TW200805890A - Charge pump - Google Patents

Description

200805890 玫、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於具即時電流校準之電荷泵，特別是關於 利用可調電流源補償電流不匹配之電荷泵。 【先前技術】 第1圖為習知鎖相迴路（Phase lock loop，PLL)或延遲 鎖疋迴路（Delay Locked loop, DLL)的電荷泵（charge pump) 電路的一個實施例。如該圖所示，該電荷泵1 0包含了兩 個電流源（current source)ll、12，由控制信號UP、DN控 制的開關131、132、133、134、以及一運算放大器（〇p)i4。 ^上下兩電流源11、12沒有匹配時（mismatch)會造成壓控 震盪器（Voltage controlled Oscillator，VCO)控制電壓的擾 動’進而造成輸出訊號之相位雜訊（phase n〇ise)或/及抖動 (jitter)變大。 第2圖為習知鎖相迴路（phase i〇ck i00p，pll)的電荷 鲁 泵（char§e P^P)電路的另一個實施例。如該圖所示，該電 — 荷泵20包含了兩個數位類比轉換器（DAC)21、22、由控制 k號UP、DN控制的開關131、132 133、134、以及一運 算放大器（OP) 14。但是此種方法有以下缺點： 一、 由於DAC的解析度（resolution)的限制。當校準 完成後此兩電流IUP、IDN依然存在微小誤差。 二、 此方法必需離線（off line)來進行校準。且當校準 完成後，兩電流IUP、IDN因某種原因（如溫度改變）而發生 6 200805890 不匹配時，則會降低校準的效果。 ::習知電荷泵被揭露於us專利第M26,852號。該 口電何泵具有較複雜的電路以及較高的功率消耗。 【發明内容】 有鐘於上述問題，本發明之目的之—是提出—種具有 電&校準之電荷泵，以克服上述問題。 本發明之目的之一是提出一種具有電流校準之電荷 果’可即時調整電流大小使之匹配。 本發明之目的之一是提出一種具有電流校準之電荷 泵以克服因環境溫度的變化所造成之電流變化。 、為達成上述目的，本發明之電荷泵包含··一可調電流 ::係,包含-第-電流源與-阻抗單元並提供一可調電 ^:第二電流源，係提供一第H —第—開關單元 與一第二開關單元，耦接於該可調電流源與該第二電流源 j間，·以及一控制電路，用以控制該可調電流源之電流 量，使該可調電流之電流實質上等於該第二電流。 因此，即使第一電流源之電流與第二電流源之電流不 匹配，亦可藉由控制電路使該可調電流之電流實質上等於 該第二電流。 ' 【實施方式】 第3圖為本發明之電荷泵的電路圖。如該圖所示，具 即時電流校準之電荷泵3〇包含了兩個電流源3丨、32、由 7 200805890 控制信號UP控制的開關131、132、由控制信號DN控制 的開關133、134、以及一電容器C1。一實施例，該第一 電流源3 1包含一第一電流源3丨丨與一阻抗單元Zup ;另一 實施例，該第二電流源32包含一第二電流源321與一阻 抗單元ZDN。第一電流源31連接於開關i3l、132的第一 端；而第二電流源32連接於開關U3、134第一端。開關 131的第二端與開關133的第二端連接，並形成一第一電 流路徑，而開關132的第二端與開關134的第二端連接， 並形成一第二電流路徑。電容器C1連接於第一電流路徑 藉以經由該第一電流路徑充放電，而電流輸出端連接於第 二電流路徑藉以提供一輸出電流I〇ut。 當PLL鎖定時，電荷泵3〇的兩個電流源31、32會 破開關131、132、133、134週期性地同時切換至第一電 流路徑或第二電流路徑。式（1)可以導出電容Cl之電壓變 化0

I = C^-dt -.(1) 而如果電流ιυρ、iDN存在不匹配時，則會有電流流入 或机出電谷c i，而造成vc的變動。因此，若系統藉由調 整阻抗單元Zup及/或Zdn使VC保持一固定電壓時，就可 以抵消電流1up與1DN的不匹配。當然兩個阻抗單元ZUP、 、dn中之其中之一可省略。當然兩個電流源3〗、32無須皆 為可調。該阻抗單元係可由一可變電阻、一電阻網路、電 曰曰體與電阻串聯、或由其他習知可構成阻抗單元來實施。 8 200805890 第4A圖為本發明具有回授的機制之電荷泵的第一實 施例。如該圖所示，電荷泵40包含了 一可調電流源4ι來 提供電流IUP、一第二電流源42來提供電流Idn、由控制 信號UP控制的開關13 1、132、由控制信號ΒΝ控制的開 關133、134、一電容器C1、以及一控制單元43。該控制 單元43可以為一運异放大器431。電流源41包含一第一 電流源411以及一阻抗單元412。阻抗單元412接收該運 算放大器43 1之輸出信號。所以，藉由運算放大器43丨之 輸出電壓來控制流過阻抗單元412之電，流。運算放大器431 之正輸入端連接於電容器C1、負輸入端連接於一電壓 Vdc、以及輸出端連接於阻抗單元412。 當電流IUP、Idn不匹配時，電容器C1之電壓vc會變 動。運算放大器43 1則會隨時根據電壓vc來控制流過阻 抗單元412的電流，讓電流Iup、Idn匹配。例如，當電流 小於電流1!^時，電容器C1會放電，使電壓vc降低。 此時，運算放大器431之輸出電壓亦會隨之降低，使得流 過阻抗單元412的電流增加。反之亦然。所以，本發明之 電荷果可即時校準電流Iup、idn的大小使之匹配。 第4B ®為本發明之電荷泵的第二實施例。該實施例 之電荷泵40,與第一實施例之電荷泵4〇的架構幾乎完全相 =，其不同點僅是電荷泵4〇,之運算放大器431的負輸入 端直接連接到第二電流路握。㉛，利電荷& 4〇，之輸出 電壓vQUt來取代電壓vde。 雖然第-實施例之電荷泵40與第二實施例之電荷泉 9 200805890 4〇’之運算放大器431 源41、4 Γ之電流，{ 都是用來調整上方之第_ 但若第二電流源亦使用可調雷泊滿， 一可調電流

之可調電流源。 第4D圖為本發明之電荷泵的可調電流源之另一實施 例。該可調電流源41，包含兩個電晶體411、412，、以2一 電阻R412’，亦即由電晶體412，與電阻R412，串聯來取代 阻抗單元412。因此，電晶體412,與電阻R412，的設計就 會很有彈性。 弟5圖為本發明之電何泵之第四實施例。如該圖所 示，該電荷泵50包含二個電流源、兩個開關模組5 i、52、 以及一電容C1。二個電流源係共用一 op放大器53的輸 出極（output stage)的兩個電晶體來實現。一實施例，甚至

charge sharing removal的電路一起實現。一較佳實施例， 為了穩定度的問題及防止電流在開關切換時OP放大器53 為開迴路（open loop)，可以加上一些低通濾、波器54，例如 電阻R2及電容C2網路，來使〇P放大器53輸入固定， 進而使控制電流Iup及IDN固定。 第6圖為本發明之電荷泵的第五實施例。如該圖所 示，具即時電流校準之電荷泵60包含了兩個電流源61、 10 200805890 62來&供電流ιϋρ、Idn、由控制信號up控制的開關丨3 j、 132由控制h號DN控制的開關13 3、13 4、一控制電路 62。電流源61包含一第一電流源61〗與一可調電流源 612，其中第一電流源611為定電流源。電流利用開關 131、132切換到第一電流路徑與第二電流路徑，而電流 利用開關133、134切換到第一電流路徑與第二電流路徑。 該控制電路62包括一邊緣比較器63以及一平滑化單 兀64。邊緣比較器63接收控制信號up與dn，並比較控 制信號UP與DN的邊緣後產生一邊緣信號。邊緣比較器 63可以用相位偵測器（phase detect〇r)或相位頻率偵測器 (PFD)來貫施，或是以簡單的閃鎖電路（Simple Latch Unit) 來實施，如第7圖所示，其詳細描述在此省略。而平滑化 單το 64接收該邊緣信號後，產生一微調控制信號來控制 第一電流源612。平滑化單元64可以用被動式的Rc低通 濾波器或主動式的積分器來實施。 當PLL鎖定後，若控制信號up超前控制信號dn， 則邊緣#號為咼電位，此時微調控制信號會慢慢提升，使 電流IUP減少；反之，若控制信號up落後控制信號DN， 則邊緣h號為低電位，此時微調控制信號會慢慢降低，使 電流Iup增加。 當然’第6圖之實施例是利用微調控制信號來控制電 流源61之可調電流源612，亦可將電流源62以電流源61 之架構來實施，並利用微調控制信號來控制電流源62之 可調電流源。 11 200805890 源之電流變 Idn的大小 所以，即使因為環境溫度的變化造成電流 化時，本發明之電荷泉亦會隨時調整電 使之匹配。 ，但並不因此限定本發明 旨’該行業者可進行各種 以上雖以實施例說明本發明 之範圍，只要不脫離本發明之要 變形或變更。 【圖式簡單說明】 f 1圖為習知鎖相迴路的電荷泵電路的一個實施例。 第2圖為習知鎖相迴路的電荷泵電路的另一個實施 例。 第3圖為本發明之電荷泵的電路圖。 第4A圖為本發明之電荷泵的第一實施例。 第4B圖為本發明之電荷泵的第二實施例。 第4C圖為本發明之電荷泵的第三實施例。 第4D圖為本發明之電荷泵的電流源之另一實施例。 第5圖為本發明之電荷泵的第四實施例。 第6圖為本發明之電荷泵的第五實施例。 苐7圖為本發明之邊緣比較器之一實施例。 圖式編號 10、 20 電荷泵 11、 12 電流源 131 、 132 、 133 、 134 開關 12 200805890 14、43 運算放大器 21、22 數位類比轉換器 30、 40、40’、40”、50、60 即時電流校準之電荷泵 31、 32、61、62、611 電流源 41、41’、411、412、412’、42、421、422 電流源 43 控制電路 51、52 開關模組 53 OP放大器

54 低通濾波器 612 可調電流源 62 控制電路 63 邊緣比較器 64 平滑化單元 Cl、C2 電容器 Rup、Rdn、R2 電阻

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Claims (1)

1. 200805890 拾、申請專利範圍： 1. 一種電荷泵，包含： 一可調電流源，係包含一第一阻抗單元與一第一電流源，並用 來提供一第一電流； 一第二電流源，係提供一第二電流； 一第一開關單元，係由一第一控制信號控制將該第一電流源連 接至一第一電流路徑或一第二電流路徑； 一第二開關單元，係由一第二控制信號控制將該第二電流源連 接至該第一電流路徑或該第二電流路徑；以及 一控制電路，係根據該電容之電壓來控制前述可調電流源之第 一阻抗單元，使得該第一電流實質上等於前述第二電流。 2. 如申請專利範圍第1項所記載之荷泵，其中該第一阻抗單元為 一電阻網路。 3. 如申請專利範圍第1項所記載之荷泵，其中該第一阻抗單元為 一可變電阻。 4. 如申請專利範圍第1項所記載之電荷泵，其中該第一阻抗單元 為一電晶體與一電阻串聯所組成。 5. 如申請專利範圍第1項所記載之電荷泵，其中該第一阻抗單元 為一電晶體。 6. 如申請專利範圍第1、2、3、4或5項所記載之電荷泵，其中 前述控制電路為一運算放大器，該運算放大器之正輸入端接收 前述電容之電壓、負輸入端輸入一固定電壓、以及輸出端連接 至該可調電流源來控制該可調電流源之第一電流。 14 200805890 7. ==範，、2、3、4或5項所記載 削述控制電路為一運算放大器，該運算放大 …、中 一電容之電壓'負輸入端連接至該_^輪入端接收 土 t ^弟一電流路徑、以及鲶屮合山 連接至前述可調電麵來㈣該可調電流源之第—電/。 8. 如申请專利範圍第！項所記載之電荷系，還包含一第二阻抗單 兀，5亥弟二阻抗單元係與該第二電流源並聯。 9. =申請專利範圍第i項所記載之電荷栗 電流源係分別為於-輸出級之—第弟—弟一 10. 如申請專利範圍第9項 日日—中、一第二電晶體。 該控制電路内。 力之電何系，其中該輪出級係位於 1L 一種電荷泵，包含·· 一第一電流源，係提供一第一電流； 一第二電流源，係提供一第二電流； 遠心=關單元，储由—第—㈣信號控龍該第-電流源 一弟一電流路徑或一第二電流路徑； 遠接開關單元，係藉由—第二控制信號控制將該第二電流源 連接至該弟一電流路徑或該第二電流路徑； ㈣，係接收該第—與該第二控制信號，並根據該第一 質上等於該m H心，使得該第一電流實 12.:申請專·圍第Η項所喊之電躲，其中該控制電路包 括· 静邊緣比較器，係接收該第—與第二控制信號，並比較該第一 控虹途料二控制信號以產生—邊緣信號；以及 15 200805890 一平滑化單元，係接收該邊緣信號後產生一控制信號，並利用 該控制信號來控制該第一電流源之該第一電流。 13. 如申請專利範圍第12項所記載之電荷泵，其中該平滑化單元 為一低通濾波器。 14. 如申請專利範圍第12項所記載之電荷泵，其中該平滑化單元 為一 RC電路。 15. 如申請專利範圍第12項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 — 為一相位偵測器。 ® 16.如申請專利範圍第12項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 為一頻率相位比較器。 17. 如申請專利範圍第12項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 為一閂鎖電路。 18. —種電何果，包含· 一第一電流源，提供一第一電流； 一第二電流源，提供一第二電流； 一第一電流路徑，包括： # 一第一開關，係位於一第一節點以及該第二電流源之間；以及 一第二開關，係位於該第一節點以及該第一電流源之間； 一第二電流路徑，包括： 一第三開關，係位於一第二節點以及該第二電流源之間；以及 一第四開關，係位於該第二節點以及該第一電流源之間； 其中，該第一與該第三開關係受一第一控制信號所控制，且該 第二與該第四開關係受一第二控制信號所控制； 一控制電路，係接收該第一與該第二控制信號，並根據該第一 16 200805890 與該第二控制信號來控制該第二電流之電流量，使得該第一電流實 質上等於該第二電流。 19. 如申請專利範圍第18項所記載之電荷泵，該控制電路包含： 一邊緣比較器，係用以比較該第一控制信號與該第二控制信號 以產生一邊緣信號；以及 一平滑化單元，係接收該邊緣信號以產生一電流控制信號，並 利用該電流控制信號來控制該第二電流源之電流。 20. 如申請專利範圍第19項所記載之電荷泵，其中該平滑化單元 為一低通濾波器。 21. 如申請專利範圍第19項所記載之電荷泵，其中該平滑化單元 為一 RC電路。 22. 如申請專利範圍第19項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 為一相位债測器。 23. 如申請專利範圍第19項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 為一頻率相位比較器。 24·如申請專利範圍第19項所記載之電荷泵，其中該邊緣比較器 為一閃鎖電路。 25. 如申請專利範圍第18項所記載之電荷泵，係位於一鎖相迴路 (PLL)内。 26. 如申請專利範圍第18項所記載之電荷泵，係位於一延遲鎖定 迴路(DLL)内。 27. —種電荷泵，包含： 一第一電流源，提供一第一電流； 一第二電流源，用以依據一電流控制信號以提供一第二電流， 17 200805890 其中該第二電流實質上等於該第一電流； 一第一電流路徑，包括： 一第一開關，係位於一第一節點以及該第二電流源之間；以及 一第二開關，係位於該第一節點以及該第一電流源之間； 一第二電流路徑，包括： 一第三開關，係位於一第二節點以及該第二電流源之間；以及 一第四開關，係位於該第二節點以及該第一電流源之間； 以及 一控制電路，包括： 一第一輸入端，係與該第一節點相耦接； 一第二輸入端，係與該第二節點相耦接； 一輸出端，用以輸出該電流控制信號，該電流控制信號係與該 第一節點與該第二節點之電壓差相對應。 2 8 ·如申請專利範圍第2 7項所記載之電荷泵，該第二電流源包括： 一固定電流源，提供一固定電流； 一可調電流源，用以依據該電流控制信號以提供一調整電流。 2 9.如申請專利範圍第27項所記載之電荷泵，該可調電流源包括： 一第一電晶體； 一電阻，係與該第一電晶體串聯。 30. 如申請專利範圍第29項所記載之電荷泵，該電阻依據該電流 控制信號以改變其阻值。 31. 如申請專利範圍第29項所記載之電荷泵，係位於一鎖相迴路 内0 18 200805890 32. 如申請專利範圍第29項所記載之電荷泵，係位於一延遲鎖定 迴路内。 33. —種電荷泵，包含： 一第一電流源，提供一第一電流； 一第二電流源，用以依據一電流控制信號以提供一第二電流， 其中該第二電流實質上等於該第一電流； 一第一電流路徑，包括： 一第一開關，係位於一第一節點以及該第二電流源之間；以及 一第二開關，係位於該第一節點以及該第一電流源之間； 一第二電流路徑，包括： 一第三開關，係位於一第二節點以及該第二電流源之間；以及 一第四開關，係位於該第二節點以及該第一電流源之間； 以及 一控制電路，係接收並比較該第一節點之電壓以及一固定電 壓，以輸出該電流控制信號。 34. 如申請專利範圍第33項所記載之電荷泵，該第二電流源包括： 一固定電流源，提供一固定電流； 一可調電流源，用以依據該電流控制信號以提供一調整電流。 35. 如申請專利範圍第33項所記載之電荷泵，該可調電流源包括: 一第一電晶體； 一電阻，係與該第一電晶體串聯。 36. 如申請專利範圍第35項所記載之電荷泵，該電阻依據該電流 控制信號以改變其阻值。 19 200805890 37. 如申請專利範圍第35項所記載之電荷泵，係位於一鎖相迴路 内。 38. 如申請專利範圍第35項所記載之電荷泵，係位於一延遲鎖定 迴路内。

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