[发明专利]电荷泵、相位频率侦测器以及电荷泵方法

说明书

技术领域

本发明有关于一种电荷泵，尤其是关于一电荷泵，一相位频率侦测器以及电荷泵方法。

背景技术

电荷泵(charge pump)在相位锁定系统(phase locking system)之中，是用以执行相位/频率同步的重要元件。现有的电荷泵通常因死区范围(dead zone)或是由参考频率毛刺(reference spur)所产生的噪声而有着线性度的问题。为了解决死区范围的问题，通常会加入一偏移(offset)电流，以提供一固定电流来避开死区范围，并在相位锁定时使得电荷泵有着较为线性化的效能。请参照图1，图1为现有技术的一电荷泵1000经由一环路滤波器(loop filter)2000耦接于一压控节点VCTRL的结构示意图。现有的电荷泵1000经由一输出端N导通一电流ICP，并包含有一注入元件1100、一汲出元件1200以及一偏移元件1300。注入元件1100以及汲出元件1200分别是由控制信号UP、UPB以及DN、DNB所控制，其中控制信号UPB、DNB分别为控制信号UP、DN的反相(inverse)信号。当包含有现有的电荷泵1000的该相位锁定系统处于相位锁定状态时，注入元件1100会提供额外的电流来抵消由偏移元件1300所注入的固定电流。如此一来，便可减少死区范围所引起的非线性度问题。

然而，虽然额外增加的偏移电流可成功克服死区范围问题，参考频率毛刺却仍然没有获得改善。请参照图2，图2为在现有的电荷泵1000在相位锁定时的时序示意图。当处于相位锁定状态时，注入元件1100所产生的电流IUP的一部分会和汲出元件1200汲出的电流IDN抵消，而电流IUP的其他部分则会由偏移元件1300所汲出的电流Ioffset所抵消。于是现有的电荷泵1000所输出的总电流ICP会注入一脉冲电流(impulse current)给一后续电路，接着便由该后续电路持续汲出一固定电流，直到下一个参考周期。是故后续的压控节点VCTRL(例如：现有的电荷泵1000经由一环路滤波器所耦接的一压控振荡器(voltage controlled oscillator，VCO)上的一控制节点)会经历一周期性的调变(modulation)，导致参考频率毛刺的产生。

除此之外，每一注入或汲出压控节点VCTRL的电荷亦可能会造成噪声。在理想的相位锁定状态下，汲出元件1200与偏移元件1300会抵消其他的电流，是故对压控节点VCTRL并不会造成影响；然而，在实作上，这些实际存在的电荷仍会冲击到整个相位锁定系统的效能。是故如何减少相位锁定状态下的电流数量仍是一个重要的课题。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种电荷泵、相位频率侦测器以及电荷泵方法，以期解决上述减少相位锁定状态下的电流数量以及由参考频率毛刺所产生的噪声的问题。

依据本发明的一实施例，其提供了一种设置于一相位锁定系统(phase locking system)中的电荷泵(charge pump)，该电荷泵包含有一注入元件(sourcing element)、一汲出元件(draining element)以及一偏移元件(offset element)。该注入元件用以选择性地依据一第一控制信号来对该电荷泵的一输出端注入一第一电流。该汲出元件用以选择性地依据一第二控制信号来对该电荷泵的该输出端汲出一第二电流。该偏移元件用以选择性地依据一第三控制信号来经由该电荷泵的该输出端导通一偏移电流，其中当该相位锁定系统处于一锁定状态时，该注入元件以及该汲出元件其中之一为关闭状态。

依据本发明的另一实施例，其提供了一种用以产生一第一控制信号以及一第二控制信号给一电荷泵的相位频率侦测器(phase/frequency detector，PFD)，该相位频率侦测器包含有一核心电路以及一时序电路。该核心电路用以依据一参考时钟信号以及一输入时钟信号间的一相位/频率差异来输出一第一相位信号以及一第二相位信号。该时序电路耦接于该核心电路，用以依据该第一相位信号以及该第二相位信号来产生该第一控制信号以及该第二控制信号。其中当该参考时钟信号以及该输入时钟信号具有相同相位时，该第一控制信号以及该第二控制信号之中仅有一个信号表示为启动运作(enabled operation)。