本實用新型涉及集成電路技術領域，尤其涉及一種電荷泵。

背景技術：

近些年來，在各種鎖相環結構中，電荷泵鎖相環(Phase-Locked Loop，PLL)應用最為廣泛，其捕獲范圍大，鎖定時可以達到零相位差。圖1為一種電荷泵鎖相環的結構示意圖，包括鑒頻鑒相器(Phase Frequency Detector,PFD)101和N分頻器(Divider)105、電荷泵(Charge Pump,CP)102、環路濾波器(Loop Filter,LPF)103和壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)104。其中電荷泵102是鎖相環電路中的重要模塊，能將鑒頻鑒相器101輸出的數字電平轉化為模擬信號。而電荷泵在電路實現時，往往存在充放電電流失配以及電荷共享等非理想效應，導致輸出電壓U_out產生抖動。

可見，現有技術中存在電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應，使得輸出電壓產生抖動的問題。

技術實現要素：

本實用新型針對現有技術中存在的，電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應，使得輸出電壓產生抖動的技術問題，提供了一種電荷泵，能夠有效減小電荷泵充放電電流失配以及避免電荷共享效應。

本實用新型提供了一種電荷泵，包括：基準電流源模塊、電壓跟隨器以及電荷泵主體電路；

所述基準電流源模塊，包括啟動電路和基準電流產生電路，所述啟動電路用于控制所述基準電流產生電路的啟動與關斷，所述基準電流產生電路用于產生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至所述電荷泵主體電路；

所述電壓跟隨器，與所述電荷泵主體電路相連接，用于為電荷泵主體電路提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，從而消除電荷分配；

所述電荷泵主體電路，用于產生充放電電流，包括充電電路和放電電路，所述充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節點進行充電，所述放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節點進行放電。

可選的，所述啟動電路包括：第一PMOS管、第一電容、第二PMOS管以及第三PMOS管；

所述第一PMOS管源級連接至電源電壓Vdd，其漏級連接所述第一電容的一端，并與所述第二PMOS管的柵極相連，所述第一電容的另一端接地；所述第二PMOS管的源級連接電源電壓Vdd；所述第三PMOS管的柵極連接所述第二PMOS管的柵極，其漏級接地。

可選的，所述基準電流產生電路包括第四PMOS管、第五PMOS管(MP5)、第一NMOS管、第二NMOS管以及第一電阻R1；

所述第四PMOS管的源級連接電源電壓Vdd，其柵級與所述第一PMOS管的柵極、所述第三PMOS管的源級相連，其漏級連接所述第二PMOS管的漏級；所述第一NMOS管采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至所述第四PMOS管的漏級，其源級與地相連；所述第五PMOS管采用二極管接法，其柵極與漏級相連，并連接至第四PMOS管的柵極，其源級與電源電壓Vdd相連；所述第二NMOS管的柵極與所述第一NMOS管的柵極相連，其漏級連接至所述第五PMOS管的漏級，其源級與所述第一電阻的一端相連；所述第一電阻的另一端與地相連。

可選的，所述電壓跟隨器包括：第六PMOS管、第七PMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管以及第五NMOS管；

所述第六PMOS管的源級連接電源電壓Vdd；所述第七PMOS管的源級與電源電壓Vdd相連，其柵極與漏級相連，并連接至所述第六PMOS管的柵極；

述第三NMOS管的漏級與柵極相連，并連接至所述第六PMOS管的漏極，并向所述電荷泵主體電路輸出電壓信號V_B；所述第四NMOS管的漏級連接至所述第七PMOS管的漏級，其源級與所述第三NMOS管的源級相連，其柵極向所述電荷泵主體電路輸出電壓信號V_A；所述第五NMOS管的柵極連接至所述基準電流產生電路產生的偏置電壓信號V_M，其漏級連接所述第三NMOS管的源級，其源級接地。

可選的，所述充電電路包括：第八PMOS管、第九PMOS管和第十PMOS管；所述第八PMOS管作為充電電流源，其柵極連接所述基準電流產生電路產生的偏置電壓信號V_N，其源級連接至電源Vdd；所述第九PMOS管和所述第十PMOS管，作為充電開關，所述第九PMOS管的柵極連接充電控制信號UP的反向邏輯，其源級連接所述第八PMOS管的漏級，其漏級連接所述電壓跟隨器產生的電壓信號V_B；所述第十PMOS管的柵極連接充電控制信號UP，其源級連接所述第八PMOS管的漏級，其漏級接至電荷泵的輸出節點；

所述放電電路包括：第七NMOS管、第八NMOS管和第六NMOS管；所述第七NMOS管和第八NMOS管作為放電開關，第七NMOS管的柵極連接放電控制信號DN，其漏級與所述第九PMOS管的漏級相連；第八NMOS管的柵極連接放電控制信號DN的反向邏輯，其漏級接至電荷泵的輸出節點，其源級連接所述第七NMOS管的源級；第六NMOS管，作為放電電流源，其柵極連接所述基準電流產生電路產生的偏置電壓信號V_M，其源級接地，其漏級連接所述第七NMOS管的源級。

可選的，用于鎖相環電路，其中：所述輸出節點作為所述鎖相環電路中環路濾波器的輸入；所述充電控制信號UP來自于所述鎖相環電路中的鑒頻鑒相器輸出的充電標示信號；所述放電控制信號DN來自于所述鎖相環電路中的鑒頻鑒相器輸出的放電標示信號。

本實用新型中提供的一個或多個技術方案，至少具有如下技術效果或優點：

由于在本實用新型中，電荷泵包括：基準電流源模塊、電壓跟隨器以及電荷泵主體電路；所述基準電流源模塊，包括啟動電路和基準電流產生電路，所述啟動電路用于控制所述基準電流產生電路的啟動與關斷，所述基準電流產生電路用于產生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至所述電荷泵主體電路；所述電壓跟隨器，與所述電荷泵主體電路相連接，用于為電荷泵主體電路提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，從而消除電荷分配；所述電荷泵主體電路，用于產生充放電電流，包括充電電路和放電電路，所述充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節點進行充電，所述放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節點進行放電。有效地解決了針對現有技術中存在的，電荷泵充放電電流失配以及電荷共享效應，使得輸出電壓產生抖動的技術問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其它的附圖。

圖1為本實用新型背景技術提供的一種電荷泵鎖相環的結構示意圖；

圖2為本實用新型實施例提供的一種電荷泵的結構示意圖；

圖3為本實用新型實施例提供的一種電荷泵的電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

本實用新型實施例提供了一種電荷泵，請參照圖3，該電荷泵包括：基準電流源模塊410、電壓跟隨器420以及電荷泵主體電路430。

其中，基準電流源模塊410包括啟動電路411和基準電流產生電路412，啟動電路411用于控制所述基準電流產生電路的啟動與關斷，所述基準電流產生電路410用于產生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，并輸出至電荷泵主體電路430。

啟動電路411包括：第一PMOS管MP1、第一電容C1、第二PMOS管MP2以及第三PMOS管MP3；所述第一PMOS管MP1源級連接至電源電壓Vdd，其漏級連接所述第一電容C1的一端，并與所述第二PMOS管MP2的柵極相連，所述第一電容C1的另一端接地；所述第二PMOS管MP2的源級連接電源電壓Vdd；所述第三PMOS管MP3的柵極連接所述第二PMOS管MP2的柵極，其漏級接地。

基準電流產生電路412包括：第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2以及第一電阻R1；所述第四PMOS管MP4的源級連接電源電壓Vdd，其柵級與所述第五PMOS管MP5的柵極、所述第一PMOS管MP1的柵極、所述第三PMOS管MP3的源級相連，其漏級連接所述第二PMOS管MP2的漏級；所述第一NMOS管MN1采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至所述第四PMOS管MP4的漏級，其源級與地相連；所述第五PMOS管MP5采用二極管接法，其柵極與其漏級相連，并連接至第四PMOS管MP4的柵極，其源級與電源電壓Vdd相連；所述第二NMOS管MN2的柵極與所述第一NMOS管MN1的柵極相連，其漏級連接至所述第五PMOS管MP5的漏級，其源級與所述第一電阻R1的一端相連；所述第一電阻R1的另一端與地相連。

在具體實施過程中，啟動電路用于控制所述基準電流產生電路412的啟動與關斷。具體而言，當上電時默認所述第一電容C1上的電荷為0，此時，所述第二PMOS管MP2與所述第三PMOS管MP3導通，拉低了N點電位電壓，升高了M點電位電壓，使得所述第四PMOS管MP4的柵壓下降，所述第一NMOS管MN1的柵壓升高，基準電流產生電路412進入工作狀態，同時所述第一PMOS管MP1的柵壓下降，在電源電壓Vdd的作用下導通，進而給所述第一電容C1充電，使其上級板電壓逐漸升高，當所述第一電容C1充電到電源電壓Vdd時，所述第一PMOS管MP1、所述第二PMOS管MP2和所述第三PMOS管MP3斷開，啟動電路斷開。

進一步的，當啟動電路411導通后，基準電流產生電路412進入工作狀態，產生兩路偏置電壓信號V_N和V_M，一一對應輸出至所述電荷泵主體電路430中第八PMOS管MP8與第六NMOS管MN6的柵端，提供其導通所需的偏置電壓。

在具體實施過程中，仍請參考圖3，電壓跟隨器420包括：第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4以及第五NMOS管MN5；所述第六PMOS管MP6的源級連接電源電壓Vdd；所述第七PMOS管MP7的源級與電源電壓Vdd相連，其柵極與漏級相連，并連接至所述第六PMOS管MP6的柵極；所述第三NMOS管MN3的漏級與柵極相連，并連接至所述第六PMOS管MP6的漏極，并向所述電荷泵主體電路430輸出電壓信號V_B；所述第四NMOS管MN4的漏級連接至所述第七PMOS管MP7的漏級，其源級與所述第三NMOS管MN3的源級相連，其柵極向所述電荷泵主體電路430輸出電壓信號V_A；所述第五NMOS管MN5的漏級連接至所述基準電流產生電路412產生的偏置電壓信號V_M，其源級接地。

電壓跟隨器420與所述電荷泵主體電路430模塊相連接，給電荷泵主體電路430提供兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，并輸出至所述電荷泵主體電路，從而消除電荷分配。具體而言，電壓信號V_A用于給電荷泵主體電路中的第十PMOS管MP10以及第八NMOS管MN8提供漏級電壓，電壓信號V_B用于給電荷泵主體電路中的第九PMOS管MP9以及第七NMOS管MN7提供漏級電壓，以保證電荷泵主體電路430中的充電電流源Imp與放電電流源Imn在任何工作狀態下，均有導流之路，進而保證了節點N1的電壓與節點N2的電壓相對穩定，從而有效的減小了節點N1、N2與輸出電壓Vout之間的電荷共享。

進一步地，仍請參考圖3，電荷泵主體電路430用于產生充放電電流，包括充電電路和放電電路，充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節點進行充電；放電電路，用于利用放電控制信號DN，對輸出節點進行放電。

其中，所述充電電路包括：第八PMOS管MP8、第九PMOS管MP9和第十PMOS管MP10；所述第八PMOS管MP8作為充電電流源，其柵極連接所述基準電流產生電路412產生的偏置電壓信號V_N，其源級連接至電源Vdd；所述第九PMOS管MP9和所述第十PMOS管MP10，作為充電開關，所述第九PMOS管MP9的柵極連接充電控制信號UP的反向邏輯，其源級連接所述第八PMOS管MP8的漏級，其漏級連接所述電壓跟隨器420產生的電壓信號V_B；所述第十PMOS管MP10的柵極連接充電控制信號UP，其源級連接所述第八PMOS管MP8的漏級，其漏級接至電荷泵的輸出節點。

所述放電電路包括：第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8和第六NMOS管MN6；所述第七NMOS管MN7和第八NMOS管MN8作為放電開關，第七NMOS管MN7的柵極連接放電控制信號DN，其漏級與所述第九PMOS管MP9的漏級相連；第八NMOS管MN8的柵極連接放電控制信號DN的反向邏輯，其漏級接至電荷泵的輸出節點，其源級連接所述第七NMOS管MN7的源級；第六NMOS管MN6，作為放電電流源，其柵極連接所述基準電流產生電路412產生的偏置電壓信號V_M，其源級接地，其漏級連接所述第七NMOS管MN7的源級。

需要指出的是，電荷泵主體電路430包括四個差分信號輸入端，分別為充電控制信號UP及其反向邏輯放電控制信號DN及其反向邏輯所述充電控制信號UP來自于所述鎖相環電路中的鑒頻鑒相器輸出的充電標示信號，所述放電控制信號DN來自于所述鎖相環電路中的鑒頻鑒相器輸出的放電標示信號；進一步地，電荷泵主體電路430還包括一個信號輸出節點，示例性的，如圖3所示，該信號輸出節點標注為A，輸出節點A作為所述鎖相環電路中環路濾波器的輸入。

電荷泵主體電路430用于利用充電控制信號UP和放電控制信號DN對輸出節點充放電進行電壓控制，實現對環路濾波器進行充放電。在具體實施過程中，充電電路用于利用充電控制信號UP，對輸出節點進行充電；放電電路用于利用放電控制信號DN，對輸出節點進行放電。具體而言，請參照圖3，當UP信號為低電平、DN信號為高電平時，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10導通，所述第九PMOS管MP9關斷，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7導通，和所述第八NMOS管MN8關斷，充電電流源Imp流過所述第十PMOS管MP10支路，對環路濾波器進行充電，輸出電壓V_out升高。

當UP信號為高電平、DN信號為低電平時，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10關斷，所述第九PMOS管MP9導通，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7關斷，和所述第八NMOS管MN8導通，放電電流源Imn流過所述第八NMOS管MN8支路，對環路濾波器進行放電，輸出電壓V_out降低。

當UP信號和DN信號同時為低電平時，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10導通，所述第九PMOS管MP9關斷，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7關斷，和所述第八NMOS管MN8導通，充電電流源Imp流過所述第十PMOS管MP10、所述第八NMOS管MN8以及放電電流源Imn支路，此時，滿足關系式Imp＝Iup＝Idn＝Imn，即流過充電支路與流過放電支路的電流相等，故流入環路濾波器的電流為0，即電荷泵充放電電流失配為零，電荷泵輸出電壓Vout將保持不變。

當UP信號和DN信號同時為高電平時，在充電電路中，所述第十PMOS管MP10關斷，所述第九PMOS管MP9導通，在放電電路中，所述第七NMOS管MN7導通，和所述第八NMOS管MN8關斷，此時，充電電流源Imp流過所述第九PMOS管MP9、所述第七NMOS管MN7以及放電電流源Imn支路，電荷泵主體電路中的充放電支路斷開，電荷泵充放電電流失配為零，電荷泵輸出電壓V_out將保持不變

可見，一方面，在電荷泵充放電支路導通與關斷切換時，無論在哪種工作狀態，由于電壓跟隨器420提供了兩路近似相等的電壓信號V_A和V_B，保證了充電電流源與放電電流源均有導流之路，實現充放電電流源始終處于導通狀態，避免了第八PMOS管MP8和第六NMOS管MN6在飽和區與截止區之間的切換，也即避免了流過第八PMOS管MP8的電流在0與Imp之間劇烈跳變，保持了節點N1的電壓相對穩定性，同時也避免了流過第六NMOS管MN6的電流在0與Imn之間劇烈跳變，保持了節點N2的電壓相對穩定性，減小了節點N1、N2與輸出節點V_out的之間的電荷共享；另一方面，所述電壓跟隨器420使得節點N1和N2的電壓與電荷泵主體電路430的輸出電壓V_out近似相等，故節點N1和N2上的雜散電容與環路濾波器之間也不會產生電荷分配現象。從而有效的減小了電荷泵充放電電流失配，避免了電荷分配效應。

盡管已描述了本實用新型的優選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優選實施例以及落入本實用新型范圍的所有變更和修改。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。