[发明专利]一种浮动电源供电的轨对轨超低失配电荷泵电路

说明书

本发明公开一种浮动电源供电的轨对轨超低失配电荷泵电路，该轨对轨超低失配电荷泵电路包括电荷泵、浮动电源电路和电平转换电路，浮动电源电路产生与电荷泵输出端电压VC保持恒定差值且跟随电压VC变化的正浮动电源和负浮动电源，为电荷泵提供浮动电源接入和浮动地接入，其中，前述恒定差值是根据电荷泵的充电电流和放电电流相等时对应的供电电源和电源地与电压VC的差值进行配置，当电压VC发生变化，正浮动电源和负浮动电源都跟随电压VC变化并保持恒定的差值，从而拓宽电荷泵工作范围为0‑3.3V，并保证电荷泵在全工作范围内工作在接近零电流失配的状态下。同时避免电荷共享引起的毛刺问题，简化了现有的电荷泵内部的电路结构。

技术领域

本发明属于锁相环中电荷泵电路的技术领域，尤其涉及一种浮动电源供电的轨对轨超低失配电荷泵电路。

背景技术

锁相环（PLL）是一种十分重要的功能系统，其应用比较广泛，比如：锁相环在其所属的一个芯片系统中提供一种或多种频率的时钟信号、锁相环在其所属的接收机中产生本振信号、锁相环在其所属的通信系统中保持同步。低的电荷泵的失配电流和宽的压控振荡器的控制电压调节范围是十分重要的设计指标。

电荷泵锁相环系统（CPPLL）使用广泛，主要包括鉴频鉴相器（PFD）、电荷泵（CP）、低通滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）和分频器（N）；鉴频鉴相器接收锁相环的反馈时钟，并与输入的参考时钟进行相位比较，从而产生相位误差信号UP和DN，这两个相位误差信号用于控制电荷泵对低通滤波器进行充电和放电，从而调节低通滤波器输出的控制电压VC；控制电压VC作为压控振荡器输入的控制电压，用以改变压控振荡器输出的时钟信号频率，然后通过分频器对压控振荡器输出的时钟信号进行分频，作为反馈时钟输入到鉴频鉴相器，从而调整鉴频鉴相器输出的控制信号，如此循环直到锁相稳定，压控振荡器输出的时钟信号与本地产生的参考时钟同步。在电荷泵锁相环系统中，电荷泵对低通滤波器输出充电电流和放电电流，用以控制低通滤波器产生压控振荡器的控制电压VC，从而调整压控振荡器输出的时钟信号的频率，但是由于在控制电压VC过高或者过低时会导致电荷泵产生严重的电流失配，所以控制电压VC只能在一定范围内进行调节，使得压控振荡器输出的时钟信号的频率范围受限，若需要让压控振荡器产生更宽的时钟信号的频率范围，只能改变压控振荡器的增益，但这样会增大锁相环的噪声，降低锁相环的稳定性和精度。

更宽的压控振荡器的控制电压调节范围、更低的电荷泵电流失配、毛刺一直是研究热点；如果能拓宽电荷泵的输出端控制电压工作范围，使电荷泵在压控振荡器的控制电压VC过高和过低时仍然具备低的电流失配的能力，那么低通滤波器产生的控制电压VC则具有更宽电压调节范围，从而增大压控振荡器输出的时钟信号的频率范围，拓宽锁相环的输出频率范围，亦可通过锁相环路调整，降低压控振荡器的增益，使噪声影响更小。目前对于电荷泵的研究，仅限于控制电压VC在正常的工作范围内降低失配电流大小，以及对电荷泵的输出端控制电压VC范围进行一定的拓宽；但是，控制电压VC的变化会对电荷泵输出的电流大小产生影响，即使在控制电压VC的正常工作范围内，充电电流和放电电流也会随着控制电压VC的变化而变化；由于充电电流和放电电流不相等而产生的失配电流一般约有1%-4%的动态失配范围，且控制电压VC偏离中间电压时，电荷泵连接的低通滤波器输出端将产生毛刺。

目前降低电荷泵电流失配的方法主要是通过电路设计，保证电荷泵内部的充电电流源和放电电流源的MOS管漏源电压Vds保持不变，从而使充电电流源和放电电流源的电流恒定；但是随着控制电压VC的变化，电荷泵内部的充电电流源和放电电流源的MOS管漏源电压Vds会发生变化，甚至会在控制电压VC过高或过低时进入线性区，导致电荷泵产生的失配电流急剧增加。现有的拓宽电荷泵工作范围的方法，如采用低阈值电压的MOS管等，只能在一定程度上增加电荷泵的工作范围，但还是会受到MOS管阈值电压的影响，当控制电压VC过高或者过低时，仍然会导致电荷泵出现严重的电流失配，因此限制电荷泵的工作范围（控制电压VC的范围）进一步扩大。

发明内容