[发明专利]应用于锁相环的宽动态范围低失配电荷泵电路

说明书

本发明公开一种应用于锁相环的宽动态范围低失配电荷泵电路，包括偏置模块、电流镜模块和充放电匹配模块。偏置模块用于产生恒定电流并输出到电流镜模块。电流镜模块用于对充放电匹配模块中充电控制单元、充电单元、放电单元、放电控制单元提供偏置电压。充放电控制单元用于检测电荷泵输出电压并调节充放电电流，使充放电电流匹配。充放电单元用于对电荷泵输出负载充电或放电。本发明的电荷泵电路将输出电压反馈到充放电控制单元使得电荷泵在很宽的输出电压范围内充电电流和放电电流匹配；电荷泵电路无需额外的运算放大电路，电路结构简单，稳定性好，功耗低，易于集成，适用于高性能锁相环电路。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，具体涉及一种应用于锁相环的宽动态范围低失配电荷泵电路。

背景技术

锁相环(Phase-locked loops，PLL)是一种利用反馈控制原理实现的频率及相位的同步技术，其作用是将电路输出的时钟与其外部的参考时钟保持同步。当参考时钟的频率或相位发生改变时，锁相环会检测到这种变化，并且通过其内部的反馈系统来调节输出频率，直到两者重新同步，这种同步又称为“锁相”。锁相环在众多领域有应用，如无线通信、数字电视、广播等。具体的应用范围包括但不限于：无线通信系统收发模块(Transceiver)、数据及时钟恢复电路(Clock and Data Recovery-CDR)、频率综合电路(Frequencysynthesizer)、跳频通信(Frequency-hopping spread spectrum-FHSS)、数字电视接收机等。

锁相环电路通常由鉴频鉴相器(PFD)(或鉴相器:PD)，低通滤波器(LPF)，压控振荡器(VCO)，反馈回路(通常由一个分频器(Frequency divider)来实现)构成。鉴频鉴相器对输入的参考信号和反馈回路的信号进行频率和相位的比较，输出一个代表两者差异的信号至低通滤波器，低通滤波器将输入信号中的高频成分滤除，保留直流部分送至压控振荡器，压控振荡器的输出频率由输入电压所控制，反馈回路将压控振荡器输出的信号送回至鉴频鉴相器，进而实现频率合成功能。电荷泵电路在电荷泵锁相环中起着非常重要的作用，其主要功能是把来自鉴频鉴相器脉冲数字信号，通过低通滤波器转换为模拟的电压信号，该信号控制压控振荡器的振荡频率。因此，电荷泵电路的性能对锁相环的特性有着非常重要的影响。

传统的电荷泵电路为了实现较高的充电电流和放电电流的匹配精度，通常采用运算放大器电路来钳制电流镜和输出端的电压，这不但增加了电路的复杂度，还增加了电路整体的功耗、面积和稳定性问题。为了满足锁相环具有较宽的输出频率范围，通常采用提高压控振荡器的调谐灵敏度和拓宽电荷泵电路的电压动态范围的方法实现，但是提高压控振荡器的调谐灵敏度会引入较大的噪声，为确保锁相环的噪声特性，可以提高电荷泵调谐电压的动态范围，这就要求运算放大器能实现轨到轨的输入输出特性，进一步增加了电荷泵电路的设计难度。

发明内容

本发明提供一种应用于锁相环的宽动态范围低失配电荷泵电路，其实现了宽动态输出范围低失配的电荷泵电路，可直接适用于锁相环电路的应用。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

应用于锁相环的宽动态范围低失配电荷泵电路，由偏置模块，电流镜模块和充放电匹配模块组成；所述偏置模块用于产生偏置电流来偏置电流镜模块和充放电匹配模块；所述电流镜模块由偏置模块提供偏置并镜像产生充放电匹配模块中的充电电流和放电电流；所述充放电匹配模块包括充电控制单元、充电单元、放电单元和放电控制单元；充电控制单元用于检测电荷泵的输出电压，并根据该输出电压控制充电单元，以实现充电电流的控制；放电控制单元用于检测电荷泵的输出电压，并根据该输出电压控制放电单元，以实现放电电流的控制；充电单元对负载进行充电；放电单元对负载进行放电。