一种电荷泵电路制造技术

本发明专利技术公开了一种电荷泵电路，包括：偏置单元、第一充放电单元、第一互补电路单元和第一运放单元，其特征在于，还包括，第二充放电单元、第二互补电路单元和第二运放单元。本发明专利技术的电荷泵电路通过第一互补电路单元和第二互补电路单元以及第一运放单元、第二运放单元对充放电电流进行调节和补偿，使充放电电流严格相等，并且在很高的电压范围内保持恒定。通过增加电荷调节管，降低电荷注入效应，有效提高了电荷泵充放电电流精度；同时本发明专利技术的电荷泵电路结构简单，易于集成，且充放电电流源匹配精度高，尤其适合低压低功耗应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷泵锁相环
，具体涉及一种电荷泵锁相环中的电荷泵电路的设计。
技术介绍
电荷泵锁相环(Charge Pump Phase-Locked Loop, CPPLL)是目前锁相环电路设计的主流，具有捕捉范围宽、捕捉时间短、线性范围大、高速低功耗等优点，因此被广泛应用于现在通信以及射频领域中。锁相环(PLL)是把输出信号和输入信号的相位相比较的反馈系统。图I为典型的电荷泵锁相环系统，包括鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LF)、压控振荡器 (VC0)、分频器(MMD)等模块。CP电路在CPPLL中起着非常重要的作用，它将PFD电路输出的数字控制信号，包括充、放电控制信号UP、DOWN转换为模拟信号，进而来控制VCO的输出频率，实现锁相的功能。此处的模拟信号主要有两个要求1、纹波小；2、线性度好。这就要求CP电路要满足两个条件I、充、放电电流相等；2、在一定范围内，充、放电电流保持恒定。在实际应用中，CP电路受到沟道长度调制效应、电荷共享、电荷注入等非理想因素的制约，存在严重的电流源电流失配，这是影响环路性能的主要因素。现有的第一种电荷泵电路如图2所示，包括PMOS电流镜MP1、MP3，NMOS电流镜丽2、MN4，PMOS开关管MP4，NMOS开关管丽3，偏置电路，鉴频鉴相器的输出控制信号UP、DOWN以及电荷泵电容Ccp，主体电路可分为支路I、支路2。偏置电路为后级电路提供偏置电压和电流，11/12按照一定比例镜像参考电流Iref。鉴频鉴相器的输出控制信号UP控制MP4的导通与关断，DOWN控制丽3的导通与关断，当UP、DOWN为低时MP4导通、丽3关断，Ich镜像Il对电容充电，当UP、DOWN为高时MP4关断、丽3导通，Idis镜像12对电容放电，当MP4、MN3同时关断时，电容C不进行放电或者充电，Vcp维持不变。该电路的缺点在于1、电流镜电流失配问题由于沟道调制效应，PMOS电流镜MP3和NMOS电流镜MN4的Vds不相等，例如Vcp为高时，MP4、丽3的漏极电压为高，则Ich〈Idis，那么在复位脉冲期间，MP4、丽3都开启，此时电容C就会释放电荷，Vcp会跟着降低，不会维持不变，这会对下级电路造成影响。2、电荷共享问题电流镜MP3管、MN4管分别靠近电源和地，漏极存在一定的电容，假设开关管MP4、MP3都断开，那么MP3管使节点Y充电到VDC，MN4管使节点X放电到零电位。在下一个相位比较瞬间，若开关管MP4、MP3都开启，节点X的电位上升，节点Y的电位下降，如果忽略开关管MP4、MP3上的电压降，则VX=VY=Vcp,即使CX=CY，VX的变化量也不一定等于VY的变化量，这两者之差由Ccp提供，从而导致Ccp上电压的跳动。图2中可以明显看出Ich和Idis不相等。由于鉴频鉴相器内部环路的延迟，其输出信号UP和DOWN会有很窄的复位脉冲，虽然复位脉冲可起到消除死区的作用，但会使得PM0S、NMOS开关管同时导通，如果这时充、放电电流不相等，电荷泵电容Ccp上的净电流不为零，使得Ccp的电位在每个周期都有固定的变化，锁相环路为了保持锁定，就会在输入、输出之间产生相位误差。现有的第二种电荷泵电路如图4所示，包括PMOS电流镜MP2、MP4, NMOS电流镜丽3、丽5，PMOS开关管MP3，NMOS开关管丽5，偏置电路丽I、丽2，鉴频鉴相器的输出控制信号UP、D0WN以及电荷泵电容Ccp，主体电路可分为支路I、支路2。该电路可以看作第一种电荷泵电路的改进，第一增添了跨导运算放大器，通过反馈作用使得X、Y两点电位相等，从而实现了充、放电电流相等；第二 交换了开关管和电流镜的位置，解决了电荷共享问题，但是从图5的波形图可以看出，该泵电路Ich=Idis,但是Ich、Idis随输出电压变化，因此没有实现充、放电电流恒定。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决上述电荷泵电路没有实现充、放电电流恒定的问题，提出了一种电荷泵电路。本专利技术的技术方案是一种电荷泵电路，包括偏置单元、第一充放电单元、第一互补电路单元和第一运放单元，其特征在于，还包括，第二充放电单元、第二互补电路单元 和第二运放单元，其中，所述的偏置单元为第一充放电单元、第一互补电路单元、第二充放电单元和第二互补电路单元提供偏置电压；所述的第一充放电单元包括四个信号输入端，其中，第一信号输入端和第二信号输入端分别用于输入极性相反的两路充电信号，第三信号输入端和第四信号输入端分别用于输入极性相反的另外两路放电信号；第一充放电单元的输出端与第一运放单元的负向输入端、第二充放电单元的输出端和第二运放单元的负向输入端相连接，并作为所述电荷泵电路的输出端；所述的第二充放电单元包括四个信号输入端，其中，第一信号输入端和第二信号输入端分别用于输入极性相反的两路充电信号，第三信号输入端和第四信号输入端分别用于输入极性相反的另外两路放电信号；第二充放电单元的第五输入端与第一运放单元的输出端、第一互补电路单元的输入端相连；第一互补电路单元的输出端与第一运放单元的正向输入端相连；第二运放单元的正向输入端与第二互补电路单元的输出端相连，第二互补电路单元的输入端与第二运放单元的输出端、第二充放电单元的第六输入端相连。进一步的，所述的第一运放单元和和第二运放单元具体采用轨到轨运算放大器。进一步的，所述的偏置单元具体包括第一电流源，九个MOS管M0-M8，具体连接关系为参考电流源的一端连接外部的电源电压，另一端连接MOS管MO的漏极，MO的栅极与漏极短接，Ml的漏极连接MO的源极，Ml的源极与漏极短接，Ml的栅极、M2的栅极、M7的栅极、M8的栅极和M3的源极均连接于外部的电源电压，M2的漏极连接Ml的源极，M2的源极接地，M3的栅极接地，M4的漏极连接M3的源极，M4的源极与漏极短接，M4的栅极接地，M5的源极连接M4的漏极，M5的栅极与漏极连在一起作为偏置单元的第一偏置电压输出端，M6的漏极连接M5的漏极，M6的栅极连接MO的栅极作为偏置单元的第二偏置电压输出端，M7的漏极连接M6的源极，M7的源极与漏极短接，M8的漏极连接M7的源极，M8的源极接地。进一步的，所述的第一充放电单元具体包括充电开关管M9，放电开关管M14，电荷调节管M10、M13，以及MOS管M11、M12，具体连接关系为充电开关管M9的栅极作为第一充放电单元的第一信号输入端，M9的源极连接外部的电源电压，电荷调节管MlO的源极连接M9的漏极，MlO的漏极和源极短接，MlO的栅极作为第一充放电单元的第二信号输入端，Mll的源极连接MlO的漏极，Mll的栅极作为第一充放电单元的第一偏置电压输入端，M12的漏极连接Mll的漏极作为第一充放电单元的输出端，M12的栅极作为第一充放电单元的的第二偏置电压输入端，电荷调节管M13的漏极连接M12的源极，M13的源极与漏极短接，M13的栅极作为第一充放电单元的第三信号输入端，开关管M14的漏极连接M13的源极，M14的栅极作为第一充放电单元的第四信号输入端，M14的源极接地。进一步的，所述的第二充放电单元具体包括充电开关管M15，放电开关管M20，电荷调节管M16、M19，以及MOS管M17、M18，具体连接关系为充电开关管M15的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵电路，包括偏置单元、第一充放电单元、第一互补电路单元和第一运放单元，其特征在于，还包括，第二充放电单元、第二互补电路单元和第二运放单元， 其中， 所述的偏置单元为第一充放电单元、第一互补电路单元、第二充放电单元和第二互补电路单元提供偏置电压；所述的第一充放电单元包括四个信号输入端，其中，第一信号输入端和第二信号输入端分别用于输入极性相反的两路充电信号，第三信号输入端和第四信号输入端分别用于输入极性相反的另外两路放电信号；第一充放电单元的输出端与第一运放单元的负向输入端、第二充放电单元的输出端和第二运放单元的负向输入端相连接，并作为所述电荷泵电路的输出端； 所述的第二充放电单元包括四个信号输入端，其中，第一信号输入端和第二信号输入 端分别用于输入极性相反的两路充电信号，第三信号输入端和第四信号输入端分别用于输入极性相反的另外两路放电信号；第二充放电单元的第五输入端与第一运放单元的输出端、第一互补电路单元的输入端相连；第一互补电路单元的输出端与第一运放单元的正向输入端相连；第二运放单元的正向输入端与第二互补电路单元的输出端相连，第二互补电路单元的输入端与第二运放单元的输出端、第二充放电单元的第六输入端相连。2.根据权利要求I所述的电荷泵电路，其特征在于，所述的第一运放单元和和第二运放单元具体采用轨到轨运算放大器。3.根据权利要求I所述的电荷泵电路，其特征在于，所述的偏置单元具体包括第一电流源，九个MOS管M0-M8，具体连接关系为参考电流源的一端连接外部的电源电压，另一端连接MOS管MO的漏极，MO的栅极与漏极短接，Ml的漏极连接MO的源极，Ml的源极与漏极短接，Ml的栅极、M2的栅极、M7的栅极、M8的栅极和M3的源极均连接于外部的电源电压，M2的漏极连接Ml的源极，M2的源极接地，M3的栅极接地，M4的漏极连接M3的源极，M4的源极与漏极短接，M4的栅极接地，M5的源极连接M4的漏极，M5的栅极与漏极连在一起作为偏置单元的第一偏置电压输出端，M6的漏极连接M5的漏极，M6的栅极连接MO的栅极作为偏置单元的第二偏置电压输出端，M7的漏极连接M6的源极，M7的源极与漏极短接，M8的漏极连接M7的源极，M8的源极接地。4.根据权利要求I所述的电荷泵电路，其特征在于，所述的第一充放电单元具体包括充电开关管M9，放电开关管M14，电荷调节管M10、M13，以及MOS管Mil、M12，具体连接关系为充电开关管M9的栅极作为第一充放电单元的第一信号输入端，M9的源极连接外部的电源电压，电荷调节管MlO的源极连接M9的漏极，MlO的漏极和源极短接，MlO的栅极作为第一充放电单元的第二信号输入端，Mll的源极连接MlO的漏极，Mll的栅极作为第一充放电单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：方健，黎俐，贾姚瑶，唐莉芳，潘福跃，吴杰，潘华，黄帅，赵前利，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：