极低压工作的电荷泵电路制造技术

本发明专利技术公开了一种极低电压工作的电荷泵电路，包括由第一Ｎ型ＭＯＳ管、第二Ｎ型ＭＯＳ管、第三Ｎ型ＭＯＳ管、第四Ｎ型ＭＯＳ管、第一Ｐ型ＭＯＳ管、第二Ｐ型ＭＯＳ管、第三Ｐ型ＭＯＳ管和第四Ｐ型ＭＯＳ管构成的共源共体的体驱动电流镜，第一运算放大器以及第二运算放大器。其中第二Ｎ型ＭＯＳ管和第四Ｎ型ＭＯＳ管既实现了下拉电流管的功能，又实现了下拉ＭＯＳ管的功能；第二Ｐ型ＭＯＳ管和第四Ｐ型ＭＯＳ管既实现了上拉电流管的功能，又实现了上拉ＭＯＳ管的功能；从而实现ＭＯＳ开关功能与电流镜功能的并联关系。通过两个运算放大器实现增益提高的目的，即使在低电源电压下，也能使共源共体电流镜的输出电阻增加。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电荷泵电路领域，具体涉及一种极低压工作的电荷泵电路。
技术介绍
锁相环(Phase-Locked Loop, PLL)具有独特的倍频和锁相功能，在无线通讯、时 钟恢复等系统中得到了广泛的应用。随着CMOS技术按比例縮小的进一步发展，集成电路 (Integrated Circuits, IC)将进入纳米尺寸，这增加了功能模块的密度、器件的速度以及 电路处理信号的能力。然而，为了满足可靠性，避免击穿、热载流子效应以及功耗密度过大 等问题，其工作电压也在等比例地縮小。传统的模拟电路的设计通常都是适用于较高的电 源电压，许多器件需要级联。电源电压逐渐降低，而相对的阈值电压却没有明显减小，这样 导致了可获得的电压摆幅变小。传统的电路结构在电源电压降低到IV以下时由于没有足 够的电压净空间，许多结构将不再适用，这使得模拟电路的设计受到了极大的挑战。 传统的电荷泵电路通常由控制信号控制MOS管的栅极，从而实现充电电流和放电 电流路径的导通与关闭，这里MOS管与电流镜是串联关系。通常MOS管放置在电流镜的源 极(如图1中(a)部分所示)、漏极(如图1中(b)部分所示)或者栅极(如图1中(c)部 分所示)。 当MOS管放置在电流镜的源极时充电信号UP控制电源VDD与P型电流镜源极之 间的通路，放电信号DN控制N型电流镜源极与地之间的通路，从而实现电流镜对输出结点 Vout的充放电。 当MOS管放置在电流镜的漏极时充电信号UP控制P型电流镜漏极与输出结点 Vout之间的通路，放电信号DN控制输出结点Vout与N型电流镜漏极之间的通路，从而实现 电流镜对输出结点Vout的充放电。 当MOS管放置在电流镜的栅极时充电信号UP控制电源VDD与P型电流镜的栅极 之间的通路，放电信号DN控制N型电流镜的栅极与地之间的通路，从而实现电流镜栅极电 压的控制，达到对输出结点Vout充放电的效果。 级联结构的电路形式不利于极低电压的工作环境，MOS管放置在栅极的结构的充 放电电流由于输出阻抗较小，容易受到输出电压的影响。因此针对极低压工作的环境，传统 的电荷泵电路结构仍然存在问题。
技术实现思路
本专利技术提供了一种能够在较大的输出电压范围内保持充电电流和放电电流相匹 配的极低压工作的电荷泵电路。 为了解决传统的电荷泵电路极低电压下工作的问题，本专利技术采用体驱动电流镜结 构，由控制信号控制电流镜的栅极，从而实现MOS管功能与电流镜功能的并联关系。在共源 共体电路中应用了增益提高技术， 输出电阻增加，从而实现了在较大范围的输出电压情 况下，提供良好的充电电流和放电电流的匹配。 —种极低压工作的电荷泵电路，包括由第一 N型MOS管、第二 N型MOS管、第三N型M0S管、第四N型M0S管、第一P型M0S管、第二P型M0S管、第三P型M0S管和第四P型MOS管构成的共源共体的体驱动电流镜，第一运算放大器以及第二运算放大器；其中第二 N型MOS管和第四N型MOS管既实现了下拉电流管的功能，又实现了下拉开关管的功能；第二 P型MOS管和第四P型MOS管既实现了上拉电流管的功能，又实现了上拉开关管的功能；从而实现MOS开关功能与电流镜功能的并联关系。 所述的第一运算放大器的正输入端与第一 N型MOS管的源极及第三N型MOS管的漏极相连，第一运算放大器的负输入端与第二 N型MOS管的源极以及第四N型MOS管的漏极相连，第一运算放大器的输出控制第二 N型MOS管的体端； 第二 N型MOS管的栅极和第四N型MOS管的栅极由放电信号控制； 第一 N型MOS管的漏极与第一 N型MOS管的体端、第三N型MOS管的体端以及第四N型MOS管的体端相连； 第一 N型MOS管的栅极和第三N型MOS管的栅极与电源相连； 第一 N型MOS管的隔离端、第二 N型MOS管的隔离端、第三N型MOS管的隔离端、第四N型MOS管的隔离端与电源相连； 第三N型MOS管的源极和第四N型MOS管的源极接地； 所述的第二运算放大器的正输入端与第一 P型MOS管的源极及第三P型MOS管的漏极相连，第二运算放大器的负输入端与第二 P型MOS管的源极及第四P型MOS管的漏极相连，第二运算放大器的输出控制第二 P型MOS管的体端； 第一 P型MOS管的漏极与第一 P型MOS管的体端、第三P型MOS管的体端以及第四P型MOS管的体端相连； 第一 P型MOS管的栅极与第三P型MOS管的栅极接地； 第三P型MOS管的源极和第四P型MOS管的源极与电源相连； 第二 P型MOS管的栅极和第四P型MOS管的栅极由充电信号控制； 第二 N型MOS管的漏极和第二 P型MOS管的漏极与输出结点相连。 与现有技术相比，本专利技术的优点就在于本专利技术极低压工作的电荷泵电路，在引入运算放大器的基础上，提出控制信号控制共源共体电流镜结构中的栅，从而实现MOS管与电流路径并联的方式，使得电路能够工作在极低电源电压下，且利用通过两个运算放大器实现增益提高，即使在低电源电压下，也能使输出电阻增加，从而获得较大输出电压范围内良好的充电电流和放电电流的匹配。 本专利技术极低压工作的电荷泵电路能够工作在极低电压(0.5V)，且输出电压在10mV 480mV范围内充电电流和放电电流均具有良好的匹配。附图说明 图1是三种传统电荷泵电路的电路结构示意图； 图2是本专利技术极低压工作的电荷泵电路的电路结构示意图； 图3是本专利技术极低压工作的电荷泵电路中采用的5端口 N型MOS管的结构示意图； 图4是本专利技术极低压工作的电荷泵电路的Spectre模拟结果示意图。具体实施例方式如图2所示，本专利技术的极低压工作的电荷泵电路，包括由第一N型M0S管N1、第二N型MOS管N2、第三N型MOS管N3、第四N型MOS管N4、第一 P型MOS管Pl、第二 P型MOS管P2、第三P型MOS管P3和第四P型MOS管P4构成的共源共体的体驱动电流镜，第一运算放大器0P1以及第二运算放大器0P2。 所述的第一运算放大器0P1的正输入端与第一 N型MOS管Nl的源极及第三N型MOS管N3的漏极相连，第一运算放大器0P1的负输入端与第二 N型MOS管N2的源极以及第四N型MOS管N4的漏极相连，第一运算放大器0P1的输出控制第二 N型MOS管N2的体丄山顺； 第二 N型MOS管N2的栅极和第四N型MOS管N4的栅极由放电信号DN控制； 第一 N型MOS管Nl的漏极、第一 N型MOS管Nl的体端、第三N型MOS管N3的体端以及第四N型MOS管N4的体端相连； 第一 N型MOS管Nl的栅极和第三N型MOS管N3的栅极与电源VDD相连；第一N型M0S管N1的隔离端、第二 N型MOS管N2的隔离端、第三N型MOS管N3的隔离端、第四N型MOS管N4的隔离端与电源VDD相连； 第三N型MOS管N3的源极和第四N型MOS管N4的源极接地； 共源共体电流镜通过偏置电流源I与电源VDD相连，将偏置电流I镜像输出，形成放电电流Idn。 所述的第二运算放大器0P2的正输入端与第一 P型MOS管PI的源极及第三P型MOS管P3的漏极相连，第二运算放大器0P2的负输入端与第二 P型MOS管P2的源极及第四P型MOS管P4的漏极相连，第二运算放大器0P2的输出控制第二 P型MOS管P2的体端； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种极低压工作的电荷泵电路，其特征在于：包括由第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）、第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）、第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）、第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）、第一Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ１）、第二Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ２）、第三Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ３）和第四Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ４）构成的共源共体的体驱动电流镜，第一运算放大器（ＯＰ１）以及第二运算放大器（ＯＰ２）；所述的第一运算放大器（ＯＰ１）的正输入端与第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）的源极及第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）的漏极相连，第一运算放大器（ＯＰ１）的负输入端与第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）的源极以及第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）的漏极相连，第一运算放大器（ＯＰ１）的输出控制第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）的体端；第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）的栅极和第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）的栅极由放电信号（ＤＮ）控制；第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）的漏极与第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）的体端、第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）的体端以及第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）的体端相连；第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）的栅极和第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）的栅极与电源（ＶＤＤ）相连；第一Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ１）的隔离端、第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）的隔离端、第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）的隔离端、第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）的隔离端与电源（ＶＤＤ）相连；第三Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ３）的源极和第四Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ４）的源极接地；所述的第二运算放大器（ＯＰ２）的正输入端与第一Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ１）的源极及第三Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ３）的漏极相连，第二运算放大器（ＯＰ２）的负输入端与第二Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ２）的源极及第四Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ４）的漏极相连，第二运算放大器（ＯＰ２）的输出控制第二Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ２）的体端；第一Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ１）的漏极与第一Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ１）的体端、第三Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ３）的体端以及第四Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ４）的体端相连；第一Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ１）的栅极与第三Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ３）的栅极接地；第三Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ３）的源极和第四Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ４）的源极与电源（ＶＤＤ）相连；第二Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ２）的栅极和第四Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ４）的栅极由充电信号（ＵＰ）控制；第二Ｎ型ＭＯＳ管（Ｎ２）的漏极和第二Ｐ型ＭＯＳ管（Ｐ２）的漏极与输出结点（Ｖｏｕｔ）相连。...

【技术特征摘要】
一种极低压工作的电荷泵电路，其特征在于包括由第一N型MOS管(N1)、第二N型MOS管(N2)、第三N型MOS管(N3)、第四N型MOS管(N4)、第一P型MOS管(P1)、第二P型MOS管(P2)、第三P型MOS管(P3)和第四P型MOS管(P4)构成的共源共体的体驱动电流镜，第一运算放大器(OP1)以及第二运算放大器(OP2)；所述的第一运算放大器(OP1)的正输入端与第一N型MOS管(N1)的源极及第三N型MOS管(N3)的漏极相连，第一运算放大器(OP1)的负输入端与第二N型MOS管(N2)的源极以及第四N型MOS管(N4)的漏极相连，第一运算放大器(OP1)的输出控制第二N型MOS管(N2)的体端；第二N型MOS管(N2)的栅极和第四N型MOS管(N4)的栅极由放电信号(DN)控制；第一N型MOS管(N1)的漏极与第一N型MOS管(N1)的体端、第三N型MOS管(N3)的体端以及第四N型MOS管(N4)的体端相连；第一N型MOS管(N1)的栅极和第三N型MOS管(N3)的栅极与电源(VDD)相连；第一N型MOS管(N1...

【专利技术属性】
技术研发人员：周海峰，韩雁，梁筱，杨伟伟，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]