专利名称：差分幅值受控锯齿波产生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提供以差分方式受控的锯齿波信号幅值的锯齿波信号产生器。
背景技术：
图1展示通过以恒定电流源对电容器进行充电而产生的锯齿波信号的波形。通过用充电电流(I)对电容器(C)进行充电而产生的锯齿波信号的量值(M)如下给定-
I * Tclk
M = Vend - Vref =-
c ,
其中Tclk是锯齿波信号的周期，Vref是起始电压，且Vend是锯齿波信号的结束电压。充电电流(I)可由带隙电压(Vbg)和电阻器(R)提供。用于对电容器(C)进行充电的充电电流如下给定l = Vbg/R，使得锯齿波的量值可写成
Vbg * Tclk
M = ~^~-
R*C 。
成品电阻器的值的变化具有正负30%的范围，而成品电容器的变化具有正负20%的范围，此取决于制造过程变化。因此，锯齿波信号的量值可在负36%到正78%的范围内变化。锯齿波信号的此量值或幅值的范围对于需要高等级准确性的系统是不可接受的。因此，用于锯齿波产生器的简单充电电路需要微调以将锯齿波信号的量值调节到所需的值。因此，需要一种可提供一尽管组件值存在过程变化仍具有准确量值的锯齿波输出信号的锯齿波产生器。
发明内容
一种双差分锯齿波信号产生器包含第一锯齿波电压产生器，其具有第一充电电容器且经配置以提供正向锯齿波输出信号。所述锯齿波产生器还包含第二锯齿波电压产生器，其具有第一放电电容器且经配置以提供负向锯齿波输出信号。比较器经配置以将所述正向锯齿波输出信号与所述负向锯齿波输出信号进行比较且提供比较器输出信号。相 位频率比较器响应于所述比较器输出信号而经配置以提供信号以控制双电荷泵。所述双 电荷泵经配置以将反馈控制源电流提供到正向锯齿波产生器，以用于控制正向锯齿波输 出信号的量值，且还经配置以将反馈控制吸收电流提供到负向锯齿波产生器，以用于控 制负向锯齿波输出信号的量值。反馈控制源电流和反馈控制吸收电流的量值具有相同的 绝对值。
一种双输出差分锯齿波产生器包含双电容器正向锯齿波电压产生器电路，其经配置 以提供正向锯齿波输出信号。双电容器负向锯齿波电压产生器电路经配置以提供负向锯 齿波输出信号。比较器电路经配置以将所述正向锯齿波输出信号与所述负向锯齿波输出 信号进行比较且提供比较器输出信号。相位频率比较器响应于所述比较器输出信号而经 配置以提供信号以控制双电荷泵。所述双电荷泵经配置以将反馈源电流提供到正向锯齿 波产生器，以用于控制正向锯齿波输出信号的量值。所述双电荷泵还经配置以将反馈吸 收电流提供到负向锯齿波产生器，以用于控制负向锯齿波输出信号的量值。来自双电荷 泵的反馈源电流和反馈吸收电流具有相同的绝对值。
一种产生双差分锯齿波信号的方法包括以下步骤通过以可变反馈控制源电流对正 向锯齿波电压产生器中的充电电容器进行充电来控制正向锯齿波输出信号的幅值；通过 以可变反馈控制吸收电流对负向锯齿波电压产生器中的充电电容器进行充电来控制负 向锯齿波输出信号的幅值；将所述第一正向锯齿波输出信号与第二负向锯齿波输出信号 进行比较，以提供比较器输出信号；以及以比较器输出信号控制双电荷泵，所述双电荷 泵将反馈源电流提供到正向锯齿波产生器以用于控制正向锯齿波输出信号的量值，且还 将反馈吸收电流提供到负向锯齿波产生器以用于控制负向锯齿波输出信号的量值，使得 来自双电荷泵的反馈源电流和反馈吸收电流具有相同的绝对值。
并入且形成本说明书的一部分的
本发明的实施例，且连同描述内容一起用 以解释本发明的原理
图1是锯齿波信号的波形。
图2是根据本发明的差分幅值受控锯齿波产生器的框图。
图3是展示带隙参考电压Vbg的波形图。
图4是展示图2的差分幅值受控锯齿波产生器的高电压Vh电平和低电压VI电平的 电压参考电平的波形图。图5是展示图2的差分幅值受控锯齿波产生器的正向锯齿波电压波形Vstp的波形图。
图6是展示图2的差分幅值受控锯齿波产生器的负向锯齿波电压波形Vstn的波形图。
图7是从带隙参考电压提供用于图2的差分幅值受控锯齿波产生器的高电压Vh电 平和低电压VI的电压参考块的电路图。
图8是用于图2的差分幅值受控锯齿波产生器的两个锯齿波电压产生器的电路图。
图9是展示图7的两个锯齿波电压产生器的各种电压波形的时序图。
图10是用于图2的差分幅值受控锯齿波产生器的相位频率比较器的状态转变图。
图ll是说明图IO的相位频率比较器的各种信号的时序图。
图12是用于图2的差分幅值受控锯齿波产生器的电荷泵的电路图。
图13是展示具有工作循环Th和周期TClk的CLK信号的时序图。
具体实施例方式
图2说明双锯齿波信号产生器系统100的示范性实施例。通过将正向锯齿波信号与 负向锯齿波信号进行比较来控制锯齿波信号产生器系统100。电压参考电路102 (例如 带隙源)将例如带隙电压Vbg作为输入参考电压提供到电压参考电路104。电压参考电 路104将高电压Vh参考电压和低电压Vl参考电压提供到双锯齿波信号产生器106。
双锯齿波信号产生器106含有两个锯齿波信号产生器。双锯齿波信号产生器106接 收CLK信号。 一个正向锯齿波产生器由反馈电流信号IregP控制，且提供正向锯齿波输 出信号Vstp。另一负向锯齿波产生器由反馈电流信号IregN控制，且提供负向锯齿波输 出信号Vstn。
电压比较器108的正输入端子接收正向锯齿波输出信号Vstp。比较器108的负输入 端子接收负向锯齿波输出信号Vstn。比较器108将比较器输出信号Vcmp作为一个输入 提供到相位频率比较器(PFC) 110， PFC IIO将比较器输出信号Vcmp与来自参考时钟 电路112的参考CLK输出信号的下降沿进行比较。如下文结合图10论述，PFC 112的 一实施例实施为状态机。时钟电路112包含用于调节CLK工作循环的最终校准位，所 述CLK工作循环用于调节锯齿波信号的幅值。为了调节CLK时钟工作循环，向参考时 钟电路12提供具有频率Fin的输入时钟参考信号，频率Fin等于例如k乘以时钟信号 CLK频率，其中k为整数。作为说明性实例，通过使用计数器对例如输入时钟参考信号 的上升沿的数目(小于k)或上升沿和下降沿的数目(小于2k)进行计数来提供CLK信号。举例来说，如果k二10，那么对上升沿进行计数提供以CLK周期的10%增量对 CLK信号的工作循环的调节。类似地，如果k二20，那么对上升沿和下降沿进行计数提 供以CLK周期的5%增量对CLK信号的工作循环的调节。对于CLK信号的每一周期， PFC 110向双电荷泵电路114提供"升"输出信号、"降"输出信号，或不提供此两者。
双电荷泵电路114在信号线116上将反馈电流信号IregP提供到双锯齿波信号产生 器106中的正向锯齿波信号产生器。双电荷泵电路114也在信号线118上将反馈电流信 号IregN提供到双锯齿波信号产生器106中的负向锯齿波信号产生器。
第一电流反馈回路由正向锯齿波信号产生器、电压比较器108、 PFC 110以及双电 荷泵电路114的将反馈电流信号IregP提供到正向锯齿波信号产生器以调整来自正向锯 齿波信号产生器的正向锯齿波信号Vstp的幅值的电荷泵形成。类似地，第二电流反馈 回路由负向锯齿波信号产生器、电压比较器108、 PFC 110以及双电荷泵电路114的将 反馈电流信号IregN提供到负向锯齿波信号产生器以调整来自负向锯齿波信号产生器的 负向锯齿波信号Vstn的幅值的电荷泵形成。
图3展示作为对电压参考电路104的输入参考电压的来自电压参考电路102的带隙 电压Vbg电平。图4说明电压参考电路104将高电压Vh参考电压和低电压VI参考电 压提供到双锯齿波信号产生器。
图5说明来自图2的差分幅值受控锯齿波产生器的正向锯齿波产生器的正向锯齿波 电压波形Vstp输出信号。低电压VI参考电压是正向锯齿波电压波形Vstp的起始电平。 高电压Vh参考电压是正向锯齿波电压波形Vstp的结束点。
图6说明来自图2的差分幅值受控锯齿波产生器的负向锯齿波产生器的负向锯齿波 电压波形Vstn输出信号。高电压Vh参考电压是负向锯齿波电压波形Vstn的起始电平。 低电压VI参考电压是负向锯齿波电压波形Vstn的结束点。
图7是为图2的差分幅值受控双锯齿波产生器106的两个锯齿波产生器提供高电压 Vh电平和低电压VI的电压参考电路120的电路图。电压参考电路120包含运算放大器 122，运算放大器122具有耦合到NMOS晶体管124的栅极端子的输出端子。NMOS晶 体管124具有耦合到Vdd电压参考的漏极端子和耦合到被提供Vh参考电压的Vh节点 126的源极端子。Vh节点126通过电阻器128耦合到节点130，节点130耦合到运算放 大器122的反转输入端子。运算放大器122的非反转输入端子接收Vbg参考电压。节点 130通过电阻器132耦合到被提供VI参考信号的VI节点134。 VI节点134通过电阻器 136耦合到接地或O伏参考端子138。 Vl电压随电阻器132、 136和带隙电压Vbg而变。 Vh电压随电阻器128、 132、 136而变。为了电阻器的良好匹配，锯齿波信号的量值(Vh_V1)取决于带隙电压Vbg的准确性。
图8是包含在图2的双锯齿波信号产生器106中的两个锯齿波电压产生器150、 152 的电路图。锯齿波电压产生器150提供正向或上升锯齿波信号。锯齿波电压产生器152 提供负向或下降锯齿波信号。图9展示图2的两个锯齿波电压产生器的各种电压波形的 时序图。图8和图9提供对图2的双锯齿波信号产生器106的两个锯齿波产生器的结构 和操作的描述。
图8的正向或上升锯齿波产生器电路150产生正向或上升锯齿波信号Vstp作为具 有递增电压的锯齿波，其由时钟信号CLK的上升沿起始且由时钟信号CLK的下一上升 沿复位。参看图5，正向锯齿波信号Vstp以Vl电压起始且上升到峰值电压Vh。
正向锯齿波产生电路150包含用于正向锯齿波产生器电路150的边沿触发D触发器 电路160。边沿触发D触发器电路160具有用于接收CLK信号的时钟端子cp，所述CLK 信号大体上是具有周期Tclk的方波。D触发器160的经反转Q输出端子qn耦合回到D 输入端子d。 D触发器电路160在每个Tclk时间周期中在CLK信号的上升沿处改变状 态，如图9所示。使D触发器160的Q输出信号和经反转Q输出信号通过信号调节电 路162，其防止Q输出信号和经反转Q输出信号重叠。信号调节电路162的经调节输出 信号耦合到正向锯齿波产生电路150。这些信号是在信号线166上提供的命令VcmdP信 号和在信号线164上提供的经反转命令VcmdPb。这些信号是各具有周期2Tclk的相位 相反的大致方波信号。VcmdP和VcmdPb信号控制正向锯齿波产生电路150的操作。
正向锯齿波产生电路150包含以第一 PMOS上拉晶体管170和第一下拉NMOS晶 体管172形成的第一 CMOS反相器。第一 PMOS上拉晶体管170具有耦合到输入端子 174的源极端子，所述输入端子174接收来自图2中的电荷泵电路114的反馈电流IregP。 晶体管170和172的栅极端子耦合在一起。晶体管170和172的漏极端子均耦合到节点 176。第一锯齿波电容器178耦合在节点176与接地端子180a之间。第一下拉NMOS 晶体管172的源极端子耦合到被提供低电压V1的端子182。晶体管170和172的栅极端 子耦合到接收信号线166上的VcmdP信号的第一栅极节点184。
正向锯齿波产生电路150还包含以第二 PMOS上拉晶体管190和第二下拉NMOS 晶体管192形成的第二 CMOS反相器。第二 PMOS上拉晶体管190具有也耦合到输入 端子174的源极端子，所述输入端子174接收来自图2中的电荷泵电路114的反馈电流 IregP。晶体管190和192的栅极端子和漏极端子耦合在一起。晶体管l卯和192的漏极 端子均耦合到节点194。第二锯齿波电容器196耦合在节点194与接地端子180b之间。 第二下拉NMOS晶体管192的源极端子耦合到被提供低电压Vl的端子182。晶体管190
9和192的栅极端子耦合到接收信号线164上的VcmdPb信号的第二栅极节点198。
第一 NMOS耦合晶体管200耦合在节点176与Vstp信号输出节点202之间。第一 NMOS耦合晶体管200的栅极端子耦合到接收信号线164上的命令VcmdPb信号的第二 栅极节点198。类似地，第二 NMOS耦合晶体管204耦合在节点194与Vstp信号输出 节点202之间。第二 NMOS耦合晶体管204的栅极端子耦合到接收信号线166上的命令 VcmdPb信号的第一栅极节点184。
在操作中，正向锯齿波产生器电路150具有以相位交替方式从信号调节电路162提 供的相反相位时序命令信号VcmdP禾t] VcmdPb，如图9的时序图中指示。正向锯齿波信 号产生器150接收来自电荷泵116的电流信号IregP。正向锯齿波信号产生器150交替 地引导电流信号IregP以对锯齿波电容器178、 196中的一者交替地充电，同时锯齿波电 容器178、 196中的另一者在端子182处被放电到VI电压电平。信号线164上的命令 VcmdPb信号的"高"电平接通第二NMOS下拉晶体管192以将第二锯齿波电容器196 耦合到VI端子182处的VI电压，借此提供将第二锯齿波电容器196放电到VI电压电 平的路径。信号线164上的VcmdPb信号的"高"电平还接通第一 NMOS耦合晶体管 200以将节点176和锯齿波电容器178耦合到Vstp输出端子202。线164上的VcmdPb 信号的对应"低"电平接通第一上拉PMOS晶体管170，其将端子174处的IregP电流 耦合到节点176以用IregP电流对第一锯齿波电容器178进行充电。
或者，信号线166上的VcmdP信号的"高"电平接通第一 NMOS下拉晶体管172 以将第一锯齿波电容器178耦合到V1端子182处的Vl电压，且将第一锯齿波电容器178 放电到V1电压电平。信号线166上的VcmdP信号的"高"电平还接通第二NMOS耦合 晶体管204以将节点194和锯齿波电容器196耦合到Vstp输出端子202。线164上的 VcmdPb信号的对应"低"电平接通第二上拉PMOS晶体管190，其将端子174处的IregP 电流耦合到节点194以用IregP电流对第二锯齿波电容器196进行充电。
图9说明参考时钟信号CLK的各种电压波形。CLK信号是具有周期Tclk的方波。 CLK的上升沿触发相反相位的VcmdP和VcmdPb信号。这两个相反相位的信号交替地 对两个锯齿波电容器178、 196进行充电和放电以在端子202处产生正向或上升锯齿波 电压Vstp，其以Vl电压电平起始。
图8还说明具有与正向锯齿波电压产生器150类似的电路配置的负向锯齿波电压产 生器152的电路图。图8的负向或下降锯齿波产生器电路152产生负向或下降锯齿波信 号Vstn作为具有递减电压的锯齿波，其由时钟信号CLK的上升沿起始且由时钟信号 CLK的下一上升沿复位。参看图5，负向锯齿波信号Vstn以Vh电压起始且下降到低电压VI电平。
负向锯齿波产生电路152包含具有用于接收CLK信号的时钟端子cp的另一边沿触 发D触发器电路260。 D触发器260的经反转Q输出端子qn耦合回到D输入端子d。 D 触发器电路260在每个Tclk时间周期中在CLK信号的上升沿处改变状态，如图9所示。 使D触发器260的Q输出信号和经反转Q输出信号通过信号调节电路262，其防止Q 输出信号和经反转Q输出信号重叠。信号调节电路262的经调节输出信号耦合到负向锯 齿波产生电路152。这些信号是在信号线266上提供的命令VcmdN信号和经反转命令 VcmdNb信号。这些信号是各具有周期2Tclk的相位相反的大致方波信号。VcmdN和 VcmdNb信号控制负向锯齿波产生电路152的操作。
负向锯齿波产生电路152包含以第三PMOS上拉晶体管270和第三下拉NMOS晶 体管272形成的第三CMOS反相器。第三PMOS上拉晶体管270具有耦合到输入端子 274的源极端子，所述输入端子274接收Vh参考电压。晶体管270和272的栅极端子 耦合在一起。晶体管270和272的漏极端子均耦合到节点276。第三锯齿波电容器278 耦合在节点276与接地端子280a之间。第三下拉NMOS晶体管272的源极端子耦合到 被提供来自图2的电荷泵114的IregN电流的端子282。晶体管270和272的栅极端子 耦合到接收信号线266上的命令VcmdN信号的第三栅极节点284。
负向锯齿波产生电路152还包含以第四PMOS上拉晶体管290和第四下拉NMOS 晶体管292形成的第四CMOS反相器。第四PMOS上拉晶体管290具有也耦合到输入 端子274的源极端子，所述输入端子274接收Vh参考电压。晶体管2卯和292的栅极 端子和漏极端子耦合在一起。晶体管290和292的漏极端子均耦合到节点294。第四锯 齿波电容器296耦合在节点294与接地端子280b之间。第四下拉NMOS晶体管292的 源极端子耦合到被提供IregN电流的端子282。晶体管2卯和292的栅极端子耦合到接 收信号线264上的命令VcmdNb信号的第四栅极节点298。
第三NMOS耦合晶体管300耦合在节点276与Vstn信号输出节点302之间。第三 NMOS耦合晶体管300的栅极端子耦合到接收信号线266上的命令VcmdN信号的第三 栅极节点284。类似地，第四NMOS耦合晶体管304耦合在节点294与Vstn信号输出 节点302之间。第四NMOS耦合晶体管304的栅极端子耦合到接收信号线264上的命令 VcmdNb信号的第四栅极节点298。
在操作中，负向锯齿波产生器电路152具有以相位交替方式从信号调节电路262提 供的相反相位时序命令信号VcmdN和VcmdNb。这些信号在图9中未图示且类似于图9 的VcmdP和VcmdPb信号。负向锯齿波信号产生器152在端子282处接收来自图2的电荷泵116的电流信号IregN。负向锯齿波信号产生器152交替地引导反馈电流信号 IregN以对锯齿波电容器278、 296中的一者交替地放电，同时锯齿波电容器278、 296 中的另一者在端子274处被放电到Vh电压电平。
信号线264上命令VcmdNb信号的"高"电平接通第四NMOS下拉晶体管292以 将第四锯齿波电容器296耦合到端子282处的IregN电流，以将第四锯齿波电容器从Vh 参考电压电平放电。
信号线264上VcmdNb信号的"高"电平还接通第四NMOS耦合晶体管304以将 节点294和锯齿波电容器296耦合到Vstn输出端子302。线266上VcmdN信号的对应 "低"电平接通第三上拉PMOS晶体管270，以将端子274处的Vh参考电压耦合到节 点276以将第三锯齿波电容器278充电到Vh参考电压电平。
或者，信号线266上VcmdN信号的"高"电平接通第三NMOS下拉晶体管272以 将第三锯齿波电容器278耦合到端子282处的IregN电流，以将第三锯齿波电容器从Vh 电压电平放电。
信号线266上VcmdN信号的"高"电平还接通第三NMOS耦合晶体管300以将节 点276耦合到Vstn输出端子302。线264上VcmdNb信号的对应"低"电平接通第四上 拉PMOS晶体管290，其将端子274处的Vh电压耦合到第四锯齿波电容器296。
图9说明端子302处的下降锯齿波信号Vstn开始从Vh参考电压电平朝VI电平下降。
图10是描述图2的相位频率比较器(PFC) 110的操作的状态转变图400。图11是 说明图10的相位频率比较器的各种信号的时序图。PFC 110的状态机具有3个状态"复 位"(RESET)状态402、"升"(UP)状态404以及"降"(DOWN)状态406。"升" 状态404将来自PFC 110的"升"输出信号提供到电荷泵电路114以增加IregP电流和 IregN电流的量值。"降"状态406将来自PFC 110的"降"输出信号提供到电荷泵电 路116以减小IregP电流和IregN电流的量值。"复位"状态将IregP电流和IregN电流 保持在与先前引导的相同的值。
相位频率比较器(PFC) IIO在CLK信号的上升沿处或在电压比较器108的输出信 号Vcmp的下降沿处从"降"状态406改变为"复位"状态402。相位频率比较器(PFC) IIO在CLK信号的上升沿处或在电压比较器108的输出信号Vcmp的上升沿处从"升" 状态404改变为"复位"状态402。相位频率比较器(PFC) 110在CLK的下降沿处且 在Vcmp同时处于"高"或l状态的情况下从"复位"状态402改变为"降"状态406。 相位频率比较器(PFC) 110在CLK信号的下降沿处且在Vcmp同时处于"低"或O状
12态的情况下从"复位"状态402改变为"升"状态404。
图11说明初始启动的锯齿波信号产生器系统100的实例。正向锯齿波信号Vstp的 输出电压的初始量值从VI或Vlow开始，且最终达到峰值量值Vh或Vhigh。类似地， 负向锯齿波信号Vstp的输出电压的初始量值从Vh或Vhigh开始，且最终达到最小量值 Vl或Vlow。锯齿波输出信号在CLK信号的正向转变时复位。比较器I08的输出电压在 正向锯齿波产生器150的Vstp输出电压超过负向锯齿波产生器152的Vstn时变为
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图11还说明相位频率比较器PFC电路110的PFC状态。第一 "复位"状态420发 生在CLK信号的上升沿处。第一 "升"状态422发生在CLK具有下降沿且Vcmp也为 "低"或O伏时。第二 "复位"状态424发生在Vcmp变为"高"时且保持为"高"直 到CLK信号的下一下降沿为止。另一 "升"状态发生在CLK信号的上升沿处。"复位" 发生在Vcmp变为"高"时。
图12说明在图2的双电荷泵114中使用的电荷泵电路450。电荷泵电路450提供用 于控制正向锯齿波产生器150的量值的IregP反馈电流。电荷泵电路450还提供用于控 制负向锯齿波产生器152的量值的IregN反馈电流。电流IregP和IregN两者具有具相同 绝对值的量值。IregP是源电流且IregN是吸收电流。
电荷泵电路450包含第一恒定电流源452，其耦合到Vdd电压源以通过"升"开关 454 (如果闭合)将Iref电流提供到参考电容器458耦合到的电容器参考节点456,而到 达接地端子460a。"升"开关454响应于"升"信号而闭合以将Iref电流提供到电容器 参考节点456以用Iref恒定电流对参考电容器458进行充电。恒定电流吸收器470耦合 到接地端子460b且通过"降"开关472耦合到电容器参考节点456。"降"开关472响 应于"降"信号而闭合以从电容器参考节点456汲取Iref吸收电流，以用Iref吸收电流 对参考电容器458进行放电。参考电容器458上的电荷量决定参考节点456处的电压。 电容器参考节点456处的电压耦合到NMOS晶体管480的栅极端子。NMOS晶体管480 的源极端子通过电阻器482耦合到接地端子460c以提供源极跟随器电路，所述源极跟 随器电路使源极端子上的电压跟随栅极端子电压。通过NMOS晶体管480的电流通过二 极管连接式PMOS晶体管484，所述二极管连接式PMOS晶体管484具有共同耦合到 NMOS晶体管480的漏极端子的栅极端子和漏极端子。二极管连接式PMOS晶体管484 的源极端子耦合到Vdd电压源。二极管连接式PMOS晶体管484和第二 PMOS晶体管 486的栅极端子被耦合在一起以形成电流镜电路。第二 PMOS晶体管486具有耦合到 Vdd电压源的源极端子。第二 PMOS晶体管486的漏极端子耦合到二极管连接式NMOS晶体管4卯的漏极端子，二极管连接式NMOS晶体管4卯具有耦合在一起的漏极和栅极 且具有耦合到接地端子460d的漏极。通过第二 PMOS晶体管486和二极管连接式NMOS 晶体管490的电流相同。PMOS电流源晶体管488具有耦合到Vdd电压源的源极。PMOS 电流源晶体管488的栅极耦合到第二 PMOS晶体管486和二极管连接式PMOS晶体管 484的栅极的栅极以提供电流镜电路。PMOS电流源晶体管488提供跟随电容器参考节 点456处的电压的源电流IregP。
电流吸收NMOS晶体管492的源极耦合到接地端子460e。电流吸收晶体管492的 栅极耦合到二极管连接式NMOS晶体管490的栅极和漏极端子以提供电流镜电路。 NMOS电流吸收晶体管492提供也跟随电容器参考节点456处的电压的吸收电流IregN。 源电流IregP和吸收电流IregN具有相同的绝对值。
在"升"序列(即，"升"=1且"降"=0)期间，参考电容器458由Iref电流源 452充电。这使参考电容器458上的电压增加。NMOS晶体管480和电阻器482用作电 压到电流转换器。随着参考电容器458上的电压增加，通过NMOS晶体管480的电流增 加，且通过PMOS晶体管484、 488而镜像以提供增加的源电流IregP。通过NMOS晶 体管480的增加的电流还镜像到PMOS晶体管486且通过NMOS晶体管490、 492以提 供增加的吸收电流IregN。
在"降"序列(即，"升"=0且"降"=1)期间，参考电容器458通过Iref电流 吸收器470而放电以减小参考电容器458上的电压。随着参考电容器458上的电压减小， 经过NMOS晶体管480的电流减小。通过PMOS晶体管484、 488镜像所述减小的电流 以产生减小的源电流IregP。类似地提供减小的吸收电流IregN。
当"升"和"降"信号非有效地闭合"升"开关454或"降"开关472时，存储在 参考电容器458上的电压将用于反馈回路的经调整的输出电流IregP和IregN维持在未 改变的电平。调整电流IregP和IregN在其相应的反馈回路中用于调节其相应的锯齿波 产生器的幅值。这为锯齿波电压的量值提供良好的准确性，且减少了由制造过程变化引 起的电阻器和电容器值的变化的影响。双锯齿波产生器系统IOO是基于在绝对量值方面 匹配的2个匹配的锯齿波信号的产生。正向锯齿波信号的起始电压是VI参考电压。负 向锯齿波信号的起始电压是Vh参考电压。正向锯齿波信号Vstp由反馈电流IregP控制 且从VI参考值起始。负向锯齿波信号Vstn由反馈电流IregN控制且从Vh参考值起始。 Vstp和Vstn信号的量值由双电荷泵电路114所提供的两个电流调整回路来控制。比较 器108比较Vstp和Vstn信号的量值。相位频率比较器110将比较器108的输出Vcmp 与参考CLK信号的下降沿进行比较。在每一CLK周期期间，相位频率比较器110控制
14电荷泵电路114,所述电荷泵电路114产生IregP和IregN电流反馈信号以获得所需的锯 齿波量值。当反馈电流IregP和IregN稳定时调整所述系统。对于非常准确的系统要求， 通过改变参考CLK信号的工作循环来获得对量值的最终调节。
参看图13，时钟CLK信号的工作循环与锯齿波信号Vstp和Vstn的量值之间的关 系由以下关系描述DC = Th/TClk，其中DC是工作循环，Th是CLK信号为"高"的 时间，且TClk是Clk信号的周期。Vstp是时间的线性函数，其可写为Vstp(t) = Kxt + V1,其中t为时间变量，且K为锯齿波信号的斜率，Vl为低电压参考电压，且Vh为 高电压参考电压。
参看图13:
K={[(Vh+Vl)/2]-Vl}/Th;且 K=[(Vh-Vl)/2]/Th。
因此Vstp(t)={[(Vh-Vl)/2]/Th}xt + VI。
将Vstp(t)表达为工作循环DC的函数且在Th = DOTclk)的情况下， Vstp(t)={[{Vh-Vl)/2]/(DC*Tclk)}xTclk + VI。 联系于时间Tclk时Vstp的量值(VM)的最终表达式为 Vstp(Tclk)={[(Vh - Vl)/2]/(DOTclk)}xTclk + VI VM=Vstp(Tclk)-Vl =(Vh-Vl)/(2xDC)
第一实例是针对w等于ij伏，Vh等于1.3伏，且DC等于0.5。在此情况下， VM等于(0.2/1)等于0.2伏。
第二实例是针对Vl等于l.l伏，Vh等于1.3伏，且DC等于0.4。在此情况下， VM等于0.2/(2x0.4)等于0.25伏。
这说明通过改变时钟CLK信号的工作循环而改变了锯齿波量值。
已出于说明和描述的目的呈现了对本发明的具体实施例的上述描述。不希望其为详 尽的或将本发明限于所揭示的精确形式，且显然鉴于以上教示，许多修改和变化是可能 的。选择和描述实施例以便最佳地解释本发明的原理及其实践应用，进而使所属领域的 技术人员能够以适于预期特定用途的各种修改来最佳地利用本发明和各种实施例。希望 本发明的范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.一种双差分锯齿波信号产生器，其包括第一锯齿波电压产生器，其经配置以提供正向锯齿波输出信号；第二锯齿波电压产生器，其经配置以提供负向锯齿波输出信号；比较器，其耦合到所述第一和第二锯齿波电压产生器，且经配置以将所述正向锯齿波输出信号与所述负向锯齿波输出信号进行比较且提供比较器输出信号；电荷泵，其耦合到所述第一和第二锯齿波电压产生器且经配置以将反馈控制提供到所述第一和第二锯齿波电压产生器；以及相位频率比较器，其耦合到所述比较器和所述电荷泵，且经配置以将控制信号提供到所述电荷泵。
2. 根据权利要求1所述的双差分锯齿波信号产生器，其中所述电荷泵进一步经配置 以将反馈控制源电流提供到所述第一锯齿波产生器，以控制所述正向锯齿波输出信号的量值；以及将反馈控制吸收电流提供到所述第二锯齿波产生器，以控制所述负向锯齿波输出 信号的量值。
3. 根据权利要求2所述的双差分锯齿波信号产生器，其中所述反馈控制源电流的所述 量值和所述反馈控制吸收电流的所述量值具有类似的绝对值。
4. 根据权利要求2所述的双差分锯齿波信号产生器，其进一步包括状态机，所述状态 机经配置以响应于所述比较器输出信号和时钟信号而提供"升"信号以增加所述 反馈控制源电流和所述反馈控制吸收电流且提供"降"信号以减小所述反馈控制 源电流和所述反馈控制吸收电流。
5. 根据权利要求2所述的双差分锯齿波信号产生器，其进一步包括-第一电容器，其经配置以使用所述反馈控制源电流从低电压参考充电；以及 第二电容器，其经配置以使用所述反馈控制吸收电流从高电压参考放电。
6. 根据权利要求4所述的双差分锯齿波信号产生器，其进一步包括第三电容器，其 耦合到所述第一锯齿波电压产生器；以及第四电容器，其耦合到所述第二锯齿波电 压产生器，且经配置以便分别交替地对所述第一和第三电容器以及所述第二和第四 电容器进行充电和放电，以提供所述正向锯齿波输出信号和所述负向锯齿波输出信 号。
7. 根据权利要求所述的双差分锯齿波信号产生器，其中所述相位频率比较器经配置 以提供控制信号以增加或减小所述反馈控制的量值。
8. 根据权利要求1所述的双差分锯齿波信号产生器，其进一步包括各自从带隙电压参 考源得出的高电压参考和低电压参考。
9. 一种双输出差分锯齿波产生器，其包括第一双电容器电压产生器电路，其经配置以提供正向锯齿波输出信号； 第二双电容器电压产生器电路，其经配置以提供负向锯齿波输出信号； 比较器电路，其经配置以将所述正向锯齿波输出信号与所述负向锯齿波输出信号进行比较且提供比较器输出信号；双电荷泵，其经配置以将反馈控制提供到所述第一和第二双电容器电压产生器电路；以及相位频率比较器，其耦合到所述比较器和所述双电荷泵，且经配置以控制所述双 电荷泵。
10. 根据权利要求9所述的双输出差分锯齿波产生器，其中所述相位频率比较器进一步 经配置以将反馈源电流提供到所述第一双电容器电压产生器电路以控制所述正向 锯齿波输出信号的量值，且进一步将反馈吸收电流提供到所述第二双电容器电压产 生器电路以控制所述负向锯齿波输出信号的量值。
11. 根据权利要求10所述的双输出差分锯齿波产生器，其中所述反馈源电流和所述反 馈吸收电流具有类似的量值绝对值。
12. 根据权利要求IO所述的双输出差分锯齿波产生器，其中所述第一双电容器电压产生器电路进一步包括以所述反馈源电流交替充电的第 一正向锯齿波电容器和第二正向锯齿波电容器；且所述第二双电容器电压产生器电路包含以所述反馈吸收电流交替放电的第一负向锯齿波电容器和第二负向锯齿波电容器。
13. 根据权利要求9所述的双输出差分锯齿波产生器，其中每一正向锯齿波输出信号经 配置以复位到低参考电压电平，且每一负向锯齿波输出信号经配置以复位到高参考 电压电平。
14. 根据权利要求13所述的双输出差分锯齿波产生器，其中所述高和低参考电压电平 是从带隙电压参考得出。
15. —种产生双差分锯齿波信号的方法，其包括-通过对第一锯齿波电压产生器中的电容器进行充电来控制第一锯齿波输出信号的幅值；通过对第二锯齿波电压产生器中的电容器进行充电来控制第二锯齿波输出信号 的幅值；将所述第一和第二锯齿波输出信号进行比较，且产生比较器输出信号； 从双电荷泵向所述第一和第二锯齿波产生器产生反馈信号；以及 以所述比较器输出信号控制所述双电荷泵。
16. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括从所述双电荷泵向所述第一锯齿波产生器产生反馈源电流，以控制所述第一锯齿 波输出信号的量值；以及从所述双电荷泵向所述第二锯齿波产生器产生反馈吸收电流，以控制所述第二锯 齿波输出信号的量值。
17. 根据权利要求16所述的方法，其进一步包括确保所述反馈源电流和所述反馈吸 收电流具有类似的量值绝对值。
18. 根据权利要求15所述的方法，其进一步包括通过改变传入的时钟信号的工作循环来调节所述第一和第二锯齿波信号的幅值。
全文摘要
一种双差分锯齿波信号产生器(106)包含第一锯齿波电压产生器(150)，其具有以反馈控制源电流(IregP)从低电压参考电压电平(134、182)交替充电的第一电容器(178)和第二电容器(196)。第二锯齿波电压产生器(152)具有以反馈控制吸收电流(IregN)从高电压参考电压电平(126、274)交替放电的第一放电电容器(278)和第二放电电容器(296)。将所述两个锯齿波电压产生器(150、158)的输出信号进行比较(108)以控制相位频率比较器(110)，所述相位频率比较器(110)提供信号以控制提供所述反馈控制源电流(IregP)且提供所述反馈控制吸收电流(IregN)的双电荷泵(114)。
文档编号H03K4/06GK101584117SQ200880002525
公开日2009年11月18日 申请日期2008年1月16日 优先权日2007年1月17日
发明者丹尼尔·佩拉德, 埃里克·布吕内, 米歇尔·昆卡 申请人:爱特梅尔公司