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专利号: 2023100037363
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2025-06-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,包括:充电电流补偿电路(1)、电荷泵核心电路(2)及放电电流补偿电路(3),其中,所述充电电流补偿电路(1)的信号输出端接所述电荷泵核心电路(2)的信号输入端,所述电荷泵核心电路(2)的信号输出端分别接所述充电电流补偿电路(1)的信号输入端及所述放电电流补偿电路(3)的信号输入端,所述放电电流补偿电路(3)的信号输出端接所述电荷泵核心电路(2)的信号输入端,所述充电电流补偿电路(1)主要通过PMOS管M13、传输门T1为所述电荷泵核心电路(2)提供充电补偿电流,所述放电电流补偿电路(3)主要通过传输门T6、NMOS管M18在内的元器件为所述电荷泵核心电路(2)提供放电补偿电流,所述电荷泵核心电路(2)主要通过传输门T4、传输门T5、电路输出端VC为锁相环系统的滤波电路提供充放电流。

2.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述充电电流补偿电路(1)包括:PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、PMOS管M19、放大器OP2、放大器OP5以及传输门T1,其中PMOS管M14的源极分别与PMOS管M13的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M14的栅极分别与PMOS管M13的栅极、PMOS管M14的漏极以及NMOS管M15的漏极相连,NMOS管M15的源极分别与放大器OP2的输出端以及放大器OP2的反相输入端相连,放大器OP5的反相输入端分别与放大器OP5的输出端以及PMOS管M19的源极相连,PMOS管M19的漏极与传输门T1的输入端相连,传输门T1的一控制端与信号控制端UP相连,传输门T1的另一控制端与信号控制端 相连。

3.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)包括:电流源IR1、电流源IR2、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、NMOS管M7、NMOS管M8、NMOS管M9、NMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、传输门T2、传输门T3、传输门T4、传输门T5以及放大器OP1,其中电流源IR1的一端分别接PMOS管M4的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M11的源极、PMOS管M12的源极以及外部电源VDD相连,电源IR1的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极以及NMOS管M2的栅极相连,PMOS管M4的漏极与PMOS管M3的源极相连,PMOS管M3的漏极分别与PMOS管M4的栅极、PMOS管M5的栅极、PMOS管M13的漏极以及NMOS管M2的漏极相连,PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M6的栅极、PMOS管M19的栅极、PMOS管M16的栅极以及偏置端VB1相连,PMOS管M5的漏极与PMOS管M6的源极相连,PMOS管M6的漏极分别与放大器OP5的同相输入端、传输门T2的输入端以及传输门T4的输入端相连,传输门T2的一控制端与信号控制端DN相连,传输门T2的另一控制端与信号控制端 相连,传输门T2的输出端分别与放大器OP1的输出端、放大器OP1的反相输入端以及传输门T3的输入端相连,传输门T3的一控制端与信号控制端UP相连,传输门T3的另一控制端与信号控制端 相连,传输门T4的一控制端与信号控制端UP相连,传输门T4的另一控制端与信号控制端 相连,传输门T4的输出端分别与传输门T1的输出端、放大器OP2的同相输入端、放大器OP1的同相输入端、传输门T5的输入端、放大器OP3的同相输入端、传输门T6的输入端以及电荷泵输出端VC相连,传输门T5的一控制端与信号控制端DN相连,传输门T5的另一控制端与信号控制 相连,传输门T5的输出端分别与传输门T3的输出端、放大器OP4的同相输入端以及NMOS管M7的漏极相连,NMOS管M7的栅极分别与NMOS管M9的栅极、NMOS管M20的栅极、NMOS管M15的栅极以及偏置端VB2相连,NMOS管M7的源极与NMOS管M8的漏极相连,NMOS管M8的栅极分别与NMOS管M10的栅极、NMOS管M9的漏极、NMOS管M18的漏极以及PMOS管M11的漏极相连,NMOS管M9的源极与NMOS管M10的漏极相连,PMOS管M12的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M12的漏极以及电流源IR2的一端相连,电流源IR2的另一端分别与NMOS管M1的源极、NMOS管M2的源极、NMOS管M8的源极、NMOS管M10的源极以及外部地线GND相连。

4.根据权利要求1所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述放电电流补偿电路(3)包括:PMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18、NMOS管M20、放大器OP3、放大器OP4以及传输门T6,其中放大器OP3的反相输入端分别与放大器OP3的输出端以及PMOS管M16的源极相连,PMOS管M16的漏极分别与NMOS管M17的漏极、NMOS管M17的栅极以及NMOS管M18的栅极相连,NMOS管M17的源极分别与NMOS管M18的源极以及外部地线GND相连,传输门T6的一控制端与信号控制端DN相连,传输门T6的另一控制端与信号控制端 相连,传输门T6的输出端与NMOS管M20的漏极相连,NMOS管M20的源极分别与放大器OP4的输出端以及放大器OP4的反相输入端相连。

5.根据权利要求2所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述充电电流补偿电路(1)中,PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、放大器OP2构成低电压区域充电电流的补偿电路,提高充电电流在低电压区域的匹配范围,放大器OP2构成单位增益负反馈使得其NMOS管M15的源极电压等于电荷泵输出端VC的电压VC,当电荷泵输出端VC的电压VC较低时,NMOS管M15开启且其漏极电流 其中,μn为电子迁移率,Cox为单位面积栅氧化层电容,(W/L)15为NMOS管M15的沟道宽长比,VB2为偏置端VB2的电压,VTHn为NMOS管的阈值电压,PMOS管M13与PMOS管M14完全相同,PMOS管M13的漏极电流I13与PMOS管M14的漏极电流I14有I13=I14=I15。

6.根据权利要求5所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述充电电流补偿电路(1)中,放大器OP5、PMOS管M19以及传输门T1构成高电压区域充电电流的补偿电路,提高充电电流在高电压区域的匹配范围,当电荷泵输出端VC的电压VC上升,所述电荷泵核心电路(2)中的PMOS管M6的漏极电压VA也上升,放大器OP5构成单位增益负反馈使得PMOS管M19的源极电压等于VA,当VA‑VB1>|VTHP|,PMOS管M19开启,其中VB1为偏置端VB1的电压,VTHP为PMOS管的阈值电压,则PMOS管M19的漏极电流其中,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积栅氧化层电容,(W/L)19为PMOS管M19的沟道宽长比。

7.根据权利要求3所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)中,流过电流源IR1与电流源IR2的电流相同且均等于IREF,NMOS管M1与NMOS管M2完全相同,PMOS管M4与PMOS管M5完全相同,PMOS管M3与PMOS管M6完全相同,则PMOS管M6的漏极电流I6=IREF‑I15,其中I15为NMOS管M15的漏极电流;PMOS管M11与PMOS管M12完全相同,NMOS管M8与NMOS管M10完全相同,NMOS管M7与NMOS管M9完全相同,则NMOS管M7的漏极电流I7=IREF‑I16,其中I16为PMOS管M16的漏极电流,信号控制端DN与信号控制端UP具有相反信号,信号控制端DN与信号控制端 具有相反信号,信号控制端UP与信号控制端具有相反信号。信号控制端UP为高电位、信号控制端DN为低电位时,传输门T4开启,传输门T5关闭,电荷泵充电电流IUP对锁相环系统的滤波电路进行充电(且IUP=I6+I19),电荷泵输出端VC的电压VC逐渐上升,其中I19为PMOS管M19的漏极电流,当电压VC为低电压时,PMOS管M19截止,NMOS管M15开启,NMOS管M15的电流I15对充电电流IUP进行补偿从而拓宽低电压区域的匹配范围;当电压VC为高电压时,NMOS管M15截止,PMOS管M19开启,PMOS管M19的电流I19对充电电流IUP进行补偿从而拓宽高电压区域的匹配范围。

8.根据权利要求7所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)中,信号控制端UP为低电位、信号控制端DN为高电位时,电荷泵放电电流IDN对锁相环系统的滤波电路进行放电,且IDN=I7+I20,其中I7为NMOS管M7的漏极电流,I20为NMOS管M20的漏极电流,电荷泵输出端VC的电压VC逐渐降低,当电压VC为高电位时,PMOS管M16开启,NMOS管M20截止,PMOS管M16的电流I16对放电电流IDN进行补偿从而拓宽高电压区域的匹配范围;当电压VC为低电位时,PMOS管M16截止,NMOS管M20开启,NMOS管M20的电流I20对放电电流IDN进行补偿从而拓宽低电压区域的匹配范围。

9.根据权利要求4所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述放电电流补偿电路(3)中,PMOS管M16、NMOS管M17、NMOS管M18、放大器OP3构成高电压区域放电电流的补偿电路,提高放电电流在高电压区域的匹配范围,放大器OP3构成单位增益负反馈,使得PMOS管M16的源极电压等于电荷泵输出端VC的电压VC,当电荷泵输出端VC的电压VC较高时,PMOS管M16开启且其漏极电流 其中,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积栅氧化层电容,(W/L)16为PMOS管M16的沟道宽长比,VB1为偏置端VB1的电压,VTHP为PMOS管的阈值电压。NMOS管M18与NMOS管M17完全相同,则NMOS管M18的漏极电流I18与NMOS管M17的漏极电流I17有I18=I17=I16。

10.根据权利要求9所述的一种应用于锁相环系统的宽匹配范围电荷泵,其特征在于,所述放电电流补偿电路(3)中,放大器OP4、NMOS管M20以及传输门T6构成低电压区域放电电流的补偿电路,提高放电电流在低电压区域的匹配范围,当电荷泵输出端VC的电压VC降低,所述电荷泵核心电路(2)中的NMOS管M7的漏极电压VB也降低,放大器OP4构成单位增益负反馈使得NMOS管M20的源极电压等于VB,当VB2‑VB>VTHn,NMOS管M20开启,则NMOS管M20的漏极电流 其中,μn为电子迁移率,Cox为单位面积栅氧化层电容,(W/L)20为NMOS管M20的沟道宽长比,VB2为偏置端VB2的电压,VTHn为NMOS管的阈值电压。