[实用新型]一种动态充放电电流匹配电荷泵电路

说明书

技术领域

本实用新型属于集成电路设计技术领域。具体涉及一种应用于电荷泵锁相环的动态充放电电流匹配的电荷泵电路。

背景技术

电荷泵锁相环(CP-PLL)广泛地应用于大规模数字电路的时钟信号产生和高速数据传输中的时钟恢复。电荷泵(CP)是锁相环中的关键模块。它的功能是将来自于鉴频鉴相器(PFD)的UP和DOWN的脉冲信号通过环路滤波器转化为模拟信号V_ctrl。电荷泵输出的模拟信号V_ctrl作为压控振荡器(VCO)的输入，控制压控振荡器的振荡频率。当PLL锁定在某个固定频率时，电荷泵的输出电压V_ctrl要尽可能的稳定。这个电压的微小的波动都将导致PLL输出信号的相位噪声和周期抖动。因此，设计一个能产生稳定输出电压的电荷泵在PLL的设计中是十分重要的。

当PLL处于锁定状态时，PFD的输入存在一个很小的静态相偏差，此时，UP和DN信号同时产生一些周期的窄复位脉冲，使电荷泵的两个开关同时导通，如果电荷泵电流匹配很好，即I_up＝I_dn，那么控制电压V_ctrl仍然保持不变，PLL保持良好的锁定状态。如果CP的电流不匹配，控制电压V_ctrl将有微小的波动，导致PLL的输出信号产生抖动和相位噪声。所以，电荷泵充放电电流的匹配对PLL的性能产生重要的影响。另外，由于MOS开关的非理想特性，如开关管电荷注入和时钟馈通，都会在控制电压V_ctrl上引起波动，导致PLL的输出信号的相位噪声。所以，只能尽量减少不匹配电流和提高电荷泵开关速度来减少PLL的相位误差。为了解决以上问题，本实用新型设计了一种新颖结构的电荷泵电路，该电路具有良好动态的电流匹配性和较高的开关速度。

实用新型内容

本实用新型旨在克服上述技术缺陷，目的是提供一种新颖结构的电荷泵电路，该电路具有良好动态的电流匹配性和较高的速度。

动态充放电电流匹配电荷泵电路包括：偏置电路、主电荷泵、辅助电荷泵和环路滤波器电路。主电荷泵包括：UP信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器，DOWN信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器和传统电荷泵。辅助电荷泵包括：UP信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器，DOWN信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器、传统电荷泵和电流镜。

所述的偏置电路包括PMOS器件M14和NMOS器件M15、M16、M17、M18；其中，M14源极接电源Vdd，栅极与漏极相连，再分别于M9、M23的栅极和M17的漏极相连；M17的栅极分别接M15的栅极和漏极，源极接M18的漏极；M15的漏极和栅极还接输入电流带隙电流，源极分别接M16的漏极、栅极和M18的栅极；M16、M18源极都接地线。

所述主电荷泵中的UP信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器包括NMOS器件M7、M8、电阻R1、R2、R3和电流源Ibias2。R1一端接电源，另一端接R2、R3，R2和R3的另一端分别接M8和M7的漏极，M7和M8的源极都接电流源Ibias2，电流源的另一端接地。UP和UPB为差分信号输入端，分别与M8、M7的栅极相连。

所述主电荷泵中的DOWN信号全摆幅转低压摆幅信号差分放大器包括PMOS器件M5、M6、电阻R4、R5、R6和电流源Ibias1。电流源Ibias1一端接电源Vdd，另一端接M5、M6的源极，M5、M6的漏极分别与电阻R5、R4相连，R4、R5的另一端与电阻R6相连，R6的另一端与地相连。DN和DNB为差分信号输入端，分别与M5、M6的栅极相连。

所述主电荷泵中的传统电荷泵包括NMOS管M1、M2、M12和PMOS管M3、M4、M9。M9栅极与M14管的栅极和漏极相连，形成充电电流源。M9管源极与电源Vdd连接，M9管漏极与M3、M4的源极相连，M4漏极接地，栅极接M8的漏极。M3的栅极连接M7的漏极，M3的漏极接M1的漏极，同时接滤波器的电阻R和电容C2。M1、M2的源极与放电电流源管M12的漏极相连，M2的漏极与电源Vdd相连，栅极与M6漏极相连，M1栅极与M5漏极相连。