专利名称：电荷泵电路及锁相回路电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电荷泵电路，尤其涉及一种应用于锁相回路电路的电荷泵电路。
背景技术：
图1显示现有的电荷泵电路100的示意图。请参照图1，电荷泵电路100包括电流源Al及A2与开关SWl及SW2。其中，开关SWl与SW2各别接收第一控制信号CTRl及第二控制信号CTR2。并且，开关SWl根据第一控制信号CTRl，导通来自电流源Al的驱动电流Il至端点CTL的传送路径。同样地，开关SW2根据第二控制信号CTR2，导通电流源A2从端点CTL汲取电流12的汲取路径。在实际操作方面，当要对端点CTL充电时，则导通开关SW1，并且电流源Al传送驱动电流传Il流至端点CTL，以使得端点CTL的电压上升。此外，当要对端点CTL放电时，则导通开关SW2，电流源A2汲取来自端点CTL的汲取电流12，以使得端点CTL的电压下降。然而，当对端点CTL充电时，则开关SW2截止，以致使电流源A2断开了电流12路径，而使得电流源A2处于停止状态。同理，当对端点CTL放电时，则会使得电流源Al处于停止状态。也因此，每当充电与放电功能交替时，电流源Al与电流源A2需要一段恢复的时间，以脱离停止状态，也因为恢复的时间，拉长了电荷泵电路对端点CTL的充放电时间。
发明内容
本发明提供一种电荷泵电路，可快速的产生稳定的输出电压。本发明提供一种锁相回路电路，有效加快信号的相位锁定的速度。本发明提供一种电荷泵电路，其包括电流驱动单元、电流汲取单元、开关以及分压电路。其中，电流驱动单元耦接至第一端点以及第二端点，电流驱动单元接收并依据第一控制信号以传送驱动电流至第一端点或第二端点。电流汲取单元耦接至第一端点以及第二端点，电流汲取单元接收并依据第二控制信号由第一端点或第二端点汲取一汲取电流。开关耦接在第一端点以及第二端点间，依据断电控制信号而导通或断开。分压电路接收参考电源电压，并耦接至第一端点，分压电路依据分压参考电源电压以提供第一端点分压电源。本发明提供一种锁相回路电路，其包括频率检测器、电荷泵电路、低通滤波器、电压控制振荡器以及除频器。其中，频率检测器接收参考信号与除频信号，频率检测器根据参考信号与除频信号的相位与频率的比较结果，输出第一控制信号与第二控制信号。电荷泵电路根据第一控制信号与第二控制信号，输出电荷泵电压。其中，电荷泵电路包括电流驱动单元、电流汲取单元、开关以及分压电路。电流驱动单元耦接至第一端点以及第二端点，电流驱动单元接收并依据第一控制信号以传送驱动电流至第一端点或第二端点。电流汲取单元耦接至第一端点以及第二端点，电流汲取单元接收并依据第二控制信号由第一端点或第二端点汲取一汲取电流。开关耦接在第一端点以及第二端点间，依据断电控制信号而导通或断开。分压电路接收参考电源电压，并耦接至第一端点，分压电路依据分压参考电源电压以提供第一端点分压电源。低通滤波器接收电荷泵电压，并据以输出控制电压。电压控制振荡器接收并根据控制电压，输出电压控制信号，其中电压控制信号的频率与参考信号的频率成一倍数。除频器接收电压控制信号，根据电压控制信号的频率与参考信号的频率的倍数以及电压控制信号，输出除频信号。
基于上述，由于本发明的电荷泵电路包括开关及分压电路，藉由分压电路在电荷泵电路被启动的初期，提供分压电源至电荷泵电路的第一端点，并在电荷泵电路被启动后藉由开关的导通来使第一级第二端点的电压相符。如此一来，电荷泵电路可以更快速的使其所产生的输出电压达到稳定的状态。为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1显不现有的电荷栗电路100的不意图；图2显示本发明一实施例的电荷泵电路200的功能方框图；图3显不本发明一实例的电荷栗电路200的电路图不意图；图4显示本发明一实施例的锁相回路电路400的示意图；图5为本发明一实施例的电荷泵电路的输出电压的波形图。附图标记:100:现有的电荷泵电路；A1、A2:电流源；SW1、SW2:开关；CTR1、CTR2:控制信号；CTL: 而点；I1、12:电流;200:电荷泵电路；210:电流驱动单元；220:电流汲取单元；230:分压电路；FEP、SEP:端点；Sffl:开关；CTRLl、CTRL2、PD:控制信号；Vdd、GND、Vf、Vs、Vcp:电压；Vsl:分压电源；AU、AD:电流源；SffU, SffUB, SffD, SffDB:开关；C1、C2:电容；400:锁相回路电路；410:相位频率检测器；420:低通滤波器；430:电压控制振荡器；
440:除频器；Sr、S1、S2:信号；510、520:波形。
具体实施例方式图2显示本发明一实施例的电荷泵电路200的功能方框图。请参照图2，电荷泵电路200包括电流驱动单元210、电流汲取单元220、分压电路230及开关SWl。其中，电流驱动单元210与电流汲取单元220分别耦接至端点FEP与端点SEP。电流驱动单元210接收并依据控制信号CTRLl，提供驱动电流Il至端点FEP或SEP。同样地，电流汲取单元220接收并依据控制信号CTRL2，汲取来自端点FEP或SEP的汲取电流12。开关SWl耦接在端点FEP与SEP之间，并依据断电控制信号H)导通或断开两端点(FEP及SEP)之间的电性连接。此外，分压电路230接收参考电源电压Vdd，并据以提供分压电源Vsl。分压电路230耦接端点FEP，并且分压电路230通过端点SEP及开关SWl将分压电源Vsl提供至端点FEP。在实际操作方面，在电荷泵电路200被禁能时，也就是电荷泵电路200还未被启动时，开关SWi受控于断电控制信号ro而断开。此外，在电荷泵电路200被启动时，开关SWi受控于断电控制信号ro而导通。并在电荷泵电路200被启动的初期，分压电路230提供初始的分压电源Vsl至端点SEP以及FEP，其中分压电源Vsl例如等于参考电源电压Vdd的二分之一。接着，电流驱动单元210与电流汲取单元220分别受控于控制信号CTRLl及CTRL2，并分别对端点FEP充电或放电，并藉以提升或降底端点FEP的端点电压Vf。当电流驱动单元210受控于控制信号CTRLl来传送驱动电流Il至端点FEP以对端点FEP充电时，也就是例如控制信号CTRLl位于高电压准位时，会拉升端点电压Vf的电压值。相反地，当电流汲取单元220受空于控制信号CTRL2来汲取端点FEP的汲取电流12以对端点FEP放电时，也就是例如控制信号CTRL2位于高电压准位时，则会降低端点FEP输出电压Vf的电压值。另一方面，由于开关SWl导通端点FEP与端点SEP的电性连接，藉由一般电流路径(经过端点FEP的路径)及仿照(dummy)的电流路径(经过端点SEP的路径)的互补性操作，进而使得端点SEP上的端点电压Vs可以追踪以等于端点FEP上的输出电压Vf0最后，在完成对端点FEP的充电时，控制信号CTRLl及CTRL2皆位于低电压准位。此时，控制信号CTRLl使电流驱动单元210断开提供驱动电流11至端点FEP的电流路径，控制信号CTRL2并使电流汲取单元220断开由端点FEP汲取出汲取电流12的电流路径。基于互补性的操作，控制信号CTRLl与控制信号CTRL2分别使电流驱动单元210及电流汲取单元220导通驱动电流Il与汲取电流12流经端点SEP的电流路径。更进一步地来说,请参照图3,图3显示本发明一实例的电荷泵电路200的电路示意图。电流驱动单元210包括驱动电流源AU、驱动开关SWU及SWUB。驱动电流源AU接收参考电源电压Vdd，并据以提供驱动电流Il至端点FEP或SEP。驱动开关SWU串接于驱动电流源AU及端点FEP之间，并且根据控制信号CTRLl导通或断开。同样地，驱动开关SWUB串接于驱动电流源AU及端点SEP之间，并且根据控制信号CTRL2导通或断开。在实际操作方面，当对端点FEP充电时，驱动开关SWU依据控制信号CTRLl导通来自驱动电流源AU的驱动电流Il至端点FEP的电流路径。此时，驱动开关SWUB则依据控制信号CTRLlB而断开驱动电流Il从驱动电流源AU流至端点SEP的电流路径。其中，控制信号CTRLl与CTRLlB互为反向的信号。当对端点FEP放电时，驱动开关SWU依据控制信号CTRLl断开驱动电流Il从驱动电流源AU至端点FEP的电流路径，并且驱动开关SWUB依据控制信号CTRLlB导通驱动电流Il从驱动电流源AU流至端点SEP的电流路径。此外，当对端点FEP充电完成时，分别依据控制信号CTRLl以及CTRL1B，驱动开关SWU为断开状态，而驱动开关SWUB为导通状态。电流汲取单元220包括汲取电流源AD、汲取开关SWD与汲取开关SWDB。汲取电流源AD接收接地电压GND，并提供汲取电流12使端点FEP或SEP充电或放电。汲取开关SWD串接于端点FEP与汲取电流源AD之间，并且汲取开关SWDB串接于端点SEP与汲取电流源AD之间。汲取开关SWD及SWDB各别依据控制信号CTRL2及CTRL2B导通或断开。当对端点FEP充电时，汲取开关SWD依据控制信号CTRL2断开汲取电流12从端点FEP流至汲取电流源AD的电流路径，并且汲取开关SWDB依据控制信号CTRL2B导通汲取电流12从端点SEP流至汲取电流源AD的电流路径。其中，控制信号CTRL2与CTRL2B互为反向的信号。而当对端点FEP放电时，汲取开关SWD依据控制信号CTRL2导通汲取电流12从端点FEP流至汲取电流源AD的电流路径，并且汲取开关SWDB依据控制信号CTRL2B断开汲取电流12从端点SEP流至汲取电流源AD的电流路径。最后，完成对端点FEP的放电时，分别依据控制信号CTRL2及CTRL2B，汲取开关SWD为断开状态，而汲取开关SWDB为导通状态。附带一提的，汲取电流12与驱动电流Il的电流绝对值的大小是相等的。 承上所述，当对端点FEP充电时，电流路径从驱动电流源AU，经过驱动开关SWU、开关SWl及汲取开关SWDB，至汲取电流源AD来形成。当对端点FEP放电时，电流路径由驱动电流源AU，经过驱动开关SWUB、开关SWl及汲取开关SWD，至汲取电流源AD来形成。此外，在对端点FEP充电或放电完成后，电流路径从驱动电流源AU，经由驱动开关SWUB及汲取开关SWDB，至汲取电流源AD来形成。因此，本发明实施例的驱动电流源AU及汲取电流源AD于电荷泵电路200启动之后，就不会停止。藉此，当本实施例的电荷泵电路200在藉由电流驱动单元210对端点FEP充电以及藉由电流汲取单元220对端点FEP放电时，电流源(AU与AD)则不需要额外的回复时间。此外，分压电路230包括电容Cl与电容C2。电容Cl与电容C2的第一端各别接收参考电源电压Vdd及接地电压GND，电容Cl的第二端耦接电容C2的第二端，并且于电容Cl与C2的第二端上，也就是电容Cl与电容C2耦接的端点上，形成分压电源Vsl。于本发明一实施例中，电容Cl可由P型晶体管构成，P型晶体管的源极与漏极(电容Cl的第一端)接收参考电源电压Vdd。电容C2可由N型晶体管构成，N型晶体管的源极与漏极(电容C2的第一端)接收接地电压GND。并且，P型晶体管的栅极(电容Cl的第二端)耦接N型晶体管(电容C2的第二端)的栅极。在电荷泵电路200被启动时，通过开关SWl的导通，分压电路230将分压电源Vsl提供至端点FEP，做为端点FEP的初始电压。在本发明一实施例中，分压电源Vsl为参考电源电压Vdd的的二分之一。如上所述，若电容Cl与电容C2分别为P型晶体管与N型晶体管所构成，则P型晶体管与N型晶体管的尺寸要相同，以使得分压电源Vsl在电荷泵电路200启动时，提供参考电源电压Vdd的的二分之一的电压值至端点FEP。图4显示本发明一实施例的锁相回路电路400的示意图。请参照图4,锁相回路电路400包括相位频率检测器410、电荷泵电路200、低通滤波器420、电压控制振荡器430以及除频器440。其中，相位频率检测器410接收参考信号Sr与除频信号S2，相位频率检测器410根据参考信号Sr与除频信号S2的相位与频率的比较结果，输出控制信号CTRLl与CTRL2。电荷泵电路200根据控制信号CTRLl与CTRL2，输出输出电压Vf。低通滤波器420接收输出电压Vf，并据以输出控制电压Vctr。电压控制振荡器430接收并根据控制电压Vctr的大小，输出电压控制信号SI，其中电压控制信号SI的频率与参考信号Sr的频率成倍数。除频器440接收电压控制信号SI，根据电压控制信号SI的频率与参考信号Sr的频率的倍数以及电压控制信号SI，输出除频信号S2。在操作方面，首先相位频率检测器410会比较参考信号Sr的频率与初始的除频信号S2的频率。若除频信号S2的频率小于参考信号Sr的频率，则相位频率检测器410输出高电压准位的控制信号CTRLl及低电压准位的控制信号CTRL2。此时，反应于控制信号CTRLl与CTRL2，电荷泵电路200会拉升输出电压Vf，并且通过低通滤波器420、电压控制振荡器430及除频器440的作用，对应于升高的输出电压Vf，除频信号S2的频率则被提升。另一方面，若除频信号S2的频率大于参考信号Sr的频率，则电荷泵电路200会降低输出电压Vf，进而将除频信号S2的频率降低。最后，当参考信号Sr的频率相等于除频信号S2的频率，相位频率检测器410则输出皆为低电压准位的控制信号CTRLl及CTRL2，并且电荷泵电路200将不再调整输出电压Vf的大小。上述的电荷泵电路200为本发明的主要特征，其细部描述已于前述实施例详细说明，相关内容一并参照图2及图3的实施例，在此不再重复叙述。图5为本发明一实施例的电荷泵电路200输出的输出电压Vf的操作波形图。请参照图5，其中，波形510描述本发明一实施例的输出电压Vf的输出变化，而波形520描述现有的电荷泵电路(如图1的电荷泵电路100)输出的电荷泵电压的输出变化。本发明实施例的电荷泵电路产生的输出电压的初始值例如约等于参考电源电压Vdd的二分之一，并于时间点Tl时完成充放电。现有的电荷泵电路所产生的起始输出电压通常约等于参考电源电压Vdd，并在时间点T2时完成充放电。故可观察到，本发明实施例的电荷泵电路可以更快速的完成充放电的动作。也就是说，通过本发明的实施例的电荷泵电路以应用于锁相回路电路时，可快速的追踪到所需要的相位及频率。综上所述，本发明的电荷泵电路包括开关及分压电路，于电荷泵电路启动时，提供电荷泵电路较参考电源电压的电压值低的分压电源。另外，驱动电流源与汲取电流源，不会在充放电切换时进入停止状态，进而节省了驱动电流源及汲取电流源的回复时间。藉此，本发明的电荷泵电路缩短了对输出的端点的充放电时间，并且亦缩短了应用此电荷泵电路的锁相回路的频率追踪时间。虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的普通技术人员，当可作些许更动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种电荷泵电路,包括: 一电流驱动单元，耦接至一第一端点以及一第二端点，所述电流驱动单元接收并依据一第一控制信号以传送一驱动电流至所述第一端点或所述第二端点； 一电流汲取单元，耦接至所述第一端点以及所述第二端点，所述电流汲取单元接收并依据一第二控制信号由所述第一端点或所述第二端点汲取一汲取电流； 一开关，耦接在所述第一端点以及所述第二端点间，依据一断电控制信号而导通或断开；以及 一分压电路，接收一参考电源电压，并耦接至所述第一端点，所述分压电路依据分压所述参考电源电压以提供所述第一端点一分压电源。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中所述开关在所述电荷泵电路被禁能时依据所述断电控制信号而断开，并在所述电荷泵电路被启动时依据所述断电控制信号而导通。
3.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中所述电流驱动单元包括: 一驱动电流源，接收所述参考电源电压，并且所述驱动电流源提供所述驱动电流； 一第一驱动开关，串接于所述驱动电流源与所述第一端点之间，所述第一驱动开关接收并依据所述第一控制信号导通所述驱动电流从所述驱动电流源流至所述第一端点的电流路径；以及 一第二驱动开关，串接于所述驱动电流源与所述第二端点之间，所述第二驱动开关接收并依据所述第一控制信号的反相导通所述驱动电流从所述驱动电流源至所述第二端点的电流路径。
4.根据权利要求 1所述的电荷泵电路，其中所述电流汲取单元包括: 一汲取电流源，接收一接地电压，并且所述汲取电流源汲取所述汲取电流； 一第一汲取开关，串接于所述汲取电流源与所述第一端点之间，所述第一汲取开关接收并依据所述第二控制信号导通所述汲取电流从所述第一端点至所述汲取电流源的电流路径；以及 一第二汲取开关，串接于所述汲取电流源与所述第二端点之间，所述第二汲取开关接收并依据所述第二控制信号的反相导通所述汲取电流从所述第二端点至所述汲取电流源的电流路径。
5.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其中所述分压电路包括: 一第一电容，其第一端接收所述参考电源电压；以及 一第二电容，其第一端接收一接地电压，所述第二电容的第二端耦接所述第一电容的第二端，并且于所述第二电容的第二端形成所述分压电源。
6.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其中所述第一电容为一P型晶体管，所述P型晶体管的源极与漏极接收所述参考电源电压，其中所述第二电容为一 N型晶体管，所述N型晶体管的源极与漏极接收所述接地电压，其中所述P型晶体管的栅极耦接所述N型晶体管的栅极。
7.—种锁相回路电路,包括: 一频率检测器，接收一参考信号与一除频信号，所述频率检测器根据所述参考信号与所述除频信号的相位与频率的比较结果，输出一第一控制信号与一第二控制信号； 一电荷泵电路，根据所述第一控制信号与所述第二控制信号，输出一输出电压，其中所述电荷泵电路包括: 一电流驱动单元，耦接至一第一端点以及一第二端点，所述电流驱动单元接收并依据所述第一控制信号以传送一驱动电流至所述第一端点或所述第二端点； 一电流汲取单元，耦接至所述第一端点以及所述第二端点，所述电流汲取单元接收并依据所述第二控制信号由所述第一端点或所述第二端点汲取一汲取电流； 一开关，耦接在所述第一端点以及所述第二端点间，依据一断电控制信号而导通或断开；以及 一分压电路，接收一参考电源电压，并耦接至所述第一端点，所述分压电路依据分压所述参考电源电压以提供所述第一端点一分压电源； 一低通滤波器，接收所述输出电压，并据以输出一控制电压； 一电压控制振荡器，接收并根据所述控制电压，输出一电压控制信号，其中所述电压控制信号的频率与所述参考信号的频率成一倍数；以及 一除频器，接收所述电压控制信号，根据所述电压控制信号的频率与所述参考信号的频率的所述倍数以及所述电压控制信号，输出所述除频信号。
8.根据权利要求7所述的锁相回路电路，其中所述开关在所述电荷泵电路被禁能时依据所述断电控制信号而断开，并在所述电荷泵电路被启动时依据所述断电控制信号而导通。
9.根据权利要求7所述的锁相回路电路，其中所述电流驱动单元包括: 一驱动电流源，接收所 述参考电源电压，并且所述驱动电流源提供所述驱动电流； 一第一驱动开关，串接于所述驱动电流源与所述第一端点之间，所述第一驱动开关接收并依据所述第一控制信号导通所述驱动电从所述驱动电流源流至所述第一端点的电流路径；以及 一第二驱动开关，串接于所述驱动电流源与所述第二端点之间，所述第二驱动开关接收并依据所述第一控制信号的反相导通所述驱动电流从所述驱动电流源至所述第二端点的电流路径。
10.根据权利要求7所述的锁相回路电路，其中所述电流汲取单元包括: 一汲取电流源，接收一接地电压，并且所述汲取电流源汲取所述汲取电流； 一第一汲取开关，串接于所述汲取电流源与所述第一端点之间，所述第一汲取开关接收并依据所述第二控制信号导通所述汲取电流从所述第一端点至所述汲取电流源的电流路径；以及 一第二汲取开关，串接于所述汲取电流源与所述第二端点之间，所述第二汲取开关接收并依据所述第二控制信号的反相导通所述汲取电流从所述第二端点至所述汲取电流源的电流路径。
11.根据权利要求7所述的锁相回路电路，其中所述分压电路包括: 一第一电容，其第一端接收所述参考电源电压；以及 一第二电容，其第一端接收一接地电压，所述第二电容的第二端耦接所述第一电容的第二端，并且于所述第二电容的第二端形成所述分压电源。
12.根据权利要求11所述的锁相回路电路，其中所述第一电容为一P型晶体管，所述P型晶体管的源极与漏极接收所述参考电源电压，其中所述第二电容为一 N型晶体管，所述N型晶体管的源极与漏极接收所述接地电压， 其中所述P型晶体管的栅极耦接所述N型晶体管的栅极。
全文摘要
本发明提供一种电荷泵电路及锁相回路电路，其包括电流驱动单元、电流汲取单元、开关以及分压电路。电流驱动单元接收并依据第一控制信号以传送驱动电流至第一端点或第二端点。电流汲取单元耦接至第一端点以及第二端点，电流汲取单元接收并依据第二控制信号由第一端点或第二端点汲取汲取电流。开关耦接在第一端点以及第二端点间，依据断电控制信号而导通或断开。分压电路接收参考电源电压，并耦接至第一端点，分压电路依据分压参考电源电压以提供第一端点分压电源。
文档编号H03L7/08GK103166456SQ201210025068
公开日2013年6月19日 申请日期2012年2月6日 优先权日2011年12月16日
发明者陈宜隆 申请人:创杰科技股份有限公司