專利名稱：鎖相回路頻率合成器的電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為一種有關(guān)于電荷泵，特別是一種鎖相回路頻率合成器(Phase-Locked Loop Frequency Synthesizer)的電荷泵。
背景技術(shù)：
鎖相回路頻率合成器是一種能消除時脈差異、時脈/數(shù)據(jù)回復(fù)及頻率合成的電路架構(gòu)，主要在將輸入、輸出信號的相位與頻率作追蹤與鎖定，用以將輸出信號的相位與頻率固定在一個預(yù)定值范圍內(nèi)，以提供所需的頻率。
請參照圖1，為已知的頻率合成器系統(tǒng)方塊圖，首先，相位比較器10依據(jù)參考信號Fr與回授信號Fs，產(chǎn)生相位誤差/上(Up)信號或相位誤差/下(Down)信號，電荷泵20依據(jù)輸入的相位誤差/上(Up)信號或相位誤差/下(Down)信號，產(chǎn)生充電電流或放電電流，用以對回路濾波器30充電及放電，回路濾波器30依據(jù)充電電流及放電電流產(chǎn)生控制電壓Vc，電壓控制振蕩器40依據(jù)控制電壓Vc產(chǎn)生輸出信號Fo，當(dāng)輸出信號Fo與參考信號Fr頻率不同時，將輸出信號Fo回授給分頻器50，分頻器50將輸出訊號Fo分頻后，輸出比較信號Fs給相位比較器10，使比較信號Fs與參考信號Fr相同，并控制電壓控制振蕩器40輸出預(yù)定振蕩頻率信號。
其中電荷泵20主要作用在于產(chǎn)生一充電電流與一放電電流，用以產(chǎn)生或排除回路濾波器30上的電荷，而電荷泵20的特性將影響到鎖相回路頻率合成器，已知電荷泵20電路大多采用電流鏡(Current Mirror)架構(gòu)，而已知的電路架構(gòu)有些問題存在，原因在于電路中的PMOS晶體管及PNP雙極晶體管的不良性能所限制，而使這種電路在切換速度上受影響，導(dǎo)致輸出噪聲較為嚴(yán)重，進(jìn)而影響鎖相回路頻率合成器的特性，因此，如何加快電流鏡電路切換速度以降低輸出噪聲，成為研究人員待解決的問題之一。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本實(shí)用新型提出一種應(yīng)用于鎖相回路頻率合成器的電荷泵。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的鎖相回路頻率合成器的電荷泵采用了如下技術(shù)方案，本實(shí)用新型的相回路頻率合成器的電荷泵包含有充電單元與放電單元，利用相位比較器產(chǎn)生的相位誤差/上信號與相位誤差/下信號，對回路濾波器產(chǎn)生充電及放電電流，其中充電單元更包含有電流源、第一充電開關(guān)電路、第二充電開關(guān)電路及電流鏡電路，該電流源用以提供一電流；該第一充電開關(guān)電路與該相位誤差/上信號(UP)的反向信號時，關(guān)閉其開關(guān)，以停止輸出該電流；該第二充電開關(guān)電路與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/上信號(UP)時，導(dǎo)通其開關(guān)，以輸出該電流；該電流鏡電路與該第二充電開關(guān)電路耦接，并形成該電流鏡電路，以輸出該電流作為該充電電流；而放電單元更包含有電流源、第一放電開關(guān)電路、第二放電開關(guān)電路及電流鏡電路，該電流源用以提供一電流；該第一放電開關(guān)電路與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/下信號(DOWN)時，關(guān)閉其開關(guān)，以停止輸出該電流；該第二放電開關(guān)電路與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/下信號(DOWN)的反向信號時，導(dǎo)通其開關(guān)，以輸出該電流，該電流鏡電路與該第二放電開關(guān)電路耦接，并形成該電流鏡電路，以輸出該電流作為該放電電流。
通過這種鎖相回路頻率合成器的電荷泵，利用開關(guān)電路在輸入信號改變狀態(tài)的瞬間快速作切換，以產(chǎn)生充電或放電電流，解決已知電流鏡架構(gòu)在開關(guān)切換速度上較慢，而使輸出噪聲較為嚴(yán)重，進(jìn)而影響鎖相回路頻率合成器的特性，達(dá)到提高鎖相回路頻率合成器穩(wěn)定性的目的。
圖1為已知之鎖相回路頻率合成器系統(tǒng)方塊圖；圖2A為本實(shí)用新型的充電單元電路示意圖；圖2B為本實(shí)用新型的輸入信號與輸出信號關(guān)系圖；圖2C為本實(shí)用新型的充電單元電路示意圖；圖3為本實(shí)用新型所之一實(shí)施例電路圖。
具體實(shí)施方式
請參照圖2A，為本實(shí)用新型的充電單元電路示意圖，我們先就電荷泵充電單元的電路部分來看，包含有電流源電路，由第八NMOS晶體管215構(gòu)成，其柵極受偏壓，其源極耦接至最負(fù)電壓源(VSS)，用以提供一電流源。
第一充電開關(guān)電路，包含有第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204、第一PMOS晶體管202及第二PMOS晶體管203；第一NMOS晶體管201的柵極接地，其源極耦接至第八NMOS晶體管215的漏極，其漏極與第一PMOS晶體管202的漏極、柵極和第二PMOS晶體管203的柵極耦接，第一PMOS晶體管202的源極與第二PMOS晶體管203的源極耦接至正電壓源(VDD)。
第二充電開關(guān)電路，包含有第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204、第三PMOS晶體管205及第四PMOS晶體管206；第二NMOS晶體管204的柵極接輸入信號，其源極耦接至第八NMOS晶體管215的漏極，其漏極與第三PMOS晶體管205的漏極、柵極和第四PMOS晶體管206的柵極耦接，第三PMOS晶體管205的源極與第四PMOS晶體管206的源極耦接至正電壓源(VDD)。
以下我們就電路操作部分說明，首先，第一NMOS晶體管201的柵極接地，第二NMOS晶體管204的柵極接輸入信號，其中輸入信號的輸入輸出關(guān)系如圖2B，當(dāng)輸入信號甚小于零時，第一NMOS晶體管201導(dǎo)通，這將使得第一PMOS晶體管202、第二PMOS晶體管203開啟(0N)，而第三PMOS晶體管205、第四PMOS晶體管206關(guān)閉(OFF)。
第八NMOS晶體管215柵極偏壓，以產(chǎn)生電流，剛開始電流全部流過第一PMOS晶體管202與第一NMOS晶體管201，當(dāng)?shù)诙﨨MOS晶體管204的輸入電壓向臨界點(diǎn)方向增加時(即圖2B的A到B)，第八NMOS晶體管215的一部份尾電流，開始流過第二PMOS晶體管203與第二NMOS晶體管204，此過程一直持續(xù)到流過第二NMOS晶體管204的電流，等于流過第二PMOS晶體管203內(nèi)的電流為止(即圖2B的B點(diǎn)時)，當(dāng)流過第二NMOS晶體管204的電流，剛好超過流過第二PMOS晶體管203內(nèi)的電流時，第一充電開關(guān)電路進(jìn)行切換，此時第二充電開關(guān)電路導(dǎo)通。
同理，請參照圖2B及圖2C，當(dāng)輸入信號大于零時，第二NMOS晶體管204導(dǎo)通，這將使得第三PMOS晶體管205、第四PMOS晶體管206開啟(ON)，而第一PMOS晶體管202、第二PMOS晶體管203關(guān)閉(OFF)。
第八NMOS晶體管215柵極偏壓，以產(chǎn)生電流，剛開始電流全部流過第三PMOS晶體管205與第二NMOS晶體管204，當(dāng)?shù)诙﨨MOS晶體管204的輸入電壓向臨界點(diǎn)方向增加時(即圖2B的C到D)，第八NMOS晶體管215的一部份尾電流，開始流過第四PMOS晶體管206與第一NMOS晶體管201，此過程一直持續(xù)到流過第一NMOS晶體管201的電流，等于流過第四PMOS晶體管206內(nèi)的電流為止(即圖2B的D點(diǎn)時)，當(dāng)流過第一NMOS晶體管201的電流，剛好超過流過第四PMOS晶體管206內(nèi)的電流時，第二充電開關(guān)電路進(jìn)行切換，此時第一充電開關(guān)電路導(dǎo)通，如此循環(huán)，利用這種快速切換開關(guān)的電路架構(gòu)，可以在輸入信號狀態(tài)改變瞬間，隨即進(jìn)行開關(guān)切換動作，解決已知電路在切換開關(guān)速度上較慢，而使輸出噪聲較為嚴(yán)重的問題。
接下來，請參照圖3，為本實(shí)用新型的實(shí)施例電路圖，首先，充電單元包含電流源、第一充電開關(guān)電路、第二充電開關(guān)電路及電流鏡電路。
第一充電開關(guān)電路由第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204、第一PMOS晶體管202及第二PMOS晶體管203所構(gòu)成，第一NMOS晶體管201的柵極接相位誤差/上信號的反向信號UP-，第二NMOS晶體管204的柵極接相位誤差/上信號UP+，第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204的源極與最負(fù)電壓源(VSS)間，連接有一電流源220，該第一PMOS晶體管202的柵極、漏極與該第二PMOS晶體管203的柵極共接至該第一NMOS晶體管201的漏極，第一PMOS晶體管202的源極與第二PMOS晶體管203的源極耦接至正電壓源(VDD)，第二PMOS晶體管203的漏極耦接至第二NMOS晶體管204的漏極。
第二充電開關(guān)電路由第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204、第三PMOS晶體管205及第四PMOS晶體管206所構(gòu)成，其中第二NMOS晶體管204的柵極接相位誤差/上信號UP+，第一NMOS晶體管201的柵極接相位誤差/上信號的反向信號UP-，第一NMOS晶體管201、第二NMOS晶體管204的源極與最負(fù)電壓源(VSS)間，連接有一電流源220，該第三PMOS晶體管205的漏極、柵極與該第四PMOS晶體管206的柵極共接至該第二NMOS晶體管204的漏極，第三PMOS晶體管205的源極與第四PMOS晶體管206的源極耦接至正電壓源(VDD)，第四PMOS晶體管206的漏極耦接至第一NMOS晶體管201的漏極。
電流鏡電路由第三PMOS晶體管205與第五PMOS晶體管207構(gòu)成，其中該第三與該第五PMOS晶體管205、207的源極耦接至正壓電源(VDD)，該第三PMOS晶體管205的柵極、漏極與該第五PMOS晶體管207的柵極耦接，第五PMOS晶體管207的漏極耦接至節(jié)點(diǎn)1。
放電單元包含電流源、第一放電開關(guān)電路、第二放電開關(guān)電路及電流鏡電路。
第一放電開關(guān)電路由第六PMOS晶體管208、第七PMOS晶體管211、第三NMOS晶體管209及第四NMOS晶體管210所構(gòu)成，其中第六PMOS晶體管208的柵極接相位誤差/下信號DOWN+，第七PMOS晶體管211的柵極接相位誤差/下信號的反向信號DOWN-，第六PMOS晶體管208、第七PMOS晶體管211的源極與正電壓源(VDD)間，連接有一電流源230，該第三NMOS晶體管209的柵極、漏極與該第四NMOS晶體管210的柵極耦接至該第六PMOS晶體管208的漏極，第三NMOS晶體管209與第四NMOS晶體管210的源極耦接至最負(fù)電壓源(VSS)，該第七PMOS晶體管211的漏極耦接至該第四NMOS晶體管210的漏極。
第二放電開關(guān)電路由第六PMOS晶體管208、第七PMOS晶體管211、第五NMOS晶體管212及第六NMOS晶體管213所構(gòu)成，第七PMOS晶體管211的柵極接相位誤差/下信號的反向信號DOWN-，第六PMOS晶體管208的柵極接相位誤差/下信號DOWN+，第六PMOS晶體管208、第七PMOS晶體管211的源極與正電壓源(VDD)間，連接有一電流源230，該第五NMOS晶體管212的柵極、漏極與該第六NMOS晶體管213的柵極共接至該第七PMOS晶體管211的漏極，第五NMOS晶體管212與第六NMOS晶體管213的源極耦接至最負(fù)電壓源(VSS)，該第六PMOS晶體管208的漏極耦接至該第六NMOS晶體管213的漏極，其中DOWN-為相位誤差/下(DOWN+)信號的反向信號。
電流鏡電路由第五NMOS晶體管212與第七NMOS晶體管214構(gòu)成，其中第五與第七NMOS晶體管212、214的源極耦接至最負(fù)電壓源(VSS)，該第五NMOS晶體管212的柵極、漏極耦接至該第七NMOS晶體管214的柵極，第七NMOS晶體管214的漏極耦接至節(jié)點(diǎn)1。
以下我們說明電荷泵的電路操作，當(dāng)相位誤差/上信號UP+為高電位訊號時，第二NMOS晶體管204因此導(dǎo)通(0N)，第四PMOS晶體管205與第五PMOS晶體管207相互形成一電流鏡電路，電流源220流過第二NMOS晶體管204與第四PMOS晶體管205，并在第五PMOS晶體管207產(chǎn)生復(fù)制電流，電流由正電壓源(VDD)流過第五PMOS晶體管207至回路濾波器30，由節(jié)點(diǎn)1輸出，以對回路濾波器30提供充電電流。
當(dāng)相位誤差/下信號DOWN+為高電位訊號時，代表相位誤差/下信號的反向信號DOWN-為低電位訊號，第七PMOS晶體管211因此導(dǎo)通(ON)，第五NMOS晶體管212與第七NMOS晶體管214相互形成一電流鏡電路，電流源230流過第七PMOS晶體管211與第五NMOS晶體管212，并在第七NMOS晶體管214產(chǎn)生復(fù)制電流，由節(jié)點(diǎn)1輸入，電流由回路濾波器30流過第五NMOS晶體管212至最負(fù)電壓(VSS)，以對回路濾波器30產(chǎn)生放電電流。
當(dāng)相位誤差/上信號UP+與相位誤差/下信號DOWN+均為低電位訊號，PMOS晶體管207與NMOS晶體管214均為關(guān)閉(OFF)狀態(tài)，所以沒有任何電流流入或流出回路濾波器30。
其中當(dāng)輸入信號在狀態(tài)改變的的瞬間，請參照圖2A、圖2B及圖2C可知，開關(guān)電路可快速切換，通過這種鎖相回路頻率合成器的電荷泵，可以達(dá)到快速切換充放電開關(guān)的目的，解決已知電流鏡電路在開關(guān)切換時引起的噪聲問題，增加鎖相回路頻率合成器的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求1.一種鎖相回率頻率合成器的電荷泵，其特征在于包含有一充電單元，包含一電流源，用以提供一電流；一第一充電開關(guān)電路，與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/上信號的反向信號時，關(guān)閉其開關(guān)，以停止輸出該電流；一第二充電開關(guān)電路，與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/上信號時，導(dǎo)通其開關(guān)，以輸出該電流；一電流鏡電路，與該第二充電開關(guān)電路耦接，并形成該電流鏡電路，以輸出該電流作為該充電電流；一放電單元，包含一電流源，用以提供一電流；一第一放電開關(guān)電路，與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/下信號時，關(guān)閉其開關(guān)，以停止輸出該電流；一第二放電開關(guān)電路，與該電流源耦接，當(dāng)接收到該相位誤差/下信號的反向信號時，導(dǎo)通其開關(guān)，以輸出該電流；及一電流鏡電路，與該第二放電開關(guān)電路耦接，并形成該電流鏡電路，以輸出該電流作為該放電電流。
2.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該第一充電開關(guān)電路更包含有一第一與一第二NMOS晶體管和一第一與一第二PMOS晶體管，該第一與該第二NMOS晶體管的源極耦接至該電流源，該第一PMOS晶體管的柵極、漏極與該第二PMOS晶體管的柵極共接至該第一NMOS晶體管的漏極，該第一與該第二PMOS晶體管的源極耦接至一正電壓源，該第二PMOS晶體管的漏極耦接至該第二NMOS晶體管的漏極，該第二或該第一NMOS晶體管的柵極接收該相位誤差/上信號或該相位誤差/上信號的反向信號。
3.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該第二充電開關(guān)電路更包含有一第一與一第二NMOS晶體管和一第三與一第四PMOS晶體管，該第一與該第二NMOS晶體管的源極耦接至該電流源，該第三PMOS晶體管的柵極、漏極與該第四PMOS晶體管的柵極共接至該第二NMOS晶體管的漏極，該第三與該第四PMOS晶體管的源極耦接至一正電壓源，該第四PMOS晶體管的漏極耦接至該第一NMOS晶體管的漏極，該第二或該第一NMOS晶體管的柵極接收該相位誤差/上信號或該相位誤差/上信號的反向信號。
4.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該電流鏡電路更包含有一第三與一第五PMOS晶體管，該第三PMOS晶體管的柵極、漏極耦接至該第五PMOS晶體管的柵極，該第三與該第五PMOS晶體管的源極耦接至一正電壓源，該第五PMOS晶體管的漏極耦接至節(jié)點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該第一放電開關(guān)電路更包含有一第六與一第七PMOS晶體管和一第三與一第四NMOS晶體管，該第六與該第七PMOS晶體管的源極耦接至該電流源，該第三NMOS晶體管的柵極、漏極與該第四NMOS晶體管的柵極共接至該第六PMOS晶體管的漏極，該第三與該第四NMOS晶體管的源極耦接至一最負(fù)電壓源，該第七PMOS晶體管的漏極耦接至該第四NMOS晶體管的漏極，該第六或該第七PMOS晶體管的柵極接收該相位誤差/下信號或該相位誤差/下信號的反向信號。
6.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該第二放電開關(guān)電路更包含有一第六與一第七PMOS晶體管和一第五與一第六NMOS晶體管，該第六與該第七PMOS晶體管的源極耦接至該電流源，該第五NMOS晶體管的柵極、漏極與該第六NMOS晶體管的柵極共接至該第七PMOS晶體管的漏極，該第五與該第六NMOS晶體管的源極耦接至一最負(fù)電壓源，該第六PMOS晶體管的漏極耦接至該第六NMOS晶體管的漏極，該第六或該第七PMOS晶體管的柵極接收該相位誤差/下信號或該相位誤差/下信號的反向信號。
7.如權(quán)利要求1所述的鎖相回路頻率合成器的電荷泵，其特征在于該電流鏡電路更包含有一第五與一第七NMOS晶體管，該第五NMOS晶體管的柵極、漏極耦接至該第七NMOS晶體管的柵極，該第五與該第七NMOS晶體管的源極耦接至一最負(fù)電壓源，該第七NMOS晶體管的漏極耦接至節(jié)點(diǎn)。
專利摘要本實(shí)用新型揭示了一種鎖相回路頻率合成器的電荷泵，包含有充電單元與放電單元，利用已知電路中的相位比較器產(chǎn)生的相位誤差 /上信號(UP)與相位誤差/下信號(DOWN)，對回路濾波器產(chǎn)生充電及放電電流，其中充電單元更包含有電流源、第一充電開關(guān)電路、第二充電開關(guān)電路及電流鏡電路；而放電單元更包含有電流源、第一放電開關(guān)電路、第二放電開關(guān)電路及電流鏡電路。本實(shí)用新型通過這種鎖相回路頻率合成器的電荷泵，利用開關(guān)電路在輸入信號改變狀態(tài)的瞬間快速作切換，以產(chǎn)生充電或放電電流，加快了電流鏡電路切換速度以降低輸出噪聲，達(dá)到提高鎖相回路頻率合成器穩(wěn)定性的目的。
文檔編號H02M3/155GK2859925SQ20052003944
公開日2007年1月17日 申請日期2005年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者陳幼林 申請人:上海環(huán)達(dá)計(jì)算機(jī)科技有限公司, 神達(dá)電腦股份有限公司