一种低电流失配的锁相环电荷泵电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，它包括电流镜和电荷泵，电荷泵包括：第一输入传输门和第二输入传输门；在第一输入传输门和输出节点vout间设有共源共栅晶体管M41、M42构成了第一条电流通路；在输出节点vout和第二输入传输门之间设有共源共栅晶体管M43、M44构成了第二条电流通路；电流镜耦合到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极，传输偏置电压V1、V2，、V3、V4分别到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极；偏置电压V1、V2，、V3、V4分别使共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44工作在饱和区。相比较一般没有用共源共栅结构的电荷泵电路，输出阻抗大了一个量级，得到一个较小的失配电流。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种单端电荷泵，具体说是一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，其能够有效的得到较大的输出阻抗，宽的输出电压摆幅，和较低的系统增益误差，又能够以相对较低的电荷泵电流工作。
技术介绍
锁相环(Phase locked loop,简称“PLL”)电路是用来产生一个能够将频率和相位锁定在另外一个信号的电子系统，锁相环电路可以与其他模块一起构成时钟数据恢复电路，将输入数据同步到一个时钟信号。典型的PLL包括一个鉴频鉴频器(Phase Frequency Detector,简称PFD)、电荷泵(Charge Pump,简称CP)、环路滤波器(Low Pass Filter,简称LPF)和压控振荡器(Voltage Controlled Oscillator,简称VC0)。PLL接受外部参考信号，并与本地产生的频 率可变信号进行相位比较。鉴频鉴相器PFD通过比较参考信号和本地频率可变信号，产生相位误差信号UP和DN，这两个相位误差信号作为电荷泵CP的输入。电荷泵CP会产生一个相应的电流来响应相位误差信号。电又会流入环路滤波器LPF并产生一个电压 用以控制压控振荡器VCO来相应的改变振荡频率。通过控制VCO的输出频率，PLL的频率和相位会逐渐匹配到输入的参考信号。如图I所示现有的PLL包括鉴相器(PHASE DETCET0R)，用来检测两个信号的相位误差；电荷泵(charge pump),用来接收鉴相器的误差信号并输出一个对应的电流Icp ;环路滤波器(LOOP FILTER)，用来控制反馈环路(CLOCK SIGNAL)的动态特性，并滤除电荷泵产生的电流\的高频噪声；压控振荡器(VCO)根据环路滤波器产生的的输出电压Vrf来产生可变频的时钟信号，反馈环路将这些元件连接起来。系统(PLL)接受一个参考信号(Reference Signal),产生一个时钟信号(Clock Signal)用来匹配这个参考信号的频率。鉴相器比较的是一个参考信号和一个时钟信号的相位。鉴相器可能会包括一个XOR门，或者是一个四象限乘法器，或者是一个鉴频鉴相器(PFD)。实际中，鉴相器用参考信号和时钟信号的相位差来产生一个相应的误差修正信号。这个误差修正信号包含一个上升信号(记为“up”)和一个下降信号(记为“dn”)，误差修正信号包括两个工作在相反的逻辑的信号，一个是上升信号，一个是下降信号。实际中，误差修正信号与参考信号、时钟信号的相位误差信号成正比。如果时钟信号的相位严重滞后于参考信号的相位，鉴相器输出一个相对较宽的up信号(例如，一个宽的正信号)。如果时钟信号的相位稍微超前与于参考信号的相位，鉴相器输出一个相对较窄的dn信号(例如，一个窄的负信号)。鉴相器将误差修正信号传送给电荷泵。电荷泵响应接收到的误差修正信号产生一个电流&P。实际中，UP和dn信号脉冲宽度的大小与电荷泵输出的平均电流成正比。一个宽的up脉冲使电荷泵供给环路滤波器成比例的大量的正电流，而一个窄的dn脉冲使电荷泵供给环路滤波器成比例的少量的负电流。电荷泵的输出电流决定了环路滤波器的输出电压(Vrf)。实际中，环路滤波器会滤除与电荷泵输出电流相关的高频部分(例如噪声，高频输入抖动等等)，从而使Lp很好的跟踪无高频干扰(或其他不希望的干扰)的参考信号相位变化。另外，电荷泵的输出阻抗会影响环路滤波器的传输函数。因此，希望电荷泵有很高的输出阻抗。环路滤波器的输出电压(例如Kti)传输到VCO。VCO根据Vct]产生时钟信号(ClockSignal)。实际中，Frf控制VCO输出的时钟信号的频率。电荷泵产生的一个大的正电流脉冲会使环路滤波器处的Vrf成比例的上升。反过来，增加的·^tl又会使VCO时钟信号的频率增 力口。电荷泵产生的一个小的负电流脉冲会使环路滤波器处的Kti成比例的减小，而减小的1又会使VCO时钟信号的频率降低。因为电荷泵的输出电流会直接影响VCO的频率，所以就需要使得VCO工作在一个尽量宽的线性电压范围来保证所需要的频率。压控振荡器VCO产生的时钟信号反馈到鉴相器，并通过上面的步骤将时钟信号和参考信号进行同步。因为压控振荡器VCO的振荡频率由环路滤波器输出端控制电压Iti决定，而控制电压Fcti又取决于电荷泵产生的电流Lp，所以电荷泵CP的线性工作范围就很重要。现有的电荷泵电路由于MOS开关寄生的栅漏电容、栅源电容以及沟道反型层中电荷的存在，整个电荷泵电路就会存在泄漏电流、充放电电流失配、电荷泵开关延时失配、时钟馈通等非线性问题，而这些非线性问题会引起电荷泵输出电压的抖动，进而引起VCO输出频率的抖动并降低噪声性能。
技术实现思路
专利技术目的本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以满足低电流失配的锁相环电荷泵电路。为了解决上述技术问题，本技术采用了如下的技术方案一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，它包括电流镜和电荷泵，所述的电荷泵包括第一输入传输门Tiip :用于接收互补的上升信号up、UPb，为了响应上升信号，从电源Fm传送一个相应的输出电流到输出节点VOUt ;第二输入传输门'『dll :接收互补的下降信号dn、dnb,为了响应下降信号，从输出节点vout传送一个相应的输出电流到地gnd ;在第一输入传输门TuP和输出节点vout之间设有共源共栅晶体管M41、M42构成了第一条电流通路；共源共栅晶体管M41的源端连接到第一输入传输门Tup ;在输出节点vout和第二输入传输门Tda之间设有共源共栅晶体管M43、M44构成了第二条电流通路；共源共栅晶体管M44的源端连接到第二输入传输门 ；电流镜耦合到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极，传输偏置电压VI、V2，、V3、V4分别到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极；偏置电压VI、V2，、V3、V4分别使共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44工作在饱和区。其中，共源共栅晶体管M41、M42是pMOS晶体管；共源共栅晶体管M43、M44是nMOS晶体管；共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44也可以是双极结型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。其中，所述的电流镜包括场效应管M4a，场效应管M4a的源级接电源1<^ ,场效应管M4a的栅极接地gnd，场效应管M4a的漏极接场效应管Mll的源极；场效应管Mll的栅极接场效应管M12的漏极，场效应管Mll的漏极接场效应管M12的源极，场效应管M12的漏极接场效应管M5a的漏极，场效应管M5a的源级接地gnd，场效应管M5a的栅极接场效应管MO的的栅极；场效应管M4b的源级接电源，场效应管M4b的栅极接地gnd，场效应管M4b的漏 极接场效应管M13的源极，场效应管M13的栅极接场效应管M12的栅极，场效应管M13的栅极与自己的漏极相连，场效应管M13的漏极还接场效应管M5b的漏极，场效应管M5b的栅极接场效应管M5a的栅极，场效应管M5a的源极接地gnd ;场效应管M4c的源级接电源,场效应管M4c的栅极接地gnd，场效应管M4c的漏极接场效应管M14的源极；场效应管M14的栅极接场效应管Ml I的栅极，场效应管M14的漏极接场效应管M15的源极，场效应管M15的栅极接场效应管M1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，它包括电流镜和电荷泵，其特征在于：所述的电荷泵包括：第一输入传输门？：用于接收互补的上升信号up、upb，为了响应上升信号，从电源传送一个相应的输出电流到输出节点vout；第二输入传输门：接收互补的下降信号dn、dnb，为了响应下降信号，从输出节点vout传送一个相应的输出电流到地gnd；在第一输入传输门和输出节点vout之间设有共源共栅晶体管M41、M42构成了第一条电流通路；共源共栅晶体管M41的源端连接到第一输入传输门；在输出节点vout和第二输入传输门之间设有共源共栅晶体管M43、M44构成了第二条电流通路；共源共栅晶体管M44的源端连接到第二输入传输门；电流镜耦合到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极，传输偏置电压V1、V2，、V3、V4分别到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极；偏置电压V1、V2，、V3、V4分别使共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44工作在饱和区。2012202077112100001dest_path_image001.jpg,875117dest_path_image002.jpg,dest_path_image003.jpg,390805dest_path_image001.jpg,849599dest_path_image001.jpg,410900dest_path_image003.jpg,458490dest_path_image003.jpg...

【技术特征摘要】
1.一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，它包括电流镜和电荷泵，其特征在于所述的电荷泵包括 第一输入传输门Tup :用于接收互补的上升信号up、upb,为了响应上升信号，从电源^1￡传送一个相应的输出电流到输出节点vout ； 第二输入传输门:接收互补的下降信号dn、dnb，为了响应下降信号，从输出节点VOUt传送一个相应的输出电流到地gnd ； 在第一输入传输Hlp和输出节点vout之间设有共源共栅晶体管M41、M42构成了第一条电流通路；共源共栅晶体管M41的源端连接到第一输入传输门7^ ； 在输出节点vout和第二输入传输门TW之间设有共源共栅晶体管M43、M44构成了第二条电流通路；共源共栅晶体管M44的源端连接到第二输入传输门TW ; 电流镜耦合到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极，传输偏置电压VI、V2，、V3、V4分别到共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44的栅极；偏置电压V1、V2，、V3、V4分别使共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44工作在饱和区。2.根据权利要求I所述的一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，其特征在于共源共栅晶体管M41、M42是pMOS晶体管；共源共栅晶体管M43、M44是nMOS晶体管。3.根据权利要求I所述的一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，其特征在于共源共栅晶体管M41、M42、M43、M44是双极结型晶体管或金属氧化物半导体场效应晶体管。4.根据权利要求1、2或3所述的一种低电流失配的锁相环电荷泵电路，其特征在于所述的电流镜包括场效应管M4a，场效应管M4a的源级接电源,场效应管M4a的栅极接地gnd，场效应管M4a的漏极接场效应管Mll的源极；场效应管Ml I的栅极接场效应管M12的漏极，场效应管Ml I的漏极接场效应管M12的源极，场效应管M12的漏极接场效应管M5a的漏极，场效应管M5a的源级接地gnd，场效应管M5a的栅极接场效应管MO的栅极； 场效应管M4b的源级接电源Fa2 ,场效应管M4b的栅极接地gnd，场效应管M4b的漏极接场效应管M13的源极，场效应管M13的栅极接场效应管M12的栅极，场效应管M13的栅极与自己的漏极相连，场效应管M13的漏极还接场效应管M5b的漏极，场效应管M5b的栅极接场效应管M5a的栅极，场效应管M5a的源极接地gnd ； 场效应管M4c的源级接电源，场效应管M4c的栅极接地gnd，场效应管M4c的漏极接场效应管M14的源极；场效应管M14的栅极接场效应管Mll的栅极，场效应管M14的漏极接场效应管M15的源极，场效应管M15的栅极接场效应管M13的栅极，场效应管M15的漏极接场效应管M5c的栅极；场效应管M16的漏极接场效应管M15的漏极，场效应管M16的栅极接场效应管M5d的栅极，场效应管M16的源极接场效应管M5c的漏极，场效应管M5c的源极接地 gnd ； 场效应管M4d的源级接电源F32 ,场效应管M4d的栅极接地gnd，场效应管M4d的漏极接场效应管M17的源极，场效应管M17...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平平，张文华，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：