟信号生成第一电压，电压电流变换电路根据第一电压生成第二电压，并根据第二电压生成第一电流，时钟生成电路根据第一电流对生成的时钟信号的频率进行调整。由此，该电路通过第一晶体管向时钟生成电路反馈电流，能够解决电荷泵电路输入电压、输出电流负载范围较大的问题，同时提高了反馈响应速度，降低了功耗和版图面积。
另外，根据本发明上述实施例提出的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述电压电流变换电路还包括：分压单元，所述分压单元与所述第一晶体管连接，所述分压单元用于对所述第一电压进行分压，生成所述第二电压；电流镜像单元，所述第一晶体管的第二极通过所述电流镜像单元与所述时钟生成电路连接，所述电流镜像单元用于对所述第一晶体管的第二极输出的电流进行镜像处理，生成所述第一电流。
根据本发明的一个实施例，所述电流镜像单元包括：第二晶体管，所述第二晶体管的控制极和第一极分别与所述第一晶体管的第二极连接，所述第二晶体管的第二极接地；第三晶体管，所述第三晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极连接，所述第三晶体管的第一极与所述时钟生成电路连接，所述第三晶体管的第二极接地。
根据本发明的一个实施例，所述电荷泵电路包括：电荷泵，所述电荷泵分别与所述时钟生成电路和负载连接，所述电荷泵用于对输入的所述时钟信号进行电压变换，生成第一电压。
根据本发明的一个实施例，所述第一晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
根据本发明的一个实施例，所述第二晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
根据本发明的一个实施例，所述第三晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是相关技术中的时钟频率调整电路的示意图；
图2是根据本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路的方框示意图；以及
图3是根据本发明一个实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路。
图2是根据本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路的方框示意图，图3是根据本发明一个实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路的示意图。
如图2和3所示，本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路可包括：电荷泵电路10、电压电流变换电路20和时钟生成电路30。
其中，电荷泵电路10用于根据输入的时钟信号生成第一电压V1。电压电流变换电路20用于根据第一电压V1生成第二电压V2，并根据第二电压V2生成第一电流I1。时钟生成电路30用于根据第一电流I1对生成的时钟信号CLK的频率进行调整。其中，电压电流变换电路20包括：第一晶体管M1，第一晶体管M1的控制极与电荷泵电路10连接，第一晶体管M1的第一极用于输入参考电压VREF，第一晶体管M1的第二极与时钟生成电路30连接。
其中，第一晶体管M1为金属氧化物半导体场效应晶体管，即MOS管。
也就是说，输出反馈电路由一个带有基准电压的MOS管M1组成，电路结构简单化，单个MOS管的响应速度，相比较于图1中的运算放大器反馈回路快。并且，第一晶体管M1的第一极输入参考电压VREF，即反馈回路不由电源电压生成反馈电流，反馈电流受电源影响小。
继续参照图2和3，根据本发明的一个实施例，电压电流变换电路20还可包括：分压单元22，分压单元22与第一晶体管M1连接，22分压单元用于对第一电压V1进行分压，生成第二电压V2；电流镜像单元21，第一晶体管M1的第二极通过电流镜像单元21与时钟生成电路30连接，电流镜像单元21用于对第一晶体管M1的第二极输出的电流进行镜像处理，生成第一电流I1。也就是说，通过电流镜像单元21对第一晶体管M1的第二极输出的电流进行镜像处理，以输出稳定的偏置电流，即第一电流I1。
需要说明的是，镜像电流源可由两个参数对称的双极结型晶体(或场效应管)基极对接而成,其中一个管要接成二极管的形态,一个三极管的集电极(漏极)连接电源极管的集电极(漏极)连接输出。由于输出电流和基准电流支路的电流基本一致，并且电路结枃基本对称,好像镜像反射一样，故称为镜像电流电路。即，在本发明的一个实施例中，参照图3所示，电流镜像单元21包括：第二晶体管M2和第三晶体管M3，第二晶体管M2的控制极和第一极分别与第一晶体管M1的第二极连接，第二晶体管M2的第二极接地。第三晶体管M3的控制极与第二晶体管M2的控制极连接，第三晶体管M3的第一极与时钟生成电路30连接，第三晶体管M3的第二极接地，其中，第二晶体管M2和第三晶体管M3可以为金属氧化物半导体场效应晶体管。
继续参照图3，在本发明的一个实施例中，电荷泵电路10可包括：电荷泵11。其中，电荷泵11分别与时钟生成电路30和负载(可变电流源)连接，电荷泵11用于对输入的时钟信号CLK进行电压变换，生成第一电压V1(其中，电荷泵11通过输入的时钟信号CLK控制内部开关电容对外部电容C1进行充电，生成第一电压V1，需要说明的是，内部电容是指电荷泵11内部电容，外部电容是指电荷泵11的外部电容，即图3中的C1，也称为稳压电容)；。
在本发明的一个实施例中，电荷泵11可包括：稳压单元(图中未示出)，其中，稳压单元包括：稳压电容C1，用于抑制电荷泵11输出的第二电压产生的纹波，保证输出的电压曲线平滑。需要说明的是，稳压电容C1可以内接在电荷泵11内，也可以外接在电荷泵11外。
具体而言，电荷泵11输出的第一电压V1通过电阻(R1和R2)分压与第一晶体管M1的源极输入的参考电压VREF，构成第一晶体管M1的栅源(控制极)电压差，将第一晶体管M1的源电流反馈给时钟生成电路30。当负载电流(可变电流源)增加时，输出电压(第一电压)降低，第一晶体管M1的源漏极电流增加，时钟频率变大，电荷泵11输入时钟变快，输出电压升高；当负载电流减少，输出电压升高，第一晶体管M1的源漏极电流减少，时钟频率降低，电荷泵11的输入时钟变慢，输出电压降低。
因此，可以看出，参考电压VREF没有电源电压依存特性，第一晶体管M1生成的源极电流只受电荷泵输出电压的影响，可以解决电源电压范围大的难题。由第一晶体管M1代替比较器反馈回路，提高了反馈响应速度，降低了功耗和版图面积。
综上所述，根据本发明实施例的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，电荷泵电路根据输入的时钟信号生成第一电压，电压电流变换电路根据第一电压生成第二电压，并根据第二电压生成第一电流，时钟生成电路根据第一电流对生成的时钟信号的频率进行调整。由此，该电路通过第一晶体管向时钟生成电路反馈电流，能够解决电荷泵电路输入电压、输出电流负载范围较大的问题，同时提高了反馈响应速度，降低了功耗和版图面积。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，包括：
电荷泵电路，用于根据输入的时钟信号生成第一电压；
电压电流变换电路，用于根据所述第一电压生成第二电压，并根据所述第二电压生成第一电流；
时钟生成电路，用于根据所述第一电流对生成的所述时钟信号的频率进行调整；
其中，所述电压电流变换电路包括：第一晶体管，所述第一晶体管的控制极与所述电荷泵电路连接，所述第一晶体管的第一极用于输入参考电压，所述第一晶体管的第二极与所述时钟生成电路连接；
所述电荷泵电路包括：
电荷泵，所述电荷泵分别与所述时钟生成电路和负载连接，所述电荷泵用于对输入的所述时钟信号进行电压变换，生成第一电压；
电荷泵，还包括：稳压单元，其中，稳压单元包括：稳压电容，用于抑制电荷泵输出的第二电压产生的纹波，保证输出的电压曲线平滑。
2.根据权利要求1所述的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，所述电压电流变换电路还包括：
分压单元，所述分压单元与所述第一晶体管连接，所述分压单元用于对所述第一电压进行分压，生成所述第二电压；
电流镜像单元，所述第一晶体管的第二极通过所述电流镜像单元与所述时钟生成电路连接，所述电流镜像单元用于对所述第一晶体管的第二极输出的电流进行镜像处理，生成所述第一电流。
3.根据权利要求2所述的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，所述电流镜像单元包括：
第二晶体管，所述第二晶体管的控制极和第一极分别与所述第一晶体管的第二极连接，所述第二晶体管的第二极接地；
第三晶体管，所述第三晶体管的控制极与所述第二晶体管的控制极连接，所述第三晶体管的第一极与所述时钟生成电路连接，所述第三晶体管的第二极接地。
4.根据权利要求1所述的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，所述第一晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
5.根据权利要求3所述的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，所述第二晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
6.根据权利要求3所述的应用于电荷泵反馈回路的动态时钟频率调整电路，其特征在于，所述第三晶体管为金属氧化物半导体场效应晶体管。
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