一種電荷泵鎖相環(huán)中的電荷泵電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電荷累鎖相環(huán)（CP化L)，尤其設(shè)及一種電荷累鎖相環(huán)中的電荷累電路， 采用CMOS工藝，通過設(shè)計(jì)線性區(qū)電流鏡在很寬的輸出電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度電流匹配和 高電流平坦度，可直接適用于射頻與模擬集成電路中電荷累鎖相環(huán)電路的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[000引鎖相環(huán)（PLL)頻率綜合器電路利用反饋的原理控制輸出變量，W實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)頻 率對輸入信號(hào)頻率的自動(dòng)跟蹤。電荷累鎖相環(huán)（CPPLL)是目前鎖相環(huán)電路設(shè)計(jì)的主流，由 于它有捕捉范圍寬、捕捉時(shí)間短、線性范圍大、高速低功耗等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代通 信領(lǐng)域及射頻領(lǐng)域中。如圖1所示，電荷累鎖相環(huán)（CP化L)由鑒頻鑒相器（PFD)、電荷累 (CP)、環(huán)路濾波器（LF)、壓控振蕩器（VC0)和分頻器值ivider)五部分組成。電荷累（CP) 電路在CP化L中起著非常重要的作用，其主要功能是把鑒頻鑒相器（P抑）輸出的數(shù)字控制 信號(hào)，包括充電信號(hào)扣巧和放電信號(hào)值W)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，進(jìn)而來控制壓控振蕩器（VC0) 的輸出頻率。電荷累（CP)對整個(gè)環(huán)路的性能起決定性作用，其電流匹配精度、電流匹配時(shí) 輸出電壓范圍和充放電電流的平坦度直接影響環(huán)路的性能。
[000引圖1是已知的目前主流的電荷累鎖相環(huán)仰化L)中的電荷累仰）電路，其中；M19 是PM0S管的充電開關(guān)，M27對應(yīng)NM0S放電開關(guān)。充放電共用一個(gè)電流源，由電阻R，M16、 M17,M23、M25,M24、M26共同構(gòu)成自偏置共源共柵電流鏡提供。M18、M22、M24、M26、M28是 用來保證電荷累電流匹配的復(fù)制電路，尺寸方面，M18 =M19、M22 =M20、M24 =M23、M26 = M25、M28 =M27,在共源共柵電流鏡中，復(fù)制電路的放電電流12與充電電流13相等，并等 于核屯、電路放電電流II，即II= 12 = 13。M20、M22是充電電流管，柵極受誤差運(yùn)放控制， 將充電電流14強(qiáng)拉到與復(fù)制電路充電流13 -致，W維持充放電流的匹配；11 = 14。該電 荷累（C巧結(jié)構(gòu)中雖然在充放電電路W及復(fù)制電路中加入了共源共柵結(jié)構(gòu)，目的是增加輸 出阻抗，盡量使充放電電流大小在很寬的輸入電壓范圍內(nèi)保持恒定，但是由于電流漏的M0S 管M23、M25都工作在飽和區(qū)，使得充放電電流在輸出電壓小的時(shí)候（小于0. 4V)不能達(dá)到 設(shè)計(jì)要求的值，該種結(jié)構(gòu)限制了電荷累的有效匹配范圍，即壓控振蕩器（VC0)的可調(diào)范圍。
[0004] 電荷累（CP)設(shè)計(jì)的核屯、在于使充電電流和放電電流大小相等，并且在保證該兩 股電流匹配的情況下，輸出范圍盡可能的大。另外，為了使壓控振蕩器（VC0)有更高的 可調(diào)范圍，需要電荷累（CP)在寬的匹配范圍內(nèi)同時(shí)保證充放電電流的平坦，即很寬的范圍 內(nèi)，充放電電流既匹配又恒定。匹配精度、匹配范圍、電流的平坦度、W及動(dòng)態(tài)匹配特性該些 因素都不同程度影響了鎖相環(huán)的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為克服現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種電荷累鎖相環(huán)中的電荷累電路， 采用的技術(shù)方案是；一種電荷累鎖相環(huán)中的電荷累電路，其特征在于；包括線性區(qū)電流鏡、 充放電電路、復(fù)制電路、軌到軌運(yùn)放電路0P1、RC補(bǔ)償電路W及兩個(gè)用于改善動(dòng)態(tài)特性的電 容Cl及C2,其中；
[0006] 線性區(qū)電流鏡包括參考電流源Iuf、NMOS管M0、M9w及軌到軌運(yùn)放電路OP2,NMOS 管M9的柵極和漏極互連并連接參考電流源luf的輸出端，參考電流源Iuf的輸入端連接電 源V孤，NM0S管M9的源極連接NM0S管M0的漏極，NM0S管M0的源極接地，NM0S管M0的柵 極連接電源VDD，軌到軌運(yùn)放電路0P2的正輸入端接NM0S管M0的漏級；
[0007] 充放電電路包括充電開關(guān)PM0S管M15和放電開關(guān)NM0S管M4、PM0S管Mil、NM0S 管M8與M2構(gòu)成的充放電電流源W及用W改善動(dòng)態(tài)特性的PM0S管M13和NM0S管M6 ;PM0S 管M15的柵極連接充電信號(hào)UP，PM0S管M15的源極接電源VDD，PM0S管M15的漏極與PM0S 管M13的源、漏極W及PM0S管Mil的源極連接在一起，PM0S管M13的柵極連接充電信號(hào)UP 的反向信號(hào)UP,PM0S管Mil的漏極與NM0S管M8的漏極連接并作為電荷累的輸出端OUT連 接到鎖相環(huán)中環(huán)路濾波器輸入端；NM0S管M8的源極與NM0S管M6的漏、源極W及NM0S管 M4的漏極連接在一起，醒0S管M4的柵極連接放電信號(hào)DW，NM0S管M6的柵極連接放電信 號(hào)DW的反向信號(hào)丘兩，NM0S管M4的源極連接NM0S管M2的漏極，NM0S管M2的源極接地， NM0S管M2的柵極連接電源V孤；
[000引復(fù)制電路是充放電電路結(jié)構(gòu)的復(fù)制，包括與充電開關(guān)PM0S管M15相對應(yīng)的PM0S管M14、與充電電流源PM0S管Mil相對應(yīng)的PM0S管M10、與放電電流源NM0S管M8對應(yīng)的 NM0S管M7,與NM0S管M2對應(yīng)的NM0S管Ml、與放電開關(guān)NM0S管M4對應(yīng)的NM0S管M3、與 PM0S管M13對應(yīng)的PM0S管M12W及與NM0S管M6對應(yīng)的NM0S管M5,所有相對應(yīng)的晶體管 尺寸對應(yīng)相等；PM0S管M14的柵極接地，PM0S管M14的源極連接電源VDD，PM0S管M14的 漏極與PM0S管M12的源、漏極W及PM0S管M10的源極連接在一起，PM0S管M12的柵極連 接電源VDD，PM0S管M10的柵極連接充放電電路中PM0S管Mil的柵極，PM0S管M10的漏極 與NM0S管M7的漏極連接，NM0S管M7的柵極與充放電電路中NM0S管M8的柵極、線性區(qū)電 流鏡中軌到軌運(yùn)放電路0P2的輸出端連接在一起并通過電容C2接地，NM0S管M7的源極與 NM0S管M5的漏、源極W及NM0S管M3的漏極連接在一起，NM0S管M5的柵極接地，NM0S管 M3的柵極連接電源V孤，NM0S管M3的源極連接NM0S管Ml的漏極W及線性區(qū)電流鏡中軌 到軌運(yùn)放電路0P2的負(fù)輸入端，NM0S管Ml的源極接地，NM0S管Ml的柵極連接線性區(qū)電流 鏡中NM0S管M0的柵極并連接電源V孤；
[0009] 軌到軌運(yùn)放電路0P1的負(fù)輸入端連接充放電電路中NM0S管M8的漏極即電荷累的 輸出端OUT,軌到軌運(yùn)放電路0P1的正輸入端連接復(fù)制電路中NM0S管M7的漏極，軌到軌運(yùn) 放電路0P1的輸出端與充放電電路中PM0S管Mil的柵極W及復(fù)制電路中PM0S管M10的柵 極連接在一起并通過電容C1連接電源VDD;
[0010] RC補(bǔ)償電路包括電阻馬和電容CC，電阻Rc的一端連接軌到軌運(yùn)放電路0P1的正 輸入端，電阻Re的另一端連接電容Ce的一端，電容Ce的另一端連接接軌到軌運(yùn)放電路0P1 的輸出端。
[0011] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果：
[0012] (1)本發(fā)明通過設(shè)計(jì)線性區(qū)電流鏡保證了電荷累在很寬的輸出電壓范圍內(nèi)充放電 電流匹配且電流平坦。其中線性區(qū)電流鏡電路通過運(yùn)放0P2的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?，使M0的漏 極電壓和復(fù)制電路中Ml的漏極電壓相等，該種結(jié)構(gòu)使得電流鏡和復(fù)制電路的電流可W完 全鏡像，由于M0和Ml都工作在線性區(qū)，使得很低的輸出電壓即可保證充放電電流達(dá)到設(shè)計(jì) 要求的值，擴(kuò)大了充放電流平坦時(shí)輸出電壓范圍，同時(shí)，0P2可W使復(fù)制電路的輸出阻抗倍 增，進(jìn)一步保證了充放電電流的平坦度。
[0013] (2)充放電流匹配精度高。本發(fā)明采用軌到軌運(yùn)放OP1的輸入端跨接于充放電電 路和復(fù)制電路之間，OP1的輸出端與充放電電路MOS管Mil的柵極W及復(fù)制電路MOS管M10 的柵極連接在一起，軌到軌運(yùn)放的高增益保證運(yùn)放的兩輸入端電位相等，讓充放電電路和 復(fù)制電路的電流完全一致，使得電荷累的充放電流匹配，運(yùn)放的高增益保證了電流匹配的 高精度。
[0014] 做電容C1、C2的應(yīng)用使運(yùn)放的輸出更穩(wěn)定，保證充放電電流源MOS管的柵極電 壓穩(wěn)定，同時(shí)MOS管M5、M6、M12、M13的應(yīng)用減小了電荷共享效應(yīng)，保證了電荷累有更好的 動(dòng)態(tài)性能，減小了環(huán)路雜散。
[001引 （4)電路結(jié)構(gòu)簡單可靠，功耗低，易于集成。
【附圖說明】
[0016] 圖1是已知的目前主流的電荷累鎖相環(huán)（CP化L)中的電荷累結(jié)構(gòu)圖；
[0017] 圖2是本發(fā)明電荷累原理電路圖；
[001引 圖3是圖2中已知的寬輸入電壓高增益軌到軌運(yùn)放OPUOP2的電路原理圖；
[0019] 圖4是本發(fā)明化）與現(xiàn)有技術(shù)（a)兩種結(jié)構(gòu)的電流匹配前仿真結(jié)果對比。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 參看圖2,本發(fā)明電荷累鎖相環(huán)中的電荷累電路包括線性區(qū)電流鏡1、充放電電路 3、復(fù)制電路2、軌到軌運(yùn)放電路OP1、RC補(bǔ)償電路和電容C1、C2。
[0021] 線性區(qū)電流鏡1包括參考電流源Itef、NMOS管M0、M9W及軌到軌運(yùn)放電路OP2 (與 OP1結(jié)構(gòu)相同，均為已知電路）NMOS管M9的柵極和漏極互連并連接參考電流源luf的輸出 端，參考電流源Itef的輸入端連接電源V孤，NMOS管M9的源極連接NMOS管M0的漏極，NMOS 管M0的源極接地，NMOS管M0