本實(shí)用新型涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電荷泵。

背景技術(shù)：

近些年來，在各種鎖相環(huán)結(jié)構(gòu)中，電荷泵鎖相環(huán)(Phase-Locked Loop，PLL)應(yīng)用最為廣泛，其捕獲范圍大，鎖定時(shí)可以達(dá)到零相位差。圖1為一種電荷泵鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖，包括鑒頻鑒相器(Phase Frequency Detector,PFD)101和N分頻器(Divider)105、電荷泵(Charge Pump,CP)102、環(huán)路濾波器(Loop Filter,LPF)103和壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)104。其中電荷泵102是鎖相環(huán)電路中的重要模塊，能將鑒頻鑒相器101輸出的數(shù)字電平轉(zhuǎn)化為模擬信號。而電荷泵在電路實(shí)現(xiàn)時(shí)，往往存在充放電電流失配以及電荷共享等非理想效應(yīng)，導(dǎo)致輸出電壓U_out產(chǎn)生抖動(dòng)。

可見，現(xiàn)有技術(shù)中存在電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應(yīng)，使得輸出電壓產(chǎn)生抖動(dòng)的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的，電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應(yīng)，使得輸出電壓產(chǎn)生抖動(dòng)的技術(shù)問題，提供了一種電荷泵，能夠有效減小電荷泵充放電電流失配以及避免電荷共享效應(yīng)。

本實(shí)用新型提供了一種電荷泵，包括：基準(zhǔn)電流源模塊、電壓跟隨器以及電荷泵主體電路；

所述基準(zhǔn)電流源模塊，包括啟動(dòng)電路和基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路，所述啟動(dòng)電路用于控制所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路的啟動(dòng)與關(guān)斷，所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至所述電荷泵主體電路；

所述電壓跟隨器，與所述電荷泵主體電路相連接，用于為電荷泵主體電路提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，從而消除電荷分配；

所述電荷泵主體電路，用于產(chǎn)生充放電電流，包括充電電路和放電電路，所述充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電，所述放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電。

可選的，所述啟動(dòng)電路包括：第一PMOS管、第一電容、第二PMOS管以及第三PMOS管；

所述第一PMOS管源級連接至電源電壓Vdd，其漏級連接所述第一電容的一端，并與所述第二PMOS管的柵極相連，所述第一電容的另一端接地；所述第二PMOS管的源級連接電源電壓Vdd；所述第三PMOS管的柵極連接所述第二PMOS管的柵極，其漏級接地。

可選的，所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路包括第四PMOS管、第五PMOS管(MP5)、第一NMOS管、第二NMOS管以及第一電阻R1；

所述第四PMOS管的源級連接電源電壓Vdd，其柵級與所述第一PMOS管的柵極、所述第三PMOS管的源級相連，其漏級連接所述第二PMOS管的漏級；所述第一NMOS管采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至所述第四PMOS管的漏級，其源級與地相連；所述第五PMOS管采用二極管接法，其柵極與漏級相連，并連接至第四PMOS管的柵極，其源級與電源電壓Vdd相連；所述第二NMOS管的柵極與所述第一NMOS管的柵極相連，其漏級連接至所述第五PMOS管的漏級，其源級與所述第一電阻的一端相連；所述第一電阻的另一端與地相連。

可選的，所述電壓跟隨器包括：第六PMOS管、第七PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及第五NMOS管；

所述第六PMOS管的源級連接電源電壓Vdd；所述第七PMOS管的源級與電源電壓Vdd相連，其柵極與漏級相連，并連接至所述第六PMOS管的柵極；

述第三NMOS管的漏級與柵極相連，并連接至所述第六PMOS管的漏極，并向所述電荷泵主體電路輸出電壓信號V_B；所述第四NMOS管的漏級連接至所述第七PMOS管的漏級，其源級與所述第三NMOS管的源級相連，其柵極向所述電荷泵主體電路輸出電壓信號V_A；所述第五NMOS管的柵極連接至所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偏置電壓信號V_M，其漏級連接所述第三NMOS管的源級，其源級接地。

可選的，所述充電電路包括：第八PMOS管、第九PMOS管和第十PMOS管；所述第八PMOS管作為充電電流源，其柵極連接所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偏置電壓信號V_N，其源級連接至電源Vdd；所述第九PMOS管和所述第十PMOS管，作為充電開關(guān)，所述第九PMOS管的柵極連接充電控制信號UP的反向邏輯，其源級連接所述第八PMOS管的漏級，其漏級連接所述電壓跟隨器產(chǎn)生的電壓信號V_B；所述第十PMOS管的柵極連接充電控制信號UP，其源級連接所述第八PMOS管的漏級，其漏級接至電荷泵的輸出節(jié)點(diǎn)；

所述放電電路包括：第七NMOS管、第八NMOS管和第六NMOS管；所述第七NMOS管和第八NMOS管作為放電開關(guān)，第七NMOS管的柵極連接放電控制信號DN，其漏級與所述第九PMOS管的漏級相連；第八NMOS管的柵極連接放電控制信號DN的反向邏輯，其漏級接至電荷泵的輸出節(jié)點(diǎn)，其源級連接所述第七NMOS管的源級；第六NMOS管，作為放電電流源，其柵極連接所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路產(chǎn)生的偏置電壓信號V_M，其源級接地，其漏級連接所述第七NMOS管的源級。

可選的，用于鎖相環(huán)電路，其中：所述輸出節(jié)點(diǎn)作為所述鎖相環(huán)電路中環(huán)路濾波器的輸入；所述充電控制信號UP來自于所述鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器輸出的充電標(biāo)示信號；所述放電控制信號DN來自于所述鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器輸出的放電標(biāo)示信號。

本實(shí)用新型中提供的一個(gè)或多個(gè)技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果或優(yōu)點(diǎn)：

由于在本實(shí)用新型中，電荷泵包括：基準(zhǔn)電流源模塊、電壓跟隨器以及電荷泵主體電路；所述基準(zhǔn)電流源模塊，包括啟動(dòng)電路和基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路，所述啟動(dòng)電路用于控制所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路的啟動(dòng)與關(guān)斷，所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至所述電荷泵主體電路；所述電壓跟隨器，與所述電荷泵主體電路相連接，用于為電荷泵主體電路提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，從而消除電荷分配；所述電荷泵主體電路，用于產(chǎn)生充放電電流，包括充電電路和放電電路，所述充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電，所述放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電。有效地解決了針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的，電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應(yīng)，使得輸出電壓產(chǎn)生抖動(dòng)的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實(shí)用新型背景技術(shù)提供的一種電荷泵鎖相環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電荷泵的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種電荷泵的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電荷泵，請參照圖3，該電荷泵包括：基準(zhǔn)電流源模塊410、電壓跟隨器420以及電荷泵主體電路430。

其中，基準(zhǔn)電流源模塊410包括啟動(dòng)電路411和基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412，啟動(dòng)電路411用于控制所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路的啟動(dòng)與關(guān)斷，所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路410用于產(chǎn)生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至電荷泵主體電路430。

啟動(dòng)電路411包括：第一PMOS管MP1、第一電容C1、第二PMOS管MP2以及第三PMOS管MP3；所述第一PMOS管MP1源級連接至電源電壓Vdd，其漏級連接所述第一電容C1的一端，并與所述第二PMOS管MP2的柵極相連，所述第一電容C1的另一端接地；所述第二PMOS管MP2的源級連接電源電壓Vdd；所述第三PMOS管MP3的柵極連接所述第二PMOS管MP2的柵極，其漏級接地。

基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412包括：第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2以及第一電阻R1；所述第四PMOS管MP4的源級連接電源電壓Vdd，其柵級與所述第五PMOS管MP5的柵極、所述第一PMOS管MP1的柵極、所述第三PMOS管MP3的源級相連，其漏級連接所述第二PMOS管MP2的漏級；所述第一NMOS管MN1采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至所述第四PMOS管MP4的漏級，其源級與地相連；所述第五PMOS管MP5采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至第四PMOS管MP4的柵極，其源級與電源電壓Vdd相連；所述第二NMOS管MN2的柵極與所述第一NMOS管MN1的柵極相連，其漏級連接至所述第五PMOS管MP5的漏級，其源級與所述第一電阻R1的一端相連；所述第一電阻R1的另一端與地相連。

在具體實(shí)施過程中，啟動(dòng)電路用于控制所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412的啟動(dòng)與關(guān)斷。具體而言，當(dāng)上電時(shí)默認(rèn)所述第一電容C1上的電荷為0，此時(shí)，所述第二PMOS管MP2與所述第三PMOS管MP3導(dǎo)通，拉低了N點(diǎn)電位電壓，升高了M點(diǎn)電位電壓，使得所述第四PMOS管MP4的柵壓下降，所述第一NMOS管MN1的柵壓升高，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412進(jìn)入工作狀態(tài)，同時(shí)所述第一PMOS管MP1的柵壓下降，在電源電壓Vdd的作用下導(dǎo)通，進(jìn)而給所述第一電容C1充電，使其上級板電壓逐漸升高，當(dāng)所述第一電容C1充電到電源電壓Vdd時(shí)，所述第一PMOS管MP1、所述第二PMOS管MP2和所述第三PMOS管MP3斷開，啟動(dòng)電路斷開。

進(jìn)一步的，當(dāng)啟動(dòng)電路411導(dǎo)通后，基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412進(jìn)入工作狀態(tài)，產(chǎn)生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，一一對應(yīng)輸出至所述電荷泵主體電路430中第八PMOS管MP8與第六NMOS管MN6的柵端，提供其導(dǎo)通所需的偏置電壓。

在具體實(shí)施過程中，仍請參考圖3，電壓跟隨器420包括：第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4以及第五NMOS管MN5；所述第六PMOS管MP6的源級連接電源電壓Vdd；所述第七PMOS管MP7的源級與電源電壓Vdd相連，其柵極與漏級相連，并連接至所述第六PMOS管MP6的柵極；所述第三NMOS管MN3的漏級與柵極相連，并連接至所述第六PMOS管MP6的漏極，并向所述電荷泵主體電路430輸出電壓信號V_B；所述第四NMOS管MN4的漏級連接至所述第七PMOS管MP7的漏級，其源級與所述第三NMOS管MN3的源級相連，其柵極向所述電荷泵主體電路430輸出電壓信號V_A；所述第五NMOS管MN5的漏級連接至所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412產(chǎn)生的偏置電壓信號V_M，其源級接地。

電壓跟隨器420與所述電荷泵主體電路430模塊相連接，給電荷泵主體電路430提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，并輸出至所述電荷泵主體電路，從而消除電荷分配。具體而言，電壓信號V_A用于給電荷泵主體電路中的第十PMOS管MP10以及第八NMOS管MN8提供漏級電壓，電壓信號V_B用于給電荷泵主體電路中的第九PMOS管MP9以及第七NMOS管MN7提供漏級電壓，以保證電荷泵主體電路430中的充電電流源Imp與放電電流源Imn在任何工作狀態(tài)下，均有導(dǎo)流之路，進(jìn)而保證了節(jié)點(diǎn)N1的電壓與節(jié)點(diǎn)N2的電壓相對穩(wěn)定，從而有效的減小了節(jié)點(diǎn)N1、N2與輸出電壓Vout之間的電荷共享。

進(jìn)一步地，仍請參考圖3，電荷泵主體電路430用于產(chǎn)生充放電電流，包括充電電路和放電電路，充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電；放電電路，用于利用放電控制信號DN，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電。

其中，所述充電電路包括：第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9和第十PMOS管MP10；所述第八PMOS管MP8作為充電電流源，其柵極連接所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412產(chǎn)生的偏置電壓信號V_N，其源級連接至電源Vdd；所述第九PMOS管MP9和所述第十PMOS管MP10，作為充電開關(guān)，所述第九PMOS管MP9的柵極連接充電控制信號UP的反向邏輯，其源級連接所述第八PMOS管MP8的漏級，其漏級連接所述電壓跟隨器420產(chǎn)生的電壓信號V_B；所述第十PMOS管MP10的柵極連接充電控制信號UP，其源級連接所述第八PMOS管MP8的漏級，其漏級接至電荷泵的輸出節(jié)點(diǎn)。

所述放電電路包括：第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8和第六NMOS管MN6；所述第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8作為放電開關(guān)，第七NMOS管MN7的柵極連接放電控制信號DN，其漏級與所述第九PMOS管MP9的漏級相連；第八NMOS管MN8的柵極連接放電控制信號DN的反向邏輯，其漏級接至電荷泵的輸出節(jié)點(diǎn)，其源級連接所述第七NMOS管MN7的源級；第六NMOS管MN6，作為放電電流源，其柵極連接所述基準(zhǔn)電流產(chǎn)生電路412產(chǎn)生的偏置電壓信號V_M，其源級接地，其漏級連接所述第七NMOS管MN7的源級。

需要指出的是，電荷泵主體電路430包括四個(gè)差分信號輸入端，分別為充電控制信號UP及其反向邏輯放電控制信號DN及其反向邏輯所述充電控制信號UP來自于所述鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器輸出的充電標(biāo)示信號，所述放電控制信號DN來自于所述鎖相環(huán)電路中的鑒頻鑒相器輸出的放電標(biāo)示信號；進(jìn)一步地，電荷泵主體電路430還包括一個(gè)信號輸出節(jié)點(diǎn)，示例性的，如圖3所示，該信號輸出節(jié)點(diǎn)標(biāo)注為A，輸出節(jié)點(diǎn)A作為所述鎖相環(huán)電路中環(huán)路濾波器的輸入。

電荷泵主體電路430用于利用充電控制信號UP和放電控制信號DN對輸出節(jié)點(diǎn)充放電進(jìn)行電壓控制，實(shí)現(xiàn)對環(huán)路濾波器進(jìn)行充放電。在具體實(shí)施過程中，充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電；放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電。具體而言，請參照圖3，當(dāng)UP信號為低電平、DN信號為高電平時(shí)，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10導(dǎo)通，所述第九PMOS管MP9關(guān)斷，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7導(dǎo)通，和所述第八NMOS管MN8關(guān)斷，充電電流源Imp流過所述第十PMOS管MP10支路，對環(huán)路濾波器進(jìn)行充電，輸出電壓V_out升高。

當(dāng)UP信號為高電平、DN信號為低電平時(shí)，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10關(guān)斷，所述第九PMOS管MP9導(dǎo)通，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7關(guān)斷，和所述第八NMOS管MN8導(dǎo)通，放電電流源Imn流過所述第八NMOS管MN8支路，對環(huán)路濾波器進(jìn)行放電，輸出電壓V_out降低。

當(dāng)UP信號和DN信號同時(shí)為低電平時(shí)，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10導(dǎo)通，所述第九PMOS管MP9關(guān)斷，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7關(guān)斷，和所述第八NMOS管MN8導(dǎo)通，充電電流源Imp流過所述第十PMOS管MP10、所述第八NMOS管MN8以及放電電流源Imn支路，此時(shí)，滿足關(guān)系式Imp＝Iup＝Idn＝Imn，即流過充電支路與流過放電支路的電流相等，故流入環(huán)路濾波器的電流為0，即電荷泵充放電電流失配為零，電荷泵輸出電壓Vout將保持不變。

當(dāng)UP信號和DN信號同時(shí)為高電平時(shí)，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10關(guān)斷，所述第九PMOS管MP9導(dǎo)通，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7導(dǎo)通，和所述第八NMOS管MN8關(guān)斷，此時(shí)，充電電流源Imp流過所述第九PMOS管MP9、所述第七NMOS管MN7以及放電電流源Imn支路，電荷泵主體電路中的充放電支路斷開，電荷泵充放電電流失配為零，電荷泵輸出電壓V_out將保持不變

可見，一方面，在電荷泵充放電支路導(dǎo)通與關(guān)斷切換時(shí)，無論在哪種工作狀態(tài)，由于電壓跟隨器420提供了兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，保證了充電電流源與放電電流源均有導(dǎo)流之路，實(shí)現(xiàn)充放電電流源始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，避免了第八PMOS管MP8和第六NMOS管MN6在飽和區(qū)與截止區(qū)之間的切換，也即避免了流過第八PMOS管MP8的電流在0與Imp之間劇烈跳變，保持了節(jié)點(diǎn)N1的電壓相對穩(wěn)定性，同時(shí)也避免了流過第六NMOS管MN6的電流在0與Imn之間劇烈跳變，保持了節(jié)點(diǎn)N2的電壓相對穩(wěn)定性，減小了節(jié)點(diǎn)N1、N2與輸出節(jié)點(diǎn)V_out的之間的電荷共享；另一方面，所述電壓跟隨器420使得節(jié)點(diǎn)N1和N2的電壓與電荷泵主體電路430的輸出電壓V_out近似相等，故節(jié)點(diǎn)N1和N2上的雜散電容與環(huán)路濾波器之間也不會(huì)產(chǎn)生電荷分配現(xiàn)象。從而有效的減小了電荷泵充放電電流失配，避免了電荷分配效應(yīng)。

盡管已描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實(shí)施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本實(shí)用新型范圍的所有變更和修改。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本實(shí)用新型進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實(shí)用新型的這些修改和變型屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本實(shí)用新型也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。