一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵技术方案

本发明专利技术请求保护一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，属于微电子技术领域，包括充电电流补偿电路、电荷泵核心电路及放电电流补偿电路。本发明专利技术采用MOS管M13～M15及放大器OP2构成低电压区域充电电流I

【技术实现步骤摘要】
一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵


[0001]本专利技术属于微电子
，具体涉及一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵。

技术介绍

[0002]锁相环作为时钟产生电路的重要形式，在集成电路中广泛使用。电荷泵型锁相环具有高速、低抖动等特点，是目前常用的一种锁相环结构。电荷泵作为电荷泵型锁相环的重要组成部分，其性能直接影响锁相环的性能，进而影响时钟产生电路的性能特性。
[0003]图1为一种传统的电荷泵电路，主要充电电流源Iup、充电开关S1、放电开关S2以及放电电流源Idn组成。当开关S1闭合、开关S2断开时，充电电流源Iup通过充电开关S1对后级的滤波电容进行充电；当开关S1断开、开关S2闭合时，后级的滤波电容通过开关S2、放电电流源Idn进行放电，当开关S1与开关S2均断开时，后级的滤波电容上的电压保持不变。无论怎样，传统的电荷泵电路存在电流失配、关闭时有漏电流等问题，其直接影响锁相环的性能特性。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵。本专利技术的技术方案如下：
[0005]一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其包括：充电电流补偿电路(1)、电荷泵核心电路(2)及放电电流补偿电路(3)，其中，所述充电电流补偿电路(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)的信号输出端分别接所述充电电流补偿电路(1)的信号输入端及所述放电电流补偿电路(3)的信号输入端，所述放电电流补偿电路(3)的信号输出端接所述电荷泵核心电路(2)的信号输入端，所述充电电流补偿电路(1)为所述电荷泵核心电路(2)提供充电补偿电流，所述放电电流补偿电路(3)为所述电荷泵核心电路(2)提供放电补偿电流，所述电荷泵核心电路(2)为锁相环系统的滤波电路提供充放电流。
[0006]进一步的，所述充电电流补偿电路(1)包括：PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、PMOS管M19、放大器OP2、放大器OP5以及传输门T1，其中PMOS管M14的源极分别与PMOS管M13的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M14的栅极分别与PMOS管M13的栅极、PMOS管M14的漏极以及NMOS管M15的漏极相连，NMOS管M15的源极分别与放大器OP2的输出端以及放大器OP2的反相输入端相连，放大器OP5的反相输入端分别与放大器OP5的输出端以及PMOS管M19的源极相连，PMOS管M19的漏极与传输门T1的输入端相连，传输门T1的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T1的另一控制端与信号控制端相连。
[0007]进一步的，所述电荷泵核心电路(2)包括：电流源IR1、电流源IR2、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、NMOS管M9、NMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、传输门T2、传输门T3、传输门T4、传输门T5以及放大器OP1，其中
电流源IR1的一端分别接PMOS管M4的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M12的源极以及外部电源VDD相连，电源IR1的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极以及NMOS管M2的栅极相连，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的源极相连，PMOS管M3的漏极分别与PMOS管M4的栅极、PMOS管M5的栅极、PMOS管M13的漏极以及NMOS管M2的漏极相连，PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M6的栅极、PMOS管M19的栅极、PMOS管M16的栅极以及偏置端VB1相连，PMOS管M5的漏极与PMOS管M6的源极相连，PMOS管M6的漏极分别与放大器OP5的同相输入端、传输门T2的输入端以及传输门T4的输入端相连，传输门T2的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T2的另一控制端与信号控制端相连，传输门T2的输出端分别与放大器OP1的输出端、放大器OP1的反相输入端以及传输门T3的输入端相连，传输门T3的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T3的另一控制端与信号控制端相连，传输门T4的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T4的另一控制端与信号控制端相连，传输门T4的输出端分别与传输门T1的输出端、放大器OP2的同相输入端、放大器OP1的同相输入端、传输门T5的输入端、放大器OP3的同相输入端、传输门T6的输入端以及电荷泵输出端VC相连，传输门T5的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T5的另一控制端与信号控制相连，传输门T5的输出端分别与传输门T3的输出端、放大器OP4的同相输入端以及NMOS管M7的漏极相连，NMOS管M7的栅极分别与NMOS管M9的栅极、NMOS管M20的栅极、NMOS管M15的栅极以及偏置端VB2相连，NMOS管M7的源极与NMOS管M8的漏极相连，NMOS管M8的栅极分别与NMOS管M10的栅极、NMOS管M9的漏极、NMOS管M18的漏极以及PMOS管M11的漏极相连，NMOS管M9的源极与NMOS管M10的漏极相连，PMOS管M12的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的漏极以及电流源IR2的一端相连，电流源IR2的另一端分别与NMOS管M1的源极、NMOS管M2的源极、NMOS管M8的源极、NMOS管M10的源极以及外部地线GND相连。
[0008]进一步的，所述放电电流补偿电路(3)包括：PMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M20、放大器OP3、放大器OP4以及传输门T6，其中放大器OP3的反相输入端分别与放大器OP3的输出端以及PMOS管M16的源极相连，PMOS管M16的漏极分别与NMOS管M17的漏极、NMOS管M17的栅极以及NMOS管M18的栅极相连，NMOS管M17的源极分别与NMOS管M18的源极以及外部地线GND相连，传输门T6的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T6的另一控制端与信号控制端相连，传输门T6的输出端与NMOS管M20的漏极相连，NMOS管M20的源极分别与放大器OP4的输出端以及放大器OP4的反相输入端相连。
[0009]进一步的，所述充电电流补偿电路(1)中，PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、放大器OP2构成低电压区域充电电流的补偿电路，提高充电电流在低电压区域的匹配范围，放大器OP2构成单位增益负反馈使得其NMOS管M15的源极电压等于电荷泵输出端VC的电压V
C
，当电荷泵输出端VC的电压V
C
较低时，NMOS管M15开启且其漏极电流其中，μ
n
为电子迁移率，C
ox
为单位面积栅氧化层电容，(W/L)
15
为NMOS管M15的沟道宽长比，V
B2
为偏置端VB2的电压，V
THn
为NMOS管的阈值电压，PMOS管M13与PMOS管M14完全相同，PMOS管M13的漏极电流I<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，包括：充电电流补偿电路(1)、电荷泵核心电路(2)及放电电流补偿电路(3)，其中，所述充电电流补偿电路(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)的信号输出端分别接所述充电电流补偿电路(1)的信号输入端及所述放电电流补偿电路(3)的信号输入端，所述放电电流补偿电路(3)的信号输出端接所述电荷泵核心电路(2)的信号输入端，所述充电电流补偿电路(1)主要通过PMOS管M13、传输门T1为所述电荷泵核心电路(2)提供充电补偿电流，所述放电电流补偿电路(3)主要通过传输门T6、NMOS管M18在内的元器件为所述电荷泵核心电路(2)提供放电补偿电流，所述电荷泵核心电路(2)主要通过传输门T4、传输门T5、电路输出端VC为锁相环系统的滤波电路提供充放电流。2.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，所述充电电流补偿电路(1)包括：PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、PMOS管M19、放大器OP2、放大器OP5以及传输门T1，其中PMOS管M14的源极分别与PMOS管M13的源极以及外部电源VDD相连，PMOS管M14的栅极分别与PMOS管M13的栅极、PMOS管M14的漏极以及NMOS管M15的漏极相连，NMOS管M15的源极分别与放大器OP2的输出端以及放大器OP2的反相输入端相连，放大器OP5的反相输入端分别与放大器OP5的输出端以及PMOS管M19的源极相连，PMOS管M19的漏极与传输门T1的输入端相连，传输门T1的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T1的另一控制端与信号控制端相连。3.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，所述电荷泵核心电路(2)包括：电流源IR1、电流源IR2、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、NMOS管M9、NMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、传输门T2、传输门T3、传输门T4、传输门T5以及放大器OP1，其中电流源IR1的一端分别接PMOS管M4的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M12的源极以及外部电源VDD相连，电源IR1的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极以及NMOS管M2的栅极相连，PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的源极相连，PMOS管M3的漏极分别与PMOS管M4的栅极、PMOS管M5的栅极、PMOS管M13的漏极以及NMOS管M2的漏极相连，PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M6的栅极、PMOS管M19的栅极、PMOS管M16的栅极以及偏置端VB1相连，PMOS管M5的漏极与PMOS管M6的源极相连，PMOS管M6的漏极分别与放大器OP5的同相输入端、传输门T2的输入端以及传输门T4的输入端相连，传输门T2的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T2的另一控制端与信号控制端相连，传输门T2的输出端分别与放大器OP1的输出端、放大器OP1的反相输入端以及传输门T3的输入端相连，传输门T3的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T3的另一控制端与信号控制端相连，传输门T4的一控制端与信号控制端UP相连，传输门T4的另一控制端与信号控制端相连，传输门T4的输出端分别与传输门T1的输出端、放大器OP2的同相输入端、放大器OP1的同相输入端、传输门T5的输入端、放大器OP3的同相输入端、传输门T6的输入端以及电荷泵输出端VC相连，传输门T5的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T5的另一控制端与信号控制相连，传输门T5的输出端分别与传输门T3的输出端、放大器OP4的同相输入端以及NMOS管M7的漏极相连，NMOS管M7的栅极分别与NMOS管M9的栅极、NMOS管M20的栅极、NMOS管M15的栅极以及偏置端VB2相连，NMOS管M7的源极与
NMOS管M8的漏极相连，NMOS管M8的栅极分别与NMOS管M10的栅极、NMOS管M9的漏极、NMOS管M18的漏极以及PMOS管M11的漏极相连，NMOS管M9的源极与NMOS管M10的漏极相连，PMOS管M12的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的漏极以及电流源IR2的一端相连，电流源IR2的另一端分别与NMOS管M1的源极、NMOS管M2的源极、NMOS管M8的源极、NMOS管M10的源极以及外部地线GND相连。4.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，所述放电电流补偿电路(3)包括：PMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M20、放大器OP3、放大器OP4以及传输门T6，其中放大器OP3的反相输入端分别与放大器OP3的输出端以及PMOS管M16的源极相连，PMOS管M16的漏极分别与NMOS管M17的漏极、NMOS管M17的栅极以及NMOS管M18的栅极相连，NMOS管M17的源极分别与NMOS管M18的源极以及外部地线GND相连，传输门T6的一控制端与信号控制端DN相连，传输门T6的另一控制端与信号控制端相连，传输门T6的输出端与NMOS管M20的漏极相连，NMOS管M20的源极分别与放大器OP4的输出端以及放大器OP4的反相输入端相连。5.根据权利要求2所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，所述充电电流补偿电路(1)中，PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、放大器OP2构成低电压区域充电电流的补偿电路，提高充电电流在低电压区域的匹配范围，放大器OP2构成单位增益负反馈使得其NMOS管M15的源极电压等于电荷泵输出端VC的电压V
C
，当电荷泵输出端VC的电压V
C
较低时，NMOS管M15开启且其漏极电流其中，μ
n
为电子迁移率，C
ox
为单位面积栅氧化层电容，(W/L)
15
为NMOS管M15的沟道宽长比，V
B2
为偏置端VB2的电压，V
THn
为NMOS管的阈值电压，PMOS管M13与PMOS管M14完全相同，PMOS管M13的漏极电流I
13
与PMOS管M14的漏极电流I
14
有I
13
＝I
14
＝I
15
。6.根据权利要求5所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵，其特征在于，所述充...

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