專利名稱：電荷泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎖相環(huán)電路，特別涉及鎖相環(huán)電路中的電荷泵。
背景技術：
目前，鎖相環(huán)(PPL，Wiase Locked Loop)廣泛應用于集成電路設計的各個領域。 如圖ι所示，鎖相環(huán)電路1通常包括，鑒頻鑒相器2、電荷泵3、低通濾波器4、壓控振蕩器5 及分頻器6。鑒頻鑒相器2用于比較基準時鐘和來自分頻器6的輸出信號的相位。當來自 分頻器6的輸出信號的相位滯后于基準時鐘的相位時，鑒頻鑒相器2輸出用以提高頻率的 脈沖信號(稱為UP信號)。當來自分頻器6的輸出信號的相位超過基準時鐘的相位時，鑒 頻鑒相器2輸出用于降低頻率的脈沖信號(稱為DOWN信號)。電荷泵3的輸出端連接到由電阻如和電容4b構成的低通濾波器4。電荷泵3在 接收到DOWN信號時，對電容4b放電，因此DOWN信號也可稱為放電信號。并且，電荷泵在接 收到UP信號時，向電容4b充電，因此UP信號也可稱為充電信號。低通濾波器4把來自電 荷泵3的脈沖輸出信號轉換成直流模擬信號。壓控振蕩器5接收從低通濾波器4輸出的模擬信號，并且輸出穩(wěn)頻信號。分頻器 6由計數器構成，并且把來自壓控振蕩器5的輸出信號N (N為自然數)等分，以便向鑒頻鑒 相器2提供分頻后的輸出信號。在鎖相環(huán)電路1中，鑒頻鑒相器2、電荷泵3、壓控振蕩器5和分頻器6構成一個環(huán) 路，這個環(huán)路控制輸入到鑒頻鑒相器2的兩個輸入信號的相位，即控制輸入到鑒頻鑒相器2 的兩個輸入信號的頻率，使它們彼此相等。從壓控振蕩器5輸出的信號的頻率，是輸入頻率 的N倍。通過任意地設置N值，可以獲得輸入頻率的任意自然數倍數的頻率。并且，在例如 專利號為99104400. 2的中國專利中還能發(fā)現更多與鎖相環(huán)電路相關的內容。參照圖2所示，目前常用的電荷泵包括輸入層10、充電層20、放電層21。所述輸 入層10包括，向放電層21提供電流的由NMOS管麗0和匪OS管麗1構成的第一鏡像電流 源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供電流的PMOS 管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的NMOS管麗2和NMOS管麗3以及 用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管MN3的柵極 均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管MNl的源極相連；所述PMOS管MPO 的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的柵極和所述 PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20包括用作充電層20開關管的PMOS管MP4、與輸入層10中的PMOS 管MPl構成鏡像電流源的PMOS管MP6以及用于控制PMOS管MP6工作狀態(tài)的PMOS管MP2 禾口 PMOS 管 MP3。所述放電層21包括用作放電層21開關管的匪OS管麗7、與輸入層10中的匪OS 管麗0構成鏡像電流源的匪OS管麗6以及用于控制匪OS管麗6工作狀態(tài)的匪OS管麗4 和 NMOS 管 MN5。
當電荷泵接收到UP信號時，作為充電層20開關管的PMOS管MP4打開，電荷泵通 過PMOS管MP6對接于電荷泵輸出端的電容充電。而當電荷泵接收到DOWN信號時，作為放 電層21開關管的NMOS管麗7打開，電荷泵通過NMOS管MN6對接于電荷泵輸出端的電容放 H1^ ο然而，在電荷泵充放電過程中發(fā)現，充電電流和放電電流會出現不匹配，而此種情 況可能造成電荷泵輸出至壓控振蕩器的信號(Vctrl)跳動，并最終影響鎖相環(huán)電路。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種電荷泵，來解決現有技術電荷泵在充放電過程中存在充電電流和 放電電流不匹配，造成輸出信號跳動，并影響鎖相環(huán)電路的問題。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種電荷泵，包括分別根據充電信號進行充電操作 的充電層以及對應充電層，并根據放電信號進行放電操作的放電層，所述充電層至少包括 一個充電電路，所述放電層至少包括一個放電電路，所述充電電路包括開關PMOS管和充 電PMOS管；所述放電電路包括開關NMOS管和放電NMOS管；并且，所述充電PMOS管的漏 極和放電NMOS管的漏極相連作為所述電荷泵的輸出，還包括與所述電荷泵的輸出端相連的充電補償信號電路，所述充電補償信號電路當電荷 泵輸出端的充電電流不足時產生充電補償信號；與所述電荷泵的輸出端和充電補償信號電 路相連的充電補償電路，所述充電補償電路在接收到充電補償信號后，對電荷泵的輸出端 進行充電補償；與所述電荷泵的輸出端相連的放電補償信號電路，所述放電補償信號電路當電荷 泵輸出端的放電電流不足時產生放電補償信號；與所述電荷泵的輸出端和放電補償信號電 路相連的放電補償電路，所述放電補償電路在接收到放電補償信號后，對電荷泵的輸出端 進行放電補償?？蛇x的，所述充電補償電路包括充電補償管和匹配管，所述匹配管的源極接VDD， 柵極接地，漏極與充電補償管的源極相連；所述充電補償管的漏極與電荷泵的輸出端相連， 柵極接收充電補償信號?？蛇x的，產生所述充電補償信號的電路包括用于匹配的第一虛擬PMOS管、用于輸 出充電補償信號的第一補償PMOS管、用于控制第一補償PMOS管的第一控制NMOS管以及至 少一個用于充電補償的NMOS管。所述第一虛擬PMOS管的源極接VDD，柵極接地，漏極與第 一補償PMOS管的源極相連；第一補償PMOS管的柵極與漏極相連，并輸出充電補償信號；第 一控制NMOS管的柵極與電荷泵輸出相連，漏極與第一補償PMOS管的漏極相連；用于充電補 償的NMOS管的柵極和漏極相連，并接于第一控制NMOS管的源極，源極接地?？蛇x的，所述放電補償電路包括放電補償管和匹配管，所述匹配管的源極接地，柵 極接VDD，漏極與放電補償管的源極相連；所述放電補償管的漏極與電荷泵的輸出端相連， 柵極接收放電補償信號?？蛇x的，產生所述放電補償信號的電路包括用于匹配的第一虛擬NMOS管、用于輸 出放電補償信號的第一補償NMOS管、用于控制第一補償NMOS管的第一控制PMOS管以及至 少一個用于放電補償的PMOS管。所述第一虛擬NMOS管的源極接地，柵極接VDD，漏極與第 一補償NMOS管的源極相連；第一補償NMOS管的柵極與漏極相連，并輸出放電補償信號 ’第一控制PMOS管的柵極與電荷泵輸出相連，漏極與第一補償NMOS管的漏極相連；用于充電補 償的PMOS管的柵極和漏極相連，并接于第一控制PMOS管的源極，源極接VDD。可選的，所述充電電路還包括接于開關PMOS管的漏極，用于將開關PMOS管開啟或 關閉的瞬間產生的瞬態(tài)電流引走的第一引流電路?？蛇x的，所述第一引流電路包括引流NMOS管，所述引流NMOS管的漏極接于開關 PMOS管的漏極，柵極接收充電信號，源極接地?？蛇x的，所述放電電路還包括接于開關NMOS管的漏極，用于將開關NMOS管開啟或 關閉的瞬間產生的瞬態(tài)電流引走的第二引流電路?？蛇x的，所述第二引流電路包括引流PMOS管，所述引流PMOS管的漏極接于開關 NMOS管的漏極，柵極接收放電信號，源極接VDD?？蛇x的，所述充電電路還包括對充電層中接收的充電信號進行高頻過濾的第一電 容，所述第一電容跨接在VDD和充電PMOS管的柵極之間?？蛇x的，所述放電電路還包括對放電層接收的放電信號進行高頻過濾的第二電 容，所述第二電容跨接在放電PMOS管的柵極和地之間。與現有技術相比，上述所公開的電荷泵具有以下優(yōu)點上述所公開的電荷泵分別在充電電路和放電電路中增加了充電補償電路和放電 補償電路，因此當充電電流不足或放電電流不足的時候，充電補償電路或放電補償電路能 夠分別進行充電補償和放電補償，從而改善充電電流和放電電流的匹配度；并且，上述所公開的電荷泵的可選方案分別在用作充電開關和放電開關的開關 PMOS管和開關NMOS管的漏極連接了用于引走瞬態(tài)電流的引流電路。因此，當開關PMOS管 或開關NMOS管在開或關的瞬間產生瞬態(tài)電流擾亂的時候，引流電路能夠將瞬態(tài)電流引走， 從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度；另外，上述所公開的電荷泵的可選方案還分別在VDD和充電管之間以及放電管和 地之間跨接了電容。因此，當充/放電信號影響電荷泵的電流源穩(wěn)定時，能夠通過所跨接的 電容將高頻信號過濾，從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度。


圖1是現有技術鎖相環(huán)結構示意圖；圖2是現有技術電荷泵電路圖；圖3是本發(fā)明電荷泵的第一種實施方式電路圖；圖4是本發(fā)明電荷泵的第二種實施方式電路圖；圖5是本發(fā)明電荷泵的第三種實施方式電路圖；圖6是本發(fā)明電荷泵的第四種實施方式電路圖；圖7是本發(fā)明電荷泵的第五種實施方式電路圖；圖8是本發(fā)明電荷泵的第六種實施方式電路圖；圖9是本發(fā)明電荷泵的第七種實施方式電路圖；圖10是產生圖5、圖7至圖9中補償信號的補償信號電路圖。
具體實施例方式本發(fā)明電荷泵分別在充電電路和放電電路中增加了充電補償電路和放電補償電 路，因此當充電電流不足或放電電流不足的時候，充電補償電路或放電補償電路能夠分別 進行充電補償和放電補償，從而改善充電電流和放電電流的匹配度；

并且，本發(fā)明所公開的電荷泵的可選方案分別在用作充電開關和放電開關的開關 PMOS管和開關NMOS管的漏極連接了用于引走瞬態(tài)電流的引流電路。因此，當開關PMOS管 或開關NMOS管在開或關的瞬間產生瞬態(tài)電流擾亂的時候，引流電路能夠將瞬態(tài)電流引走， 從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度；另外，本發(fā)明所公開的電荷泵的可選方案還分別在VDD和充電管之間以及放電管 和地之間跨接了電容。因此，當充/放電信號影響電荷泵的電流源穩(wěn)定時，能夠通過所跨接 的電容將高頻信號過濾，從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度。參照圖3所示，本發(fā)明電荷泵的第一種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由NMOS管MNO和NMOS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的NMOS管麗2和NMOS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20至少包括一個充電電路，所述充電電路包括第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電PMOS管MP6以及第四NMOS管MN8。其中，所述第一PMOS
管MP2的柵極通過反相器接收控制信號(Bn，n = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS
管MPl的柵極相連，漏極分別與第二 PMOS管MP3的漏極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第 二 PMOS管MP3的源極接VDD，柵極接收控制信號；開關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收 充電信號(UP)，漏極與充電PMOS管MP6的源極相連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸 出相連；第四NMOS管麗5的漏極與開關PMOS管MP4的漏極相連，柵極接收充電信號，源極 接地，構成第一引流電路；所述放電層21至少包括一個放電電路，所述放電電路包括第一 NMOS管MN4、第二 匪OS管MN5、開關匪OS管MN7、放電PMOS管MN6以及第四PMOS管MP8。其中，所述第一 NMOS 管MN4的柵極接收控制信號，漏極與輸入層10的NMOS管MNl的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管MN6的柵極相連；第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過 反相器接收控制信號；開關NMOS管麗7的源極接地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放 電PMOS管MN6的源極相連；放電PMOS管MN6的漏極與電荷泵輸出相連；第四PMOS管MP8 的漏極與開關NMOS管麗7的漏極相連，柵極接收放電信號，源極接VDD，構成第二引流電路。所述充電層20中的充電電路的數量與所述放電層21中的放電電路的數量一致。 充電電路的數量和放電電路的數量根據電荷泵的充放電要求而選定。并且，每一個充電電 路和放電電路均通過傳輸門管與輸入層10相連。
參照圖4所示，本發(fā)明電荷泵的第二種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由匪OS管麗0和匪OS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的匪OS管麗2和匪OS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20至少包括一個充電電路，所述充電電路包括第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電PMOS管MP6。其中，所述第一 PMOS管MP2的柵極通過
反相器接收控制信號(Βη，η = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS管MPl的柵極相
連，漏極分別與第二 PMOS管MP3的漏極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第二 PMOS管MP3 的源極接VDD，柵極接收控制信號；開關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收充電信號(UP)， 漏極與充電PMOS管MP6的源極相連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸出相連；并且，在 充電PMOS管MP6和VDD之間跨接第一電容，作為第一過濾電路。所述放電層21至少包括一個放電電路，所述放電電路包括第一 NMOS管MN4、第二 匪OS管MN5、開關匪OS管MN7、放電PMOS管MN6。其中，所述第一匪OS管MN4的柵極接收 控制信號，漏極與輸入層10的NMOS管麗1的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏 極和放電PMOS管MN6的柵極相連；第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制 信號；開關NMOS管麗7的源極接地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放電PMOS管MN6的 源極相連；放電PMOS管MN6的漏極與電荷泵輸出相連；并且，在放電PMOS管MN6和地之間 跨接第二電容，作為第二過濾電路。所述充電層20中的充電電路的數量與所述放電層21中的放電電路的數量一致。 充電電路的數量和放電電路的數量根據電荷泵的充放電要求而選定。并且，每一個充電電 路和放電電路均通過傳輸門管與輸入層10相連。參照圖5所示，本發(fā)明電荷泵的第三種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由匪OS管麗0和匪OS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的匪OS管麗2和匪OS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20包括，第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電 PMOS管MP6。其中，所述第一 PMOS管MP2的柵極通過反相器接收控制信號(Βη，η = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS管MPl的柵極相連，漏極分別與第二 PMOS管MP3的漏
極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第二 PMOS管MP3的源極接VDD，柵極接收控制信號；開 關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收充電信號(UP)，漏極與充電PMOS管MP6的源極相 連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸出相連；并且，在VDD和電荷泵的輸出端之間連接， 進行充電補償的充電補償電路，所述充電補償電路包括充電補償管MPcompO和對應的匹配 管MPd，所述匹配管MPd的源極接VDD，柵極接地，漏極與充電補償管MPcompO的源極相連； 所述充電補償管MPcompO的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收充電補償信號(Pcomp)。
所述放電層21包括，第一 NMOS管MN4、第二 NMOS管MN5、開關NMOS管MN7、放電 PMOS管MN6。其中，所述第一 NMOS管MN4的柵極接收控制信號，漏極與輸入層10的NMOS 管麗1的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管MN6的柵極相連； 第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制信號；開關NMOS管麗7的源極接 地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放電PMOS管MN6的源極相連；放電PMOS管MN6的漏 極與電荷泵輸出相連；并且，在電荷泵的輸出端和地之間連接，進行放電補償的放電補償電 路，所述放電補償電路包括放電補償管^compO和對應的匹配管麗d，所述匹配管^d的源 極接地，柵極接VDD，漏極與放電補償管麗compO的源極相連；所述放電補償管麗compO的 漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收放電補償信號(Ncomp)。參照圖6所示，本發(fā)明電荷泵的第四種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由NMOS管MNO和NMOS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的NMOS管麗2和NMOS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管MP0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20至少包括一個充電電路，所述充電電路包括第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電PMOS管MP6以及第四NMOS管MN8。其中，所述第一PMOS
管MP2的柵極通過反相器接收控制信號(Bn，n = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS
管MPl的柵極相連，漏極分別與第二 PMOS管MP3的漏極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第 二 PMOS管MP3的源極接VDD，柵極接收控制信號；開關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收 充電信號(UP)，漏極與充電PMOS管MP6的源極相連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸 出相連；第四NMOS管麗5的漏極與開關PMOS管MP4的漏極相連，柵極接收充電信號，源極 接地，構成第一引流電路；并且，在充電PMOS管MP6和VDD之間跨接第一電容，作為第一過 濾電路。所述放電層21至少包括一個放電電路，所述放電電路包括第一 NMOS管MN4、第 二匪OS管MN5、開關匪OS管MN7、放電PMOS管MN6以及第四PMOS管MP8。其中，所述第一 NMOS管MN4的柵極接收控制信號，漏極與輸入層10的NMOS管麗1的柵極相連，源極分別與 第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管MN6的柵極相連；第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制信號；開關NMOS管麗7的源極接地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏 極與放電PMOS管MN6的源極相連；放電PMOS管MN6的漏極與電荷泵輸出相連；第四PMOS 管MP8的漏極與開關NMOS管麗7的漏極相連，柵極接收放電信號，源極接VDD，構成第二引 流電路；并且，在放電PMOS管MN6和地之間跨接第二電容，作為第二過濾電路。
所述充電層20中的充電電路的數量與所述放電層21中的放電電路的數量一致。 充電電路的數量和放電電路的數量根據電荷泵的充放電要求而選定。并且，每一個充電電 路和放電電路均通過傳輸門管與輸入層10相連。 參照圖7所示，本發(fā)明電荷泵的第五種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由匪OS管麗0和匪OS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的匪OS管麗2和匪OS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20包括，第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電 PMOS管MP6以及第四NMOS管MN8。其中，所述第一 PMOS管MP2的柵極通過反相器接收控
制信號(Bn，n = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS管MPl的柵極相連，漏極分別與
第二 PMOS管MP3的漏極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第二 PMOS管MP3的源極接VDD， 柵極接收控制信號；開關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收充電信號(UP)，漏極與充電 PMOS管MP6的源極相連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸出相連；第四NMOS管麗5的 漏極與開關PMOS管MP4的漏極相連，柵極接收充電信號，源極接地，構成第一引流電路；并 且，在VDD和電荷泵的輸出端之間連接，進行充電補償的充電補償電路，所述充電補償電路 包括充電補償管MPcompO和對應的匹配管MPd，所述匹配管MPd的源極接VDD，柵極接地，漏 極與充電補償管MPcompO的源極相連；所述充電補償管MPcompO的漏極與電荷泵的輸出端 相連，柵極接收充電補償信號(Pcomp)。所述放電層21包括，第一 NMOS管MN4、第二 NMOS管MN5、開關NMOS管MN7、放電 PMOS管MN6以及第四PMOS管MP8。其中，所述第一 NMOS管MN4的柵極接收控制信號，漏極 與輸入層10的NMOS管麗1的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管 MN6的柵極相連；第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制信號；開關NMOS 管麗7的源極接地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放電PMOS管MN6的源極相連；放電 PMOS管麗6的漏極與電荷泵輸出相連；第四PMOS管MP8的漏極與開關匪OS管MN7的漏極 相連，柵極接收放電信號，源極接VDD，構成第二引流電路；并且，在電荷泵的輸出端和地之 間連接，進行放電補償的放電補償電路，所述放電補償電路包括放電補償管麗compO和對 應的匹配管麗d，所述匹配管^d的源極接地，柵極接VDD，漏極與放電補償管^compO的源 極相連；所述放電補償管麗compO的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收放電補償信號 (Ncomp) ο
參照圖8所示，本發(fā)明電荷泵的第六種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由NMOS管MNO和NMOS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的NMOS管麗2和NMOS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的 柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20包括，第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電 PMOS管MP6。其中，所述第一 PMOS管MP2的柵極通過反相器接收控制信號(Βη，η = 0,1,
2.......)，源極與輸入層10的PMOS管MPl的柵極相連，漏極分別與第二 PMOS管ΜΡ3的漏
極和充電PMOS管ΜΡ6的柵極相連；第二 PMOS管ΜΡ3的源極接VDD，柵極接收控制信號；開 關PMOS管ΜΡ4的源極接VDD，柵極接收充電信號(UP)，漏極與充電PMOS管MP6的源極相 連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸出相連；并且，在充電PMOS管MP6和VDD之間跨接 第一電容，作為第一過濾電路；并且，在VDD和電荷泵的輸出端之間連接，進行充電補償的 充電補償電路，所述充電補償電路包括充電補償管MPcompO和對應的匹配管MPd，所述匹配 管MPd的源極接VDD，柵極接地，漏極與充電補償管MPcompO的源極相連；所述充電補償管 MPcompO的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收充電補償信號(Pcomp)。所述放電層21包括，第一 NMOS管MN4、第二 NMOS管MN5、開關NMOS管MN7、放電 PMOS管MN6。其中，所述第一 NMOS管MN4的柵極接收控制信號，漏極與輸入層10的NMOS 管麗1的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管MN6的柵極相連；第 二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制信號；開關NMOS管麗7的源極接地， 柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放電PMOS管MN6的源極相連；放電PMOS管MN6的漏極 與電荷泵輸出相連；并且，在放電PMOS管MN6和地之間跨接第二電容，作為第二過濾電路； 并且，在電荷泵的輸出端和地之間連接，進行放電補償的放電補償電路，所述放電補償電路 包括放電補償管MNcompO和對應的匹配管MNd，所述匹配管MNd的源極接地，柵極接VDD，漏 極與放電補償管麗compO的源極相連；所述放電補償管MNcompO的漏極與電荷泵的輸出端 相連，柵極接收放電補償信號(Ncomp)。參照圖9所示，本發(fā)明電荷泵的第七種實施方式電路包括用于向充電層20和放電 層21提供電流的輸入層10、以及分別接收輸入層10提供的電流，并分別根據充電信號進行 充電操作的充電層20和根據放電信號進行放電操作的放電層21。所述輸入層10包括，向放電層21提供電流的由NMOS管MNO和NMOS管麗1構成的 第一鏡像電流源，以及接收第一鏡像電流源的NMOS管麗1傳輸的電流，并向充電層20提供 電流的PMOS管MPl。還包括用于第一鏡像電流源和放電層21匹配的NMOS管麗2和NMOS 管MN3以及用于PMOS管MPl和充電層20匹配的PMOS管ΜΡ0，所述匪OS管MN2和匪OS管 麗3的柵極均接VDD、源極接地、漏極分別與NMOS管MNO和NMOS管麗1的源極相連；所述 PMOS管MPO的源極接VDD、柵極接地，漏極與PMOS管MPl的源極相連。所述NMOS管麗1的柵極和所述PMOS管MPl的柵極分別與放電層21和充電層20相連。所述充電層20包括，第一 PMOS管MP2、第二 PMOS管MP3、開關PMOS管MP4、充電 PMOS管MP6以及第四NMOS管MN8。其中，所述第一 PMOS管MP2的柵極通過反相器接收控
制信號(Bn，n = 0,1,2.......)，源極與輸入層10的PMOS管MPl的柵極相連，漏極分別與
第二 PMOS管MP3的漏極和充電PMOS管MP6的柵極相連；第二 PMOS管MP3的源極接VDD， 柵極接收控制信號；開關PMOS管MP4的源極接VDD，柵極接收充電信號(UP)，漏極與充電 PMOS管MP6的源極相連；充電PMOS管MP6的漏極與電荷泵輸出相連；第四NMOS管麗5的 漏極與開關PMOS管MP4的漏極相連，柵極接收充電信號，源極接地，構成第一引流電路；并 且，在充電PMOS管MP6和VDD之間跨接第一電容，作為第一過濾電路；并且，在VDD和電荷 泵的輸出端之間連接，進行充電補償的充電補償電路，所述充電補償電路包括充電補償管 MPcompO和對應的匹配管MPd，所述匹配管MPd的源極接VDD，柵極接地，漏極與充電補償管 MPcompO的源極相連；所述充電補償管MPcompO的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收充 電補償信號(Pcomp)。所述放電層21包括，第一 NMOS管MN4、第二 NMOS管MN5、開關NMOS管MN7、放電 PMOS管MN6以及第四PMOS管MP8。其中，所述第一 NMOS管MN4的柵極接收控制信號，漏極 與輸入層10的NMOS管麗1的柵極相連，源極分別與第二 NMOS管麗5的漏極和放電PMOS管 MN6的柵極相連；第二 NMOS管麗5的源極接地，柵極通過反相器接收控制信號；開關NMOS 管麗7的源極接地，柵極接收放電信號(DOWN)，漏極與放電PMOS管MN6的源極相連；放電 PMOS管麗6的漏極與電荷泵輸出相連；第四PMOS管MP8的漏極與開關匪OS管麗7的漏極 相連，柵極接收放電信號，源極接VDD，構成第二引流電路；并且，在放電PMOS管MN6和地之 間跨接第二電容，作為第二過濾電路；并且，在電荷泵的輸出端和地之間連接，進行放電補 償的放電補償電路，所述放電補償電路包括放電補償管麗compO和對應的匹配管麗d，所述 匹配管^d的源極接地，柵極接VDD，漏極與放電補償管^compO的源極相連；所述放電補 償管麗compO的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收放電補償信號(Ncomp)。參照圖10所示，上述第三種實施方式、第五至第七種實施方式種的充電補償信號 和放電補償信號由補償信號電路產生，所述補償信號電路包括充電補償信號電路100和放 電補償信號電路200。所述充電補償信號電路100包括用于匹配的第一虛擬PMOS管MPDummy、用于輸出 充電補償信號的第一補償PMOS管MPcomp、用于控制第一補償PMOS管MPcomp的第一控制 NMOS管MNctrl以及用于充電補償的匪OS管MNdio2和MNdiol。其中，所述第一虛擬PMOS 管MPDummy的源極接VDD，柵極接地，漏極與第一補償PMOS管MPcomp的源極相連；第一補償 PMOS管MPcomp的柵極與漏極相連，并輸出充電補償信號(Pcomp)；第一控制NMOS管麗ctrl 的柵極與電荷泵輸出相連，漏極與第一補償PMOS管MPcomp的漏極相連；用于充電補償的 NMOS管MNdio2和NMOS管MNdiol的柵極和漏極相連，NMOS管MNdio2的漏極接于第一控制 匪OS管MNctrl的源極，NMOS管MNdiol的漏極接于匪OS管MNdio2的源極，NMOS管MNdiol 的源極接地。所述放電補償信號電路200包括用于匹配的第一虛擬NMOS管MNDummy、用于輸出 放電補償信號的第一補償NMOS管麗comp、用于控制第一補償NMOS管^comp的第一控制 PMOS管MPctrl以及用于充放電補償的PMOS管MPdio2和MPdiol。所述第一虛擬NMOS管MNDummy的源極接地，柵極接VDD，漏極與第一補償NMOS管^comp的源極相連；第一補償 NMOS管^comp的柵極與漏極相連，并輸出放電補償信號；第一控制PMOS管MPctrl的柵極 與電荷泵輸出相連，漏極與第一補償NMOS管^comp的漏極相連；用于充電補償的PMOS管 MPdio2和MPdiol的柵極和漏極相連，PMOS管MPdiol的漏極接于第一控制PMOS管MPctrl 的源極，PMOS管MPdiol的源極接于PMOS管MPdio2的漏極，PMOS管MPdio2的源極接VDD。所述充電層20中的充電電路的數量與所述放電層21中的放電電路的數量一致。 充電電路的數量和放電電路的數量根據電荷泵的充放電要求而選定。并且，每一個充電電 路和放電電路均通過傳輸門管與輸入層10相連。

下面對上述的本發(fā)明電荷泵的第七種實施方式電路作進一步說明，以使得上述的 電荷泵的電路結構更加清楚。繼續(xù)參照圖9所示，以電荷泵的充電過程為例。為了使電荷泵開啟，控制信號會
先(Bn，n = 0，l，2.......)為高并保持穩(wěn)定，并傳輸到充電層20的每一個充電電路中。每
一個充電電路的工作情況完全相同，以其中一個充電電路為例，第一 PMOS管MP2通過反相 器接收控制信號B0，因為控制信號BO為高，因而第一 PMOS管MP2柵極接收的信號為低，第 一 PMOS管MP2開啟，并將輸入層10的PMOS管MPl的柵極傳輸的電壓傳輸給充電PMOS管 MP6，當充電PMOS管MP6柵極的電壓降低到開啟電壓時，充電PMOS管MP6開啟。當充電信 號(UP)為低時，開關PMOS管MP4開啟，VDD就通過開關PMOS管MP4和充電PMOS管MP6對 接于電荷泵輸出端的電容充電。而當充電信號(UP)為高時，開關PMOS管MP4關閉，VDD就 停止對接于電荷泵輸出端的電容充電。然而，開關PMOS管MP4在開啟或關閉的瞬間，會由于管子的寄生電容造成的電荷 注入，引起充/放電電流的瞬態(tài)擾亂。此時由于在開關管MP4的漏極接有由第四NMOS管 MN8構成的第一引流電路，當充電信號為低或高時，第四NMOS管MN8也隨之開啟或關閉，而 第四NMOS管MN8在開啟或關閉的瞬間狀態(tài)與開關PMOS管MP4相反，因而能夠將瞬態(tài)電流 引走，從而改善充電電流和放電電流的匹配度，并維持電荷泵輸出信號的穩(wěn)定。而當充電信號為低時，還會通過開關PMOS管MP4的柵-漏寄生電容(Cgd)和充電 PMOS管MP6的柵-源寄生電容(Cgs)影響到輸入層10的鏡像電流源的電流穩(wěn)定。此時，由 于在VDD和充電PMOS管MP6的柵極之間還跨接有電容，利用電容能夠傳輸高頻的特性，將 高頻信號引走，避免影響輸入層10中的電流源的電流，從而對充電電流和放電電流的匹配 也有著有利的影響。而隨著電荷泵的充電層20對電容的充電，電荷泵的輸出端電壓(Vctrl)也會越來 越接近VDD，這樣就使得充電PMOS管MP6的源-漏電壓不足以維持自身工作在飽和區(qū)，而使 得電荷泵對接于其輸出端的電容的充電電流不足。而此時參照圖10所示，充電補償信號電路100中的第一控制NMOS管麗Ctrl就會 由于電荷泵輸出端的電壓(Vctrl)的不斷升高而開啟，那么在充電補償信號電路的VDD和 地之間的對地通路就打開，而第一補償PMOS管MPcomp的漏極電位就會被拉低，因此，第一 補償PMOS管MPcomp的柵極輸出的充電補償信號(Pcomp)的電位也降低。而隨著充電補償 信號的電位降低，充電補償電路的充電補償管MPcompO也會隨之開啟，VDD就通過充電補償 電路對電荷泵輸出端的電容進行補償充電，使得電荷泵對接于其輸出端的電容的充電電流 維持穩(wěn)定，從而也對充電電流和放電電流的匹配度有改善作用，并且還能夠增大電荷泵輸出端的電壓范圍。當充電信號變?yōu)楦邥r，開關管MP4關閉，電荷泵對電容的充電過程也結束。而此時，由于控制信號BO穩(wěn)定為高，當放電信號為高時，放電層21中的放電電路 還能夠對電荷泵輸出端的電容進行放電。因所述放電層21的結構和充電層20的結構相似， 并且放電過程原理也與充電過程原理相同，這里就不再對放電過程進行詳細敘述了。而當控制信號變?yōu)榈蜁r，例如BO變?yōu)榈?，則充電層20中的第一 PMOS管MP2關閉， 并且，第二 PMOS管MP3隨著控制信號BO的變低而打開，將充電PMOS管MP6的柵極電位拉 高，從而使得充電PMOS管MP6也關閉。而放電層21中的第一 NMOS管MN4也關閉，并且，第 二 NMOS管麗5隨著控制信號BO的變低而打開，將放電PMOS管MN6的柵極電位拉低，從而 使得放電PMOS管MN6也關閉。從而，電荷泵關閉。綜上所述，上述所公開的電荷泵分別在充電電路和放電電路中增加了充電補償電 路和放電補償電路，因此當充電電流不足或放電電流不足的時候，充電補償電路或放電補 償電路能夠分別進行充電補償和放電補償，從而改善充電電流和放電電流的匹配度；并且，上述所公開的電荷泵的可選方案分別在用作充電開關和放電開關的開關 PMOS管和開關NMOS管的漏極連接了用于引走瞬態(tài)電流的引流電路。因此，當開關PMOS管 或開關NMOS管在開或關的瞬間產生瞬態(tài)電流擾亂的時候，引流電路能夠將瞬態(tài)電流引走， 從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度；另外，上述所公開的電荷泵的可選方案還分別在VDD和充電管之間以及放電管和 地之間跨接了電容。因此，當充/放電信號影響電荷泵的電流源穩(wěn)定時，能夠通過所跨接的 電容將高頻信號過濾，從而進一步改善充電電流和放電電流的匹配度。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種電荷泵，其特征在于，至少包括一個充電電路和放電電路，所述充電電路包括 開關PMOS管和充電PMOS管；所述放電電路包括開關NMOS管和放電NMOS管；并且，所述 充電PMOS管的漏極和放電NMOS管的漏極相連作為所述電荷泵的輸出，還包括與所述電荷泵的輸出端相連的充電補償信號電路，所述充電補償信號電路當電荷泵輸 出端的充電電流不足時產生充電補償信號；與所述電荷泵的輸出端和充電補償信號電路相 連的充電補償電路，所述充電補償電路在接收到充電補償信號后，對電荷泵的輸出端進行 充電補償；與所述電荷泵的輸出端相連的放電補償信號電路，所述放電補償信號電路當電荷泵輸 出端的放電電流不足時產生放電補償信號；與所述電荷泵的輸出端和放電補償信號電路相 連的放電補償電路，所述放電補償電路在接收到放電補償信號后，對電荷泵的輸出端進行 放電補償。
2.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述充電補償電路包括充電補償管和匹 配管，所述匹配管的源極接VDD，柵極接地，漏極與充電補償管的源極相連；所述充電補償 管的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收充電補償信號。
3.如權利要求2所述的電荷泵，其特征在于，所述充電補償信號電路包括第一虛擬 PMOS管、第一補償PMOS管、第一控制NMOS管以及至少一個用于充電補償的NMOS管，所述 第一虛擬PMOS管的源極接VDD，柵極接地，漏極與第一補償PMOS管的源極相連；第一補償 PMOS管的柵極與漏極相連，并輸出充電補償信號；第一控制NMOS管的柵極與電荷泵輸出相 連，漏極與第一補償PMOS管的漏極相連；用于充電補償的NMOS管的柵極和漏極相連，并接 于第一控制NMOS管的源極，源極接地。
4.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述放電補償電路包括放電補償管和匹 配管，所述匹配管的源極接地，柵極接VDD，漏極與放電補償管的源極相連；所述放電補償 管的漏極與電荷泵的輸出端相連，柵極接收放電補償信號。
5.如權利要求4所述的電荷泵，其特征在于，所述放電補償信號電路包括第一虛擬 NMOS管、第一補償NMOS管、第一控制PMOS管以及至少一個用于放電補償的PMOS管，所述 第一虛擬NMOS管的源極接地，柵極接VDD，漏極與第一補償NMOS管的源極相連；第一補償 NMOS管的柵極與漏極相連，并輸出放電補償信號；第一控制PMOS管的柵極與電荷泵輸出相 連，漏極與第一補償NMOS管的漏極相連；用于充電補償的PMOS管的柵極和漏極相連，并接 于第一控制PMOS管的源極，源極接VDD。
6.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述充電電路還包括接于開關PMOS管的 漏極，用于將開關PMOS管開啟或關閉的瞬間產生的瞬態(tài)電流引走的第一引流電路。
7.如權利要求6所述的電荷泵，其特征在于，所述第一引流電路包括引流NMOS管，所述 引流NMOS管的漏極接于開關PMOS管的漏極，柵極接收充電信號，源極接地。
8.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述放電電路還包括接于開關NMOS管的 漏極，用于將開關NMOS管開啟或關閉的瞬間產生的瞬態(tài)電流引走的第二引流電路。
9.如權利要求8所述的電荷泵，其特征在于，所述第二引流電路包括引流PMOS管，所述 引流PMOS管的漏極接于開關NMOS管的漏極，柵極接收放電信號，源極接VDD。
10.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述充電電路還包括第一電容，所述第 一電容跨接在VDD和充電PMOS管的柵極之間。
11.如權利要求1所述的電荷泵，其特征在于，所述放電電路還包括第二電容，所述第 二電容跨接在放電PMOS管的柵極和地之間。
全文摘要
一種電荷泵，包括輸入層，以及分別接收輸入層提供的電流，并分別根據充電信號和放電信號進行充放電操作的充電層和放電層，所述充電層和放電層至少包括一個充電電路和放電電路，還包括，在電荷泵輸出端的充電電流不足時產生充電補償信號的充電補償信號電路；以及在接收到充電補償信號后，對電荷泵的輸出端進行充電補償的充電補償電路；在電荷泵輸出端的放電電流不足時產生放電補償信號的放電補償信號電路；以及在接收到放電補償信號后，對電荷泵的輸出端進行放電補償的放電補償電路。所述電荷泵具有較好的充電電流和放電電流的匹配度。
文檔編號H02M3/07GK102122883SQ20101002269
公開日2011年7月13日 申請日期2010年1月8日 優(yōu)先權日2010年1月8日
發(fā)明者孫晶, 張平山, 潘建平 申請人:無錫百陽科技有限公司