[實用新型]一種雙補償電荷泵

有效

• 申請號: 201320554717.1
• 申請日: 2013-09-06
• 公開（公告）號: CN203457136U
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 吳朝暉;江金堂;趙明劍;李斌
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H03L7/08
• 分類號: H03L7/08
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡茂略

技術領域

本實用新型涉及通信設備領域，特別涉及一種雙補償電荷泵。

背景技術

鎖相環電路廣泛應用于通信系統中，如時鐘恢復電路、通過低頻載波產生高頻載波等。如圖1所示，鎖相環電路主要由壓控振蕩器、鑒頻鑒相器、電荷泵、環路濾波器和N分頻器組成。壓控振蕩器輸出載波通過N分頻器分頻后產生反饋信號f_d，該反饋信號f_d與參考時鐘信號f_ref通過鑒頻鑒相器進行相位檢測，輸出控制信號控制電荷泵對環路濾波電路的充電或放電，從而控制環路濾波電路的輸出電壓值，該輸出電壓值控制壓控振蕩器輸出載波的頻率大小。當電路處于穩定狀態時，輸出載波的頻率為f_out=N*f_ref。

電荷泵作為鎖相環電路的重要模塊，其充電電流及放電電流的穩定性與匹配性對鎖相環相位噪聲的大小具有重要的影響。因此，設計一種充放電電流失配低、輸出電壓變化時充放電電流變化小的電荷泵對提高鎖相環電路的性能具有重要的作用。

如圖2所示為早期的單補償電荷泵，正常工作時，運算放大器A1通過負反饋使電壓V₁始終與電荷泵輸出電壓V_{CP_OUT}相等，從而使充電電流I_CH及放電電流I_DIS都與電流I₀相等。電流I₀是通過MN1、MN3組成的電流鏡鏡像基準電流源I_ref獲得，基準電流源I_ref及MN1管的漏源電壓V_DS1不隨輸出電壓變化而變化，考慮MOS晶體管的溝道長度調制效應：

I_ref=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²(1+λV_DS1)，

I₀=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS3-V_THN)²(1+λV_DS3)；

其中，u_n為NMOS溝道中電子的遷移率，C_OX為柵極和溝道形成的單位面積電容，W為溝道寬度，L為溝道長度，V_GS為柵極到源極電壓，V_DS為漏極到源極的電壓，V_THN為NMOS晶體管的閾值電壓，λ為溝道長度調制系數。

忽略溝道電流的差異產生的V_DS2、V_DS4不完全相等，可得到：

V_GS3=V_GS1，

V_DS3-V_DS1=V₁-V₀，

ΔI₀=I₀-I_ref

=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V_DS3-V_DS1)

=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V₁-V₀)；

又V₁=V_{CP_OUT}，

故ΔI₀=(1/2)u_nC_OX(W/L)_N(V_GS1-V_THN)²λ(V_{CP_OUT}-V₀)；

從上述可以得出，單補償電荷泵的充放電電流ΔI₀會隨電荷泵輸出電壓V_{CP_OUT}而呈線性變化。