CN110504958A - 带运算放大器的差分电荷泵电路 - Google Patents

带运算放大器的差分电荷泵电路 Download PDF

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CN110504958A CN201910874235.6A CN201910874235A CN110504958A CN 110504958 A CN110504958 A CN 110504958A CN 201910874235 A CN201910874235 A CN 201910874235A CN 110504958 A CN110504958 A CN 110504958A
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Abstract

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种带运算放大器的差分电荷泵电路，所述差分电荷泵电路包括：电流源I1、上拉电流镜、下拉电流镜、传输门开关、运算放大器、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容Cp3和第四电容CP4；本发明具备如下有益效果：(1)改善了传统电荷泵充电电流和放电电流不匹配的问题。(2)解决了时钟馈通的问题。(3)改善了电荷共享效应影响。

Description

带运算放大器的差分电荷泵电路
技术领域
本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种带运算放大器的差分电荷泵电路，其主要应用于高速应用环境中的锁相环电路。
背景技术
电荷泵是组成锁相环的重要单元电路，连接鉴频鉴相器PFD和压控振荡器VCO，对整个锁相环的性能起到关键作用。在高速应用环境中，对电荷泵的要求尤其高，更需要考虑电荷泵输出电压的毛刺和抖动。
然而，实际设计中，电荷泵存在漏电流、电流失配、时序失配、充放电电流随输出电压变化等问题。其中，电流失配会引起相位偏移和输出信号毛刺，电流变化影响锁相环带宽，减小输出动态范围。
传统电荷泵，开关晶体管栅极电压受运算放大器输出的动态控制，使得电荷泵充放电电流被迫随电荷泵输出电压的变化而变化。随着输出电压增大，充放电电流受沟道长度调制效应的影响而增加，从而锁相环PLL环路带宽发生改变。
因此，如何提供一种能够较好解决充放电电流不匹配、时钟馈通、电荷共享等问题的差分电荷泵电路具有重要意义。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何提供一种新型差分电荷泵电路，要求其能很好的改善电荷泵存在的充放电电流不匹配、时钟馈通、电荷共享等非理想效应。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供一种带运算放大器的差分电荷泵电路，所述差分电荷泵电路包括：电流源I1、上拉电流镜、下拉电流镜、传输门开关、运算放大器、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容Cp3和第四电容CP4；所述第三电容Cp3和第四电容CP4接地；
所述上拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的充电电流；
所述下拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的放电电流；
所述上拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第四晶体管M4、第五晶体管M5构成；
所述下拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4构成；
所述传输门开关包括：第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3、第四传输门TG4；
所述第一传输门TG1由第六晶体管M6和第七晶体管M7构成；所述第二传输门TG2由第八晶体管M8和第九晶体管M9构成；所述第三传输门TG3由第十晶体管M10和第十一晶体管M11构成；所述第四传输门TG4第十二晶体管M12和第十三晶体管M13构成；
具体连接关系如下：
所述第一晶体管M1的栅极分别连接至第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第一晶体管M1的源极接地；
所述第二晶体管M2的栅极分别连接至第二晶体管M2的漏极、第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第二晶体管M2的源极接地；
所述第三晶体管M3的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第三晶体管M3的漏极分别连接至第三传输门TG3、第四传输门TG4；所述第三晶体管M3的源极接地。
所述第四晶体管M4的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；所述第四晶体管M4的源极接电源；
所述第五晶体管M5的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第三电容Cp3；第五晶体管M5的漏极分别连接至第一传输门TG1、第二传输门TG2；所述第五晶体管M5的源极接电源；
所述第六晶体管M6的栅极连接信号UP-；第六晶体管M6的漏极分别连接至第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第六晶体管M6的源极分别连接至第七晶体管M7的漏极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第七晶体管M7的栅极连接信号UP；第七晶体管M7的漏极分别连接至第六晶体管M6的源极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；第七晶体管M7的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第八晶体管M8的栅极连接信号UP；第八晶体管M8的漏极分别连接至第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第八晶体管M8的源极分别连接至第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第九晶体管M9的栅极连接信号UP-；第九晶体管M9的漏极分别连接至第八晶体管M8的源极、第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第五晶体管M5的漏极；第九晶体管M9的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十晶体管M10的栅极连接信号DN-；第十晶体管M10的漏极分别连接至第十一晶体管M11的源极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；第十晶体管M10的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第十一晶体管M11的栅极连接信号DN；第十一晶体管M11的漏极分别连接至第十晶体管M10的源极、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第十一晶体管M11的源极分别连接至第十晶体管M10的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；
所述第十二晶体管M12的栅极连接信号DN；第十二晶体管M12的漏极分别连接至第十三晶体管M13的源极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；第十二晶体管M12的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十三晶体管M13的栅极连接信号DN-；第十三晶体管M13的漏极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第十三晶体管M13的源极分别连接至第十二晶体管M12的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；
所述第一电阻R1一端分别连接至第二电容C2、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；第一电阻R1另一端连接至第一电容C1；
所述第一电容C1一端连接至第一电阻R1，另一端连接至第二电容C2、同时接地；
所述第二电容C2一端分别连接至第一电阻R1、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；另一端连接至第一电容C1、同时接地。
其中，所述第五晶体管M5是充电电流源。
其中，所述第三晶体管M3是放电电流源。
其中，所述运算放大器AMP为单位增益运算放大器，
其中，所述第三电容Cp3和第四电容CP4均通过MOS管实现。
其中，所述第一电容用作第一滤波电容；所述第二电容用作第二滤波电容。
其中，定义鉴频鉴相器PFD输出的开关控制信号为UP和DN；其中，当UP为高电平时，DN为低电平；此时，第一传输门TG1和第四传输门TG4导通，第二传输门TG2和第三传输门TG3关断；此时，上拉电流镜对输出端节点Y充电。
其中，当UP为低电平时，DN为高电平，第一传输门TG1和第四传输门TG4关断，第二传输门TG2和第三传输门TG3导通；此时，下拉电流镜对输出端节点Y放电。
其中，当UP和DN同时为高电平时，第一传输门TG1和第三传输门TG3导通，第一电容C1、第二电容C2上没有电流通过，输出端节点Y电压不变。
其中，当第一传输门TG1和第四传输门TG4导通时，输入端节点X处电平被拉低至第五晶体管M5的漏端电压，下一次UP低电平第二传输门TG2导通时，第五晶体管M5的漏端电压被拉低，经过第一传输门TG1的电容耦合到输出端节点Y上，引起输出电压Vout波动；
为了解决这个问题，所述差分电荷泵电路引入两个接地的通过MOS管实现的第三电容Cp3和第四电容CP4减弱这种干扰；
所述输出端节点Y连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端与负输入端相连，连接到输入端节点X；单位增益运算放大器的引入，迫使输入端节点X电位与输出端节点Y电位相同，从而消除电荷分享效应。
(三)有益效果
与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：
(1)改善传统电荷泵充电电流和放电电流不匹配的问题。电荷泵的充电电流和放电电流存在随机失配，引起失配的原因有：①基准电流流过的CMOS晶体管和镜像电流源支路的CMOS晶体管之间尺寸存在失配；②充当电流源的晶体管，由于受沟道长度调制效应的影响，充放电电流会随着输出电压的改变而改变。
当电荷泵的上拉传输门开关和下拉传输门开关同时打开时，会存在一个很小的正电流或负电流注入由第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2构成的环路滤波器，使得输出电压Vout发生改变。本发明带运算放大器的差分电荷泵解决这个问题的方法为：①增加电流源晶体管M3和M5管的栅长，减小沟道长度调制效应；②高速锁相环环境应用中，在VCO系统锁定时，在参考信号与反馈信号之间产生相位差，使电荷泵每时钟周期向环路滤波器输入净电流为零，从而实现充电电流和放电电流的匹配。
(2)解决时钟馈通的问题。对于传统的单端输入电荷泵，开关晶体管栅极的时钟控制信号，会通过寄生电容耦合到晶体管漏极，从而在电流源的漏端引入毛刺，导致充电电流和放电电流的发生改变。本发明带运算放大器的差分电荷泵电路，输入端为差分信号，UP和UP-为极性相反的d电压信号，在电流源漏端产生的电平跳变可以互相抵消，从而很好地解决了时钟馈通的问题。
(3)改善电荷共享效应影响。电荷泵电路中，输入端节点X悬空，输入端节点X处传输门存在寄生电容，电压可能会上下浮动，不可预测。输入端节点X电压变化时，如果第二传输门TG2或第四传输门TG4导通，电流源M5和M3的漏端电压发生改变，这种变化会通过第一传输门TG1和TG3耦合到节点Y，引起输出电压Vout的波动。本发明带运算放大器的差分电荷泵电路引入单位增益运算放大器AMP，使输入端节点X电位被迫与节点Y电位相同，传输门开关状态改变时，电流源M3和M5的输出电流特性明显改善，波动较小。
附图说明
图1为传统的带运放补偿的电荷泵电路图。
图2为本发明用于高速锁相环的新型带运算放大器的差分电荷泵电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
为解决现有技术问题，本发明提供一种带运算放大器的差分电荷泵电路，如图2所示，所述差分电荷泵电路包括：电流源I1、上拉电流镜、下拉电流镜、传输门开关、运算放大器、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容Cp3和第四电容CP4；所述第三电容Cp3和第四电容CP4接地；
所述上拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的充电电流；
所述下拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的放电电流；
所述上拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第四晶体管M4、第五晶体管M5构成；
所述下拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4构成；
所述传输门开关包括：第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3、第四传输门TG4；
所述第一传输门TG1由第六晶体管M6和第七晶体管M7构成；所述第二传输门TG2由第八晶体管M8和第九晶体管M9构成；所述第三传输门TG3由第十晶体管M10和第十一晶体管M11构成；所述第四传输门TG4第十二晶体管M12和第十三晶体管M13构成；
具体连接关系如下：
所述第一晶体管M1的栅极分别连接至第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第一晶体管M1的源极接地；
所述第二晶体管M2的栅极分别连接至第二晶体管M2的漏极、第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第二晶体管M2的源极接地；
所述第三晶体管M3的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第三晶体管M3的漏极分别连接至第三传输门TG3、第四传输门TG4；所述第三晶体管M3的源极接地。
所述第四晶体管M4的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；所述第四晶体管M4的源极接电源；
所述第五晶体管M5的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第三电容Cp3；第五晶体管M5的漏极分别连接至第一传输门TG1、第二传输门TG2；所述第五晶体管M5的源极接电源；
所述第六晶体管M6的栅极连接信号UP-；第六晶体管M6的漏极分别连接至第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第六晶体管M6的源极分别连接至第七晶体管M7的漏极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第七晶体管M7的栅极连接信号UP；第七晶体管M7的漏极分别连接至第六晶体管M6的源极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；第七晶体管M7的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第八晶体管M8的栅极连接信号UP；第八晶体管M8的漏极分别连接至第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第八晶体管M8的源极分别连接至第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第九晶体管M9的栅极连接信号UP-；第九晶体管M9的漏极分别连接至第八晶体管M8的源极、第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第五晶体管M5的漏极；第九晶体管M9的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十晶体管M10的栅极连接信号DN-；第十晶体管M10的漏极分别连接至第十一晶体管M11的源极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；第十晶体管M10的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第十一晶体管M11的栅极连接信号DN；第十一晶体管M11的漏极分别连接至第十晶体管M10的源极、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第十一晶体管M11的源极分别连接至第十晶体管M10的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；
所述第十二晶体管M12的栅极连接信号DN；第十二晶体管M12的漏极分别连接至第十三晶体管M13的源极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；第十二晶体管M12的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十三晶体管M13的栅极连接信号DN-；第十三晶体管M13的漏极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第十三晶体管M13的源极分别连接至第十二晶体管M12的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；
所述第一电阻R1一端分别连接至第二电容C2、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；第一电阻R1另一端连接至第一电容C1；
所述第一电容C1一端连接至第一电阻R1，另一端连接至第二电容C2、同时接地；
所述第二电容C2一端分别连接至第一电阻R1、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；另一端连接至第一电容C1、同时接地。
其中，所述第五晶体管M5是充电电流源。
其中，所述第三晶体管M3是放电电流源。
其中，所述运算放大器AMP为单位增益运算放大器，
其中，所述第三电容Cp3和第四电容CP4均通过MOS管实现。
其中，所述第一电容用作第一滤波电容；所述第二电容用作第二滤波电容。
其中，定义鉴频鉴相器PFD输出的开关控制信号为UP和DN；其中，当UP为高电平时，DN为低电平；此时，第一传输门TG1和第四传输门TG4导通，第二传输门TG2和第三传输门TG3关断；此时，上拉电流镜对输出端节点Y充电。
相反，当UP为低电平时，DN为高电平，第一传输门TG1和第四传输门TG4关断，第二传输门TG2和第三传输门TG3导通；此时，下拉电流镜对输出端节点Y放电。
其中，当UP和DN同时为高电平时，第一传输门TG1和第三传输门TG3导通，第一电容C1、第二电容C2上没有电流通过，输出端节点Y电压不变。
然而，当第一传输门TG1和第四传输门TG4导通时，输入端节点X处电平被拉低至第五晶体管M5的漏端电压，下一次UP低电平第二传输门TG2导通时，第五晶体管M5的漏端电压被拉低，经过第一传输门TG1的电容耦合到输出端节点Y上，引起输出电压Vout波动；
为了解决这个问题，本发明差分电荷泵电路引入两个接地的通过MOS管实现的第三电容Cp3和第四电容CP4减弱这种干扰；
所述输出端节点Y连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端与负输入端相连，连接到输入端节点X；单位增益运算放大器的引入，迫使输入端节点X电位与输出端节点Y电位相同，从而消除电荷分享效应。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述差分电荷泵电路包括：电流源I1、上拉电流镜、下拉电流镜、传输门开关、运算放大器、第一电阻R1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容Cp3和第四电容CP4；所述第三电容Cp3和第四电容CP4接地；
所述上拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的充电电流；
所述下拉电流镜用于把基准源电流转换成电荷泵的放电电流；
所述上拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第四晶体管M4、第五晶体管M5构成；
所述下拉电流镜由第一晶体管M1、第二晶体管M2、第三晶体管M3、第四晶体管M4构成；
所述传输门开关包括：第一传输门TG1、第二传输门TG2、第三传输门TG3、第四传输门TG4；
所述第一传输门TG1由第六晶体管M6和第七晶体管M7构成；所述第二传输门TG2由第八晶体管M8和第九晶体管M9构成；所述第三传输门TG3由第十晶体管M10和第十一晶体管M11构成；所述第四传输门TG4第十二晶体管M12和第十三晶体管M13构成；
具体连接关系如下：
所述第一晶体管M1的栅极分别连接至第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第一晶体管M1的源极接地；
所述第二晶体管M2的栅极分别连接至第二晶体管M2的漏极、第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第二晶体管M2的源极接地；
所述第三晶体管M3的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；第三晶体管M3的漏极分别连接至第三传输门TG3、第四传输门TG4；所述第三晶体管M3的源极接地。
所述第四晶体管M4的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的漏极、第五晶体管M5的栅极、第三电容Cp3；所述第四晶体管M4的源极接电源；
所述第五晶体管M5的栅极分别连接至第一晶体管M1的栅极、第一晶体管M1的漏极、第二晶体管M2的栅极、第二晶体管M2的漏极、电流源I1、第三晶体管M3的栅极、第四晶体管M4的栅极、第四晶体管M4的漏极、第三电容Cp3；第五晶体管M5的漏极分别连接至第一传输门TG1、第二传输门TG2；所述第五晶体管M5的源极接电源；
所述第六晶体管M6的栅极连接信号UP-；第六晶体管M6的漏极分别连接至第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第六晶体管M6的源极分别连接至第七晶体管M7的漏极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第七晶体管M7的栅极连接信号UP；第七晶体管M7的漏极分别连接至第六晶体管M6的源极、第八晶体管M8的源极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；第七晶体管M7的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第八晶体管M8的栅极连接信号UP；第八晶体管M8的漏极分别连接至第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第八晶体管M8的源极分别连接至第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第九晶体管M9的漏极、第五晶体管M5的漏极；
所述第九晶体管M9的栅极连接信号UP-；第九晶体管M9的漏极分别连接至第八晶体管M8的源极、第六晶体管M6的源极、第七晶体管M7的漏极、第五晶体管M5的漏极；第九晶体管M9的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十晶体管M10的栅极连接信号DN-；第十晶体管M10的漏极分别连接至第十一晶体管M11的源极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；第十晶体管M10的源极分别连接至第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十一晶体管M11的漏极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；
所述第十一晶体管M11的栅极连接信号DN；第十一晶体管M11的漏极分别连接至第十晶体管M10的源极、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第一电阻R1、第二电容C2、运算放大器AMP的正输入端，并输出信号Vout；第十一晶体管M11的源极分别连接至第十晶体管M10的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十二晶体管M12的漏极、第十三晶体管M13的源极；
所述第十二晶体管M12的栅极连接信号DN；第十二晶体管M12的漏极分别连接至第十三晶体管M13的源极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；第十二晶体管M12的源极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；
所述第十三晶体管M13的栅极连接信号DN-；第十三晶体管M13的漏极分别连接至第八晶体管M8的漏极、第九晶体管M9的源极、第十二晶体管M12的源极、第十三晶体管M13的漏极、运算放大器AMP的输出端、运算放大器AMP的负输入端；第十三晶体管M13的源极分别连接至第十二晶体管M12的漏极、第三晶体管M3的漏极、第十晶体管M10的漏极、第十一晶体管M11的源极；
所述第一电阻R1一端分别连接至第二电容C2、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；第一电阻R1另一端连接至第一电容C1；
所述第一电容C1一端连接至第一电阻R1，另一端连接至第二电容C2、同时接地；
所述第二电容C2一端分别连接至第一电阻R1、运算放大器AMP的输出端、第六晶体管M6的漏极、第七晶体管M7的源极、第十晶体管M10的源极、第十一晶体管M11的漏极，并输出信号Vout；另一端连接至第一电容C1、同时接地。
2.如权利要求1所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述第五晶体管M5是充电电流源。
3.如权利要求2所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述第三晶体管M3是放电电流源。
4.如权利要求3所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述运算放大器AMP为单位增益运算放大器，
5.如权利要求4所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述第三电容Cp3和第四电容CP4均通过MOS管实现。
6.如权利要求5所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，所述第一电容用作第一滤波电容；所述第二电容用作第二滤波电容。
7.如权利要求6所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，定义鉴频鉴相器PFD输出的开关控制信号为UP和DN；其中，当UP为高电平时，DN为低电平；此时，第一传输门TG1和第四传输门TG4导通，第二传输门TG2和第三传输门TG3关断；此时，上拉电流镜对输出端节点Y充电。
8.如权利要求7所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，当UP为低电平时，DN为高电平，第一传输门TG1和第四传输门TG4关断，第二传输门TG2和第三传输门TG3导通；此时，下拉电流镜对输出端节点Y放电。
9.如权利要求8所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，当UP和DN同时为高电平时，第一传输门TG1和第三传输门TG3导通，第一电容C1、第二电容C2上没有电流通过，输出端节点Y电压不变。
10.如权利要求4所述的带运算放大器的差分电荷泵电路，其特征在于，当第一传输门TG1和第四传输门TG4导通时，输入端节点X处电平被拉低至第五晶体管M5的漏端电压，下一次UP低电平第二传输门TG2导通时，第五晶体管M5的漏端电压被拉低，经过第一传输门TG1的电容耦合到输出端节点Y上，引起输出电压Vout波动；
为了解决这个问题，所述差分电荷泵电路引入两个接地的通过MOS管实现的第三电容Cp3和第四电容CP4减弱这种干扰；
所述输出端节点Y连接运算放大器的正输入端，运算放大器的输出端与负输入端相连，连接到输入端节点X；单位增益运算放大器的引入，迫使输入端节点X电位与输出端节点Y电位相同，从而消除电荷分享效应。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112187218A (zh) * 2020-08-28 2021-01-05 芯创智（北京）微电子有限公司 一种精准时钟信号占空比校正电路
CN112350568A (zh) * 2020-09-27 2021-02-09 广东工业大学 低功耗高开关速率电荷泵电路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102025270A (zh) * 2010-12-31 2011-04-20 上海集成电路研发中心有限公司 电荷泵电路
TW201128918A (en) * 2010-02-12 2011-08-16 Ind Tech Res Inst Charge pump and phase-detecting apparatus, phase-locked loop and delay-locked loop using the same
CN202167988U (zh) * 2011-06-10 2012-03-14 安凯(广州)微电子技术有限公司 一种用于锁相环的电荷泵电路
CN204425321U (zh) * 2015-03-26 2015-06-24 成都爱洁隆信息技术有限公司 一种用于小数分频锁相环中集成dac的电荷泵
CN104935163A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 西安电子科技大学 一种低电荷泄露的四支路电荷泵
CN106100321A (zh) * 2016-07-18 2016-11-09 东南大学 一种互补反馈式栅极开关电荷泵电路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201128918A (en) * 2010-02-12 2011-08-16 Ind Tech Res Inst Charge pump and phase-detecting apparatus, phase-locked loop and delay-locked loop using the same
CN102025270A (zh) * 2010-12-31 2011-04-20 上海集成电路研发中心有限公司 电荷泵电路
CN202167988U (zh) * 2011-06-10 2012-03-14 安凯(广州)微电子技术有限公司 一种用于锁相环的电荷泵电路
CN204425321U (zh) * 2015-03-26 2015-06-24 成都爱洁隆信息技术有限公司 一种用于小数分频锁相环中集成dac的电荷泵
CN104935163A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 西安电子科技大学 一种低电荷泄露的四支路电荷泵
CN106100321A (zh) * 2016-07-18 2016-11-09 东南大学 一种互补反馈式栅极开关电荷泵电路

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112187218A (zh) * 2020-08-28 2021-01-05 芯创智（北京）微电子有限公司 一种精准时钟信号占空比校正电路
CN112187218B (zh) * 2020-08-28 2024-05-17 芯创智（北京）微电子有限公司 一种精准时钟信号占空比校正电路
CN112350568A (zh) * 2020-09-27 2021-02-09 广东工业大学 低功耗高开关速率电荷泵电路

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