一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵制造技术

本发明专利技术请求保护一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，包括电荷泵偏置电路及电荷泵核心电路等。本发明专利技术电荷泵偏置电路的PMOS管M9采用二极管连接及PMOS管M8栅极与电荷泵输出端相连，在放电状态弥补电荷泵输出电压较低时放电电流较小的问题，增加电荷泵输出端电压动态范围；电荷泵核心电路中误差放大器op1采用单位增益连接，在充/放电转换瞬间能抑制电荷共享效应；PMOS管M17、PMOS管M10分别与误差放大器op2构成反馈补偿电路，充电状态电荷泵输出端电压逐渐上升使得PMOS管M17及PMOS管M10栅极电压降低，充电电流增加，进而增大电荷泵输出端电压动态范围，从而实现一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵。流失配的电荷泵。流失配的电荷泵。

【技术实现步骤摘要】
一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵。

技术介绍

[0002]电荷泵是延迟锁相环的重要功能模块，其性能直接影响延迟锁相环的整体性能。图1为一种基本的电荷泵结构，当开关S1闭合，S2断开，充电电流源I
UP
对电容C1充电，电荷泵输出端VCtrl的电压上升；当开关S1断开，S2闭合，放电电流源I
DN
对电容C1放电，电荷泵输出端VCtrl的电压下降；当开关S1与开关S2同时开启或关断时，电荷泵输出端VCtrl的电压保持不变。图1所示的传统电荷泵具有电荷共享、电流失配等问题，从而制约了电荷泵在高性能系统中的应用。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵。本专利技术的技术方案如下：
[0004]一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其包括：电荷泵偏置电路及电荷泵核心电路，其中所述电荷泵偏置电路的信号输出端接所述电荷泵核心电路的信号输入端，所述电荷泵核心电路的信号输出端接所述电荷泵偏置电路的信号输入端，所述电荷泵偏置电路为所述电荷泵核心电路提供偏置信号，所述电荷泵核心电路为后级电路的滤波电容提供充/放电电流。
[0005]进一步的，所述电荷泵偏置电路包括：参考电流源IREF、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6、PMOS管M7、PMOS管M8以及PMOS管M9，其中参考电流源IREF的一端分别与PMOS管M3的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M9的源极、PMOS管M7的源极以及外部电源VDD相连，参考电流源IREF的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极、NMOS管M2的栅极以及NMOS管M4的栅极相连，NMOS管M1的源极分别与NMOS管M2的源极、NMOS管M4的源极、NMOS管M6的源极以及外部地GND相连，PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M5的栅极、PMOS管M3的漏极以及NMOS管M2的漏极相连，PMOS管M9的栅极分别与PMOS管M9的漏极以及PMOS管M8的源极相连，PMOS管M8的漏极分别与PMOS管M5的漏极、NMOS管M6的漏极、NMOS管M6的栅极、NMOS管M16的栅极以及NMOS管M23的栅极相连，PMOS管M7的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M18的栅极、PMOS管M7的漏极以及NMOS管M4的漏极相连。
[0006]进一步的，所述电荷泵偏置电路中NMOS管M1、NMOS管M2以及NMOS管M4具有相同的沟道宽长比，PMOS管M5与PMOS管M3具有相同的沟道宽长比，PMOS管M5的漏极电流I5以及PMOS管M7的漏极电流I7有I5＝I7＝I
REF
，其中I
REF
是参考电流源IREF的电流，NMOS管M6的漏极电流I6为其中，μ
p
为空穴迁移率，C
ox
为单位面积的栅氧化层电容，(W/L)8为PMOS管M8的沟道宽长比，V
ctrl
为电荷泵输出端
Vctrl的电压，V
a
为PMOS管M8的源极电压，V
THp
为PMOS管的阈值电压。
[0007]进一步的，所述电荷泵核心电路包括：PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、误差放大器op1以及误差放大器op2，其中PMOS管M11的源极分别与PMOS管M10的源极、PMOS管M17的源极、PMOS管M18的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M11的漏极分别与PMOS管M10的漏极、PMOS管M13的源极以及PMOS管M12的源极相连，PMOS管M12的栅极与信号输入端UP相连，PMOS管M12的漏极分别与误差放大器op1的反向输入端、误差放大器op1的输出端以及NMOS管M14的漏极相连，NMOS管M14的栅极与信号输入端DNb相连，NMOS管M14的源极分别与NMOS管M15的源极以及NMOS管M16的漏极相连，NMOS管M16的源极分别与NMOS管M23的源极以及外部地GND相连，PMOS管M13的栅极分别与PMOS管M20的栅极以及信号输入端UPb相连，PMOS管M13的漏极分别与PMOS管M19的漏极、NMOS管M21的漏极、误差放大器op2的正向输入端、误差放大器op1的正向输入端以及NMOS管M15的漏极相连，NMOS管M15的栅极分别与NMOS管M22的栅极以及信号输入端DN相连，PMOS管M17的栅极分别与PMOS管M10的栅极以及误差放大器op2的输出端相连，PMOS管M17的漏极分别与PMOS管M18的漏极、PMOS管M19的源极以及PMOS管M20的源极相连，PMOS管M20的漏极分别与误差放大器op2的反向输入端、NMOS管M22的漏极、PMOS管M8的栅极以及电荷泵输出端Vctrl相连，PMOS管M19的栅极与信号输入端UP相连，PMOS管M21的栅极与信号输入端DNb相连，NMOS管M21的源极分别与NMOS管M22的源极以及NMOS管M23的漏极相连。
[0008]进一步的，所述电荷泵核心电路中，信号输入端UP与信号输入端UPb为相反数字信号，信号输入端DN与信号输入端DNb为相反数字信号，误差放大器op2与误差放大器op1完全一样且其低频增益A
d
>>1，误差放大器op1采用单位增益连接，使得电荷泵在充/放电转换瞬间能抑制电荷共享效应，采用由PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、误差放大器op2构成主体电荷泵以及由PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、误差放大器op1构成主体电荷泵的充放电复制电路的结构以减小电荷泵电流失匹配性；PMOS管M11与PMOS管M18完全相同且其沟道宽长比均为PMOS管M7的N倍，PMOS管M11的漏极电流I
11
与PMOS管M18的漏极电流I
18
有I
11
＝I
18
＝N
×
I
REF
，PMOS管M17与PMOS管M10具有相同的沟道宽长比，PMOS管M17的漏极电流I
17
与PMOS管M10的漏极电流I
10
有I
17
＝I
10
。
[0009]进一步的，所述电荷泵核心电路中，当信号输入端UP为高电平以及信号输入端DN为低电平时，PMOS管M13、PMOS管M20、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其特征在于，包括：电荷泵偏置电路(1)及电荷泵核心电路(2)，其中所述电荷泵偏置电路(1)的信号输出端接所述电荷泵核心电路(2)的信号输入端，所述电荷泵核心电路(2)的信号输出端接所述电荷泵偏置电路(1)的信号输入端，所述电荷泵偏置电路(1)主要通过NMOS管M6的栅极与PMOS管M7的栅极为所述电荷泵核心电路(2)提供偏置信号，所述电荷泵核心电路(2)主要通过输出端Vctrl为后级电路的滤波电容提供充/放电电流。2.根据权利要求1所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵偏置电路(1)包括：参考电流源IREF、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6、PMOS管M7、PMOS管M8以及PMOS管M9，其中参考电流源IREF的一端分别与PMOS管M3的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M9的源极、PMOS管M7的源极以及外部电源VDD相连，参考电流源IREF的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极、NMOS管M2的栅极以及NMOS管M4的栅极相连，NMOS管M1的源极分别与NMOS管M2的源极、NMOS管M4的源极、NMOS管M6的源极以及外部地GND相连，PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M5的栅极、PMOS管M3的漏极以及NMOS管M2的漏极相连，PMOS管M9的栅极分别与PMOS管M9的漏极以及PMOS管M8的源极相连，PMOS管M8的漏极分别与PMOS管M5的漏极、NMOS管M6的漏极、NMOS管M6的栅极、NMOS管M16的栅极以及NMOS管M23的栅极相连，PMOS管M7的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M18的栅极、PMOS管M7的漏极以及NMOS管M4的漏极相连。3.根据权利要求2所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵偏置电路(1)中NMOS管M1、NMOS管M2以及NMOS管M4具有相同的沟道宽长比，PMOS管M5与PMOS管M3具有相同的沟道宽长比，PMOS管M5的漏极电流I5以及PMOS管M7的漏极电流I7有I5＝I7＝I
REF
，其中I
REF
是参考电流源IREF的电流，NMOS管M6的漏极电流I6为其中，μ
p
为空穴迁移率，C
ox
为单位面积的栅氧化层电容，(W/L)8为PMOS管M8的沟道宽长比，V
ctrl
为电荷泵输出端Vctrl的电压，V
a
为PMOS管M8的源极电压，V
THp
为PMOS管的阈值电压。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵核心电路(2)包括：PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、误差放大器op1以及误差放大器op2，其中PMOS管M11的源极分别与PMOS管M10的源极、PMOS管M17的源极、PMOS管M18的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M11的漏极分别与PMOS管M10的漏极、PMOS管M13的源极以及PMOS管M12的源极相连，PMOS管M12的栅极与信号输入端UP相连，PMOS管M12的漏极分别与误差放大器op1的反向输入端、误差放大器op1的输出端以及NMOS管M14的漏极相连，NMOS管M14的栅极与信号输入端DNb相连，NMOS管M14的源极分别与NMOS管M15的源极以及NMOS管M16的漏极相连，NMOS管M16的源极分别与NMOS管M23的源极以及外部地GND相连，PMOS管M13的栅极分别与PMOS管M20的栅极以及信号输入端UPb相连，PMOS管M13的漏极分别与PMOS管M19的漏极、NMOS管M21的漏极、误差放大器op2的正向输入端、误差放大器op1的正向输入端以及NMOS管M15的漏极相连，NMOS管M15的
栅极分别与NMOS管M22的栅极以及信号输入端DN相连，PMOS管M17的栅极分别与PMOS管M10的栅极以及误差放大器op2的输出端相连，PMOS管M17的漏极分别与PMOS管M18的漏极、PMOS管M19的源极以及PMOS管M20的源极相连，PMOS管M20的漏极分别与误差放大器op2的反向输入端、NMOS管M22的漏极、PMOS管M8的栅极以及电荷泵输出端Vctrl相连，PMOS管M19的栅极与信号输入端UP相连，PMOS管M21的栅极与信号输入端DNb相连，NMOS管M21的源极分别与NMOS管M22的源极以及NMOS管M23的漏极相连。5.根据权利要求4所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵，其特征在于，所述电荷泵核心电路(2)中，信号输入端UP与信号输入端UPb为相反数字信号，信号输入端DN与信号输入端DNb为相反数字信号，误差放大器op2与误差放大器op1完全一样且其低频增益A
d
>>1，误差放大器op1采用单位增益连接，使得电荷泵在充/放电转换瞬间能抑制电荷共享效应，采用由PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管...

【专利技术属性】
技术研发人员：周前能，石头，李红娟，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：