TW200937817A - Fast-switching low-noise charge pump - Google Patents

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TW200937817A
TW200937817A TW097143950A TW97143950A TW200937817A TW 200937817 A TW200937817 A TW 200937817A TW 097143950 A TW097143950 A TW 097143950A TW 97143950 A TW97143950 A TW 97143950A TW 200937817 A TW200937817 A TW 200937817A
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coupled
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TW097143950A
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Shen Wang
Sang-Oh Lee
Jeong-Sik Yang
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Qualcomm Inc
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

200937817 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例係關於充電泵、電壓受控之振盪器、鎖 相迴路及頻率合成器。 本申請案主張2007年11月13日申請之名為"快速切換低
- 雜訊充電泵（FAST-SWITCHING LOW-NOISE CHARGE • - PUMP)"之美國臨時專利申請案第60/9δ7,678號之權利，該 • 申請案之全文視為本申請案之揭示内容之部分。 © 【先前技術】 充電泵作為構建塊或分支電路使用於大量較大電路或系 統中。一些電路或系統可能或多或少對由充電泵產生之雜 訊敏感。在對雜訊較敏感之彼等系統中，需要減少原本由 充電泵產生之雜訊。亦即，較低雜訊充電泵可改良電路或 系統（該充電泵為其之一部分）之效能。 【發明内容】 本發明之實施例由以下申請專利範圍加以概括。 ® 【實施方式】 _ 在本發明之實施例的以下詳細描述中，闡明了若干特定 ' 細節以便提供透徹理解。然而，本發明之實施例可在無此 等特定細節的情況下實踐。在其他實例中，未詳細描述眾 • 所熟知之方法、程序、組件及電路，以免不必要地混淆本 發明之實施例之態樣。 充電泵電路通常作為構建塊用於電壓受控振盪器 (VCO)、鎖相迴路（PLL·)或頻率合成器中。 136196.doc 200937817 參見圖1說明鎖相迴路(pLL) 1〇〇之功能區塊圖。ρα 100包括如圖1所示耦合在一起之相位頻率偵測器1〇2、充電 果110、低通濾波器112、電壓受控振盪器(vc〇”i4，及分 頻器118。
出於比較之目的，參考時脈Vref 1〇1作為來自分頻器 之》頻器輸出FDO 119轉合至相位頻率偵測器1()2。相位頻 ' 率谓測器102產生升壓脈衝信號UP 104及降壓脈衝信號DN 龜 1〇6。升壓脈衝信號UP 104與降壓脈衝信號DN 1〇6之間的 脈衝持續時間差異表示參考時脈Vref 1〇1與來自分頻器118 之輸出信號之間的所偵測到的相位差異。升壓脈衝信號up 104、降壓脈衝信號]；)]^ 1〇6及其各別補充*up，、DN，耦合 至充電泵110，且可在本文中統稱為頻率控制信號。 受升壓脈衝信號104、降壓脈衝信號106及其補充物之驅 動，充電泵110將電流供應至低通濾波器112或自低通濾波 器112吸收電流以在充電泵11〇之輸出vcp 1 〇8處產生控制 p 電壓信號。充電泵110之充電泵輸出信號Vcp 1〇8含有DC分 量’其與參考時脈Vref與分頻器118之分頻器輸出FDO 119 之間的相位差異成比例。在本文中進一步揭示之充電泵 (見圖2之充電泵200)的實施例用作pll 1 00中之充電泵 110。充電泵110之輸出Vcp 108耦合至低通濾波器112。 低通濾波器112在將作為DC控制電壓Vcv 113之經濾波的 Vcp信號耦合至VCO 114之前自充電泵11〇之輸出信號Vcp 大體移除（過濾掉）不需要的AC分量。 根據其DC控制電壓Vcv 113，VCO 114產生具可變頻率 136196.doc 200937817 之輸出時脈信號ν〇 12〇β較高DC控制電壓Vev 113可增加 輸出時脈信號V〇 120之頻率，而較低控制電壓可降低該頻 率或者’較低DC控制電壓Vcv 113可增加輸出時脈信號 Vo 120之頻率，而較高控制電壓可降低該頻率。輸出時脈 信號Vo 120耦合至在pll 1〇〇之反饋路徑中之分頻器丨〗8。 分頻器118細分（divide down)在輸出時脈信號ν〇 120中之 時脈循環之數目，且偏移其相位以更佳地與參考時脈信號 Vref 1〇1之相位相匹配。當參考時脈信號Vref 1〇1及分頻器 輸出佗號FDO 119在相位及頻率上均鎖在一起時，pll 1 〇〇 處於鎖定狀況。 在一鎖相迴路中，帶内相位雜訊在很大程度上係由具有 非理想充電泵而確定。已觀測到，來自充電泵之大量雜訊 貝獻係歸因於在充電泵之輸出級中之輸出電晶體之長切斷 時間。亦即，充電泵雜訊與輸出電晶體之切換時間成比 例。因此，對於低帶内相位雜訊鎖相迴路，需要具有快速 切換能力之充電泵。 現參見圖2 ’說明充電泵電路200之示意圖。充電泵電路 200包括如圖所示在正電源端子VDD與接地端子GND之間 搞合在一起的P通道場效電晶體（PFET) Ml -M2、M5、M7_ M8 ; N通道場效電晶體（NFET) M3-M4、M6、M9_M10、 Μ11 - Μ12，參考電流源I r e f，電阻器r ;電容器c ·及運算 放大器OA。NFET及PFET中之每一者具有閘極（控制）、源 極及汲極端子。 電晶體Ml至M4形成充電泵之一輸出電晶體支線，而電 136196.doc 200937817 晶體M7至M10形成與輸出電晶體支線並行之充電泵之另一 電晶體支線（並行電晶體支線）。具有在一反饋迴路中串列 耦合之電阻器R及電容器C之運算放大器〇A在輸出電晶體 支線與並行電晶體支線之間運作以加偏壓於電晶體M2及 M8。電流源lref及電晶體Mil及M12向電晶體M3及M9提供 偏電壓。 電晶體Μ1至M4分別與電晶體M7至Μ10成對，每對之間 的比例因數相同。比例因數為成對電晶體之間的電晶體縱 橫比之比例。給定電晶體之電晶體縱橫比係藉由將其電晶 艎寬度除以其電晶體長度而確定。當電晶體Μ4接通時， 電晶體M3及Μ9為電晶體電流鏡對，但可能具有不同縱橫 比。當電晶體Μ1接通時’電晶體M2及Μ8亦為電晶體電流 鏡對，但可能具有不同縱橫比。 電晶體Μ10及Μ1 2使其閘極連結至電源端子vdd，且電 晶體M7使其閘極連結至接地端子GND，使得其可始終接 通。電晶體M7、M10及M12在本文中可稱作常開電晶體。 電晶體Mil、M9及M3係電流鏡電晶體，且使其閘極耗合 至同一節點。電晶體M9及Ml 1通常為接通的，以在 MOSFET之飽和區域操作。電晶體M3回應於電晶體“斗接 通及切斷而切換至飽和内外。當電晶體M4切斷時，歸因 於減小之閘極至源極電壓’電晶體M3退出飽和，且理想 地亦為切斷的。電晶體Mil使其閘極端子耦合至其没極端 子。電晶體Mil在本文中可稱作二極體連接電晶體。施加 至電晶體M3及M9之閘極的電壓為相同的以試圖對其加偏 136196.doc 200937817 壓，但電晶體M3之閘極至源極電壓可變化。假定電晶趙 M4藉由DN 106為高而接通，電晶體]VI3、M9及Ml 1可具有 相同之閘極至源極電壓。若如此，每一支線中之電流可藉 由成對電晶體之間的比例因數、其縱橫比（由W/L界定）及 由參考電流源Iref供應之電流的位準而建立。與電晶體 M3、M9及M4、M10相比，電晶體Mil及M12之縱橫比可 相對較小。此可減少流動穿過電晶體Ml 1 -Ml2之參考電流 Iref之量及充電泵之功率消耗。電晶體m3及M9在充電泵之 每一支線中提供一電壓受控電流源。因此，電晶體M3及 M9在本文中可稱作電壓受控電流源電晶體，或簡稱為經 偏壓電晶體。 參考電流源Iref結合電晶體M7-M12形成一偏壓電路以在 電晶體M8與]VI9之間的連接節點21〇處產生參考電壓Vref 210。在運算放大器〇A及其反饋之輔助下，參考電壓Vref 210追蹤充電泵輸出Vcp 108處之充電泵輸出電壓。參考電 壓Vref 210保證當電晶體M1接通時，自vdd供應之經由電 曰曰體Ml及M2至充電泵輸出vCp 1〇8的升電流大體上與當電 晶體M4接通時經由電晶體M3&M4自充電泵輸出Vcp 1〇8 拉至接地的降電流相匹配。 運算放大器OA使其正輸入端子耦合至Vref節點2丨〇，且 使其負輸入端子耦合至充電泵輸出節點Vcp 1〇8。運算放 大器〇A之輸出端子耦合至匹配之電晶體M2及M8的閘極端 子。電晶鱧M2及M8之閘極由運算放大器〇A之電壓輸出同 等地加以偏壓。 136196.doc 200937817 電阻器R及電容器C在運算放大器〇A之正輸入端子與輸 出端子之間串列搞合在一起以形成負反饋迴路。在負反饋 迴路中之運算放大器OA及電阻器R及電容器c形成另一偏 壓電路’其用於加偏壓於電晶體M2及M8。在負反镇迴路 中使用運算放大器OA係為了在輸出電晶體支線中之經由 • 電晶體Mi_M2之升電流源與經由電晶體M3_M4之降電流源 • 之間達成良好匹配。 運算放大器OA產生用於電晶體m2及M8之閘極偏電壓， ® 其可變化以維持該等電晶體接通。電晶體M2及M8在本文 中可稱為電流鏡或簡稱為經偏壓電晶體。 通常，Vref與Vcp之電壓位準相類似，且耦合至運算放 大器OA。然而，若充電泵輸出Vcp 1〇8處之電壓降低，則 運算放大器OA試圖藉由稍稍增加輸出電壓而做出補償， 使得參考電壓Vref 210接近於充電泵輸出Vcp 1〇8處的電 壓。相反地，若充電泵輸出Vcp 1〇8處之電壓升高，則運 〇 算放大器OA亦試圖藉由稍稍減小輸出電壓而做出補償， 使得參考電壓Vref 210接近於充電泵輸出Vcp 1〇8處的電 壓。 電晶體Μ1及M4使其閘極分別耦合至υρι信號丨〇4，及 號106 ’使其源極端子分別耦合至電源端子及接地端 子GND，使其沒極端子分別轉合至中間節點X 及中間 節點Y 206(其分別叙合至電晶體M2&M3之源極）。電晶體 MmM4為在充電泵2附之主切換電晶體。當接通時電 晶體將來自電源VDD之電荷供應至節點χ 2〇[當切斷 136196.doc 200937817 時，電晶趙M4將來自節點γ 206之電荷排出至接地gnd。 電晶體M5及M6為主切換電晶體河丨及厘斗之輔助切換電 Ba體。電晶體M5及M6具有叙合在一起之汲極端子、分別 耦合至節點X 204(電晶體Μ1之汲極）及節點γ 2〇6(電晶體 Μ4之汲極）之源極端子，及分別耦合至up信號ι〇4&〇Ν，信 號106·之閘極端子。當電晶體1^5及河6接通時，在節點X 204與Y 206之間形成一輔助路徑以更快地斷開電晶體M2 及M3。電晶體M5及Μό亦可視為等化電晶體，因其在充電 泵200自供應或耗散充電泵輸出Vcp ι〇8上之電荷切換開時 等化節點X與Y之間的電壓。 若充電泵200為PLL或頻率合成器中之分支電路，則控 制仏號UP 104、DN 106及其各別補充物up，1〇4，、DN， 106'可由相位頻率偵測器產生。補充信號up，1〇4，、dn， 106'分別自控制信號UP 104、DN 106邏輯反轉。 若充電泵輸出Vcp 108上之電壓増加，則up 1〇4脈衝信 號之前邊緣比DN 106脈衝信號之前邊緣更早產生，以早於 接通下拉電晶體M4而接通上拉電晶體μ 1。然而，UP 104 脈衝信號及DN 106脈衝信號兩者之後邊緣在大體上相同之 時間產生，使得電晶體Ml及M4兩者同時切斷。因此，UP 104脈衝信號寬於DN 106脈衝信號，使得充電泵對充電泵 輸出Vcp 108供應一淨電荷以增加電壓輸出。 若將降低充電泵輸出Vcp 108上之電壓，則106脈衝 信號之前邊緣早於UP 104脈衝信號之前邊緣產生以早於上 拉電晶體M2而接通下拉電晶體M4。然而，UP 104脈衝信 136196.doc -12- 200937817 號及DN 1 06脈衝信號兩者之後邊緣在大體上相同之時間產 生，使得電晶體Ml及M4兩者同時切斷。因此，DN 106脈 衝信號寬於UP 104脈衝信號，使得自充電泵輸出Vcp 108 耗散一淨電荷以降低電壓輸出。 若充電泵輸出Vcp 108上之電壓具有適當位準，則可不 產生UP 104或DN 106控制信號以進一步對充電泵輸出vCp . 108充電或放電。大體上類似地產生UP 104與DN 106，使 得主開關Ml及M4兩者大體上同時接通及切斷。因此，up ® 104及DN 1〇6脈衝信號具有相同之寬度，使得無淨電荷經 柄合以進或出充電泵輸出Vcp 108以增加或減小電壓輸出 (有時稱作鎖定狀況）。圖3A及圖3B中所說明之波形說明up 104及DN 106脈衝信號在大體相同時間產生且具有大體相 同脈衝寬度之鎖定狀況。 DN脈衝信號106耦合至主切換電晶體M4i閘極。〇怀脈 衝信號106’耦合至等化切換電晶體]^6之閘極。在DN脈衝 〇 信號期間，接通主切換電晶體M4，且斷開等化切換電晶 體M6。在DN脈衝信號之後，切斷主切換電晶體M4，且接 通等化切換電晶體M6。 up’脈衝信號104，耦合至主切換電晶體河丨之閘極❹脈 衝㈣104麵合至等化切換電晶體M5之閘極。在UP脈衝 七號期間’接通主切換電晶體M1，且斷開等化切換電晶 體M5。在UP，脈衝信號之後，切斷主切換電晶體⑷，且接 通等化切換電晶耀M5。 當主切換電晶體M1AM4均接通時，輔助切換電晶體M5 136196.doc 200937817 及M6均斷開。在主切換電晶體Ml及M4均接通的情況下， 内部節點X 204經由電晶體Ml快速充電至Vdd，且内部節 點Y 206經由電晶體M4快速放電至接地。 當主切換電晶體Ml及M4均斷開時，輔助切換電晶體M5 及M6均接通。在輔助切換電晶體M5及M6均接通的情況 • 下，在節點X 204與節點Y 206之間建立一等化路徑。節點 . Y 206上缺乏電荷有助於對内部節點X 204快速放電，而在 内部節點X 204上之電荷有助於對内部節點Y 206快速充 © 電。結果，快速斷開電晶體M2及M3，且在内部節點X 204 及内部節點Y 206上之電壓處於電源Vdd與接地之間。 在無輔助切換電晶體M5-M6的情況下，當UP’ 104’邏輯 上高且DN 106邏輯上低時，斷開電晶體M2及M3，直至内 部節點X 204及内部節點Y 206達到適當電壓位準。在無輔 助切換電晶體M5-M6的情況下，至切斷電晶體M2及M3之 時間顯著長於至接通電晶體M2及M3之時間，此係因為當 主切換電晶體Ml及M4斷開時内部節點X 204及内部節點Y 206觀察到高阻抗。 現參見圖3A_3B，在無及具有具相同裝置大小之電荷等 ' 化電晶體M5及M6的情況下且在相同條件下（電源電壓、溫 度及製程邊界）分別說明輸入信號DN 106、UP' 104’之暫態 波形及節點X 204、Y 206之模擬結果。 如先前所提及，圖3A及圖3B所說明之波形說明UP 104 及DN 1 06脈衝信號在大體相同時間產生且具有大體相同脈 衝寬度之鎖定狀態。因此，分別於圖3A-3B中說明之DN信 136196.doc -14- 200937817 號106及UP’信號之波形106及10T相同。UP’脈衝301及DN 脈衝302分別形成於波形104'及106中。圖3A與圖3B之間的 模擬結果對於節點X 204與Y 206不同。在圖3A中，波形 204A及206A分別表示無等化電晶體M5及M6之情況下節點 X 204及Y 206的模擬結果。在圖3B中，波形204B及206B 分別表示具有等化電晶體M5及M6及在節點間添加之等化 路徑的情況下節點X 204及Y 206的模擬結果。 歸因於多種因素，在節點X 204及Y 206處存在寄生電 容，該等因素包括在半導體基板之積體電路内之充電泵的 半導體製造。在圖3A之波形204A及206A中，可見在節點X 204及Y 206上之寄生電容之效應及缺乏用以放電或充電之 任何額外輔助路徑。在點306A處，節點Y 206之電壓逐漸 增加以克服完全放電之寄生電容而完全斷開電晶體M3。 在點304A處，節點X 204之電壓逐漸降低以克服完全充電 之寄生電容而完全斷開電晶體M2。當輔助電晶體M5及M6 接通時，在節點X 204與Y 206之間形成一等化路徑，使得 該等節點分別得以快速放電及快速充電。 比較分別在點304B及304A處之波形204B及204A，可見 節點X 204快速地拉向接地以快速切斷電晶體M2，此係因 為接通電壓等化電晶體M5及M6以提供等化路徑。在增加 施加至電晶體Ml之閘極的電壓以將其斷開的同時快速減 小在郎點X 2 0 4及電晶體Μ1之 >及極上的電壓更快地切斷電 晶體M2。 比較分別在點306Β及306Α處之波形206Β及206Α，可見 136196.doc 15 200937817 節點Υ 206更快地拉向正電源Vdd以快速切斷電晶體M3， 此係因為接通電壓等化電晶體M5及M6以提供等化路徑。 在減小施加至電晶體M4之閘極的電壓以將其斷開的同時 快速增加在節點Y 206及電晶體M4之汲極上之電壓更快地 切斷電晶體M3。 因此’在具有輔助切換電晶體M5及M6之情況下，減少 了至切斷電晶體M2及M3之時間。由充電泵產生之雜訊與 在輸出端子上之充電循環的脈衝寬度成比例。預期更快地 切斷電晶體M2及M3將減少由充電泵產生之雜訊。 現參見圖4’說明來自模擬的雜訊功率波形4〇〇及4〇1。 波形400展示無輔助切換電晶體M5& M6之充電泵的輸出雜 訊功率。波形401展示有輔助切換電晶體M5&M62充電泵 的輸出雜訊功率。在有輔助切換電晶體M5&M62充電泵 200中可達成雜訊功率減小約3分貝（3dB)。因此充電泵 電路200具有快速切換及低雜訊之特徵。充電泵電路2〇〇可 用於鎖相迴路或其他電路中。 現參見圖5，說明本文中所述之充電泵200可用於其中之 無線電系統5GG。舉例而言，該無線電⑽可為一行動 蜂巢式電話。充電泵200可用作鎖相迴路中之分支電路以 產生時脈信號’或提供頻率合成器以提供可與—或多個混 頻器-起使用以升_換或降頻轉換射頻電路巾之rf信號 的各種載波頻率信號。 無線電系統5〇0包括輕合至天線504之射頻RF電路502。 RF電路502可包括耦合至天線5〇4柳傳輸㈣及職收 I36196.doc 16 · 200937817 器510中之一或兩者。一或多個充電泵200可用於RF傳輸器 506及/或RF接收器51〇中。充電泵2〇〇可轉合至灯傳輸器 506中之混頻器512。充電泵2⑽可麵合至RF接收器510中之 混頻器5 14。 歸6在隨_式中描述及展示-些例示性實施例，但 ， 應理冑丨於 '"般熟習此項技術者可想到各種其他修改， . 所以此等實施例僅為說明性的而不限制本寬泛之發明，且 ❹ 纟發明之實施例不限於所展示及描述之特定構造及配置。 實情為，本發明之實施例應根據以下申請專利範圍來解 越 枰〇 【圖式簡單說明】 圖1為圖2中之充電泵可用於其中之鎖相迴路（pLL)的功 能區塊圖。 圖2為包括辅助開關以減少雜訊之充電泵的示意圖。 圖3 A為說明無辅助開關之充電泵之暫態波形的圖。 • ®3B為說明 有輔助開關之充電泵之暫態波形的圖。 圖4為用以比較有辅助開關與無輔助開關之充電泵之輸 出雜訊的波形圖。 圖5為圖2中之充電泵可用於其中之無線電系統的功能區 塊圖 【主要元件符號說明】 100 鎖相迴路 101 參考時脈 102 相位頻率偵測器 136196.doc -17- 200937817
104 升壓脈衝信號 104' UP'脈衝信號 106 降壓脈衝信號 106' 脈衝信號 108 充電泵輸出 110 充電泵 112 低通滤·波器 113 DC控制電壓 114 電壓受控振盪器 118 分頻器 119 分頻器輸出 120 輸出時脈信號 200 充電泵電路 204 中間節點 204A 波形 204B 波形 206 中間節點 206A 波形 206B 波形 210 連接節點/參考電壓 301 UP'脈衝 302 DN脈衝 304A 點 304B 點 136196.doc • 18- 200937817
306A 點 306B 點 400 波形 401 波形 500 無線電系統 502 射頻RF電路 504 天線 506 RF傳輸器 510 RF接收器 512 混頻器 514 混頻 C 電容器 GND 接地端子 Iref 參考電流源 M1-M2, M5， M7-M8 P通道場效電晶體 M3-M4, M6, M9-M10, M11-M12 N通道場效電晶體 OA 運算放大器 R 電阻器 VDD 正電源端子 136196.doc -19-

Claims (1)

  1. 200937817 十、申請專利範圍： 1· 一種充電系，其包含： 一運算放大器，其具有一負反饋迴路一耦合至一參 考電壓之正輸入端子，及一耦合至一充電泵輸出端子之 負輸入端子； 一第一主切換電晶體，其耦合於一正電源與一第一中 ， 間節點之間’其中-控制端子耦合至-第一反相控制信 - 號； D © 一第一經偏壓電晶體，其耦合於該第一中間節點與該 充電泵輸出端子之間’其中一控制端子耦合至該運算放 大器之二輸出； 一第一主切換電晶體，其耦合於一接地與一第二中間 節點之間，其中一控制端子耗合至一第二控制信號； 一第二經偏壓電晶體，其耦合於該第二中間節點與該 充電泵輸出端子之間’其中一控制端子耦合至一參考電 流源；及 . 第一輔助切換電晶體及一第二輔助切換電晶體，其 耦σ於該第一中間節點與該第二辛間節點之間，其申控 制端子分職合至-第-控制信號及—第二反相控制信 號。 2.如請求項1之充電泵，其中： 田該第-主切換電晶體及該第二主切換電晶體分別由 該第一反相控制信號及該第二控制信號斷開時，該第一 輔助切換電晶體及該第二辅助切換電晶體在該第一中間 136196.doc 200937817 節點與該第二中間節點之間提供—等化路徑。 3.如請求項1之充電泵，其中： 該第一主切換電晶體、該第一輔助切換電晶體，及該 第一經偏壓電晶體為P通道場效電晶體；且 X 該第一主切換電晶體、該第二輔助切換電晶體，及該 第一經偏壓電晶體為N通道場效電晶艘。 _ 4.如請求項1之充電泵，其中： 該第一主切換電晶體、該第一經偏壓電晶艎、該第二 主切換電晶體，及該第二經偏壓電晶體形成一第一電晶 體支線’且該充電泵進一步包括： 一與該第一電晶體支線並行之第二電晶體支線，該 第一電晶體支線包括： 一第一連續接通電晶體，其耦合於該正電源與一 第三中間節點之間，其中一控制端子耦合至接地； 一第二經偏壓電晶體，其耦合於該第三中間節點 〇 與一參考節點之間，其中一控制端子耦合至該運算放大 器之該輸出； 一第二連續接通電晶體，其耦合於該接地與—第 - 四中間節點之間，其中一控制端子耦合至該正電源；及 第四經'偏壓電晶體，其叙合於該第四中間節點 與該參考節點之間，其中一控制端子耦合至該參考電流 源。 /Λ 5·如請求項4之充電泵，其中： 該第一主切換電晶體、該第一辅助切換電晶體、該第 136196.doc -2 - 200937817 一經偏壓電晶體、該第一連續接通電晶體， %弟二經 偏壓電晶體為ρ通道場效電晶體；且 該第二主切換電晶體、該第二輔助切換電晶體該 經偏壓電晶艎、該第二連續接通電晶體， 6Λ 八吻第四經 偏壓電晶體為Ν通道場效電晶體。 6. 如請求項4之充電泵，其進一步包含： 該參考電流源’其輕合至該正電源； Ο ❹ 一第二連續接通電晶體，其耦合於接地與一第五 節點之間，其中一控制端子麵合至該正電源；及五中間 一二極體連接電晶體，其輕合於該第五中間 參考電流源之間。 "與該 7. —種用於一充電泵之方法，其包含： 加偏堡位在-對主電晶體開關之間的複數個 比另-主電晶體開關更早接通該對主電 日體， =者以經由該複數個經偏壓電晶體對—輸出曰么關中之 減去一淨電荷；及 子添加或 當該對主電晶體開關斷開時接 該等主電晶體開關與該等經偏壓電晶體之=體開關以^ 點的辅助等化路徑以等化電 曰提供至節 晶體。 决速斷開該等經偏壓電 8. 如請求項7之方法，其進一步包含： 當該對主電晶體開關接通時 關。 辦開該等辅助電晶體開 9. 如請求項7之方法，其進一步包含： I36196.doc 200937817 改變該等經偏壓電晶體之偏壓控制端子上之一偏壓控 制電壓。 t 10. 如请求項7之方法，其進一步包含： 將一參考電壓與該輸出端子上之一電壓進行比較；及 改變該等經偏壓電晶體之一對偏壓控制端子上之一偏 壓控制電壓。 11. 如請求項7之方法，其進一步包含： ❹ 在大體上相同之時間接通且在大體上相同之時間切斷 該對主電晶艎開關以不對該輸出端子添加或減去一淨電 荷。 12. —種充電泵，其包含： 一輸出電晶體支線’其具有在一正電源與一接地之間 串列耦合在一起之第一複數個電晶體，該輸出電晶體支 線包括一耦合至該正電源之第一主切換電晶體及一耦合 至該接地之第二主切換電晶體以週期性地對該輸出電晶 ❷ 體支線之一充電泵輸出端子充電； 一第一辅助切換電晶體及一第二辅助切換電晶體，其 在该輪出電晶體支線之一第一中間節點與—第二中間節 • 點之間串列麵合在一起；且 其中，當該第一主切換電晶鱧及該第二主切換電晶體 斷開時’該第-輔助切換電晶體及該第二輔助切換電晶 體接通以在該第一中間節點與該第二中間節點之間提供 一等化路徑。 13. 如請求項丨2之充電泵，其進一步包含： 136196.doc -4 - 200937817 一並行電晶體支線，其具有在該正電源與該接地之間 串列耦合在一起之第二複數個電晶體，該第二複數個電 晶體與該第一複數個電晶體經類似地定標；及 一或多個偏壓電路，其耦合至該輸出電晶體支線及該 並行電晶體支線，該一或多個偏壓電路用以加偏壓於該 第一複數個電晶體及該第二複數個電晶體中之一或多個 電晶體的控制端子。 14. ❹ 15. ❹ 16. 如請求項12之充電泵，其中 一第一經偏壓電晶體耦合於該充電泵輸出端子與該第 一主切換電晶體之間，且 一第二經偏壓電晶體耦合於該充電泵輸出端子與該第 二主切換電晶體之間。 如請求項14之充電泵，其中 該第一輔助切換電晶體及該第二輔助切換電晶鱧在該 第一中間節點與該第二中間節點之間提供一等化路徑f 以更快速地斷開該第一經偏壓電晶體及該第二經偏壓電 晶體並減少該充電泵輸出端子上之雜訊。 一種電路，其包含： 一電壓受控振盪器’其用以回應於一直流控制電壓而 產生一具可變頻率之輸出時脈信號； 一分頻器’其耦合至該電壓受控振盪器以接收該輸出 時脈信號，該分頻器用以細分該輸出時脈信號中之時脈 循環的數目且偏移該輸出時脈信號之一相位以更佳地與 一參考時脈信號之一相位相匹配以產生一分頻輸出信 136196.doc 200937817 號； -相位頻率偵測器’其耗合至該分頻器以接收該分頻 輸出信號，該相位頻率偵測器用以將該參考時脈信號之 該相位及頻率與該分頻輸出信號之該相位及頻率^行比 較以產生頻率控制信號，從而增加或降低由該電壓受控 振盈器產生之該輸出時脈信號之該頻率；及 一充電泵，其耦合於該電壓受控振盪器與該相位頻率 偵測器之間以接收該等頻率控制信號，該充電泵用以回 應於該頻率控制信號而產生一耦合至該電壓受控振盪器 中之輸出控制電壓，該充電泵具有在一輸出電晶體支線 中於複數個串列耦合電晶體中之一第一中間節點與一第 一中間節點之間串列耦合在一起之一第一輔助切換電晶 體及一第一輔助切換電晶體，該第一輔助切換電晶體及 該第二輔助切換電晶體用以週期性地接通以在該第一中 間節點與該第二中間節點之間提供一等化路徑從而減少 在該充電泵之輸出中之雜訊。 17. 如請求項16之電路，其進一步包含： 一低通濾波器，其耦合於該充電泵與該電壓受控振盪 器之間，該低通濾波器用以在耦合至該電壓受控振盪器 中之前大體上過濾、掉在由該充電泵產生之該輸出控制電 壓中之不需要的交流分量。 18. 如請求項16之電路，其中： 該電路為一無線電系統之一頻率合成器。 19·如請求項16之電路，其中： 136196.doc -6- 200937817 該充電泵之該輸出支線包括： 一第一主切換電晶體’其輪合至一正電源， 一第一主切換電晶體，其叙合至一接地， 一第一經偏壓電晶體，其耦合於一充電泵輸出端子 與該第一主切換電晶體之間， 一第二經偏壓電晶體，其耦合於該充電泵輸出端子 與該第二主切換電晶體，且 ❹ 20. 21. 22. 其中該第一主切換電晶體及該第二主切換電晶體用 以週期性地對該輸出電晶體支線之該充電泵輸出端子充 電。 一種充電泵，其包含： 用於加偏壓在一對主電晶體開關之間的複數個電晶體 之構件； 用於比另一主電晶體開關更早接通該對主電晶體開關 中之一者以經由該複數個經偏壓電晶體對一輸出端子添 加或減去一淨電荷之構件；及 用於在該對主電晶體開關斷開時接通輔助電晶體開關 之構件，其用於在該等主電晶體開關與該等經偏壓電晶 體之間提供一至節點之輔助等化路徑以用以等化電荷且 快速斷開該等經偏壓電晶體。 如請求項20之充電泵，其進一步包含： 用於在該對主電晶體開關接通時斷開該等辅助電晶體 開關之構件。 如請求項20之充電泵，其進一步包含： 136196.doc 200937817 用於改變該等經偏壓電晶體之偏壓控制端子上之一偏 壓控制電壓之構件。 23. 如請求項20之充電泵，其進一步包含： 用於將一參考電壓與該輸出端子上之一電壓進行比較 之構件；及 用於改變在該等經偏壓電晶體之一對偏壓控制端子上 之一偏壓控制電壓的構件。 24. 如請求項20之充電泵，其進一步包含： » 詩在大體上相同之時間接通該對主電晶體開關及在 大體上相同之時間切斷該對主電晶體開關以不斜該輸出 端子添加或減去一淨電荷之構件。 ^ ^
    136196.doc -8 -
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8401511B2 (en) 2009-11-10 2013-03-19 Realtek Semiconductor Corp. Current-mode wireless receiver and reception method thereof
TWI499215B (zh) * 2012-10-17 2015-09-01 Mstar Semiconductor Inc 充放電電路以及使用此充放電電路的鎖相迴路電路

Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4826968B2 (ja) * 2005-06-29 2011-11-30 エスティー‐エリクソン、ソシエテ、アノニム 適合性の基準周波数補正による同期方式
US9833184B2 (en) * 2006-10-27 2017-12-05 Adidas Ag Identification of emotional states using physiological responses
US8018269B2 (en) 2007-11-13 2011-09-13 Qualcomm Incorporated Fast-switching low-noise charge pump
CN101572481B (zh) * 2009-06-11 2014-03-26 四川和芯微电子股份有限公司 一种电荷泵电路
CN101895192A (zh) * 2010-07-30 2010-11-24 苏州科山微电子科技有限公司 一种可解决电荷分配和电流失配问题的电荷泵
CN101888181B (zh) * 2010-08-02 2012-09-05 中国电子科技集团公司第二十四研究所 基于反馈的电荷泵电路
CN102185473A (zh) * 2011-03-28 2011-09-14 复旦大学 一种低电流失配、低电流变化的电荷泵电路
CN102195639A (zh) * 2011-04-18 2011-09-21 上海信朴臻微电子有限公司 低噪声偏置电路及宽带压控振荡电路
US8482340B2 (en) * 2011-11-04 2013-07-09 Texas Instruments Incorporated Master-slave low-noise charge pump circuit and method
US9166607B2 (en) * 2012-03-01 2015-10-20 Qualcomm Incorporated Capacitor leakage compensation for PLL loop filter capacitor
CN103346784B (zh) * 2013-06-18 2016-04-13 成都嘉纳海威科技有限责任公司 一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路
CN103490626B (zh) * 2013-09-30 2016-08-17 中国科学技术大学 一种基于并联反馈的电荷泵
TWI547097B (zh) * 2014-07-24 2016-08-21 登豐微電子股份有限公司 延時電路
US10186942B2 (en) * 2015-01-14 2019-01-22 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Methods and apparatus for discharging a node of an electrical circuit
US9490696B2 (en) 2015-02-09 2016-11-08 Qualcomm Incorporated Charge pump with switching gate bias
US9455723B2 (en) 2015-02-27 2016-09-27 Qualcomm Incorporated Leakage compensation circuit for phase-locked loop (PLL) large thin oxide capacitors
CN106469979B (zh) * 2015-08-14 2020-08-04 恩智浦美国有限公司 具有共用电容器振荡器的低电压纹波电荷泵
US10193560B2 (en) 2016-12-28 2019-01-29 Analog Bits Inc. Method and circuits for charge pump devices of phase-locked loops
JP6768617B2 (ja) 2017-09-19 2020-10-14 株式会社東芝 チャージポンプ回路
EP3961929A4 (en) * 2019-05-23 2022-07-27 Huawei Technologies Co., Ltd. PHASE LOCKED LOOP

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4860073A (en) * 1982-11-29 1989-08-22 General Electric Company Solid state imaging apparatus
US4792705A (en) 1986-03-14 1988-12-20 Western Digital Corporation Fast switching charge pump
JPH01293718A (ja) * 1988-05-20 1989-11-27 Hitachi Ltd 位相同期回路
JP2724919B2 (ja) * 1991-02-05 1998-03-09 三菱電機株式会社 基板バイアス発生装置
JP2877196B2 (ja) 1996-03-28 1999-03-31 日本電気株式会社 チャージポンプ回路およびそれを備えた位相同期回路
US5825640A (en) 1997-06-30 1998-10-20 Motorola, Inc. Charge pump circuit and method
JP3619352B2 (ja) * 1997-08-28 2005-02-09 株式会社ルネサステクノロジ 半導体集積回路装置
JP2933070B2 (ja) * 1997-09-03 1999-08-09 日本電気株式会社 チャ−ジポンプ回路
US6208542B1 (en) * 1998-06-30 2001-03-27 Sandisk Corporation Techniques for storing digital data in an analog or multilevel memory
DE19910113C1 (de) 1999-03-08 2000-08-31 Siemens Ag Ladungspumpenschaltung (Charge Pump) in einer elektrischen Phasenregelschleife (PLL)
JP3250540B2 (ja) * 1999-03-15 2002-01-28 日本電気株式会社 Ｐｌｌ回路
JP3959886B2 (ja) 1999-03-24 2007-08-15 松下電工株式会社 照明器具
KR100416589B1 (ko) * 2001-01-06 2004-02-05 삼성전자주식회사 스위칭 특성을 개선하고 누설전류를 감소시키는 전하펌프회로 및 이를 구비하는 위상동기 루프
JP4608153B2 (ja) 2001-09-10 2011-01-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 チャージポンプ電流補正回路
US6472915B1 (en) * 2001-09-19 2002-10-29 Cypress Semiconductor Corp. Method for charge pump tri-state and power down/up sequence without disturbing the output filter
JP2003298414A (ja) * 2002-04-03 2003-10-17 Toshiba Corp 半導体集積回路
US6731145B1 (en) * 2002-08-09 2004-05-04 Rf Micro Devices, Inc. Phase-locked loop having loop gain and frequency response calibration
US6744292B2 (en) * 2002-10-25 2004-06-01 Exar Corporation Loop filter capacitor multiplication in a charge pump circuit
JP4059077B2 (ja) * 2002-12-26 2008-03-12 ソニー株式会社 チャージポンプ及びそれを用いたｐｌｌ回路
US7020793B1 (en) * 2003-01-31 2006-03-28 Lsi Logic Corporation Circuit for aligning signal with reference signal
US6894529B1 (en) * 2003-07-09 2005-05-17 Integrated Device Technology, Inc. Impedance-matched output driver circuits having linear characteristics and enhanced coarse and fine tuning control
WO2005057791A1 (en) 2003-12-11 2005-06-23 Mosaid Technologies Incorporated High output impedance charge pump for pll/dll
US7161401B2 (en) * 2004-02-27 2007-01-09 Broadcom Corporation Wide output-range charge pump with active biasing current
US7102400B1 (en) * 2004-08-30 2006-09-05 Sitel Semiconductor B.V. Phase locked loop charge pump and method of operation
WO2006087508A1 (en) 2004-10-11 2006-08-24 Frontier Silicon Limited Charge pump circuits
JP4673613B2 (ja) * 2004-12-02 2011-04-20 エルピーダメモリ株式会社 Ｐｌｌ回路
US7190231B2 (en) 2005-04-11 2007-03-13 Ana Semiconductor High-performance charge-pump circuit for phase-locked loops
JP4539555B2 (ja) * 2005-12-28 2010-09-08 三菱電機株式会社 チャージポンプ回路
WO2008030182A1 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Agency For Science, Technology And Research A charge pump circuit
US7439784B2 (en) * 2006-12-29 2008-10-21 Mediatek Inc. Charge pump for reducing current mismatch
US8018269B2 (en) 2007-11-13 2011-09-13 Qualcomm Incorporated Fast-switching low-noise charge pump

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8401511B2 (en) 2009-11-10 2013-03-19 Realtek Semiconductor Corp. Current-mode wireless receiver and reception method thereof
TWI407705B (zh) * 2009-11-10 2013-09-01 Realtek Semiconductor Corp 電流形式的無線接收系統及無線接收方法
TWI499215B (zh) * 2012-10-17 2015-09-01 Mstar Semiconductor Inc 充放電電路以及使用此充放電電路的鎖相迴路電路

Also Published As

Publication number Publication date
KR101256272B1 (ko) 2013-04-18
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