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专利号: 2018110084181
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,包括:带电流补偿的偏置电路(1)、电流轮式电荷泵电路(2)和负反馈电流补偿电路(3),其中,所述带电流补偿的偏置电路(1)的信号输出端接所述电流轮式电荷泵电路(2)的信号输入端,所述电流轮式电荷泵电路(2)的信号输出端VCTRL分别接所述带电流补偿的偏置电路(1)和所述负反馈电流补偿电路(3)的信号输入端,所述负反馈电流补偿电路(3)的信号输出端接所述电流轮式电荷泵电路(2)的信号输入端;

所述带电流补偿的偏置电路(1)为所述电流轮式电荷泵电路(2)提供具有补偿特性的偏置电流,所述电流轮式电荷泵电路(2)根据第一信号输入端UP、第二信号输入端 第三信号输入端DN以及第四信号输入端 的信号来控制充/放电操作,所述负反馈电流补偿电路(3)根据所述电流轮式电荷泵电路(2)的输出端VCTRL的电压Vctrl变化调节所述电流轮式电荷泵电路(2)中开关管的电流大小,使得充/放电电流跟随输出电压Vctrl变化,抑制电荷泵电路输出电压Vctrl的变化,减少电荷泵电路的充/放电电流的失配率。

2.根据权利要求1所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述带电流补偿的偏置电路(1)包括:电流源IS1、电流源IS2、PMOS管M1、PMOS管M2、NMOS管M3、NMOS管M4、NMOS管M5以及PMOS管M6,其中电流源IS1的一端分别与PMOS管M1的源极、PMOS管M6的源极以及外部电源VDD相连,电流源IS1的另一端分别与PMOS管M2的漏极、NMOS管M3的漏极、NMOS管M3的栅极以及NMOS管M16的栅极相连,PMOS管M1的栅极分别与PMOS管M1的漏极以及PMOS管M2的源极相连,PMOS管M2的栅极分别与NMOS管M4的栅极以及电荷泵电路的输出端VCTRL相连,PMOS管M6的栅极分别与PMOS管M6的漏极、PMOS管M7的栅极、NMOS管M4的漏极以及电流源IS2的一端相连,电流源IS2的另一端分别与NMOS管M5的源极、NMOS管M3的源极以及外部地线GND相连,NMOS管M4的源极分别与NMOS管M5的漏极以及NMOS管M5的栅极相连。

3.根据权利要求2所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述带电流补偿的偏置电路(1)中NMOS管M3的漏极电流I3为

式中,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积栅氧化层电容,(W/L)2为PMOS管M2的沟道宽长比,VA为节点A的电压,Vctrl为电荷泵电路输出端VCTRL的电压,VTHp为PMOS管的阈值电压,IS1为电流源IS1的电流值,I2为PMOS管M2的源极电流;PMOS管M6的源极电流I6为式中,μn为电子迁移率,(W/L)4为NMOS管M4的沟道宽长比,VB为节点B的电压,VTHn为NMOS管的阈值电压,IS2为电流源IS2的电流值,I4为NMOS管M4的漏极电流。

4.根据权利要求1所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述电流轮式电荷泵电路(2)包括:PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10、PMOS管M11、NMOS管M12、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、NMOS管M17、PMOS管M18、放大器A1以及电容C1,其中PMOS管M7的源极分别与PMOS管M18的源极、PMOS管M18的漏极以及外部电源VDD相连,PMOS管M7的漏极分别与PMOS管M8的源极、PMOS管M10的源极、PMOS管M18的栅极以及NMOS管M21的漏极相连,PMOS管M8的栅极与第一信号输入端UP相连,PMOS管M8的漏极分别与PMOS管M9的源极、PMOS管M9的漏极、放大器A1的输出端、放大器A1的反向输入端、NMOS管M12的漏极、NMOS管M12的源极以及NMOS管M13的漏极相连,PMOS管M9的栅极与第二信号输入端 相连,NMOS管M12的栅极与第三信号输入端DN相连,NMOS管M13的栅极与第四信号输入端 相连,PMOS管M10的栅极与第二信号输入端 相连,PMOS管M10的漏极分别与PMOS管M11的源极、PMOS管M11的漏极、放大器A1的正向输入端、NMOS管M14的漏极、NMOS管M14的源极、NMOS管M15的漏极、电荷泵电路的输出端VCTRL、电容C1的一端、PMOS管M20的栅极以及NMOS管M24的栅极相连,电容C1的另一端分别与NMOS管M16的源极、NMOS管M17的漏极、NMOS管M17的源极以及外部地线GND相连,PMOS管M11的栅极与第一信号输入端UP相连,NMOS管M14的栅极与第四信号输入端 相连,NMOS管M15的栅极与第三信号输入端DN相连,NMOS管M15的源极分别与NMOS管M13的源极、NMOS管M16的漏极、NMOS管M17的栅极以及PMOS管M26的漏极相连。

5.根据权利要求4所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述电流轮式电荷泵电路(2)中PMOS管M9、PMOS管M11、NMOS管M12、NMOS管M14分别构成虚拟器件进而有效抑制电荷注入和时钟馈通等效应,PMOS管M18与PMOS管M17分别构成MOS电容,有效减少开关管在同时开启或同时关闭时的电流毛刺,PMOS管M7的沟道宽长比是PMOS管M6的N倍,NMOS管M16的沟道宽长比是NMOS管M3的N倍,电荷泵电路的充电电流IUP为IUP=N×(IS2+I4)-I21,电荷泵电路的放电电流IDN为IDN=N×(IS1+I2)-I26,式中,I21为NMOS管M21的漏极电流,I26为PMOS管M26的源极电流。

6.根据权利要求1所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述负反馈电流补偿电路(3)包括:PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、NMOS管M24、PMOS管M25以及PMOS管M26,其中PMOS管M19的源极分别与PMOS管M25的源极、PMOS管M26的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M19的栅极分别与PMOS管M19的漏极以及PMOS管M20的源极相连,PMOS管M20的漏极分别与NMOS管M22的漏极、NMOS管M22的栅极以及NMOS管M21的栅极相连,NMOS管M22的源极分别与NMOS管M21的源极、NMOS管M23的源极以及外部地线GND相连,PMOS管M25的漏极分别与PMOS管M25的栅极、PMOS管M26的栅极以及NMOS管M24的漏极相连,NMOS管M24的源极分别与NMOS管M23的漏极以及NMOS管M23的栅极相连。

7.根据权利要求6所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,所述负反馈电流补偿电路(3)中NMOS管M21的沟道宽长比是NMOS管M22的M倍,电荷泵电路的输出电压Vctrl作用在PMOS管M20的栅极,NMOS管M21的漏极电流I21为式中,VC为节点C的电压,(W/L)20为PMOS管M20的沟道宽长比;

PMOS管M26的沟道宽长比是PMOS管M25的M倍,电荷泵电路的输出电压Vctrl作用在NMOS管M24的栅极,PMOS管M26的源极电流I26为

式中,VD为节点D的电压,(W/L)24为NMOS管M24的沟道宽长比。

8.根据权利要求3或5或7所述的一种用于延迟锁相环的低失配率的电荷泵电路,其特征在于,分别优化PMOS管M1、NMOS管M5、PMOS管M19以及NMOS管M23的沟道宽长比,使得PMOS管M2、NMOS管M4、PMOS管M20以及NMOS管M24都工作在饱和区边缘时有VA-|VTHp|=VB+VTHn=VC-|VTHp|=VD+VTHn=Von,电荷泵电路的充电电流IUP有该式说

明,引入NMOS管M4的漏极电流I4以及NMOS管M21的漏极电流I21,减少了电荷泵电路的充电电流IUP的失配率;电荷泵电路的放电电流IDN有

该式说

明,引入PMOS管M2的源极电流I2以及PMOS管M26的源极电流I26,减少了电荷泵电路的放电电流IUP的失配率。