專利名稱：空閑時段運用采樣保持電路的充、放電電荷泵的校準裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明是和鎖相環(huán)(PLL)電荷泵技術(shù)相關，特別是和采樣保持電荷泵相關。
背景技術(shù)：
數(shù)字系統(tǒng)通常依賴與操作定時同步的精確時鐘和數(shù)據(jù)傳輸。晶體振蕩器常用于產(chǎn)生基頻時鐘，然后根據(jù)所需頻率，通過分頻或倍頻產(chǎn)生一個或多個頻率。外部時鐘經(jīng)過分頻或倍頻可以作為內(nèi)部時鐘使用。通常時鐘是采用鎖相環(huán)(以下簡稱PLL)從振蕩器輸出產(chǎn)生。PLL是在今天的數(shù)字系統(tǒng)中被廣泛使用的單元電路。
圖1顯示的是一個典型的PLL。鑒相器10接收到一個來自外部振蕩器或時鐘源的參考時鐘。參考時鐘的相位和頻率與由壓控振蕩器(以下簡稱VCO)14生成的反饋時鐘做相位和頻率比較。反饋時鐘就是PLL的輸出時鐘，或者由VCO14的輸出時鐘再次分頻輸出。
當某一輸出的相位或頻率與另一輸入的相位和頻率并不匹配時，鑒相器10輸出充電輸入、放電輸入(以下分別簡稱UP，DN)信號。這些UP，DN信號電平的變化可以引起電荷泵(CHARGE PUMP)12對濾波電容20充、放電。對濾波電容20充放電會使VCO 14的輸入電壓增加或降低。VCO14根據(jù)該變化調(diào)整輸出時鐘的頻率。反饋到鑒相器10的時鐘同樣隨著VCO14的變化而變化。隨著電荷泵(CHARGE PUMP)12對濾波電容20充、放電，改變輸入到VCO 14的控制電壓VCTL，使反饋時鐘的相位和頻率得到調(diào)整直到反饋時鐘得到匹配。鑒相器10停止向電荷泵12提供充電輸入和放電輸入信號，直到檢測到濾波電容20漏電或參考時鐘發(fā)生變化。
持續(xù)時間較短的脈沖通常被用作UP，DN信號。例如，鑒相器10可以是一對簡單的D觸發(fā)器。當檢測到有參考時鐘輸入時，一個D觸發(fā)器輸出UP脈沖。當檢測到一個反饋時鐘輸入結(jié)束時，UP脈沖結(jié)束。當檢測到反饋時鐘輸入時，另一個D觸發(fā)器產(chǎn)生DN脈沖。當檢測到參考時鐘輸入時，DN脈沖被清除。相位差越小，脈沖持續(xù)時間越短。
通常，當不需要相位調(diào)整時，UP和DN信號脈沖同時出現(xiàn)。當同時發(fā)生的UP和DN脈沖的持續(xù)時間相同時，電荷泵12就既不提供電流，也不提供相同的充放電電流給濾波電容20，由此提供一個零凈電荷(net zero charge)。
在系統(tǒng)鎖相的大部分時間里，電荷泵12應該輸出一個零凈電荷到濾波電容20。如果電荷泵(CHARGE PUMP)12 UP和DN不嚴格的匹配，一些凈電荷可能會進入到濾波電容20。這些凈電荷會導致一相位誤差，因為VCO14會受輕微的反饋時鐘的相位和頻率改變的影響，這樣他將不會準確地匹配參考時鐘。來自VCO14的反饋時鐘最終與參考時鐘相匹配，相位誤差和電荷泵(CHARGE PUMP)UP、DN電流失配成比例。
圖2是輸入到電荷泵的UP和DN信號并產(chǎn)生VCO控制電壓的時序圖。當一個輸入?yún)⒖紩r鐘超前的差異被鑒相器檢測到時，一個UP脈沖產(chǎn)生了。電荷泵通過把正電荷充入濾波電容，并將控制電壓VCTL提高到VCO(假定VCO輸出頻率正比于控制電壓)以響應UP脈沖。UP脈沖的寬度決定了電荷泵充到濾波電容的電量。一旦UP脈沖結(jié)束，控制電壓保持穩(wěn)定。
當鑒相器檢測到相位滯后的差異時，一個DN脈沖產(chǎn)生了。電荷泵的DN脈沖將降低濾波電容的電荷，并將控制電壓VCTL減小到VCO，以響應DN脈沖。DN脈沖的寬度決定了電荷泵充到濾波電容的電量。一旦DN脈沖結(jié)束，控制電壓保持穩(wěn)定。
最終，根據(jù)圖2所示，相位匹配時的相位檢測器同時輸出UP和DN脈沖。控制電壓將沒有變化，但是電荷泵并不是完美的，電荷泵的晶體管被UP和DN脈沖開關時會產(chǎn)生干擾。一旦UP和DN使晶體管充電時失配，一個凈電荷會把控制電壓變成如圖所示的樣子。電荷泵晶體管的不匹配降低了PLL的鎖相精度。
電荷泵常常是用CMOS晶體管制作的。CMOS電荷泵總是有誤差，因為電子遷移率比空穴電子遷移率更高，P溝道晶體管的寬度需要比N溝道更寬，而更寬的晶體管的寄生電容更高，當開關時會產(chǎn)生更多的注入電荷。P/N求MOS的差異再加上由于工藝，電壓和溫度變化的反應。當晶體管漏端連接到控制電壓和柵極被UP和DN脈沖開關時，P/N失配是很厲害的。因而標準CMOS電荷泵的電荷匹配較差。
根據(jù)IBM持有美國專利號5,508,660檔案透露的源跟隨(SOURCE-FOLLOWER)電荷泵的例子。它使用了一個NMOS晶體管驅(qū)動控制電壓的高，一個PMOS晶體管驅(qū)動控制電壓的低。這個設計可以處理相位錯誤，噪聲和工藝，電壓，溫度跟蹤問題。
圖3所示一個已有技術(shù)采用了源切換電荷泵。P-和N溝道驅(qū)動晶體管24，26是共柵晶體管分別偏置在常偏電壓BIASP，BIASN。晶體管24，26是通過置高和置低它們的源極電壓來開關，這樣是被它們的源極或源切換控制。
當DOWN脈沖DN是高電平時，N溝道晶體管28打開。對N溝道驅(qū)動晶體管26的源極充電，降低它的源極電壓直到柵源電壓超越N溝道極限。電流從濾波電容的上部流出，通過N溝道晶體管26，N溝道晶體管28到地到對濾波電容20放電，逐漸減少控制電壓VCTL。
當up脈沖UP建立時，它的反相信號UPB是低電平脈沖，打開P溝道晶體管22。P溝道驅(qū)動晶體管24的源極充電，提高它的電壓直到柵源電壓差超過P溝道極限。從電源來的電流，穿過P溝道晶體管22，24對濾波電容20充電，提高控制電壓VCTL。
晶體管22，28是被UPB和DN脈沖頻繁開關的，對驅(qū)動晶體管24，26的源極電壓的開關使這些晶體管開關。見專利持有者國家半導體公司的美國專利號5,656,563的例子。
當晶體管22，28被關閉，驅(qū)動晶體管24，26的源極浮空。關閉時間取決于gm/C響應速率，這是不想要的，這樣就從濾波電容獲得附加電荷。這可能導致一個明顯的相錯。更嚴重的是，補給晶體管22，28的生成電流是依賴于器件的寬長比和柵源電壓。這樣電荷泵up/down電流就對工藝，溫度和工作電壓變化非常敏感。
轉(zhuǎn)移到濾波電容的電荷可能不僅僅依賴于驅(qū)動晶體管24、26，BIASP、BIASN的柵源電壓，也依賴于漏源電壓。柵電壓BIASP和BIASN是和驅(qū)動晶體管24，26的漏源電壓無關的。這導致更大的失配和相差。
圖3所示的電荷泵脈沖控制信號UP，DOWN極性相反。一個低有效UPB脈沖總是和一個高有效DN脈沖一起工作。從鑒相器來的UPB，DN在時間上的不匹配造成更大的失配電流。當鑒相器只是輸出正邏輯脈沖，從UP反相產(chǎn)生UPB時會有一個額外的延遲。脈沖寬度及上升和下降時間經(jīng)反相后會被改變。此延時和畸變也會造成額外相差。

發(fā)明內(nèi)容
為了減少相差需要一個充放電電流非常匹配的電荷泵?？梢圆捎貌蓸颖３蛛娐方o電荷泵提供偏置。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，電荷泵的組成電荷泵的充電輸入端，和放電輸入端；輸出端，包括一輸出電容，在充電輸入時，所述輸出電容充電，在放電輸入時，所述輸出電容放電；固定電流源，提供一個相對恒定的源電流給第一節(jié)點；可變電流源，提供一個變化源電流給第二節(jié)點，其中變化源電流的電流變化由控制電壓控制；第一驅(qū)動晶體管，根據(jù)充電輸入，連接并控制在第一連接節(jié)點與輸出端之間的電流；第二驅(qū)動晶體管，根據(jù)放電輸入，連接并控制在第二連接節(jié)點與輸出端之間的電流；第一串聯(lián)晶體管，根據(jù)充電輸入或其反相信號，連接并控制在第一連接節(jié)點與中間節(jié)點之間的電流；第二串聯(lián)晶體管，根據(jù)放電輸入或其反相信號，連接并控制在第二連接節(jié)點與中間節(jié)點之間的電流；采樣電容，用于存儲采樣電荷，為可變電流源提供控制電壓；采樣開關，當充電輸入和放電輸入為無效時，連接并控制中間節(jié)點和采樣電容之間的電流。
本發(fā)明還提供了一個電流調(diào)整電荷泵，包含一個電流源，連接在電源和一個上連接節(jié)點之間；第一驅(qū)動晶體管，包括一個由反相的充電信號驅(qū)動的柵極，與上連接節(jié)點相連的源極，和與中間節(jié)點相連的漏極；第一串聯(lián)晶體管，包括有充電信號驅(qū)動的柵極，與上連接節(jié)點相連的源極，以及與中間節(jié)點相連的漏極；第二驅(qū)動晶體管，包括由放電信號驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的源極，以及與輸出相連的漏極源極；第二串聯(lián)晶體管，包括由反相的放電信號驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的源極，以及與中間節(jié)點相連的漏極源極；第一開關晶體管，包括由反相的充電信號驅(qū)動的柵極，與中間節(jié)點相連的漏極，以及與中間開關節(jié)點相連的源極；第二開關晶體管，包括由反相的放電信號驅(qū)動的柵極，與中間開關節(jié)點相連的漏極，與電荷存儲節(jié)點相連的源極；一個采樣電容，連接在電荷存儲節(jié)點和固定電壓之間；一個固定沉電流晶體管，包括由偏置電壓驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的漏極，以及與中沉節(jié)點(mid-sink)相連的源極；可變沉電流晶體管，包括與電荷存儲節(jié)點相連的柵極，與中沉節(jié)點相連的漏極，以及與地相連的源極。
此外，本發(fā)明提供的一個精確電荷泵，當對濾波電容器充放電時，輸出節(jié)點具有相匹配的充電和放電電流，所述精確電荷泵包括一個充電輸入信號為高時，對濾波電容器充電；一個充電輸入信號的反相信號為低時，對濾波電容器充電；一個放電輸入信號為高時，對濾波電容器放電；一個放電輸入信號的反相信號為低時，對濾波電容器放電；固定電流源裝置，產(chǎn)生一個固定電流到第一節(jié)點；可變電流源裝置，根據(jù)控制節(jié)點的控制電壓產(chǎn)生一個可調(diào)整電流到第二連接節(jié)點；第一驅(qū)動晶體管裝置，響應柵極的充電輸入信號的反相信號，以產(chǎn)生第一連接點到輸出節(jié)點的電流；第一串聯(lián)晶體管裝置，響應柵極的充電輸入信號，以產(chǎn)生第一連接點到中間節(jié)點的電流；第二驅(qū)動晶體管裝置，響應柵極的放電輸入信號，以產(chǎn)生第二連接點到輸出節(jié)點的電流；第二串聯(lián)晶體管裝置，響應柵極的放電輸入信號的反相信號，以產(chǎn)生第二連接點到中間節(jié)點的電流；采樣電容器裝置，用來存儲電荷以在控制節(jié)點產(chǎn)生控制電壓；采樣開關裝置，當充電輸入信號的反相信號和放電輸入信號的反相信號都為高時，對中間節(jié)點和控制節(jié)點之間進行控制。


下面，參照附圖，對于熟悉本技術(shù)領域的人員而言，從對本發(fā)明方法的詳細描述中，本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點將顯而易見。
圖1典型PLL的示意圖。
圖2是UP，DOWN輸入到電荷泵和用它的結(jié)果來控制壓控振蕩器VCO的時序圖。
圖3所示一個已有的采用源切換電荷泵。
圖4是圖示一個電荷泵和采樣保持電路的電流匹配。
圖5是采樣保持電荷泵的波形圖。
具體實施例方式
本發(fā)明是對電荷泵的改進。以下說明將描述該專利申請細節(jié)的前后關系和它的必要需求。很多改進及相關理論將被詳細論述。因此，本發(fā)明不會有意的限制詳細具體的描述，且將會在寬范圍內(nèi)詳述相關的原理及展現(xiàn)其新穎的特色。
發(fā)明者實現(xiàn)了用采樣保持技術(shù)使電荷泵有更好電荷匹配。此電荷泵包含了一個電流源和一個電流沉(current sink)。電流從一個電流源流出，被強迫全部通過一個電流沉電流晶體管。沉電流晶體管的柵極和源極連接在一起，其工作在飽和狀態(tài)，并且具有與超過其閾值電壓的柵-源(gate-to--source)電壓的平方成比例的電流。調(diào)整柵-源電壓以接受(sink)與電流源所產(chǎn)生電流相等的電流。
一個采樣電容存儲柵-源電壓。在校準周期內(nèi)，當沉電流晶體管的柵極和源極相連時，對采樣電容充電。在下一個時間周期，柵極和源極斷開。存儲在采樣電容中的柵-源電壓驅(qū)動電流沉電流晶體管接受同校準周期中一樣的電流。在下一個校準周期中，源極電流被再采樣，且柵-源電壓和電流池被再調(diào)整。加到采樣電容上的電壓逼近一個目標值，該目標值與環(huán)路濾波器送出的UP，DOWN電流相匹配。
在電荷泵空閑時段進行校準和采樣。通常電荷泵可以加以或去除脈沖以響應鑒相器。兩兩脈沖之間的空閑時段可以用來向源電流采樣并調(diào)整沉電流。
圖4是一個電荷泵和采樣保持電路匹配電流示意圖。電荷泵140接收到從鑒相器來的控制信號UP，UPB，DN，DNB，該鑒相器將PLL或類似裝置，例如調(diào)整電荷泵電流的頻率合成器，延遲鎖定環(huán)、擴頻時鐘發(fā)生器。電荷泵140的輸出信號V+，驅(qū)動環(huán)路濾波器138。環(huán)路濾波器138包括從V+通過被串聯(lián)電阻134分離的電容器130、136，以及電容器128和電阻132接地。環(huán)路濾波器138的輸出VTUNE，是設定輸出和反饋頻率的VCO感應的電壓。另一個環(huán)路濾波器可以被替代，例如用同節(jié)點的VTUNE和V+替代單個電容器到接地。
鑒相器產(chǎn)生較高的UP脈沖和較低的UPB脈沖對環(huán)路濾波器138充電，提高VTUNE電壓，增加VCO的振蕩頻率。鑒相器的較高的DN脈沖和較低的DNB脈沖對環(huán)路濾波器138放電，降低VTUNE電壓并減慢VCO的振蕩頻率。當空閑時段，例如在參考時鐘的兩個沿之間，UP，DN是低，UPB，DNB是高。在該空閑時段進行校準，通過連接中間節(jié)點與采樣電容122進行源電流采樣，通過存儲需要的柵極電壓以使沉電流與源電流相匹配。在采樣電容122上的電壓是VSTORE，該電壓反饋到N溝道沉電流晶體管126的柵極來調(diào)整到地的電流。
電流源由串聯(lián)在電源和節(jié)點V1中間的P溝道晶體管102，106構(gòu)成。電流沉由N溝道晶體管124，126構(gòu)成，它們串聯(lián)在節(jié)點V2和地之間。
電流參考108與地之間形成一個參考電流，該參考電流使得電流流經(jīng)串聯(lián)到電源的P溝道晶體管100，104。P溝道晶體管104的漏端連結(jié)P溝道晶體管100，102的柵極，偏壓VBIAS1加在P溝道晶體管104，106的柵極。流經(jīng)晶體管102，106的電流相對恒定，且與輸出電壓V+無關。
電流沉N溝道晶體管124的柵極被VBIAS2偏置。采樣電壓VSTORE加在N溝道晶體管126的柵極，相當于一個可調(diào)整電流沉。節(jié)點V2到地的電流就由VSTORE控制。校準期間調(diào)整該電壓，從而提高通過P溝道晶體管102，106的電流。
電流是在兩個節(jié)點V1和V2之間被P溝道晶體管110，112和N溝道晶體管114，116切換。在UPB為較低脈沖時，輸出節(jié)點V+被充電電流穿過P溝道晶體管112驅(qū)動到高電平，當DN為較高脈沖時，放電電流穿過N溝道晶體管116，輸出節(jié)點V+則被驅(qū)動到低電平。
當UP是低時，電流從電流源晶體管102，106被轉(zhuǎn)向通過P溝道晶體管110到中間節(jié)點V-。當DNB為高時，電流穿過N溝道晶體管114。
當進行校準時，UP為低，同時DNB為高。在空閑時段，晶體管112，116關閉晶體管110，114打開。電流由P溝道晶體管102，106構(gòu)成的電流源流到節(jié)點V1，然后通過空閑晶體管110，114到節(jié)點V2，然后再通過N溝道晶體管124，126構(gòu)成的電流沉。被采樣電容122保持的柵極電壓VSTORE調(diào)整通過晶體管126的向下的電流。
感測晶體管118，120的功能在電路中起開關作用。當感測晶體管118，120打開時，它們采用二極管連接模式連接N溝道晶體管126，N溝道晶體管126的柵極VSTORE和漏端被連接在一起穿過晶體管118，120，114，124，相當于一個理想電流源。采樣電容122的采樣電壓VSTORE對應N溝道晶體管126流入采樣電流源的柵-源電壓。一個置于飽和區(qū)的CMOS晶體管的電流由它的柵源電壓和器件寬長比決定。通過保持晶體管的柵源電壓，該晶體管提供采樣電流。
當通過空閑晶體管110，114的電流流經(jīng)中間節(jié)點V-時，在空閑時段對流經(jīng)中間節(jié)點V-的P溝道晶體管106的電流進行采樣。在空閑時段，同時打開感測晶體管118，120，對節(jié)點V-的電流進行采樣，晶體管118，120連接V-與采樣電容122。當中間節(jié)點電壓V-高于VSTORE時，V-就向VSTORE充電，當中間節(jié)點電壓V-低于VSTORE時，VSTORE就向V-放電。
N溝道感測晶體管118的柵極為UPB，在空閑時段該信號為高，信號DNB連接N溝道感測晶體管120的柵極，在空閑時段也為高。在上述空閑時段，采樣電容122的上方節(jié)點VSTORE被調(diào)準到使流經(jīng)晶體管126的沉電流與進入中間節(jié)點V-的電流一致。當沉電流小于源電流，V-超過VSTORE，采樣電容122被充電使VSTORE提高，提高流經(jīng)晶體管126的電流，最終VSTORE低于中間節(jié)點電壓V-。當沉電流比源電流大得多時，V-低于VSTORE，采樣電容122放電且VSTORE降低，穿過晶體管126的電流減少，最后中間節(jié)點電壓V-升高。由此采樣電容122的電壓VSTORE變化以配合反饋環(huán)路的電流。
圖5是一個采樣保持電荷泵工作的波形圖。參考時鐘REFCK和反饋時鐘FBCK通過一個鑒相器作比較。當反饋時鐘太慢，F(xiàn)BCK的上升沿滯后于REFCK的上升沿。UP脈沖為高且UPB脈沖為低。這使電荷泵讓環(huán)路濾波器充電，升高VTUNE和增加VCO頻率，加快反饋時鐘。這是一個充電周期。
當反饋時鐘太快時，F(xiàn)BCK的上升沿領先于REFCK的上升沿。DN脈沖為高且DNB脈沖為低。這引起電荷泵環(huán)路濾波器放電，VTUNE電壓降低且VCO頻率降低，反饋時鐘變慢。這是一個放電周期。
當FBCK和REFCK的上升沿靠得很近時，UP和DN會是高脈沖。這是一個鎖相周期。相位校準后充、放電流抵消。
當UP和DN脈沖都不是高時，出現(xiàn)了一個空閑周期。這些空閑周期發(fā)生在參考時鐘上升沿之間，可用來進行校準。
在校準周期，感測晶體管118，120都打開，中間節(jié)點V-到采樣電容122連通。這導致晶體管126的柵極，漏極通過其他的晶體管連接。存儲電壓VSTORE是通過調(diào)整晶體管126的柵源電壓被調(diào)整以更好地使電流匹配。一旦UPB或DNB電壓下降，采樣就結(jié)束，電荷保留在采樣電容122中。這樣在空閑期間，P溝道晶體管102提供的采樣電流實現(xiàn)了電流沉的調(diào)整，以及所需匹配電流的VSTORE電壓向柵源電壓的收斂。
從波形上看所形成的UP或DN脈沖的時間長度有不同，且沒有同樣的超前和滯后的周期，但該時間長度可能是一個固定的時間。脈寬也可能和超前滯后時間成比例。例如在REFCLK的各個其它上升沿以后，或一個定時器或計數(shù)器到預計值之后，校準頻率可以減小。這都可以編程實現(xiàn)。
業(yè)內(nèi)人士可以用其他變通方法實現(xiàn)本發(fā)明。例如，用相應修改的UP/DOWN校準控制可以對P和N溝道器件進行倒換。電容器的另外一端連接到電源或者一個中間電壓或者一些其他電壓。電容可能是沉電流晶體管自身的寄生電容。UP和DOWN脈沖極性倒換作為輸入。也可以采用信號的倒置。器件的尺寸可變，隨工藝和電路革新。MOS晶體管以外的器件也可能被使用。還可以加入其它器件例如晶體管，電容器，或者電阻。例如，通過在采樣電容122旁加入一個串聯(lián)電阻器能夠調(diào)整R-C時間常數(shù)和反饋通路的響應時間。
多種濾波器可以和電荷泵配合使用。一個采樣電容可能代替濾波器，或者更復雜的濾波器。所示的環(huán)路濾波器僅是用于驅(qū)動VCO輸入的多種可用的濾波器之一。
實施例中并未給出電荷泵的所有工作模式。除了同時的空閑模式和鎖定模式，也可以使用單獨的空閑模式或者單獨的鎖定模式。除了使用兩個串聯(lián)晶體管采樣P溝道晶體管106的參考電流，也可以采用一個晶體管或者一個傳輸門。用一個與門產(chǎn)生一個門控制信號，或者，使用DeMorgan’s法則，把UPB，DNB作為輸入，用一個或非門產(chǎn)生另一個門控制信號。
當輸出電壓稍做改變時，晶體管的級連(串聯(lián))幫助減少溝道長度調(diào)制效應，維持恒定電流。級連晶體管可以工作在飽和態(tài)在短時內(nèi)可以工作在線性區(qū)域。除了級連晶體管，也可采用單個晶體管。其他的技術(shù)也可以用于縮小溝道長度調(diào)制效果。電流可能流向另一方向，因此源與沉(sink)的術(shù)語也可以倒換。
權(quán)利要求
1.電荷泵的組成電荷泵的充電輸入端，和放電輸入端；輸出端，包括一輸出電容，在充電輸入時，所述輸出電容充電，在放電輸入時，所述輸出電容放電；固定電流源，提供一個相對恒定的源電流給第一節(jié)點；可變電流源，提供一個變化源電流給第二節(jié)點，其中變化源電流的電流變化由控制電壓控制；第一驅(qū)動晶體管，根據(jù)充電輸入，連接并控制在第一連接節(jié)點與輸出端之間的電流；第二驅(qū)動晶體管，根據(jù)放電輸入，連接并控制在第二連接節(jié)點與輸出端之間的電流；第一串聯(lián)晶體管，根據(jù)充電輸入或其反相信號，連接并控制在第一連接節(jié)點與中間節(jié)點之間的電流；第二串聯(lián)晶體管，根據(jù)放電輸入或其反相信號，連接并控制在第二連接節(jié)點與中間節(jié)點之間的電流；采樣電容，用于存儲采樣電荷，為可變電流源提供控制電壓；采樣開關，當充電輸入和放電輸入為無效時，連接并控制中間節(jié)點和采樣電容之間的電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于所述采樣開關包含采樣晶體管和控制邏輯門；采樣晶體管在柵極接收邏輯輸出信號；所述邏輯門接收充電輸入信號和放電輸入信號或充電輸入信號和放電輸入信號的反相信號，并形成邏輯輸出信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電荷泵，其特征在于所述采樣開關管包含串聯(lián)在中間節(jié)點和采樣電容控制節(jié)點之間的第一采樣晶體管和第二采樣晶體管；第一采樣晶體管在柵極接收充電輸入信號的反相信號；第二采樣晶體管在柵極接收放電輸入信號的反相信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電荷泵，其特征在于所述第一采樣晶體管是N溝道晶體管；第二采樣晶體管也是N溝道晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電荷泵，其特征在于所述第一驅(qū)動晶體管是一個P溝道晶體管；所述第一串聯(lián)晶體管也是一個P溝道晶體管；第二驅(qū)動晶體管是一個N溝道晶體管；第二串聯(lián)晶體管是一個N溝道晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電荷泵，其特征在于所述充電輸入端施以低脈沖，以使輸出電容器充電；所述放電輸入端施以高脈沖，以使輸出電容器放電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電荷泵，其特征在于，進一步包括一個環(huán)路濾波器，包括由電荷泵實現(xiàn)充、放電的輸出電容；一個鑒相器，接收反饋時鐘和參考時鐘，根據(jù)鑒相結(jié)果，產(chǎn)生充電輸入和放電輸入信號；一個壓控振蕩器，感應輸出電容的輸出電壓，并產(chǎn)生頻率與輸出電壓相關的反饋時鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電荷泵，其特征在于鎖相環(huán)內(nèi)鑒相器的鑒相結(jié)果之間的空閑時段內(nèi)，充電輸入信號為高，放電輸入信號為低；在空閑時段內(nèi)，對中間節(jié)點進行采樣。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電荷泵，其特征在于當鎖相環(huán)處于穩(wěn)態(tài)且反饋時鐘與參考時鐘的相位之間無相位差時的鎖相時段內(nèi)，充電輸入信號為低，放電輸入信號為高；在該鎖相時段，第一和第二驅(qū)動晶體管均打開。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電荷泵，其特征在于可變電流源包括第一沉電流晶體管，在其柵極接收第一偏置電壓；第二沉電流晶體管，在其柵極接收控制電壓；第一沉電流晶體管和第二沉電流晶體管串聯(lián)在第二連接節(jié)點和地之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電荷泵，其特征在于第一和第二沉電流晶體管是N溝道晶體管。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電荷泵，其特征在于，固定電流源包含第一源晶體管，在其柵極接收第二偏置電壓；第二源晶體管，在其柵極接收第三偏置電壓；第一源晶體管和第二源晶體管串聯(lián)在第一連接節(jié)點和電源之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電荷泵，其特征在于第一和第二源晶體管是P溝道晶體管。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電荷泵，其特征在于，所述電荷泵進一步包括偏置產(chǎn)生器，產(chǎn)生第二偏置電壓，所述偏置產(chǎn)生器包括一個第一偏置晶體管，一個第二偏置晶體管，和一個參考電流源串聯(lián)在電源和地之間；第一偏置晶體管的柵極接收第二偏置電壓；第二偏置晶體管的柵極接收第三偏置電壓；第二偏置晶體管和參考電流源之間的節(jié)點產(chǎn)生第二偏置電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電荷泵，其特征在于采樣電容連結(jié)在具有控制電壓的控制節(jié)點和地之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電荷泵，其特征在于第一驅(qū)動晶體管和第一串聯(lián)晶體管具有相同的柵尺寸；第二驅(qū)動晶體管和第二串聯(lián)晶體管具有相同的柵尺寸；由此串聯(lián)晶體管與驅(qū)動晶體管匹配。
17.一個電流調(diào)整電荷泵，包含一個電流源，連接在電源和一個上連接節(jié)點之間；第一驅(qū)動晶體管，包括一個由反相的充電信號驅(qū)動的柵極，與上連接節(jié)點相連的源極，和與中間節(jié)點相連的漏極；第一串聯(lián)晶體管，包括有充電信號驅(qū)動的柵極，與上連接節(jié)點相連的源極，以及與中間節(jié)點相連的漏極；第二驅(qū)動晶體管，包括由放電信號驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的源極，以及與輸出相連的漏極；第二串聯(lián)晶體管，包括由反相的放電信號驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的源極，以及與中間節(jié)點相連的漏極；第一開關晶體管，包括由反相的充電信號驅(qū)動的柵極，與中間節(jié)點相連的漏極，以及與中間開關節(jié)點相連的源極；第二開關晶體管，包括由反相的放電信號驅(qū)動的柵極，與中間開關節(jié)點相連的漏極，與電荷存儲節(jié)點相連的源極；一個采樣電容，連接在電荷存儲節(jié)點和固定電壓之間；一個固定沉電流晶體管，包括由偏置電壓驅(qū)動的柵極，與下連接節(jié)點相連的漏極，以及與中沉節(jié)點(mid-sink)相連的源極；可變沉電流晶體管，包括與電荷存儲節(jié)點相連的柵極，與中沉節(jié)點相連的漏極，以及與地相連的源極。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電流調(diào)整電荷泵，其特征在于第一串聯(lián)晶體管和第一驅(qū)動晶體管是P溝道晶體管；第二串聯(lián)晶體管，第二驅(qū)動晶體管，第一開關晶體管，第二開關晶體管，固定沉電流晶體管，和可變沉電流晶體管是N溝道晶體管。
19.一個精確電荷泵，當對濾波電容器充放電時，輸出節(jié)點具有相匹配的充電和放電電流，所述精確電荷泵包括一個充電輸入信號為高時，對濾波電容器充電；一個充電輸入信號的反相信號為低時，對濾波電容器充電；一個放電輸入信號為高時，對濾波電容器放電；一個放電輸入信號的反相信號為低時，對濾波電容器放電；固定電流源裝置，產(chǎn)生一個固定電流到第一節(jié)點；可變電流源裝置，根據(jù)控制節(jié)點的控制電壓產(chǎn)生一個可調(diào)整電流到第二連接節(jié)點；第一驅(qū)動晶體管裝置，響應柵極的充電輸入信號的反相信號，以產(chǎn)生第一連接點到輸出節(jié)點的電流；第一串聯(lián)晶體管裝置，響應柵極的充電輸入信號，以產(chǎn)生第一連接點到中間節(jié)點的電流；第二驅(qū)動晶體管裝置，響應柵極的放電輸入信號，以產(chǎn)生第二連接點到輸出節(jié)點的電流；第二串聯(lián)晶體管裝置，響應柵極的放電輸入信號的反相信號，以產(chǎn)生第二連接點到中間節(jié)點的電流；采樣電容器裝置，用來存儲電荷以在控制節(jié)點產(chǎn)生控制電壓；采樣開關裝置，當充電輸入信號的反相信號和放電輸入信號的反相信號都為高時，對中間節(jié)點和控制節(jié)點之間進行控制。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的精確電荷泵，其特征在于所述采樣開關裝置包括第一開關晶體管裝置，響應柵極的充電輸入信號的反相信號，以控制第一通道的電流；第二開關晶體管裝置，響應柵極的放電輸入信號的反相信號，以控制第二通道的電流；第一開關晶體管和第二開關晶體管串聯(lián)在中間節(jié)點和控制節(jié)點之間。
全文摘要
本電荷泵可產(chǎn)生精確匹配的充放電電流可用于鎖相環(huán)驅(qū)動環(huán)路濾波器。一個可變電流沉電流晶體管通過它的柵源電壓調(diào)整來匹配從一個固定電流源來的一個源電流。一個中間節(jié)點在兩個串聯(lián)晶體管之間在電流源和沉之間被一個采樣晶體管采樣，連結(jié)中間節(jié)點到一個采樣電容器。采樣電容器的電壓就是可變電流沉電流晶體管的柵源電壓。當電荷泵在校準周期時可變電流沉電流晶體管的柵和漏通過采樣晶體管連通。當沉電流與源電流匹配，存儲在采樣電容器中柵源電壓達到穩(wěn)態(tài)。驅(qū)動晶體管中的充放電電流就與串聯(lián)晶體管一樣，電流完全相同。
文檔編號H03L7/06GK1747297SQ20051006889
公開日2006年3月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月27日
發(fā)明者張善鑾, 黃永基 申請人:百利通電子(上海)有限公司