[发明专利]一种电荷泵电路

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别是一种能保证安全工作的电荷泵电路。

背景技术

无论是锁相环(PLL)还是延迟锁相环(DLL)，都需要对对其本身的输出信号和 输入信号之间的相位差进行鉴别，然后用电荷泵对这个相位差别进行积分，将积 分的结果以电压变化量的形式体现在控制电压VCTRL中，然后用VCTRL电压来控 制压控振荡器VCO或者电压控制延迟线VCDL，直到两者之间的相位同步为止，实 现以上锁定过程的锁相环(PLL)系统如图1所示。

较接近的相关的文献是美国专利：

CHARGE PUMP CIRCUIT

US6，535，051B23／2003Kyu-hyoun Kim

HIGH OUTPUT IMPEDENCE CHARGE PUMP FOR PLL／DLL

US7，176，733B22／2007Dieter Haerle。

这个过程中，如果电荷泵输出的电压由于电路的正反馈，或者电路存在多个 平衡点等原因被锁死在某个值，那么对输入信号频率的跟踪锁定过程将失败。或 者由于电荷泵电路中反馈环的相位裕度不够，即，反馈环路的幅频特性的衰减， 与相频特性的滞后之间的关系，不能满足在幅频特性衰减为0dB的时候，相位滞 后小于135度左右，那么将会出现输出端震荡，电荷泵也不能正常工作。

上述由于电荷泵电路结构所导致的启动以及稳定性问题具体如下，对于如图2 所示的电路结构为传统电荷泵电路，这种电路结构存在如下问题：在启动或者正 常工作的过程中，一旦出现节点OUT的电压比节点net14的电压高的情况，极有 可能发生以下的正反馈过程，使得电荷泵无法正常工作，即节点OUT的电压大于 节点net14的电压，在运放113的作用下，节点net15的电压下降到小于NMOS管 的阈值电压Vthn，那么NMOS管107，109截止，进而促使节点OUT和节点net14 的电压都抬高，直至上升至某一个电压值附近，由于PMOS管104，106截止，节 点OUT和节点net14的电压才不上升。这个电压值比节点net16的电压小一个PMOS 管的阈值电压。

首先，如果在上述过程的最后，发生节点OUT的电压大于节点net14的电压 的情况，那么最终的状态是NMOS管107，109，以及PMOS管104，106都截止，节 点OUT的电压大于节点net14的电压，这个状态将一直被锁定，导致电荷泵不能 正常工作；其次，即使在过程的最后，节点OUT的电压小于节点net14的电压， 从而由于运放113的作用，net15的电压被抬起，那么在NMOS管107，109的作用 下，节点OUT和节点net14的电压下降，一旦出现OUT的电压大于net14的电压 的情况，就又重复上面所述的过程；从而引起振荡。或者说，运放113与NMOS管 107，109构成一个负反馈环和一个正反馈环，对于整个电路系统做小信号分析， 一旦负反馈环路的相位裕度不够，那么系统将会引起自激震荡，这样电荷泵就不 能正常工作。

即使在这个电路里面增加启动电路，即NMOS管111，112，能够使启动过程中 节点OUT的电压小于节点net14的电压，但是在电荷泵工作的过程中，一旦由于 扰动，出现节点OUT的电压大于节点net14的电压的情况，仍然会出现以上所描 述的问题。

另一方面，从小信号的角度分析，从图4的小信号等效电路可以得出，在未 加低电阻到运放输出端之前，负反馈环路的开环传输函数为