CN202111688U - 电荷泵电路 - Google Patents
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Abstract
一种电荷泵电路，包括一电流源、一第一输入端、一第二输入端、及一输出端，所述电荷泵电路还包括一与所述第一输入端及所述电流源相连的上电流镜、一与所述第二输入端及所述电流源相连的下电流镜、一与所述上电流镜及所述下电流镜相连的运算放大器及一与所述运算放大器及所述输出端相连的低通滤波器，所述上电流镜为一P型场效应管集合电路，并用于产生一充电电流，所述下电流镜为一N型场效应管集合电路，并用于产生一放电电流，所述运算放大器的一正相输入端与所述上电流镜及所述下电流镜相连，所述运算放大器的一反相输入端通过所述低通滤波器与所述输出端相连，所述运算放大器的一输出端与所述上电流镜相连。本实用新型保证了输出信号的稳定性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制电路，尤指一种能够保证输出信号稳定性的电荷泵电路。
背景技术
无论是锁相环还是延迟锁相环，都需要对其本身的输出信号和输入信号之间的相位差通过鉴频鉴相器进行鉴别，然后用电荷泵对这个相位差进行积分，将积分的结果以电压变化量的形式体现在控制电压中，然后用控制电压来控制压控振荡器或者电压控制延迟线，直到两者之间的相位同步为止。
图1为现有技术中锁相环的系统框图，其包括一输入端、一与该输入端相连的鉴频鉴相器、一与该鉴频鉴相器相连的电荷泵电路、一与该电荷泵电路相连的低通滤波器、一与该低通滤波器相连的压控振荡器、一与该压控振荡器相连的输出端及一连接于该鉴频鉴相器与该压控振荡器之间的分频器。现有的电荷泵电路的输出信号往往由于正反馈现象而出现震荡，使得电荷泵电路的输出信号不稳定，而进一步影响整个锁相环的正常工作。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种能够保证输出信号稳定性的电荷泵电路。
一种电荷泵电路，包括一电流源、一第一输入端、一第二输入端、及一输出端，所述电荷泵电路还包括一与所述第一输入端及所述电流源相连的上电流镜、一与所述第二输入端及所述电流源相连的下电流镜、一与所述上电流镜及所述下电流镜相连的运算放大器及一与所述运算放大器及所述输出端相连的低通滤波器，所述上电流镜为一P型场效应管集合电路，并用于产生一充电电流，所述下电流镜为一N型场效应管集合电路，并用于产生一放电电流，所述运算放大器的一正相输入端与所述上电流镜及所述下电流镜相连，所述运算放大器的一反相输入端通过所述低通滤波器与所述输出端相连，所述运算放大器的一输出端与所述上电流镜相连。
优选地，所述上电流镜包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管及一第六场效应管，所述第一输入端与所述第一场效应管的栅极相连，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级相连，所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源级相连，所述第五场效应管的漏极与所述第六场效应管的源级相连。
优选地，所述下电流镜包括一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一第十场效应管、一第十一场效应管、一第十二场效应管、一第十三场效应管及一第十四场效应管，所述第二输入端与所述第八场效应管的栅极相连，所述第八场效应管的漏极与所述第七场效应管的源级相连，所述第七场效应管的栅极与所述第九场效应管的栅极、所述第十一场效应管的栅极、所述第十三场效应管的栅极、漏极及所述电流源的一正向端相连，所述第九场效应管的源级与所述第十场效应管的漏极相连，所述第十一场效应管的源级与所述第十二场效应管的漏极相连，所述第十三场效应管的源级与所述第十四场效应管的漏极相连。
优选地，所述低通滤波器包括一电阻、一第一电容及一第二电容，所述运算放大器的正相输入端与所述第四场效应管的漏极及所述第九场效应管的漏极相连，所述运算放大器的反相输入端与所述电阻的一端及所述第一电容的一端相连，所述运算放大器的输出端与所述第二场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、漏极及所述第十一场效应管的漏极相连。
优选地，所述输出端与所述第二场效应管的漏极、所述第七场效应管的漏极、所述电阻的另一端及所述第二电容的一端相连。
优选地，所述电荷泵电路还包括一电源端，所述电源端与所述电流源的一反向端、所述第一场效应管的源级、所述第三场效应管的源级、所述第五场效应管的源级、所述第十场效应管的栅极、所述第十二场效应管的栅极、所述第十四场效应管的栅极、所述第一电容的另一端及所述第二电容的另一端相连。
优选地，所述电荷泵电路还包括一地端，所述地端与所述第三场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极、所述第八场效应管的源级、所述第十场效应管的源级、所述第十二场效应管的源级及所述第十四场效应管的源级相连。
相对现有技术，本实用新型电荷泵电路通过运算放大器的不同连接方式，并在运算放大器与输出端之间连接低通滤波器来降低正反馈的反馈强度，消除了正反馈现象引起的输出信号的震荡，保证了电荷泵电路输出信号的稳定性，使得整个锁相环可以正常工作。
附图说明
图1为现有的锁相环的系统框图。
图2为本实用新型电荷泵电路的架构框图。
图3为本实用新型电荷泵电路较佳实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图2，本实用新型电荷泵电路较佳实施方式包括一电流源、一第一输入端、一第二输入端、一输出端、一与该第一输入端及该电流源相连的上电流镜、一与该第二输入端及该电流源相连的下电流镜、一与该上电流镜、该下电流镜及该输出端相连的运算放大器及一连接于该运算放大器与该输出端之间的低通滤波器。
请同时参阅图2与图3，本实用新型电荷泵电路较佳实施方式包括一电流源I、一第一输入端SLWDN、一与该第一输入端SLWDN相连的上电流镜、一第二输入端SPDUP、一与该第二输入端SPDUP相连的下电流镜、一与该上电流镜及该下电流镜相连的运算放大器OPA、一与该上电流镜及该运算放大器OPA相连的低通滤波器、一与该上电流镜、该下电流镜及该低通滤波器相连的输出端CHOUT、一电源端AVD及一地端AVS。该上电流镜用于产生一由该电源端AVD至该输出端CHOUT的充电电流I1，该下电流镜用于产生一由该输出端CHOUT至该地端AVS的放电电流I2。
该上电流镜为一P型场效应管（PMOS）集合电路，其包括一第一场效应管M1、一第二场效应管M2、一第三场效应管M3、一第四场效应管M4、一第五场效应管M5及一第六场效应管M6，且该第一场效应管M1、第二场效应管M2、第三场效应管M3、第四场效应管M4、第五场效应管M5及第六场效应管M6均为P型场效应管；该下电流镜为一N型场效应管（NMOS）集合电路，其包括一第七场效应管M7、一第八场效应管M8、一第九场效应管M9、一第十场效应管M10、一第十一场效应管M11、一第十二场效应管M12、一第十三场效应管M13及一第十四场效应管M14，且该第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9、第十场效应管M10、第十一场效应管M11、第十二场效应管M12、第十三场效应管M13及第十四场效应管M14均为N型场效应管。该低通滤波器包括一电阻R1、一第一电容C1及一第二电容C2。
本实用新型电荷泵电路较佳实施方式的具体连接关系如下：该上电流镜与该下电流镜通过该电流源I相连，该运算放大器OPA连接于该上电流镜及该下电流镜之间。该低通滤波器连接于该运算放大器OPA与该输出端CHOUT之间。该第一输入端SLWDN与该上电流镜的第一场效应管M1的栅极相连，该第一场效应管M1的漏极与该第二场效应管M2的源级相连，该第三场效应管M3的漏极与该第四场效应管M4的源级相连，该第五场效应管M5的漏极与该第六场效应管M6的源级相连。该第二输入端SPDUP与该下电流镜的第八场效应管M8的栅极相连，该第八场效应管M8的漏极与该第七场效应管M7的源级相连，该第七场效应管M7的栅极与该第九场效应管M9的栅极、该第十一场效应管M11的栅极、该第十三场效应管M13的栅极、漏极及该电流源I的一正向端相连，该第九场效应管M9的源级与该第十场效应管M10的漏极相连，该第十一场效应管M11的源级与该第十二场效应管M12的漏极相连，该第十三场效应管M13的源级与该第十四场效应管M14的漏极相连。该运算放大器OPA的一正相输入端与该上电流镜中第四场效应管M4的漏极及该下电流镜中第九场效应管M9的漏极相连，该运算放大器OPA的一反相输入端与该电阻R1的一端及该第一电容C1的一端相连，该运算放大器OPA的一输出端与该第二场效应管M2的栅极、该第四场效应管M4的栅极、该第六场效应管M6的栅极、漏极及该第十一场效应管M11的漏极相连。该输出端CHOUT与该第二场效应管M2的漏极、该第七场效应管M7的漏极、该电阻R1的另一端及该第二电容C2的一端相连。该电源端AVD与该电流源I的一反向端、该第一场效应管M1的源级、该第三场效应管M3的源级、该第五场效应管M5的源级、该第十场效应管M10的栅极、该第十二场效应管M12的栅极、该第十四场效应管M14的栅极、该第一电容C1的另一端及该第二电容C2的另一端相连。该地端AVS与该第三场效应管M3的栅极、该第五场效应管M5的栅极、该第八场效应管M8的源级、该第十场效应管M10的源级、该第十二场效应管M12的源级及该第十四场效应管M14的源级相连。
本实用新型电荷泵电路较佳实施方式的工作原理如下：当该第一输入端SLWDN输入一低电平电压，该第二输入端SPDUP输入一高电平电压时，该第一输入端SLWDN有效，该第一场效应管M1导通，该电流源I的电流通过该第一场效应管M1与该第二场效应管M2流向该输出端CHOUT，即该上电流镜产生由该电源端AVD至该输出端CHOUT的充电电流I1，电荷泵电路处于充电状态；当该第一输入端SLWDN输入一高电平电压，该第二输入端SPDUP输入一低电平电压时，该第二输入端SPDUP有效，该第八场效应管M8导通，该输出端CHOUT的电流通过该第七场效应管M7与该第八场效应管M8流向该地端AVS，即该下电流镜产生由该输出端CHOUT至该地端AVS的放电电流I2，电荷泵电路处于放电状态。
在电荷泵电路充电及放电过程中，该第一场效应管M1、该第三场效应管M3、该第五场效应管M5、该第十场效应管M10、该第十二场效应管M12及该第十四场效应管M14均为导通状态，该第六场效应管M6为该第四场效应管M4与该第二场效应管M2提供了一个设计需要的栅极电压，该第十三场效应管M13为该第十一场效应管M11、该第九场效应管M9与该第七场效应管M7提供了一个设计需要的栅极电压。该第二场效应管M2、该第四场效应管M4、该第七场效应管M7、该第九场效应管M9及该运算放大器OPA共同形成反馈环路，并通过负反馈保持该运算放大器OPA的正相输入端与负相输入端的电压相等，从而使得该上电流镜产生的充电电流I1与该下电流镜产生的放电电流I2可以匹配。由于流过该第六场效应管M6的电流与流过该第十一场效应管M11的电流相等，可以推出流过该第六场效应管M6的电流与流过该第十三场效应管M13的电流相等，从而得出流过该第二场效应管M2的电流与流过该第七场效应管M7的电流相等，即充电电流I1与放电电流I2相等。
本实用新型将运算放大器OPA的输出端连接至由P型场效应管组成的上电流镜，将运算放大器OPA的反相输入端通过低通滤波器与该输出端CHOUT相连，使得正反馈信号由输出端CHOUT输出后，经过由电阻R1、第一电容C1及第二电容C2组成的低通滤波器后，将被衰减的很小，降低了正反馈的反馈强度，且即使出现正反馈现象，使得输出端CHOUT会在瞬间上升很高，经过低通滤波器以后压控振荡器也只是会突然输出很低的频率，这对分频器的处理不会造成问题，另外，由于由N型场效应管组成的下电流镜的栅极电压控制稳定，也不会瞬间将输出端CHOUT拉低。因此保证了输出端CHOUT输出信号的稳定性。
本实用新型电荷泵电路通过运算放大器OPA的不同连接方式，并在运算放大器OPA与输出端CHOUT之间连接低通滤波器来降低正反馈的反馈强度，消除了正反馈现象引起的输出信号的震荡，保证了电荷泵电路输出信号的稳定性，使得整个锁相环可以正常工作。
Claims (7)
1.一种电荷泵电路，包括一电流源、一第一输入端、一第二输入端、及一输出端，其特征在于：所述电荷泵电路还包括一与所述第一输入端及所述电流源相连的上电流镜、一与所述第二输入端及所述电流源相连的下电流镜、一与所述上电流镜及所述下电流镜相连的运算放大器及一与所述运算放大器及所述输出端相连的低通滤波器，所述上电流镜为一P型场效应管集合电路，并用于产生一充电电流，所述下电流镜为一N型场效应管集合电路，并用于产生一放电电流，所述运算放大器的一正相输入端与所述上电流镜及所述下电流镜相连，所述运算放大器的一反相输入端通过所述低通滤波器与所述输出端相连，所述运算放大器的一输出端与所述上电流镜相连。
2.如权利要求1所述的电荷泵电路，其特征在于：所述上电流镜包括一第一场效应管、一第二场效应管、一第三场效应管、一第四场效应管、一第五场效应管及一第六场效应管，所述第一输入端与所述第一场效应管的栅极相连，所述第一场效应管的漏极与所述第二场效应管的源级相连，所述第三场效应管的漏极与所述第四场效应管的源级相连，所述第五场效应管的漏极与所述第六场效应管的源级相连。
3.如权利要求2所述的电荷泵电路，其特征在于：所述下电流镜包括一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一第十场效应管、一第十一场效应管、一第十二场效应管、一第十三场效应管及一第十四场效应管，所述第二输入端与所述第八场效应管的栅极相连，所述第八场效应管的漏极与所述第七场效应管的源级相连，所述第七场效应管的栅极与所述第九场效应管的栅极、所述第十一场效应管的栅极、所述第十三场效应管的栅极、漏极及所述电流源的一正向端相连，所述第九场效应管的源级与所述第十场效应管的漏极相连，所述第十一场效应管的源级与所述第十二场效应管的漏极相连，所述第十三场效应管的源级与所述第十四场效应管的漏极相连。
4.如权利要求3所述的电荷泵电路，其特征在于：所述低通滤波器包括一电阻、一第一电容及一第二电容，所述运算放大器的正相输入端与所述第四场效应管的漏极及所述第九场效应管的漏极相连，所述运算放大器的反相输入端与所述电阻的一端及所述第一电容的一端相连，所述运算放大器的输出端与所述第二场效应管的栅极、所述第四场效应管的栅极、所述第六场效应管的栅极、漏极及所述第十一场效应管的漏极相连。
5.如权利要求4所述的电荷泵电路，其特征在于：所述输出端与所述第二场效应管的漏极、所述第七场效应管的漏极、所述电阻的另一端及所述第二电容的一端相连。
6.如权利要求5所述的电荷泵电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括一电源端，所述电源端与所述电流源的一反向端、所述第一场效应管的源级、所述第三场效应管的源级、所述第五场效应管的源级、所述第十场效应管的栅极、所述第十二场效应管的栅极、所述第十四场效应管的栅极、所述第一电容的另一端及所述第二电容的另一端相连。
7.如权利要求6所述的电荷泵电路，其特征在于：所述电荷泵电路还包括一地端，所述地端与所述第三场效应管的栅极、所述第五场效应管的栅极、所述第八场效应管的源级、所述第十场效应管的源级、所述第十二场效应管的源级及所述第十四场效应管的源级相连。
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