[发明专利]电荷泵电路

说明书

本发明公开了一种电荷泵电路，用于锁相环系统中，其特包括电流产生单元与消除单元，所述电流产生单元包括若干场效应管，外部两开关信号及两偏置电压输入至所述电流产生单元，所述电流产生单元根据两开关信号的电平高低而为所述电荷泵产生充放电电流，所述消除单元与所述电流产生单元连接，以将所述电流产生单元中的场效应管释放的电荷释放至地。本发明的电荷泵电路消除了电荷馈通效应与电荷注入效应，进一步提高了输出电压的精准度。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，更具体地涉及一种可用于锁相环系统的电荷泵电路。

背景技术

电荷泵电路是目前主流的模拟锁相环结构的重要组成部分之一，它的存在可以使得锁相环能够同时实现对频率和相位的锁定。现有技术的电荷泵电路结构如图1所示，其由P型MOS管M1、M2，N型MOS管M3、M4,电阻R1,电容C1所构成。MOS管M1,M4的栅极分别接固定偏置电压Vb1,Vb2，而偏置电压Vb1,Vb2通常可由电流镜结构镜像得到，它们使得MOS管M1,M4工作在饱和区时，流经MOS管M1,M2的漏极的电流大小均为一固定值Icp，即可以认为MOS管M1和M4为电流大小等于Icp的直流电流源。MOS管M2,M3充当开关的作用，当MOS管M2，M3的栅极电压Sw1,Sw2均为低电平时，MOS管M2导通，MOS管M3关断,MOS管M1的漏极电流Icp通过MOS管M2和电阻R1对电容C1充电，节点Vc电位增加。当Sw1,Sw2均为高电平时，MOS管M2关断，MOS管M3导通，电容C1在MOS管M2的漏极电流Icp的作用下放电，节点Vc电位降低。当Sw1为高电平，Sw2为低电平时，MOS管M2,M3均关断，节点Vc电位保持不变。当Sw1为低电平，Sw2为高电平时，MOS管M2,M3均导通，流经MOS管M1的电流Icp会直接通过MOS管M4,不会进入电容C1，从而节点Vc电位保持不变。

而在锁相环系统中，Sw1,Sw2的高低电平状态受鉴频鉴相器所控制，当锁相环输出相位滞后时，Sw1，Sw2均为低，使得电容C1被充电，提高节点Vc的电压,增加压控振荡器VCO输出频率(假设VCO的输出频率随节点Vc电压的增加而增加)，从而提高锁相环输出相位。同理，当锁相环输出相位超前时，Sw1,Sw2均为高，使得电容C1被放电，降低节点Vc的电压，降低VCO输出频率，减少锁相环输出相位。当锁相环在相位锁定状态时,Sw1为高，Sw2为低，节点Vc电压保持不变，从而一直保持在锁定状态。而电阻R1是在锁相环系统的传输函数中引入一个零点，使得系统的稳定性更好。

但是在现有技术的电荷泵电路中，开关管的M2,M3在关断的一瞬间，储存在其沟道中的电荷会被释放到MOS管M2,M3的两端，其中一部分会被注入电容C1，使得电荷泵输出电压Vc产生误差，产生电荷注入效应；另外，由于MOS管M2,M3漏极寄生电容的存在，信号Sw1,Sw2会通过漏极寄生电容耦合到节点Vc处，使得电荷泵输出电压Vc产生误差，而产生电荷馈通效应；再有，当锁相环系统需要较小的环路带宽的时候，通常需要此电荷泵采用较大的电容C1和电阻R1，但在集成电路工艺中，较大的电容或电阻会占据大量的芯片面积，增加芯片的制造成本。

因此，有必要提供一种避免电荷馈通和电荷注入效应的改进的电荷泵电路来克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种电荷泵电路，本发明的电荷泵电路消除了电荷馈通效应与电荷注入效应，进一步提高了输出电压的精准度。

为实现上述目的，本发明提供了一种电荷泵电路，用于锁相环系统中，其特包括电流产生单元与消除单元，所述电流产生单元包括若干场效应管，外部两开关信号及两偏置电压输入至所述电流产生单元，所述电流产生单元根据两开关信号的电平高低而为所述电荷泵产生充放电电流，所述消除单元与所述电流产生单元连接，以将所述电流产生单元中的场效应管释放的电荷释放至地。

较佳地，所述消除单元包括第一消除单元与第二消除单元，所述第一消除单元与第二消除单元均与所述电流产生单元连接；所述第一消除单元将所述电流产生单元中的场效应管释放的正电荷释放至地，所述第二消除单元将所述电流产生单元中的场效应管释放的负电荷释放至地。