一種低電荷注入電荷泵及低電荷注入的方法技術

本發明專利技術實施例公開了一種低電荷注入電荷泵，包括：一電流源Ip和一電流漏In直接連接于電荷泵輸出節點VC兩側；電流源Ip另一端通過開關Sp連接到電源，電流漏In另一端通過開關Sn連接至地；電流源Ip與開關Sp的連接點p1通過串聯開關Sp1、Sp2連接到地；電流漏In與開關Sn的連接點p2通過串聯開關Sn1、Sn2連接到電源。基于該電路，本發明專利技術還提出了一種低電荷注入的方法，本發明專利技術電路及方法通過在關斷瞬間提供一條臨時通路來釋放開關溝道電荷，加快電流源(漏)的關斷速度，同時減少電荷注入對電荷泵輸出的影響。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及模擬電荷泵電路領域，具體涉及在鎖相環等高速低噪通信電路中應用的一種低電荷注入電荷泵電路。
技術介紹
電荷泵(Charge Pump)作為一種基本電路單元，廣泛應用于鎖相環等系統電路中。通常，一個鎖相環(PLL)電路包括一個鑒頻鑒相器(PFD)，一個電荷泵(CP)和環路濾波器(LPF)和一個壓控振蕩器(VCO)，如圖I所示。鑒相器檢測輸入的參考時鐘信號(CKMf)與壓控振蕩器輸出時鐘信號(CKtjut)之間的相位差產生充電(UP)和放電(DN)信號。電荷泵根據鑒相器的輸出結果來對環路濾波器進行充電和放電，壓控振蕩器隨環路 濾波器上的電壓(VC)的變化而改變輸出時鐘的頻率。整個電路形成反饋結構，當PFD檢測到參考時鐘的頻率和相位大于反饋時鐘時，產生UP信號，UP信號控制電荷泵和環路濾波器使VC電壓上升并導致輸出時鐘頻率增加；當PI7D檢測到參考時鐘的頻率和相位小于反饋時鐘時，產生DN信號，DN信號控制電荷泵和環路濾波器使VC電壓下降并導致輸出時鐘頻率減小；當參考時鐘與反饋時鐘同步時，沒有UP和DN信號產生，VC電壓維持不變，整個系統穩定。電荷泵一般通過開關切換電流源和電流漏到輸出節點，節點上的輸出電壓由累積的電荷決定。如圖2所示為一種常見的電荷泵電路結構，該電荷泵電路包括電流源Ip、電流漏In、上拉信號(UP)控制的開關Sp、下拉信號控制的開關Sn和電容電阻(RC)環路濾波器LP。電流源Ip的兩端分別連接電源和開關Sp，而電流漏In的兩端連接地和開關Sn。當上拉信號有效時，開關Sp閉合，允許電源經電流源Ip對輸出節點(VC)充電，VC電壓上升。當下拉信號有效時，開關Sn閉合，允許輸出節點經過電流漏In到地放電，VC電壓下降。RC環路濾波器連接到輸出節點VC，用來調節電壓變化的速率。由于模擬電路中開關通常采用MOS管來實現，且開關Sp通常采用PMOS管來實現，開關Sn通常采用NMOS管來實現。當開關Sp閉合時，即對應PMOS管為導通狀態時，該PMOS管源漏極之間的溝道存在電荷。當開關斷開時，即對應PMOS管為截止狀態時，溝道電荷會通過源端和漏端流出，其一部分電荷流向電流源Ip，另一部分電荷流向輸出端VC。同樣的，當開關Sn閉合時，即對應NMOS管為導通狀態時，該NMOS管源漏極之間的溝道存在電荷；當開關斷開時，即對應NMOS管為截止狀態時，溝道電荷會通過源端和漏端流出，其一部分電荷流向電流漏In，另一部分電荷流向輸出端VC。這種現象稱為溝道電荷注入(ChannelCharge Injection),會引起VC電壓不必要的波動,VC電壓控制壓控振蕩器,其電壓的波動轉化為VCO輸出時鐘信號的相位抖動(Jitter)，導致PLL性能的下降。另一方面，如圖2所示電路中，開關Sp和Sn均靠近輸出端VC，因此由于饋通效應，即開關的閉合和斷開的跳變信號通過寄生電容耦合到輸出端VC會對輸出端形成干擾，使輸出電壓產生紋波。因此需要一種改進的電荷泵來解決開關切換引起的電荷注入對輸出電壓的影響。
技術實現思路
本專利技術實施例提供了一種低電荷注入電荷泵，包括一電流源Ip和一電流漏In直接連接于電荷泵輸出節點VC兩側；電流源Ip另一端通過開關Sp連接到電源，電流漏In另一端通過開關Sn連接至 地；電流源Ip與開關Sp的連接點pi通過串聯開關Spl、Sp2連接到地；電流漏In與開關Sn的連接點p2通過串聯開關Snl、Sn2連接到電源；其中，開關Sp2的控制信號比開關Sp的控制信號延遲At時間，開關Spl的控制信號與開關Sp的控制信號相反；開關Sn2的控制信號比開關Sn的控制信號延遲At時間，開關Snl的控制信號與開關Sn的控制信號相反。所述電流源Ip通過PMOS管Mp2實現，所述電流漏In通過NMOS管Mn2實現，所述開關Sp、開關SpI、開關Sp2分別通過PMOS管MpI、PMOS管Mp3、PMOS管Mp4實現，所述開關Sn、開關Snl、開關Sn2分別通過NMOS管Mnl、NMOS管Mn3、NMOS管Mn4實現；所述開關Sp2的控制信號比開關Sp的控制信號延遲Λ t時間和所述開關Spl的控制信號與開關Sp的控制信號相反的實現電路為一控制信號UP經一傳輸門后控制PMOS管Mpl的柵極，經一級反相器INVl后控制PMOS管Mp3的柵極，經兩級反相器INVl和INV2后控制PMOS管Mp4的柵極；所述開關Sn2的控制信號比開關Sn的控制信號延遲Λ t時間，開關Snl的控制信號與開關Sn的控制信號相反的實現電路為一控制信號DN經另一傳輸門TG2后控制NMOS管Mnl的柵極，經一級反相器INV3后控制NMOS管Mn3的柵極，經兩級反相器INV3和INV4后控制NMOS管Mn4的柵極。所述傳輸門TGl和反相器INVl的延時相等，所述傳輸門TG2和反相器INV3的延時相等。另外，在第二種實施方式中，所述電流源Ip通過PMOS管Mp2實現，所述電流漏In通過NMOS管Mn2實現，所述開關Sp、開關Sp I、開關Sp2分別通過PMOS管Mp I、NMOS管Mn5、NMOS管Mn6實現，所述開關Sn、開關Snl、開關Sn2分別通過NMOS管MnUPMOS管Mp5、PM0S管Mp6實現；所述開關Sp2的控制信號比開關Sp的控制信號延遲At時間的實現電路為在PMOS管Mpl和NMOS管Mn6的柵極信號之間增加一反相器INV2 ;所述開關Sn2的控制信號比開關Sn的控制信號延遲Λ t時間的實現電路為在NMOS管Mnl和PMOS管Mp6的柵極信號之間增加一反相器INV4。所述開關Sp2的控制信號比開關Sp的控制信號延遲Λ t時間的實現電路還可為在PMOS管Mpl和NMOS管Mn6的柵極信號之間增加奇數個反相器；所述開關Sn2的控制信號比開關Sn的控制信號延遲Λ t時間的實現電路還可為在NMOS管Mnl和PMOS管Mp6的柵極信號之間增加奇數個反相器。本專利技術還基于上述低電荷注入電荷泵電路提出了的一種低電荷注入的方法，該方法包括如下步驟將電荷泵開關管從電流源與輸出節點移至電流源與電源電壓之間；將電荷泵開關管從電流漏與輸出節點移至電流漏與接地端之間；在電荷泵充電開關管和電流源之間增加一電荷釋放支路，該電荷釋放支路當電荷泵充電時處于斷開狀態，當電荷泵停止充電的初始時間內處于導通狀態，當電荷泵充電開關管產生的溝道電荷釋放結束后，該電荷釋放支路處于斷開狀態；帶電荷泵放電開關管和電流漏之間增加一電荷釋放支路，該電荷釋放支路當電荷泵放電時處于斷開狀態，當電荷泵停止放電的初始時間內處于導通狀態，當電荷泵放電開關管產生的溝道電荷釋放結束后，該電荷釋放支路處于斷開狀態。其中，所述初始時間是可設置的，滿足將電荷泵充電開關管和放電開關管產生的溝道電荷釋放掉。本專利技術實施例中通過將開關從電流源(漏)與輸出節點之間移到電流源(漏)到電源(地)之間，來減少開關信號切換對輸出節點的影響，并通過控制電流源(漏)源極電壓的方式，來實現電流源(漏)的關斷和開啟，同時在關斷瞬間提供一條臨時通路來釋放開關溝道電荷，加快電流源(漏)的關斷速度，同時減少電荷注入對電荷泵輸出的影響。 附圖說明為了更清楚地說明本專利技術實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種低電荷注入電荷泵，其特征在于，包括：一電流源Ip和一電流漏In直接連接于電荷泵輸出節點VC兩側；電流源Ip另一端通過開關Sp連接到電源，電流漏In另一端通過開關Sn連接至地；電流源Ip與開關Sp的連接點p1通過串聯開關Sp1、Sp2連接到地；電流漏In與開關Sn的連接點p2通過串聯開關Sn1、Sn2連接到電源；其中，開關Sp2的控制信號比開關Sp的控制信號延遲Δt時間，開關Sp1的控制信號與開關Sp的控制信號相反；開關Sn2的控制信號比開關Sn的控制信號延遲Δt時間，開關Sn1的控制信號與開關Sn的控制信號相反。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：方尚俠，周生明，馬芝，
申請(專利權)人：深圳艾科創新微電子有限公司，深圳集成電路設計產業化基地管理中心，
類型：發明
國別省市：