一种电荷泵锁相环中的电荷泵电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电荷累锁相环（CP化L)，尤其设及一种电荷累锁相环中的电荷累电路， 采用CMOS工艺，通过设计线性区电流镜在很宽的输出电压范围内实现高精度电流匹配和 高电流平坦度，可直接适用于射频与模拟集成电路中电荷累锁相环电路的应用。
【背景技术】
[000引锁相环（PLL)频率综合器电路利用反馈的原理控制输出变量，W实现输出信号频 率对输入信号频率的自动跟踪。电荷累锁相环（CPPLL)是目前锁相环电路设计的主流，由 于它有捕捉范围宽、捕捉时间短、线性范围大、高速低功耗等优点，被广泛地应用于现代通 信领域及射频领域中。如图1所示，电荷累锁相环（CP化L)由鉴频鉴相器（PFD)、电荷累 (CP)、环路滤波器（LF)、压控振荡器（VC0)和分频器值ivider)五部分组成。电荷累（CP) 电路在CP化L中起着非常重要的作用，其主要功能是把鉴频鉴相器（P抑）输出的数字控制 信号，包括充电信号扣巧和放电信号值W)转换为模拟信号，进而来控制压控振荡器（VC0) 的输出频率。电荷累（CP)对整个环路的性能起决定性作用，其电流匹配精度、电流匹配时 输出电压范围和充放电电流的平坦度直接影响环路的性能。
[000引图1是已知的目前主流的电荷累锁相环仰化L)中的电荷累仰）电路，其中；M19 是PM0S管的充电开关，M27对应NM0S放电开关。充放电共用一个电流源，由电阻R，M16、 M17,M23、M25,M24、M26共同构成自偏置共源共栅电流镜提供。M18、M22、M24、M26、M28是 用来保证电荷累电流匹配的复制电路，尺寸方面，M18 =M19、M22 =M20、M24 =M23、M26 = M25、M28 =M27,在共源共栅电流镜中，复制电路的放电电流12与充电电流13相等，并等 于核屯、电路放电电流II，即II= 12 = 13。M20、M22是充电电流管，栅极受误差运放控制， 将充电电流14强拉到与复制电路充电流13 -致，W维持充放电流的匹配；11 = 14。该电 荷累（C巧结构中虽然在充放电电路W及复制电路中加入了共源共栅结构，目的是增加输 出阻抗，尽量使充放电电流大小在很宽的输入电压范围内保持恒定，但是由于电流漏的M0S 管M23、M25都工作在饱和区，使得充放电电流在输出电压小的时候（小于0. 4V)不能达到 设计要求的值，该种结构限制了电荷累的有效匹配范围，即压控振荡器（VC0)的可调范围。
[0004] 电荷累（CP)设计的核屯、在于使充电电流和放电电流大小相等，并且在保证该两 股电流匹配的情况下，输出范围尽可能的大。另外，为了使压控振荡器（VC0)有更高的 可调范围，需要电荷累（CP)在宽的匹配范围内同时保证充放电电流的平坦，即很宽的范围 内，充放电电流既匹配又恒定。匹配精度、匹配范围、电流的平坦度、W及动态匹配特性该些 因素都不同程度影响了锁相环的性能。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为克服现有技术不足，提供一种电荷累锁相环中的电荷累电路， 采用的技术方案是；一种电荷累锁相环中的电荷累电路，其特征在于；包括线性区电流镜、 充放电电路、复制电路、轨到轨运放电路0P1、RC补偿电路W及两个用于改善动态特性的电 容Cl及C2,其中；
[0006] 线性区电流镜包括参考电流源Iuf、NMOS管M0、M9w及轨到轨运放电路OP2,NMOS 管M9的栅极和漏极互连并连接参考电流源luf的输出端，参考电流源Iuf的输入端连接电 源V孤，NM0S管M9的源极连接NM0S管M0的漏极，NM0S管M0的源极接地，NM0S管M0的栅 极连接电源VDD，轨到轨运放电路0P2的正输入端接NM0S管M0的漏级；
[0007] 充放电电路包括充电开关PM0S管M15和放电开关NM0S管M4、PM0S管Mil、NM0S 管M8与M2构成的充放电电流源W及用W改善动态特性的PM0S管M13和NM0S管M6 ;PM0S 管M15的栅极连接充电信号UP，PM0S管M15的源极接电源VDD，PM0S管M15的漏极与PM0S 管M13的源、漏极W及PM0S管Mil的源极连接在一起，PM0S管M13的栅极连接充电信号UP 的反向信号UP,PM0S管Mil的漏极与NM0S管M8的漏极连接并作为电荷累的输出端OUT连 接到锁相环中环路滤波器输入端；NM0S管M8的源极与NM0S管M6的漏、源极W及NM0S管 M4的漏极连接在一起，醒0S管M4的栅极连接放电信号DW，NM0S管M6的栅极连接放电信 号DW的反向信号丘兩，NM0S管M4的源极连接NM0S管M2的漏极，NM0S管M2的源极接地， NM0S管M2的栅极连接电源V孤；
[000引复制电路是充放电电路结构的复制，包括与充电开关PM0S管M15相对应的PM0S管M14、与充电电流源PM0S管Mil相对应的PM0S管M10、与放电电流源NM0S管M8对应的 NM0S管M7,与NM0S管M2对应的NM0S管Ml、与放电开关NM0S管M4对应的NM0S管M3、与 PM0S管M13对应的PM0S管M12W及与NM0S管M6对应的NM0S管M5,所有相对应的晶体管 尺寸对应相等；PM0S管M14的栅极接地，PM0S管M14的源极连接电源VDD，PM0S管M14的 漏极与PM0S管M12的源、漏极W及PM0S管M10的源极连接在一起，PM0S管M12的栅极连 接电源VDD，PM0S管M10的栅极连接充放电电路中PM0S管Mil的栅极，PM0S管M10的漏极 与NM0S管M7的漏极连接，NM0S管M7的栅极与充放电电路中NM0S管M8的栅极、线性区电 流镜中轨到轨运放电路0P2的输出端连接在一起并通过电容C2接地，NM0S管M7的源极与 NM0S管M5的漏、源极W及NM0S管M3的漏极连接在一起，NM0S管M5的栅极接地，NM0S管 M3的栅极连接电源V孤，NM0S管M3的源极连接NM0S管Ml的漏极W及线性区电流镜中轨 到轨运放电路0P2的负输入端，NM0S管Ml的源极接地，NM0S管Ml的栅极连接线性区电流 镜中NM0S管M0的栅极并连接电源V孤；
[0009] 轨到轨运放电路0P1的负输入端连接充放电电路中NM0S管M8的漏极即电荷累的 输出端OUT,轨到轨运放电路0P1的正输入端连接复制电路中NM0S管M7的漏极，轨到轨运 放电路0P1的输出端与充放电电路中PM0S管Mil的栅极W及复制电路中PM0S管M10的栅 极连接在一起并通过电容C1连接电源VDD;
[0010] RC补偿电路包括电阻馬和电容CC，电阻Rc的一端连接轨到轨运放电路0P1的正 输入端，电阻Re的另一端连接电容Ce的一端，电容Ce的另一端连接接轨到轨运放电路0P1 的输出端。
[0011] 本发明的优点及显著效果：
[0012] (1)本发明通过设计线性区电流镜保证了电荷累在很宽的输出电压范围内充放电 电流匹配且电流平坦。其中线性区电流镜电路通过运放0P2的共模负反馈作用，使M0的漏 极电压和复制电路中Ml的漏极电压相等，该种结构使得电流镜和复制电路的电流可W完 全镜像，由于M0和Ml都工作在线性区，使得很低的输出电压即可保证充放电电流达到设计 要求的值，扩大了充放电流平坦时输出电压范围，同时，0P2可W使复制电路的输出阻抗倍 增，进一步保证了充放电电流的平坦度。
[0013] (2)充放电流匹配精度高。本发明采用轨到轨运放OP1的输入端跨接于充放电电 路和复制电路之间，OP1的输出端与充放电电路MOS管Mil的栅极W及复制电路MOS管M10 的栅极连接在一起，轨到轨运放的高增益保证运放的两输入端电位相等，让充放电电路和 复制电路的电流完全一致，使得电荷累的充放电流匹配，运放的高增益保证了电流匹配的 高精度。
[0014] 做电容C1、C2的应用使运放的输出更稳定，保证充放电电流源MOS管的栅极电 压稳定，同时MOS管M5、M6、M12、M13的应用减小了电荷共享效应，保证了电荷累有更好的 动态性能，减小了环路杂散。
[001引 （4)电路结构简单可靠，功耗低，易于集成。
【附图说明】
[0016] 图1是已知的目前主流的电荷累锁相环（CP化L)中的电荷累结构图；
[0017] 图2是本发明电荷累原理电路图；
[001引 图3是图2中已知的宽输入电压高增益轨到轨运放OPUOP2的电路原理图；
[0019] 图4是本发明化）与现有技术（a)两种结构的电流匹配前仿真结果对比。
【具体实施方式】
[0020] 参看图2,本发明电荷累锁相环中的电荷累电路包括线性区电流镜1、充放电电路 3、复制电路2、轨到轨运放电路OP1、RC补偿电路和电容C1、C2。
[0021] 线性区电流镜1包括参考电流源Itef、NMOS管M0、M9W及轨到轨运放电路OP2 (与 OP1结构相同，均为已知电路）NMOS管M9的栅极和漏极互连并连接参考电流源luf的输出 端，参考电流源Itef的输入端连接电源V孤，NMOS管M9的源极连接NMOS管M0的漏极，NMOS 管M0的源极接地，NMOS管M0