本發(fā)明一般地涉及電荷泵，更特別地，涉及用于鎖相環(huán)的自偏置電荷泵。

背景技術(shù)：

鎖相環(huán)(pll)是生成相位與輸入信號的相位有關(guān)的輸出信號的控制系統(tǒng)。pll廣泛用在無線電、電信、計算機及其他電子應(yīng)用中。它們可以用于解調(diào)信號、從噪聲通信信道恢復信號、生成輸入頻率的倍數(shù)的穩(wěn)定頻率或在諸如微處理器的數(shù)字邏輯電路中分配精確定時的時鐘脈沖。

pll可以包括鑒相器、電荷泵、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器(vco)及分頻器。vco生成輸出信號。鑒相器接收輸入信號、比較vco生成的輸出信號的相位與輸入信號的相位，并調(diào)整vco以保持相位匹配。鑒相器的輸出也用作電流源，通過向電荷泵發(fā)送up和dn信號來周期性地接通和關(guān)斷電荷泵，從而將電流泵到環(huán)路濾波器中和從環(huán)路濾波器中泵出。由于電荷泵中的up/dn電流匹配對減少噪聲和雜散是重要的，電荷泵使用針對up電路和dn電路中的每一個的復制偏置支路。然而，復制偏置支路增加了電荷泵上的額外噪聲。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供去除復制偏置支路，并在關(guān)斷狀態(tài)期間使用主支路來校準up/dn電流。

在一個實施例中，公開了一種裝置。該裝置包括：被配置為生成電流的電流源；耦合到電流源和第一偏置節(jié)點的開關(guān)電流源電路，以允許電流流過開關(guān)電流源電路進入第一偏置節(jié)點中；被配置為從鑒相器接收第一控制信號的第一偏置電路，第一偏置電路被配置為響應(yīng)于第一控制信號而鏡像流過開關(guān)電流源電路的電流；耦合到第二偏置節(jié)點并在輸出節(jié)點處耦合到第一偏置電路的第二偏置電路，第二偏置電路被配置為從鑒相器接收第二控制信號；以及跨導放大器，其被配置為從輸出節(jié)點接收反饋信號并生成輸出電流，以控制第二偏置節(jié)點。

在另一實施例中，公開了一種裝置。該裝置包括：被配置為生成電流的電流源；耦合到電流源和第一偏置節(jié)點的開關(guān)電流源電路，以允許電流流過開關(guān)電流源電路進入第一偏置節(jié)點中；被配置為從鑒相器接收第一控制信號的第一偏置電路，第一偏置電路被配置為響應(yīng)于第一控制信號而鏡像流過開關(guān)電流源電路的電流；耦合到第二偏置節(jié)點并在輸出節(jié)點處耦合到第一偏置電路的第二偏置電路，第二偏置電路被配置為從鑒相器接收第二控制信號；以及具有正輸入端子、負輸入端子及輸出端子的單位增益緩沖器，正輸入端子被配置為接收輸入信號，負輸入端子耦合到輸出端子，其中輸出端子耦合到輸出節(jié)點、第一偏置電路及第二偏置電路。

在另一實施例中，公開了鎖相環(huán)。該鎖相環(huán)包括：鑒相器，被配置為接收參考信號和分頻器輸出信號并輸出控制信號和互補控制信號；電荷泵，包括：被配置為生成電流的電流源；耦合到電流源和第一偏置節(jié)點的開關(guān)電流源電路，以允許電流流過開關(guān)電流源電路進入第一偏置節(jié)點中；被配置為從鑒相器接收第一控制信號的第一偏置電路，第一偏置電路被配置為響應(yīng)于第一控制信號而鏡像流過開關(guān)電流源電路的電流；耦合到第二偏置節(jié)點并在輸出節(jié)點處耦合到第一偏置電路的第二偏置電路，第二偏置電路被配置為從鑒相器接收第二控制信號；以及跨導放大器，被配置為從輸出節(jié)點接收反饋信號并生成輸出電流，以控制第二偏置節(jié)點；被配置為接收電流脈沖序列信號并輸出控制電壓的低通濾波器；被配置為接收控制電壓并輸出對應(yīng)頻率信號的壓控振蕩器；以及分頻器，被配置為接收對應(yīng)頻率信號并輸出用于反饋到鑒相器的分頻器輸出信號。

從通過示例的方式說明了本發(fā)明的方面的本描述中，本公開的其他特征和優(yōu)點應(yīng)當是明顯的。

附圖說明

本公開的細節(jié)，關(guān)于其結(jié)構(gòu)和操作兩者，可以部分地通過對所附進一步的附圖的學習而明晰，在附圖中相同參考標記指代相同部件，并且在附圖中：

圖1是鎖相環(huán)(pll)的框圖；

圖2是一種電荷泵的示意圖，該電荷泵是圖1中所示的電荷泵的一個實施例；

圖3是根據(jù)本公開的一個實施例的電荷泵的不同配置的時序圖；

圖4是根據(jù)本公開的一個實施例的、被配置為去除復制支路并使用環(huán)路增益來使up/dn電流匹配的電荷泵的示意圖；

圖5a是根據(jù)本公開的一個實施例的、被配置在主模式中的電荷泵的示意圖；

圖5b是根據(jù)本公開的另一實施例的、被配置在up/dn電流校準模式中的電荷泵的示意圖；以及

圖5c是根據(jù)本公開的另一實施例的、被配置在關(guān)斷狀態(tài)期間使用主支路的電流校準模式中的電荷泵的示意圖。

具體實施方式

本文所描述的某些實施例提供了去除復制偏置支路，并在關(guān)斷狀態(tài)期間使用主支路來校準up/dn電流。因為pll鎖定時由于小的相位誤差而使電荷泵接通很短的時間段，因此剩余時間可以由主支路來使用，以校準電流。由于主支路用于電流校準，因此不存在復制支路與主支路之間的匹配問題。電流匹配僅有環(huán)路增益確定。另外，使用主支路來校準電流導致主支路的低頻率噪聲的減少，這使得能夠使用更小尺寸的晶體管。下文所陳述的詳細描述旨在作為本公開的示例性設(shè)計的描述，而不旨在表示可以實踐本公開的僅有的設(shè)計。術(shù)語“示例性”在本文中用于意指“充當示例、實例或說明”。在本文中被描述為“示例性”的任何設(shè)計不一定被解釋為比其他設(shè)計更優(yōu)選或有利的設(shè)計。詳細描述包括為了提供對本公開的示例性設(shè)計的深入理解的目的具體細節(jié)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當理解，本文所描述的示例性設(shè)計可以在沒有這些具體細節(jié)的情況下被實踐。在一些實例中，以框圖的形式示出了眾所周知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備，以便避免模糊本文所呈現(xiàn)的示例性設(shè)計的新穎性。

圖1是鎖相環(huán)(pll)100的框圖，鎖相環(huán)(pll)100包括鑒相器110、電荷泵120、環(huán)路濾波器130、vco140、分頻器150及deltasigma調(diào)制器(dsm)160。vco140生成輸出信號。鑒相器110在其第一輸入引線處從諸如晶體振蕩器的源接收參考時鐘信號(fref)。鑒相器110還在其第二輸入引線處接收分頻器輸出信號(fv)。使用這些信號，鑒相器110比較并調(diào)整vco140，以保持相位匹配。鑒相器110進一步生成上升電荷泵控制信號(up)和下降電荷泵控制信號(dn)。up信號和dn信號被供應(yīng)到電荷泵120。因此，鑒相器110的輸出用作電流源，通過周期性地接通和關(guān)斷電荷泵來使用電荷泵120，從而將電流泵到環(huán)路濾波器130中及從環(huán)路濾波器130泵出。分頻器150將一位vco輸出信號(fvco)除以由dsm160生成的多位數(shù)字除數(shù)值，并將得到的分頻的一位反饋信號(fv)輸出到鑒相器110的第二輸入引線。

圖2是電荷泵200的示意圖，電荷泵200是圖1的電荷泵120的一個實施例。在圖2中，電荷泵200包括dn電流鏡電路240、up電流鏡電路210、dn復制偏置電路260、up復制偏置電路230、dn電流源228和up電流源258。電荷泵輸出節(jié)點270輸出電流脈沖信號icp。一般而言，電流鏡是用于通過在另一有源設(shè)備中復制電流來產(chǎn)生一個有源設(shè)備中的電流的副本的電路塊。電流鏡的一個重要特征是相對高的輸出電阻，其有助于保持輸出電流恒定而不管負載條件。電路鏡的另一特征是相對低的輸入電阻，其有助于保持輸入電流恒定而不管驅(qū)動條件。

dn電流鏡電路240包括dn偏置電路242、dn開關(guān)電流電路244及電容器246。dn偏置電路242進一步包括n溝道鏡像晶體管250和n溝道開關(guān)晶體管252。鏡像晶體管250的柵極端子耦合到dn偏置節(jié)點256。開關(guān)晶體管252的柵極端子由dn信號控制。鏡像晶體管250和dn開關(guān)電流電路244的鏡像晶體管254形成電流鏡。當開關(guān)晶體管252接通時，從供應(yīng)節(jié)點272流過電流源228然后流過dn開關(guān)電流電路244的電流被鏡像到dn偏置電路242上，而電流idn從輸出節(jié)點270流過dn偏置電路242然后流到接地節(jié)點274。

dn復制偏置電路260進一步包括第一n溝道晶體管262和第二n溝道晶體管264。晶體管262、264形成復制偏置電路，因為它們的幾何結(jié)構(gòu)和布局與dn偏置電路242的晶體管基本相同。因此，第一晶體管262具有與鏡像晶體管250相同的寬度尺寸和長度尺寸，而第二晶體管(或開關(guān)晶體管)264具有與開關(guān)晶體管252相同的寬度尺寸和長度尺寸。第一晶體管262的柵極端子耦合到電流鏡電路240的偏置節(jié)點256。第二晶體管264的柵極端子由信號dnb控制，信號dnb是信號dn的互補信號。當信號dnb被斷言為高且偏置節(jié)點256處的電壓足以接通第一晶體管262時，復制電流266從供應(yīng)節(jié)點272流過第一晶體管262、流過第二晶體管264并流到接地節(jié)點274。

up電流鏡電路210包括up偏置電路212、up開關(guān)電流電路214及電容器216。up偏置電路212進一步包括p溝道鏡像晶體管222和p溝道開關(guān)晶體管220。鏡像晶體管222的柵極端子耦合到up偏置節(jié)點226。開關(guān)晶體管220的柵極端子由upb信號(up信號的反相形式)控制。up開關(guān)電流電路214進一步包括p溝道晶體管224。鏡像晶體管224的柵極端子耦合到偏置節(jié)點226。鏡像晶體管222、224形成電流鏡。當開關(guān)晶體管220接通時，從供應(yīng)節(jié)點272流過up開關(guān)電流電路214的電流被鏡像到up偏置電路212上，而電流iup從供應(yīng)節(jié)點272流過up偏置電路212，并流到電荷泵輸出節(jié)點270中。

up復制偏置電路230進一步包括第一p溝道晶體管234和第二p溝道晶體管232。第一晶體管234和第二晶體管232形成復制偏置電路，因為它們的幾何結(jié)構(gòu)和布局與up偏置電路212的晶體管基本相同。因此，第一晶體管234具有與鏡像晶體管222相同的寬度尺寸和長度尺寸，而第二晶體管(或開關(guān)晶體管)232具有與開關(guān)晶體管220相同的寬度尺寸和長度尺寸。第一晶體管234的源極端子耦合到第二晶體管232的漏極端子，而第一晶體管234的漏極端子耦合到接地節(jié)點274。第一晶體管234的柵極端子耦合到電流鏡像電路210的偏置節(jié)點226。第二晶體管232的源極端子耦合到供應(yīng)節(jié)點272。第二晶體管232的柵極端子由up信號控制。當up信號從高數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)變到低數(shù)字邏輯電平且偏置節(jié)點226處的電壓足夠低以接通第一晶體管234時，復制電流236從供應(yīng)節(jié)點272流過第二晶體管232、流過第一晶體管234并流到接地節(jié)點274。雖然圖2將dn電流鏡電路240和dn復制偏置電路260中的所有晶體管示出為n溝道金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管(mosfet)，而將up電流鏡電路210和up復制偏置電路230中的所有晶體管示出為p溝道m(xù)osfet，但是電路210、230、240、260可以用n溝道m(xù)osfet和p溝道m(xù)osfet或其他類型的晶體管的任何組合來配置。

在操作中，當dn信號變高時，電流idn被迫流過dn偏置電路242。電流idn的大小由流過電流源228的電流設(shè)置。當電流流過dn電流鏡電路240時，dn偏置節(jié)點256上存在擾動，而當電流停止流過dn電流鏡電路240時，存在其他擾動。通過提供以與dn電流鏡電路240相反的方式進行開關(guān)的dn復制偏置電路260，由接通電流鏡電路240引起的電壓干擾被dn復制偏置電路260關(guān)斷時的相反電壓干擾抵消，其中dn復制偏置電路260的晶體管是dn偏置電路242中的對應(yīng)晶體管的復制。類似地，up復制偏置電路230趨向于抵消up偏置節(jié)點226上的由開關(guān)up電流鏡電路210引起的電壓干擾。因此，復制偏置電路260、230被提供以用于降低偏置節(jié)點256、226上的這些電壓干擾的影響。然而，復制偏置分路在電荷泵上增加了額外噪聲。

因此，在一些實施例中，可以去除復制偏置分路，并使用主支路來校準up/dn電流。因為pll鎖定時由于小的相位誤差而使電荷泵接通很短的時間段，因此剩余時間可以由主支路來使用，以校準電流。由于主支路用于電流校準，因此不存在復制支路與主支路之間的匹配問題。電流匹配僅有環(huán)路增益確定。另外，使用主支路來校準電流導致主支路的低頻率噪聲的減少，這使得能夠使用更小尺寸的晶體管。

圖3是根據(jù)本公開的一個實施例的電荷泵的不同配置的時序圖300。圖3的時序圖300示出，當up/dn信號310從高數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)變到低數(shù)字邏輯電平時，φ1信號320被斷言為將電荷泵配置在使用主支路的主模式中。當up/dn信號310處于高數(shù)字邏輯電平處且φ1信號320未被斷言時，電荷泵被配置在使用iup/dn校準支路的up/dn電流校準模式中(參見330)。另外，當電荷泵沒有處于主模式或up/dn電流校準模式中時，電荷泵被置于關(guān)斷模式，如由φ2信號340所示的。如上文所陳述的，電荷泵可以在這種關(guān)斷模式(φ2信號被斷言)期間使用主支路來進一步校準up/dn電流。

圖4是根據(jù)本公開的一個實施例的、被配置為去除復制支路(圖2中所示的)并使用環(huán)路增益來使up/dn電流匹配的電荷泵400的示意圖。在各種實施例中，電荷泵400被配置成具有使用vtune信號的校準環(huán)路的動態(tài)校準電路。在這種配置中，電流匹配僅有環(huán)路增益確定。另外，動態(tài)地校準電流提供了改進的pll參考雜散和降低的帶內(nèi)電荷泵噪聲。

圖4中，去除了圖2中所示的up開關(guān)電流電路215、up電流源258、up復制偏置電路230及dn復制偏置電路260。因此，在圖4的所示實施例中，運算跨導放大器(ota)410用于校準up偏置節(jié)點226處的電流。另外，開關(guān)450、452、420、426、428、430，電容器422以及單位增益緩沖器440用于配置反饋信號vtune和fb，其被輸入到ota410。單位增益緩沖器440被配置為具有調(diào)諧電壓(vtune)作為輸入的單位增益電壓跟隨器。開關(guān)450、452分別由upb和dnb信號控制。開關(guān)420、426分別由兩個互補信號φ1和控制。如上文所陳述的，φ1信號在up/dn信號310從高數(shù)字邏輯電平轉(zhuǎn)變到低數(shù)字邏輯電平時被斷言。開關(guān)430、428由兩個互補信號φ2和控制。如在圖3的時序圖中所示的，φ2信號在電荷泵既不處于主模式(φ1信號被斷言)中也不處于up/dn電流校準模式中時被斷言，以在關(guān)斷模式期間進一步校準up/dn電流。

圖5a是根據(jù)本公開的一個實施例的、被配置在主模式中的電荷泵500的示意圖。通過斷言φ1信號(以及信號)并去斷言φ2信號(以及信號)，電荷泵從圖4被配置成這種模式。也就是說，開關(guān)420和428閉合，而開關(guān)426和430斷開。開關(guān)450和452也斷開。因此，在這種模式中，電荷泵500通過使用在開關(guān)晶體管220和252處分別接收的upb和dn信號來控制電流iup和idn而在輸出節(jié)點270處輸出電流。

圖5b是根據(jù)本公開的另一實施例的、被配置在up/dn電流校準模式中的電荷泵520的示意圖。通過去斷言φ1和φ2信號兩者(以及斷言和信號兩者)，電荷泵從圖4被配置成這種模式。也就是說，開關(guān)420和430斷開，而開關(guān)426和428閉合。開關(guān)450和452也斷開。因此，在這種模式中，電荷泵520被配置為使用具有節(jié)點270處的輸出電流的反饋的ota410來校準up/dn電流和up偏置節(jié)點226。

圖5c是根據(jù)本公開的另一實施例的、被配置成在關(guān)斷狀態(tài)期間使用主支路的電流校準模式的電荷泵530的示意圖。通過斷言φ2信號(以及信號)并去斷言φ1(以及信號)，電荷泵從圖4被配置成這種模式。也就是說，開關(guān)420和428斷開，而開關(guān)426和430閉合。開關(guān)450和452也閉合。因此，在這種模式中，電荷泵530被配置為使用單位增益緩沖器440來進一步校準up/dn電流，以補償鏡像晶體管222、250的泄漏。

雖然上文描述了本公開的數(shù)個實施例，但是本公開的許多變化是可能的。例如，雖然上文所描述的圖示的實施例將電荷泵配置為利用晶體管和電容器，但是諸如緩沖器、運算放大器和開關(guān)的其他元件也可以用于配置電荷泵。另外，各種實施例的特征可以被組合成與上文所描述的那些實施例不同的組合。此外，為了清楚而簡要的描述，對系統(tǒng)和方法的許多描述已進行簡化。許多描述使用了具體標準的術(shù)語和結(jié)構(gòu)。然而，所公開的系統(tǒng)和方法是更廣泛適用的。

技術(shù)人員將理解，與本文所公開的實施例結(jié)合而描述的各種說明性塊和模塊可以以各種形式實現(xiàn)。上文已經(jīng)一般地在其功能方面描述了一些塊和模塊。如何實現(xiàn)這樣的功能取決于施加在整個系統(tǒng)上的約束。技術(shù)人員針對每個特定應(yīng)用以不同方式實現(xiàn)所描述的功能，但是這樣的實現(xiàn)決策不應(yīng)當被解釋為導致脫離本公開的范圍。另外，模塊、塊或步驟內(nèi)的功能分組是為了便于描述。具體功能或步驟可以從一個模塊或塊中移動，而不脫離本公開。

與本文所公開的實施例結(jié)合而描述的各種說明性邏輯塊、單元、步驟、部件及模塊可以通過諸如通用處理器、數(shù)字信號處理器(dsp)、專用集成電路(asic)、現(xiàn)場可編程門陣列(fgpa)或其他可編程邏輯設(shè)備、離散門或晶體管邏輯、離散硬件部件或者其被設(shè)計成執(zhí)行上文所描述的功能的任何組合的處理器來實現(xiàn)或執(zhí)行。通用處理器可以是微處理器，但在備選方案中，處理器可以是任何處理器、控制器、微控制器或狀態(tài)機。處理器還可以被實現(xiàn)為計算設(shè)備的組合，例如，dsp和微處理器的組合、多個微處理器、結(jié)合dsp芯的一個或多個微處理器或者任何其他這樣的配置。另外，實現(xiàn)本文所描述的實施例及功能塊和模塊的電路可以使用各種晶體管類型、邏輯系列及設(shè)計方法來實現(xiàn)。

提供所公開的實施例的以上描述，以使得本領(lǐng)域的任何技術(shù)人員能夠采用或使用本公開中所描述的發(fā)明。對這些實施例的各種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是顯而易見的，并且本文所描述的一般性原理可以應(yīng)用到其他實施例而不脫離本公開的精神或范圍。因此，應(yīng)當理解，本文所呈現(xiàn)的描述和附圖表示本公開的當前優(yōu)選實施例，并且因此表示由本公開廣泛預期的主題。應(yīng)當進一步理解，本公開的范圍完全涵蓋對本領(lǐng)域技術(shù)人員可以成為顯而易見的其他實施例，以及本公開的范圍因此僅由所附權(quán)利要求限制。