[发明专利]一种应用于频率合成器的电荷泵

说明书

本发明公开了一种应用于频率合成器的电荷泵，包括充放电电流支路和输出阻抗倍增电路；所述充放电电流支路由互补CMOS开关、轨到轨输入输出放大器构成的单位负反馈环路、电流源构成，用于对输出节点进行充放电并消除时钟馈通效应和电荷共享效应；所述输出阻抗倍增电路由折叠式共源共栅结构构成，用于提高电荷泵输出阻抗。所述输出阻抗倍增电路包括参考电流源、第一、第二、第三、第四、第五、第七、第八、第十、第十一、第十六NMOS管，及第一、第二、第三、第四、第六、第七、第九、第十、第十五PMOS管；本发明适用于低电压下匹配特性良好的漏端开关电荷泵，提高了充放电电流的匹配程度，改善频率合成器的相位噪声，提高电荷泵输出阻抗。

技术领域

本发明涉及一种应用于频率合成器的电荷泵，属于锁相环技术领域。

背景技术

频率合成器是一种利用反馈控制原理实现频率及相位同步的技术，一般有五个组成部分，鉴频鉴相器、电荷泵、环路滤波器、压控振荡器以及分频器，其中电荷泵作为频率合成器的重要组成部分，是模拟集成电路研究的热门课题。图1所示传统的电荷泵的性能受到电流失配、电荷共享和时钟馈通等非理想因素的影响，而其中电荷泵的电流失配会导致频率合成器的输出产生杂散，从而制约频率合成器的噪声特性，因此设计高线性度的电荷泵，减小由于输出电压变化引起的上下电流源的不匹配，是减少输出杂散的关键因素之一。

电荷泵就是实际上就是一个开关电流源，来自鉴频鉴相器的开关信号控制电荷泵给后级的环路滤波器充电或者放电，从而改变振荡器的控制电压，进而改变振荡器输出信号的频率，使得参考信号和频率合成器输出信号的频率和相位同步，进入锁定状态。漏端开关电荷泵通常采用单个MOS管构成的电流源，与单个PMOS管开关或者NMOS管开关串联，这种结构中，电荷泵输出节点阻抗较小，这意味着较小的输出电压变化就会产生较大的输出电流变化，导致失配较高。虽然可以通过将MOS管级联来提高电流源的输出阻抗，但是，由于电源电压的限制和输出摆幅的要求，这种方法并不实用。另外，单个MOS管作开关，不仅有阈值损失和较大的直流导通电阻，还会在输出端产生较严重的时钟馈通效应，使得输出电流出现波动。MOS管开关由闭合变为导通，还会导致输出节点与电流源漏端产生电荷分配问题，造成输出电压改变，这就是电荷共享效应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种应用于频率合成器的电荷泵，解决电荷泵输出电压变化较大时，充放电电流变化过大引起的电流不匹配而使电荷泵线性度下降，导致频率合成器杂散性能变差的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种应用于频率合成器的电荷泵，包括充放电电流支路和输出阻抗倍增电路；所述充放电电流支路由互补CMOS开关、轨到轨输入输出放大器构成的单位负反馈环路、电流源构成，用于对输出节点进行充放电并消除时钟馈通效应和电荷共享效应；所述输出阻抗倍增电路由折叠式共源共栅结构构成，用于提高电荷泵输出阻抗。