一種大電壓輸出擺幅低電流失配電荷泵的設(shè)計(jì)
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式中：△Ton為充放電電流源同時(shí)打開時(shí)間；Tref為參考時(shí)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(guān)延時(shí)時(shí)間。式(1)表明，在參考頻率固定時(shí)，可以通過減小失配電流和縮短開關(guān)同時(shí)打開時(shí)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(qū)，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(shè)計(jì)電荷泵時(shí)需要著重考慮。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/188910.htm
2 新型電荷泵設(shè)計(jì)
圖3為本文提出的新型電荷泵結(jié)構(gòu)，其中M1～M12構(gòu)成一個(gè)一級的軌到軌運(yùn)算放大器，M1和M2構(gòu)成這個(gè)運(yùn)算放大器的P管輸入極，M3和M4構(gòu)成N管輸入級，M7～M12構(gòu)成運(yùn)放的電流求和電路，將差分輸入產(chǎn)生的小信號電流轉(zhuǎn)換成單端的電壓輸出，M15～M18構(gòu)成這個(gè)運(yùn)算放大器的第二級，M16的漏極接到：M1的柵極構(gòu)成單位負(fù)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(gè)管子都工作在深線性區(qū)，所以M15～M18這條支路始終有電流，電流大小為：
這個(gè)電流并不受UP和DN的信號狀態(tài)影響。A，B在UP和DN同時(shí)為低電平時(shí)分別為高電平和低電平，否則為低電平和高電平。假設(shè)：
下面分析這個(gè)電荷泵的四種工作狀態(tài)：
(1)狀態(tài)1：UP為高電平，DN為低電平，電荷泵為LPF充電開關(guān)管M20打開，M22關(guān)閉。由于運(yùn)算放大器的存在，M15和M19的三個(gè)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(tài)2：UP為低電平，DN為高電平，LPF通過電荷泵放電開關(guān)管M20關(guān)閉，M22打開。由于運(yùn)算放大器的存在，M17和M21的三個(gè)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(tài)3：UP，DN同時(shí)為高電平，LPF輸出電壓保持穩(wěn)定開關(guān)管M20，M22同時(shí)打開。在正常工作狀態(tài)下，因?yàn)檫\(yùn)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(tài)4：UP，DN同時(shí)為低電平，LPF輸出電壓保持穩(wěn)定開關(guān)管M20，M22同時(shí)關(guān)閉，此時(shí)A，B分別為高電平和低電平，控制開關(guān)管M21，M22同時(shí)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(jié)構(gòu)還可以輕易地實(shí)現(xiàn)充放電電流的數(shù)字控制，如圖3框內(nèi)所示，假設(shè)：
則可以通過2個(gè)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(shè)計(jì)中具有實(shí)際意義，因?yàn)槌浞烹婋娏鞯拇笮≈苯佑绊慞LL的帶寬口，因此可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電荷泵的充放電電流來調(diào)整PLL的帶寬，實(shí)現(xiàn)帶寬可數(shù)字控制的PLL系統(tǒng)。
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