[发明专利]一种运用于电荷泵锁相环的低失配互补电荷泵

说明书

本发明涉及一种运用于电荷泵锁相环的低失配互补电荷泵，包括两组互补的电荷泵电路CH1和CH2、DN电流快速关断补偿电路、UP电流快速关断补偿电路、输出滤波电路以及动态电流补偿电路；电荷泵电路CH1用于向输出滤波电路提供与UP电流镜像的电流；电荷泵电路CH2用于向输出滤波电路提供与DN电流镜像的电流；DN电流快速关断补偿电路用于快速关断电荷泵电路CH1和电荷泵电路CH2的DN电流；UP电流快速关断补偿电路用于快速关断电荷泵电路CH1和电荷泵电路CH2的UP电流；输出滤波电路用于滤除电荷泵电路CH1和电荷泵电路CH2的输出电流毛刺；动态电流补偿电路通过负反馈动态补偿电荷泵电路CH1和电荷泵电路CH2的输出电流。该电路有利于减小电荷泵电路的UP电流和DN电流的失配。

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种运用于电荷泵锁相环的低失配互补电荷泵。

背景技术

在锁相环中，电荷泵的功能是将 PFD 输出的脉冲宽度与相位误差大小成比例的电压脉冲信号UP和DN线性地转换成充、放电电流脉冲Iup和Idn。典型电荷泵的基本原理图如图1所示。然而，实际的电荷泵电路由于充放电电流不匹配、漏电流、时钟馈通、电荷注入以及开关切换引起的电荷共享等非理想因素，是无法完全实现理想情况下电荷泵的性能。电荷泵动态电流失配曲线图如图2所示。为了保证锁相环传输特性的线性度，通常要求PFD与电荷泵组合的传输特性尽量地线性，具体到电荷泵，则要求它的充、放电电流 Iup 和Idn 在静态时大小应尽量相等，在动态时则建立和关断的速度应尽量一致。

为了减轻或者消除电荷泵的电流失配，很多技术被发明。增大电流源管的沟道长度可以减小沟道长度调制效应产生的电流失配，但是这是以面积为代价的。图3为一种共源共栅电流镜结构的电荷泵结构图，但它以降低输出动态范围为代价来消除电流失配，PLL的宽工作范围需要电荷泵的宽动态范围。

图4为一种利用误差放大器的电荷泵结构及其输出电流匹配曲线图，该结构利用单位增益运放钳位使得输压与偏置漏极参考电压保持一致，从而显著提高电荷泵的动态电流匹配性能。实际上，该结构主要是调节一个电流以匹配另一个电流，而不是使电流响应在整个区间平坦化。

图5示出了T-H Lin等提出的一种动态负反馈电荷泵结构（ [1]T-H Lin et al.,“Dynamic Current-Matching Charge Pump and Gated-Offset LinearizationTechnique for Delta-Sigma Fractional-N PLLs,”IEEE Trans.Circuits Syst.I,vol.56,no.25,pp.877–885,May 2009）。该结构通过改变引入的并联场效应管的电阻，补偿沟道长度调制效应的影响。但其动态调整范围有限，且Iup和Idn的电流失配依然存在，其输出电流匹配曲线如图6所示。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运用于电荷泵锁相环的低失配互补电荷泵，该电路有利于减小电荷泵电路的UP电流和DN电流的失配。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种运用于电荷泵锁相环的低失配互补电荷泵，包括两组互补的电荷泵电路CH1和CH2、DN电流快速关断补偿电路、UP电流快速关断补偿电路、输出滤波电路以及动态电流补偿电路；所述电荷泵电路CH1接输入信号UPP、输入信号UPN、输入信号DNP、输入信号DNN，所述电荷泵电路CH2接输入信号UPP、输入信号UPN、输入信号DNP、输入信号DNN，所述电荷泵电路CH1接输入信号UPP的输入端连接所述电荷泵电路CH2接输入信号UPP的输入端，所述电荷泵电路CH1接输入信号DNN的输入端连接所述电荷泵电路CH2接输入信号DNN的输入端，所述电荷泵电路CH1的输出端OUTP连接所述输出滤波电路的输入端，所述电荷泵电路CH2的输出端OUTN连接所述输出滤波电路的输入端；所述输出滤波电路连接电路输出端VCON；所述UP电流快速关断补偿电路连接所述电荷泵电路CH1和CH2；所述DN电流快速关断补偿电路连接所述电荷泵电路CH1和CH2；所述动态电流补偿电路连接所述电荷泵电路CH1和CH2的信号输入端；