TWI325224B - Differential charge pump - Google Patents
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Description
1325224
違編號：TW2274PA 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 種 本發明是有關於一種充電幫浦，且特別是有關於 差動式充電幫浦。 、 【.先前技術】 十請參考電子與電機工程協會（IEEE)於2〇〇3年七 第38卷、第7期所刊載之固態元件之期刊「―七月' 微米製程之數位CM0S所實現之用於時脈 · 動鎖相迴路u Subp娜ec_ mter PLL H秒斗
Generation ln 0. 12-um Digital CMOS),，Νι〇" 广一Γ所發表，該㈣ 白，充0浦，此充電幫浦需利用—運算放大器 = 壓’然而，由於此充電幫浦於初始時，須利用 :放大器來穩定充電及放電開關間之端點之電 二另免Π'1。·)而使其電屋不穩定，也因此， 該另—運鼻放大器會造成額外之功率消耗。 【發明内容】 有鏗於此’本發明的目的之—在於提供 «浦，以解決先前技術之問I 讀式充 根據本發明的目的，提出— 式充電幫浦包括第一電流源、第二帝=充!幫浦。差動 第四電流源、第五電流源、第：源：弟三電流源、 冤机源、弟—開關、第二 1325224 «
三達編號：TW2274PA 開關、電容、運算放大器及第一電流調整裝置及第二電流 調整裝置。第一電流源之輸出端耦接至第一節點。第二電 . 流源由一調整訊號控制以提供穩定電流，其輸入端係耦接 - 至第一節點。第一開關之一端與第一節點耦接，另一端與 第三電流源之輸入端耦接。第四電流源之輸出端耦接至一 第二節點。第五電流源由調整訊號控制以提供穩定電流， 其輸入端係耦接至第二節點。第二開關之一端與第二節點 耦接，另一端與第六電流源之輸入端耦接。電容耦接於第 ^ 一節點與第二節點之間。運算放大器用以根據一參考電 壓、第一節點之電壓及第二節點之電壓，以輸出調整訊 號。第一電流調整裝置耦接至第一節點。於第一開關及第 二開關導通時，第一電流調整裝置係提供第一調整電流至 第一節點，使流經第二電流源之電流維持為穩定電流。於 第一開關及第二開關不導通時，第一電流調整裝置係使第 二調整電流自第一節點流至第一電流調整裝置，使流經第 $ 二電流源之電流維持為穩定電流。第二電流調整裝置耦接 至第二節點。於第一開關及第二開關導通時，第二調整電 流裝置係提供一第三調整電流至第二節點，使流經第五電 流源之電流維持為穩定電流。於第一開關及第二開關不導 通時，第二電流調整裝置係使第四調整電流自第二節點流 至第二電流調整裝置，使流經第五電流源之電流維持為穩 定電流。 為讓本發明之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說 1325224 *«
' 三達編號：TW2274PA 電流調整裝置K1耦接於節點N1，係提供一調整電流 ial或調整電流ia2，使流經電流源122之電流維持為穩 • 定電流ifb之值。電流調整裝置K1包括開關S231及電流 源1271。電流源1271係提供調整電流ial。開關S231之 一端耦接於電流源1271之輸出端，另一端耦接於節點N1。 開關S231係由一睡眠訊號s 1 eep控制，睡眠訊號s 1 eep 係為上升訊號UP及下降訊號DN之反或值（NOR)。反相上 升訊號UPb係上升訊號UP之反相，反相下降訊號DNb係 •下降訊號DN之反相。 電流調整裝置K1更包括電流源1281及開關S241， 以因應上升訊號UP及下降訊號DN均為致能之情況，然此 情形可能不存在，故可不設置電流源1281及開關S241。 電流源1281係提供調整電流ia2。開關S241之一端耦接 於電流源1281之輸入端，另一端耦接於節點N1。開關S241 係由一動作訊號act i ve控制，動作訊號act i ve係為上升 0 訊號UP及下降訊號DN之和值（AND)。當開關S241導通時， 調整電流ia2係自節點N1流至電流源1281。 電流調整裝置K2耦接於節點N2，係提供一調整電流 ia3或調整電流ia4，使流經電流源i25之電流維持為穩 定電流ifb之值。電流調整裝置K2包括電流源1272及開 關S232。電流源1272係提供調整電流ia3。開關S232之 一端耦接於電流源1272之輸出端，另一端耦接於節點N2。 開關S232係由睡眠訊號s 1 eep控制。 電流調整裝置K2更包括電流源1282及開關S242， 1325224 - ··
三達編號：TW2274PA 以因應上升訊號UP及下降訊號Μ均為致能之情況，然此 情形可能不存在，故可不設置電流源1282及開關S242。 電流源1282係提供調整電流ia4。開關S242之一端耦接 於電流源1282之輸入端，另一端耦接於節點N2。開關S242 係由動作訊號active控制。 .以下敘述各訊號如何使差動式充電幫浦200動作。於 本貫施例中’調整電流i a 1、調整電流i a 2、調整電流i a 3 與調整電流ia4之關係如下所示： ® ial = ia2 = ia3 = ia4 = il/2 ； 且穩定電流ifb與電流iO及電流il之關係如下所示： ifb = ιΟ - il/2 。 .當上升訊號UP為致能，下降訊號DN為非致能，使開 關S21不導通，開關S22導通，且開關S231、S232、S241 及S242皆不導通。則電流源121輸出之電流iO，因電流 源122須提供穩定電流ifb，即iO-il/2，使一電流il/2 ^ 經電容C21自節點N1流至節點N2。 而電流源124所提供之電流iO，流至節點N2時，因 電流源126須提供電流il，使得剩餘電流僅為io-il，但 再加上經電容C21流至電流源125之輸入端之電流il/2， 則可使流經電流源125之穩定電流ifb自然為io-il/2之 值。如此，可使控制電流源125之運算放大器021之動態 範圍（Dynamic range)可減少。 當上升訊號UP為非致能，下降訊號DN為致能，使開 關S22不導通，開關S21導通，且開關S231、S232、S241
號：TW2274PA 號：TW2274PA 及S242皆不導通。目丨丨 TOC /τ,1θ , 〜電流源124輸出之電流i〇，因電流 源125須提供穩定雷法 \电机ifb ’即i0-n/2，使一電流il/2 鉍電容C21自節點N9、* ^ 叩·，，、5⑽流至節點Nl。 _、而電机源121所提供之電流i〇，流至節點附時，因 電机源123須提供電流l ^，使得剩餘電流僅為，但 再加上經電谷C21流至節點N1之電流ii/2，則可使流經 電流源122之穩定電流ifb自然為io__ii/2之值。如此， _ 可使控制電流源122之運算放大器〇21之動態範圍可減 少。 富上升5fl號UP及下降訊號dn為非致能時，睡眠訊號 sleep係為致能，使開關S2i及從2導通，且開關S23l及 S232導通，開關S241及S242不導通。 電流源121輸出電流i〇，因電流源123需提供電流 11，會使得穩定電流ifb之值為汕-u，而使得運算放 器〇21須控制電流源122之穩定電流ifb提升至 會使節點N1之電壓Vc+不甚穩定。但電流源1271係 調整電流以1，即11/2,至節點N1，而使得電流源^ 穩定電流lfb自然為iO-U/2。如此可避免節 ，
Vc+擺盪過大。 疋電壓 屯流源124輸出電流10，因電流源丨25需提供略亡 ，會使得穩定電流lfb之值為l0 —U，而使得運/管％流 器〇21須控制電流源125之穩定電流ifb提升至^故大 使節點M2之電壓Vc一不甚穩定。但電· 1272錄=2’ 流即11/2,至節點N2,而使得電流源咕之 11 1325224 1
' 三達編號：TW2274PA 流i f b自然為i 〇- i 1 /2。如此可避免節點N2之電壓vc-擺 盪過大。而此時無電流流經電容C21。 當上升讯號UP及下降訊號DN同時為致能時’開關 S241及S242導通，開關S21、S22、S231及S232不導通。 電流源121輸出之電流丨〇至節點n 1時，因開關S241導 通及電流源1281須產生調整電流ia2，即il/2，會使得 電流源122之穩定電流ifb自然為i〇_il/2。 電流源124輸出之電流i〇至節點N2時，因開關兕42 導通及電流源1282須產生調整電流ia4，即ι1/2，會使 得電流源125之穩定電流lfb自然為1〇_il/2。而此時無 電流流經電容C21。 綜上所述’雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， 然其並非動本發明，任何熟胃此技藝者，在不脫離 本發明之精神和範_，當可作各種之更動與潤飾，因此 本發明之保護範圍當視後附之巾請專利範圍所界定者 。 、' 12 1325224 *
三達編號：TW2274PA 【圖式簡單說明】 第1圖繪示圖係依本發明一較佳實施例的差動式充 .· 電幫浦之電路圖。 【主要元件符號說明】 m、122、123、124、125、126、I27；l、128卜 1272、 1282 :電流源 S21、S22、S231、S241、S232、S242 :開關 C21 :電容 . 021 :運算放大器。 200 :差動式充電幫浦 ΚΙ、K2 :電流調整裝置 13
Claims (1)
1325224 97年以月％日修正本 三達編號：TW2274PA 十、申請專利範圍： 1. 一種差動式充電幫浦，包括： 一第一電流源，其輸出端耦接至一第一節點； 一第二電流源，由一調整訊號控制以提供一穩定電 流，其輸入端係耦接至該第一節點； 一第三電流源； 一第一開關，一端與該第一節點耦接，另一端與該 第三電流源之輸入端耦接，該第一開關係由一第一訊號 控制；
一第四電流源，其輸出端耦接至一第二節點； 一第五電流源，由該調整訊號控制以提供該穩定電 流，其輸入端係耦接至該第二節點； 一第六電流源； 一第二開關，一端與該第二節點耦接，另一端與該 第六電流源之輸入端耦接，該第二開關係由一第二訊號 控制； 一電容，一端耦接於該第一節點，另一端耦接於該 第—卽點， 一運算放大器，用以根據一參考電壓、該第一節點 之電壓及該第二節點之電壓，以輸出該調整訊號； 一第一電流調整裝置，耦接至該第一節點，該第一 電流調整裝置係用來於該第一訊號及該第二訊號均為致 能或非致能時，提供一第一調整電流流至該第一節點， 或使一第二調整電流自該第一節點流入該第一電流調整 裝置，以使該第二電流源之該穩定電流實質上維持固 定；以及 1325224 三達編號：TW2274PA 一第二電流調整裝置，耦接至該第二節點，該第二 電流調整裝置係用來於該第一訊號及該第二訊號均為致 能或非致能時，提供一第三調整電流流至該第二節點， 或使一第四調整電流自該第二節點流入該第二電流調整 裝置，以使該第五電流源之該穩定電流實質上維持固定。 2. 如申請專利範圍第1項所述之差動式充電幫浦， 其中該第一電流調整裝置包括： 一第七電流源，係提供該第一調整電流；及 φ 一第三開關，一端耦接於該第七電流源之輸出端，另 一端耦接於該第一節點，當該第一開關及該第二開關導通 時，該第三開關導通，使該第一調整電流係自該第七電流 源流至該第一節點，使該第二電流源之該穩定電流維持固 定。 3. 如申請專利範圍第2項所述之差動式充電幫浦， 其中該第一電流調整裝置更包括： 一第八電流源，係提供該第二調整電流；及 φ 一第四開關，一端耦接於該第八電流源之輸入端，另 一端耦接於該第一節點，當該第一開關及該第二開關不導 通時，該第四開關導通，使該第二調整電流係自該第一節 點流至該第八電流源，使該第二電流源之該穩定電流維持 固定。 4. 如申請專利範圍第1項所述之差動式充電幫浦， 其中該第二電流調整裝置包括： 一第七電流源，係提供該第三調整電流；及 一第三開關，一端耦接於該第七電流源之輸出端，另 15 1325224 三達編號：TW2274PA 一端耦接於該第二節點，當該第一開關及該第二開關導通 時，該第三開關導通，使該第三調整電流係自該第七電流 源流至該第二節點，使該第五電流源之該穩定電流維持固 定。 5. 如申請專利範圍第4項所述之差動式充電幫浦， 其中該第二電流調整裝置更包括： 一第八電流源，係提供該第四調整電流；及 一第四開關，一端耦接於該第八電流源之輸入端，另 • 一端耦接於該第二節點，當該第一開關及該第二開關不導 通時，該第四開關導通，使該第四調整電流係自該第二節 點流至該第八電流源，使該第五電流源之該穩定電流維持 固定。 6. 如申請專利範圍第1項所述之差動式充電幫浦， 係用於DVD之前級放大器（Preamp)之差動相位债測器 (differential phase detector ， DPD) 〇 7. 如申請專利範圍第1項所述之差動式充電幫浦， ® 其中該第一調整電流、該第二調整電流、該第三調整電流 與該第四調整電流係實質上相等。 8. —種差動式充電幫浦，包含： 一差動式充電幫浦單元，用來依據一上升訊號及一下 降訊號來產生一控制訊號； 一電流調整裝置，耦接該差動式充電幫浦單元，用來 於該上升訊號及該下降訊號均為致能或非致能時提供一 調整訊號至該差動式充電幫浦單元；以及 1325224 三達編號：TW2274PA 一控制電路，耦接該差動式充電幫浦單元，用來依據 該控制訊號以輸出一回授訊號至該差動式充電幫浦單元。 9. 如申請專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， 其中該差動式充電幫浦單元包含： 一回授控制電流源，用來依據該回授訊號以輸出一回 授電流； 其中該上升訊號及該下降訊號均為致能或非致能 時’該回授控制電流源依據該調整訊號輸出該回授電流。 10. 如申請專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， 其中該電流調整裝置包含： 一第一電流源，用於該上升訊號及該下降訊號均為非 致能時提供該調整訊號；以及 一第二電流源，用於該上升訊號及該下降訊號均為致 能時提供該調整訊號。 11. 如申請專利範圍第1〇項所述之差動式充電幫 浦，其中該調整訊號係用來穩定該控制訊號之值。 12. 如申請專利範圍第10項所述之差動式充電幫 浦，其中該電流調整裝置進一步包含： 一第一開關，耦接於該第一電流源及該差動式充電幫 浦單7L之間，用於該上升訊號及該下降訊號均為非致能時 耦接該第一電流源及該差動式充電幫浦單元；以及 。一第二開關，耦接於該第二電流源及該差動式充電幫 浦單70之間，用於該上升訊號及該下降訊號均為致能時耦 接該第二電流源及該差動式充電幫浦單元。 丄d厶J厶厶外 二達編號：TW2274PA 13.如申明專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， • /、中該調整訊號係一調整電流。 ’ 14·如申清專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， • 其中該控制電路包含： 運算放大器，用來依據該控制訊號以輸出該回授訊號。 15. 如申請專利範圍第14項所述之差動式充電幫 浦，其中該回授訊號係一回授電壓。 16. 如申請專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， 鲁其中該控制訊號係一控制電壓。 17. 如申請專利範圍第8項所述之差動式充電幫浦， 其係用於差動相位偵測器（differential phase detector ， DPD)中 °
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