一種消除電荷共享的電荷泵電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及微電子學中的鎖相環(huán)【技術領域】，公開了一種消除電荷共享的電荷泵電路結(jié)構，其特征在于，該電荷泵電路包括用于消除電荷共享的反饋支路11和12，每條反饋支路包括一個電流源，一個開關管，以及一個單位增益放大器。其中11支路用于消除X和VC節(jié)點的電荷共享，12支路用于消除Y和VC節(jié)點的電荷共享問題。利用本發(fā)明，解決了電荷泵電路中的電荷共享問題，減小了電荷泵輸出節(jié)點的紋波，降低了鎖相環(huán)輸出信號的毛刺。
【專利說明】—種消除電荷共享的電荷泵電路
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可解決電荷共享問題的電荷泵，用于鎖相環(huán)(Phase lockedloop, PLL)電路中。
【背景技術】
[0002]鎖相環(huán)是把輸出相位和輸出相位進行比較的反饋系統(tǒng)，這一系統(tǒng)最早在1930年被提出，而且很快在電子學和通信領域中廣泛的應用。圖1是鎖相環(huán)的系統(tǒng)框圖，主要由四部分構成:鑒頻鑒相器(PFD)/電荷泵(CP)、環(huán)路濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)、分頻器(DIVIDER)。鑒頻鑒相器用于比較兩路輸入信號的相位差，并相應地啟動電荷泵，當環(huán)路開始工作時，壓控振蕩器通過分頻器后的輸出頻率可能遠離參考時鐘頻率，鑒頻鑒相器和電荷泵改變壓控振蕩器控制電壓，使分頻器的輸出頻率接近參考時鐘頻率。當鑒頻鑒相器的兩路信號頻率足夠接近時，鑒頻鑒相器被當作鑒相器使用，進行相位鎖定。當相位差降低到零并且電荷泵不再對環(huán)路濾波器進行充放電時，環(huán)路就鎖定了。
[0003]由于電荷泵的非理想效應，即使在鎖相環(huán)環(huán)路鎖定的情況下，壓控振蕩器的控制電壓也會存在一定的紋波，這些紋波對壓控振蕩器起調(diào)制作用，使得輸出波形不再是周期性的。圖2給出了一個鎖相環(huán)電路中電荷泵的實現(xiàn)電路，其中包括:M1和M4為電流源，M2和M3作為開關。Qa經(jīng)過一級反相，這樣當Qa變高時，M2導通。由于充電電流由PMOS管Ml提供，放電電流由NMOS管M4提供，因為兩種電流源的工作狀態(tài)不相關，所以兩路電流源很難匹配，這種電流不匹配會引起控制點電壓V_t周期性充放電，產(chǎn)生周期性的毛刺信號。由于開關管M2、M3存在柵漏電容，開關信號會耦合到控制點電壓Vcout,柵漏電容越大則耦合越強，這種由于時鐘信號耦合引起的控制電壓變化被稱為時鐘饋通，這種非理想效應同樣也會引起控制點電壓的變化，從而導致周期性毛刺信號的產(chǎn)生。電荷泵中的另外一個重要的非理想效應是電荷共享問題，由于電流源M1、M4存在一定的電容，在M2與M3都關斷的情況下，Ml使X節(jié)點充電到VDD，M4使Y節(jié)點放電到GND。在下一個相位比較瞬間，開關管M2、M3均導通，從而使得X節(jié)點下降，Y節(jié)點上升，如果忽略在開關管上的電壓降，則有X節(jié)、Y節(jié)和控制點電壓V_t均相等，如果相位誤差為零，充電電流源和放電電流源完全匹配，且X節(jié)和Y節(jié)點電容完全相等，此時也不能保證X節(jié)和Y節(jié)點電壓變化量相等。當控制點電壓Vcout較高時，X節(jié)點變化量較大而Y節(jié)點變化量較小，這兩者變化的差額需要由控制點上的電容C來補充，這就導致了控制點電壓v_t的波動，從而導致輸出時鐘頻率的波動。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決這種由于電荷共享引起的控制電壓紋波，同時減少充電電流源和放電電流源的失配，針對目前鎖相環(huán)電路中電荷泵電路的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于消除電荷共享，并具有低失配優(yōu)點的電荷泵電路。本發(fā)明適用于電荷泵鎖相環(huán)電路。
[0005]消除電荷共享的低失配電荷泵電路至少包括:消除上拉支路電荷共享的11支路和消除下拉支路電荷共享的12支路。消除上拉支路電荷共享的11支路包括一個開關管3、單位增益放大器5和一個電流源9，其中開關管3的源極，電流源7的輸出端和開關管I的源極三點均連接在X點處；開關管3的漏極與單位增益放大器5的輸出以及電流源9的輸入三端均連接在一起；電流源9的輸出端接到GND上；單位增益放大器5的差分輸入端中一端接在電荷泵的輸出端VC處。消除下拉支路電荷共享的12支路包括一個開關管4、單位增益放大器6和一個電流源10，其中電流源10的輸入端和電流源7的輸入端均接到電源VDD上；電流源10的輸出端與單位增益放大器6的輸出端以及開關管4的漏極三端均連接在一起；開關管4的源極與開關管2的源極以及電流源8的輸入端三端均連接在Y點處；單位增益放大器6的差分輸入端中一端接在電荷泵的輸出端VC處。電荷泵的主電流支路包括電流源7、開關管1、開關管2和電流源8，其中開關管I的漏極和開關管2的漏極，以及單位增益放大器5的差分輸入端中一端和增益放大器6的差分輸入端中一端共四條支路全部連接到電荷泵的輸出端VC處。開關管I受UPB信號控制，開關管2受DW信號控制，開關管3受UP信號控制，開關管4受DWB信號控制。11支路的控制信號UP和I的控制信號UPB互為差分對，12支路的控制信號DWB和2的控制信號DW互為差分對。其中電流源10完全復制電荷泵電路中7支路的電流；電流源9完全復制電荷泵電路中8支路的電流。
[0006]本發(fā)明提供了一種消除電荷共享并能減小電流失配的電荷泵電路。通過反饋支路11，在開關管I斷開時，開關管3導通，使用單位增益放大器5將X點的電壓保持在VC的電壓值。通過反饋支路12，在開關管2斷開時，開關管4導通，使用單位增益放大器6將Y點的電壓保持在VC的電壓值。在下一個相位比較瞬間，開關管1、2均導通，開關管3、4均斷開，這時X點Y點的點位都接近于VC點的點位，所以VC和X點Y點的電容之間不會發(fā)生電荷共享，這樣VC點的電壓不會因為電荷共享問題而產(chǎn)生波動，從而減小了鎖相環(huán)輸出信號中的毛刺。此外由于在反饋支路11和12中分別使用了電流源9和電流源10，這樣較少了因上拉支路和下拉支路電流源不匹配而引起的VC節(jié)點電壓波動。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進行詳細描述
[0008]圖1鎖相環(huán)的系統(tǒng)框圖
[0009]圖2鎖相環(huán)電路中的電荷泵實現(xiàn)電路；
[0010]圖3 —種消除電荷共享的電荷泵電路結(jié)構；
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明所述的消除電荷共享的電荷泵電路結(jié)構實施方案:
[0012]本發(fā)明給出了一種新的消除電荷共享電路，該電路包括一個電流源，一個開關管和一個單位增益放大器。本發(fā)明給出的消除電荷泵共享的電荷泵電路使用了兩條消除電荷共享電路支路，即反饋支路11和反饋支路12。當UP為低電平時，在反饋支路11上，開關管3導通，由于UP與UPB為差分信號，此時UPB為高電平，即開關管I關斷，電流源7與電流源9的電流大小相等，X節(jié)點電壓通過單位增益放大器5將電平保持在與VC相等的電平。當DffB為高電平時，在反饋支路12上，開關管4導通，由于DWB與DW互為差分信號，此時DW為低電平，即開關管2關閉，電流源10的電流與電流源8的電流相等。Y節(jié)點電壓通過單位增益放大器6將電平保持到與VC相等的電平。[0013]在UP為高電平時，開關管3關斷，反饋支路11斷開，開關管I由于其控制信號UPB為低電平而導通，和前一個UPB為高電平的狀態(tài)相比，由于上一個狀態(tài)X點位和VC電點位相等，因此在開關管I開始導通的瞬間X與VC兩點也不會發(fā)生電荷共享；同樣在DWB為低電平時，開關管4關斷，反饋支路12斷開，開關管2由于控制信號為高電平而導通，和前一個DW為低電平的狀態(tài)相比，由于上一個狀態(tài)Y點點位和VC點點位相等，因此在開關管2導通的瞬間Y點不會與VC發(fā)生電荷共享。這樣在鎖相環(huán)鎖定的狀態(tài)下，即UPB由高電平向低電平切換，且DWB由低電平向高電平切換時，VC節(jié)點的電平不會因為X節(jié)點和Y節(jié)點的電荷共享而產(chǎn)生紋波，從而減小了鎖相環(huán)輸出信號中的毛刺。
[0014]由于上拉電流源7的電流可能會通過下拉電流源8或者下拉電流源9流到地，上拉下拉電流源8的電流可能來自于上拉電流源7或者電流源10，為了降低因為電流源失配而引起的VC節(jié)點電壓波動，在本電荷泵電路中應盡量保持7、8、9、10這四個電流源的電流大小相等。
【權利要求】
1.一種消除電荷共享的電荷泵電路，其特征在于，該電路包括用于消除上拉支路電荷共孚的支路11、消除下拉支路電荷共孚的支路12和主電流支路；其中: 主電流支路包括電流源7、開關管1、開關管2和電流源8，其中開關管I的漏極和開關管2的漏極連接到電荷泵電路的輸出端； 支路11包括一個開關管3、一個單位增益放大器5、一個電流源9，其中開關管3的源極、電流源7的輸出端和開關管I的源極連接；開關管3的漏極與單位增益放大器5的輸出以及電流源9的輸入端連接；電流源9的輸出端接到地GND上；單位增益放大器5的一個輸入端接在電荷泵電路的輸出端； 支路12包括一個開關管4、一個單位增益放大器6、一個電流源10其中電流源10的輸入端和電流源7的輸入端均接到電源上；電流源10的輸出端與單位增益放大器6的輸出端以及開關管4的漏極連接；開關管4的源極與開關管2的源極以及電流源8的輸入端連接；單位增益放大器6的一個輸入端接在電荷泵電路的輸出端。
2.如權利要求1所述的電路，其特征在于支路11的控制信號UP和開關管I的控制信號UPB互為差分對，支路12的控制信號DWB和開關管2的控制信號DW互為差分對，開關管3受UP信號控制，開關管4受DWB信號控制。
【文檔編號】H02M3/07GK103916007SQ201210595900
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年12月28日 優(yōu)先權日:2012年12月28日
【發(fā)明者】陳森, 李羅生 申請人:北京中電華大電子設計有限責任公司