专利名称：用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及数据处理领域，并且更具体地，涉及用于分布锁相环
(PLL)电路的电荷泵电流和电压的方法和装置。
背景技术：
锁相环电路用于频率合成器中，以提供具有可选择的、精确的并且稳定 的频率的输出信号，同时具有低频毛刺和良好的相位噪声。锁相环输出信号 可连接到游戏或服务器处理器芯片的时钟分布或为高速10接口以及许多其 他应用提供时钟。
当PLL被锁定时，简单的相位频率检测器可能在每参考时钟周期内发送 出小的波动(glitching)脉冲。电荷泵以其对任何其他输入反应的相同方式来对 此波动进行反应，其改变控制电压和电流，这导致控制电压和电荷泵电流的 波动。这导致VCO频率改变。
一个解决方案是建立无波动相位频率检测器。然而，已知的无波动相位 频率检测器往往较大或较复杂。已知的无波动相位频率检测器还可能对输入 上升和下降时间以及集成电路(IC)跟踪壽文感。在降低锁定PLL时出现的控制 电压波动时，IC过程跟踪降^^了无波动或零死区PFD的效率。
在使得PFD引起校正脉沖的PLL中，无波动或零死区PFD不能帮助控 制在引起频率或相位误差时发生的电压偏移。当这发生时，PFD生成与频率 或相位误差成比例的增量(INC)或减量(DEC)脉沖。此脉冲引起控制电压的 瞬间平移，带来了 VCO频率的瞬间平移。在PLL所乘以的循环数上对VCO 频率的瞬间改变进行积分，使得VCO的平均频率与参考时钟相关联。VCO 频率的瞬间改变也会表现为抖动，其影响相关联的逻辑芯片逻辑和输入/输出 (10)性能。
随着芯片上的参考生成模块和时钟分布向着更便宜和更低的趋势，日益
要求PLL提供高的乘法器。随着PFD更新之间的大量VCO循环，控制电压 以及因此的VCO频率的瞬间平移、以及瞬间抖动变得显著。
存在对改进的锁相环电路的需要，该改进的锁相环电路包括用于引起相 同的平均控制电压和频率校正的有效机制，而没有现有技术设备的瞬间控制 电压和频率平移以及相关联的抖动。
发明内容
本发明的主要方面是提供一种用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压 的方法和装置。本发明的其他重要方面是提供这样的用于分布锁相环电路的
电荷泵电流和电压的方法和装置基本上没有负作用，并且克服了现有技术 设备的某些缺点。
简言之，提供了用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的方法和装置。 以多个电荷泵级来实现电荷泵，每个电荷泵级提供基本相同的电荷泵电流。 每个级包括各自的相关联的緩冲器，用于接收输入增量(INC)信号和输入减 量(DEC)信号、并提供输出时间延迟的INC信号和输出时间延迟的DEC。提 供緩沖器的链以将时间延迟的INC信号和时间延迟的DEC信号传递到各个 电荷泵级。每个电荷泵级包括被布置为独立地使能每个电荷泵级的使能输入。
根据本发明的特征，电荷泵中的每个级在不同时间上进行切换，添加到 环滤波器的总电荷是相同的，而来自失配(mismatch)的电荷是在同时更新电 荷泵级的情况下会产生的电荷的1/M，其中M等于电荷泵级的数目。
根据附图中例示的本发明的优选实施例的以下详细说明，可最佳地理解 本发明以及上述和其他目的及优点，附图中
图1是图解根据优选实施例的示例锁相环电路的框示。
图2A和图2B是一起图解根据优选实施例的图1的锁相环电路的示例分 布式电荷泵的框示。
图3A和图3B是各自图解利用根据优选实施例的图1的锁相环电路中
压的图。
具体实施例方式
根据本发明的特征，提供了用于带来基本相同的平均控制电压和频率校
正、而没有瞬间控制电压和频率平移以及相关联的抖动的方法。
现在参照附图，在图1中，根据优选实施例，示出了总体上由附图标记 100表示的示例锁相环电路。根据优选实施例，锁相环电路100包括来自参
考振荡器102的输入、相位/频率检测器(PFD) 104以及分布式电荷泵250。 锁相环电路100包括低通滤波器(LPF)106、提供由FOUT IIO表示的频率输出 的压控振荡器(VCO)108、以及反馈除法器或N除法器112。 N除法器112的 反馈信号FB等于FOUN/N,其被施加到相位/频率检测器(PFD)104。 VCO 108 的频率输出FOUT 110被施加到时钟树114。
操作中，相位/频率检测器104接收和比较参考信号以及反馈信号，并生 成输出脉冲，该输出脉冲与输入的参考信号和经由N除法器112而从VCO 108 反馈的反馈信号FB之间的相位差成比例。然后，根据优选实施例的分布式 电荷泵250根据参考信号相位比反馈VCO输出的相位领先还是落后，来向低 通滤波器106传送负或正电荷脉沖。由低通滤波器106对这些电荷脉冲进行 积分，以生成输入到VCO 108中的调节电压；VCO的频率根据调节电压向 上或向下移动，以与参考信号同步。
通常，来自环滤波器106的调节电压移动得更高或更偏正，以使得VCO 的输出相位提前，并使得其频率更高，反之，对于向下的电压也是这样。VCO 输出信号FOUT与参考信号FREF有关系FOUT=N*FREF，其中N是反馈除 法器。
图2A和图2B分别图解了根据优选实施例的、由参考标记200总体表示 的示例电荷泵级以及锁相环电路100的分布式电荷泵250。
根据本发明的特征，利用多个电荷泵级200来实现电荷泵，每个电荷泵 级提供基本相等的电荷泵电流。每个级200包括各自的相关联的緩冲器，用 于接收输入增量(INC)信号和输入减量(DEC)信号，并提供输出时间延迟的 INC信号和输出时间延迟的DEC。提供緩冲器的链以将时间延迟的INC信号 和时间延迟的DEC信号传递到各个电荷泵级。每个电荷泵级包括被布置为独 立地使能每个电荷泵级的使能输入。
根据本发明的特征，电荷泵250中的每个级200在不同时间上进行切换， 添加到环滤波器的总电荷是相同的，而来自失配的电荷是在同时更新电荷泵 级的情况下会产生的电荷的1/M，其中M等于电荷泵级的数目。
现在参照图2A，根据优选实施例的电荷泵级200包括电荷泵202和由参
考标记204总体表示的时间延迟緩冲器或功能块。电荷泵202接收输入增量 (INCi)信号和输入减量(DECi)信号以及使能输入ENABLE信号，并提供输出 OUT、 VC和倒相器输出OUT N、 VCN。时间延迟功能块包括緩冲器206、 208，它们分别经由各自的导体或导线210、 212接收输入增量信号INCi和输 入减量信号DECi、并经由各自的导体或导线214、 216提供输出时间延迟的 增量信号INC(i+l)和输出时间延迟的减量信号DEC(i+l)。緩冲器206、 208 提供的时间延迟是预定义的或已设置的时间值，如，20皮秒(ps)。
现在参照图2B,示出了包括预定数目M个的并行级200的示例分布式 电荷泵250。例如，在所示示例中，提供了8个并行级200，都在输出VC、 VCN处向LPF 106传送基本相等的电荷泵电流量。本发明的分布式电荷泵250 使用时间延迟緩冲器204的链来将增量(INC)和减量(DEC)信号从简单PFD 104传递到每个级200。然后，具有20ps的时间延迟T的每个级200在如下 的时间延迟之后接收各自的INC和DEC信号
级#1, 200,在时间-Ops
级#2, 200，在时间-20ps
级#3, 200,在时间-40ps等等。
当PLL处于稳定状态时，PFD 104输出基本相等的INC和DEC脉冲， 意图它们互相抵消。然而，在实践中，INC和DEC脉冲之间总是有一些失配， 并且典型地，这会产生抖动。
在本发明的分布式电荷泵250中，电荷泵250的每个级200在不同的时 间上进行切换，添加到环滤波器106的总电荷是相同的，来自失配的电荷是 在同时更新所有电荷泵级200的情况下会产生的电荷的1/M，其中M表示电 荷泵级200的数目。
可按任何顺序使能ENABLE〈1至8>选择，但一般会按降序来激活。将 每个时间延迟功能块204中的各个緩冲器206、 208的延迟设计得尽可能大， 只要它们的延迟保持为基本高于PLL环带宽即可。因为PLL环带宽一般最大 为30 MHz，所以这不是问题。緩沖器的最小延迟大于或等于PLL电路100 中的PFD 104的死区延迟，其在90纳米CMOS技术中大约是20ps。
根据本发明的特征，緩冲器206、 208的延迟大到足以使得在PLL处于 稳定状态和在小环校正期间来自PFD 104的向上和向下脉冲的宽度都小于
沖器延迟。为了每个应用有利地调节緩冲器206、 208的该延迟，或者，还可 将延迟设计为可编程的，并且为每个应用调节该延迟，或者也可将延迟设置 为零。
现在参照图3A，示出了利用根据优选实施例的锁相环电路200中的、图 2A和图2B的分布式电荷泵250得到的示例控制电压。
还参照图3B,利用锁相环电路中的传统电荷泵得到的示例控制电压。在 图3A和图3B中，所示的控制电压对应于时钟抖动。
控制电压上较大幅度的波动对应于图3B的锁相环电路中的传统的电荷 泵中的较大时钟抖动。
尽管已参照附图中示出的本发明的实施例的细节来描述了本发明，但这 些细节不意图限制所附权利要求所要求的本发明的范围。
权利要求
1、一种用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装置，包括电荷泵，包括多个电荷泵级，每个所述电荷泵级提供基本相等的平均电荷泵电流；每个所述电荷泵级包括时间延迟缓冲器功能块，该时间延迟缓冲器功能块接收输入增量(INC)信号和输入减量(DEC)信号、并提供输出时间延迟的INC信号和输出时间延迟的DEC；所述各个时间延迟缓冲器功能块被耦连成链，用于将时间延迟的INC信号和时间延迟的DEC信号传递到下一相应的电荷泵级；以及每个所述电荷泵级包括独立的使能输入。
2、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中所述时间延迟緩沖器功能块具有预定的时间延迟，对于所述多个电 荷泵级的每一个，所述预定的时间延迟是基本相等的。
3、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中所述时间延迟緩冲器功能块具有选择的预定时间延迟，所述选择的 预定时间延迟大于锁相环电路中相关联的相位/频率检测器(PFD)的死区延 迟。
4、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中所述时间延迟緩冲器功能块具有大约20皮秒的选择的预定时间延迟。
5、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中在不同的时间上使能相应的所述电荷泵级的每一个。
6、 如权利要求5所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中M代表电荷泵级的数目，以及其中，由通过同时更新所有电荷泵级 而添加到相关联的环滤波器的总电荷的1/M来表示来自失配的电荷。
7、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中所述多个电荷泵级被并行布置，以及其中，在不同的时间上使能相 应所述电荷泵级的每一个。
8、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中所述时间延迟緩冲器功能块具有由T代表的预定时间延迟，以及其 中被耦连成链以将时间延迟的INC信号和时间延迟的DEC信号传递到下一相应电荷泵级的所述各个时间延迟緩沖器功能块和所述电荷泵级具有分别由0、 T、 2T、 3T、 4T、 ...、 MT表示的分布式时间延迟，其中M等于电荷泵级 的数目。
9、 如权利要求1所述的用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的装 置，其中在不同的时间上使能相应所述电荷泵级的每一个，其中基本消除瞬 间控制电压平移。
10、 一种用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的方法，包括步骤 提供包括多个并行电荷泵级的电荷泵，每个电荷泵级提供基本相等的电荷泵电流；利用所述多个电荷泵级的每一个来接收输入增量(INC)信号和输入减量 (DEC)信号、并提供输出时间延迟的INC信号和输出时间延迟的DEC;将时间延迟的INC信号和时间延迟的DEC信号传递到下一相应的电荷 泵级；以及在不同的时间上独立地使能每一个相应电荷泵级。
全文摘要
用于分布锁相环电路的电荷泵电流和电压的方法和装置包括利用多个电荷泵级而实现的电荷泵，每个电荷泵级提供基本相同的电荷泵电流。每个级包括各自的相关联的缓冲器，用于接收输入增量(INC)信号和输入减量(DEC)信号、并提供输出时间延迟的INC信号和输出时间延迟的DEC。提供缓冲器的链以将时间延迟的INC信号和时间延迟的DEC信号传递到各个电荷泵级。每个电荷泵级包括被布置为独立地使能每个电荷泵级的使能输入。
文档编号H03L7/08GK101188421SQ20071016587
公开日2008年5月28日 申请日期2007年11月7日 优先权日2006年11月20日
发明者凯瑟琳·E·洛布, 詹姆斯·D·斯特罗姆 申请人:国际商业机器公司