一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路制造技術(shù)

本實(shí)用新型專利技術(shù)公開(kāi)了一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，它包括電流鏡和電荷泵，電荷泵包括：第一輸入傳輸門(mén)和第二輸入傳輸門(mén)；在第一輸入傳輸門(mén)和輸出節(jié)點(diǎn)vout間設(shè)有共源共柵晶體管M41、M42構(gòu)成了第一條電流通路；在輸出節(jié)點(diǎn)vout和第二輸入傳輸門(mén)之間設(shè)有共源共柵晶體管M43、M44構(gòu)成了第二條電流通路；電流鏡耦合到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極，傳輸偏置電壓V1、V2，、V3、V4分別到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極；偏置電壓V1、V2，、V3、V4分別使共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44工作在飽和區(qū)。相比較一般沒(méi)有用共源共柵結(jié)構(gòu)的電荷泵電路，輸出阻抗大了一個(gè)量級(jí)，得到一個(gè)較小的失配電流。（*該技術(shù)在2022年保護(hù)過(guò)期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本技術(shù)涉及一種單端電荷泵，具體說(shuō)是一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，其能夠有效的得到較大的輸出阻抗，寬的輸出電壓擺幅，和較低的系統(tǒng)增益誤差，又能夠以相對(duì)較低的電荷泵電流工作。
技術(shù)介紹
鎖相環(huán)(Phase locked loop,簡(jiǎn)稱“PLL”)電路是用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)能夠?qū)㈩l率和相位鎖定在另外一個(gè)信號(hào)的電子系統(tǒng)，鎖相環(huán)電路可以與其他模塊一起構(gòu)成時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，將輸入數(shù)據(jù)同步到一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。典型的PLL包括一個(gè)鑒頻鑒頻器(Phase Frequency Detector,簡(jiǎn)稱PFD)、電荷泵(Charge Pump,簡(jiǎn)稱CP)、環(huán)路濾波器(Low Pass Filter,簡(jiǎn)稱LPF)和壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator,簡(jiǎn)稱VC0)。PLL接受外部參考信號(hào)，并與本地產(chǎn)生的頻 率可變信號(hào)進(jìn)行相位比較。鑒頻鑒相器PFD通過(guò)比較參考信號(hào)和本地頻率可變信號(hào)，產(chǎn)生相位誤差信號(hào)UP和DN，這兩個(gè)相位誤差信號(hào)作為電荷泵CP的輸入。電荷泵CP會(huì)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的電流來(lái)響應(yīng)相位誤差信號(hào)。電又會(huì)流入環(huán)路濾波器LPF并產(chǎn)生一個(gè)電壓 用以控制壓控振蕩器VCO來(lái)相應(yīng)的改變振蕩頻率。通過(guò)控制VCO的輸出頻率，PLL的頻率和相位會(huì)逐漸匹配到輸入的參考信號(hào)。如圖I所示現(xiàn)有的PLL包括鑒相器(PHASE DETCET0R)，用來(lái)檢測(cè)兩個(gè)信號(hào)的相位誤差；電荷泵(charge pump),用來(lái)接收鑒相器的誤差信號(hào)并輸出一個(gè)對(duì)應(yīng)的電流Icp ;環(huán)路濾波器(LOOP FILTER)，用來(lái)控制反饋環(huán)路(CLOCK SIGNAL)的動(dòng)態(tài)特性，并濾除電荷泵產(chǎn)生的電流\的高頻噪聲；壓控振蕩器(VCO)根據(jù)環(huán)路濾波器產(chǎn)生的的輸出電壓Vrf來(lái)產(chǎn)生可變頻的時(shí)鐘信號(hào)，反饋環(huán)路將這些元件連接起來(lái)。系統(tǒng)(PLL)接受一個(gè)參考信號(hào)(Reference Signal),產(chǎn)生一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)(Clock Signal)用來(lái)匹配這個(gè)參考信號(hào)的頻率。鑒相器比較的是一個(gè)參考信號(hào)和一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的相位。鑒相器可能會(huì)包括一個(gè)XOR門(mén)，或者是一個(gè)四象限乘法器，或者是一個(gè)鑒頻鑒相器(PFD)。實(shí)際中，鑒相器用參考信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)的相位差來(lái)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的誤差修正信號(hào)。這個(gè)誤差修正信號(hào)包含一個(gè)上升信號(hào)(記為“up”)和一個(gè)下降信號(hào)(記為“dn”)，誤差修正信號(hào)包括兩個(gè)工作在相反的邏輯的信號(hào)，一個(gè)是上升信號(hào)，一個(gè)是下降信號(hào)。實(shí)際中，誤差修正信號(hào)與參考信號(hào)、時(shí)鐘信號(hào)的相位誤差信號(hào)成正比。如果時(shí)鐘信號(hào)的相位嚴(yán)重滯后于參考信號(hào)的相位，鑒相器輸出一個(gè)相對(duì)較寬的up信號(hào)(例如，一個(gè)寬的正信號(hào))。如果時(shí)鐘信號(hào)的相位稍微超前與于參考信號(hào)的相位，鑒相器輸出一個(gè)相對(duì)較窄的dn信號(hào)(例如，一個(gè)窄的負(fù)信號(hào))。鑒相器將誤差修正信號(hào)傳送給電荷泵。電荷泵響應(yīng)接收到的誤差修正信號(hào)產(chǎn)生一個(gè)電流&P。實(shí)際中，UP和dn信號(hào)脈沖寬度的大小與電荷泵輸出的平均電流成正比。一個(gè)寬的up脈沖使電荷泵供給環(huán)路濾波器成比例的大量的正電流，而一個(gè)窄的dn脈沖使電荷泵供給環(huán)路濾波器成比例的少量的負(fù)電流。電荷泵的輸出電流決定了環(huán)路濾波器的輸出電壓(Vrf)。實(shí)際中，環(huán)路濾波器會(huì)濾除與電荷泵輸出電流相關(guān)的高頻部分(例如噪聲，高頻輸入抖動(dòng)等等)，從而使Lp很好的跟蹤無(wú)高頻干擾(或其他不希望的干擾)的參考信號(hào)相位變化。另外，電荷泵的輸出阻抗會(huì)影響環(huán)路濾波器的傳輸函數(shù)。因此，希望電荷泵有很高的輸出阻抗。環(huán)路濾波器的輸出電壓(例如Kti)傳輸?shù)絍CO。VCO根據(jù)Vct]產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)(ClockSignal)。實(shí)際中，F(xiàn)rf控制VCO輸出的時(shí)鐘信號(hào)的頻率。電荷泵產(chǎn)生的一個(gè)大的正電流脈沖會(huì)使環(huán)路濾波器處的Vrf成比例的上升。反過(guò)來(lái)，增加的·^tl又會(huì)使VCO時(shí)鐘信號(hào)的頻率增 力口。電荷泵產(chǎn)生的一個(gè)小的負(fù)電流脈沖會(huì)使環(huán)路濾波器處的Kti成比例的減小，而減小的1又會(huì)使VCO時(shí)鐘信號(hào)的頻率降低。因?yàn)殡姾杀玫妮敵鲭娏鲿?huì)直接影響VCO的頻率，所以就需要使得VCO工作在一個(gè)盡量寬的線性電壓范圍來(lái)保證所需要的頻率。壓控振蕩器VCO產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)反饋到鑒相器，并通過(guò)上面的步驟將時(shí)鐘信號(hào)和參考信號(hào)進(jìn)行同步。因?yàn)閴嚎卣袷幤鱒CO的振蕩頻率由環(huán)路濾波器輸出端控制電壓Iti決定，而控制電壓Fcti又取決于電荷泵產(chǎn)生的電流Lp，所以電荷泵CP的線性工作范圍就很重要。現(xiàn)有的電荷泵電路由于MOS開(kāi)關(guān)寄生的柵漏電容、柵源電容以及溝道反型層中電荷的存在，整個(gè)電荷泵電路就會(huì)存在泄漏電流、充放電電流失配、電荷泵開(kāi)關(guān)延時(shí)失配、時(shí)鐘饋通等非線性問(wèn)題，而這些非線性問(wèn)題會(huì)引起電荷泵輸出電壓的抖動(dòng)，進(jìn)而引起VCO輸出頻率的抖動(dòng)并降低噪聲性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
專利技術(shù)目的本技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以滿足低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)采用了如下的技術(shù)方案一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，它包括電流鏡和電荷泵，所述的電荷泵包括第一輸入傳輸門(mén)Tiip :用于接收互補(bǔ)的上升信號(hào)up、UPb，為了響應(yīng)上升信號(hào)，從電源Fm傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到輸出節(jié)點(diǎn)VOUt ;第二輸入傳輸門(mén)'『dll :接收互補(bǔ)的下降信號(hào)dn、dnb,為了響應(yīng)下降信號(hào)，從輸出節(jié)點(diǎn)vout傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到地gnd ;在第一輸入傳輸門(mén)TuP和輸出節(jié)點(diǎn)vout之間設(shè)有共源共柵晶體管M41、M42構(gòu)成了第一條電流通路；共源共柵晶體管M41的源端連接到第一輸入傳輸門(mén)Tup ;在輸出節(jié)點(diǎn)vout和第二輸入傳輸門(mén)Tda之間設(shè)有共源共柵晶體管M43、M44構(gòu)成了第二條電流通路；共源共柵晶體管M44的源端連接到第二輸入傳輸門(mén) ；電流鏡耦合到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極，傳輸偏置電壓VI、V2，、V3、V4分別到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極；偏置電壓VI、V2，、V3、V4分別使共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44工作在飽和區(qū)。其中，共源共柵晶體管M41、M42是pMOS晶體管；共源共柵晶體管M43、M44是nMOS晶體管；共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44也可以是雙極結(jié)型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。其中，所述的電流鏡包括場(chǎng)效應(yīng)管M4a，場(chǎng)效應(yīng)管M4a的源級(jí)接電源1<^ ,場(chǎng)效應(yīng)管M4a的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4a的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管Mll的源極；場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管Mll的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M5a的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的源級(jí)接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管MO的的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管M4b的源級(jí)接電源，場(chǎng)效應(yīng)管M4b的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4b的漏 極接場(chǎng)效應(yīng)管M13的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極與自己的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極還接場(chǎng)效應(yīng)管M5b的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M5b的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M5a的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的源極接地gnd ;場(chǎng)效應(yīng)管M4c的源級(jí)接電源,場(chǎng)效應(yīng)管M4c的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4c的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M14的源極；場(chǎng)效應(yīng)管M14的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管Ml I的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M15的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M1本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，它包括電流鏡和電荷泵，其特征在于：所述的電荷泵包括：第一輸入傳輸門(mén)？：用于接收互補(bǔ)的上升信號(hào)up、upb，為了響應(yīng)上升信號(hào)，從電源傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到輸出節(jié)點(diǎn)vout；第二輸入傳輸門(mén)：接收互補(bǔ)的下降信號(hào)dn、dnb，為了響應(yīng)下降信號(hào)，從輸出節(jié)點(diǎn)vout傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到地gnd；在第一輸入傳輸門(mén)和輸出節(jié)點(diǎn)vout之間設(shè)有共源共柵晶體管M41、M42構(gòu)成了第一條電流通路；共源共柵晶體管M41的源端連接到第一輸入傳輸門(mén)；在輸出節(jié)點(diǎn)vout和第二輸入傳輸門(mén)之間設(shè)有共源共柵晶體管M43、M44構(gòu)成了第二條電流通路；共源共柵晶體管M44的源端連接到第二輸入傳輸門(mén)；電流鏡耦合到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極，傳輸偏置電壓V1、V2，、V3、V4分別到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極；偏置電壓V1、V2，、V3、V4分別使共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44工作在飽和區(qū)。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...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，它包括電流鏡和電荷泵，其特征在于所述的電荷泵包括 第一輸入傳輸門(mén)Tup :用于接收互補(bǔ)的上升信號(hào)up、upb,為了響應(yīng)上升信號(hào)，從電源^1￡傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到輸出節(jié)點(diǎn)vout ； 第二輸入傳輸門(mén):接收互補(bǔ)的下降信號(hào)dn、dnb，為了響應(yīng)下降信號(hào)，從輸出節(jié)點(diǎn)VOUt傳送一個(gè)相應(yīng)的輸出電流到地gnd ； 在第一輸入傳輸Hlp和輸出節(jié)點(diǎn)vout之間設(shè)有共源共柵晶體管M41、M42構(gòu)成了第一條電流通路；共源共柵晶體管M41的源端連接到第一輸入傳輸門(mén)7^ ； 在輸出節(jié)點(diǎn)vout和第二輸入傳輸門(mén)TW之間設(shè)有共源共柵晶體管M43、M44構(gòu)成了第二條電流通路；共源共柵晶體管M44的源端連接到第二輸入傳輸門(mén)TW ; 電流鏡耦合到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極，傳輸偏置電壓VI、V2，、V3、V4分別到共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44的柵極；偏置電壓V1、V2，、V3、V4分別使共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44工作在飽和區(qū)。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于共源共柵晶體管M41、M42是pMOS晶體管；共源共柵晶體管M43、M44是nMOS晶體管。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于共源共柵晶體管M41、M42、M43、M44是雙極結(jié)型晶體管或金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的一種低電流失配的鎖相環(huán)電荷泵電路，其特征在于所述的電流鏡包括場(chǎng)效應(yīng)管M4a，場(chǎng)效應(yīng)管M4a的源級(jí)接電源,場(chǎng)效應(yīng)管M4a的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4a的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管Mll的源極；場(chǎng)效應(yīng)管Ml I的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管Ml I的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M12的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M5a的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的源級(jí)接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管MO的柵極； 場(chǎng)效應(yīng)管M4b的源級(jí)接電源Fa2 ,場(chǎng)效應(yīng)管M4b的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4b的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M13的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M12的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極與自己的漏極相連，場(chǎng)效應(yīng)管M13的漏極還接場(chǎng)效應(yīng)管M5b的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M5b的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M5a的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M5a的源極接地gnd ； 場(chǎng)效應(yīng)管M4c的源級(jí)接電源，場(chǎng)效應(yīng)管M4c的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4c的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M14的源極；場(chǎng)效應(yīng)管M14的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管Mll的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M14的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M15的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M15的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M13的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M15的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M5c的柵極；場(chǎng)效應(yīng)管M16的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M15的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M16的柵極接場(chǎng)效應(yīng)管M5d的柵極，場(chǎng)效應(yīng)管M16的源極接場(chǎng)效應(yīng)管M5c的漏極，場(chǎng)效應(yīng)管M5c的源極接地 gnd ； 場(chǎng)效應(yīng)管M4d的源級(jí)接電源F32 ,場(chǎng)效應(yīng)管M4d的柵極接地gnd，場(chǎng)效應(yīng)管M4d的漏極接場(chǎng)效應(yīng)管M17的源極，場(chǎng)效應(yīng)管M17...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐平平，張文華，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東南大學(xué)，
類型：實(shí)用新型
國(guó)別省市：