[发明专利]一种用于锁相回路的电荷帮浦电路

说明书

本发明涉及锁相回路技术领域，尤其涉及一种用于锁相回路的电荷帮浦电路，该电荷帮浦电路在原有上电流源、下电流源、上开关和下开关的基础上还设置匹配上开关、匹配下开关和运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接于上开关和下开关之间，运算放大器的反向输入端与其输出端短接，此时运算放大器构成运放电压追随电路，使得运算放大器的同向输入端电压与输出端电压一样，使得上开关在导通和不导通之间切换时上电流的值不变，不产生额外瞬时电荷；或者使得下开关在导通和不导通之间切换时下电流的值不变，不产生额外瞬时电荷，从而提升电荷帮浦的质量和稳定性。

技术领域

本发明属于锁相回路技术领域，尤其涉及一种用于锁相回路的电荷帮浦电路。

背景技术

锁相回路就是锁定相位的环路，一种典型的反馈控制电路，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪。一般的锁相回路如说明书附图1所示，其中包含相位频率侦测器 (Phase andFrequency Detector,PFD)、电荷帮浦(Charge Pump,CP)、回路滤波器(Loop Pass Filter,LPF)、电压控制震荡器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)及除频器 (FrequencyDivider)。操作上除频器会将电压控制震荡器的输出降频后产生讯号 FFB，相位频率侦测器会针对参考频率FREF及反馈频率FFB产生领先讯号(UP) 及落后讯号(DN)，电荷帮浦再将此讯号转成电荷注入回路滤波器后控制震荡器。最后锁相回路将操作于一稳定状态，输出频率为除频器倍率乘上输入频率。

在高质量频率应用中，电荷帮浦的质量与稳定性显着特别重要。任何电荷帮浦造成的误差都会透过电压控制震荡器影响输出频率的相噪。说明书附图2为传统电荷帮浦设计，由一电流源(IREF)镜像至上电流(IUP)下电流(IDN)两组输出电流源，并以上开关(SWUP)以及下开关(SWDN)控制。其中上开关以及下开关之控制讯号直接由前一级的相位频率侦测器提供。此设计的缺点为在上开关以及下开关导通瞬间，上电流以及下电流必须由完全关闭状态启动至开启状态，无法瞬间提供稳定的镜像电流，造成输出电荷的误差，产生输出频率的相噪。

而在US10199933B2的专利中，如说明书附图3所示，利用一额外开关组(618， 639)让上电流(128)以及下电流(132)在上开关(112)以及下开关(116)没有导通的时候可以持续启动，并将电流流至额外的路径(614,626)。此设计的问题主要是在上开关(112)以及下开关(116)导通以及没有导通时的两条路径没有匹配，以至于在上开关(112)以及下开关(116)导通以及没有导通两情况下的配置不一致，造成切换电流路径时仍会有额外的扰动电流注入至输出。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于锁相回路的电荷帮浦电路，以解决上述背景技术中提成的问题。

为了实现上述目的，该发明提供一种用于锁相回路的电荷帮浦电路，包括上电流源、下电流源、上开关和下开关，所述上电流源一端连接电压，另一端连接上开关，所述下电流源一端接地，另一端连接下开关，其中上开关和下开关连接在一起，并且从上开关和下开关之间引出传向电荷帮浦后一级回路滤波器的输出电流，其中上开关和下开关由电荷帮浦前一级的相位频率侦测器控制，所述电荷帮浦电路还包括锁定辅助电路，用以上开关在导通和不导通之间切换时上电流的值不变，不产生额外瞬时电荷；或者用以下开关在导通和不导通之间切换时下电流的值不变，不产生额外瞬时电荷。

作为本发明一种用于锁相回路的电荷帮浦电路的进一步改进，所述锁定辅助电路包括匹配上开关、匹配下开关和运算放大器，所述匹配上开关一端与上电流源连接，另一端与运算放大器的输出端连接，所述匹配下开关一端与下电流源连接，另一端与运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的同相输入端连接于上开关和下开关之间，运算放大器的反向输入端与其输出端短接，此时运算放大器构成运放电压追随电路，使得运算放大器的同向输入端电压与输出端电压一样。