專利名稱：C－mos電荷泵的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電荷泵，特別是涉及一種C-MOS電荷泵。
背景技術：
鎖相環(huán)具有對頻率和相位進行調制與解調的功能，所以被廣泛地應用于各種通信電路中，如頻率發(fā)生器，時鐘恢復電路等。電荷泵型鎖相環(huán)，更具有高速、低噪聲等特點，故為現今最普遍采用的一種鎖相環(huán)電路，如

圖1所示。在所述電荷泵型鎖相環(huán)電路中，鑒頻鑒相器(PFD)通過對輸入參考信號和分頻器的輸出信號的比較，產生兩個輸出數字信號，電荷泵的作用就是將鑒頻鑒相器輸出的數字信號，轉換成連續(xù)的模擬信號來控制壓控振蕩器(VCO)的振蕩頻率。
在已有技術中，常在上述鎖相環(huán)電路中的主控制電路旁并接一個輔助電路，其后會由于某些時刻輸出電壓和參考電壓值的不同，造成組成主控制電路的開關管和組成輔助電路的開關管的兩個通路之間互相抽取電流，形成反向電流，這樣會對電路性能造成不好的影響。為了消除這種現象，通常會在兩個通路中各加入2個二極管來實現，但加入二極管后由于二極管本身導通就需要一定的壓降，這樣就限制了輸出電壓的擺幅，也不利于電流源的工作。在高頻的鎖相環(huán)中，由于此時壓控振蕩器的振蕩頻率很高，即使電荷泵的輸出電壓有一個很小的抖動，也將會引起壓控振蕩器輸出頻率的顯著變化。為此，期望能在提高電荷泵輸出電壓的穩(wěn)定性方面，提出一種能改善電荷泵型鎖相環(huán)性能的新型電荷泵電路設計方案。

發(fā)明內容
本實用新型的目的，是在于設計一種能降低電荷泵電路輸出電壓的抖動效應的新型電荷泵電路。
本實用新型是通過下述構思來加以實現的本實用新型針對傳統電荷泵電路的缺點，為了使電荷泵中輔助電路的條件接近于主控制電路，引入一參考電壓電路，其由兩對開關串聯組成，而所述開關為各由一個P-MOS管和N-MOS管對接組成。上述參考電壓電路的一端接于運算放大器的輸出端，另一端接于組成輔助電路的兩對開關的接點處。所述運算放大器的另一端，則接于組成主控制電路的兩對開關的接點處。此設計方案的作用在于使輔助電路的參考電壓接近于電荷泵的輸出電壓，以消除開關效應對電路的影響。其中4個MOS管構成兩對開關，是為了防止輔助電路到主電路的反相電流的形成，并且在適當的時候提供上拉或下拉電流的通路。本實用新型進一步在所述組成輔助電路的兩對開關接點處，即參考電壓電路的輸出端并接一個電容，電容的另一端接地，由此穩(wěn)定輔助電路中參考點的電壓。
本實用新型的效果是很明顯的，由于采用了本實用新型所述結構的參考電壓電路后，使得輔助電路的參考電壓接近于電荷泵的輸出電壓，以消除開關效應對電路的影響。由此降低了輸出電壓的抖動，電荷泵性能得到了較大改善。由不同溝道結構的MOS管，即分別有一只P溝道的P-MOS管和另一只N溝道的N-MOS管構成的兩對開關，有利于防止輔助電路到主控制電路的反相電流的形成，并且在適當的時候提供上拉或下拉電流的通路。所述電容的存在，進一步起到穩(wěn)定輔助電路中參考點電壓的作用。如圖4所示，在20uA的偏置電流下，仿真結果表明電荷泵輸出電壓非常穩(wěn)定。
以下結合附圖和實施例對本實用新型加以進一步描述，從而使本實用新型的結構細節(jié)、特點、目的和優(yōu)點更加明確，但并不限制本實用新型的范圍。
圖1是傳統的電荷泵型鎖相環(huán)電路圖；圖2是本實用新型所述C-MOS電荷泵的電路圖；圖3是直接用運放輸出時的電壓波形圖；圖4是采用本實用新型時的電壓波形圖。
圖中1-運算放大器 2-N-MOS管 3-P-MOS管4-N-MOS管 5-P-MOS管 6-電容 7-N-MOS管8-P-MOS管 9-N-MOS管 10-P-MOS管 11-上拉電流源12-下拉電流源 13-N-MOS管 14-P-MOS管 15-N-MOS管16-P-MOS管。
具體實施方式
現結合附圖來說明本實用新型實施例的構造如附圖2所示，一種C-MOS電荷泵，由包括主控制電路、輔助電路和參考電壓電路所組成。所述各電路均由兩對開關串聯組成，而所述開關則分別為各由一只P溝道的P-MOS管和另一只N溝道的N-MOS管對接構成，如圖2中的MOS管3、5、8、10、14和16分別為P-MOS管，MOS管2、4、7、9、13和15分別為N-MOS管，它們依次一一對應，即其中MOS管3和2、5和4、8和7、10和9、14和13、16和15分別對接為一開關，然后由MOS管14和13、16和15所構成的開關串接組成主控制電路，并接于上拉電流源11和下拉電流源12之間；由MOS管8和7、10和9所構成的開關串接組成輔助電路，也接于上拉電流源11和下拉電流源12之間；由MOS管3和2、5和4所構成的開關串接組成參考電壓電路，其一端接于運算放大器1的輸出端，另一端接于組成輔助電路的兩對開關的串接點A處，所述運算放大器1的另一端接于組成主控制電路的兩對開關的串接點B處。
當上拉信號和下拉信號都為低時，此時環(huán)路濾波器上的電壓應保持不變，組成主控制電路的MOS管13、14、15和16均關斷，而組成輔助電路的MOS管7、8、9和10都導通，這樣電流源的電流就從輔助電路中流過，避免了因電流源無電流輸出而引起的電荷預分配效應，有效地消除了傳統型電荷泵中控制電路開關設計中常遇的難點。為了減小開關效應對輸出電壓和電流源的影響，用一運算放大器作為跟隨器使參考電壓的值接近于輸出電壓，使得輔助電路的條件和主控制電路近似。
若直接把運算放大的器1的輸出作為輔助電路的參考電壓時，由于運算放大器1對階躍信號的響應特性，以及參考節(jié)點A對輸出節(jié)點B的影響，會使得電荷泵的輸出電壓不穩(wěn)定。為此，本實用新型設計采用了由MOS管2、3、4和5組成的參考電壓電路，它的主要作用是在于避免輸出點B電壓高于參考點A電壓時，輸出節(jié)點B從參考節(jié)點A通過運算放大器1抽取電流，即打斷了反向電流回路，避免造成輸出電壓的改變。
如圖2所示，給予所有MOS管柵極的Vuon、Vuop、Vurn、Vurp、Vdon、Vdop、Vdrn和Vdrp八種控制信號，是由鑒頻鑒相器輸出的上拉信號和下拉信號通過一現有技術的時序控制電路所獲得的。所述控制信號中的第一位下腳標u表示上拉型信號，d表示下拉型信號；第二位下腳標o表示用于主控制電路的信號，r表示用于輔助電路的信號；第三位下腳標n表示N-MOS管的控制信號，p表示P-MOS管的控制信號。賦予組成參考電壓電路的MOS管2、3、4和5上的控制信號，與賦予組成主控制電路的MOS管13、14、15和16上的控制信號相同，并且在4個控制信號給4個管子的分配上應滿足當上拉信號或下拉信號中的一個為高時，下拉電流或上拉電流可通過MOS管2和5或MOS管3和4形成的電流通路。
采用本實用新型所述結構的電荷泵電路后，在上拉信號和下拉信號相同時，電荷泵有一穩(wěn)定的電平輸出，如圖4所示。將圖4與采用傳統結構時的仿真結果圖3相比時，可充分反映出本實用新型的優(yōu)越性。
為了進一步穩(wěn)定輔助電路中參考點的電壓起見，在所述組成輔助電路的兩對開關接點A處，并接一個電容，所述電容的另一端接地。
權利要求1.一種C-MOS電荷泵，由包括主控制電路、輔助電路和參考電壓電路所組成，所述主控制電路和輔助電路相并接，其特征在于所述各電路均由兩對開關串聯組成，而所述開關為各由一個P-MOS管和N-MOS管對接組成；所述參考電壓電路的一端接于運算放大器的輸出端，另一端接于組成輔助電路的兩對開關的串接點處，所述運算放大器的另一端接于組成主控制電路的兩對開關的串接點處。
2.如權利要求1所述的C-MOS電荷泵，其特征在于賦予組成參考電壓電路MOS管柵極的控制信號，同于賦予組成主控制電路MOS管柵極的控制信號。
3.如權利要求1或2所述的C-MOS電荷泵，其特征在于在所述組成輔助電路的兩對開關接點處，并接一個電容，所述電容的另一端接地。
專利摘要本實用新型涉及一種應用于高速鎖相環(huán)中的新型C－MOS電荷泵電路。它的核心部分為一帶有參考電壓電路的雙管開關型電路，并用一運算放大器作為電壓跟隨器，在運放輸出端加入一參考電壓電路，減小了電荷泵的開關效應對電路的影響，降低了電荷泵輸出電壓的跳變。仿真結果表明在偏置電流20uA的條件下，輸出電壓有一個較大的輸出范圍，并且在上拉信號和下拉信號相同時輸出電壓能保持穩(wěn)定，降低了原來結構中的抖動現象，能很好的滿足高速鎖相環(huán)的性能要求。
文檔編號H03L7/085GK2694619SQ20042002159
公開日2005年4月20日 申請日期2004年4月5日 優(yōu)先權日2004年4月5日
發(fā)明者來金梅, 王烜, 張海清, 孫承綬, 章倩苓 申請人:上海迪申電子科技有限責任公司