專利名稱：電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有實時電流校準的電荷泵，特別是涉及利用可調(diào)電流源 補償電流不匹配的電荷泵。
背景技術(shù)：
圖1為現(xiàn)有鎖相回路(Phase lock loop, PLL)或延遲鎖定回路(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10包含了兩個電流源(currentsource)ll、 12,由控制信號UP、 DN 控制的開關(guān)131、 132、 133、 134、以及一運算放大器(OP)14。當上下兩電 流源11、 12沒有匹配時(mismatch)會造成壓控震蕩器(Voltage controlled Oscillator, VCO)控制電壓的擾動，進而造成輸出訊號的相位噪聲(phase noise) 或/及抖動(jitter)變大。
圖2為現(xiàn)有鎖相回路(Phase lock loop, PLL)的電荷泵(charge pump)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(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器 (DAC)21、 22、由控制信號UP、 DN控制的開關(guān)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、 由于DAC的分辨率(resolution)的限制。當4交準完成后此兩電流IUP、
lDN依然存在微小誤差。
二、 此方法必需離線(offline)來進行校準。且當校準完成后，兩電流Iup、
lDN因某種原因(如溫度改變)而發(fā)生不匹配時，則會降低校準的效果。
另一現(xiàn)有電荷泵被揭露于US專利第6,326，852號。該現(xiàn)有電荷泵具有 較復雜的電路以及較高的功率消耗。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述問題，本發(fā)明的目的之 一 是提出 一 種具有電流校準的電荷 泵，以克服上述問題。
本發(fā)明的目的之一是提出一種具有電流校準的電荷泵，可實時調(diào)整電流 大小j吏之匹配。
本發(fā)明的目的之一是提出 一種具有電流校準的電荷泵，以克服因環(huán)境 溫度的變化所造成的電流變化。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電荷泵包含 一可調(diào)電流源，包含一第一 電流源與一阻抗單元并提供一可調(diào)電流； 一第二電流源，提供一第二電流； 一第一開關(guān)單元與一第二開關(guān)單元，耦接于該可調(diào)電流源與該第二電流源 之間；以及一控制電路，用以控制該可調(diào)電流源的電流量，使該可調(diào)電流 的電流實質(zhì)上等于該第二電流。
因此，即使第一電流源的電流與第二電流源的電流不匹配，亦可藉由 控制電路使該可調(diào)電流的電流實質(zhì)上等于該第二電流。


圖1為現(xiàn)有鎖相回路的電荷泵電路的一個實施例。
圖2為現(xiàn)有鎖相回路的電荷泵電路的另一個實施例。
圖3為本發(fā)明的電荷泵的電路圖。
圖4A為本發(fā)明的電荷泵的第一實施例。
圖4B為本發(fā)明的電荷泵的第二實施例。
圖4C為本發(fā)明的電荷泵的第三實施例。
圖4D為本發(fā)明的電荷泵的電流源的另一實施例。
圖5為本發(fā)明的電荷泵的第四實施例。
圖6為本發(fā)明的電荷泵的第五實施例。
圖7為本發(fā)明的邊緣比較器的一實施例。
附圖符號說明
10、 20 電荷泵
11、 12 電流源
131、 132、 133、 134 開關(guān) 14、 43 運算放大器 21、 22數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器
30、 40、 40，、 40"、 50、 60 實時電流4交準的電荷泵
31、 32、 61、 62、 611 電流41、 41，、 411、 412、 412，、 42、 421、 422 電流源
43 控制電路
51、 52開關(guān)模塊
53 OP放大器
54低通濾波器
612 可調(diào)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
具體實施例方式
圖3為本發(fā)明的電荷泵的電路圖。如該圖所示，具有實時電流校準的 電荷泵30包含了兩個電流源31、 32、由控制信號UP控制的開關(guān)131、 132、 由控制信號DN控制的開關(guān)133、 134、以及一電容器C1。 一實施例，該第 一電流源31包含一第一電流源311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與一阻抗羊元Zdn。第一電流源31連接 于開關(guān)131、 132的第一端；而第二電流源32連接于開關(guān)133、 134第一端。 開關(guān)131的第二端與開關(guān)133的第二端連接，并形成一第一電流路徑，而 開關(guān)132的第二端與開關(guān)134的第二端連接，并形成一第二電流路徑。電 容器C1連接于第一電流路徑藉以經(jīng)由該第一電流路徑充放電，而電流輸出 端連接于第二電流路徑藉以提供一輸出電流I。ut。
當PLL鎖定時，電荷泵30的兩個電流源31、 32會被開關(guān)131、 132、 133、 134周期性地同時切換至第一電流路徑或第二電流路徑。式(l)可以導 出電容C1的電壓變化。
& …(l)
而如果電流IUP、 lDN存在不匹配時，則會有電流流入或流出電容Cl,
而造成VC的變動。因此，若系統(tǒng)藉由調(diào)整阻抗單元Zup及/或ZDN使VC保 持一 固定電壓時，就可以4氐消電流Iw與Idn的不匹配。當然兩個阻抗單元ZUP、 Zdn中的其中之一可省略。當然兩個電流源31、 32無須皆為可調(diào)。該 阻抗單元可由一可變電阻、 一電阻網(wǎng)絡(luò)、晶體管與電阻串聯(lián)、或由其它現(xiàn) 有可構(gòu)成阻抗單元來實施。
圖4A為本發(fā)明具有回授的機制的電荷泵的第一實施例。如該圖所示， 電荷泵40包含了一可調(diào)電流源41來提供電流Iup、一第二電流源42來提供 電流I，、由控制信號UP控制的開關(guān)131、 132、由控制信號DN控制的開 關(guān)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 運算放大器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431的輸出信號。所以，藉由運算放大器 431的輸出電壓來控制流過阻抗單元412的電流。運算放大器431的正輸入 端連接于電容器C1、負輸入端連接于一電壓Vdc、以及輸出端連接于阻抗 單元412。
當電流IUP、 lDN不匹配時，電容器C1的電壓VC會變動。運算放大器 431則會隨時根據(jù)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Iup小于電流lDN時，電容器C1會放電，使電壓VC降
低。此時，運算放大器431的輸出電壓亦會隨的降低，使得流過阻抗單元 412的電流增加。反之亦然。所以，本發(fā)明的電荷泵可實時校準電流IUP、 Idn的大小使之匹配。
圖4B為本發(fā)明的電荷泵的第二實施例。該實施例的電荷泵40，與第一 實施例的電荷泵40的架構(gòu)幾乎完全相同，其不同點僅是電荷泵40，的運算 放大器431的負輸入端直接連接到第二電流路徑。即，利用電荷泵40，的輸 出電壓V。ut來取代電壓Vdc。
雖然第一實施例的電荷泵40與第二實施例的電荷泵40，的運算放大器 431都是用來調(diào)整上方的第一可調(diào)電流源41、 41，的電流，但若第二電流源 亦使用可調(diào)電流源，則運算放大器431亦可用來調(diào)整下方的可調(diào)電流源。 請參閱圖4C本發(fā)明的電荷泵的第三實施例，在此不再重復說明。另一實施 例為電流源41與42均為可調(diào)電流源時，則運算放大器431亦可同時調(diào)整 上方的可調(diào)電流源與下方的可調(diào)電流源。
圖4 D為本發(fā)明的電荷泵的可調(diào)電流源的另 一 實施例。該可調(diào)電流源41， 包含兩個晶體管411、 412，、以及一電阻R412'，亦即由晶體管412，與電阻 R412，串聯(lián)來取代阻抗單元412。因此，晶體管412，與電阻R412，的設(shè)計就會很有彈性。
圖5為本發(fā)明的電荷泵的第四實施例。如該圖所示，該電荷泵50包含
二個電流源、兩個開關(guān)模塊51、 52、以及一電容Cl。 二個電流源共享一 OP放大器53的輸出極(outputstage)的兩個晶體管來實現(xiàn)。 一實施例，甚至 可以才巴電；危不匹酉己+務(wù)正(current mismatch correction)及charge sharing removal 的電路一起實現(xiàn)。 一較佳實施例，為了穩(wěn)定度的問題及防止電流在開關(guān)切 換時OP放大器53為開回路(open loop),可以加上一些低通濾波器54,例 如電阻R2及電容C2網(wǎng)絡(luò)，來使OP放大器53輸入固定，進而使控制電流 Iup及Idn固定。
圖6為本發(fā)明的電荷泵的第五實施例。如該圖所示，具有實時電流才交 準的電荷泵60包含了兩個電流源61、 62來提供電流Iup、 IDN、由控制信號 UP控制的開關(guān)131、 132、由控制信號DN控制的開關(guān)133、 134、 一控制電 路62。電流源61包含一第一電流源611與一可調(diào)電流源612,其中第一電 流源611為定電流源。電流Iup利用開關(guān)131、 132切換到第一電流路徑與 第二電流3各徑，而電流IDN利用開關(guān)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以及一平滑化單元64。邊緣比較 器63接收控制信號UP與DN，并比較控制信號UP與DN的邊緣后產(chǎn)生一 邊緣信號。邊緣比較器63可以用相位檢測器(Phase detector)或相位頻率檢測 器(PFD)來實施，或是以簡單的鎖存電路(Simple Latch Unit)來實施，如圖7 所示，其詳細描述在此省略。而平滑化單元64接收該邊緣信號后，產(chǎn)生一 微調(diào)控制信號來控制第二電流源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鎖定后，若控制信號UP超前控制信號DN,則邊緣信號為高電 位，此時微調(diào)控制信號會慢慢提升，使電流Iup減少；反之，若控制信號 UP落后控制信號DN，則邊緣信號為低電位，此時微調(diào)控制信號會慢慢降
4氐，4吏電流Iup增加。
當然，圖6的實施例是利用微調(diào)控制信號來控制電流源61的可調(diào)電流 源612,亦可將電流源62以電流源61的架構(gòu)來實施，并利用微調(diào)控制信號 來控制電流源62的可調(diào)電流源。
所以，即使因為環(huán)境溫度的變化造成電流源的電流變化時，本發(fā)明的電荷泵亦會隨時調(diào)整電流IUP、 Idn的大小使之匹配。
以上雖以實施例說明本發(fā)明，但并不因此限定本發(fā)明的范圍，只要不 脫離本發(fā)明的要旨，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可進行各種變形或變更。
權(quán)利要求
1. 一種電荷泵，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(jù)一電流控制信號以提供一第二電流，其中該第二電流實質(zhì)上等于該第一電流；一第一電流路徑，包括一第一開關(guān)，位于一第一節(jié)點以及該第二電流源之間；以及一第二開關(guān)，位于該第一節(jié)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(guān)，位于一第二節(jié)點以及該第二電流源之間；以及一第四開關(guān)，位于該第二節(jié)點以及該第一電流源之間；以及一控制電路，接收并比較該第一節(jié)點的電壓以及一參考電壓，以輸出該電流控制信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵，該第二電流源包括 一固定電流源，提供一固定電流；以及一可調(diào)電流源，用以依據(jù)該電流控制信號以提供一調(diào)整電流。
3. 如權(quán)利要求2所述的電荷泵，該可調(diào)電流源包括 一第一晶體管；以及一電阻，與該第一晶體管串聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求3所述的電荷泵，該電阻依據(jù)該電流控制信號以改變其阻值。
5. 如權(quán)利要求1所述的荷泵，其中該參考電壓為一固定電壓或是該第二 節(jié)點的電壓。
6. 如權(quán)利要求1所述的荷泵，其中該第二電流源為一可調(diào)電流源，包含 一第 一 阻抗單元與 一 第 一 電流源。
7. 如權(quán)利要求6所述的荷泵，其中該第一阻抗單元為下列阻抗單元的其 中之一 一電阻網(wǎng)絡(luò)、 一可變電阻、 一晶體管與一電阻串聯(lián)所組成、以及 一晶體管。
8. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其中前述控制電路為一運算放大器，該 運算放大器的二輸入端分別接收該第 一節(jié)點的電壓以及該參考電壓、以及 輸出端用以輸出該電流控制信號。
9. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵，還包含一第二阻抗單元，該第二阻抗單元與該第 一 電流源并聯(lián)。
10. 如權(quán)利要求1所述的電荷泵，其中該第一與該第二電流源分別為于一輸出級的 一第 一 晶體管與 一 第二晶體管。
11. 如權(quán)利要求IO所述的電荷泵，其中該輸出級位于該控制電路內(nèi)。
12. —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，提供一第二電流；一第一開關(guān)單元，藉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(guān)單元，藉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，接收該第一與該第二控制信號，并根據(jù)該第一與該第二 控制信號來控制該第一電流的電流量，使得該第一電流實質(zhì)上等于該第二 電流。
13. 如權(quán)利要求12所述的電荷泵，其中該控制電路包括 一邊緣比較器，接收該第一與第二控制信號，并比較該第一控制信號與第二控制信號以產(chǎn)生一邊緣信號；以及一平滑化單元，接收該邊緣信號后產(chǎn)生一控制信號，并利用該控制信 號來控制該第 一 電流源的該第 一 電流。
14. 如權(quán)利要求13所述的電荷泵，其中該平滑化單元為一低通濾波器、 或為一RC電路。
15. 如權(quán)利要求13所述的電荷泵，其中該邊緣比較器為一相位檢測器、 或為一頻率相位比較器、或為一鎖存電路。
16. 如權(quán)利要求12所述的電荷泵，位于一鎖相回路內(nèi)、或位于一延遲鎖 定回^各內(nèi)。
全文摘要
一種電荷泵。該電荷泵包含一可調(diào)電流源，提供一可調(diào)電流；一第二電流源，提供一第二電流；一第一開關(guān)單元與一第二開關(guān)單元，耦接于該可調(diào)電流源與該第二電流源之間；以及一控制電路，用以控制該可調(diào)電流源的電流量，使該可調(diào)電流的電流實質(zhì)上等于該第二電流。因此即使可調(diào)電流源的電流與第二電流源的電流不匹配，亦可藉由控制電路使該可調(diào)電流的電流實質(zhì)上等于該第二電流。
文檔編號H02M3/07GK101414784SQ20071018026
公開日2009年4月22日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者劉仁杰 申請人:瑞昱半導體股份有限公司