一種高性能CMOS電荷泵的設(shè)計(jì)
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1．2 電荷共享
由于電荷泵充電電流源和放電電流源的漏極存在寄生電容，當(dāng)電荷泵電流源都關(guān)斷時(shí)，電流源漏極寄生電容分別被充電到VDD和放電到地。在下一個(gè)鑒相時(shí)刻中電荷泵電流源都打開的狀態(tài)時(shí)，由于兩個(gè)寄生電容上的電荷變化量不可能相同，會有剩余電荷注入環(huán)路濾波器中，引起VCO壓控電壓發(fā)生變化，造成壓控信號產(chǎn)生紋波。通常減小電荷共享的手段是電荷泵電路采用差分結(jié)構(gòu)。
針對以上一般電荷泵所存在的缺點(diǎn)，文中提出了一個(gè)高電流匹配度、高輸出電壓穩(wěn)定的電荷泵電路。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/180989.htm
2 高性能電荷泵設(shè)計(jì)
現(xiàn)在CPPLL通常采用無死區(qū)的PFD。這種PFD在鎖相環(huán)鎖定的情況下依然有等脈寬的UP和DOWN輸出。這就要求電荷泵需要做到電流匹配。由于單一CMOS管實(shí)現(xiàn)的電流源的有限電阻，在不同的源漏電壓下電流存在較大的變化。為了在1．8 V低壓條件下實(shí)現(xiàn)較寬電壓范圍的恒定電流輸出，本設(shè)計(jì)采用自偏置高擺幅共源共柵鏡像電流鏡，如圖2所示。
自偏置共源共柵電流鏡能夠增大電流源的內(nèi)阻，其小信號模型的輸出電阻表達(dá)式如式(2)所示
由式(2)可以看出，共源共柵電流結(jié)構(gòu)增大了泵電流源的輸出電阻。選取合理的寬長比可以增大M2管的跨導(dǎo)gm2，同時(shí)減小其溝道調(diào)制效應(yīng)，使電流源的內(nèi)阻最大化。自偏置結(jié)構(gòu)使得電流源的開啟電壓降為VM4on+VM2on，比普通的共源共柵的開啟電壓Vth+2VM4On更低，適合低電壓條件下的運(yùn)用。M4管的寬長比和電阻R1的電阻值可以通過式(3)計(jì)算出來
需要注意的是M1，M2存在襯底偏置效應(yīng)，設(shè)其背柵為Vbs，則其閾值電壓為
電流源的電力誤差率(Current Error Ratio)定義為
電流鏡在MOS管的寬長比及版圖的對稱性要求很高，已有大量的資料對其做了講述。
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