[发明专利]电荷泵

说明书

技术领域

本发明涉及锁相环电路，特别涉及锁相环电路中的电荷泵。

背景技术

目前，锁相环(PPL，Phase Locked Loop)广泛应用于集成电路设计的各个领域。如图1所示，锁相环电路1通常包括，鉴频鉴相器2、电荷泵3、低通滤波器4、压控振荡器5及分频器6。鉴频鉴相器2用于比较基准时钟和来自分频器6的输出信号的相位。当来自分频器6的输出信号的相位滞后于基准时钟的相位时，鉴频鉴相器2输出用以提高频率的脉冲信号(称为UP信号)。当来自分频器6的输出信号的相位超过基准时钟的相位时，鉴频鉴相器2输出用于降低频率的脉冲信号(称为DOWN信号)。

电荷泵3的输出端连接到由电阻4a和电容4b构成的低通滤波器4。电荷泵3在接收到DOWN信号时，对电容4b放电，因此DOWN信号也可称为放电信号。并且，电荷泵在接收到UP信号时，向电容4b充电，因此UP信号也可称为充电信号。低通滤波器4把来自电荷泵3的脉冲输出信号转换成直流模拟信号。

压控振荡器5接收从低通滤波器4输出的模拟信号，并且输出稳频信号。分频器6由计数器构成，并且把来自压控振荡器5的输出信号N(N为自然数)等分，以便向鉴频鉴相器2提供分频后的输出信号。

在锁相环电路1中，鉴频鉴相器2、电荷泵3、压控振荡器5和分频器6构成一个环路，这个环路控制输入到鉴频鉴相器2的两个输入信号的相位，即控制输入到鉴频鉴相器2的两个输入信号的频率，使它们彼此相等。从压控振荡器5输出的信号的频率，是输入频率的N倍。通过任意地设置N值，可以获得输入频率的任意自然数倍数的频率。并且，在例如专利号为99104400.2的中国专利中还能发现更多与锁相环电路相关的内容。

参照图2所示，目前常用的电荷泵包括输入层10、充电层20、放电层21。所述输入层10包括，向放电层21提供电流的由NMOS管MN0和NMOS管MN1构成的第一镜像电流源，以及接收第一镜像电流源的NMOS管MN1传输的电流，并向充电层20提供电流的PMOS管MP1。还包括用于第一镜像电流源和放电层21匹配的NMOS管MN2和NMOS管MN3以及用于PMOS管MP1和充电层20匹配的PMOS管MP0，所述NMOS管MN2和NMOS管MN3的栅极均接VDD、源极接地、漏极分别与NMOS管MN0和NMOS管MN1的源极相连；所述PMOS管MP0的源极接VDD、栅极接地，漏极与PMOS管MP1的源极相连。所述NMOS管MN1的栅极和所述PMOS管MP1的栅极分别与放电层21和充电层20相连。

所述充电层20包括用作充电层20开关管的PMOS管MP4、与输入层10中的PMOS管MP1构成镜像电流源的PMOS管MP6以及用于控制PMOS管MP6工作状态的PMOS管MP2和PMOS管MP3。

所述放电层21包括用作放电层21开关管的NMOS管MN7、与输入层10中的NMOS管MN0构成镜像电流源的NMOS管MN6以及用于控制NMOS管MN6工作状态的NMOS管MN4和NMOS管MN5。

当电荷泵接收到UP信号时，作为充电层20开关管的PMOS管MP4打开，电荷泵通过PMOS管MP6对接于电荷泵输出端的电容充电。而当电荷泵接收到DOWN信号时，作为放电层21开关管的NMOS管MN7打开，电荷泵通过NMOS管MN6对接于电荷泵输出端的电容放电。

然而，在电荷泵充放电过程中发现，充电电流和放电电流会出现不匹配，而此种情况可能造成电荷泵输出至压控振荡器的信号(Vctrl)跳动，并最终影响锁相环电路。

发明内容

本发明提供一种电荷泵，来解决现有技术电荷泵在充放电过程中存在充电电流和放电电流不匹配，造成输出信号跳动，并影响锁相环电路的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种电荷泵，包括分别根据充电信号进行充电操作的充电层以及对应充电层，并根据放电信号进行放电操作的放电层，所述充电层至少包括一个充电电路，所述放电层至少包括一个放电电路，所述充电电路包括：开关PMOS管和充电PMOS管；所述放电电路包括：开关NMOS管和放电NMOS管；并且，所述充电PMOS管的漏极和放电NMOS管的漏极相连作为所述电荷泵的输出，还包括：

与所述电荷泵的输出端相连的充电补偿信号电路，所述充电补偿信号电路当电荷泵输出端的充电电流不足时产生充电补偿信号；与所述电荷泵的输出端和充电补偿信号电路相连的充电补偿电路，所述充电补偿电路在接收到充电补偿信号后，对电荷泵的输出端进行充电补偿；