專利名稱：具有減少的至偏置節(jié)點的耦合的pll電荷泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
所公開的實施例涉及電荷泵，尤其涉及在鎖相環(huán)(PLL)中使用的電荷泵。背景信息在許多應(yīng)用中均使用PLL，包括在蜂窩電話接收機和發(fā)射機的本地振蕩器中使用PLL。諸如蜂窩電話的本地振蕩器中的那些PLL之類的PLL往往是使用數(shù)字互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)制造工藝來實現(xiàn)的并且往往涉及連同反相器延遲元件一起構(gòu)造的環(huán)型壓控振蕩器(VC0)。此類VCO在使用納米CMOS工藝來實現(xiàn)時通常具有高增益。使用高增益VCO的PLL可通過增加環(huán)路濾波器電容或者通過減小電荷泵電流來穩(wěn)定。對于給定值的環(huán)路濾波器電容，使用這些VCO拓撲的PLL限于使用較低值的電荷泵電流以補償較大的VCO增益。 構(gòu)造以較低電流水平工作且具有期望工作特性的電荷泵是有挑戰(zhàn)性的。較低電流水平下的電荷泵性能可能對二階效應(yīng)敏感并且可能由于偏置節(jié)點至其他節(jié)點的不想要的耦合而遭受退化。圖I (現(xiàn)有技術(shù))是PLL內(nèi)的典型電荷泵I的電路圖。電荷泵I在輸入節(jié)點2上接收上升電荷泵控制信號(UPB)并且在輸入節(jié)點3上接收下降電荷泵控制信號(DN)。信號UPB控制電荷泵上升電流(IUP)，并且信號DN控制電荷泵下降電流(IDN)。節(jié)點5和6是偏置節(jié)點。電荷泵I通過傳導(dǎo)上升電流(IUP)的流動來將電荷提供到電荷泵輸出節(jié)點4上，并且通過傳導(dǎo)下降電流(IDN)的流動來將電荷從電荷泵輸出節(jié)點4移除。結(jié)果得到的電荷泵電流脈沖串信號ICP隨后通常被提供給對這些脈沖進行積分的環(huán)路濾波器，由此生成直流(DC)信號。該DC信號被提供給PLL的VCO并且控制該VC0。諸如電荷泵I之類的電荷泵在以較低電流水平工作時呈現(xiàn)非線性的工作特性以及不合意的低增益。概述一種電荷泵包括UP電流鏡電路和DN電流鏡電路。UP電流鏡電路接收輸入UPB信號并且響應(yīng)于輸入UPB信號而將電荷提供到電荷泵輸出節(jié)點上。DN電流鏡電路接收輸入DN信號并且響應(yīng)于該輸入DN信號而從電荷泵輸出節(jié)點汲取電荷。輸入UPB和DN信號可以例如從鎖相環(huán)(PLL)中的相頻檢測器(PFD)接收。為了防止可能出現(xiàn)的對UP和DN電流鏡電路的偏置節(jié)點上的偏置電壓的不合意的擾動，提供了 UP和DN電流鏡電路的諸部分的副本電路。每個副本電路耦合至相應(yīng)電流鏡電路的偏置節(jié)點，但被控制成以與電流鏡電路切換的方式相反的方式切換，以使得副本電路創(chuàng)生趨于抵消因電流鏡電路的切換而創(chuàng)生的不合意干擾的干擾。在一個實施例中，電流鏡電路包括第一支路和第二支路。第一支路耦合至電荷泵輸出節(jié)點，并且第一支路中的電流流動由輸入信號控制。當(dāng)輸入信號具有第一數(shù)字邏輯電平時，則允許第一支路中的電流流動，而當(dāng)輸入信號具有第二數(shù)字邏輯電平時，則沒有電流在第一支路中流動。通過第二支路中的電流的幅值來確定第一支路中的鏡像電流在被允許流動時的幅值。副本電路是第一支路的副本，但是該副本電路由與控制第一支路的輸入信號的極性相反的信號來控制。第一和第二支路中的鏡像晶體管的柵極以電流鏡的方式耦合在一起，并且還耦合至副本電路中的晶體管的柵極。電荷泵可以例如包括耦合至UP電流鏡電路的第一副本電路，并且還包括耦合至DN電流鏡電路的第二副本電路。在一些實施例中，副本電路以與相應(yīng)電流鏡電路傳導(dǎo)電流(例如,從電源節(jié)點到電荷泵輸出節(jié)點或者從電荷泵輸出節(jié)點到接地節(jié)點)的方式類似的方式傳導(dǎo)電流(例如，從電源節(jié)點到接地節(jié)點)。在其他實施例中，副本電路將電流傳導(dǎo)至DC電壓節(jié)點和/或從除了電源節(jié)點和接地節(jié)點以外的DC電壓節(jié)點傳導(dǎo)電流。在又一些實施例中，副本電路接收輸入切換信號，但是副本電路不傳導(dǎo)顯著的副本電流。以上內(nèi)容是概要，由此必然包含對細節(jié)的簡化、概況和省略；因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將能領(lǐng)會此概要僅是說明性的，而絕非意欲以任何方式限制。正如純由權(quán)利要求書定義的在本文中所描述的設(shè)備和/或過程的其他方面、發(fā)明性特征、以及優(yōu)點將從本文中闡述的非限定性具體說明中變得顯而易見。 附圖簡要說明圖I (現(xiàn)有技術(shù))是PLL內(nèi)的典型電荷泵的電路圖。圖2是根據(jù)一個新穎方面的一個特定類型的移動通信設(shè)備100的極簡化高層框圖。圖3是圖2的RF收發(fā)機集成電路103的更為詳細的框圖。圖4是更詳細地示出圖3的本地振蕩器106的電路圖。圖5是更詳細地示出圖4的PFD 138、電荷泵139和環(huán)路濾波器134的電路圖。圖6是解說圖5的PFD 138、電荷泵139和環(huán)路濾波器134的操作的理想化波形的圖示。圖7是更詳細地示出圖5的電荷泵139的第一實施例的電路圖。圖8是解說趨于影響電荷泵139的操作的一種類型耦合的電荷泵139的電路圖。圖9是解說因電荷泵輸入信號的轉(zhuǎn)變所造成的電荷泵偏置節(jié)點上的電壓擾動的波形圖。

圖10是示出圖5的電荷泵139的消耗較少功率的第二實施例的電路圖。圖11是根據(jù)一個新穎方面的方法的簡化流程圖。具體描述圖2是根據(jù)一個新穎方面的移動通信設(shè)備100的極簡化高層框圖。在此示例中，移動通信設(shè)備100是蜂窩電話。蜂窩電話(除所解說的若干其他組件之外)包括天線102和兩個集成電路103和104。集成電路104稱為“數(shù)字基帶集成電路”。集成電路103是射頻(RF)收發(fā)機集成電路。RF收發(fā)機集成電路103被稱為“收發(fā)機”，因為它包括發(fā)射機和接收機。圖3是圖2的RF收發(fā)機集成電路103的更詳細的框圖。接收機包括被稱為“接收鏈”105的組件以及本地振蕩器(LO) 106。當(dāng)蜂窩電話正在接收時，在天線102上接收高頻RF信號107。來自107的信息通過雙工器108、匹配網(wǎng)絡(luò)109以及通過接收鏈105。信號107由低噪聲放大器(LNA) 110放大并且由混頻器111下變頻。結(jié)果得到的經(jīng)下變頻的信號由基帶濾波器112濾波并且傳遞給數(shù)字基帶集成電路104。數(shù)字基帶集成電路中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器113將信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式并且結(jié)果得到的數(shù)字信息由數(shù)字基帶集成電路104中的數(shù)字電路系統(tǒng)處理。數(shù)字基帶集成電路104通過控制在本地振蕩器輸出114上提供給混頻器111的本地振蕩器(LO)信號的頻率來調(diào)諧接收機。如果蜂窩電話正在傳送，則要被傳送的信息由數(shù)字基帶集成電路104中的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC) 115轉(zhuǎn)換成模擬形式并被提供給RF收發(fā)機集成電路103中的“發(fā)射鏈”116?；鶐V波器117隨后濾除因數(shù)模轉(zhuǎn)換過程產(chǎn)生的噪聲。處于本地振蕩器119的控制下的混頻器塊118隨后將信號上變頻成高頻信號。驅(qū)動放大器120和外部功率放大器121放大該高頻信號以驅(qū)動天線102，從而高頻RF信號122從天線102被發(fā)射。數(shù)字基帶集成電路104通過控制在本地振蕩器輸出123上提供給混頻器118的本地振蕩器信號的頻率來控制發(fā)射機。數(shù)字基帶集成電路104通過跨數(shù)字總線124、通過總線接口 125以及控制線126和127發(fā)送恰適的控制信息來控制本地振蕩器106和119。圖4是更詳細地示出圖3的本地振蕩器106的電路圖。本地振蕩器106包括參考時鐘信號XO的源128和鎖相環(huán)(PLL) 129。源128可以是晶體振蕩器、或振蕩器的一部分、或參考時鐘信號XO的另一源，諸如通過其傳達參考時鐘信號XO的導(dǎo)體。源128將參考時鐘信號XO提供到相頻檢測器(PFD)138的第一輸入引線144上。經(jīng)由導(dǎo)體126接收到的控制信息用于控制環(huán)路分頻器136。環(huán)路分頻器136使單比特本地振蕩器輸出信號LO頻率除以導(dǎo)體141上的多比特數(shù)字除數(shù)值，并將結(jié)果得到的經(jīng)分頻的單比特反饋信號DIV_0UT輸出到導(dǎo)體142和PFD 138的第二輸入引線143上。PLL 129包括相頻檢測器(PFD) 138、電荷泵139、環(huán)路濾波器134、壓控振蕩器(VCO) 135和環(huán)路分頻器136。PFD 138在其第一輸入引線144上接收參考時鐘信號XO并在其第二輸入引線143上接收反饋DIV_0UT信號。從這些信號，PFD 138生成上升電荷泵控制信號(UP)和下降電荷泵控制信號(DN)。UP和DN信號分別經(jīng)由導(dǎo)體145和146提供給電荷泵139。 圖5是更詳細地示出PFD 138、電荷泵139和環(huán)路濾波器134的電路圖。PFD 138包括第一觸發(fā)器147、第二觸發(fā)器148和AND門149。圖5的電路僅是可使用的PFD電路的一個示例。在此為說明目的而解說該特定電路。在正相位情況下，PFD 138如下工作。如果信號XO和DIV_0UT兩者最初均處于高數(shù)字邏輯電平，并且如果觸發(fā)器147和148兩者均被復(fù)位且輸出低數(shù)字邏輯電平，則AND門149輸出低數(shù)字邏輯電平并且觸發(fā)器147和148不在被復(fù)位的狀況下。如果信號XO隨后轉(zhuǎn)變到高數(shù)字邏輯電平，則觸發(fā)器147被置位并且UP信號斷言為高數(shù)字邏輯電平。這種狀況持續(xù)下去直至信號DIV_0UT轉(zhuǎn)變?yōu)楦?。?dāng)信號DIV_0UT轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r，觸發(fā)器148被置位并且信號DN斷言為高。當(dāng)信號DN轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r，則提供到AND門149的輸入端上的UP和DN信號兩者均為高。AND門149因此輸出使觸發(fā)器147和148兩者異步復(fù)位的數(shù)字邏輯高值。信號UP和DN兩者隨后快速地解除斷言為具有低數(shù)字邏輯電平。在緊接著信號DN的低到高轉(zhuǎn)變的時刻，PFD 138在其復(fù)位狀態(tài)下并且準(zhǔn)備測量另一上升沿狀況的相位。信號DN斷言為高的時間量是通過AND門149使觸發(fā)器147和148異步復(fù)位所需要的時間量。然而，信號UP斷言為高的時間量取決于XO的上升沿與DIV_0UT的上升沿之間的相位差而變。相位差越大，則信號UP斷言為高的時間就越長。在負相位情況下，PFD 138如下工作。如果信號XO和DIV_0UT兩者最初在低數(shù)字邏輯電平，并且如果觸發(fā)器147和148兩者均被復(fù)位且輸出低數(shù)字邏輯電平，以及如果信號DIV_0UT隨后在信號XO之前轉(zhuǎn)變?yōu)楦邤?shù)字邏輯電平，則觸發(fā)器148被置位。DN信號斷言為高。這種狀況持續(xù)下去直至信號XO轉(zhuǎn)變?yōu)楦?。?dāng)信號XO轉(zhuǎn)變?yōu)楦邥r，觸發(fā)器147被置位并且信號UP斷言為高。此時，信號UP和DN兩者均為高。AND門149因此輸出使觸發(fā)器147和148兩者異步復(fù)位的高數(shù)字邏輯電平。信號UP和DN兩者隨后解除斷言為具有低數(shù)字邏輯電平。PFD 138隨后準(zhǔn)備測量另一上升沿狀況。信號UP斷言為高的時間量是通過AND門149使觸發(fā)器147和148異步復(fù)位所需要的時間量。然而，信號DN斷言為高的時間量取決于DIV_0UT的上升沿與XO的上升沿之間的相位差而變。相位差越大，則信號DN斷言為高的時間就越長。圖5中對電荷泵139的解說是簡化。在該簡化中，電荷泵139包括分別由PFD 138生成的UPB和DN信號控制(B卩，控制開和關(guān))的第一開關(guān)152和第二開關(guān)153。電荷泵139還包括第一電流源158和第二電流源159。第一開關(guān)152控制IUP電流的流動，并且第二開關(guān)153控制IDN電流的流動。由PFD 138生成的UPB信號經(jīng)由導(dǎo)體151和控制開關(guān)152提供。由PFD 138生成的DN信號經(jīng)由導(dǎo)體146和控制開關(guān)153提供。PFD 139附加地經(jīng)由導(dǎo)體151向電荷泵139提供信號UPB并且經(jīng)由導(dǎo)體150向電荷泵139提供信號DNB。信號 UP和DNB控制(圖5中未解說的)副本電路。當(dāng)經(jīng)由導(dǎo)體151接收的控制信號UPB具有低數(shù)字邏輯電平時，電流IUP從電源節(jié)點167流過第一開關(guān)152、通過第一電流源158并且隨后流到導(dǎo)體156上。當(dāng)經(jīng)由導(dǎo)體146接收的控制信號DN具有高數(shù)字邏輯電平時，電荷從導(dǎo)體156汲取，并且流過電流源159、第二開關(guān)153以及隨后流到接地節(jié)點168。如果在相位測量上升X0/DIV_0UT邊沿狀況期間信號UP為高(并且UPB為低)的時間長于信號DN為高的時間，則經(jīng)由IUP電流流動供應(yīng)到導(dǎo)體156上的電荷多于經(jīng)由IDN電流流動從導(dǎo)體156移出的電荷。結(jié)果是正電流ICP脈沖。另一方面，如果在相位測量上升X0/DIV_0UT邊沿狀況期間信號DN為高的時間長于信號UP為高的時間，則經(jīng)由IUP電流流動提供到導(dǎo)體156上的電荷少于經(jīng)由IDN電流流動從導(dǎo)體156移出的電荷。結(jié)果是負電流ICP脈沖。正和負ICP脈沖一起構(gòu)成電荷泵電流脈沖串信號ICP。脈沖串信號ICP經(jīng)由導(dǎo)體156提供給環(huán)路濾波器134。在此示例中，環(huán)路濾波器134是低通濾波器。在低通濾波脈沖串信號ICP之后，環(huán)路濾波器134如圖5中所示的那樣經(jīng)由導(dǎo)體157提供信號VC0IN。對圖5中給出的環(huán)路濾波器134的解說是在此處為解說目的提供的簡化。圖6是解說圖5的電路的操作的理想化波形圖。圖6中左側(cè)的波形解說正相位狀況。信號UP的脈沖161長于信號DN的脈沖162,從而導(dǎo)致電流ICP的正脈沖163。圖6中右側(cè)的波形解說負相位狀況。信號UP的脈沖164短于信號DN的脈沖165,從而導(dǎo)致電流ICP的負脈沖166。圖7是更詳細地示出圖5的電荷泵139的電路圖。電荷泵139包括DN電流鏡電路181、UP電流鏡電路182、DN第一支路副本電路183、UP第一支路副本電路184、DN電流源185和UP電流源186。電荷泵139將電荷泵電流脈沖串信號ICP輸出到電荷泵輸出節(jié)點193上。導(dǎo)體156是電荷泵輸出節(jié)點193的一部分。DN電流鏡電路181包括第一支路195、第二支路196和電容器197。第一支路195還包括N溝道鏡像晶體管201和N溝道開關(guān)晶體管202。鏡像晶體管201的柵極耦合至DN偏置節(jié)點198。開關(guān)晶體管202的柵極耦合至導(dǎo)體146并由信號DN控制。鏡像晶體管201和鏡像晶體管203形成電流鏡。如果開關(guān)晶體管202打開，則從電源節(jié)點167流過電流源185和第二支路196的電流被鏡像到第一支路195以及電流IDN從電荷泵輸出節(jié)點193通過第一支路195流到接地節(jié)點168。DN第一支路副本電路183還包括第一 N溝道晶體管204和第二 N溝道晶體管205。第一晶體管204和第二晶體管205被認為形成“副本電路”，因為它們的幾何尺寸和布局與DN電流鏡電路181的第一支路195的晶體管基本上相同。因此，第一晶體管204具有與鏡像晶體管201相同的寬度和長度尺寸，并且第二晶體管(或開關(guān)晶體管)205具有與開關(guān)晶體管202相同的寬度尺寸和長度尺寸。第一晶體管204的柵極耦合至電流鏡電路181的偏置節(jié)點198。第二晶體管205的柵極耦合至導(dǎo)體150并由信號DNB控制。如果信號DNB斷言為高并且偏置節(jié)點198處的電壓足以打開第一晶體管204，則副本電流206從電源節(jié)點167通過第一晶體管204、第二晶體管205流到接地節(jié)點168。UP電流鏡電路182包括第一支路211、第二支路212和電容器213。第一支路211還包括P溝道鏡像晶體管215和P溝道開關(guān)晶體管216。鏡像晶體管215的柵極耦合至UP偏置節(jié)點214。開關(guān)晶體管216的柵極耦合至導(dǎo)體151并由作為信號UP的反相版本的信號UPB控制。第二支路212還包括P溝道鏡像晶體管217。鏡像晶體管217的柵極耦合至偏 置節(jié)點214。鏡像晶體管215和鏡像晶體管217形成電流鏡。如果開關(guān)晶體管216打開,則從電源節(jié)點167流過第二支路212的電流被鏡像到第一支路211并且電流IUP從電源節(jié)點167經(jīng)過第一支路211流到電荷泵輸出節(jié)點193上。UP第一支路副本電路184還包括第一 P溝道晶體管218和第二 P溝道晶體管219。第一晶體管218和第二晶體管219被認為形成“副本電路”，因為它們的幾何尺寸和布局與UP電流鏡電路182的第一支路211的晶體管基本上相同。因此，第一晶體管218具有與鏡像晶體管215相同的寬度和長度尺寸，并且第二晶體管(或開關(guān)晶體管)219具有與開關(guān)晶體管216相同的寬度和長度尺寸。第一晶體管218的源極耦合至第二晶體管219的漏極，并且第一晶體管218的漏極耦合至接地節(jié)點168。第一晶體管218的柵極耦合至電流鏡電路182的偏置節(jié)點214。第二晶體管219的源極耦合至電源節(jié)點167。第二晶體管219的柵極耦合至導(dǎo)體145并由信號UP控制。如果信號UP從高數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛿?shù)字邏輯電平并且偏置節(jié)點214處的電壓足夠低以打開第一晶體管218，則副本電流220從電源節(jié)點167經(jīng)過第二晶體管219、第一晶體管218流到接地節(jié)點168。在操作中，當(dāng)信號DN變高時，電流IDN流經(jīng)第一支路195。電流IDN的幅值由流經(jīng)電流源185的電流設(shè)置。當(dāng)電流流經(jīng)DN電流鏡電路181時，在DN偏置節(jié)點198上存在擾動，并且當(dāng)電流停止流經(jīng)DN電流鏡電路181時，存在其他擾動。DN偏置節(jié)點198上的擾動的一個示例為電壓擾動。通過提供以與DN電流鏡電路181相反的方式進行切換的DN第一支路副本電路183，其中DN第一支路副本電路183的晶體管是DN第一支路電路195中的相應(yīng)晶體管的副本，由于打開DN電流鏡電路181所造成的電壓擾動通過第一支路副本電路183關(guān)閉時相反的電壓擾動來抵消。類似地，UP第一支路副本電路184趨于抵消UP偏置節(jié)點214上由于切換UP電流鏡電路182所造成的電壓擾動。圖8是解說趨于影響電荷泵139的操作的一種類型寄生耦合的電荷泵139的電路圖。在一些情形中，寄生電容存在于電荷泵139中并且趨于導(dǎo)致DN偏置節(jié)點198和UP偏置節(jié)點214上的電壓擾動。寄生耦合存在于DN導(dǎo)體146與DN偏置節(jié)點198之間(通過寄生電容221和222)。因此，當(dāng)導(dǎo)體146上的DN信號發(fā)生轉(zhuǎn)變時，DN偏置節(jié)點198上的電壓受擾動。類似地，寄生耦合還存在于UPB導(dǎo)體151與UP偏置節(jié)點214之間(通過寄生電容223和224)。因此，當(dāng)導(dǎo)體151上的UPB信號發(fā)生轉(zhuǎn)變時，UP偏置節(jié)點214上的電壓受擾動。然而，這僅是對趨于導(dǎo)致此類電壓擾動的一種類型現(xiàn)象的簡化解釋。實際上，有許多耦合機制在工作。副本電路183和184被提供以減少偏置節(jié)點198和214上的這些電壓擾動的作用。DN副本電路183呈現(xiàn)DNB導(dǎo)體150與DN偏置節(jié)點198之間的寄生耦合(通過寄生電容226和225)。因為第一支路電路195和副本電路183相同并且由相反極性信號來時鐘控制，所以通過信號DN的轉(zhuǎn)變造成的DN偏置節(jié)點198上的擾動趨于通過在信號DNB的轉(zhuǎn)變期間由副本電路183創(chuàng)生的相等且相反的電壓擾動來抵消。節(jié)點150上的電荷泵輸入信號DNB的轉(zhuǎn)變與偏置節(jié)點198上的電壓之間存在耦合效應(yīng)，該耦合效應(yīng)抵消了節(jié)點146上的電荷泵輸入信號DN的相應(yīng)轉(zhuǎn)變與偏置節(jié)點198上的電壓之間的耦合效應(yīng)。 類似地，UP副本電路184呈現(xiàn)UP導(dǎo)體145與UP偏置節(jié)點214之間的寄生耦合(通過寄生電容227和228)。因為第一支路電路211和副本電路184相同并且由相反極性信號來時鐘控制，所以通過信號UPB的轉(zhuǎn)變造成的UP偏置節(jié)點214上的擾動趨于通過在信號 UP的轉(zhuǎn)變期間由副本電路184創(chuàng)生的相等且相反的電壓擾動來抵消。圖9是解說在電荷泵輸入信號DN和UPB的轉(zhuǎn)變期間造成的偏置節(jié)點198和214上的電壓擾動的波形圖。在圖7的電荷泵139的操作的一個示例中，信號DN從低數(shù)字邏輯電平到高數(shù)字邏輯電平(波形230)的上升轉(zhuǎn)變創(chuàng)生DN偏置節(jié)點198上的電壓擾動(參見圖7)。標(biāo)記為DN偏置節(jié)點的波形示出在電荷泵139連同副本電路183—起工作時以及在另一情形中如同不包括副本電路183時在信號DN的轉(zhuǎn)變期間隨時間(納秒)標(biāo)繪的圖7的DN偏置節(jié)點198上的電壓(毫伏)。波形231表示電荷泵139不與副本電路183 —起工作的情況下DN偏置節(jié)點198處的電壓。波形232表示電荷泵139如圖7中那樣與副本電路183一起工作時DN偏置節(jié)點198處的電壓。波形231指示在移除并且不利用副本電路的情況下DN偏置電壓下落到約625mV。波束232指示在利用副本電路183時DN偏置電壓僅下落到約690mV。因此，通過利用副本電路183減小了 DN偏置節(jié)點上的電壓擾動。類似地，信號UPB從高數(shù)字邏輯電平到低數(shù)字邏輯電平的下落轉(zhuǎn)變(波形233)創(chuàng)生UP偏置節(jié)點214上的電壓擾動。標(biāo)記為UP偏置節(jié)點的波形示出在電荷泵139連同副本電路184 —起工作時以及在另一情形中如同不包括副本電路184時在信號UPB的轉(zhuǎn)變期間隨時間(納秒)標(biāo)繪的圖7的UP偏置節(jié)點214上的電壓(毫伏)。波形234表示電荷泵139不與副本電路184—起工作的情況下UP偏置節(jié)點214處的電壓。波形235表示電荷泵139如圖7中那樣與副本電路184 —起工作時UP偏置節(jié)點214處的電壓。波形234指示當(dāng)移除和不利用副本電路184時UP偏置電壓在信號UPB轉(zhuǎn)變時上升到約700mV。波形235指示在利用副本電路184時UP偏置電壓僅上升到約525mV。因此，通過利用副本電路184減小了 UP偏置節(jié)點上的電壓擾動。圖10是消耗較少功率的圖5的電荷泵139的第二實施例的電路圖。電荷泵241與圖7中解說的電荷泵139基本相同，除了副本電路183和184不耦合至電源節(jié)點和接地節(jié)點兩者。不存在流經(jīng)副本電路183和184的電流導(dǎo)致較少的功耗。DN副本電路183包括(分別與晶體管201和202具有相同尺寸和布局的)第一晶體管204和第二晶體管205。然而，因為第一晶體管204的漏極耦合至接地節(jié)點并且第二晶體管205的源極耦合至接地節(jié)點，所以在晶體管205被控制成打開和導(dǎo)通時最小電流流過DN副本電路183。類似地，UP副本電路184包括(分別與晶體管215和216具有相同尺寸和布局的)第一晶體管218和第二晶體管219。然而，因為第一晶體管218的漏極耦合至電源節(jié)點并且第二晶體管219的源極耦合至電源節(jié)點，所以最小電流流過UP副本電路184。作為結(jié)果，由于流過副本電路183和184的最小化電流而導(dǎo)致由電荷泵241消耗較少的功率。圖11是根據(jù)一個新穎方面的方法300的流程圖。在第一步驟(步驟301)中，將電荷泵輸入信號接收到電流鏡電路上。電流鏡電路包括第一支路和第二支路。例如，在圖7中，輸入信號DN被接收到電荷泵輸入節(jié)點和導(dǎo)體146上以及電流鏡電路181的晶體管202的柵極上。電流鏡電路181包括第一支路195和第二支路196。第一步驟(步驟301)還涉及將流過第二支路的電流鏡像到流過第一支路的電流。在第一步驟(步驟301)中，第一電流由電荷泵輸入信號DN控制(B卩，控制接通和斷開)，并且第二支路196的鏡像晶體管203的柵極耦合至偏置節(jié)點198和第一支路195的鏡像晶體管201的柵極。如圖7中所解說的，輸入信號DN控制開關(guān)晶體管202，該開關(guān)晶體管202進而控制電流IDN流過第一支路195。
在第二步驟(步驟302)中，電荷泵輸入信號的反相版本被接收到在結(jié)構(gòu)上與第一支路基本上相同的副本電路。如圖7中所解說的，輸入信號DNB (信號DN的反相版本)被接收到輸入節(jié)點和導(dǎo)體150上以及DN第一支路副本電路183的晶體管205的柵極上。DN副本電路183的晶體管204的柵極耦合至偏置節(jié)點198。盡管以上出于說明目的描述了某些具體實施方式
，但本專利文件的教導(dǎo)具有普遍適用性并且不被限定于以上描述的具體實施方式
。相應(yīng)地，可實踐對所描述的具體實施方式
的各種特征的各種修改、適應(yīng)、以及組合而不會脫離所附權(quán)利要求書的范圍。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括 包括第一支路和第二支路的電流鏡電路，其中從電荷泵輸出節(jié)點經(jīng)過所述第一支路流到接地節(jié)點的第一電流被鏡像到經(jīng)過所述第二支路流到所述接地節(jié)點的第二電流，其中所述第一電流由電荷泵輸入信號控制，并且其中所述第二支路的鏡像晶體管的柵極耦合至偏置節(jié)點和所述第一支路的鏡像晶體管的柵極；以及 在結(jié)構(gòu)上與所述第一支路基本上相同的副本電路，其中所述副本電路接收所述電荷泵輸入信號的反相版本，并且其中所述副本電路的晶體管的柵極耦合至所述偏置節(jié)點。
2.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述副本電路將副本電流從電源節(jié)點傳導(dǎo)至所述接地節(jié)點，并且其中所述副本電流由所述電荷泵輸入信號的所述反相版本控制。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述副本電流從所述電源節(jié)點經(jīng)過所述副本電路的所述晶體管、所述副本電路的第二晶體管流到所述接地節(jié)點，并且其中所述電荷泵輸入信號的所述反相版本存在于所述副本電路的所述第二晶體管的柵極上。
4.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述副本電路的所述晶體管的漏極耦合至取自由以下各項構(gòu)成的組的節(jié)點接地節(jié)點、電源電壓節(jié)點、和攜帶直流(DC)電壓的節(jié)點。
5.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一電流在所述電荷泵輸入信號具有第一邏輯電平時流動，并且其中所述第一電流在所述電荷泵輸入信號具有第二邏輯電平時不流動。
6.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一支路包括所述第一支路的所述鏡像晶體管并且還包括開關(guān)晶體管，其中所述第一電流從所述電荷泵輸出節(jié)點經(jīng)過所述第一支路的所述鏡像晶體管、隨后經(jīng)過所述開關(guān)晶體管流到所述接地節(jié)點，并且其中所述電荷泵輸入信號存在于所述開關(guān)晶體管的柵極上。
7.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述第一支路包括所述第一支路的所述鏡像晶體管并且還包括開關(guān)晶體管，其中所述第一電流從所述電荷泵輸出節(jié)點經(jīng)過所述第一支路的所述鏡像晶體管、隨后經(jīng)過所述開關(guān)晶體管流到所述接地節(jié)點，其中所述副本電路包括柵極耦合至所述偏置節(jié)點的晶體管并且還包括開關(guān)晶體管，其中所述電荷泵輸入信號的所述反相版本存在于所述副本電路的所述開關(guān)晶體管的柵極上，其中所述第一支路的所述鏡像晶體管和所述副本電路的柵極耦合至所述偏置節(jié)點的所述晶體管均是具有相同寬度尺寸和具有相同長度尺寸的N溝道晶體管，并且其中所述第一支路的所述開關(guān)晶體管和所述副本電路的所述開關(guān)晶體管均是具有相同寬度尺寸和具有相同長度尺寸的N溝道晶體管。
8.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，進一步包括 包括第一支路和第二支路的第二電流鏡電路，其中從所述電源節(jié)點經(jīng)過所述第一支路流到所述電荷泵輸出節(jié)點的第三電流被鏡像到從所述電源節(jié)點流過所述第二支路的第四電流，其中所述第三電流由第二電荷泵輸入信號控制，并且其中所述第二電流鏡電路的所述第二支路的鏡像晶體管的柵極耦合至第二偏置節(jié)點和所述第二電流鏡電路的所述第一支路的鏡像晶體管的柵極；以及 在結(jié)構(gòu)上與所述第二電流鏡電路的所述第一支路基本上相同但將第二副本電流從所述電源節(jié)點傳導(dǎo)至所述接地節(jié)點的第二副本電路，其中所述第二副本電流由所述第二電荷泵輸入信號的反相版本控制，并且其中所述第二副本電路的晶體管的柵極耦合至所述第二偏置節(jié)點。
9.如權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，所述電荷泵輸入信號和所述電荷泵輸入信號的所述反相版本是從相位檢測器接收的。
10.一種方法，包括 將電荷泵輸入信號接收到電流鏡電路，其中所述電流鏡電路包括第一支路和第二支路，其中從電荷泵輸出節(jié)點經(jīng)過所述第一支路流到接地節(jié)點的第一電流被鏡像到經(jīng)過所述第二支路流到所述接地節(jié)點的第二電流，其中所述第一電流由所述電荷泵輸入信號控制，并且其中所述第二支路的鏡像晶體管的柵極耦合至偏置節(jié)點和所述第一支路的鏡像晶體管的柵極；以及 將所述電荷泵輸入信號的反相版本接收到副本電路，其中所述副本電路在結(jié)構(gòu)上與所述第一支路基本上相同但是將副本電流從電源節(jié)點傳導(dǎo)至所述接地節(jié)點，其中所述副本電流由所述電荷泵輸入信號的所述反相版本控制，并且其中所述副本電路的晶體管的柵極耦合至所述偏置節(jié)點。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述電荷泵輸入信號通過在所述電荷泵輸入信號具有第一邏輯電平時使所述第一電流能夠流動來控制所述第一電流，并且其中所述電荷泵輸入信號通過在所述電荷泵輸入信號具有第二邏輯電平時使所述第一電流不能流動來控制所述第一電流。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一支路包括所述第一支路的所述鏡像晶體管并且還包括開關(guān)晶體管，其中所述第一電流從所述電荷泵輸出節(jié)點經(jīng)過所述第一支路的所述鏡像晶體管、隨后經(jīng)過所述開關(guān)晶體管流到所述接地節(jié)點，并且其中所述電荷泵輸入信號存在于所述開關(guān)晶體管的柵極上。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述副本電流從所述電源節(jié)點經(jīng)過所述副本電路的所述晶體管、所述副本電路的第二晶體管流到所述接地節(jié)點，并且其中所述電荷泵輸入信號的所述反相版本被接收到所述副本電路的所述第二晶體管的柵極。
14.一種電荷泵,包括 電荷泵輸出節(jié)點； 第一電流鏡電路，其在第一電荷泵輸入信號具有第一邏輯電平時從所述電荷泵輸出節(jié)點傳導(dǎo)第一電流鏡電流； 第二電流鏡電路，其在第二電荷泵輸入信號具有第二邏輯電平時將第二電流鏡電流傳導(dǎo)到所述電荷泵輸出節(jié)點上； 作為所述第一電流鏡電路的一部分的副本的第一副本電路，其中所述第一副本電路在所述第一電荷泵輸入信號的反相版本具有所述第一邏輯電平時傳導(dǎo)第一副本電流，并且其中所述第一副本電路的晶體管的柵極耦合至所述第一電流鏡電路的電流鏡的偏置節(jié)點；以及 作為所述第二電流鏡電路的一部分的副本的第二副本電路，其中所述第二副本電路在所述第二電荷泵輸入信號的反相版本具有所述第二邏輯電平時傳導(dǎo)第二副本電流，并且其中所述第二副本電路的晶體管的柵極耦合至所述第二電流鏡電路的電流鏡的偏置節(jié)點。
15.如權(quán)利要求14所述的電荷泵，其特征在于，所述第一電荷泵輸入信號通過在所述第一電荷泵輸入信號具有所述第一邏輯電平時使所述第一電流鏡電流能夠流動來控制所述第一電流鏡電流，并且其中所述第一電荷泵輸入信號通過在所述第一電荷泵輸入信號具有所述第二邏輯電平時使所述第一電流鏡電流不能流動來控制所述第一電流鏡電流。
16.如權(quán)利要求14所述的電荷泵，其特征在于，所述第一電荷泵輸入信號、所述第一電荷泵輸入信號的所述反相版本、所述第二電荷泵輸入信號和所述第二電荷泵輸入信號的所述反相版本是從相位檢測器接收的。
17.—種設(shè)備,包括 電荷泵輸出節(jié)點； 第一電荷泵輸入節(jié)點，其接收電荷泵輸入信號； 第二電荷泵輸入節(jié)點，其接收所述電荷泵輸入信號的反相版本； 具有偏置節(jié)點的電流鏡，其中所述電流鏡適配成響應(yīng)于所述電荷泵輸入信號的轉(zhuǎn)變而發(fā)起電流從所述電荷泵輸出節(jié)點至接地節(jié)點的流動，其中在所述電荷泵輸入信號的所述轉(zhuǎn)變與所述偏置節(jié)點上的電壓之間存在第一耦合效應(yīng)；以及 用于通過感生所述電荷泵輸入信號的所述反相版本的轉(zhuǎn)變與所述偏置節(jié)點上的所述電壓之間的第二耦合效應(yīng)來減少所述電流鏡的所述偏置節(jié)點上的電壓擾動的裝置，其中所述第一和第二耦合效應(yīng)具有相反的幅值。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述裝置感生所述第二耦合效應(yīng)，以使得所述第一和第二耦合效應(yīng)基本上彼此消去。
19.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一耦合效應(yīng)包括所述第一電荷泵輸入節(jié)點與所述偏置節(jié)點之間的電容耦合，并且其中所述第二耦合效應(yīng)包括所述第二電荷泵輸入節(jié)點與所述偏置節(jié)點之間的電容耦合。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備是從相位檢測器接收所述電荷泵輸入信號和所述電荷泵輸入信號的所述反相版本的電荷泵。
全文摘要
一種電荷泵包括UP電流鏡和DN電流鏡。UP電流鏡由輸入UP信號控制并將電荷提供到輸出節(jié)點。DN電流鏡由輸入DN信號控制并從輸出節(jié)點汲取電荷。輸入UP和DN信號可從鎖相環(huán)(PLL)中的相位檢測器接收。為了防止可能出現(xiàn)的在UP和DN電流鏡的偏置節(jié)點上的擾動，提供了UP和DN電流鏡的諸部分的副本電路。每個副本電路耦合至相應(yīng)電流鏡的偏置節(jié)點，但是由與控制該電流鏡的輸入信號極性相反的輸入信號來控制，以使得該副本電路創(chuàng)生趨于抵消通過電流鏡的切換所創(chuàng)生的擾動的擾動。
文檔編號H03L7/00GK102870328SQ201180019957
公開日2013年1月9日 申請日期2011年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者A·拉古納丹, S·沃德瓦, M·佩德拉利-諾伊 申請人:高通股份有限公司