[发明专利]一种新型电流舵型电荷泵电路

说明书

本发明公开了一种新型电流舵型电荷泵电路，包括单位增益跟随器OPA1、误差放大器OPA2、NMOS管M1、NMOS管M3、NMOS管M9‑M12、PMOS管M2、PMOS管M13、PMOS管M4‑M8。本发明中加入了单位增益运放OPA1和误差放大运放OPA2，有效的扩展了电流匹配动态范围，从而避免了VCO牺牲其电压调谐范围，对于误差运放结构，由于其增益较之单位增益运放更高，因此可以得到更好的电流匹配结果，提高电荷泵开关速度，降低锁相环输出功率谱中的毛刺。

技术领域

本发明涉及电荷泵领域，尤其涉及一种新型电流舵型电荷泵电路。

背景技术

电荷泵（CP）是在鉴频鉴相器（PFD）输出的数字信号UP和DW的控制下，将电荷分配给环路滤波器的电子开关。当PFD的鉴相灵敏度足够高时，CP在很大程度上决定锁相环的性能。

电荷泵可以视作由开关UP、DW控制的两个电流源，简单的电荷泵电路如图1.1 所示。电荷泵工作时有三种状态：当信号UP为“1”，信号DW为“0”时，开关S1闭合、S2断开，电容_L通过电流源I_UP充电，V_ctrl增大；当信号UP为“0”，信号 DW为“1”时，开关Sl断开、S2闭合，电容_L通过电流源I_DW放电，V_ctrl减小；当信号 UP和DW同为“零”时，开关Sl、S2同时断开，电容_L通过的电流为零，V_ctrl保持不变。

传统的CMOS电荷泵电路一般使用MOS管实现开关的功能，如图1.2所示， UP和DW两个信号直接加在MOS管的栅极，控制其导通与否。

传统的CMOS电荷泵的非理想效应有：

(1)失配现象

电荷泵中的失配包括电流失配和开关时间失配。电流失配指的是充放电电流源的不匹配性造成的冲、放电电流不相等，主要包含充电电流源与放电电流漏设计不对称、充电电流源与放电电流漏随输出电压变化趋势不同以及开关闭合瞬间充、放电电流抖动三种电流失配，这些失配主要由晶体管的一些工艺参数决定的。开关时间失配则是指由于PFD的非理想性，当PFD的两输入信号相位差为零时，其输出端的窄脉冲UP、 DW时长不相等的情况。

(2)电荷共享

电荷共享是指由开关寄生电容引起的输出电平不正确的现象。

(3)电荷注入

假设MOS管导通，源极和漏极电压近似相等，当开关断开后，反型层中部分电荷会流出并注入电容，这种现象就称作“电荷注入”。“电荷注入”使得存储在电容上的电压值发生变化并影响控制VCO输出的控制电压。

(4)时钟馈通

当控制CP开关的信号上升、下降沿变化很快时，这个信号可能会通过MOS开关的栅漏或栅源交叠电容耦合到输出电容上，这种给输出电压带来误差的效应称为时钟馈通。

因此，在电荷泵的设计中，在电荷泵的指标中，失配对锁相环系统性能影响最大，电荷泵的设计中要重点考虑如何减少失配以提升性能，首先需要解决电流失配的问题，即如何在尽量宽的输出电压范围内提高电流的匹配，此外电荷注入、开关速度等因素对电荷泵的性能也有所影响，在电路设计中也应该加以考虑。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提出了一种新型电流舵型电荷泵电路。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型电流舵型电荷泵电路，包括单位增益跟随器OPA1、误差放大器OPA2、NMOS管M1、NMOS管M3、NMOS管M9-M12、PMOS管M2、PMOS管M13、PMOS管M4-M8；