電荷泵電路的製作方法
2023-06-07 02:00:51 1
專利名稱：電荷泵電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制電路，尤指一種能夠保證輸出信號穩定性的電荷泵電路。
背景技術：
無論是鎖相環還是延遲鎖相環，都需要對其本身的輸出信號和輸入信號之間的相位差通過鑑頻鑑相器進行鑑別，然後用電荷泵對這個相位差進行積分，將積分的結果以電壓變化量的形式體現在控制電壓中，然後用控制電壓來控制壓控振蕩器或者電壓控制延遲線，直到兩者之間的相位同步為止。圖1為現有技術中鎖相環的系統框圖，其包括一輸入端、一與該輸入端相連的鑑頻鑑相器、一與該鑑頻鑑相器相連的電荷泵電路、一與該電荷泵電路相連的低通濾波器、一與該低通濾波器相連的壓控振蕩器、一與該壓控振蕩器相連的輸出端及一連接於該鑑頻鑑相器與該壓控振蕩器之間的分頻器。現有的電荷泵電路的輸出信號往往由於正反饋現象而出現震蕩，使得電荷泵電路的輸出信號不穩定，而進一步影響整個鎖相環的正常工作。
發明內容
鑑於以上內容，有必要提供一種能夠保證輸出信號穩定性的電荷泵電路。一種電荷泵電路，包括一電流源、一第一輸入端、一第二輸入端、及一輸出端，所述電荷泵電路還包括一與所述第一輸入端及所述電流源相連的上電流鏡、一與所述第二輸入端及所述電流源相連的下電流鏡、一與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連的運算放大器及一與所述運算放大器及所述輸出端相連的低通濾波器，所述上電流鏡為一 P型場效應管集合電路，並用於產生一充電電流，所述下電流鏡為一 N型場效應管集合電路，並用於產生一放電電流，所述運算放大器的一正相輸入端與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連，所述運算放大器的一反相輸入端通過所述低通濾波器與所述輸出端相連，所述運算放大器的一輸出端與所述上電流鏡相連。相對現有技術，本發明電荷泵電路通過運算放大器的不同連接方式，並在運算放大器與輸出端之間連接低通濾波器來降低正反饋的反饋強度，消除了正反饋現象引起的輸出信號的震蕩，保證了電荷泵電路輸出信號的穩定性，使得整個鎖相環可以正常工作。
圖1為現有的鎖相環的系統框圖。圖2為本發明電荷泵電路的架構框圖。圖3為本發明電荷泵電路較佳實施方式的電路圖。
具體實施例方式請參閱圖2，本發明電荷泵電路較佳實施方式包括一電流源、一第一輸入端、一第二輸入端、一輸出端、一與該第一輸入端及該電流源相連的上電流鏡、一與該第二輸入端及該電流源相連的下電流鏡、一與該上電流鏡、該下電流鏡及該輸出端相連的運算放大器及一連接於該運算放大器與該輸出端之間的低通濾波器。請同時參閱圖2與圖3，本發明電荷泵電路較佳實施方式包括一電流源I、一第一輸入端SLWDN、一與該第一輸入端SLWDN相連的上電流鏡、一第二輸入端SPDUP、一與該第二輸入端SPDUP相連的下電流鏡、一與該上電流鏡及該下電流鏡相連的運算放大器ΟΡΑ、一與該上電流鏡及該運算放大器OPA相連的低通濾波器、一與該上電流鏡、該下電流鏡及該低通濾波器相連的輸出端CHOUT、一電源端AVD及一地端AVS。該上電流鏡用於產生一由該電源端AVD至該輸出端CHOUT的充電電流II，該下電流鏡用於產生一由該輸出端CHOUT至該地端AVS的放電電流12。該上電流鏡為一 P型場效應管(PMOS)集合電路，其包括一第一場效應管Ml、一第二場效應管M2、一第三場效應管M3、一第四場效應管M4、一第五場效應管M5及一第六場效應管M6，且該第一場效應管Ml、第二場效應管M2、第三場效應管M3、第四場效應管M4、第五場效應管M5及第六場效應管M6均為P型場效應管；該下電流鏡為一 N型場效應管(NMOS) 集合電路，其包括一第七場效應管M7、一第八場效應管M8、一第九場效應管M9、一第十場效應管M10、一第十一場效應管Mil、一第十二場效應管M12、一第十三場效應管M13及一第十四場效應管M14，且該第七場效應管M7、第八場效應管M8、第九場效應管M9、第十場效應管M10、第十一場效應管Mil、第十二場效應管M12、第十三場效應管M13及第十四場效應管 M14均為N型場效應管。該低通濾波器包括一電阻R1、一第一電容Cl及一第二電容C2。本發明電荷泵電路較佳實施方式的具體連接關係如下該上電流鏡與該下電流鏡通過該電流源I相連，該運算放大器OPA連接於該上電流鏡及該下電流鏡之間。該低通濾波器連接於該運算放大器OPA與該輸出端CHOUT之間。該第一輸入端SLWDN與該上電流鏡的第一場效應管Ml的柵極相連，該第一場效應管Ml的漏極與該第二場效應管M2的源級相連，該第三場效應管M3的漏極與該第四場效應管M4的源級相連，該第五場效應管M5的漏極與該第六場效應管M6的源級相連。該第二輸入端SPDUP與該下電流鏡的第八場效應管 M8的柵極相連，該第八場效應管M8的漏極與該第七場效應管M7的源級相連，該第七場效應管M7的柵極與該第九場效應管M9的柵極、該第十一場效應管Mll的柵極、該第十三場效應管M13的柵極、漏極及該電流源I的一正向端相連，該第九場效應管M9的源級與該第十場效應管MlO的漏極相連，該第十一場效應管Mll的源級與該第十二場效應管M12的漏極相連，該第十三場效應管M13的源級與該第十四場效應管M14的漏極相連。該運算放大器 OPA的一正相輸入端與該上電流鏡中第四場效應管M4的漏極及該下電流鏡中第九場效應管M9的漏極相連，該運算放大器OPA的一反相輸入端與該電阻Rl的一端及該第一電容Cl 的一端相連，該運算放大器OPA的一輸出端與該第二場效應管M2的柵極、該第四場效應管 M4的柵極、該第六場效應管M6的柵極、漏極及該第十一場效應管Mll的漏極相連。該輸出端CHOUT與該第二場效應管M2的漏極、該第七場效應管M7的漏極、該電阻Rl的另一端及該第二電容C2的一端相連。該電源端AVD與該電流源I的一反向端、該第一場效應管Ml 的源級、該第三場效應管M3的源級、該第五場效應管M5的源級、該第十場效應管MlO的柵極、該第十二場效應管M12的柵極、該第十四場效應管M14的柵極、該第一電容Cl的另一端及該第二電容C2的另一端相連。該地端AVS與該第三場效應管M3的柵極、該第五場效應管M5的柵極、該第八場效應管M8的源級、該第十場效應管MlO的源級、該第十二場效應管M12的源級及該第十四場效應管M14的源級相連。本發明電荷泵電路較佳實施方式的工作原理如下當該第一輸入端SLWDN輸入一低電平電壓，該第二輸入端SPDUP輸入一高電平電壓時，該第一輸入端SLWDN有效，該第一場效應管Ml導通，該電流源I的電流通過該第一場效應管Ml與該第二場效應管M2流向該輸出端CH0UT，即該上電流鏡產生由該電源端AVD至該輸出端CHOUT的充電電流II，電荷泵電路處於充電狀態；當該第一輸入端SLWDN輸入一高電平電壓，該第二輸入端SPDUP輸入一低電平電壓時，該第二輸入端SPDUP有效，該第八場效應管M8導通，該輸出端CHOUT的電流通過該第七場效應管M7與該第八場效應管M8流向該地端AVS，即該下電流鏡產生由該輸出端CHOUT至該地端AVS的放電電流12，電荷泵電路處於放電狀態。在電荷泵電路充電及放電過程中，該第一場效應管Ml、該第三場效應管M3、該第五場效應管M5、該第十場效應管M10、該第十二場效應管M12及該第十四場效應管M14均為導通狀態，該第六場效應管M6為該第四場效應管M4與該第二場效應管M2提供了一個設計需要的柵極電壓，該第十三場效應管M13為該第十一場效應管Mil、該第九場效應管M9與該第七場效應管M7提供了一個設計需要的柵極電壓。該第二場效應管M2、該第四場效應管M4、該第七場效應管M7、該第九場效應管M9及該運算放大器OPA共同形成反饋環路，並通過負反饋保持該運算放大器OPA的正相輸入端與負相輸入端的電壓相等，從而使得該上電流鏡產生的充電電流Il與該下電流鏡產生的放電電流12可以匹配。由於流過該第六場效應管M6的電流與流過該第十一場效應管Mll的電流相等，可以推出流過該第六場效應管 M6的電流與流過該第十三場效應管M13的電流相等，從而得出流過該第二場效應管M2的電流與流過該第七場效應管M7的電流相等，即充電電流Il與放電電流12相等。本發明將運算放大器OPA的輸出端連接至由P型場效應管組成的上電流鏡，將運算放大器OPA的反相輸入端通過低通濾波器與該輸出端CHOUT相連，使得正反饋信號由輸出端CHOUT輸出後，經過由電阻R1、第一電容Cl及第二電容C2組成的低通濾波器後，將被衰減的很小，降低了正反饋的反饋強度，且即使出現正反饋現象，使得輸出端CHOUT會在瞬間上升很高，經過低通濾波器以後壓控振蕩器也只是會突然輸出很低的頻率，這對分頻器的處理不會造成問題，另外，由於由N型場效應管組成的下電流鏡的柵極電壓控制穩定，也不會瞬間將輸出端CHOUT拉低。因此保證了輸出端CHOUT輸出信號的穩定性。本發明電荷泵電路通過運算放大器OPA的不同連接方式，並在運算放大器OPA與輸出端CHOUT之間連接低通濾波器來降低正反饋的反饋強度，消除了正反饋現象引起的輸出信號的震蕩，保證了電荷泵電路輸出信號的穩定性，使得整個鎖相環可以正常工作。
權利要求
1.一種電荷泵電路，包括一電流源、一第一輸入端、一第二輸入端、及一輸出端，其特徵在於所述電荷泵電路還包括一與所述第一輸入端及所述電流源相連的上電流鏡、一與所述第二輸入端及所述電流源相連的下電流鏡、一與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連的運算放大器及一與所述運算放大器及所述輸出端相連的低通濾波器，所述上電流鏡為一 P型場效應管集合電路，並用於產生一充電電流，所述下電流鏡為一 N型場效應管集合電路，並用於產生一放電電流，所述運算放大器的一正相輸入端與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連，所述運算放大器的一反相輸入端通過所述低通濾波器與所述輸出端相連，所述運算放大器的一輸出端與所述上電流鏡相連。
2.如權利要求1所述的電荷泵電路，其特徵在於所述上電流鏡包括一第一場效應管、 一第二場效應管、一第三場效應管、一第四場效應管、一第五場效應管及一第六場效應管， 所述第一輸入端與所述第一場效應管的柵極相連，所述第一場效應管的漏極與所述第二場效應管的源級相連，所述第三場效應管的漏極與所述第四場效應管的源級相連，所述第五場效應管的漏極與所述第六場效應管的源級相連。
3.如權利要求2所述的電荷泵電路，其特徵在於所述下電流鏡包括一第七場效應管、 一第八場效應管、一第九場效應管、一第十場效應管、一第十一場效應管、一第十二場效應管、一第十三場效應管及一第十四場效應管，所述第二輸入端與所述第八場效應管的柵極相連，所述第八場效應管的漏極與所述第七場效應管的源級相連，所述第七場效應管的柵極與所述第九場效應管的柵極、所述第十一場效應管的柵極、所述第十三場效應管的柵極、 漏極及所述電流源的一正向端相連，所述第九場效應管的源級與所述第十場效應管的漏極相連，所述第十一場效應管的源級與所述第十二場效應管的漏極相連，所述第十三場效應管的源級與所述第十四場效應管的漏極相連。
4.如權利要求3所述的電荷泵電路，其特徵在於所述低通濾波器包括一電阻、一第一電容及一第二電容，所述運算放大器的正相輸入端與所述第四場效應管的漏極及所述第九場效應管的漏極相連，所述運算放大器的反相輸入端與所述電阻的一端及所述第一電容的一端相連，所述運算放大器的輸出端與所述第二場效應管的柵極、所述第四場效應管的柵極、所述第六場效應管的柵極、漏極及所述第十一場效應管的漏極相連。
5.如權利要求4所述的電荷泵電路，其特徵在於所述輸出端與所述第二場效應管的漏極、所述第七場效應管的漏極、所述電阻的另一端及所述第二電容的一端相連。
6.如權利要求5所述的電荷泵電路，其特徵在於所述電荷泵電路還包括一電源端，所述電源端與所述電流源的一反向端、所述第一場效應管的源級、所述第三場效應管的源級、 所述第五場效應管的源級、所述第十場效應管的柵極、所述第十二場效應管的柵極、所述第十四場效應管的柵極、所述第一電容的另一端及所述第二電容的另一端相連。
7.如權利要求6所述的電荷泵電路，其特徵在於所述電荷泵電路還包括一地端，所述地端與所述第三場效應管的柵極、所述第五場效應管的柵極、所述第八場效應管的源級、所述第十場效應管的源級、所述第十二場效應管的源級及所述第十四場效應管的源級相連。
全文摘要
一種電荷泵電路，包括一電流源、一第一輸入端、一第二輸入端、及一輸出端，所述電荷泵電路還包括一與所述第一輸入端及所述電流源相連的上電流鏡、一與所述第二輸入端及所述電流源相連的下電流鏡、一與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連的運算放大器及一與所述運算放大器及所述輸出端相連的低通濾波器，所述上電流鏡為一P型場效應管集合電路，並用於產生一充電電流，所述下電流鏡為一N型場效應管集合電路，並用於產生一放電電流，所述運算放大器的一正相輸入端與所述上電流鏡及所述下電流鏡相連，所述運算放大器的一反相輸入端通過所述低通濾波器與所述輸出端相連，所述運算放大器的一輸出端與所述上電流鏡相連。本發明保證了輸出信號的穩定性。
文檔編號H02M3/07GK102255501SQ20111018251
公開日2011年11月23日 申請日期2011年7月1日 優先權日2011年7月1日
發明者唐威昀 申請人:四川和芯微電子股份有限公司