C-MOS电荷泵制造技术

本实用新型专利技术涉及一种应用于高速锁相环中的新型Ｃ－ＭＯＳ电荷泵电路。它的核心部分为一带有参考电压电路的双管开关型电路，并用一运算放大器作为电压跟随器，在运放输出端加入一参考电压电路，减小了电荷泵的开关效应对电路的影响，降低了电荷泵输出电压的跳变。仿真结果表明在偏置电流２０ｕＡ的条件下，输出电压有一个较大的输出范围，并且在上拉信号和下拉信号相同时输出电压能保持稳定，降低了原来结构中的抖动现象，能很好的满足高速锁相环的性能要求。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电荷泵，特别是涉及一种C-MOS电荷泵。
技术介绍
锁相环具有对频率和相位进行调制与解调的功能，所以被广泛地应用于各种通信电路中，如频率发生器，时钟恢复电路等。电荷泵型锁相环，更具有高速、低噪声等特点，故为现今最普遍采用的一种锁相环电路，如附图说明图1所示。在所述电荷泵型锁相环电路中，鉴频鉴相器(PFD)通过对输入参考信号和分频器的输出信号的比较，产生两个输出数字信号，电荷泵的作用就是将鉴频鉴相器输出的数字信号，转换成连续的模拟信号来控制压控振荡器(VCO)的振荡频率。在已有技术中，常在上述锁相环电路中的主控制电路旁并接一个辅助电路，其后会由于某些时刻输出电压和参考电压值的不同，造成组成主控制电路的开关管和组成辅助电路的开关管的两个通路之间互相抽取电流，形成反向电流，这样会对电路性能造成不好的影响。为了消除这种现象，通常会在两个通路中各加入2个二极管来实现，但加入二极管后由于二极管本身导通就需要一定的压降，这样就限制了输出电压的摆幅，也不利于电流源的工作。在高频的锁相环中，由于此时压控振荡器的振荡频率很高，即使电荷泵的输出电压有一个很小的抖动，也将会引起压控振荡器输出频率的显著变化。为此，期望能在提高电荷泵输出电压的稳定性方面，提出一种能改善电荷泵型锁相环性能的新型电荷泵电路设计方案。
技术实现思路
本技术的目的，是在于设计一种能降低电荷泵电路输出电压的抖动效应的新型电荷泵电路。本技术是通过下述构思来加以实现的本技术针对传统电荷泵电路的缺点，为了使电荷泵中辅助电路的条件接近于主控制电路，引入一参考电压电路，其由两对开关串联组成，而所述开关为各由一个P-MOS管和N-MOS管对接组成。上述参考电压电路的一端接于运算放大器的输出端，另一端接于组成辅助电路的两对开关的接点处。所述运算放大器的另一端，则接于组成主控制电路的两对开关的接点处。此设计方案的作用在于使辅助电路的参考电压接近于电荷泵的输出电压，以消除开关效应对电路的影响。其中4个MOS管构成两对开关，是为了防止辅助电路到主电路的反相电流的形成，并且在适当的时候提供上拉或下拉电流的通路。本技术进一步在所述组成辅助电路的两对开关接点处，即参考电压电路的输出端并接一个电容，电容的另一端接地，由此稳定辅助电路中参考点的电压。本技术的效果是很明显的，由于采用了本技术所述结构的参考电压电路后，使得辅助电路的参考电压接近于电荷泵的输出电压，以消除开关效应对电路的影响。由此降低了输出电压的抖动，电荷泵性能得到了较大改善。由不同沟道结构的MOS管，即分别有一只P沟道的P-MOS管和另一只N沟道的N-MOS管构成的两对开关，有利于防止辅助电路到主控制电路的反相电流的形成，并且在适当的时候提供上拉或下拉电流的通路。所述电容的存在，进一步起到稳定辅助电路中参考点电压的作用。如图4所示，在20uA的偏置电流下，仿真结果表明电荷泵输出电压非常稳定。以下结合附图和实施例对本技术加以进一步描述，从而使本技术的结构细节、特点、目的和优点更加明确，但并不限制本技术的范围。图1是传统的电荷泵型锁相环电路图；图2是本技术所述C-MOS电荷泵的电路图；图3是直接用运放输出时的电压波形图；图4是采用本技术时的电压波形图。图中1-运算放大器 2-N-MOS管 3-P-MOS管4-N-MOS管 5-P-MOS管 6-电容 7-N-MOS管8-P-MOS管 9-N-MOS管 10-P-MOS管 11-上拉电流源12-下拉电流源 13-N-MOS管 14-P-MOS管 15-N-MOS管16-P-MOS管。具体实施方式现结合附图来说明本技术实施例的构造如附图2所示，一种C-MOS电荷泵，由包括主控制电路、辅助电路和参考电压电路所组成。所述各电路均由两对开关串联组成，而所述开关则分别为各由一只P沟道的P-MOS管和另一只N沟道的N-MOS管对接构成，如图2中的MOS管3、5、8、10、14和16分别为P-MOS管，MOS管2、4、7、9、13和15分别为N-MOS管，它们依次一一对应，即其中MOS管3和2、5和4、8和7、10和9、14和13、16和15分别对接为一开关，然后由MOS管14和13、16和15所构成的开关串接组成主控制电路，并接于上拉电流源11和下拉电流源12之间；由MOS管8和7、10和9所构成的开关串接组成辅助电路，也接于上拉电流源11和下拉电流源12之间；由MOS管3和2、5和4所构成的开关串接组成参考电压电路，其一端接于运算放大器1的输出端，另一端接于组成辅助电路的两对开关的串接点A处，所述运算放大器1的另一端接于组成主控制电路的两对开关的串接点B处。当上拉信号和下拉信号都为低时，此时环路滤波器上的电压应保持不变，组成主控制电路的MOS管13、14、15和16均关断，而组成辅助电路的MOS管7、8、9和10都导通，这样电流源的电流就从辅助电路中流过，避免了因电流源无电流输出而引起的电荷预分配效应，有效地消除了传统型电荷泵中控制电路开关设计中常遇的难点。为了减小开关效应对输出电压和电流源的影响，用一运算放大器作为跟随器使参考电压的值接近于输出电压，使得辅助电路的条件和主控制电路近似。若直接把运算放大的器1的输出作为辅助电路的参考电压时，由于运算放大器1对阶跃信号的响应特性，以及参考节点A对输出节点B的影响，会使得电荷泵的输出电压不稳定。为此，本技术设计采用了由MOS管2、3、4和5组成的参考电压电路，它的主要作用是在于避免输出点B电压高于参考点A电压时，输出节点B从参考节点A通过运算放大器1抽取电流，即打断了反向电流回路，避免造成输出电压的改变。如图2所示，给予所有MOS管栅极的Vuon、Vuop、Vurn、Vurp、Vdon、Vdop、Vdrn和Vdrp八种控制信号，是由鉴频鉴相器输出的上拉信号和下拉信号通过一现有技术的时序控制电路所获得的。所述控制信号中的第一位下脚标u表示上拉型信号，d表示下拉型信号；第二位下脚标o表示用于主控制电路的信号，r表示用于辅助电路的信号；第三位下脚标n表示N-MOS管的控制信号，p表示P-MOS管的控制信号。赋予组成参考电压电路的MOS管2、3、4和5上的控制信号，与赋予组成主控制电路的MOS管13、14、15和16上的控制信号相同，并且在4个控制信号给4个管子的分配上应满足当上拉信号或下拉信号中的一个为高时，下拉电流或上拉电流可通过MOS管2和5或MOS管3和4形成的电流通路。采用本技术所述结构的电荷泵电路后，在上拉信号和下拉信号相同时，电荷泵有一稳定的电平输出，如图4所示。将图4与采用传统结构时的仿真结果图3相比时，可充分反映出本技术的优越性。为了进一步稳定辅助电路中参考点的电压起见，在所述组成辅助电路的两对开关接点A处，并接一个电容，所述电容的另一端接地。权利要求1.一种C-MOS电荷泵，由包括主控制电路、辅助电路和参考电压电路所组成，所述主控制电路和辅助电路相并接，其特征在于所述各电路均由两对开关串联组成，而所述开关为各由一个P-MOS管和N-MOS管对接组成；所述参考电压电路的一端接于运算放大器的输出端，另一端接于组成辅助电路的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｃ－ＭＯＳ电荷泵，由包括主控制电路、辅助电路和参考电压电路所组成，所述主控制电路和辅助电路相并接，其特征在于：所述各电路均由两对开关串联组成，而所述开关为各由一个Ｐ－ＭＯＳ管和Ｎ－ＭＯＳ管对接组成；所述参考电压电路的一端接于运算放大器的输出端，另一端接于组成辅助电路的两对开关的串接点处，所述运算放大器的另一端接于组成主控制电路的两对开关的串接点处。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：来金梅，王烜，张海清，孙承绶，章倩苓，
申请(专利权)人：上海迪申电子科技有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]