[发明专利]一种双补偿电荷泵

说明书

技术领域

本发明涉及通信设备领域，特别涉及一种双补偿电荷泵。

背景技术

锁相环电路广泛应用于通信系统中，如时钟恢复电路、通过低频载波产生高频载波等。如图1所示，锁相环电路主要由压控振荡器、鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器和N分频器组成。压控振荡器输出载波通过N分频器分频后产生反馈信号f_d，该反馈信号f_d与参考时钟信号f_ref通过鉴频鉴相器进行相位检测，输出控制信号控制电荷泵对环路滤波电路的充电或放电，从而控制环路滤波电路的输出电压值，该输出电压值控制压控振荡器输出载波的频率大小。当电路处于稳定状态时，输出载波的频率为f_out=N*f_ref。

电荷泵作为锁相环电路的重要模块，其充电电流及放电电流的稳定性与匹配性对锁相环相位噪声的大小具有重要的影响。因此，设计一种充放电电流失配低、输出电压变化时充放电电流变化小的电荷泵对提高锁相环电路的性能具有重要的作用。

如图2所示为早期的单补偿电荷泵，正常工作时，运算放大器A1通过负反馈使电压V₁始终与电荷泵输出电压V_{CP_OUT}相等，从而使充电电流I_CH及放电电流I_DIS都与电流I₀相等。电流I₀是通过MN1、MN3组成的电流镜镜像基准电流源I_ref获得，基准电流源I_ref及MN1管的漏源电压V_DS1不随输出电压变化而变化，考虑MOS晶体管的沟道长度调制效应：

I_ref=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²(1+λV_DS1)，

I₀=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS3-V_THN)²(1+λV_DS3)；

其中，u_n为NMOS沟道中电子的迁移率，C_OX为栅极和沟道形成的单位面积电容，W为沟道宽度，L为沟道长度，V_GS为栅极到源极电压，V_DS为漏极到源极的电压，V_THN为NMOS晶体管的阈值电压，λ为沟道长度调制系数。

忽略沟道电流的差异产生的V_DS2、V_DS4不完全相等，可得到：

V_GS3=V_GS1，

V_DS3-V_DS1=V₁-V₀，

ΔI₀=I₀-I_ref

=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V_DS3-V_DS1)

=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V₁-V₀)；

又V₁=V_{CP_OUT}，

故ΔI₀=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V_{CP_OUT}-V₀)；

从上述可以得出，单补偿电荷泵的充放电电流ΔI₀会随电荷泵输出电压V_{CP_OUT}而呈线性变化。