一種大電壓輸出擺幅低電流失配電荷泵的設計
加入技術交流群
式中：△Ton為充放電電流源同時打開時間；Tref為參考時鐘信號周期；△i為電荷泵的失配電流；Icp。為電荷泵充放電電流；△td為電荷泵開關延時時間。式(1)表明，在參考頻率固定時，可以通過減小失配電流和縮短開關同時打開時間來誠小輸出信號的相位誤差，而△Ton需要用來克服PFD的死區，因此，充放電電流的匹配程度對電荷泵的主要性能影響很大，提高充放電電流的匹配特性在設計電荷泵時需要著重考慮。本文引用地址：http://www.104case.com/article/188910.htm
2 新型電荷泵設計
圖3為本文提出的新型電荷泵結構，其中M1～M12構成一個一級的軌到軌運算放大器，M1和M2構成這個運算放大器的P管輸入極，M3和M4構成N管輸入級，M7～M12構成運放的電流求和電路，將差分輸入產生的小信號電流轉換成單端的電壓輸出，M15～M18構成這個運算放大器的第二級，M16的漏極接到：M1的柵極構成單位負反饋，因此可以保證M。和M2的柵極具有相同的電壓，也就是說M15和M19具有相同的漏極電壓，M17和M21也具有相同的漏極電壓。M15和M18的柵極分別接到最低電位和最高電位，使這兩個管子都工作在深線性區，所以M15～M18這條支路始終有電流，電流大小為：
這個電流并不受UP和DN的信號狀態影響。A，B在UP和DN同時為低電平時分別為高電平和低電平，否則為低電平和高電平。假設：
下面分析這個電荷泵的四種工作狀態：
(1)狀態1：UP為高電平，DN為低電平，電荷泵為LPF充電開關管M20打開，M22關閉。由于運算放大器的存在，M15和M19的三個端口都處在相同的電位，因此I19＝aI15電荷泵以aI15大小的電流對LPF電容充電。
(2)狀態2：UP為低電平，DN為高電平，LPF通過電荷泵放電開關管M20關閉，M22打開。由于運算放大器的存在，M17和M21的三個端口都處在相同的電位，因此I21＝aI17泵以aI17大小的電流對LPF電容放電。
(3)狀態3：UP，DN同時為高電平，LPF輸出電壓保持穩定開關管M20，M22同時打開。在正常工作狀態下，因為運放的存在，使得I21＝aI17，I19＝aI15，而I17＝I15，因此I21＝I19。M19中的電流全部從M21中流到地，因此LPF電容電壓保持不變。
(4)狀態4：UP，DN同時為低電平，LPF輸出電壓保持穩定開關管M20，M22同時關閉，此時A，B分別為高電平和低電平，控制開關管M21，M22同時打開，因此M19和M21的漏極電壓都為LPF上的電容電壓，克服了電荷共享。
本結構還可以輕易地實現充放電電流的數字控制，如圖3框內所示，假設：
則可以通過2個比特控制充放電電流的三種可能(另一種充放電電流的可能為0 mA)，分別為：aIref，βIref，(α+β)Iref，這在PLL的設計中具有實際意義，因為充放電電流的大小直接影響PLL的帶寬口，因此可以根據實際情況調整電荷泵的充放電電流來調整PLL的帶寬，實現帶寬可數字控制的PLL系統。
評論