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一種電荷泵電路的制作方法

文檔序號:7323347閱讀:154來源:國知局
專利名稱:一種電荷泵電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉電子技術(shù)領(lǐng)域,尤其是鎖相環(huán)使用的電荷泵電路。
背景技術(shù)
傳統(tǒng)的很多數(shù)字信號傳輸,處理以及數(shù)?;旌想娐范夹枰_的時(shí)鐘信 號,鎖相環(huán)正是一種廣泛的用來根據(jù)參考時(shí)鐘產(chǎn)生精準(zhǔn)時(shí)鐘信號的電路,頻率 合成器以及倍頻器以及時(shí)鐘恢復(fù)電路等都是利用鎖相環(huán)來控制頻率的例子。
圖l是一個(gè)典型的鎖相環(huán)回路,其中包含了鑒相器101,電荷泵102,環(huán) 路濾波器104,壓控振蕩器106以及分頻器107。其中鑒相器101用來比較輸 入?yún)⒖紩r(shí)鐘信號f ref和來自分頻器107輸出時(shí)鐘信號fb的值,根據(jù)兩個(gè)輸入 信號之間相位差輸出一個(gè)上拉信號UP或者下拉信號DN,當(dāng)fb滯后于參考時(shí)鐘 的相位的時(shí)候,鑒相器101輸出提高輸出頻率的脈沖UP ,當(dāng)來自分頻器的輸 出信號fb超前于參考時(shí)鐘相位時(shí)候,鑒相器101輸出用于降低輸出頻率的脈 沖DN。并輸入到電荷泵電路102,電荷泵102根據(jù)鑒相器IOI輸出的上拉和下 拉檢測信號UP和DN,釋放或者積累濾波器電容中的電荷。環(huán)路濾波器104把 電荷泵的輸出脈沖信號轉(zhuǎn)換成直流模擬控制信號輸出。最后,壓控振蕩器106 根據(jù)模擬控制電壓的大小產(chǎn)生出相應(yīng)的頻率的穩(wěn)定時(shí)鐘經(jīng)過分頻器107分頻后 送入鑒相器101的另一個(gè)輸入端。
鑒相器,電荷泵,環(huán)路濾波器和分頻器組成的鎖相環(huán)路中,通過設(shè)計(jì)分頻器的分頻倍數(shù),可以得到輸入頻率相關(guān)的任意倍頻率。
圖2為現(xiàn)有的電荷泵電路,電源VDD連接到pmos管11的源極,pmos管11的漏極連接到恒流源13,nmos管14的漏極連接到恒流源l2, nmos管14源極接地。恒流源12和13的交點(diǎn)接lpf 。由于pmos管11在節(jié)點(diǎn)e存在寄生電容cll, pmos管21的柵極輸入脈沖由低變高的時(shí)候,e點(diǎn)電位會由濾波器輸出電壓到電源電壓VDD。同樣的,對于第二個(gè)nmos開關(guān)管14開啟和關(guān)斷的時(shí)候,f點(diǎn)的電壓在零電壓和濾波器輸出電壓之間變化,寄生電容cll和c22將注入電荷,同時(shí)電荷被濾波器電容cl共享,而且由于寄生電容c23的存在,脈沖信號叩將會耦合到輸出端。耦合效應(yīng)和電荷共享會導(dǎo)致很大的系統(tǒng)誤差。
雖然可以利用單位增益放大器來固定節(jié)點(diǎn)e或者f和輸出節(jié)點(diǎn)間的電位,但是由于運(yùn)放的使用會增大版圖的面積以及帶來不穩(wěn)定的問題。同時(shí)對運(yùn)放的要求也很高,比如快速響應(yīng)等。
圖3中,采用共源共柵結(jié)構(gòu)的電流鏡的恒流源增加了輸出電阻,減小了電壓波動(dòng)帶來的電流的影響。但是由于寄生電容C1,C2的存在,在開關(guān)關(guān)斷的時(shí)候,cl仍然會把節(jié)點(diǎn)A充電為VDD, c2會把節(jié)點(diǎn)B放電為VSS,電容電荷共享效應(yīng)依然存在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高性能,具有抑制電荷共享效應(yīng)的低雜散電荷泵電路。
本發(fā)明的電荷泵電路,包括輸入高擺幅共源共柵電流鏡,輸出高擺幅共源共柵電流鏡,抑制電荷共享電路;其中輸出高擺幅共源共柵電流鏡中的上拉輸出共源共柵電流鏡、上拉抑制電荷共享電路、上拉開關(guān)管組成上拉電路,上拉
電路提供上拉電流提高電荷泵輸出電壓;下拉輸出共源共柵電流鏡、下拉抑制電荷共享電路、和下拉開關(guān)管共同組成了下拉電路,下拉電路提供下拉電流減小電荷泵輸出電壓,其中上拉抑制電荷共享電路包括一個(gè)第一控制電路,下拉抑制電荷共享電路包括一個(gè)第一控制電路。
為了進(jìn)一步改善性能,該電荷泵電路的上拉抑制電荷共享電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二控制電路,下拉抑制電荷共享電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二控制電路。
由于輸出采用共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu),增加了輸出電流鏡的電阻,減小了輸出電壓的變化對于電流的影響還隔絕了開關(guān)管的噪聲對于輸出電壓的影響,同時(shí)抑制了電荷共享效應(yīng)以及耦合效應(yīng)。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明,其中
圖1是一般PLL框圖2是傳統(tǒng)的電荷泵的電路圖3為另一種傳統(tǒng)電荷泵電路圖4為本發(fā)明電荷泵的示意圖5為本發(fā)明的電荷泵電路在輸出電壓不同的輸出電流波形圖
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明的電荷泵電路包括輸入高擺幅共源共柵電流鏡,輸出高擺幅共源共柵電流鏡,抑制電荷共享電路,其中輸出高擺幅共源共柵電流鏡中的上拉輸出共源共柵電流鏡以及下拉輸出共源共柵電流鏡與抑制電荷共享電路、上拉 開關(guān)管、下拉開關(guān)管共同組成了上拉以及下拉電路。上拉電路提供上拉電流提 高電荷泵輸出電壓。下拉電路提供下拉電流減小電荷泵輸出電壓。輸出高擺幅 共源共柵電流鏡提高輸出電阻,更匹配電流且使輸出電流對輸出電壓的敏感度 減小到最低。電荷共享抑制電路包括第一控制電路和第二控制電路,都能減小 電荷共享效應(yīng)對電荷泵電路帶來的影響。
4是根據(jù)本發(fā)明原理的第一實(shí)施例示意圖。包括輸入高擺幅共源共柵電流 鏡55和輸出高擺幅共源共柵電流鏡54,抑制電荷共享電路113和213。其中 上拉電路由mos管101、 121、 102、 108和107組成,下拉電3各由mos管222、 201、 202、 208和207組成,上拉電路有一個(gè)抑制電荷共享電路的第一控制電 路113,下拉電路有一個(gè)抑制電荷共享電路的第一控制電路213,電路113由 nmos管108和107組成,電路213由pmos管208和207組成。上拉開關(guān)管102 漏極接由pmos管101和121組成的上拉輸出共源共柵電流鏡63,上拉開關(guān)管 102源極接電源。下拉開關(guān)管202漏極接由nmos管222和201組成的下拉輸出 共源共柵電流鏡64,下拉開關(guān)管202源極接地。pmos管121的源極和nmos管 2 2 2的漏極一起接輸出Vo 。
當(dāng)輸入U(xiǎn)P脈沖信號都處于高電平,DN脈沖信號都處在低電平的時(shí)候,開 關(guān)mos管102、 202均處于截止?fàn)顟B(tài),上下拉電路均被關(guān)斷,因此沒有電流流 向低通濾波器。這時(shí),對于上拉輸出共源共柵電流鏡63即圖中的pmos管101 與in,由于電路113的作用nmos管107導(dǎo)通,配合nmos管108將pmos開關(guān)
8管102和pmos管101的相交節(jié)點(diǎn)D電壓拉成低電位。對于下拉輸出共源共柵 電流鏡即圖中的nmos管201和222, pmos管208導(dǎo)通,和nmos管207 —起將 nmos開關(guān)管202與nmos管201的交點(diǎn)處E的電位4立到高電位。
當(dāng)輸入叩脈沖信號處于低電平的時(shí)候,對于上拉電路來說,pmos開關(guān)管 102導(dǎo)通,此時(shí)由108、 107組成的電路113截止,D點(diǎn)電位變成電源電壓。 在pmos開關(guān)管102從截止向?qū)ǖ霓D(zhuǎn)換過程中,該管溝道建立所需要的電荷 由108截止所放出的電荷來補(bǔ)充,而不會對電流鏡輸出支路產(chǎn)生影響。同樣的, 對于下拉電路,nmos開關(guān)管202導(dǎo)通,電路213中的pmos管208、 207截止, E點(diǎn)電位變到低電位。nmos開關(guān)管202從截止向?qū)ㄞD(zhuǎn)換時(shí)建立溝道所需要的 電荷由pmos管207截止所放出的電荷來補(bǔ)充,這將大大減小由于寄生電容產(chǎn) 生的共享電荷效應(yīng)所帶來的系統(tǒng)誤差。同時(shí),pmos管207以及nmos管108的 使用都會減小上拉脈沖信號和下拉脈沖信號對于節(jié)點(diǎn)D和E點(diǎn)的耦合效應(yīng)。進(jìn) 而減小脈沖信號對偏置電壓的影響。從而影響輸出電流,使得輸出電流的抖動(dòng) 變小,減小PLL輸出信號的雜散。
圖5為本發(fā)明的第二實(shí)施例。
為了進(jìn)一步減小輸出雜散,抑制輸出電流的抖動(dòng),本實(shí)施例增加了抑制電 荷共享電路的第二控制電路,第二控制電路包括109和209,其中109包括pmos 管108和107, 209包括nmos管208、 207,由nmos管104和105組成的抑制 電荷共享電路的第一控制電路104,由pmos管205和206組成的抑制電荷共享 電路的第一控制電路204,兩個(gè)串聯(lián)的pmos管108和107的柵極分別連接于共
9源共柵電流鏡中101和121的柵極,同時(shí)108的源極連接up信號經(jīng)過兩級反 向38后的輸出。107漏極接地。而級聯(lián)nmos管208和207的4冊極分別連接共 源共柵電流鏡222和201的柵極,208的漏極接電源vdd,而207的源極接dn 信號經(jīng)過兩級反相39后的輸出。
當(dāng)叩信號為低電位時(shí)候,由pmos管108、 107組成的抑制電荷共享第二 控制電路109是截止的,當(dāng)叩信號由低變?yōu)楦邥r(shí),108 、 107都導(dǎo)通抵消掉E 點(diǎn)的變化對上拉輸出共源共柵電流鏡63中兩個(gè)pmos管101和121柵極上偏置 電壓的耦合效應(yīng)。同樣的,對于由nmos管207、 208所組成的抑制電荷共享第 二控制電路209,當(dāng)dn信號為高電位的時(shí)候是截止的,當(dāng)dn信號由高變低時(shí), 兩個(gè)nmos管207和208均導(dǎo)通4氐消D點(diǎn)的變化對于共源共柵電流鏡201中兩 個(gè)nmos管201和222棚-極上的偏置電壓的耦合效應(yīng)。
如上所講本發(fā)明在使用器件數(shù)較少的情況下,輸出采用共源共柵電流鏡 結(jié)構(gòu),如圖4中的54以及圖5中的511,增加了輸出電流鏡的電阻,減小了輸 出電壓的變化對于電流的影響還隔絕了開關(guān)管的噪聲對于輸出電壓的影響,同 時(shí)抑制了電荷共享效應(yīng)以及耦合效應(yīng)。
本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征,除 非特別敘述,均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即,除非 特別敘述,每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。
本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中 披露的新特征或任何新的組合,以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
盡管本發(fā)明結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例方式進(jìn)行描述,但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解, 在不背離本法的精神和范圍的前提下,可以通過使用已知的等同方式對本發(fā)明
進(jìn)行改變。前面對優(yōu)選實(shí)施方式的描述應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是示例性描述而不是限制本發(fā) 明的范圍,本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1、一種電荷泵電路,包括輸入高擺幅共源共柵電流鏡,輸出高擺幅共源共柵電流鏡,抑制電荷共享電路;其中輸出高擺幅共源共柵電流鏡中的上拉輸出共源共柵電流鏡、上拉抑制電荷共享電路、上拉開關(guān)管組成上拉電路,上拉電路提供上拉電流提高電荷泵輸出電壓;下拉輸出共源共柵電流鏡、下拉抑制電荷共享電路、和下拉開關(guān)管共同組成了下拉電路,下拉電路提供下拉電流減小電荷泵輸出電壓,其中上拉抑制電荷共享電路包括一個(gè)第一控制電路,下拉抑制電荷共享電路包括一個(gè)第一控制電路。
2、 如權(quán)利要求1所述的電荷泵電路,其特征在于上拉抑制電荷共享電 路進(jìn)一步包括一個(gè)第二控制電路,下拉抑制電荷共享電路進(jìn)一步包括一個(gè)第二 控制電路。
3、 一種電荷泵電路,包括輸入高擺幅共源共柵電流鏡55和輸出高擺幅共 源共柵電流鏡54,抑制電荷共享電路U3和213,其中上拉電路由mos管101、 121、 102、 108和107組成,下拉電路由mos管222、 201、 202、 208和207 組成,上拉電路有一個(gè)抑制電荷共享電路的第一控制電路113,下拉電路有一 個(gè)抑制電荷共享電路的第一控制電路213,電路113由nmos管108, 107組成, 電路213由pmos管208, 207組成,上拉開關(guān)管102漏極接由pmos管101和 121組成的上拉輸出共源共柵電流鏡63,上拉開關(guān)管102源極接電源,下拉開 關(guān)管202漏極接由nmos管222, 201組成的下拉輸出共源共柵電流鏡64,下拉 開關(guān)管202源極接地。pmos管121的源極和nmos管222的漏極一起接輸出Vo。
4、如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路,其特征在于當(dāng)輸入up脈沖信號處于高電平,dn脈沖信號處在低電平的時(shí)候,開關(guān)mos管102、 202均處于截止 狀態(tài),上下拉電路均4皮關(guān)斷。
5、 如權(quán)利要求3所述的電荷泵電路,其特征在于當(dāng)輸入up脈沖信號處 于低電平的時(shí)候,對于上拉電路來說,pmos開關(guān)管102導(dǎo)通,此時(shí)由108、 107 組成的電路113截止,D點(diǎn)電位變成電源電壓;對于下4立電^各,Nmos開關(guān)管 202導(dǎo)通,電路213中的Pmos管208、 207截止,E點(diǎn)電位變到低電位。
6、 一種電荷泵電路,其特征在于第二控制電路包括109和209,其中 109包括pmos管108和107, 209包括nmos管208和207;由nmos管104和 105組成的抑制電荷共享電路的第一控制電路104,由pmos管205和206組成 的抑制電荷共享電路的第一控制電路204;兩個(gè)串聯(lián)的pmos管108和107的柵 極分別連接于共源共柵電流鏡中101和121的柵極,同時(shí)108的源極連接up 信號經(jīng)過兩級反向38后的輸出,107漏極接地;而級耳關(guān)nmos管208和207的 柵極分別連接共源共柵電流鏡222和201的柵極,208的漏極接電源vdd, 207 的源極接dn信號經(jīng)過兩級反相39后的輸出。
7、 如權(quán)利要求6所述的電荷泵電路,其特征在于當(dāng)up信號為低電位時(shí) 候,由pmos管108、 107組成的抑制電荷共享第二控制電路109是截止的,當(dāng) up信號由低變?yōu)楦邥r(shí),108 、 107都導(dǎo)通抵消掉E點(diǎn)的變化對上拉輸出共源共 柵電流鏡63中兩個(gè)pmos管101和121柵極上偏置電壓的耦合效應(yīng);對于由nmos 管207、 208所組成的抑制電荷共享第二控制電路209,當(dāng)dn信號為高電位的 時(shí)候是截止的,當(dāng)dn信號由高變低時(shí),兩個(gè)nmos管207和208均導(dǎo)通抵消D點(diǎn)的變化對于共源共柵電流鏡201中兩個(gè)nmos管201和222柵極上的偏置電 壓的耦合效應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電荷泵電路,包括輸入高擺幅共源共柵電流鏡,輸出高擺幅共源共柵電流鏡,抑制電荷共享電路,其中輸出高擺幅共源共柵電流鏡中的上拉輸出共源共柵電流鏡以及下拉輸出共源共柵電流鏡與抑制電荷共享電路、上拉開關(guān)管、下拉開關(guān)管共同組成了上拉以及下拉電路。輸出采用共源共柵電流鏡結(jié)構(gòu),增加了輸出電流鏡的電阻,減小了輸出電壓的變化對于電流的影響還隔絕了開關(guān)管的噪聲對于輸出電壓的影響,同時(shí)抑制了電荷共享效應(yīng)以及耦合效應(yīng)。
文檔編號H02M3/10GK101488710SQ20081004634
公開日2009年7月22日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者俊 唐 申請人:成都國騰電子技術(shù)股份有限公司
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