[發明專利]一種動態電流補償的電荷泵

有效

• 申請號: 201710395326.2
• 申請日: 2017-05-26
• 公開（公告）號: CN107147281B
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 張吉利;林福江
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H02M3/07
• 分類號: H02M3/07
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 楊學明;顧煒

本發明公開了一種動態電流補償的電荷泵，包括電流輸入級電路(1)、電流源偏置電路(2)、電流注入電路(3)、與電流注入電路(3)并聯的動態電流補償電路(4)、輸出電流源偏置電路(5)和電流輸出級電路(6)。通過與電流注入電路(3)并聯的動態電流補償電路(4)來動態調整輸出電流?電壓曲線，使得電荷泵能在較大輸出電壓范圍內保持較好的電流匹配精度。本發明在傳統結構的基礎上，引入與電流注入電路(3)并聯的動態補償電路(4)，以極小的代價，實現了在較大輸出電壓范圍內保持較好的電流匹配。

技術領域

本發明涉及電荷泵技術領域，具體涉及一種動態電流補償的電荷泵。

背景技術

基于鎖相環技術實現的頻率綜合器因其功耗低、性能好等優點被廣泛應用于通信系統中。頻率綜合器的性能直接決定著通信系統的信號質量。比如，頻率綜合器的雜散(spur)會將帶外的干擾信號變頻到信道內，惡化通信信號的信噪比(SNR)。因此頻率綜合器的雜散(spur)性能非常重要。

鎖相環頻率綜合器的雜散(spur)是由壓控振蕩(VCO)的控制信號上疊加的一個周期性波動對壓控振蕩器的頻率進行調制導致的。該周期性的波動主要是由鑒頻鑒相器(PFD)和電荷泵(CP)的非線性造成的，其中電荷泵的電流失配的影響最為嚴重。對與一定的輸出頻率范圍，較大的控制電壓調諧范圍可以降低壓控振蕩器的增益，有利于提高頻率綜合器的噪聲性能。但由溝道長度調制效應，較大的輸出電壓范圍會導致較大的電荷泵電流失配。因此，電荷泵的電流失配和輸出電壓范圍是鎖相環頻率綜合器的重要參數。

為了減輕或者消除電荷泵的電流失配，很多技術被發明。增大電流源管的溝道長度可以減小溝道長度調制效應產生的電流失配，但是這是以面積為代價的。使用共柵共源結構的電流源可以有效的提高輸出阻抗，但是這種共柵共源結構的電流源需要消耗更多的電壓，導致輸出的電壓范圍減小。圖2是J-S Lee等發明的一種新型電荷泵結構([1]J-S Leeet al.,“Charge pump with perfect current matching characteristics in phase-locked loops,”Electron.Lett.,vol.36,no.23,pp.1907-1908,Nov.2000)。通過使用一個高增益的誤差運算放大器，參考支路電流源的漏端電壓精確跟隨輸出電壓變化，因此該結構可以獲得較低的電流失配。但是該結構增加了設計的復雜度和電荷泵的功耗、惡化了電荷泵的噪聲性能。圖3是T-H Lin等在傳統結構的基礎上改進的電荷泵結構([2]T-H Lin etal.,“Dynamic Current-Matching Charge Pump and Gated-Offset LinearizationTechnique for Delta-Sigma Fractional-N PLLs,”IEEE Trans.Circuits Syst.I,vol.56,no.25,pp.877–885,May 2009)。該結構通過改變引入的并聯場效應管的電阻，補償溝道長度調制效應的影響。該發明以較小的代價獲得了較好的電流匹配效果，但是該結構的電荷泵輸出電壓范圍并沒有很大的提高。

本發明在傳統電荷泵結構的基礎上，增加了與電流注入電路并聯的反饋場效應管。與T-HLin等提出的采用反饋電阻的方式不同的是，本發明采用動態電流補償的方式得到較好的電流匹配效果和較大的輸出電壓范圍。

發明內容

本發明的目的是為了以盡量小的代價為鎖相環頻率綜合器提供低電流失配、大輸出電壓范圍的電荷泵，減小鎖相環頻率綜合器輸出的雜散。

本發明為了達到上述目的，在傳統結構的基礎上進行改進，得到一種新的電路結構：