[發明專利]一種電荷泵電路

有效

• 申請號: 200910059567.5
• 申請日: 2009-06-11
• 公開（公告）號: CN101572481A
• 公開（公告）日: 2009-11-04
• 發明（設計）人: 唐威昀
• 申請（專利權）人: 和芯微電子（四川）有限公司
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于電子技術領域，特別是一種能保證安全工作的電荷泵電路。

背景技術

無論是鎖相環(PLL)還是延遲鎖相環(DLL)，都需要對對其本身的輸出信號和 輸入信號之間的相位差進行鑒別，然后用電荷泵對這個相位差別進行積分，將積 分的結果以電壓變化量的形式體現在控制電壓VCTRL中，然后用VCTRL電壓來控 制壓控振蕩器VCO或者電壓控制延遲線VCDL，直到兩者之間的相位同步為止，實 現以上鎖定過程的鎖相環(PLL)系統如圖1所示。

較接近的相關的文獻是美國專利：

CHARGE?PUMP?CIRCUIT

US6，535，051B23／2003Kyu-hyoun?Kim

HIGH?OUTPUT?IMPEDENCE?CHARGE?PUMP?FOR?PLL／DLL

US7，176，733B22／2007Dieter?Haerle。

這個過程中，如果電荷泵輸出的電壓由于電路的正反饋，或者電路存在多個 平衡點等原因被鎖死在某個值，那么對輸入信號頻率的跟蹤鎖定過程將失敗。或 者由于電荷泵電路中反饋環的相位裕度不夠，即，反饋環路的幅頻特性的衰減， 與相頻特性的滯后之間的關系，不能滿足在幅頻特性衰減為0dB的時候，相位滯 后小于135度左右，那么將會出現輸出端震蕩，電荷泵也不能正常工作。

上述由于電荷泵電路結構所導致的啟動以及穩定性問題具體如下，對于如圖2 所示的電路結構為傳統電荷泵電路，這種電路結構存在如下問題：在啟動或者正 常工作的過程中，一旦出現節點OUT的電壓比節點net14的電壓高的情況，極有 可能發生以下的正反饋過程，使得電荷泵無法正常工作，即節點OUT的電壓大于 節點net14的電壓，在運放113的作用下，節點net15的電壓下降到小于NMOS管 的閾值電壓Vthn，那么NMOS管107，109截止，進而促使節點OUT和節點net14 的電壓都抬高，直至上升至某一個電壓值附近，由于PMOS管104，106截止，節 點OUT和節點net14的電壓才不上升。這個電壓值比節點net16的電壓小一個PMOS 管的閾值電壓。

首先，如果在上述過程的最后，發生節點OUT的電壓大于節點net14的電壓 的情況，那么最終的狀態是NMOS管107，109，以及PMOS管104，106都截止，節 點OUT的電壓大于節點net14的電壓，這個狀態將一直被鎖定，導致電荷泵不能 正常工作；其次，即使在過程的最后，節點OUT的電壓小于節點net14的電壓， 從而由于運放113的作用，net15的電壓被抬起，那么在NMOS管107，109的作用 下，節點OUT和節點net14的電壓下降，一旦出現OUT的電壓大于net14的電壓 的情況，就又重復上面所述的過程；從而引起振蕩。或者說，運放113與NMOS管 107，109構成一個負反饋環和一個正反饋環，對于整個電路系統做小信號分析， 一旦負反饋環路的相位裕度不夠，那么系統將會引起自激震蕩，這樣電荷泵就不 能正常工作。

即使在這個電路里面增加啟動電路，即NMOS管111，112，能夠使啟動過程中 節點OUT的電壓小于節點net14的電壓，但是在電荷泵工作的過程中，一旦由于 擾動，出現節點OUT的電壓大于節點net14的電壓的情況，仍然會出現以上所描 述的問題。

另一方面，從小信號的角度分析，從圖4的小信號等效電路可以得出，在未 加低電阻到運放輸出端之前，負反饋環路的開環傳輸函數為