[實用新型]浮動電源供電的軌對軌超低失配電荷泵電路

有效

• 申請號: 201922439772.6
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN211830580U
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 韓懷宇;邵要華;趙偉兵
• 申請（專利權）人: 深圳市智慧芯圖科技有限公司;珠海市一微半導體有限公司
• 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

本實用新型公開浮動電源供電的軌對軌超低失配電荷泵電路，該軌對軌超低失配電荷泵電路包括電荷泵、浮動電源電路和電平轉換電路，浮動電源電路產生與電荷泵輸出端電壓VC保持恒定差值且跟隨電壓VC變化的正浮動電源和負浮動電源，為電荷泵提供浮動電源接入和浮動地接入，其中，前述恒定差值是根據電荷泵的充電電流和放電電流相等時對應的供電電源和電源地與電壓VC的差值進行配置，當電壓VC發生變化，正浮動電源和負浮動電源都跟隨電壓VC變化并保持恒定的差值，從而拓寬電荷泵工作范圍為0?3.3V，并保證電荷泵工作在接近零電流失配的狀態下。同時避免電荷共享引起的毛刺問題，簡化了現有的電荷泵內部的電路結構。

技術領域

本實用新型屬于鎖相環中電荷泵電路的技術領域，尤其涉及一種浮動電源供電的軌對軌超低失配電荷泵電路。

背景技術

鎖相環(PLL)是一種十分重要的功能系統，其應用比較廣泛，比如：鎖相環在其所屬的一個芯片系統中提供一種或多種頻率的時鐘信號、鎖相環在其所屬的接收機中產生本振信號、鎖相環在其所屬的通信系統中保持同步。低的電荷泵的失配電流和寬的壓控振蕩器的控制電壓調節范圍是十分重要的設計指標。

電荷泵鎖相環系統(CPPLL)使用廣泛，主要包括鑒頻鑒相器(PFD)、電荷泵(CP)、低通濾波器(LPF)、壓控振蕩器(VCO)和分頻器(N)；鑒頻鑒相器接收鎖相環的反饋時鐘，并與輸入的參考時鐘進行相位比較，從而產生相位誤差信號UP和DN，這兩個相位誤差信號用于控制電荷泵對低通濾波器進行充電和放電，從而調節低通濾波器輸出的控制電壓VC；控制電壓VC作為壓控振蕩器輸入的控制電壓，用以改變壓控振蕩器輸出的時鐘信號頻率，然后通過分頻器對壓控振蕩器輸出的時鐘信號進行分頻，作為反饋時鐘輸入到鑒頻鑒相器，從而調整鑒頻鑒相器輸出的控制信號，如此循環直到鎖相穩定，壓控振蕩器輸出的時鐘信號與本地產生的參考時鐘同步。在電荷泵鎖相環系統中，電荷泵對低通濾波器輸出充電電流和放電電流，用以控制低通濾波器產生壓控振蕩器的控制電壓VC，從而調整壓控振蕩器輸出的時鐘信號的頻率，但是由于在控制電壓VC過高或者過低時會導致電荷泵產生嚴重的電流失配，所以控制電壓VC只能在一定范圍內進行調節，使得壓控振蕩器輸出的時鐘信號的頻率范圍受限，若需要讓壓控振蕩器產生更寬的時鐘信號的頻率范圍，只能改變壓控振蕩器的增益，但這樣會增大鎖相環的噪聲，降低鎖相環的穩定性和精度。

更寬的壓控振蕩器的控制電壓調節范圍、更低的電荷泵電流失配、毛刺一直是研究熱點；如果能拓寬電荷泵的輸出端控制電壓工作范圍，使電荷泵在壓控振蕩器的控制電壓VC過高和過低時仍然具備低的電流失配的能力，那么低通濾波器產生的控制電壓VC則具有更寬電壓調節范圍，從而增大壓控振蕩器輸出的時鐘信號的頻率范圍，拓寬鎖相環的輸出頻率范圍，亦可通過鎖相環路調整，降低壓控振蕩器的增益，使噪聲影響更小。目前對于電荷泵的研究，僅限于控制電壓VC在正常的工作范圍內降低失配電流大小，以及對電荷泵的輸出端控制電壓VC范圍進行一定的拓寬；但是，控制電壓VC的變化會對電荷泵輸出的電流大小產生影響，即使在控制電壓VC的正常工作范圍內，充電電流和放電電流也會隨著控制電壓VC的變化而變化；由于充電電流和放電電流不相等而產生的失配電流一般約有1％-4％的動態失配范圍，且控制電壓VC偏離中間電壓時，電荷泵連接的低通濾波器輸出端將產生毛刺。

目前降低電荷泵電流失配的方法主要是通過電路設計，保證電荷泵內部的充電電流源和放電電流源的 MOS管漏源電壓Vds保持不變，從而使充電電流源和放電電流源的電流恒定；但是隨著控制電壓VC的變化，電荷泵內部的充電電流源和放電電流源的MOS管漏源電壓Vds會發生變化，甚至會在控制電壓VC過高或過低時進入線性區，導致電荷泵產生的失配電流急劇增加。現有的拓寬電荷泵工作范圍的方法，如采用低閾值電壓的MOS管等，只能在一定程度上增加電荷泵的工作范圍，但還是會受到MOS管閾值電壓的影響，當控制電壓VC過高或者過低時，仍然會導致電荷泵出現嚴重的電流失配，因此限制電荷泵的工作范圍(控制電壓VC的范圍)進一步擴大。

實用新型內容