[发明专利]一种可减少电流失配的电荷泵

说明书

本发明公开了一种可减小电流失配的电荷泵，包括：灌电流模块，用于在基准电流IBIAS的控制下产生充放电所需的灌电流IN和产生拉电流IP的基准电流；拉电流模块，用于在所述灌电流模块所产生的基准电流的控制下产生充放电所需的拉电流IP；充放电模块，用于在逻辑电路的控制下对振荡电容C进行充放电获得变化的压控电压VC以控制振荡频率；隔离模块，用于将充放电所需的灌电流IN和产生拉电流IP的基准电流分别与所述充放电模块和拉电流模块进行隔离后输出以保证所述灌电流模块工作状态稳定；电压稳定模块，用于稳定所述拉电流模块的镜像PMOS管的漏极电压以协助获得成比例的电流。

技术领域

本发明涉及一种电荷泵，特别是涉及一种可减少电流失配的电荷泵。

背景技术

在锁相环电路设计中，常常会用到电荷泵对电容充放电，从而给压控振荡器提供合适的电压用来振荡出所需要的频率，在这个过程中，电荷泵的工作状态的好坏，会决定了锁相环抖动的大小，而抖动是锁相环设计的关键指标。

电荷泵的经典电路结构如图1所示，其包括灌电流模块10、拉电流模块20和充放电模块30，其中，灌电流模块10由NMOS镜像管NM0、NM1和NM2组成，用于产生充放电所需的灌电流IN和产生拉电流IP的基准电流；拉电流模块20由PMOS管PM1和PM2组成，用于产生充放电所需的拉电流IP；充放电模块30由可控开关S1～S4和放大器AMP1组成，用于在逻辑电路(未示出)的控制下对振荡电容C(未示出)进行充放电获得变化的压控电压VC以控制振荡频率。

其上侧拉电流IP流过PM2，通过开关S1到压控电压VC节点(VC连接振荡电容，这里未画出)，下侧灌电流IN从VC通过开关S2流到NM2，IP和IN的瞬态失配性决定了抖动的大小。记电流失配mismatch为下式：

mismatch＝(IP-IN)/Ibais

Ibais为最左侧的偏置电流。压控电压VC的电压范围较广，这里以0.2～0.8V为例子，很显然，当VC＝0.2V，下侧NM2工作状态急剧变差，导致无法完美的从NM0镜像电流，当VC＝0.8V，上侧PM2工作状态急剧变差，导致无法完美的从PM1镜像电流。本发明中以下列条件为例，电源电压VDD＝0.95V、1.05V、1.15V温度：-40℃、25℃、125℃工艺角：FF(最大值)、TT(平均值)、SS(最小值)，注：SS_0.95V_125℃代表在SS工艺角下、电源电压为0.95V、温度为125℃。

仿真结果如图2所示，该图体现了上侧PM2拉电流和下侧NM2灌电流随着压控电压VC变化的偏差，很明显，在可用压控电压VC范围内(如0.2～0.8V)，拉电流IP和灌电流IN的变化趋势不同，在几种典型的工艺角(corner)下将电流失配计算结果予以列表，如下表1所示体现了图1结构几种典型条件下的失配，可以看到在极限情况下，失配达到23.1％。

表1经典结构在所有条件下的失配(mismatch)

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种可减少电流失配的电荷泵，以改善电荷泵的电流失配。

为达上述及其它目的，本发明提出一种可减小电流失配的电荷泵，包括：

灌电流模块，用于产生充放电所需的灌电流IN和产生拉电流IP的基准电流；

拉电流模块，用于产生充放电所需的拉电流IP；

充放电模块，用于在逻辑电路的控制下对振荡电容C进行充放电获得变化的压控电压VC以控制振荡频率；

隔离模块，用于将充放电所需的灌电流IN和产生拉电流IP的基准电流隔离后输出；

电压稳定模块，用于稳定所述拉电流模块的镜像PMOS管的漏极电压以协助获得成比例的电流。