[發明專利]一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路

在審

• 申請號: 201911275159.3
• 申請日: 2019-12-12
• 公開（公告）號: CN110968146A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 蔡欽洪;吳俊寬;戴宏彥;周和陞;陳昱諭;林君豫;徐錦花
• 申請（專利權）人: 深圳星河半導體技術有限公司
• 主分類號: G05F3/26
• 分類號: G05F3/26
• 代理公司: 深圳市中興達專利代理有限公司 44637
• 代理人: 林麗明

本發明涉及鎖相回路技術領域，尤其涉及一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路，該電荷幫浦電路在原有上電流源、下電流源、上開關和下開關的基礎上還設置匹配上開關、匹配下開關和運算放大器，所述運算放大器的同相輸入端連接于上開關和下開關之間，運算放大器的反向輸入端與其輸出端短接，此時運算放大器構成運放電壓追隨電路，使得運算放大器的同向輸入端電壓與輸出端電壓一樣，使得上開關在導通和不導通之間切換時上電流的值不變，不產生額外瞬時電荷；或者使得下開關在導通和不導通之間切換時下電流的值不變，不產生額外瞬時電荷，從而提升電荷幫浦的質量和穩定性。

技術領域

本發明屬于鎖相回路技術領域，尤其涉及一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路。

背景技術

鎖相回路就是鎖定相位的環路，一種典型的反饋控制電路，利用外部輸入的參考信號控制環路內部振蕩信號的頻率和相位，實現輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動跟蹤。一般的鎖相回路如說明書附圖1所示，其中包含相位頻率偵測器 (Phase andFrequency Detector,PFD)、電荷幫浦(Charge Pump,CP)、回路濾波器(Loop Pass Filter,LPF)、電壓控制震蕩器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)及除頻器 (FrequencyDivider)。操作上除頻器會將電壓控制震蕩器的輸出降頻后產生訊號 FFB，相位頻率偵測器會針對參考頻率FREF及反饋頻率FFB產生領先訊號(UP) 及落后訊號(DN)，電荷幫浦再將此訊號轉成電荷注入回路濾波器后控制震蕩器。最后鎖相回路將操作于一穩定狀態，輸出頻率為除頻器倍率乘上輸入頻率。

在高質量頻率應用中，電荷幫浦的質量與穩定性顯著特別重要。任何電荷幫浦造成的誤差都會透過電壓控制震蕩器影響輸出頻率的相噪。說明書附圖2為傳統電荷幫浦設計，由一電流源(IREF)鏡像至上電流(IUP)下電流(IDN)兩組輸出電流源，并以上開關(SWUP)以及下開關(SWDN)控制。其中上開關以及下開關之控制訊號直接由前一級的相位頻率偵測器提供。此設計的缺點為在上開關以及下開關導通瞬間，上電流以及下電流必須由完全關閉狀態啟動至開啟狀態，無法瞬間提供穩定的鏡像電流，造成輸出電荷的誤差，產生輸出頻率的相噪。

而在US10199933B2的專利中，如說明書附圖3所示，利用一額外開關組(618， 639)讓上電流(128)以及下電流(132)在上開關(112)以及下開關(116)沒有導通的時候可以持續啟動，并將電流流至額外的路徑(614,626)。此設計的問題主要是在上開關(112)以及下開關(116)導通以及沒有導通時的兩條路徑沒有匹配，以至于在上開關(112)以及下開關(116)導通以及沒有導通兩情況下的配置不一致，造成切換電流路徑時仍會有額外的擾動電流注入至輸出。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路，以解決上述背景技術中提成的問題。

為了實現上述目的，該發明提供一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路，包括上電流源、下電流源、上開關和下開關，所述上電流源一端連接電壓，另一端連接上開關，所述下電流源一端接地，另一端連接下開關，其中上開關和下開關連接在一起，并且從上開關和下開關之間引出傳向電荷幫浦后一級回路濾波器的輸出電流，其中上開關和下開關由電荷幫浦前一級的相位頻率偵測器控制，所述電荷幫浦電路還包括鎖定輔助電路，用以上開關在導通和不導通之間切換時上電流的值不變，不產生額外瞬時電荷；或者用以下開關在導通和不導通之間切換時下電流的值不變，不產生額外瞬時電荷。

作為本發明一種用于鎖相回路的電荷幫浦電路的進一步改進，所述鎖定輔助電路包括匹配上開關、匹配下開關和運算放大器，所述匹配上開關一端與上電流源連接，另一端與運算放大器的輸出端連接，所述匹配下開關一端與下電流源連接，另一端與運算放大器的輸出端連接，所述運算放大器的同相輸入端連接于上開關和下開關之間，運算放大器的反向輸入端與其輸出端短接，此時運算放大器構成運放電壓追隨電路，使得運算放大器的同向輸入端電壓與輸出端電壓一樣。