[實用新型]一種應用于鎖相環中的高性能電荷泵

有效

• 申請號: 201821321459.1
• 申請日: 2018-08-14
• 公開（公告）號: CN208015710U
• 公開（公告）日: 2018-10-26
• 發明（設計）人: 鄒維;逯召靜;劉覽琦;石琴琴;胡昂;楊陽;譚珍;張科峰
• 申請（專利權）人: 武漢芯泰科技有限公司
• 主分類號: H03L7/089
• 分類號: H03L7/089
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型公開了一種用于鎖相環中的高性能電荷泵，屬于集成電路技術領域，解決現有技術中電荷泵型鎖相環中電荷泵難以實現高電流匹配性和低電流噪聲輸出的技術問題，該電荷泵包括：充電電路(10)，用于對電荷泵輸出節點進行充電；放電電路(20)，用于對電荷泵輸出節點進行放電；充放電電壓平衡電路(30)，用于在所述電荷泵輸出節點充放電的過程中，控制所述充電電路和所述放電電路，以使電荷泵輸出節點電壓與參考節點電壓保持一致，以消除電荷共享效應；充放電電流匹配電路(40)，用于在電荷泵輸出節點充放電的過程中，控制所述充電電路和所述放電電路，以使所述充電電路與所述放電電路的電流匹配度維持在預設范圍內，從而減小PLL參考雜散。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種應用于鎖相環中的高性能電荷泵。

背景技術

隨著集成電路產業的發展，兼容多協議的收發器芯片成為當前無線通信領域的研究熱點。頻率合成器作為射頻前端的關鍵模塊，主要作用是給收發機中的變頻電路提供頻率可編程的本地載波信號。

目前主流的集成頻率合成器大部分都是鎖相環型頻率合成器，而鎖相環型頻率合成器中普遍運用的架構為電荷泵型鎖相環(CPPLL，Charge Pump Phase Locked Loop)。鎖相環系統的應用十分廣泛，從全球定位系統到時鐘恢復電路，再到無線接收機電路等等；不同的應用領域，對其性能的要求是不一樣的，重要的一點是其性能的好壞直接影響到通信系統的質量。因此，高速、低相位噪聲、低電源抖動、低功耗以及低芯片面積的CPPLL系統越來越得到工程師們的重視。

如圖1所示，為整數分頻CPPLL的基本結構示意圖，CPPLL主要由鑒頻鑒相器PFD(Phase Frequency Detector)、電荷泵CP(Charge Pump)、環路濾波器LPF(Low PassFilter)、一除N分頻器(Divider)和壓控振蕩器VCO(Voltage Controlled Oscillator)組成。當需要頻率步進很小的輸出時，帶有調制器的分數型CPPLL也被廣泛運用。隨著對CPPLL的要求越來越趨向于寬帶、低相位噪聲、低雜散，作為CPPLL中的關鍵模塊——電荷泵CP，其設計也需要符合高電流匹配性和低電流噪聲等的要求。

目前工業界除了采用最簡單的電流鏡像，MOS開關組成充放電電流支路外，在工程上主要還可以通過以下方案實現CP電流匹配。如圖2所示，電荷泵電路包括：充電支路1、放電支路2、偏置電路3和開關輸出電路4。該電荷泵采用共源共柵鏡像結構，產生精確的上拉電流Iup0和下沉電流Idn0，減小溝道長度調制效應同時增加電荷泵的輸出電阻，實現電流匹配的CP結構，但其電流不匹配度通常會大于3％，且其對版圖的對稱性要求很高。同時，開關輸出電路4中UP端和DN端所接MOS開關管的漏端(CP_OUT0結點)會產生電荷共享效應，引起環路濾波器的輸出電壓發生變化，在環路中引入穩態相位誤差，這樣會導致環路濾波器的輸出電壓上出現紋波。這些紋波會對壓控振蕩器進行頻率調制，使壓控振蕩器的輸出信號不再是理想的正弦波，惡化環路的相位噪聲性能。

也就是說，現有技術中CPPLL中的電荷泵難以實現高電流匹配和低電流噪聲輸出的技術問題。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的，電荷泵型鎖相環中電荷泵難以實現高電流匹配性和低電流噪聲輸出的技術問題，提供了一種高性能電荷泵結構，能夠減小電荷共享效應，改善CP輸出電流匹配性能，減小PLL參考雜散。

本發明提供了一種應用于鎖相環中的高性能電荷泵，包括：

充電電路，用于在充電控制信號的作用下，對電荷泵輸出節點進行充電；

放電電路，用于在放電控制信號的作用下，對電荷泵輸出節點進行放電；

充放電電壓平衡電路，設置在所述充電電路和所述放電電路之間，用于在所述電荷泵輸出節點充放電的過程中，控制所述充電電路和所述放電電路，以使所述電荷泵輸出節點電壓與參考節點電壓保持一致；