[发明专利]一种应用于锁相环中的高性能电荷泵

说明书

本发明公开了一种用于锁相环中的高性能电荷泵，属于集成电路技术领域，解决现有技术中电荷泵型锁相环中电荷泵难以实现高电流匹配性和低电流噪声输出的技术问题，该电荷泵包括：充电电路(10)，用于对电荷泵输出节点进行充电；放电电路(20)，用于对电荷泵输出节点进行放电；充放电电压平衡电路(30)，用于在所述电荷泵输出节点充放电的过程中，控制所述充电电路和所述放电电路，以使电荷泵输出节点电压与参考节点电压保持一致，以消除电荷共享效应；充放电电流匹配电路(40)，用于在电荷泵输出节点充放电的过程中，控制所述充电电路和所述放电电路，以使所述充电电路与所述放电电路的电流匹配度维持在预设范围内，从而减小PLL参考杂散。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种应用于锁相环中的高性能电荷泵。

背景技术

随着集成电路产业的发展，兼容多协议的收发器芯片成为当前无线通信领域的研究热点。频率合成器作为射频前端的关键模块，主要作用是给收发机中的变频电路提供频率可编程的本地载波信号。

目前主流的集成频率合成器大部分都是锁相环型频率合成器，而锁相环型频率合成器中普遍运用的架构为电荷泵型锁相环(CPPLL，Charge Pump Phase Locked Loop)。锁相环系统的应用十分广泛，从全球定位系统到时钟恢复电路，再到无线接收机电路等等；不同的应用领域，对其性能的要求是不一样的，重要的一点是其性能的好坏直接影响到通信系统的质量。因此，高速、低相位噪声、低电源抖动、低功耗以及低芯片面积的CPPLL系统越来越得到工程师们的重视。

如图1所示，为整数分频CPPLL的基本结构示意图，CPPLL主要由鉴频鉴相器PFD(Phase Frequency Detector)、电荷泵CP(Charge Pump)、环路滤波器LPF(Low PassFilter)、一除N分频器(Divider)和压控振荡器VCO(Voltage Controlled Oscillator)组成。当需要频率步进很小的输出时，带有调制器的分数型CPPLL也被广泛运用。随着对CPPLL的要求越来越趋向于宽带、低相位噪声、低杂散，作为CPPLL中的关键模块——电荷泵CP，其设计也需要符合高电流匹配性和低电流噪声等的要求。

目前工业界除了采用最简单的电流镜像，MOS开关组成充放电电流支路外，在工程上主要还可以通过以下方案实现CP电流匹配。如图2所示，电荷泵电路包括：充电支路1、放电支路2、偏置电路3和开关输出电路4。该电荷泵采用共源共栅镜像结构，产生精确的上拉电流Iup0和下沉电流Idn0，减小沟道长度调制效应同时增加电荷泵的输出电阻，实现电流匹配的CP结构，但其电流不匹配度通常会大于3％，且其对版图的对称性要求很高。同时，开关输出电路4中UP端和DN端所接MOS开关管的漏端(CP_OUT0结点)会产生电荷共享效应，引起环路滤波器的输出电压发生变化，在环路中引入稳态相位误差，这样会导致环路滤波器的输出电压上出现纹波。这些纹波会对压控振荡器进行频率调制，使压控振荡器的输出信号不再是理想的正弦波，恶化环路的相位噪声性能。

也就是说，现有技术中CPPLL中的电荷泵难以实现高电流匹配和低电流噪声输出的技术问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的，电荷泵型锁相环中电荷泵难以实现高电流匹配性和低电流噪声输出的技术问题，提供了一种高性能电荷泵结构，能够减小电荷共享效应，改善CP输出电流匹配性能，减小PLL参考杂散。

本发明提供了一种应用于锁相环中的高性能电荷泵，包括：

充电电路，用于在充电控制信号的作用下，对电荷泵输出节点进行充电；

放电电路，用于在放电控制信号的作用下，对电荷泵输出节点进行放电；

充放电电压平衡电路，设置在所述充电电路和所述放电电路之间，用于在所述电荷泵输出节点充放电的过程中，控制所述充电电路和所述放电电路，以使所述电荷泵输出节点电压与参考节点电压保持一致；