TWI416877B - 充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路 - Google Patents

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Description

充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路
本案是有關於一種充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路。
在現今日趨精密的晶片應用領域中，系統晶片(system-on-chip,SoC)是一個不可避免的趨勢。然而在越來越複雜的架構中，晶片內部電路需要一個乾淨且穩定的時脈產生器，用以提供系統的時脈訊號。因此，鎖相迴路(Phase-Locked Loop,PLL)或延遲鎖定迴路(Delay-Locked Loop,DLL)被廣泛的應用在系統的時脈產生器，目的在於產生一低抖動且不受製程變異的時脈訊號。而在鎖相迴路及延遲鎖定迴路的架構中，充電泵(Charge Pump)鎖相迴路及充電泵延遲鎖定迴路是最常被業界使用的架構，原因在於其實現方式簡單且易於量產。
由於充電泵是相當重要的類比區塊，故充電泵電路的設計在充電泵鎖相迴路與充電泵延遲鎖定迴路的電路架構中佔據高重要性。充電泵電路的設計會大大影響到鎖相迴路與延遲鎖定迴路的效能，而如何能夠更加提昇充電泵電路的效率、精準度及速度，會是設計鎖相迴路中的一個重要課題。
請參照第1圖，其繪示傳統充電泵之一例之示意圖。茲舉充電泵10應用於鎖相迴路進行說明，然並不限制。在鎖相迴路中，開關SW1~SW4及SWR決定充放電的時機，並每個參考期間結束時進行重置(reset)的動作。若充放電電流不匹配時，鎖相迴路會調整開關SW1~SW4及SWR的充放電時間以達到電荷平衡並維持鎖定。然而，充電泵10會遭受到電流不匹配的問題，導致較大的鎖定時漣波(ripple)，換言之在頻譜上即為所謂的突波(spur)。當鎖相迴路產生的高頻時脈含有突波的成分，且剛好干擾訊號亦落在相同的頻率偏移上，可能會導致頻率調變並進而降低訊號的訊噪比(SNR)。
請參照第2圖，其繪示傳統充電泵之另一例之示意圖。為了解決電流不匹配的問題，第2圖中的充電泵20採用一運算放大器OPA以強制充放電電流相等。然而，上述的作法可能會消耗電路架構上比較大的面積，更可能使得充電泵20及其應用電路會受限於運算放大器OPA的頻寬或增益。
本案是有關於一種充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路，藉由額外的反相重置訊號及反相重置開關解決充電泵電路的電流不匹配情形。
根據本案之第一方面，提出一種充電泵，依據一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號提供一輸出訊號。充電泵包括一第一電流源、一第二電流源、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一重置開關、一反相重置開關以及一電容。第一開關的控制端由第一控制訊號觸發，第一開關的第一端耦接至第一電流源。第二開關的控制端由第二控制訊號觸發，第二開關的第一端耦接至第二電流源。第三開關的控制端由第一控制訊號的反相訊號觸發，第三開關的第一端耦接至第一電流源。第四開關的控制端由第二控制訊號的反相訊號觸發，第四開關的第一端耦接至第二電流源。重置開關的第一端耦接至第三開關的第二端及第四開關的第二端，重置開關的第二端耦接至第一開關的第二端及第二開關的第二端。反相重置開關的控制端由反相重置訊號觸發，反相重置開關的第一端耦接至重置開關的第二端，反相重置開關的第二端耦接至充電泵的輸出端。電容的第一端耦接至充電泵的輸出端，電容的第二端耦接至一地電壓。
根據本案之第二方面，提出一種相位偵測裝置，包括一相頻偵測器以及一充電泵。相頻偵測器偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號。充電泵包括一第一電流源、一第二電流源、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一重置開關、一反相重置開關以及一電容。第一開關的控制端由第一控制訊號觸發，第一開關的第一端耦接至第一電流源。第二開關的控制端由第二控制訊號觸發，第二開關的第一端耦接至第二電流源。第三開關的控制端由第一控制訊號的反相訊號觸發，第三開關的第一端耦接至第一電流源。第四開關的控制端由第二控制訊號的反相訊號觸發，第四開關的第一端耦接至第二電流源。重置開關的第一端耦接至第三開關的第二端及第四開關的第二端，重置開關的第二端耦接至第一開關的第二端及第二開關的第二端。反相重置開關的控制端由反相重置訊號觸發，反相重置開關的第一端耦接至重置開關的第二端，反相重置開關的第二端耦接至充電泵的輸出端。電容的第一端耦接至充電泵的輸出端，電容的第二端耦接至一地電壓。
根據本案之第三方面，提出一種鎖相迴路，包括一相頻偵測器、一充電泵、一壓控振盪器以及一除頻器。相頻偵測器偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號。充電泵包括一第一電流源、一第二電流源、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一重置開關、一反相重置開關以及一電容。第一開關的控制端由第一控制訊號觸發，第一開關的第一端耦接至第一電流源。第二開關的控制端由第二控制訊號觸發，第二開關的第一端耦接至第二電流源。第三開關的控制端由第一控制訊號的反相訊號觸發，第三開關的第一端耦接至第一電流源。第四開關的控制端由第二控制訊號的反相訊號觸發，第四開關的第一端耦接至第二電流源。重置開關的第一端耦接至第三開關的第二端及第四開關的第二端，重置開關的第二端耦接至第一開關的第二端及第二開關的第二端。反相重置開關的控制端由反相重置訊號觸發，反相重置開關的第一端耦接至重置開關的第二端，反相重置開關的第二端耦接至充電泵的輸出端。電容的第一端耦接至充電泵的輸出端，電容的第二端耦接至一地電壓。壓控振盪器的輸入端耦接至電容的第一端。除頻器的輸入端耦接至壓控振盪器的輸出端，除頻器的輸出端提供第二頻率訊號給相頻偵測器。
根據本案之第四方面，提出一種延遲鎖定迴路，包括一相頻偵測器、一充電泵以及一壓控延遲線。相頻偵測器偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號。充電泵包括一第一電流源、一第二電流源、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一重置開關、一反相重置開關以及一電容。第一開關的控制端由第一控制訊號觸發，第一開關的第一端耦接至第一電流源。第二開關的控制端由第二控制訊號觸發，第二開關的第一端耦接至第二電流源。第三開關的控制端由第一控制訊號的反相訊號觸發，第三開關的第一端耦接至第一電流源。第四開關的控制端由第二控制訊號的反相訊號觸發，第四開關的第一端耦接至第二電流源。重置開關的第一端耦接至第三開關的第二端及第四開關的第二端，重置開關的第二端耦接至第一開關的第二端及第二開關的第二端。反相重置開關的控制端由反相重置訊號觸發，反相重置開關的第一端耦接至重置開關的第二端，反相重置開關的第二端耦接至充電泵的輸出端。電容的第一端耦接至充電泵的輸出端，電容的第二端耦接至一地電壓。壓控延遲線的控制端耦接至電容的第一端，壓控延遲線的輸入端接收第一頻率訊號，壓控延遲線的輸出端提供第二頻率訊號給相頻偵測器。
根據本案之第五方面，提出一種充電泵，依據一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號提供一輸出訊號。充電泵包括一第一電流源、一第二電流源、一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一運算放大器、一反相重置開關以及一電容。第一開關的控制端由第一控制訊號觸發，第一開關的第一端耦接至第一電流源。第二開關的控制端由第二控制訊號觸發，第二開關的第一端耦接至第二電流源。第三開關的控制端由第一控制訊號的反相訊號觸發，第三開關的第一端耦接至第一電流源。第四開關的控制端由第二控制訊號的反相訊號觸發，第四開關的第一端耦接至第二電流源。運算放大器的第一端耦接至第三開關的第二端及第四開關的第二端，運算放大器的第二端耦接至第一開關的第二端及第二開關的第二端。反相重置開關的控制端由反相重置訊號觸發，反相重置開關的第一端耦接至運算放大器的第二端，反相重置開關的第二端耦接至充電泵的輸出端。電容的第一端耦接至充電泵的輸出端，電容的第二端耦接至一地電壓。
為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
本案提出一種充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路，藉由額外的反相重置訊號及反相重置開關解決充電泵電路的電流不匹配情形，故充電泵可不受傳統類比電路的頻寬限制，可大幅提升操作速度並適用於高速應用。
請參照第3圖，其繪示依照本案較佳實施例之延遲鎖定迴路之方塊圖。延遲鎖定迴路300具有一相頻偵測器(phase frequency detector，PFD)310、一充電泵320以及一壓控延遲線(voltage-controlled delay line，VCDL)330。相頻偵測器310偵測一第一頻率訊號REF與一第二頻率訊號FBB之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號UP、一第二控制訊號DN與一反相重置訊號RSTB。充電泵320包括一第一電流源CS1、一第二電流源CS2、一第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關SW3、一第四開關SW4、一重置開關SWR、一反相重置開關SWIR以及一電容C。
第一開關SW1的控制端由第一控制訊號UP觸發。第一開關SW1的第一端耦接至第一電流源CS1。第二開關SW2的控制端由第二控制訊號DN觸發。第二開關SW2的第一端耦接至第二電流源CS2。第三開關SW3的控制端由第一控制訊號UP的反相訊號UPB觸發，第三開關SW3的第一端耦接至第一電流源CS1，第三開關SW3的第二端耦接至節點B。第四開關SW4的控制端由第二控制訊號DN的反相訊號DNB觸發，第四開關SW4的第一端耦接至第二電流源CS2，第四開關SW4的第二端耦接至節點B。
重置開關SWR的第一端耦接至第三開關SW3的第二端及第四開關SW4的第二端(即節點B)，重置開關SWR的第二端耦接至第一開關SW1的第二端及第二開關SW2的第二端(即節點A)。反相重置開關SWIR的控制端由反相重置訊號RSTB觸發，反相重置訊號RSTB為重置訊號RST的反相訊號。反相重置開關SWIR的第一端耦接至重置開關SWR的第二端(即節點A)，反相重置開關SWIR的第二端耦接至充電泵320的輸出端(即節點O)。電容C的第一端耦接至充電泵320的輸出端，電容C的第二端耦接至一地電壓。上述反相訊號UPB、DNB與RSTB可以由相頻偵測器310提供。在某些實施例中相頻偵測器310沒有提供反相訊號UPB、DNB與RSTB者，則充電泵310可以配置反相器將控制訊號UP與DN及重置訊號RST反相而獲得反相訊號UPB、DNB與RSTB。
於一重置期間Tr ，第一開關SW1、第二開關SW2、重置開關SWR為導通(turn on)，於緊鄰重置期間Tr 之一第一期間T1 ，第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通。上述重置期間Tr 可以由相頻偵測器310內部的重置訊號RST定義之。在某些實施例中相頻偵測器310沒有提供重置訊號RST者，則充電泵320可以配置邏輯電路來偵測控制訊號UP或DN的下降緣，然後由此邏輯電路依據控制訊號UP或DN的下降緣定義重置期間Tr 。
壓控延遲線330的輸入端接收第一頻率訊號REF。充電泵320的輸出端(節點O)所輸出的類比電壓會經由電容C而控制壓控延遲線330的延遲時間。因此，壓控延遲線330會將第一頻率訊號REF加以延遲，而於輸出端提供對應的輸出頻率訊號OUT給下一級電路(未繪示)。此輸出頻率訊號OUT會做為第二頻率訊號FBB而回授給相頻偵測器310。上述壓控延遲線330是公知技藝，故不再此贅述相關實施方式。
請參照第4圖，其繪示依照本案較佳實施例之鎖相迴路之方塊圖。鎖相迴路400具有一相頻偵測器410、一充電泵420、一壓控振盪器(voltage-controlled oscillator，VCO)430以及一除頻器440。相頻偵測器410與充電泵420可以參照第3圖中相頻偵測器310與充電泵320的相關說明，在此不予贅述。壓控振盪器430的輸入端耦接至充電泵420的輸出端(節點O)。電容C與節點O之間更耦接一電阻R。壓控振盪器430的控制端經由電阻R與電容C接收充電泵420的輸出端所輸出的類比電壓，此類比電壓會控制壓控振盪器430的振盪頻率。因此，壓控振盪器430的輸出端提供對應的輸出頻率訊號OUT給下一級電路(未繪示)。除頻器440的輸入端耦接至壓控振盪器430的輸出端，以對輸出頻率訊號OUT進行除頻操作。除頻器440於輸出端提供對應的第二頻率訊號FBB給相頻偵測器410。上述壓控振盪器430與除頻器440是公知技藝，故不在此贅述相關實施方式。
請參照第5圖，其繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器之方塊圖。於第5圖中雖僅繪示相頻偵測器310，然相頻偵測器410之電路架構亦同。相頻偵測器410包括一第一正反器510、一第二正反器520、一及閘530以及一反相器540。第一正反器510的輸入端D接收工作電壓VDD，第一正反器510的觸發端接收第一頻率訊號REF，第一正反器510的反相輸出端QB輸出反相訊號UPB，而第一正反器510的輸出端Q輸出第一控制訊號UP。第二正反器520的輸入端D接收工作電壓VDD，第二正反器520的觸發端接收第二頻率訊號FBB，第二正反器520的反相輸出端QB輸出反相訊號DNB，第二正反器520的輸出端Q輸出第二控制訊號DN。及閘530的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至第一正反器510與第二正反器520的輸出端Q，及閘530的輸出端輸出重置訊號RST至重置開關SWR的控制端、第一正反器510的重置端、第二正反器520的重置端及反相器540的輸入端。反相器540的輸出端輸出反相重置訊號RSTB。
請參照第6A圖及第6B圖，第6A圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在放電電流大於充電電流情況下之一例之訊號時序圖，第6B圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在充電電流大於放電電流情況下之一例之訊號時序圖。請同時參照第5圖，第一頻率訊號REF與第二頻率訊號FBB的上升緣會分別觸發第一正反器510與第二正反器520。第一正反器510與第二正反器520被觸發後會對應輸出第一控制訊號UP與第二控制訊號DN。
在第一正反器510與第二正反器520全被觸發時，及閘530會輸出重置訊號RST以將第一控制訊號UP與第二控制訊號DN重置為邏輯低準位。亦即，相頻偵測器310/410會偵測第一控制訊號UP或第二控制訊號DN的下降緣，然後據以定義重置期間Tr 。當第一頻率訊號REF的相位領先第二頻率訊號FBB的相位，同時所對應的放電電流大於充電電流的情況會如第6A圖所示；當第一頻率訊號REF的相位落後第二頻率訊號FBB的相位時，同時所對應的充電電流大於放電電流的情況會如第6B圖所示。
於第6A圖中，在一第一期間T1 ，第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通，充電泵320/420的電流流經第三開關SW3及第四開關SW4。由於在此例中放電電流大於充電電流，故於第一期間T1 ，節點B的電位會往地電壓漂動。於一第二期間T2 ，第一開關SW1、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通，充電泵320/420的電流經由節點A對電容C進行充電，因此節點O的電位VO 會上升。此時，放電電流對節點B進行放電，故節點B的電位持續下降。
於一重置期間Tr ，第一開關SW1、第二開關SW2及重置開關SWR導通，節點A與節點B短路。由於節點A與電容C之間為斷路，故節點A與節點B進行電荷分享(charge sharing)而處於相同的電位。因此，在重置期間Tr 的電流誤差被限制在充電泵320/420電路內而不會影響到電容C的電位。由於在此例中放電電流大於充電電流，故平衡後的電位會往地電壓漂動。之後，又回到第一期間T1 ，第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通。
在此第一期間T1 ，由於節點A與節點B之間為斷路，節點B因為不匹配的電流而繼續放電。此時，節點A的電位與電容C進行電荷分享，而由於節點A的寄生電容遠小於電容C，因此最後平衡後的電位會與原本經由第二期間T2 充電後的電位幾乎相同。以此過程類推，迴路將持續重複上述動作至鎖定。是故，在不考慮漏電流的情形下，即使放電電流大於充電電流，充電泵320/420的輸出端的電位VO 在鎖定相位時不會產生漣波，換言之在頻譜上亦不會產生突波。
於第6B圖中，在第一期間T1 ，第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通，充電泵320/420的電流流經第三開關SW3及第四開關SW4。由於在此例中充電電流大於放電電流，故於第一期間T1 ，節點B的電位會往工作電壓VDD漂動。於第二期間T2 ，第二開關SW2、第三開關SW3及反相重置開關SWIR為導通，充電泵320/420的電流經由節點A對電容C進行放電，因此節點O的電位VO 會下降。此時，充電電流對節點B進行充電，故節點B的電位持續上升。
於重置期間Tr ，第一開關SW1、第二開關SW2及重置開關SWR導通，節點A與節點B短路。由於節點A與電容C之間為斷路，故節點A與節點B進行電荷分享而處於相同的電位。因此，在重置期間Tr 的電流誤差被限制在充電泵320/420電路內而不會影響到電容C的電位。由於在此例中充電電流大於放電電流，故平衡後的電位會往工作電壓VDD漂動。之後，又回到第一期間T1 ，第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為導通。
在此第一期間T1 ，由於節點A與節點B之間為斷路，節點B因為不匹配的電流而繼續充電。此時，節點A的電位與電容C進行電荷分享，而由於節點A的寄生電容遠小於電容C，因此最後平衡後的電位會與原本經由第二期間T2 放電後的電位幾乎相同。以此過程類推，迴路將持續重複上述動作至鎖定。是故，在不考慮漏電流的情形下，即使充電電流大於放電電流，充電泵320/420的輸出端的電位VO 在鎖定相位時不會產生漣波，換言之在頻譜上亦不會產生突波。
綜上所述，於重置期間Tr ，第一開關SW1、第二開關SW2及重置開關SWR為導通，而第三開關SW3、第四開關SW4及反相重置開關SWIR為截止，使得節點A與電容C之間為斷路，故在重置期間Tr 的電流誤差被限制在充電泵320/420電路內而不會影響到電容C的電位。因此，當重置期間Tr 結束後，第一開關SW1、第二開關SW2與重置開關SWR均為截止，節點A與節點O可以相互電性連接而使得最後平衡後的電位會與原本經由第二期間T2 放電後的電位幾乎相同。因此，本實施例可以避免輸出端的電位VO 在鎖定相位時產生漣波的問題。因此，本案實施例之充電泵320/420更可操作於高速應用中，不受傳統類比電路的頻寬限制，可大幅提升操作速度。
此外，相頻偵測器310/410實質上將輸入的兩組時脈訊號作出判斷，輸出第一控制訊號UP與第二控制訊號DN用以控制充電泵320/420的電容C的充放電。當參考頻率(REF)領先回授訊號(FBB)時，即告訴壓控振盪器430增加速度(或是告訴壓控延遲線330降低延遲)。同理，當參考頻率(REF)落後回授訊號(FBB)時，即告訴壓控振盪器430降低速度(或告訴壓控延遲線330增加延遲)。而當迴路鎖定時，參考頻率(REF)與回授訊號(FBB)間沒有相位差時，第一控制訊號UP與第二控制訊號DN皆會輸出一個脈衝，目的在於消除系統的死區(Deadzone)。而死區的來源就是當相位差很小時，第一控制訊號UP與第二控制訊號DN的寬度過窄，以致充電泵320/420內的開關無法完全或正常開啟。因此，當延遲鎖定迴路300或鎖相迴路400要能正常運作，輸出此脈衝是一個必要的條件，否則會讓系統在相位差很小時無法正常判斷。
本領域中具有通常知識者可以依據設計需求與上述實施例之教示，而修改充電泵320/420的實施方式。例如，第7圖繪示依據本案較佳實施例之充電泵320/420之另一例之示意圖。於第7圖中，充電泵720包括一第一電流源CS1、一第二電流源CS2、一第一開關SW1、一第二開關SW2、一第三開關SW3、一第四開關SW4、一反相重置開關SWIR、一電容C以及一運算放大器722。其中，第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4、反相重置開關SWIR與電容C可以參照前述諸實施例之相關說明，在此不予贅述。
請參照第8A圖及第8B圖，第8A圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在放電電流大於充電電流情況下之另一例之訊號時序圖，第8B圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在充電電流大於放電電流情況下之另一例之訊號時序圖。由第8A圖及第8B圖可以得知，於重置期間Tr 節點A與節點B並不會進行電荷分享，而是節點B因為運算放大器722的動作而強制與節點A電位相同。因此，在不考慮漏電流的情形下，即使放電電流與充電電流不同，充電泵720的輸出端的電位VO 在鎖定相位時不會產生漣波，換言之在頻譜上亦不會產生突波。
請參照第9圖，其繪示依照本案較佳實施例之充電泵與傳統充電泵的模擬結果比較圖。由第9圖可以得知，相較於傳統充電泵10及20，本案實施例中之充電泵320/420/720不僅可以降低漣波的產生，亦可以減少第一控制訊號UP與第二控制訊號DN的相位誤差。
本案上述實施例所揭露之充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路，具有多項優點，以下僅列舉部分優點說明如下：本案之充電泵及使用此充電泵的相位偵測裝置、鎖相迴路與延遲鎖定迴路，藉由額外的反相重置訊號及反相重置開關解決充電泵電路的電流不匹配情形。
綜上所述，雖然本案已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20、320、420、720．．．充電泵
300．．．延遲鎖定迴路
310、410．．．相頻偵測器
330．．．壓控延遲線
400．．．鎖相迴路
430．．．壓控振盪器
440．．．除頻器
510、520．．．正反器
530．．．及閘
540．．．反相器
722、OPA．．．運算放大器
A~O．．．節點
CS1、CS2．．．電流源
DN、UP．．．控制信號
RST．．．重置信號
DNB、UPB、RSTB．．．反相信號
OUT．．．輸出信號
REF、FBB．．．頻率信號
SW1~SW4、SWR、SWIR．．．開關
C．．．電容
第1圖繪示傳統充電泵之一例之示意圖。
第2圖繪示傳統充電泵之另一例之示意圖。
第3圖繪示依照本案較佳實施例之延遲鎖定迴路之方塊圖。
第4圖繪示依照本案較佳實施例之鎖相迴路之方塊圖。
第5圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器之方塊圖。
第6A圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在放電電流大於充電電流情況下之一例之訊號時序圖。
第6B圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在充電電流大於放電電流情況下之一例之訊號時序圖。
第7圖繪示依據本案較佳實施例之充電泵320/420之另一例之示意圖。
第8A圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在放電電流大於充電電流情況下之另一例之訊號時序圖。
第8B圖繪示依照本案較佳實施例之相頻偵測器與充電泵在充電電流大於放電電流情況下之另一例之訊號時序圖。
第9圖繪示依照本案較佳實施例之充電泵與傳統充電泵的模擬結果比較圖。
300．．．延遲鎖定迴路
310．．．相頻偵測器
320．．．充電泵
330．．．壓控延遲線
A~O．．．節點
CS1、CS2．．．電流源
DN、UP．．．控制信號
RST．．．重置信號
DNB、UPB、RSTB．．．反相信號
OUT．．．輸出信號
REF、FBB．．．頻率信號
SW1~SW4、SWR、SWIR．．．開關
C．．．電容

Claims (18)

  1. 一種充電泵，依據一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號提供一輸出訊號，該充電泵包括：一第一電流源；一第二電流源；一第一開關，該第一開關的控制端由該第一控制訊號觸發，該第一開關的第一端耦接至該第一電流源；一第二開關，該第二開關的控制端由該第二控制訊號觸發，該第二開關的第一端耦接至該第二電流源；一第三開關，該第三開關的控制端由該第一控制訊號的反相訊號觸發，該第三開關的第一端耦接至該第一電流源；一第四開關，該第四開關的控制端由該第二控制訊號的反相訊號觸發，該第四開關的第一端耦接至該第二電流源；一重置開關，該重置開關的第一端耦接至該第三開關的第二端及該第四開關的第二端，該重置開關的第二端耦接至該第一開關的第二端及該第二開關的第二端；一反相重置開關，該反相重置開關的控制端由該反相重置訊號觸發，該反相重置開關的第一端耦接至該重置開關的第二端，該反相重置開關的第二端耦接至該充電泵的輸出端；以及一電容，該電容的第一端耦接至該充電泵的輸出端，該電容的第二端耦接至一地電壓。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之充電泵，其中於一重置期間，該第一開關、該第二開關及該重置開關導通，於緊鄰該重置期間之一第一期間，該第三開關、該第四開關及該反相重置開關為導通。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之充電泵，其中該重置開關的控制端由一重置訊號觸發，該重置訊號與該反相重置訊號反相。
  4. 一種相位偵測裝置，包括：一相頻偵測器，偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號；以及一充電泵，包括：一第一電流源；一第二電流源；一第一開關，該第一開關的控制端由該第一控制訊號觸發，該第一開關的第一端耦接至該第一電流源；一第二開關，該第二開關的控制端由該第二控制訊號觸發，該第二開關的第一端耦接至該第二電流源；一第三開關，該第三開關的控制端由該第一控制訊號的反相訊號觸發，該第三開關的第一端耦接至該第一電流源；一第四開關，該第四開關的控制端由該第二控制訊號的反相訊號觸發，該第四開關的第一端耦接至該第二電流源；一重置開關，該重置開關的第一端耦接至該第三開關的第二端及該第四開關的第二端，該重置開關的第二端耦接至該第一開關的第二端及該第二開關的第二端；一反相重置開關，該反相重置開關的控制端由該反相重置訊號觸發，該反相重置開關的第一端耦接至該重置開關的第二端，該反相重置開關的第二端耦接至該充電泵的輸出端；及一電容，該電容的第一端耦接至該充電泵的輸出端，該電容的第二端耦接至一地電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之相位偵測裝置，其中於一重置期間，該第一開關、該第二開關及該重置開關導通，於緊鄰該重置期間之一第一期間，該第三開關、該第四開關為導通及該反相重置開關導通。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之相位偵測裝置，其中該相頻偵測器依據偵測結果更輸出一重置訊號，該重置訊號與該反相重置訊號反相，該重置開關的控制端由該重置訊號觸發。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之相位偵測裝置，其中該相頻偵測器包括：一第一正反器，該第一正反器的輸入端接收一第一電壓，該第一正反器的觸發端接收該第一頻率訊號，該第一正反器的輸出端輸出該第一控制訊號；一第二正反器，該第二正反器的輸入端接收該第一電壓，該第二正反器的觸發端接收該第二頻率訊號，該第二正反器的輸出端輸出該第二控制訊號；以及一及閘，該及閘的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該第一正反器與該第二正反器的輸出端，該及閘的輸出端輸出該重置訊號至該重置開關的控制端以及該第一正反器與該第二正反器的重置端。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之相位偵測裝置，其中該相頻偵測器透過一反相器將該重置訊號反相為該反相重置訊號並輸出至該反相重置開關的控制端。
  9. 一種鎖相迴路，包括：一相頻偵測器，偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號；一充電泵，包括：一第一電流源；一第二電流源；一第一開關，該第一開關的控制端由該第一控制訊號觸發，該第一開關的第一端耦接至該第一電流源；一第二開關，該第二開關的控制端由該第二控制訊號觸發，該第二開關的第一端耦接至該第二電流源；一第三開關，該第三開關的控制端由該第一控制訊號的反相訊號觸發，該第三開關的第一端耦接至該第一電流源；一第四開關，該第四開關的控制端由該第二控制訊號的反相訊號觸發，該第四開關的第一端耦接至該第二電流源；一重置開關，該重置開關的第一端耦接至該第三開關的第二端及該第四開關的第二端，該重置開關的第二端耦接至該第一開關的第二端及該第二開關的第二端；一反相重置開關，該反相重置開關的控制端由該反相重置訊號觸發，該反相重置開關的第一端耦接至該重置開關的第二端，該反相重置開關的第二端耦接至該充電泵的輸出端；及一電容與電阻串聯之元件，該電容與電阻串聯之元件的第一端耦接至該充電泵的輸出端，該電容與電阻串聯之元件的第二端耦接至一地電壓；一壓控振盪器，該壓控振盪器的輸入端耦接至該電容的第一端；以及一除頻器，該除頻器的輸入端耦接至該壓控振盪器的輸出端，該除頻器的輸出端提供該第二頻率訊號給該相頻偵測器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之鎖相迴路，其中於一重置期間，該第一開關、該第二開關及該重置開關導通，於緊鄰該重置期間之一第一期間，該第三開關、該第四開關為導通及該反相重置開關導通。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之鎖相迴路，其中該相頻偵測器包括：一第一正反器，該第一正反器的輸入端接收一第一電壓，該第一正反器的觸發端接收該第一頻率訊號，該第一正反器的輸出端輸出該第一控制訊號；一第二正反器，該第二正反器的輸入端接收該第一電壓，該第二正反器的觸發端接收該第二頻率訊號，該第二正反器的輸出端輸出該第二控制訊號；以及一及閘，該及閘的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該第一正反器與該第二正反器的輸出端，該及閘的輸出端輸出一重置訊號至該重置開關的控制端以及該第一正反器與該第二正反器的重置端。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之鎖相迴路，其中該相頻偵測器透過一反相器將該重置訊號反相為該反相重置訊號並輸出至該反相重置開關的控制端。
  13. 一種延遲鎖定迴路，包括：一相頻偵測器，偵測一第一頻率訊號與一第二頻率訊號之相位關係，並依據偵測結果輸出一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號；一充電泵，包括：一第一電流源；一第二電流源；一第一開關，該第一開關的控制端由該第一控制訊號觸發，該第一開關的第一端耦接至該第一電流源；一第二開關，該第二開關的控制端由該第二控制訊號觸發，該第二開關的第一端耦接至該第二電流源；一第三開關，該第三開關的控制端由該第一控制訊號的反相訊號觸發，該第三開關的第一端耦接至該第一電流源；一第四開關，該第四開關的控制端由該第二控制訊號的反相訊號觸發，該第四開關的第一端耦接至該第二電流源；一重置開關，該重置開關的第一端耦接至該第三開關的第二端及該第四開關的第二端，該重置開關的第二端耦接至該第一開關的第二端及該第二開關的第二端；一反相重置開關，該反相重置開關的控制端由該反相重置訊號觸發，該反相重置開關的第一端耦接至該重置開關的第二端，該反相重置開關的第二端耦接至該充電泵的輸出端；及一電容，該電容的第一端耦接至該充電泵的輸出端，該電容的第二端耦接至一地電壓；以及一壓控延遲線，該壓控延遲線的控制端耦接至該電容的第一端，該壓控延遲線的輸入端接收該第一頻率訊號，該壓控延遲線的輸出端提供該第二頻率訊號給該相頻偵測器。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之延遲鎖定迴路，其中於一重置期間，該第一開關、該第二開關及該重置開關導通，於緊鄰該重置期間之一第一期間，該第三開關、該第四開關為導通及該反相重置開關導通。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之延遲鎖定迴路，其中該相頻偵測器包括：一第一正反器，該第一正反器的輸入端接收一第一電壓，該第一正反器的觸發端接收該第一頻率訊號，該第一正反器的輸出端輸出該第一控制訊號；一第二正反器，該第二正反器的輸入端接收該第一電壓，該第二正反器的觸發端接收該第二頻率訊號，該第二正反器的輸出端輸出該第二控制訊號；以及一及閘，該及閘的第一輸入端與第二輸入端分別耦接至該第一正反器與該第二正反器的輸出端，該及閘的輸出端輸出一重置訊號至該重置開關的控制端以及該第一正反器與該第二正反器的重置端。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之延遲鎖定迴路，其中該相頻偵測器透過一反相器將該重置訊號反相為該反相重置訊號並輸出至該反相重置開關的控制端。
  17. 一種充電泵，依據一第一控制訊號、一第二控制訊號與一反相重置訊號提供一輸出訊號，該充電泵包括：一第一電流源；一第二電流源；一第一開關，該第一開關的控制端由該第一控制訊號觸發，該第一開關的第一端耦接至該第一電流源；一第二開關，該第二開關的控制端由該第二控制訊號觸發，該第二開關的第一端耦接至該第二電流源；一第三開關，該第三開關的控制端由該第一控制訊號的反相訊號觸發，該第三開關的第一端耦接至該第一電流源；一第四開關，該第四開關的控制端由該第二控制訊號的反相訊號觸發，該第四開關的第一端耦接至該第二電流源；一運算放大器，該運算放大器的第一端耦接至該第三開關的第二端及該第四開關的第二端，該運算放大器的第二端耦接至該第一開關的第二端及該第二開關的第二端；一反相重置開關，該反相重置開關的控制端由該反相重置訊號觸發，該反相重置開關的第一端耦接至該運算放大器的第二端，該反相重置開關的第二端耦接至該充電泵的輸出端；以及一電容，該電容的第一端耦接至該充電泵的輸出端，該電容的第二端耦接至一地電壓。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之充電泵，其中於一重置期間，該第一開關及該第二開關為導通，於緊鄰該重置期間之一第一期間，該第三開關、該第四開關及該反相重置開關為導通。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105121216B (zh) * 2013-04-15 2017-11-10 沃尔沃卡车集团 用于在能量存储系统的充电期间的错误检测的方法和装置
TWI531142B (zh) * 2014-07-18 2016-04-21 微晶片科技公司 電荷泵電路與具有其之鎖相迴路電路
US9806724B1 (en) * 2016-09-22 2017-10-31 Qualcomm Incorporated Switched-capacitor circuits in a PLL
TWI641229B (zh) * 2018-02-26 2018-11-11 國立交通大學 電荷泵電路及鎖相迴路系統

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124935A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-01 Eyal Fayneh High-performance charge pump for self-biased phase-locked loop
TW200614635A (en) * 2004-09-01 2006-05-01 Sanyo Electric Co Charge pump circuit
TW200805890A (en) * 2006-07-10 2008-01-16 Realtek Semiconductor Corp Charge pump
TW200812235A (en) * 2006-08-18 2008-03-01 Aimtron Technology Corp Multi-mode charge pump drive circuit with improved input noise at a moment of mode change

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6262610B1 (en) 1999-08-25 2001-07-17 National Semiconductor Corporation Voltage sample and hold circuit for low leakage charge pump
US6710670B2 (en) 2001-01-26 2004-03-23 True Circuits, Inc. Self-biasing phase-locking loop system
US6704383B2 (en) 2001-03-20 2004-03-09 Gct Semiconductor, Inc. Sample and hold type fractional-N frequency synthesizer
US6778026B2 (en) * 2002-01-15 2004-08-17 Microtune (San Diego), Inc. High-speed phase frequency detection module
US6680874B1 (en) * 2002-08-29 2004-01-20 Micron Technology, Inc. Delay lock loop circuit useful in a synchronous system and associated methods
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
US6853254B2 (en) * 2002-12-30 2005-02-08 Intel Corporation Anti-deadlock circuit and method for phase-locked loops
US7952424B2 (en) 2003-08-29 2011-05-31 St-Ericsson Sa Differential charge pump with common mode control
JP2005151777A (ja) 2003-11-19 2005-06-09 Sanyo Electric Co Ltd チャージポンプ回路およびアンプ
US20090039929A1 (en) * 2007-08-06 2009-02-12 International Business Machines Corporation Method to Reduce Static Phase Errors and Reference Spurs in Charge Pumps
TW201128918A (en) * 2010-02-12 2011-08-16 Ind Tech Res Inst Charge pump and phase-detecting apparatus, phase-locked loop and delay-locked loop using the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040124935A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-01 Eyal Fayneh High-performance charge pump for self-biased phase-locked loop
TW200614635A (en) * 2004-09-01 2006-05-01 Sanyo Electric Co Charge pump circuit
TW200805890A (en) * 2006-07-10 2008-01-16 Realtek Semiconductor Corp Charge pump
TW200812235A (en) * 2006-08-18 2008-03-01 Aimtron Technology Corp Multi-mode charge pump drive circuit with improved input noise at a moment of mode change

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