[发明专利]一种用于锁相环的快速响应电荷泵电路

说明书

本发明请求保护一种用于锁相环的快速响应电荷泵电路，包含自偏置共源共栅偏置电路、DN差分数模转换电路、复制电路、充放电电路、UP差分数模转换电路。采用自偏置共源共栅偏置电路为电荷泵核心电路提供电流偏置，有效克服了单个MOS管的沟道长度调制效应，提高了电荷泵的充电电流以及放电电流的匹配精度，与传统共源共栅偏置电路相比提高了电荷泵电路的输出电压摆幅，同时降低了电源电压；采用上下电流源提供充放电电流，抑制了充/放电电流随输出电压的变化，改善了电荷泵的充/放电电流匹配范围；采用同种开关管作为电荷泵的开关，有效地避免了不同开关管之间的固有不匹配；采用正反馈机制，提高开关管的响应速度。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域,具体涉及一种用于锁相环的快速响应电荷泵电路。

背景技术

电荷泵锁相环具有捕捉范围宽、捕捉时间短、线性范围大、高速低功耗等优点，已被广泛应用于现代通信领域及射频领域中。电荷泵锁相环主要由鉴频鉴相器(PFD)、电荷泵(CP)、环路滤波器(LPF)、压控振荡器(VCO)和分频器(Divider)五部分组成。其中，电荷泵电路作为电荷泵锁相环中主要的电路模块，其主要功能是把鉴频鉴相器(PFD)输出的数字控制信号(包括充电信号和放电信号)转换为模拟信号,进而控制压控振荡器(VCO)的输出频率，使得锁相环的频率和相位逐渐匹配到输入的参考信号，最终使得锁相环锁定。

图1给出了一种电荷泵的基本模型，由两个电流源和两个开关组成，开关S1闭合、开关S2断开时，充电电流源I_UP向滤波器电容充电；开关S2闭合、开关S1断开时，滤波器电容通过放电电流源I_DN放电；开关S1和开关S2同时断开时，滤波器电容上的电压值保持不变。其中，开关一般用MOS管实现，充电电流源I_UP和放电电流源I_DN匹配程度越好，由电荷泵引入的抖动和杂散就越少。

然而，传统电荷泵存在充/放电流的匹配精度低、充/放电流匹配范围小等问题，其直接影响锁相环的环路性能。

发明内容

本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高电流匹配精度的用于锁相环的快速响应电荷泵电路。本发明的技术方案如下：

一种用于锁相环的快速响应电荷泵电路，其包括：自偏置共源共栅偏置电路、DN差分数模转换电路、复制电路、充放电电路及UP差分数模转换电路，其中，所述自偏置共源共栅偏置电路的信号输出端分别连接所述DN差分数模转换电路、复制电路、充放电电路以及UP差分数模转换电路的信号输入端，所述DN差分数模转换电路的信号输出端连接所述复制电路的信号输入端，所述复制电路以及所述UP差分数模转换电路的信号输出端连接所述充放电电路的信号输入端；

所述自偏置共源共栅偏置电路分别为所述DN差分数模转换电路、复制电路、充放电路以及UP差分数模转换电路提供电流偏置，所述DN差分数模转换电路接收外部DN脉冲信号并给所述复制电路提供电信号，所述复制电路给所述充放电电路提供放电信号，所述UP差分数模转换电路接收外部UP脉冲信号并给所述充放电电路提供充电信号，所述充放电电路控制电荷泵的充/放电操作。