[发明专利]一种低相位噪声低失配电流电荷泵及实现方法

说明书

本发明属于集成电路设计领域，公开了一种低相位噪声低失配电流电荷泵及实现方法，电路包括充放电控制及稳压电路、电流镜复制电路和增益自举电路。充放电控制及稳压电路稳定了电流镜的偏置电压并提供稳定的充放电电流。电流镜电路采用共源共栅结构，和稳压电路一起提高了抗PVT能力。增益自举电路可补偿电流镜因输出电压接近电源和地时进入线性区而减小的电流，从而增大了线性充放电范围。整体电路实现了低相位噪声和低失配电流，提高了电荷泵电路的性能。

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计领域，特别涉及一种低相位噪声低失配电流电荷泵及实现方法。

背景技术

有线和无线收发机一直在稳步推进更高的速度，对于有线收发机，目前PAM4信号速率高达112Gb/s，预计下一代将上升到224Gb/s。而在30GHz左右工作的5G无线电中使用256QAM会带来新的挑战。在有线和无线收发机系统中，时钟是不可或缺的一部分，因此锁相环也向着高速率、低杂散和低抖动的方向发展。电荷泵作为电荷泵锁相环中重要的模块，其相位噪声性能影响锁相环总体的带内相位噪声，从而影响抖动性能。而其充放电电流的匹配性影响时钟的参考杂散。因此在高速系统中，低相噪低失配电流电荷泵对系统性能具有十分重要的影响。

Jae-Shin Lee等人提出了一款高匹配电荷泵，使用运放将充电路径和放电路径电流源的源漏电压钳位，使充放电电流匹配。但该方法需要使用宽输入范围的高增益运放。

Tsung-Hsien Lin等人提出了一种动态电流补偿电荷泵，在电路中增加了两个栅极连接电荷泵输出的MOS管，用于补偿沟道长度调制效应导致的电流减小。补偿的电流大小随着输出电压的变化而变化，电压升高，补偿的充电电流减小，补偿的放电电流增大。电压降低，补偿的充电电流增大，放电电流减小。该方法需要设置适当的晶体管尺寸才能达到最好的补偿效果，设计难度大，且需要反复调整。

Joung-Wook Moon等人提出了一种超低电压的电荷泵，将电荷泵与有源滤波器配合使用，通过固定的电压为有源滤波器的同向输入端提供偏置，减小了充放电电流受PVT的影响。但该方法只能用于使用有源滤波器的锁相环中，且需要配合校准模块使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低相位噪声低失配电流电荷泵及实现方法，以解决上述现有技术中设计难度大、电路复杂或应用场景有限制的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种低相位噪声低失配电流电荷泵，包括用于电荷泵锁相环，用于电荷泵锁相环，包括充放电控制及稳压电路、电流镜复制电路和增益自举电路，充放电控制及稳压电路的输入端与控制信号相连，充放电控制及稳压电路的输出端与电流镜复制电路的输入端相连，电流镜复制电路的输出端与增益自举电路的输入端相连，增益自举电路的输出端与输出信号相连。

进一步的，充放电控制及稳压电路包括充放电控制电路和稳压电路。

进一步的，电流镜复制电路包括电流镜，电流镜采用共源共栅结构。

一种低相位噪声低失配电流电荷泵实现方法，充放电控制及稳压电路由Vbias进行偏置，由控制信号UP和DN信号控制充电和放电；充放电控制及稳压电路的输出为电流镜复制电路提供稳定的电流和偏置电压，电流经过电流镜复制电路中共源共栅电流镜的复制作用为电荷泵提供抵抗PVT影响的电流。

进一步的，UP和DN信号由鉴频鉴相器产生。

进一步的，充放电控制及稳压电路包括充放电控制电路和稳压电路，充放电控制电路包括五管单元。

进一步的，充放电控制及稳压电路的控制功能由五管单元实现。

进一步的，控制信号在五管单元的正向输入端，当控制信号变高，正向输入端关断，电流全部流过反相输入端所在支路，五管单元输出高电平，控制电荷泵对应的充放电路径工作；