[发明专利]一种可解决电荷分配和电流失配问题的电荷泵

说明书

技术领域：

本发明涉及一种可解决电荷分配和电流失配问题的电荷泵，用于锁相环(PLL)中。

背景技术：

在图1锁相环(PLL)中，相位/频率鉴别器(PFD)输入的信号分别是参考时钟和除法器输出的时钟，PFD通过对两个信号的频率和相位进行比较，产生误差信号UP和DN，误差信号通过电荷泵和环路滤波器就可以生成用来控制压控震荡器(VCO)输出频率的直流控制电压VCTRL。这是一个自动反馈系统，当这一反馈系统锁定时，REF_CLK＝DIV_CLK＝OUT_CLK/M，也就实现了通过一个低频信号产生一个高频信号的目的。作为PLL系统中一个非常关键的组成部分，电荷泵的设计通常会遇到两个重要问题：电荷分配和电流失配。

图1中当UP＝1时，M1处于截止状态，N1点连接电流源，用来实现电流源的晶体管通常面积较大，因此寄生电容也比较大，这样就会有大量的电荷积聚在N1点。在M1处于截止状态时VCTRL的电压会受锁相环控制而产生变化，当UP信号由高变低时，M1导通，在导通的瞬间，如果VCTRL的电压和N1点的电压不相等，就必然会导致VCTRL和N1两点之间的电荷进行重新分配，这种电荷重新分配的结果就是在VCTRL电压产生波纹，这种波纹会使VCO信号出现不规则抖动，从而严重损害输出时钟的噪声性能。在M2和N2一端也存在相同的问题，这就是电荷泵的电荷分配问题。

此外，随着VCTRL电压的变化，M1、M2和用来实现上下两个电流源的晶体管的Vds都会发生变化，由于实际应用中晶体管的输出阻抗不可能是无穷大，输出特性曲线必然存在一定的斜率，因此针对不同的VCTRL电压，电荷泵的充电电流Iup和放电电流Idn就不可能完全相等和匹配，这就是所谓的电流失配问题。电流失配会在PLL系统中产生静态偏移，这种静态偏移同样会影响系统的噪声性能。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种可解决电荷分配和电流失配问题的电荷泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可解决电荷分配和电流失配问题的电荷泵，设有：

电荷泵核心电路，包括由第六PMOS管、第七PMOS管和第八NMOS管、第九NMOS管组成的差分电荷泵输入结构，所述第六PMOS管、第七PMOS管的源极与第一PMOS管的漏极相连，所述第八NMOS管、第九NMOS管的源极与第一NMOS管的漏极相连，第六PMOS管、第八NMOS管的漏极连接于运算放大器的正输入端上，其运输放大器的负输入端和输出端短接并与第七PMOS管、第九NMOS管的漏极连接；

电流复制反馈电路，其第三NMOS管的栅极与运算放大器的正输入端连接，第三PMOS管的源、栅极分别与第一PMOS管、第二PMOS管的源、栅极连接，第五NMOS管的删、源极分别与第一NMOS管、第二NMOS管的删、源极端连接，第四NMOS管的栅极连接于第五PMOS管的漏极，所述第三PMOS管及第四PMOS管的漏、栅极都短接，并且第四PMOS管的源极和第六NMOS管的栅极接电源；

以及删、源极与第一NMOS管的删、源极相连接的第七NMOS管，所述第七NMOS管的漏、栅极接外部电流源。

进一步的：所述第一PMOS管和第二PMOS管的尺寸相同，第一NMOS管和第二NMOS管的尺寸相同。

本发明不仅不会在VCTRL上产生波纹抖动，还可以实现完美的充放电电流匹配，并且结构简单，操作方便。

附图说明：

图1为锁相环电路示意图。

图2为电荷泵核心电路。

图3为采用了复制反馈电流源和单位增益运算放大器结合的电路图。

图4为本发明的电路图。

图中：1、第一PMOS管；2、第二PMOS管；3、第三PMOS管；4、第四PMOS管；5、第五PMOS管；6、运算放大器；7、第一NMOS管；8、第二NMOS管；9、第三NMOS管；10、第四NMOS管；11、第五NMOS管；12、第六NMOS管；13、第七NMOS管；14、第六PMOS管；15、第七PMOS管；16、第八NMOS管；17、第九NMOS管。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。