CN102025270A - 电荷泵电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的电荷泵电路包括：一组差分互补MOS开关电路、参考电压负反馈电路、一组NMOS电流镜、以及一组PMOS电流镜；其中，该组NMOS电流镜和该组PMOS电流镜分别连接至该差分互补MOS开关电路和该参考电压负反馈电路以提供镜像电流，并且，该参考电压负反馈电路与差分互补MOS开关互连，以便利用该参考电压负反馈电路为该差分互补MOS开关提供反馈。本发明通过参考电压负反馈电路对差分互补MOS开关的反馈作用，使得流经互补的两组差分MOS开关电流达到完全匹配，有效地减小了由于电流源不匹配在输出电压端造成的纹波电压，对提高锁相环电路输出噪声性能有了很大的改善。

Description

电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种电荷泵电路，特别是涉及一种布置在锁相环电路中的电荷泵电路。
背景技术
图1是现有技术常用的一种用于锁相环电路中的电荷泵电路结构示意图。如图1所示，图中M5/M6/M15/M16为MOS开关，Up/Upb，Dn/Dnb来自于鉴频鉴相器的输出两对差分信号。参考标号A1表示单位增益放大器，其起到了取消电荷分享的作用。在锁相环电路设计中，电荷泵的输出电压Vout是非常关键的设计因素。
在图1所示的传统电荷泵中，如果由于NMOS和PMOS电流镜产生的电流不匹配，就会在输出电压端Vout上造成波纹，从而增大锁相环电路的输出抖动。
发明内容
为克服上述现有技术存在的电荷泵电路NMOS和PMOS电流镜产生的电流不匹配，在输出电压上造成波纹，从而增大锁相环电路的输出抖动问题，本发明的主要目的在于提供一种用于锁相环电路中的电荷泵电路，通过参考电压负反馈电路对差分互补MOS开关的反馈作用，使得流经互补的两组差分MOS开关电流达到完全匹配，有效地减小了由于电流源不匹配在输出电压端造成的纹波电压，大大改善了锁相环电路的输出噪声性能。
为达上述及其它目的，本发明提供了一种电荷泵电路，其特征在于包括：一组差分互补MOS开关电路、参考电压负反馈电路、一组NMOS电流镜、以及一组PMOS电流镜；其中，该组NMOS电流镜和该组PMOS电流镜分别连接至该差分互补MOS开关电路和该参考电压负反馈电路以提供镜像电流，并且，该参考电压负反馈电路与差分互补MOS开关互连，以便利用该参考电压负反馈电路为该差分互补MOS开关提供反馈。
在上电荷泵电路中，该组差分互补MOS开关电路至少包括：源极相互连接的第十五MOS晶体管以及第十六MOS晶体管，源极相互连接的第五MOS晶体管以及第六MOS晶体管；该第五MOS晶体管漏极同时连接于第十六MOS晶体管的漏极和单位增益放大器的输入端；该第六MOS晶体管漏极同时连接于第十五MOS晶体管漏极和单位增益放大器的输出端；
在上电荷泵电路中，参考电压负反馈电路至少包括：源极相互连接的第七MOS晶体管以及第八MOS晶体管；栅漏短接用作负载管的第十二MOS晶体管，并且第十二MOS晶体管与第八MOS晶体管的漏极相连；一端与第八MOS晶体管栅极相连且另一端接地的第一电容；栅极与电源电压相连、漏极与第一电容及第八MOS晶体管栅极相连的第九MOS晶体管；第十MOS晶体管，其栅极接地，漏极与第九MOS晶体管漏极相连；
在上电荷泵电路中，该组NMOS电流镜至少包括第一电流源，第一MOS晶体管，第二MOS晶体管，第三MOS晶体管，第四MOS晶体管；这四个MOS晶体管栅极相连，源极接地，第一MOS晶体管的漏极与第一电流源和第一MOS晶体管栅极相连，第二MOS晶体管的漏极与第九MOS晶体管的源极相连，第三MOS晶体管的漏极与第七、第八MOS晶体管的源极相连，第四MOS晶体管的漏极与第五、第六MOS晶体管的源极相连；以及
在上电荷泵电路中，该组PMOS电流镜至少包括：第十一MOS晶体管，第十三MOS晶体管，第十四MOS晶体管；该三个MOS晶体管栅极相连，源极接电源电压，第十一MOS晶体管的漏极与第十MOS晶体管源极相连，第十三MOS晶体管的漏极、栅极与第七MOS晶体管的漏极相连，第十四MOS晶体管的漏极与第十五、第十六MOS晶体管的源极相连。
在上电荷泵电路中，所述电荷泵电路布置在锁相环电路中，并且该第五MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相下调信号输出端相连，该第六MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端相连，该第十五MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相上调信号输出端相连，该第十六MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端相连。
在上电荷泵电路中，该电荷泵电路还包括低通滤波网络，该低通滤波网络至少包括第二电容，该第二电容一端连接至该单位增益放大器的输入端，另一端接地。
在上电荷泵电路中，该第一MOS晶体管、该第二MOS晶体管、该第三MOS晶体管、该第四MOS晶体管、该第五MOS晶体管、该第六MOS晶体管、该第七MOS晶体管、该第八MOS晶体管、该第九MOS晶体管是N型MOS晶体管。
在上电荷泵电路中，该第十MOS晶体管、该第十一MOS晶体管、该第十二MOS晶体管、该第十三MOS晶体管、该第十四MOS晶体管、该第十五MOS晶体管、该第十六MOS晶体管是P型MOS晶体管。
在上电荷泵电路中，第五MOS晶体管的漏极连接至第十六MOS晶体管的漏极，第五MOS晶体管及第十六MOS晶体管的漏端为电荷泵电路的输出电压端。
本发明通过参考电压负反馈电路对差分互补MOS开关的反馈作用，使得流经互补的两组差分MOS开关电流达到完全匹配，有效地减小了由于电流源不匹配在输出电压端造成的纹波电压，对提高锁相环电路输出噪声性能有了很大的改善。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1是现有技术常用的一种用于锁相环电路中的电荷泵电路结构示意图。
图2是根据本发明的实施例的一种布置在锁相环电路中的电荷泵电路的电路结构图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图2是根据本发明的实施例的一种电荷泵电路的电路结构图。图2所示的电荷泵电路可布置在锁相环电路中。
图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路包括：一组NMOS差分对管和一组PMOS差分对管、一个单位增益放大器组成的差分互补MOS开关；一组PMOS电流镜；一组NMOS电流镜；一组参考电压负反馈电路。本发明通过参考电压负反馈电路对差分互补MOS开关的反馈作用，使得流经互补的两组差分MOS开关电流达到完全匹配，有效地减小了由于电流源不匹配在输出电压端造成的纹波电压，对提高锁相环电路输出噪声性能有了很大的改善。
具体地说，图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路包括：一组差分互补MOS开关电路、参考电压负反馈电路、一组NMOS电流镜、以及一组PMOS电流镜。其中，该组NMOS电流镜和该组PMOS电流镜分别连接至该差分互补MOS开关电路和该参考电压负反馈电路以提供镜像电流，并且，该参考电压负反馈电路与差分互补MOS开关互连，以便利用该参考电压负反馈电路为该差分互补MOS开关提供反馈。
更具体地说，图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路包括一组差分互补MOS开关电路，该组差分互补MOS开关电路至少包括：源极相互连接的第十五MOS晶体管M15以及第十六MOS晶体管M16，源极相互连接的第五MOS晶体管M5以及第六MOS晶体管M6；该第五MOS晶体管M5的漏极同时连接于第十六MOS晶体管M16的漏极和单位增益放大器A1的输入端；该第六MOS晶体管M6的漏极同时连接于第十五MOS晶体管M15的漏极和单位增益放大器A1的输出端；该第五MOS晶体管M5的栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相下调信号输出端Dn相连，该第六MOS晶体管M6的栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端Dnb相连，该第十五MOS晶体管M15的栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相上调信号输出端Up相连，该第十六MOS晶体管M16栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端Upb相连。
图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路还包括参考电压负反馈电路，参考电压负反馈电路至少包括：源极相互连接的第七MOS晶体管M7以及第八MOS晶体管M8；栅漏短接用作负载管的第十二MOS晶体管M12，并且第十二MOS晶体管M12与第八MOS晶体管M8的漏极相连；一端与第八MOS晶体管M8栅极相连且另一端接地的第一电容C1；栅极与电源电压相连、漏极与第一电容C1及第八MOS晶体管M8栅极相连的第九MOS晶体管M9；第十MOS晶体管M10，其栅极接地，漏极与第九MOS晶体管M9的漏极相连。
图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路还包括一组NMOS电流镜，组NMOS电流镜至少包括第一电流源I1，第一MOS晶体管M1，第二MOS晶体管M2，第三MOS晶体管M3，第四MOS晶体管M4；这四个MOS晶体管栅极相连，源极接地，第一MOS晶体管M1的漏极与第一电流源I1和第一MOS晶体管M1的栅极相连，第二MOS晶体管M2的漏极与第九MOS晶体管M9的源极相连，第三MOS晶体管M3的漏极与第七、第八MOS晶体管M7、M8的源极相连，第四MOS晶体管M4的漏极与第五、第六MOS晶体管M5、M6的源极相连。
图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路还包括一组PMOS电流镜，该组PMOS电流镜至少包括：第十一MOS晶体管M11，第十三MOS晶体管M13，第十四MOS晶体管；该三个MOS晶体管栅极相连，源极接电源电压Vcc，第十一MOS晶体管M11的漏极与第十MOS晶体管M10源极相连，第十三MOS晶体管M13的漏极、栅极与第七MOS晶体管M7的漏极相连，第十四MOS晶体管M14的漏极与第十五、第十六MOS晶体管M15、M16的源极相连。
在图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路中，该第一MOS晶体管M1、该第二MOS晶体管M2、该第三MOS晶体管M3、该第四MOS晶体管M4、该第五MOS晶体管、该第六MOS晶体管、该第七MOS晶体管M7、该第八MOS晶体管M8、该第九MOS晶体管M9是N型MOS晶体管；该第十MOS晶体管M10、该第十一MOS晶体管M11、该第十二MOS晶体管M12、该第十三MOS晶体管M13、该第十四MOS晶体管M14、该第十五MOS晶体管M15、该第十六MOS晶体管M16是P型MOS晶体管。
优选地，如图2所示，该电荷泵电路还包括低通滤波网络，该低通滤波网络至少包括第二电容C2，该第二电容C2的一端连接至该单位增益放大器A1的输入端，另一端接地。
并且，在图2所示的根据本发明的实施例的可布置在锁相环电路中的电荷泵电路中，第五MOS晶体管的漏极连接至该第十六MOS晶体管的漏极，第五MOS晶体管及第十六MOS晶体管的漏端均为电荷泵电路的输出电压端Vout。通常输出电压端Vout将与锁相环中的低通滤波器输入端相连。
所述的锁相环电路还包括压控振荡器，所述的电荷泵的输出电压端Vout经由低通滤波器与压控振荡器的输入端相连接。
由此，本发明提供了一种用于锁相环电路中的电荷泵电路，其中，通过参考电压负反馈电路对差分互补MOS开关的反馈作用，使得流经互补的两组差分MOS开关电流达到完全匹配，有效地减小了由于电流源不匹配在输出电压端造成的纹波电压，大大改善了锁相环电路的输出噪声性能。
对于本领域技术人员来说明显的是，可在不脱离本发明的范围的情况下对本发明进行各种改变和变形。所描述的实施例仅用于说明本发明，而不是限制本发明；本发明并不限于所述实施例，而是仅由所附权利要求限定。

Claims (11)

1.一种电荷泵电路，其特征在于包括：一组差分互补MOS开关电路、参考电压负反馈电路、一组NMOS电流镜、以及一组PMOS电流镜；其中，该组NMOS电流镜和该组PMOS电流镜分别连接至该差分互补MOS开关电路和该参考电压负反馈电路以提供镜像电流，并且，该参考电压负反馈电路与差分互补MOS开关互连，以便利用该参考电压负反馈电路为该差分互补MOS开关提供反馈。
2.根据权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：该组差分互补MOS开关电路至少包括：源极相互连接的第十五MOS晶体管以及第十六MOS晶体管，源极相互连接的第五MOS晶体管以及第六MOS晶体管；该第五MOS晶体管漏极同时连接于第十六MOS晶体管的漏极和单位增益放大器的输入端；该第六MOS晶体管漏极同时连接于第十五MOS晶体管漏极和单位增益放大器的输出端。
3.根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于：该参考电压负反馈电路至少包括：源极相互连接的第七MOS晶体管以及第八MOS晶体管；栅漏短接用作负载管的第十二MOS晶体管，并且第十二MOS晶体管与第八MOS晶体管的漏极相连；一端与第八MOS晶体管栅极相连且另一端接地的第一电容；栅极与电源电压相连、漏极与第一电容及第八MOS晶体管栅极相连的第九MOS晶体管；第十MOS晶体管，其栅极接地，漏极与第九MOS晶体管漏极相连。
4.根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于：该组NMOS电流镜至少包括第一电流源，第一MOS晶体管，第二MOS晶体管，第三MOS晶体管，第四MOS晶体管；这四个MOS晶体管栅极相连，源极接地，第一MOS晶体管的漏极与第一电流源和第一MOS晶体管栅极相连，第二MOS晶体管的漏极与第九MOS晶体管的源极相连，第三MOS晶体管的漏极与第七、第八MOS晶体管的源极相连，第四MOS晶体管的漏极与第五、第六MOS晶体管的源极相连。
5.根据权利要求1或2所述的电荷泵电路，其特征在于：该组PMOS电流镜至少包括：第十一MOS晶体管，第十三MOS晶体管，第十四MOS晶体管；该三个MOS晶体管栅极相连，源极接电源电压，第十一MOS晶体管的漏极与第十MOS晶体管源极相连，第十三MOS晶体管的漏极、栅极与第七MOS晶体管的漏极相连，第十四MOS晶体管的漏极与第十五、第十六MOS晶体管的源极相连。
6.根据权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于，所述电荷泵电路布置在锁相环电路中，并且该第五MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相下调信号输出端相连，该第六MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端相连，该第十五MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的正相上调信号输出端相连，该第十六MOS晶体管栅极与锁相环电路中鉴频鉴相器的反相下调信号输出端相连。
7.根据权利要求5或6所述的电荷泵电路，其特征在于，该第一MOS晶体管、该第二MOS晶体管、该第三MOS晶体管、该第四MOS晶体管、该第五MOS晶体管、该第六MOS晶体管、该第七MOS晶体管、该第八MOS晶体管、该第九MOS晶体管是N型MOS晶体管。
8.根据权利要求5或6所述的电荷泵电路，其特征在于，该第十MOS晶体管、该第十一MOS晶体管、该第十二MOS晶体管、该第十三MOS晶体管、该第十四MOS晶体管、该第十五MOS晶体管、该第十六MOS晶体管是P型MOS晶体管。
9.根据权利要求5或6所述的电荷泵电路，其特征在于，该电荷泵电路还包括低通滤波网络，该低通滤波网络至少包括第二电容，该第二电容一端连接至该单位增益放大器的输入端，另一端接地。
10.根据权利要求9所述的电荷泵电路，其特征在于，第五MOS晶体管的漏极连接至该第十六MOS晶体管的漏极，所述第五MOS晶体管及第十六MOS晶体管的漏端均为电荷泵电路的输出电压端。
11.根据权利要求10所述的电荷泵电路，其特征在于，所述的电荷泵的输出电压端Vout经由低通滤波器与压控振荡器的输入端相连接。
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