專利名稱：快速切換低噪聲電荷泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的實施例涉及電荷泵、壓控振蕩器、鎖相回路和頻率合成器。
背景技術：
電荷泵被用作許多較大電路或系統(tǒng)中的積木式部件(building block)或子電路。 一些電路或系統(tǒng)可能或多或少對由電荷泵產生的噪聲敏感。在對噪聲較敏感的那些系統(tǒng) 中，需要減少原本由電荷泵產生的噪聲。即，較低噪聲電荷泵可改進電路或系統(tǒng)(電荷泵是 所述電路或系統(tǒng)的一部分)的性能。

發(fā)明內容
本發(fā)明的實施例由所附權利要求書概括。


圖1是圖2中的電荷泵可用于其中的鎖相回路(PLL)的功能框圖。圖2是包含輔助開關以減少噪聲的電荷泵的示意圖。圖3A是說明不具有輔助開關的電荷泵的瞬態(tài)波形的圖。圖3B是說明具有輔助開關的電荷泵的瞬態(tài)波形的圖。圖4是用以對具有輔助開關與不具有輔助開關的電荷泵的輸出噪聲進行比較的 波形圖。圖5是圖2中的電荷泵可用于其中的無線電系統(tǒng)的功能框圖。
具體實施例方式在本發(fā)明實施例的以下詳細描述中，陳述大量具體細節(jié)以便提供全面理解。然而， 本發(fā)明的實施例可在無這些具體細節(jié)的情況下實踐。在其它例子中，未詳細描述眾所周知 的方法、程序、組件和電路，以免不必要地模糊本發(fā)明實施例的方面。電荷泵電路通常被用作壓控振蕩器(VC0)、鎖相回路(PLL)或頻率合成器中的積 木式部件。現(xiàn)在參看圖1，說明鎖相回路(PLL) 100的功能框圖。PLL 100包含如圖1所示耦 合在一起的相位頻率檢測器102、電荷泵110、低通濾波器112、壓控振蕩器(VC0)114和分頻 器 118。出于比較的目的，參考時鐘Vref 101作為來自分頻器118的分頻器輸出FD0 119耦合到相位頻率檢測器102。相位頻率檢測器102產生上升脈沖信號UP 104和下降脈沖信 號DN 106。上升脈沖信號UP 104與下降脈沖信號DN 106之間的脈沖持續(xù)時間差異表示在 參考時鐘Vref 101與來自分頻器118的輸出信號之間檢測到的相位差。上升脈沖信號UP 104、下降脈沖信號DN 106以及其相應的補充物UP'、DN'耦合到電荷泵110中，且可在本 文中統(tǒng)稱為頻率控制信號。受上升脈沖信號104、下降脈沖信號106及其補充物驅動，電荷泵110將電流供應 到低通濾波器112中或從低通濾波器112吸收電流，以在電荷泵110的輸出Vcp 108處產 生控制電壓信號。電荷泵110的電荷泵輸出信號Vcp 108含有DC分量，其與參考時鐘Vref 與分頻器118的分頻器輸出FD0 119之間的相位差成比例。將本文中進一步揭示的電荷 泵(見圖2的電荷泵200)的實施例用作PLL 100中的電荷泵110。電荷泵110的輸出Vcp 108耦合到低通濾波器112中。低通濾波器112在將作為DC控制電壓Vcv 113的經濾波的Vcp信號耦合到VC0 114中之前，將不合需要的AC分量從電荷泵110的輸出信號Vcp大體上移除(濾出)。根據VC0 114的DC控制電壓Vcv 113，VC0 114產生具可變頻率的輸出時鐘信號 Vo 120。較高的DC控制電壓Vcv 113可增加輸出時鐘信號Vo 120的頻率，而較低的控制 電壓可降低所述頻率?；蛘?，較低的DC控制電壓Vcv 113可增加輸出時鐘信號Vo 120的 頻率，而較高的控制電壓可降低所述頻率。輸出時鐘信號Vo 120耦合到在PLL 100的反饋 路徑中的分頻器118。分頻器118對輸出時鐘信號Vo 120中的若干時鐘周期進行分頻，且偏移輸出時 鐘信號Vo 120的相位以更好地與參考時鐘信號Vref 101的相位匹配。當參考時鐘信號 VreflOl和分頻器輸出信號FD0 119在相位和頻率上被鎖在一起時，PLL 100處于鎖定狀 態(tài)。在鎖相回路中，帶內相位噪聲在很大程度上是通過具有非理想電荷泵來確定。已 觀測到，來自電荷泵的顯著噪聲貢獻是歸因于電荷泵的輸出級中的輸出晶體管的長切斷時 間。即，電荷泵噪聲與輸出晶體管的切換時間成比例。因此，對于低帶內相位噪聲鎖相回路 來說，需要具有快速切換能力的電荷泵?，F(xiàn)在參看圖2，說明電荷泵電路200的示意圖。電荷泵電路200包含如圖所示在正 電源端子VDD與接地端子GND之間耦合在一起的P溝道場效應晶體管(PFET)Ml到M2、M5、 M7到M8 ；N溝道場效應晶體管(NFET)M3到M4、M6、M9到M10、M11到M12 ；參考電流源Iref ； 電阻器R;電容器C;以及運算放大器OA。NFET和PFET中的每一者具有柵極(控制)、源極 和漏極端子。晶體管Ml到M4形成電荷泵的輸出晶體管支線，而晶體管M7到M10形成電荷泵的 與輸出晶體管支線并行的另一晶體管支線(并行晶體管支線)。具有反饋回路中串行耦合 的電阻器R和電容器C的運算放大器0A在輸出晶體管支線與并行晶體管支線之間起作用， 以加偏壓于晶體管M2和M8。電流源Iref以及晶體管Mil和M12向晶體管M3和M9提供偏壓。晶體管Ml到M4分別與晶體管M7到M10成對，每對之間的比例因子是相同的。比 例因子是成對晶體管之間的晶體管縱橫比的比率。給定晶體管的晶體管縱橫比是通過將其 晶體管寬度除以其晶體管長度來確定的。當晶體管M4接通時，晶體管M3和M9為晶體管電
7流鏡對，但可具有不同縱橫比。當晶體管Ml接通時，晶體管M2和M8也為晶體管電流鏡對， 但可具有不同縱橫比。晶體管M10和M12使其柵極連結到電源端子Vdd，且晶體管M7使其柵極連結到接 地端子GND，使得所述晶體管可始終接通。晶體管M7、M10和M12在本文中可被稱作恒定接 通晶體管(constantly on transistor) 0晶體管M11、M9和M3是電流鏡晶體管，且使其柵 極耦合到同一節(jié)點。晶體管M9和Mil通常是接通的，以在M0SFET的飽和區(qū)域中操作。晶體 管M3響應于晶體管M4接通和切斷而切換到飽和中和切換出飽和。當晶體管M4切斷時，由 于減小的柵極到源極電壓，晶體管M3退出飽和，且理想上還被斷開。晶體管Mil使其柵極端 子耦合到其漏極端子。晶體管Mil在本文中可被稱作二極管接法晶體管(diode-cormected transistor) 0施加到晶體管M3和M9的柵極的電壓是相同的以設法對其加偏壓以使其接 通，但晶體管M3的柵極到源極電壓可變化。假定晶體管M4由為高的DN 106接通，晶體管 M3、M9和Ml 1可具有相同的柵極到源極電壓。如果是這樣的話，那么每一支線中的電流可由 成對晶體管之間的比例因子、成對晶體管的縱橫比(由W/L界定)以及由參考電流源Iref 供應的電流的電平確立。與晶體管M3、M9以及M4、M10分別相比，晶體管Mil和M12的縱橫 比可相對較小。這可減少流經晶體管Mil到M12的參考電流Iref的量以及電荷泵的功率 消耗。晶體管M3和M9在電荷泵的每一支線中提供壓控電流源。因此，晶體管M3和M9在 本文中可被稱作壓控電流源晶體管，或簡稱為經偏壓晶體管。參考電流源Iref結合晶體管M7到M12形成偏壓電路，以在晶體管M8與M9之間 的連接節(jié)點210處產生參考電壓Vref 210。在運算放大器OA及其反饋的協(xié)助下，參考電 壓Vref210跟蹤電荷泵輸出Vcp 108處的電荷泵輸出電壓。參考電壓Vref210保證當晶 體管Ml接通時從Vdd經由晶體管Ml和M2供應到電荷泵輸出Vcp 108的升電流大體上與 當晶體管M4接通時經由晶體管M3和M4從電荷泵輸出Vcp 108拉到接地的降電流匹配。運算放大器0A使其正輸入端子耦合到Vref節(jié)點210，且使其負輸入端子耦合到電 荷泵輸出節(jié)點Vcp 108。運算放大器OA的輸出端子耦合到匹配的晶體管M2和M8的柵極端 子。晶體管M2和M8的柵極由運算放大器0A的電壓輸出同等地加偏壓。電阻器R和電容器C在運算放大器0A的正輸入端子與輸出端子之間串行耦合在 一起，以形成負反饋回路。負反饋回路中的運算放大器0A以及電阻器R和電容器C形成另 一偏壓電路，其用于加偏壓于晶體管M2和M8。在負反饋回路中使用運算放大器0A是為了 實現(xiàn)輸出晶體管支線中的經由晶體管Ml到M2的升電流源與經由晶體管M3到M4的降電流 源之間的良好匹配。運算放大器0A產生用于晶體管M2和M8的偏壓柵極電壓，其可變化以維持所述晶 體管接通。晶體管M2和M8在本文中可被稱為電流鏡，或簡稱為經偏壓晶體管。通常，Vref與Vcp的電壓電平是相似的，且耦合到運算放大器OA。然而，如果電 荷泵輸出Vcp 108處的電壓變低，那么運算放大器OA設法通過稍稍增加輸出電壓來做出補 償，使得參考電壓Vref210接近于電荷泵輸出Vcp 108處的電壓。相反地，如果電荷泵輸出 Vcp 108處的電壓變高，那么運算放大器0A也設法通過稍稍減小輸出電壓來做出補償，使 得參考電壓Vref210接近于電荷泵輸出Vcp 108處的電壓。晶體管Ml和M4使其柵極分別耦合到UP'信號104'和DN信號106，使其源極端 子分別耦合到電源端子VDD和接地端子GND，且使其漏極端子分別耦合到中間節(jié)點X 204和中間節(jié)點Y 206(其分別耦合到晶體管M2和M3的源極)。晶體管Ml和M4是電荷泵200中 的主切換晶體管。當接通時，晶體管Ml將來自電源VDD的電荷供應到節(jié)點X204中。當接 通時，晶體管M4將來自節(jié)點Y 206的電荷排出到接地GND中。晶體管M5和M6是主切換晶體管Ml和M4的輔助切換晶體管。晶體管M5和M6使 其漏極端子耦合在一起、使其源極端子分別耦合到節(jié)點X 204(晶體管Ml的漏極)和節(jié)點Y 206 (晶體管M4的漏極)，且使其柵極端子分別耦合到UP信號104和DN'信號106'。當 晶體管M5和M6接通時，節(jié)點X 204與Y 206之間形成輔助路徑，以更快地斷開晶體管M2 和M3。晶體管M5和M6還可被視為均衡晶體管，因為其在電荷泵200切換離開供應或耗散 電荷泵輸出Vcp 108上的電荷時均衡節(jié)點X與Y之間的電壓。如果電荷泵200是PLL或頻率合成器中的子電路，那么控制信號UP 104、DN 106 及其相應的補充物UP' 104'、DN' 106'可由相位頻率檢測器產生。補充信號UP' 104'、 DN' 106'在邏輯上分別與控制信號UP 104, DN 106反相。如果電荷泵輸出Vcp 108上的電壓將增加，那么UP 104脈沖信號的前沿比DN 106 脈沖信號的前沿先產生，以在接通下拉晶體管M4之前接通上拉晶體管Ml。然而，UP 104脈 沖信號和DN 106脈沖信號兩者的后沿大體上同時產生，使得晶體管Ml和M4兩者同時切 斷。因此，UP 104脈沖信號比DN 106脈沖信號寬，使得電荷泵向電荷泵輸出Vcpl08供應 凈電荷以增加電壓輸出。如果電荷泵輸出Vcp 108上的電壓將降低，那么DN 106脈沖信號的前沿比UP 104 脈沖信號的前沿先產生，以在上拉晶體管M2之前接通下拉晶體管M4。然而，UP 104脈沖信 號和DN 106脈沖信號兩者的后沿大體上同時產生，使得晶體管Ml和M4兩者同時切斷。因 此，DN脈沖信號106比UP脈沖信號104寬，使得電荷泵耗散來自電荷泵輸出Vcp 108的凈 電荷以降低電壓輸出。如果電荷泵輸出Vcp 108上的電壓具有適當電平，那么可不產生UP 104或DN 106 控制信號以進一步對電荷泵輸出Vcp 108進行充電或放電。UP 104和DN 106控制信號 大體上類似地產生，使得主開關Ml和M4兩者大體上同時接通和切斷。因此，UP 104和DN 109脈沖信號具有相同的寬度，使得無凈電荷耦合到電荷泵輸出Vcp 108上或從電荷泵輸 出Vcp 108耦合出，以增加或減小電壓輸出，這有時被稱作鎖定狀態(tài)。圖3A和圖3B中所說 明的波形說明鎖定狀態(tài)，其中UP 104和DN 109脈沖信號大體上同時產生，且具有大體相同 的脈沖寬度。DN脈沖信號106耦合到主切換晶體管M4的柵極。DN'脈沖信號106'耦合到均 衡切換晶體管M6的柵極。在DN脈沖信號期間，主切換晶體管M4接通，且均衡切換晶體管 M6斷開。在DN脈沖信號之后，主切換晶體管M4切斷，且均衡切換晶體管M6接通。UP'脈沖信號104'耦合到主切換晶體管Ml的柵極。UP脈沖信號104耦合到均 衡切換晶體管M5的柵極。在UP'脈沖信號期間，主切換晶體管Ml接通，且均衡切換晶體管 M5斷開。在UP'脈沖信號之后，主切換晶體管Ml切斷，且均衡切換晶體管M5接通。當主切換晶體管Ml和M4兩者均接通時，輔助切換晶體管M5和M6兩者均斷開。在 主切換晶體管Ml和M4兩者均接通的情況下，內部節(jié)點X 204經由晶體管Ml快速向上充電 到Vdd，且內部節(jié)點Y 206經由晶體管M4快速向下放電到接地。當主切換晶體管Ml和M4兩者均斷開時，輔助切換晶體管M5和M6兩者均接通。在輔助切換晶體管M5和M6兩者均接通的情況下，在節(jié)點X 204與節(jié)點Y 206之間建立均衡 路徑。節(jié)點Y 206上缺乏電荷有助于使內部節(jié)點X 204快速放電，而內部節(jié)點X204上的電 荷有助于使內部節(jié)點Y 206快速充電。結果，晶體管M2和M3快速斷開，且內部節(jié)點X 204 和內部節(jié)點Y 206上的電壓介于電源Vdd與接地之間。 在無輔助切換晶體管M5到M6的情況下，當UP' 104'邏輯上為高且DN 106邏輯 上為低時，晶體管M2和M3在內部節(jié)點X 204和內部節(jié)點Y 206達到適當?shù)碾妷弘娖街?不斷開。在無輔助切換晶體管M5到M6的情況下，由于當主切換晶體管Ml和M4斷開時內 部節(jié)點X 204和內部節(jié)點Y 206所經歷的高阻抗，切斷晶體管M2和M3的時間顯著長于接 通晶體管M2和M3的時間。 現(xiàn)在參看圖3A到圖3B，分別在不具有和具有具相同裝置大小且在相同條件(電源 電壓、溫度和工藝拐點(process corner))下的電荷均衡晶體管M5和M6的情況下，說明輸 入信號DN 106, UP' 104'的瞬態(tài)波形以及電荷泵中的節(jié)點X 204, Y 206的模擬結果。如先前所提及，圖3A和圖3B所說明的波形說明鎖定狀態(tài)，其中UP 104和DN 109 脈沖信號大體上同時產生，且具有大體相同的脈沖寬度。因此，圖3A到圖3B中分別說明的 DN信號106和UP'信號的波形106和104'是相同的。UP'脈沖301和DN脈沖302分別 形成于波形104'和106中。圖3A與圖3B之間的模擬結果針對節(jié)點X 204與Y 206相異。 在圖3A中，波形204A和206A分別表示不具有均衡晶體管M5和M6的情況下節(jié)點X 204和
Y206的模擬結果。在圖3B中，波形204B和206B分別表示在具有均衡晶體管M5和M6以 及節(jié)點之間所添加的均衡路徑的情況下節(jié)點X 204和Y 206的模擬結果。由于許多因素，節(jié)點X 204和Y 206處存在寄生電容，所述因素包含半導體襯底上 的集成電路內的電荷泵的半導體制造。在圖3A的波形204A和206A中，可看到節(jié)點X204和
Y206上的寄生電容的效應以及缺乏用以放電或充電的任何額外輔助路徑。在點306A處， 節(jié)點Y 206的電壓逐漸增加以克服完全放電的寄生電容而完全斷開晶體管M3。在點304A 處，節(jié)點X 204的電壓逐漸降低以克服完全充電的寄生電容而完全斷開晶體管M2。當輔助 晶體管M5和M6接通時，節(jié)點X 204與Y 206之間形成均衡路徑，使得所述節(jié)點分別得以快 速放電和快速充電。當分別在點304B和304A處比較波形204B和204A時，可看到由于電壓均衡晶體管 M5和M6正接通以提供均衡路徑，所以節(jié)點X 204被快速拉向接地，以快速切斷晶體管M2。 在施加到晶體管Ml的柵極的電壓正增加以將其斷開的同時快速減小節(jié)點X204和晶體管Ml 的漏極上的電壓會更快地關斷晶體管M2。當分別在點306B和306A處比較波形206B和206A時，可看到由于電壓均衡晶體 管M5和M6正接通以提供均衡路徑，所以節(jié)點Y 206更快地被拉向正電源Vdd，以快速切斷 晶體管M3。在施加到晶體管M4的柵極的電壓正減小以將其斷開的同時快速增加節(jié)點Y 206 和晶體管M4的漏極上的電壓會更快地關斷晶體管M3。因此，在具有輔助切換晶體管M5和M6的情況下，切斷晶體管M2和M3的時間減少。 電荷泵所產生的噪聲與輸出端子上的充電周期的脈沖寬度成比例。預期較早切斷晶體管M2 和M3將減少電荷泵所產生的噪聲?，F(xiàn)在參看圖4，說明來源于模擬的噪聲功率波形400和401。波形400展示不具有 輔助切換晶體管M5和M6的電荷泵的輸出噪聲功率。波形401展示具有輔助切換晶體管M5
10和M6的電荷泵的輸出噪聲功率，其比波形400的輸出噪聲功率減少。在具有輔助切換晶體 管M5和M6的電荷泵200中，可實現(xiàn)大約三分貝(3dB)的噪聲功率減小。因此，電荷泵電路 200具有快速切換和低噪聲的特征。電荷泵電路200可用于鎖相回路或其它電路中?，F(xiàn)在參看圖5，說明其中可使用本文中所述的電荷泵200的無線電系統(tǒng)500。舉例 來說，所述無線電系統(tǒng)500可為移動蜂窩式電話。電荷泵200可用作鎖相回路中的子電路 以產生時鐘信號，或提供頻率合成器以提供可與一個或一個以上混頻器一起使用以升頻轉 換或降頻轉換射頻電路中的RF信號的各種載波頻率信號。無線電系統(tǒng)500包含耦合到天線504的射頻RF電路502。RF電路502可包含耦 合到天線504的RF發(fā)射器506和RF接收器510中的一者或兩者。一個或一個以上電荷泵 200可用于RF發(fā)射器506和/或RF接收器510中。電荷泵200可耦合到RF發(fā)射器506中 的混頻器512。電荷泵200可耦合到RF接收器510中的混頻器514。盡管已描述并在附圖中展示了某些示范性實施例，但將理解，由于所屬領域的技 術人員可想到各種其它修改，因此此些實施例僅僅是說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，且本 發(fā)明的實施例不限于所展示并描述的具體構造和布置。代替的是，應根據所附權利要求書 來解釋本發(fā)明的實施例。
權利要求
一種電荷泵，其包括運算放大器，其具有負反饋回路、耦合到參考電壓的正輸入端子，以及耦合到電荷泵輸出端子的負輸入端子；第一主切換晶體管，其耦合在正電源與第一中間節(jié)點之間，其中控制端子耦合到第一經反相控制信號；第一經偏壓晶體管，其耦合在所述第一中間節(jié)點與所述電荷泵輸出端子之間，其中控制端子耦合到所述運算放大器的輸出；第二主切換晶體管，其耦合在接地與第二中間節(jié)點之間，其中控制端子耦合到第二控制信號；第二經偏壓晶體管，其耦合在所述第二中間節(jié)點與所述電荷泵輸出端子之間，其中控制端子耦合到參考電流源；以及第一輔助切換晶體管和第二輔助切換晶體管，其耦合在所述第一中間節(jié)點與所述第二中間節(jié)點之間，其中控制端子分別耦合到第一控制信號和第二經反相控制信號。
2.根據權利要求1所述的電荷泵，其中當所述第一主切換晶體管和所述第二主切換晶體管分別被所述第一經反相控制信號 和所述第二控制信號斷開時，所述第一輔助切換晶體管和所述第二輔助切換晶體管在所述 第一中間節(jié)點與所述第二中間節(jié)點之間提供均衡路徑。
3.根據權利要求1所述的電荷泵，其中所述第一主切換晶體管、所述第一輔助切換晶體管和所述第一經偏壓晶體管為P溝道 場效應晶體管；且所述第二主切換晶體管、所述第二輔助切換晶體管和所述第二經偏壓晶體管為N溝道 場效應晶體管。
4.根據權利要求1所述的電荷泵，其中所述第一主切換晶體管、所述第一經偏壓晶體管、所述第二主切換晶體管和所述第二 經偏壓晶體管形成第一晶體管支線，且所述電荷泵進一步包含與所述第一晶體管支線并行的第二晶體管支線，所述第二晶體管支線包含第一連續(xù) 接通晶體管，其耦合在所述正電源與第三中間節(jié)點之間，其中控制端子耦合到接地；第三經偏壓晶體管，其耦合在所述第三中間節(jié)點與參考節(jié)點之間，其中控制端子耦合 到所述運算放大器的所述輸出；第二連續(xù)接通晶體管，其耦合在所述接地與第四中間節(jié)點之間，其中控制端子耦合到 所述正電源；以及第四經偏壓晶體管，其耦合在所述第四中間節(jié)點與所述參考節(jié)點之間，其中控制端子 耦合到所述參考電流源。
5.根據權利要求4所述的電荷泵，其中所述第一主切換晶體管、所述第一輔助切換晶體管、所述第一經偏壓晶體管、所述第一 連續(xù)接通晶體管和所述第三經偏壓晶體管為P溝道場效應晶體管；且所述第二主切換晶體管、所述第二輔助切換晶體管、所述第二經偏壓晶體管、所述第二 連續(xù)接通晶體管和所述第四經偏壓晶體管為N溝道場效應晶體管。
6.根據權利要求4所述的電荷泵，其進一步包括所述參考電流源，其耦合到所述正電源；第三連續(xù)接通晶體管，其耦合在接地與第五中間節(jié)點之間，其中控制端子耦合到所述 正電源；以及二極管接法晶體管，其耦合在所述第五中間節(jié)點與所述參考電流源之間。
7.一種用于電荷泵的方法，其包括加偏壓于一對主晶體管開關之間的多個晶體管；早于所述對主晶體管開關中的一者而接通另一主晶體管開關，以經由所述多個經偏壓 晶體管向輸出端子添加凈電荷或從輸出端子減去凈電荷；以及當所述對主晶體管開關斷開時，接通輔助晶體管開關，以在所述主晶體管開關與所述 經偏壓晶體管之間提供到達節(jié)點的輔助均衡路徑，以均衡電荷且快速斷開所述經偏壓晶體管。
8.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括當所述對主晶體管開關接通時，斷開所述輔助晶體管開關。
9.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括更改所述經偏壓晶體管的偏壓控制端子上的偏壓控制電壓。
10.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括將參考電壓與所述輸出端子上的電壓進行比較；以及更改所述經偏壓晶體管的一對偏壓控制端子上的偏壓控制電壓。
11.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括大體上同時接通且大體上同時切斷所述對主晶體管開關，以不向所述輸出端子添加凈 電荷且不從所述輸出端子減去凈電荷。
12.—種電荷泵，其包括輸出晶體管支線，其具有在正電源與接地之間串行耦合在一起的第一多個晶體管，所 述輸出晶體管支線包含耦合到所述正電源的第一主切換晶體管以及耦合到所述接地的第 二主切換晶體管，以周期性地對所述輸出晶體管支線的電荷泵輸出端子進行充電；第一輔助切換晶體管和第二輔助切換晶體管，其在所述輸出晶體管支線的第一中間節(jié) 點與第二中間節(jié)點之間串行耦合在一起；且其中，當所述第一主切換晶體管和所述第二主切換晶體管斷開時，所述第一輔助切換 晶體管和所述第二輔助切換晶體管接通，以在所述第一中間節(jié)點與所述第二中間節(jié)點之間 提供均衡路徑。
13.根據權利要求12所述的電荷泵，其進一步包括并行晶體管支線，其具有在所述正電源與所述接地之間串行耦合在一起的第二多個晶 體管，所述第二多個晶體管與所述第一多個晶體管類似地按比例縮放；以及一個或一個以上偏壓電路，其耦合到所述輸出晶體管支線和所述并行晶體管支線，所 述一個或一個以上偏壓電路用以加偏壓于所述第一多個晶體管和所述第二多個晶體管中 的一個或一個以上晶體管的控制端子。
14.根據權利要求12所述的電荷泵，其中第一經偏壓晶體管耦合在所述電荷泵輸出端子與所述第一主切換晶體管之間，且第二經偏壓晶體管耦合在所述電荷泵輸出端子與所述第二主切換晶體管之間。
15.根據權利要求14所述的電荷泵，其中所述第一輔助切換晶體管和所述第二輔助切換晶體管在所述第一中間節(jié)點與所述第 二中間節(jié)點之間提供均衡路徑，以更快速地斷開所述第一經偏壓晶體管和所述第二經偏壓 晶體管，并減少所述電荷泵輸出端子上的噪聲。
16.一種電路，其包括壓控振蕩器，其用以響應于直流控制電壓而產生具可變頻率的輸出時鐘信號； 分頻器，其耦合到所述壓控振蕩器以接收所述輸出時鐘信號，所述分頻器用以對所述 輸出時鐘信號中的若干時鐘周期進行細分，且偏移所述輸出時鐘信號的相位以更好地與參 考時鐘信號的相位匹配，以產生分頻輸出信號；相位頻率檢測器，其耦合到所述分頻器以接收所述分頻輸出信號，所述相位頻率檢測 器用以將所述參考時鐘信號的所述相位和頻率與所述分頻輸出信號的相位和頻率進行比 較以產生頻率控制信號，以增加或降低所述壓控振蕩器所產生的所述輸出時鐘信號的所述 頻率；以及電荷泵，其耦合在所述壓控振蕩器與所述相位頻率檢測器之間以接收所述頻率控制信 號，所述電荷泵用以響應于所述頻率控制信號而產生耦合到所述壓控振蕩器中的輸出控制 電壓，所述電荷泵具有第一輔助切換晶體管和第二輔助切換晶體管，其在輸出晶體管支線 中的多個串行耦合晶體管的第一中間節(jié)點與第二中間節(jié)點之間串行耦合在一起，所述第一 輔助切換晶體管和所述第二輔助切換晶體管用以周期性地接通以在所述第一中間節(jié)點與 所述第二中間節(jié)點之間提供均衡路徑，以減少所述電荷泵的輸出中的噪聲。
17.根據權利要求16所述的電路，其進一步包括低通濾波器，其耦合在所述電荷泵與所述壓控振蕩器之間，所述低通濾波器用以在所 述電荷泵所產生的所述輸出控制電壓耦合到所述壓控振蕩器中之前大體上濾出所述輸出 控制電壓中不合需要的交流分量。
18.根據權利要求16所述的電路，其中 所述電路為無線電系統(tǒng)的頻率合成器。
19.根據權利要求16所述的電路，其中 所述電荷泵的所述輸出支線包含 第一主切換晶體管，其耦合到正電源，第二主切換晶體管，其耦合到接地，第一經偏壓晶體管，其耦合在電荷泵輸出端子與所述第一主切換晶體管之間， 第二經偏壓晶體管，其耦合在所述電荷泵輸出端子與所述第二主切換晶體管之間，且 其中所述第一主切換晶體管和所述第二主切換晶體管用以周期性地對所述輸出晶體 管支線的所述電荷泵輸出端子進行充電。
20.—種電荷泵，其包括用于加偏壓于一對主晶體管開關之間的多個晶體管的裝置；用于早于所述對主晶體管開關中的一者而接通另一主晶體管開關以經由所述多個經 偏壓晶體管向輸出端子添加凈電荷或從輸出端子減去凈電荷的裝置；以及用于在所述對主晶體管開關斷開時接通輔助晶體管開關以在所述主晶體管開關與所 述經偏壓晶體管之間提供到達節(jié)點的輔助均衡路徑以均衡電荷且快速斷開所述經偏壓晶體管的裝置。
21.根據權利要求20所述的電荷泵，其進一步包括用于在所述對主晶體管開關接通時斷開所述輔助晶體管開關的裝置。
22.根據權利要求20所述的電荷泵，其進一步包括用于更改所述經偏壓晶體管的偏壓控制端子上的偏壓控制電壓的裝置。
23.根據權利要求20所述的電荷泵，其進一步包括用于將參考電壓與所述輸出端子上的電壓進行比較的裝置；以及 用于更改所述經偏壓晶體管的一對偏壓控制端子上的偏壓控制電壓的裝置。
24.根據權利要求20所述的電荷泵，其進一步包括用于大體上同時接通所述對主晶體管開關且用于大體上同時切斷所述對主晶體管開 關以既不向所述輸出端子添加凈電荷也不從所述輸出端子減去凈電荷的裝置。
全文摘要
在本發(fā)明的一個實施例中，揭示一種用于電荷泵的方法。所述方法包含加偏壓于多個晶體管；切換一對主晶體管開關以經由所述經偏壓晶體管在輸出端子上施加凈電荷或移除所述輸出端子上的凈電荷；以及當所述主晶體管開關斷開時，接通輔助晶體管開關。所述輔助晶體管開關在接通時在所述主晶體管開關與所述經偏壓晶體管之間提供到達節(jié)點的輔助均衡路徑。所述輔助均衡路徑均衡中間節(jié)點之間的電壓，以快速斷開所述經偏壓晶體管，并減少所述電荷泵的所述輸出端子上的噪聲。
文檔編號H03L7/089GK101855831SQ200880115573
公開日2010年10月6日 申請日期2008年11月12日 優(yōu)先權日2007年11月13日
發(fā)明者李桑奧, 楊炯錫, 王沈 申請人:高通股份有限公司