本发明专利技术涉及一种锁相环时钟数据恢复器用电荷泵装置，该电荷泵在传统电荷泵基础上通过调整上下拉电流源之间的电流关系，改变下拉电流源的拓扑结构实现了电流上下拉通路可同时复用为电压跟随器的功能，消除了环路切换和电荷共享在振荡器控制电压上引起的抖动，不需要额外的电压跟随运放；该电荷泵的控制开关均采用同种类型的MOS管实现，消除了开关失配对恢复时钟相位的影响；同时，该电荷泵的充放电电流由振荡器控制电压控制，不需要额外的基准源，随振荡器频率而动态改变的充放电电流使该电荷泵可用于构建自适应带宽路。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种电荷泵装置，尤其涉及一种锁相环时钟数据恢复器用电荷泵装 置。
技术介绍
时钟数据恢复器广泛的应用于高速串行数据传输系统的接收端，它从串行数据中 恢复出正确的采样时钟，基于锁相环路（Phase locked loop，PLL)的时钟数据恢复器的应 用最为广泛，这种类型的时钟数据恢复器由两条环路构成：频率合成环路即锁相环路和相 位跟踪环路，工作原理是先产生适当的频率再进行相位跟踪。关于时钟数据恢复器的架构 和应用请参看Ming-ta Hsieh等人发表在国际电气工程师协会期刊Circuits and Systems Magazine 上的文章 Architectures For Multi-gigabit Wire-linked Clock and Data Recovery。 -种基于锁相环路的时钟数据恢复器的原理如图I所示，它由锁相环路和相位跟 踪环路组成。锁相环路由鉴频鉴相器，电荷泵A，环路滤波器，压控振荡器和分频器构成，用 于产生对数据采样所需要的频率；相位跟踪环路在压控振荡器频率锁定后开始工作，它使 恢复的时钟相位随输入数据相位的变化而变化，相位跟踪环路由鉴相器，电荷泵B，滤波器， 压控振荡器构成，锁相环路和相位跟踪环路复用滤波器和压控振荡器。 频率锁定过程中，电荷泵A对压控振荡器的控制电压Vctrl充放电，此时，电荷泵B 的输出悬空，输出电位具有较大的随意性，频率锁定后，Vctrl由电荷泵A切换到电荷泵B， 切换过程中Vctrl会出现波动，如果波动较大，压控振荡器输出的时钟频率会发生较大的 改变，导致相位跟踪环路的使能无法打开，环路又切换回锁相环路进行频率锁定。这样，系 统会在两个环路之间不断地切换，压控振荡器输出的时钟相位无法跟踪输入数据相位的变 化，无法采出正确的数据。因此，在锁相环路频率接近锁定的过程中，电荷泵B的输出电压 需要跟随Vctrl的变化。 电荷和共享是电荷泵设计需要关注的话题，一种简单的电荷泵电路如图2 (a)所 示，PMOS管Ml、PMOS管M2为开关管，控制电流源对Vctrl的充、放电，电流源的充、放电电 流相等。当上拉管PMOS管Ml关断时，PMOS管Ml的源极会被上拉电流源Il充到较高的电 位，PMOS管Ml管再次导通时，其源极和漏极之间会发生电荷共享，电荷共享使Vctrl的电 位有较大瞬时跳变。对相位跟踪环路，电荷泵对压控振荡器的调节可以分离为比例路径和 积分路径(参见美国专利，专利号：US2001/0156777)，比例路径用于产生较大的瞬时相位， 跟踪输入数据抖动的高频分量，在UP端口和DN端口调节结束后即消失。对于RC滤波器而 言，比例路径相当于电阻对电荷泵电流的响应，积分路径相当于电容对电荷泵电流的响应。 相位跟踪环路设计时，积分路径和比例路径对压控振荡器频率调节的比例是重要的设计参 数：比例路径比例偏大会造成Hunting抖动增大；比例路径偏小会使系统发生Slew-Rate, 系统对输入相位跟踪能力减弱。关于积分路径和比例路径对时钟数据恢复器相位跟踪的 影响请参看国际电气工程师协会出版的Phase-Locking In High Performace Systems 中的文章 Designing Bang-Bang PLLs for Clock and Date Recovery in Serial Date Transmission Systems。图3示出了电荷泵对低通滤波器充电时电阻、电容对Vctrl电位的 贡献，由图3可知，电荷共享相当于改变了比例路径的调节强度，具体表现在：当电荷泵上 拉时，电荷共享增加了比例路径的调节强度，系统的Hunting抖动增加；当电荷泵下拉时， 电荷共享减小了比例路径的调节强度，系统的跟踪能力减弱。 一种改进的电荷泵电路如图2(b)所示，PMOS管Ml关断后，PMOS管M3导通，单位 增益运放使PMOS管M3的漏极电压跟随PMOS管Ml漏极电压，PMOS管Ml再次打开时，PMOS 管Ml源极和漏极之间不会出现电荷共享，同理，PMOS管M2由关断变为导通时，其源极和漏 极之间也不会出现电荷共享，图2 (b)中上拉电流源和下拉电流源电流大小相等，且使用了 运放构成电压跟随器。 图1中，鉴相器是Hogge型鉴相器或Alexander型鉴相器，用于比较数据相位和时 钟相位之间的超前、滞后关系，产生电荷泵B充、放电的控制信号。当数据相位超前时，鉴相 器输出信号加快压控振荡器的频率，使时钟相位"追上"数据相位，当数据相位滞后时，鉴相 器输出信号减慢压控振荡器的频率，使时钟和数据之间的误差相位减小。当数据没有跳变 时，即出现连续的0或1，此时鉴相器无法比较输入数据和压控振荡器之间的相位关系，压 控振荡器处于频率保持模式Alexander型鉴相器将会产生控制信号同时打开并同时关 断电荷泵B的充放电开关，Vctrl上不会累积电荷，Vctrl电位保持不变；Hogge型鉴相器先 对Vctrl充电再放电，由于充电和放电的电荷相等，Vctrl的平均电位保持一定。 图2 (a)和图2 (b)所不的电荷栗分别使用了 PMOS晶体管作为上拉开关，NMOS晶 体管作为下拉开关，不同类型晶体管的物理特性不同，对于采用Alexander型鉴相器构成 的环路，相位跟踪环路处于频率保持模式时，PMOS晶体管和NMOS晶体管之间的失配和偏差 会使Vctrl电位发生改变，造成压控振荡器的频率产生误差，误差频率使时钟的相位累积， 从而偏离理想的采样窗口，保持模式结束时，恢复的时钟会产生误采样。开关管失配对由 Hogge型鉴相器构成的相位跟踪环的影响已发表在美国专利US5945855中。片上系统会集成超大规模的数字模块和接口模块，数字模块逻辑门的高速切换会 在电源和地上引入较大的噪声，噪声会在电荷泵的充电和放电电流源之间引入失配电流， 影响时钟数据恢复系统的相位跟踪。 综上所述，基于锁相环路的高性能时钟数据恢复器的电荷泵设计需要综合考虑环 路切换，电荷共享，开关失配，电源噪声等因素。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种锁相环时钟数 据恢复器用电荷泵装置。 本专利技术的目的通过以下技术方案来实现： 锁相环时钟数据恢复器用电荷泵装置，包括有装置盒体，所述的盒体内设置有电源与 接地接口，其中：所述的装置盒体内设置有电流偏置组件（1)，所述电流偏置组件（1)至少 设置有三组输出端口，包括第一偏置输出端口、第二偏置输出端口和第三偏置输出端口，所 述三组输出端口连接主充放电组件（2)和副充放电组件（3)，所述的主充放电组件（2)和副 充放电组件（3)的输出端相连并通过输出端连接控制开关（S3)连接至输出端口（7)，所述 的输出端口（7)连接有压控振荡器，所述的主充放电组件（2)与副充放电组件（3)的输入 均连接至鉴相器，所述电流偏置组件（1)设有独立电流支路组件，包括主独立电路电流支 路组件（5)和副独立电路电流支路组件（6)，分别提供NMOS管（Mb3)和PMOS管（Mb2)所需 的偏置电压。 上述的锁相环时钟数据恢复器用电荷泵装置，其中：所述的第一偏置输出端口由 PMOS管MbUPMOS管Mb7的栅极本文档来自技高网...
【技术保护点】
锁相环时钟数据恢复器用电荷泵装置，包括有装置盒体，所述的盒体内设置有电源与接地接口，其特征在于：所述的装置盒体内设置有电流偏置组件(1)，所述电流偏置组件(1)至少设置有三组输出端口，包括第一偏置输出端口、第二偏置输出端口和第三偏置输出端口，所述三组输出端口连接主充放电组件(2)和副充放电组件(3)，所述的主充放电组件(2)和副充放电组件(3)的输出端相连并通过输出端连接控制开关(S3)连接至输出端口(7)，所述的输出端口(7)连接有压控振荡器，所述的主充放电组件(2)与副充放电组件(3)的输入均连接至鉴相器，所述电流偏置组件(1)设有独立电流支路组件，包括主独立电路电流支路组件(5)和副独立电路电流支路组件(6)，分别提供NMOS管(Mb3)和PMOS管(Mb2)所需的偏置电压。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：左红建，敖海，敖钢，裴栋，
申请(专利权)人：苏州芯动科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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