基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路制造技术

本发明专利技术公开了基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路，涉及电路设计技术领域，包括防漏电保护模块、电流沉控制模块、开关模块、电流沉和电流源模块、环路滤波模块以及缓冲模块。电荷泵不需要电路电流沉与电流源精确匹配，只需满足电流沉电流大于等于电流源的电流即可。电路的工作条件更容易满足，化合物半导体电荷泵更容易实现。同时防漏电保护模块采用两个二极管来实现，该模块的结构简单，不会额外占用过多的芯片面积，更加方便集成。防漏电保护技术利用二极管的单向导电性可以解决稳态时由于电流源和电流沉不匹配所导致的漏电问题，从而使电荷泵电路在稳态情况下输出控制电压固定不变。

【技术实现步骤摘要】
基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路
本专利技术涉及电路设计
，特别是涉及基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路。
技术介绍
随着个人无线通信、雷达、太赫兹技术以及空间通信等领域的不断发展，对收发机系统提出了更高的要求，包括有更高的频率，更宽的带宽，更高的集成度和更大的功率等。而变频源作为收发机的重要组成部分，其性能会直接决定收发机的性能。目前来说，与SiCMOS和SiGeBiCMOS工艺相比，化合物半导体工艺的频率特性和功率特性更好更适合被用来设计高性能的变频源。常见的直接数字频率合成器，电荷泵锁相环频率合成器，以及混合型频率合成器均能作为变频源。直接数字频率合成器优点是频率精度高、跳变时间短，但是缺点是输出频率相对低，抑制杂散能力差；混合型频率合成器一般来说都是由双锁相环或者由直接数字频率合成器加模拟锁相环的方式实现，优点为输出频率相对高，抑制杂散能力强，缺点就是功耗大，集成度不高；电荷泵锁相环频率合成器特点为输出频率高，跳变时间短，抑制杂散能力强，集成度高，功耗小等特点。所以为了能满足各个领域对收发机系统提出的综合要求，采用化合物半导体实现电荷泵锁相环具有非常重要的意义。但是由于化合物半导体技术本身的一些缺陷制约了采用该技术研究电荷泵锁相环的发展，主要是因为电荷泵电路难以实现。这是因为电荷泵是电荷泵锁相环频率合成器的核心电路，该电路必须包含电流源和电流沉，而且电流源一般由P型晶体管实现并且电流沉由N型晶体管实现，要求电流源和电流沉匹配，这样电荷泵在稳态的时候输出的控制电压是固定不变的，整个锁相环路能够锁定。由于常用的SiCMOS和SiGeBiCMOS同时均有N型和P型晶体管，这在实现电流源和电流沉匹配方面具有很大的优势。对于化合物半导体来说，该工艺只有N型晶体管而没有P型(互补型)晶体管，这就造成了电流源与电流沉难以匹配，从而导致电荷泵难以实现，所以化合物半导体电荷泵锁相环的发展就受到了严重的限制。目前，对于化合物半导体电荷泵来说都是采用控制电流沉电流的方式解决电流源与电流沉的失配问题，但是这种方式却很难让电流沉与电流源的电流大小精确匹配起来，在稳态时无法真正做到让电荷泵输出的控制电压稳定住。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路，可以解决现有技术中存在的问题。一种基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路，包括防漏电保护模块、电流沉控制模块、开关模块、电流沉和电流源模块、环路滤波模块以及缓冲模块，防漏电保护模块由两个二极管D1和D2构成，用于防止电荷泵在稳态情况下由于电流源和电流沉不匹配所造成的电容CN和CP中电荷泄漏现象；电流沉控制模块由F1和F2两部分构成，F1由两个晶体管P1和P3、一个源极电阻和四个二极管构成，用于控制电流沉IDN1的电流大小，在电荷泵工作过程中能够保持IDN1≥IUP1，F2由两个晶体管P2和P4、一个源极电阻和四个二极管构成，用于控制电流沉IDN2的电流大小，在电荷泵工作过程中能够保持IDN2≥IUP2；开关模块由四个晶体管UPN、UPP、DNP和DNN构成，栅极均为电荷泵电路的输入端，用于接收前一级鉴频鉴相器电路的四路输出信号；电流沉和电流源模块由两个电流源IUP1和IUP2和两个电流沉IDN1和IDN2构成，用于给环路滤波模块的电容充放电；环路滤波模块由串联的电阻和电容CN和CP构成，该模块一端接地，另一端接缓冲模块的输入端，通过电容的充放电来影响电荷泵输出的控制电压的变化；缓冲模块分别由两个晶体管P5和P7以及P6和P8和两个二极管构成，用于对环路滤波模块输出的电压信号进行电平变换以及消除后级电路对电荷泵的影响，缓冲模块的输入端与环路滤波模块的输出端相连，输出端是整个电荷泵的输出端，差分输出控制电压信号VCN和VCP输送给后一级的压控振荡器电路；防漏电保护模块中二极管D1的正极与电流源IUP1的栅极以及源极电阻连接，负极与开关DNP的漏极连接，二极管D2的正极与电流源IUP2的栅极以及源极电阻连接，负极与开关UPP的漏极连接；电流沉控制模块中的F1和F2的输入端分别连接开关UPP和DNP的漏极，输出端分别连接电流沉IDN1和IDN2的栅极，F1中晶体管P1的栅极为F1的输入端，与二极管D2的负极以及开关UPP的漏极连接，晶体管P1的漏极连接电源VDD，晶体管P1的源极连接第一个二极管的正极，第一个二极管的负极连接第二个二极管的正极，第二个二极管的负极连接第三个二极管的正极，第三个二极管的负极连接第四个二极管的正极，第四个二极管的负极与晶体管P3的漏极连接，晶体管P3的漏极与栅极短接，栅极与电流沉IDN1的栅极连接；F2中晶体管P2的栅极为F2的输入端，与二极管D1的负极以及开关DNP的漏极连接，晶体管P2的漏极连接电源VDD，晶体管P2的源极连接第一个二极管的正极，第一个二极管的负极连接第二个二极管的正极，第二个二极管的负极连接第三个二极管的正极，第三个二极管的负极连接第四个二极管的正极，第四个二极管的负极晶体管P4的漏极连接，晶体管P4的漏极与栅极短接，栅极与电流沉IDN2的栅极连接；开关模块中开关UPN和UPP与电流沉IDN1的漏极相连，开关DNP和DNN的源极与电流沉IDN2的漏极相连；电流沉和电流源模块中电流源IUP1和IUP2的漏极与电源VDD相连，IUP1的栅极和源极与IUP1的源极电阻的两端相连接，IUP2的栅极和源极与IUP2的源极电阻的两端相连接，电流沉IDN1和IDN2的源极分别与各自的源极电阻一端相连，源极电阻另一端均与电源VTT相连接；电源VDD的大小为高电位，电源VTT的大小为低电位；环路滤波模块中串联的电阻和电容CN中，电阻一端与晶体管P1的栅极连接，电容CN一端接地；串联的电阻和电容CP中，电阻一端与晶体管P2的栅极连接，电容CP一端接地；缓冲模块中晶体管P5的源极接电源VDD，栅极接晶体管P1的栅极，漏极接第一个二极管的正极，第一个二极管的负极接第二个二极管的正极，第二个二极管的负极接晶体管P7的源极，同时第二个二极管的负极输出电压VCN，晶体管P7的漏极和源极短接，并连接电源VTT；晶体管P6的源极接电源VDD，栅极接晶体管P2的栅极，漏极接第一个二极管的正极，第一个二极管的负极接第二个二极管的正极，第二个二极管的负极接晶体管P8的源极，同时第二个二极管的负极输出电压VCP，晶体管P8的漏极和源极短接，并连接电源VTT。优选地，所述电路采用化合物半导体工艺，包括GaAsMESFET、GaAsPHEMT和InPPHEMT工艺。优选地，电流源IUP1和IUP2、开关UPN、UPP、DNP和DNN，晶体管P1、P2、P5、P6、P7和P8均为耗尽型晶体管；电流沉IDN1和IDN2，晶体管P3和P4均为增强型晶体管。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：第一，从化合物半导体工艺出发，本专利技术克服了技术中由于缺少互补型晶体管导致电荷泵难以实现的问题。本专利技术提出的电荷泵不需要电路电流沉与电流源精确匹配(完全相等)，只需满足电流沉电流大于等于电流源的电流即可。电路的工作条件更容易满足，化合物半导体电荷泵更容易实现。第二，防漏电保护模块采用两个二极管来实现，该模块的结构简本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路，其特征在于，包括防漏电保护模块、电流沉控制模块、开关模块、电流沉和电流源模块、环路滤波模块以及缓冲模块，防漏电保护模块由两个二极管D1和D2构成，用于防止电荷泵在稳态情况下由于电流源和电流沉不匹配所造成的电容C

【技术特征摘要】
1.一种基于稳态防漏电保护和电流沉控制技术的电荷泵电路，其特征在于，包括防漏电保护模块、电流沉控制模块、开关模块、电流沉和电流源模块、环路滤波模块以及缓冲模块，防漏电保护模块由两个二极管D1和D2构成，用于防止电荷泵在稳态情况下由于电流源和电流沉不匹配所造成的电容CN和CP中电荷泄漏现象；电流沉控制模块由F1和F2两部分构成，F1由两个晶体管P1和P3、一个源极电阻和四个二极管构成，用于控制电流沉IDN1的电流大小，在电荷泵工作过程中能够保持IDN1≥IUP1，F2由两个晶体管P2和P4、一个源极电阻和四个二极管构成，用于控制电流沉IDN2的电流大小，在电荷泵工作过程中能够保持IDN2≥IUP2；开关模块由四个晶体管UPN、UPP、DNP和DNN构成，栅极均为电荷泵电路的输入端，用于接收前一级鉴频鉴相器电路的四路输出信号；电流沉和电流源模块由两个电流源IUP1和IUP2和两个电流沉IDN1和IDN2构成，用于给环路滤波模块的电容充放电；环路滤波模块由串联的电阻和电容CN和CP构成，该模块一端接地，另一端接缓冲模块的输入端，通过电容的充放电来影响电荷泵输出的控制电压的变化；缓冲模块分别由两个晶体管P5和P7以及P6和P8和两个二极管构成，用于对环路滤波模块输出的电压信号进行电平变换以及消除后级电路对电荷泵的影响，缓冲模块的输入端与环路滤波模块的输出端相连，输出端是整个电荷泵的输出端，差分输出控制电压信号VCN和VCP输送给后一级的压控振荡器电路；防漏电保护模块中二极管D1的正极与电流源IUP1的栅极以及源极电阻连接，负极与开关DNP的漏极连接，二极管D2的正极与电流源IUP2的栅极以及源极电阻连接，负极与开关UPP的漏极连接；电流沉控制模块中的F1和F2的输入端分别连接开关UPP和DNP的漏极，输出端分别连接电流沉IDN1和IDN2的栅极，F1中晶体管P1的栅极为F1的输入端，与二极管D2的负极以及开关UPP的漏极连接，晶体管P1的漏极连接电源VDD，晶体管P1的源极连接第一个二极管的正极，第一个二极管的负极连接第二个二极管的正极，第二个二极管的负极连接第三个二极管的正极，第三个二极管的负极连接第四个二极管的正极，第四个二极管的负极与晶体管P3的漏极连接，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红亮，武岳，唐铭浩，张玉明，张义门，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61