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一种高性能CMOS电荷泵的设计
来源:本站整理  作者:佚名  2010-04-07 11:22:39




1.2 电荷共享
    由于电荷泵充电电流源和放电电流源的漏极存在寄生电容,当电荷泵电流源都关断时,电流源漏极寄生电容分别被充电到VDD和放电到地。在下一个鉴相时刻中电荷泵电流源都打开的状态时,由于两个寄生电容上的电荷变化量不可能相同,会有剩余电荷注入环路滤波器中,引起VCO压控电压发生变化,造成压控信号产生纹波。通常减小电荷共享的手段是电荷泵电路采用差分结构。
    针对以上一般电荷泵所存在的缺点,文中提出了一个高电流匹配度、高输出电压稳定的电荷泵电路。

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。

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