电荷泵电路、锁相环电路和集成电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种电荷泵电路、锁相环电路和集成电路。包括偏置电流源、电流产生模块、充放电模块和运算放大器，运算放大器具有与电荷泵输出节点连接的反相输入端，分别与充放电模块中的第一节点以及电流产生模块中的第二节点连接的正相输入端，以及用于对电流产生模块进行负反馈偏置的输出端，本实用新型专利技术提出的电荷泵电路仅使用一个运算放大器即可减小电荷泵的电荷共享和电流失配，无需在电路中引入另外的运算放大器，可以减小电路功耗。可以减小电路功耗。可以减小电路功耗。

【技术实现步骤摘要】
电荷泵电路、锁相环电路和集成电路


[0001]本技术涉及集成电路
，更具体地，涉及一种电荷泵电路、锁相环电路和集成电路。

技术介绍

[0002]锁相环(Phase Locked Loop，简称PLL)作为闭环跟踪电路中的一部分，能够对闭环电路内部的频率和相位进行控制，被广泛应用于电子学和通信领域。其中，基于电荷泵的锁相环(简称CPPLL)是目前锁相环电路的设计主流，其具有捕捉范围宽、捕捉时间短、线性范围大、高速低功耗等优点，因此被广泛应用于现在通信以及射频领域中。
[0003]电荷泵(Charge Pump，简称CP)是CPPLL的重要组成部分，用于将鉴频鉴相器(Phase Frequency Detector，简称PFD)输出的数字信号转换成模拟信号，该模拟信号控制着压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator，简称VCO)的频率变化。在鉴频鉴相器的灵敏度足够高时，电荷泵的性能直接会影响压控振荡器输出频率的质量。高性能电荷泵的选取与应用对提高PLL整体性能起到至关重要的作用。然而，电荷泵电路会存在电荷共享、沟道电荷注入、时钟馈通、电流适配等非理想因素，制约了电荷泵锁相环的性能。
[0004]图1示出了目前工程上广泛使用的一种电荷泵的电路示意图。其中，晶体管M1和M2是核心工作电路，根据数字信号UP和DN的不同，电荷泵100可以通过CPO端口吸收或流出电流。晶体管M3、晶体管M4和运算放大器OP构成了一个自举电路，可以解决电荷泵100的电荷共享问题，提升工作性能。电流源Iup和Idn提供工作所需的偏置电路。当数字信号UP和DN同时为低电平信号时，晶体管M1导通，晶体管M2关断，电荷泵100通过CPO端口对外输出电流；当信号UP和DN同时为高电平信号时，晶体管M1关断，晶体管M2导通，电荷泵100通过CPO端口从外界吸收电流；当信号UP和DN分别为高电平和低电平信号时，晶体管M1和M2关断，电荷泵100不工作，但此时晶体管M3和M4导通，再结合运算放大器OP三者组成自举电路，将X点和Y点的电位固定到CPO端口的电位，这样在下次电荷泵正常工作时，三者初始电位相同，不会发生电荷共享现象。该结构虽然可以改善电荷泵的电荷共享效应，但是却不能避免电流源Iup和Idn的电流失配。
[0005]图2示出了现有技术的另一种电荷泵的电路示意图。为了减轻或消除电荷泵的电流失配，图2中的电荷泵200利用单位增益运算放大器OP偏置电流镜的方式来使得输出电压与偏置漏极参考电压保持一致，从而显著提高电荷泵的动态电流匹配性能。但是，此种设计方式并不能改善其他非理想效应。
[0006]此外，现有技术中还存在将上述的图1和图2结合的方式来同时改善电荷泵的电荷共享和电流失配效应，但是却会导致功耗的增加，特别是，对于输出电流较大的电荷泵，虽然两个运算放大器的使用可以实现高度匹配，但是其功耗也会呈倍数增加。

技术实现思路

[0007]鉴于上述问题，本技术的目的在于提供一种电荷泵电路、锁相环电路和集成
电路，不仅可以减小电荷泵的电荷共享和电流失配等非理想效应的影响，使得电荷泵在工作范围内高度匹配，且在电路中无需引入第二个运算放大器，可以大大减少电路的功耗。
[0008]根据本技术的第一方面，提供了一种电荷泵电路，包括：偏置电流源；充放电模块，包括连接于充电节点和放电节点之间的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的公共端与电荷泵输出节点连接，以及连接于所述充电节点和所述放电节点之间的第三晶体管和第四晶体管；电流产生模块，包括与所述偏置电流源以及所述放电节点连接的第一电流镜支路，以及与所述偏置电流源以及所述充电节点连接的第二电流镜支路，所述第二电流镜支路包括第五晶体管至第十晶体管，其中，第七晶体管的第一端和控制端与所述偏置电流源连接，第二端接地，第九晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及第八晶体管串联连接于电源电压和地之间，所述第五晶体管的控制端与所述第一晶体管的控制端连接，所述第六晶体管的控制端与所述第二晶体管的控制端连接，所述第八晶体管的控制端与所述第七晶体管的控制端连接，第十晶体管连接于所述电源电压和所述充电节点之间；运算放大器，具有与所述电荷泵输出节点连接的反相输入端，分别与所述第三晶体管和所述第四晶体管之间的第一节点以及所述第五晶体管和所述第六晶体管之间的第二节点连接的正相输入端，以及与所述第九晶体管和所述第十晶体管的控制端连接的输出端。
[0009]可选的，所述第三晶体管的控制端连接第一反相器的第一端，所述第一晶体管的控制端连接所述第一反相器的第二端；所述第二晶体管的控制端连接第二反相器的第一端，所述第四晶体管的控制端连接所述第二反相器的第二端。
[0010]可选的，所述电流产生模块还包括连接于所述放电节点和地之间的第十一晶体管，所述第十一晶体管的控制端与所述第七晶体管的控制端连接，以与所述第七晶体管构成所述第一电流镜支路。
[0011]可选的，所述第一晶体管、所述第三晶体管、所述第五晶体管、所述第九晶体管以及所述第十晶体管为PMOS晶体管，所述第二晶体管、所述第四晶体管、所述第六晶体管、所述第七晶体管、所述第八晶体管以及所述第十一晶体管为NMOS晶体管。
[0012]根据本技术的第二方面，提供了一种锁相环电路，包括上述的电荷泵电路、与所述电荷泵电路相连的鉴频鉴相器和环路滤波器、与所述环路滤波器相连的压控振荡器、以及与所述压控振荡器和所述鉴频鉴相器相连的分频器。
[0013]根据本技术的第三方面，提供了一种集成电路，包括上述的锁相环电路。
[0014]本技术提供了一种基于运算放大器复用的电荷泵电路，包括偏置电流源、电流产生模块、充放电模块以及单个运算放大器。其中，电流产生模块与偏置电流源连接，用于根据偏置电流源提供的偏置电流在充电节点产生充电电流，以及在放电节点产生放电电流，充放电模块连接于所述充电节点和放电节点之间，用于对电荷泵输出节点进行充放电操作，单运算放大器的正相输入端与充放电模块中的第一节点以及电流产生模块中的第二节点连接，单运算放大器的反相输入端与电荷泵输出节点连接，该单运算放大器通过对电流产生模块进行负反馈偏置，可以使得电荷泵电路中的充电节点和/或放电节点处的电压与电荷泵输出节点处的电压保持一致，消除电荷泵电路中的电荷再分配，以及使得充电电流与放电电流的电流匹配度维持在预设范围内，减小电流的失配。因此，本技术提供的电荷泵电路有利于减小电荷泵的电荷共享和电流失配等非理想效应的影响，使得电荷泵在工作范围内高度匹配，且在电路中无需引入第二个运算放大器，可以大大减少电路的功耗。
附图说明
[0015]通过以下参照附图对本技术实施例的描述，本技术的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0016]图1示出了目前工程上广泛使用的一种电荷泵的电路示意图。
[0017]图2示出了现有技术的另一种电荷泵的电路示意图。
[0018]图3示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电荷泵电路，其特征在于，包括：偏置电流源；充放电模块，包括连接于充电节点和放电节点之间的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管的公共端与电荷泵输出节点连接，以及连接于所述充电节点和所述放电节点之间的第三晶体管和第四晶体管；电流产生模块，包括与所述偏置电流源以及所述放电节点连接的第一电流镜支路，以及与所述偏置电流源以及所述充电节点连接的第二电流镜支路，所述第二电流镜支路包括第五晶体管至第十晶体管，其中，第七晶体管的第一端和控制端与所述偏置电流源连接，第二端接地，第九晶体管、第五晶体管、第六晶体管以及第八晶体管串联连接于电源电压和地之间，所述第五晶体管的控制端与所述第一晶体管的控制端连接，所述第六晶体管的控制端与所述第二晶体管的控制端连接，所述第八晶体管的控制端与所述第七晶体管的控制端连接，第十晶体管连接于所述电源电压和所述充电节点之间；运算放大器，具有与所述电荷泵输出节点连接的反相输入端，分别与所述第三晶体管和所述第四晶体管之间的第一节点以及所述第五晶体管和所述第六晶体管之间的第二节点连接的正相输入端，以及与所述第九晶体管和所述第十晶体管的控制端连接的输出端。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯佳威，
申请(专利权)人：圣邦微电子北京股份有限公司，
类型：新型
国别省市：