[发明专利]一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明涉及电荷泵锁相环（CPPLL），尤其涉及一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路，实现了电路的高匹配性，可以显著降低锁相环系统的相位噪声。

背景技术

CMOS电荷泵锁相环电路（Charge Pump Phase-locked Loop, CPPLL）具有高速、低功耗、低抖动、低成本和易集成等优点，在频率合成、时钟恢复等电路中被广泛采用。作为电荷泵锁相环里的一个关键模块，电荷泵电路的电流匹配特性直接关系到CPPLL的近端相位噪声性能。如何进一步提高电荷泵的电流匹配特性，一直是电荷泵设计和研究的焦点。

理想的电荷泵结构如图1所示，其功能是将鉴频鉴相器（PFD）输出的UP和DOWN信号转换为模拟的连续变化的电压信号，用以调谐控制压控制振荡器（VCO）的振荡皮率。当PFD输出的UP输出信号起主导作用时，电荷泵中的电流源I_up对环路滤波器进行充电，VCO的压控端电压升高，VCO的振荡频率也为之相应改变；反之，DOWN信号主导时，电荷泵中的电流源I_down对环路滤波器进行放电，VCO的压控电压信号降低。相对于第一种情况，理想电荷泵的输出信号应该保持在一个固定的直流电位上，VCO的振荡频率也不再发生变化，理想的电荷泵电路应当具备完美的充放电电流匹配特性。

但是常见的电荷泵电路实际结构存在时钟馈通、电荷共享等多种非理想效应，电荷泵上拉电流和下沉电流之间难以达到理想情况下的完美匹配，电路匹配特性远远达不到理想中的匹配状态。

发明内容

本发明的目的在于针对以上问题，提供一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路，通过增加反馈辅助电路，精确控制电流镜像比例，使电荷上拉和下沉电流精准匹配，能够大幅减小电路中非理想效应的新型电荷泵电路。该电路结构能够通过提高电荷泵电流匹配特性，降低电荷泵电路中的非理想效应，显著抑制CPPLL中相位噪声（某一给定频率偏移处信号功率与信号总功率的比值）及杂散（有用频带内的无用信号）的产生，提高电荷泵锁相环的相位噪声性能，最终使CPPLL得到谐波分量更低的输出信号。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种用于锁相环的匹配型电荷泵电路，其特征在于：包括按比例偏置电路、电流复制电路、下沉恒流源电路、上拉恒流源电路和开关电路；其中，

所述按比例偏置电路将外部基准电流按比例放大，生成电荷泵电路所需的偏置电流；所述按比例偏置电路由第一运算放大器OPA1及负反馈电路组成；所述按比例偏置电路的输入端接外部基准电流源；所述按比例偏置电路的输出端与电流复制电路的输入端连接；所述第一运算放大器OPA1的正输入端和负输入端分别与负反馈电路的电阻R0、R1连接；

所述电流复制电路把下沉恒流源电路中的电流严格复制给上拉恒流源电路，保证了电流复制的精准性；所述电流复制电路由第二运算放大器OPA2及电压钳位反馈电路组成；所述电流复制电路的输出端与电荷泵电路的输出端连接；

所述下沉恒流源电路用于为后级负载放电；所述下沉恒流源电路的栅端输入与按比例偏置电路中的第一运算放大器OPA1的输出端连接；所述下沉恒流源电路的输出端与电荷泵电路的输出端连接；

所述上拉恒流源电路用于为后级负载充电；所述上拉恒流源电路的输入端与电流复制电路中的第二运算放大器OPA2的输出端连接；所述上拉恒流源电路的输出端与电荷泵电路的输出端连接；

所述开关电路用于控制充放电电流源的开通和切断。

所述负反馈电路还包括MOS管MN0、MN1、MN2和参考电流源I_cp；；所述参考电流源I_cp的输入端接电源；所述参考电流源I_cp的输出端、电阻R0、MOS管MN0的漏端顺次连接；所述MOS管MN0和MN2的源端接地；所述MOS管MN0和MN2的栅端接高电平；所述MOS管MN2的漏端、电阻R1、MOS管MN1的源端顺次连接；所述第一运算放大器OPA1的输出端与MOS管MN1的栅端连接；所述MOS管MN1的漏端为按比例偏置电路的输出端。

所述第一运算放大器OPA1为基于PMOS输入的运算放大器。