专利名称：锁相电路电荷泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及锁相电路电荷泵。尤其涉及到能够使稳定的上升电流(Up current)和下降电流(Down current)失谐(Mismatch)最小化的锁相电路电荷 泵。
背景技术：
近来，继DVD(Digital Versatile Disk)后，BD(Blue-ray Disk)等光盘 存储和播放设备中使用的锁相电路(Phase-Locked Loop : PLL)能够轻松实现 对光盘(Disk)信息的正确写入和读取，并且要求高性能的时基误差(Jitter) 特性。同时，为了实现高速通信所使用的PLL也更多被应用于将并联数据 (Pamllcl Data)变成串联(Serialize)形态，为了进行数据的稳定传输，在 规格方面，对PLL必须要求高性能的时基误差特性。
一般来说，作为模拟PLL，使用电荷泵(charge-pump)组件的电荷泵PLL 被广泛设计使用，下面将参照图l对所述模拟PLL进行详细说明。
如图1所示，在模拟PLL中，相位-频率检出器(Phase Frequency Detector :PFD)IO对参考时钟(Reference clock) (Ref)和下降1/N大小的频 率输出时钟(Clock) 50进行比较，为了对其数值差进行调整，与所述数值差大 小相同的上升(Up)或下降(Down)信号便被输入到电荷泵(Charge-pu即)电路20 内。
如上所述，电荷泵20内如果输入上升(Up)信号，电荷泵20的上升电流(Up Current)便被^A到电流过滤器30，提高控制电压控制振荡器(以下简称 VC0: Voltage Controlled Oscillator)40的电压，相反，如果向所述电荷 泵20内输入下降(Down)信号，便能够降低控制VC0(40)的电压。
但是，在这种情况下，比较反常的是，虽然电荷泵内上升电流(Up-current) 和下降电流(Down-current)的数值必须一致，但是一般来说，两个电流数值间—会存在数值差，该数值差便能够导致整个PCL时基误差(Jitter)性能的下 降。
下面將对所述电荷泵进行详细说明。
首先，如图2所示，电荷泵由以下各部分构成与电源电压(VDD)连接的 第一正电压源(I叩)；与接地电压(Vss)连接的第二正电压源(Idn);对上升(UP)
信号应答驱动，与所述第一正电压源(I卯)输出节点连接的第一开关(SW1);
对下降(DN)信号应答驱动，连接输出节点和第二正电流源的第二开关(SW2)。 所述电荷泵的输出节点与电路过滤器连接。
如上所述，在普通电荷泵结构中，由于上升电流(Up-current)和下降电 流(Down-current)间的电流差，很容易造成温度，电源电压，元器件间的失 谐(Mismatch)，这种电流差能够导致整个PLL性能的下降。
图3是对上述图2所示电荷泵电路图进行改善后的示意图。
图3为适用于现有技术的光盘中所应用的PLL的电荷泵结构图。这种电 荷泵电路内部的上升电流(Up-current)和下降电流(Down-current)间的数值 不一致时，则应该利用电路对该数值差进行调整。
所述电路只相当于本发明电路的一部分，所以在这里便省略了对该电路 的详细说明。
但是，在上述结构中，决定下降电流数值的可变电源完全由放大器的输 出控制，所以在因电源电压噪音造成放大器功率瞬间抖动的情况下，便会引 起下降电流数值大幅度的变化，在外部噪音严重的环境下，反对会使PLL的 整体时基误差性能减弱。
同时，因为所述放大器必须能够控制可变电源从0开始到Iup2的固定电 源数值为止的变化范围，导致放大器功率必须能够支持大范围电压输出。因 此，使所述放大器的结构复杂化，在同一时间范围-内，因为必须设计大范围 的电压输出，所以需要更多的电力消耗。
发明内容
本发明正是为解决上述问题而提出的一种锁相电路电荷泵，该锁相电路 电荷泵使用能对现存上升电流和下降电流间失谐进行调整的电路，使因下降
电流完全由放大器控制及实际电源电压噪音或电源电压抖动所造成下降电流 敏感变化、最终导致性能下降的现有技术中存在的问题发生率條低。
为了实现上述目的，本发明釆取的技术措施是 一种锁相电路电荷泵， 该锁相电路电荷泵包含生成下降电流的可变电源，其中还包含与所述可变电 源并列连接的固定电源。
所述可变电源被放大器输出电压控制，所述放大器所输入的电压为第1 电荷泵和第二电荷泵装置的输出信号。
所述第一电荷泵装置包括以下各部分与电源电压(VDD)连接的第一固定 电源(I叩1);与接地电压(Vss)连接的第一可变电源(IdnlB);对上升(UP)信 号进行响应驱动，用于在所述第一固定电源(I叩1)和第一输出节点间连接的
第一开关(SW1);对下降(DN)信号进行响应驱动，用于在第一可变电源(IdnlB) 和第一输出节点间连接的第二开关(SW2); —端与接地电压(Vss)连接，另一 端与第二开关(SW2)和第一可变电源(IdnlB)的连接点连接的第二固定电源 (IdnlA)。所述第一输出节点为第一开关(SW1)和第二开关(SW2)的连接点。
所述第二电荷泵装置包括以下各部分与电源电压(VDD)连接的第三固定 电源(I叩2);与接地电压(Vss)连接的第二可变电源(Idn2B);对上升(UP)信 号进行响应驱动，用于在所述第三固定电源(I叩3)和第二输出节点间连接的 第三开关(SW3);对下降(DN)信号进行响应驱动，用于在第二可变电源(Idn2B) 和第二输出节点间连接的凍-四开关(SW4); —端与接地电压(Vss)连接，另一 端与第四开关(SW4)和第二可变电源(Idn2B)的连接点连接的第四固定电源 (Idn2A)。所述第二输出节点为第三开关(SW3)和第四开关(SW4)的连接点。
如上所述，本发明的第一开关和第二开关始终处于开启(0N)状态，第三 开关和第四开关在相位-频率检出器(PFD)所输出的上升(Up)信号和下降(Down) 信号,制下开启7关闭(0N/0FF)。
所述可变电源可以具有以下三种形态。
首先，本发明的可变电源是由金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端 与所述放大器的输出电压连接，金属氧化物半导体场效应晶体管的源极端与 接地电压连接构成。
第二，本发明的可变电源由以下各部分构成所述放大器的输出电压与
金属氧化物半导体场效应晶体管-的栅极端连接；以及， 一端与所述金属氧化 物半导体场效应晶体管的源极端连接，另一端与接地电压连接的电阻。
第三，本发明的可变电源包括以下部分将所述放大器的输出电压作为 一个输入的放大器；所述放大器的输出信号与金属氧化物半导体场效应晶体 管的栅极端连接，所述放大器的另一输入端与金属氧化物半导体场效应晶体 管的源极端连接；以及， 一端与所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源极
端连接，另一端与接地电压连接的电阻。
由于本发明釆用了以上的技术方案，在原有的电荷泵内增加了第二固定
电源和第四固定电源，在PLL自身产生的或从外部进入的杂音成份非常严重 的情况下，能够稳定地使电荷泵内的上升电流(Up current)和下降电流(Down current)间的差异调整过来。
因此，能够提供稳定的时基误差性能，不仅能够应用于要求高频运行的PLL 通信(Communication)领域，而且能够应用于系统级芯片(System On Chip : SOC)。
图1是普通锁相电路组件示意图2是现有技术的锁相电路电荷泵结构示意图3是现有技术的锁相电路电荷泵另一结构示意图4是本发明的锁相电路电荷泵结构示意图5a至图5c是本发明的可变电源构成示意图。
具体实施例方式
下面参照附图对本发明的理宽、实施例进行详细说明。
如图4所示，图4是本发明的锁相电路电荷泵结构示意图。本发明的锁 相电路电荷泵由第一电荷泵装置100、第二电荷泵装置200和放大器(Amp.) 300所组成。
所述第一电荷泵装置100和第二电荷泵装置200同样只具有开启/关闭 (0N/0FF)两种状态的功能，因此只对所述第一电荷泵装置100进行说明。
所述第一电荷泵装置100由第一固定电源(liipl)、第一可变电源(IdnlB)、 第一开关(SW1)、第二开关(SW2)和第二固定电源(IdnlA)构成。
所述第一固定电源(Iupl)用于连接电源电压(VDD)和第一开关(SWl)。 所述第一开关(SW1)对上升(UP)信号应答驱动，并用于连接所述第一固定
电源(I叩1)和第一输出节点。
所述第二开关(SW2)对下降(DN)信号应答驱动，并用于连接第一可变电源 (IdnlB)和第一输出节点。
所述第一可变电源(IdnlB)—端与所述第二开关(SW2)的另一端连接，另
一端与接地电压(Vss)连接。
同时，第二固定电源(IdnlA)—端与接地电压(Vss)连接，另一端与第二 开关(SW2)和第一可变电源(IdnlB)的连接点连接。
所述第一输出节点是指第一开关(SW1)和第二开关(SW2)的连接点。
所述放大器300的输入信号为所述第一电荷泵装置100的第一输出信号 (Outl)和第二电荷泵装置200的第二输出信号(0ut2)，所述放大器300的输 出信号能够控制第一可变电源(IdnlB)和第二可变电源(Idn2B)的电流。
如上所述，第一开关(SW1)和第二开关(SW2)始终处于开启(ON)状态，第 三开关(SW3)和第四开关(SW4)在相位-频率检出器(PFD)所输出的上升(Up)信 号和下降(Down)信号的控制下开启/关闭(0N/0FF)。
所述可变电源不仅使用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和电 阻、放大器和金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)组合的形态，而且 能够代表现存所有形态的基本可变电源形态。
接下来，将对本发明的电路(请配合参见图4)进行说明。在电荷泵输出电 压状态下，上升电流(Up-current) 1叩2(=1叩1)和下降电流(Down-current) Idn2A + Idn2B (二 IdnlA + IdnlB)间的数值存在差异，通过放大器 (Amplifier),控制第一可变电源(IdnlB)和第二可变电源(Idn2B)，对上升电 流(Up-current)和下降电流(Down current)之间的数值差进行调整。
在本发明中，下降电流(Down-current)与完全只由可变电源决定的现有 结构相比，下降电流(Down-cirrrent)由可变电源和固定电源共同生成。
因此，在本发明中，即使电源电压杂音(噪音)使放大器功率受到影响，
与现有结构相比，下降电流(Down-current)的变化范围也能够被降低到一半 以下。
不仅如此，在本发明中，放大器控制可变电源的输出电压范围被减小了， 所以放大器的设计更容易，结构也变得更加简单。 图5a至图5c是本发明的可变电源构成示意图。
首先，如图5a所示，本发明实施例的可变电源是金属氧化物半导体场效 应晶体管(MOSFET)的栅极端与所述放大器300的输出电压(Vcnt)连接，金属 氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的源极端与接地电压连接。
同时，如图5b所示，本发明另一实施例可变电源由以下各部分构成所 述放大器300的输出电压(Vcnt)与栅极端连接的金属氧化物半导体场效应晶 体管(M0SFET); —端与所述金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的源极 端连接，另一端与接地电压连接的电阻。
不仅如此，如图5c所示，本发明另一实施例的可变电源包括以下部分 将所述放大器的输出电压(Vcnt)作为一个输入的放大器(AMP);所述放大器 (AMP)的输出信号与金属氧化物半导体场效应晶体管(M0SFET)的栅极端连接， 所述放大器(AMP)的另一输入端与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)源 极端连接； 一端与所述金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的源极端连 接，另一端与接地电压连接的电阻。
如上所述，本发明理想实施例仅是为了例示目的，并非用以限定本发明。 任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，都可作各种等效的 改变或替换，因此本发明的保护范围以所附的权利要求书所界定的范围为准。
权利要求
1、一种锁相电路电荷泵，其特征在于所述的锁相电路电荷泵包含生成下降电流的可变电源，其中还包含与所述可变电源并列连接的固定电源。
2、 如权利要求1所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的可变电源 被放大器输出电压控制，所述放大器所输入的电压为第一电荷泵装置和第二 电荷泵装置的输出信号。
3、 如权利要求2所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的第一电荷 泵装置包括以下各部分与电源电压连接的第一固定电源；与接地电压连接 的第一可变电源；对上升信号进行响应驱动，用于在所述第一固定电源和第 一输出节点间连接的第一开关；对下降信号进行响应驱动，用于在第一可变 电源和第一输出节点间连接的第二开关； 一端与接地电压连接，另一端与第 二开关和第一可变电源的连接点连接的第二固定电源；所述第一输出节点为 第一开关和第二开关的连接点。
4、如权利要求2所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的第一.电荷 泵装置包括以下各部分与电源电压连接的第三固定电源；与接地电压连接 的第二可变电源；对上升信号进行响应驱动，用于在所述第三固定电源和第 二输出节点间连接的第三开关；对下降信号进行响应驱动，用于在第二可变 电源和第二输出节点间连接的第四开关； 一端与接地电压连接，另一端与第四开关和第二可变电源的连接点连接的第四固定电源；所述第二输出节点为第三开关和第四开关的连接点。
5、 如权利要求4所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的第一开关和第二开关始终处于开启状态，第三开关和第四开关在相位-频率检出器所输 出的上升信号和下降信号的控制下开启/关闭。
6、 如权利要求1或2所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的可变电源主要由金属氧化物半导体场效应晶体管构成，该金属氧化物半导体场效 应晶体管是撒极端与所述放大器的输出电压连接，源极端与接地龟压连接的。
7、 如权利要求1或2所述的锁相电路电荷泵，其特征在于所述的可变 电源由以下各部分构成所述放大器的输出电压与金属氧化物半导体场效应 晶体管的栅极端连接；以及， 一端与所述金属氧化物半导体场效应晶体管的 源极端连接、另一端与接地电压连接的电阻。
8、如权利要求1或2所述的锁相电路电荷系，其特征在于所述的可变电源包括以下部分将所述放大器的输出电压作为一个输入的放大器；所述 放大器的输出信号与金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极端连接，所述放 大器的另一输入端与金属氧化物半导体场效应晶体管的源极端连接；以及， 一端与所述金属氧化物半导体场效应晶体管的源极端连接、另一端与接地电 压连接的电阻。
全文摘要
本发明公开了一种锁相电路电荷泵，其包含生成下降电流的可变电源，还包含与可变电源并列连接的固定电源。可变电源被放大器输出电压控制，放大器所输入的电压为第一电荷泵装置和第二电荷泵装置的输出信号。第一电荷泵装置包括第一固定电源、第一可变电源、第一开关、第二开关、以及，一端与接地电压连接、另一端与第二开关和第一可变电源的连接点连接的第二固定电源。第二电荷泵装置包括第二固定电源、第二可变电源、第三开关、第四开关、以及，一端与接地电压连接、另一端与第四开关和第二可变电源的连接点连接的第四固定电源。可在PLL自身产生的或从外部进入的杂音成分非常严重的情况下，能够稳定地使电荷泵内的上升电流和下降电流间的差异调整过来。
文档编号H03L7/08GK101102107SQ20061002859
公开日2008年1月9日 申请日期2006年7月4日 优先权日2006年7月4日
发明者李在烨 申请人:上海乐金广电电子有限公司