CN110611504A - 一种改进动态匹配性能的电荷泵电路 - Google Patents

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CN110611504A CN201810685104.9A CN201810685104A CN110611504A CN 110611504 A CN110611504 A CN 110611504A CN 201810685104 A CN201810685104 A CN 201810685104A CN 110611504 A CN110611504 A CN 110611504A
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王彬
孔维新
陆会会
任卓翔
徐小宇
赵佳佳
程银
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    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
    • H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
    • H03L7/06—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation using a reference signal applied to a frequency- or phase-locked loop
    • H03L7/08—Details of the phase-locked loop

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Abstract

本发明公开了一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，包括源极开关电荷泵电路和偏置电路，所述偏置电路用于对源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A、B进行偏置，使得在开关断开时，节点A、B不浮空，电流源可以迅速关断。本发明通过增加对开关和电流源的中间节点进行偏置的电路，避免了在开关断开时的浮空节点，电流源能够迅速关断，改善了动态匹配性能。

Description

一种改进动态匹配性能的电荷泵电路
技术领域
本发明涉及一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，属于电荷泵电路领域。
背景技术
电荷泵(Charge Pump)电路被广泛采用于锁相型频率合成器中，其优点是：具有无限的捕捉范围，可提供无限大直流增益，只需要无源滤波器，而且可与PFD(鉴频鉴相器)组合使用。如图1所示，电荷泵基本由两个电流源(电流源Iup和电流源Idn)和两个开关(开关SW1和开关SW2)构成，开关的控制信号即为PFD输出信号，电流源在PFD的控制之下通过开关对环路滤波器充放电。
该结构电荷泵电路的非理想因素主要包括：电流失配(静态及动态失配)、电荷注入、电荷共享以及电荷馈通，这些因素会严重影响PLL频率合成器***的性能。特别是图1中的开关与输出节点直接相连，电荷注入/时钟馈通效应非常严重。为减轻这些效应，源极开关电荷泵被广泛采用，如图2所述，将开关管放在了电流源MOS管的源极，与输出节点不直接接触，电荷注入/时钟馈通效应可以大大减轻。
简单的源极开关电荷泵虽然减轻了电荷注入/时钟馈通效应，但未解决冲放电电流匹配问题。即使通过设计使静态下充电和放电的电流源达到了良好的匹配，当开关断开时，开关和电流源的中间节点浮空，电流源无法快速关断，电流会出现一个较长的动态变化过程。对这个动态电流的匹配需要在时间及电流两个维度进行，是比较困难的。
发明内容
本发明提供一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，通过增加对开关和电流源的中间节点进行偏置的电路，避免了在开关断开时的浮空节点，电流源可以迅速关断，改善了动态匹配性能。
一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，包括源极开关电荷泵电路，还包括偏置电路，所述偏置电路用于对源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A、B进行偏置，使得在开关断开时，节点A、B不浮空，电流源可以迅速关断。
优选地，所述偏置电路包括NMOS管M5和PMOS管M6，所述NMOS管M5的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A相连，所述NMOS管M5的栅极接外部偏置up相连，NMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极及外接偏置vbias相连，所述PMOS管M6的栅极与外部偏置dnb相连，PMOS管M6的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点B相连。
优选地，所述源极开关电荷泵电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述PMOS管M1的源极于外部电源VDD相连，PMOS管M1的栅极与输入端upb相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M2的源极、NMOS管M5的漏极相连；所述PMOS管M2的栅极与外部偏置biasp相连，PMOS管M2的漏极、NMOS管M3的漏极及输出节点cpout相连；所述NMOS管M3的栅极与外部偏置biasn相连，NMOS管M3的源极与NMOS管M4的漏极、PMOS管M6的漏极相连；所述NMOS管M4的栅极与输入端dn相连，NMOS管M4的源极接地。
本发明保留了源极开关电荷泵的特点，开关不与输出节点直接相连，减轻了电荷注入/时钟馈通效应。同时消除了开关断开时的浮空节点，加速了电流源关断速度，从而改善动态匹配性能。换言之，本发明通过在源极开关电荷泵的基础上增加对开关和电流源的中间节点进行偏置的电路，避免了在开关断开时的浮空节点，电流源可以迅速关断，改善了动态匹配性能。
附图说明
图1为现有电荷泵电路的示意图；
图2为源极开关电荷泵的原理图；
图3为本发明一实施例的电荷泵电路的基本结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图3所示，一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，包括源极开关电荷泵电路，还包括偏置电路，所述偏置电路用于对源极开关电荷泵电路中开关(例如SW1和SW2)和电流源的中间节点A、B进行偏置，使得在开关断开时，节点A、B不浮空，电流源可以迅速关断。其中，所述源极开关电荷泵电路包括两个开关MOS管和两个电流源MOS管，将开关MOS管分别放在了电流源MOS管的源极，与输出节点不直接接触，可以大大减轻电荷注入/时钟馈通效应。
优选地，所述偏置电路包括NMOS管M5和PMOS管M6，所述NMOS管M5的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A相连，所述NMOS管M5的栅极接外部偏置up相连，NMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极及外接偏置vbias相连，所述PMOS管M6的栅极与外部偏置dnb相连，PMOS管M6的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点B相连。
优选地，所述源极开关电荷泵电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述PMOS管M1的源极于外部电源VDD相连，PMOS管M1的栅极与输入端upb相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M2的源极、NMOS管M5的漏极相连；所述PMOS管M2的栅极与外部偏置biasp相连，PMOS管M2的漏极、NMOS管M3的漏极及输出节点cpout相连；所述NMOS管M3的栅极与外部偏置biasn相连，NMOS管M3的源极与NMOS管M4的漏极、PMOS管M6的漏极相连；所述NMOS管M4的栅极与输入端dn相连，NMOS管M4的源极接地。
本发明保留了源极开关电荷泵的特点，开关不与输出节点直接相连，减轻了电荷注入/时钟馈通效应。同时消除了开关断开时的浮空节点，加速了电流源关断速度，从而改善动态匹配性能。换言之，本发明通过在源极开关电荷泵的基础上增加对开关和电流源的中间节点进行偏置的电路，避免了在开关断开时的浮空节点，电流源可以迅速关断(例如可以实现在0.1-1微秒以下实现关断)，改善了动态匹配性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种改进动态匹配性能的电荷泵电路，包括源极开关电荷泵电路，其特征在于，还包括偏置电路，所述偏置电路用于对源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A、B进行偏置，使得在开关断开时节点A、B不浮空且电流源能够迅速关断。
2.如权利要求1所述的改进动态匹配性能的电荷泵电路，其特征在于，所述偏置电路包括NMOS管M5和PMOS管M6，所述NMOS管M5的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点A相连，所述NMOS管M5的栅极接外部偏置up相连，NMOS管M5的源极、PMOS管M6的源极及外接偏置vbias相连，所述PMOS管M6的栅极与外部偏置dnb相连，PMOS管M6的漏极与源极开关电荷泵电路中开关和电流源的中间节点B相连。
3.如权利要求2所述的改进动态匹配性能的电荷泵电路，其特征在于，所述源极开关电荷泵电路包括PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3和NMOS管M4，所述PMOS管M1的源极于外部电源VDD相连，PMOS管M1的栅极与输入端upb相连，PMOS管M1的漏极与PMOS管M2的源极、NMOS管M5的漏极相连；所述PMOS管M2的栅极与外部偏置biasp相连，PMOS管M2的漏极、NMOS管M3的漏极及输出节点cpout相连；所述NMOS管M3的栅极与外部偏置biasn相连，NMOS管M3的源极与NMOS管M4的漏极、PMOS管M6的漏极相连；所述NMOS管M4的栅极与输入端dn相连，NMOS管M4的源极接地。
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