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2 高性能电荷泵设计
现在CPPLL通常采用无死区的PFD。这种PFD在锁相环锁定的情况下依然有等脉宽的UP和DOWN输出。这就要求电荷泵需要做到电流匹配。由于单一CMOS管实现的电流源的有限电阻,在不同的源漏电压下电流存在较大的变化。为了在1.8 V低压条件下实现较宽电压范围的恒定电流输出,本设计采用自偏置高摆幅共源共栅镜像电流镜,如图2所示。
自偏置共源共栅电流镜能够增大电流源的内阻,其小信号模型的输出电阻表达式如式(2)所示
由式(2)可以看出,共源共栅电流结构增大了泵电流源的输出电阻。选取合理的宽长比可以增大M2管的跨导gm2,同时减小其沟道调制效应,使电流源的内阻最大化。自偏置结构使得电流源的开启电压降为VM4on+VM2on,比普通的共源共栅的开启电压Vth+2VM4On更低,适合低电压条件下的运用。M4管的宽长比和电阻R1的电阻值可以通过式(3)计算出来
需要注意的是M1,M2存在衬底偏置效应,设其背栅为Vbs,则其阈值电压为
电流源的电力误差率(Current Error Ratio)定义为
电流镜在MOS管的宽长比及版图的对称性要求很高,已有大量的资料对其做了讲述。