本發明屬于集成電路，具體涉及一種帶動態校準的電荷泵電路。

背景技術：

1、鎖相環技術實現的頻率綜合具有輸出頻率高、調諧范圍寬、穩定性好、噪聲抑制能力強等優點，因而廣泛應用于實現集成電路系統的時鐘信號。電荷泵作為鎖相環的核心模塊，直接決定著整個鎖相環帶內相位噪聲的優劣，這就要求提高電荷泵的性能特性。

2、圖1為一種傳統的電荷泵電路，由pmos管m1、nmos管m2、pmos管m3、pmos管m4、nmos管m5、nmos管m6以及放大器op組成，其中pmos管m1作充電電流源，nmos管m2作放電電流源，pmos管m3、pmos管m4、nmos管m5與nmos管m6為開關mos管。信號端up與信號端upb為相反信號，dn與dnb為相反信號，當信號端up為高電位以及信號端dn為高電位，作放電電流源的nmos管m2工作并抽取負載電流，使得輸出端vctrl的電壓下降；當信號端up為低電位以及信號端dn為低電位，電荷泵的充電電流對負載進行充電使得輸出端vctrl的電壓上升，當信號端up為高電位以及信號端dn為低電位，兩個電流源均不工作，電流源支路流出的凈電流為零，輸出端vctrl的電壓保持不變。傳統電荷泵具有電流失配大等問題，從而使得電荷泵在高性能系統中的應用受到限制。

技術實現思路

1、本發明旨在解決以上現有技術的問題，提出了一種帶動態校準的電荷泵電路。本發明的技術方案如下：

2、一種帶動態校準的電荷泵電路，其包括：電荷泵主體電路、放電電流補償電以及動態校準電路，其中，所述電荷泵主體電路的信號輸出端分別接所述放電電流補償電路的信號輸入端以及所述動態校準電路的信號輸入端，所述放電電流補償電路的信號輸出端分別接所述電荷泵主體電路的信號輸入端以及所述動態校準電路的信號輸入端，所述動態校準電路的信號輸出端分別接所述電荷泵主體電路的信號輸入端以及所述放電電流補償電路的信號輸入端，所述動態校準電路為所述電荷泵主體電路提供動態反饋校準信號，所述放電電流補償電路為所述電荷泵主體電路的放電電流提供一個補償電流，從而實現一種帶動態校準的電荷泵電路。

3、進一步的，所述電荷泵主體電路包括：pmos管m7、pmos管m8、nmos管m9、nmos管m10、nmos管m11、pmos管m12、nmos管m13、pmos管m14、pmos管m15、nmos管m16、pmos管m17、nmos管m18以及放大器op1，其中pmos管m7的源極與外部電源vdd相連，pmos管m7的漏極與pmos管m8的源極相連，pmos管m8的漏極分別與nmos管m11的漏極、pmos管m12的源極、nmos管m13的漏極以及pmos管m14的源極相連，nmos管m11的柵極與信號端up相連，pmos管m12的柵極分別與nmos管m13的柵極以及信號端upb相連，nmos管m11的源極分別與pmos管m12的漏極、放大器op1的反向輸入端、放大器op1的輸出端、pmos管m15的源極以及nmos管m16的漏極相連，pmos管m15的柵極與信號端dnb相連，nmos管m16的柵極分別與pmos管m17的柵極以及信號端dn相連，pmos管m14的柵極與信號端up相連，nmos管m13的源極分別與pmos管m14的漏極、pmos管m17的源極、nmos管m18的漏極、放大器op1的同向輸入端、放大器op3的同向輸入端、放大器op4的同向輸入端、放大器op2的反向輸入端以及電路輸出端vcp相連，nmos管m18的柵極與信號端dnb相連，pmos管m17的漏極分別與nmos管m18的源極、pmos管m15的漏極、nmos管m16的源極以及nmos管m9的漏極相連，nmos管m9的源極與nmos管m10的漏極相連，nmos管m10的源極與外部地gnd相連。

4、進一步的，所述放電電流補償電路包括：nmos管m23、nmos管m24、pmos管m25、nmos管m26、nmos管m27、pmos管m28、pmos管m29、nmos管m30、pmos管m31、pmos管m32、放大器op3以及放大器op4，其中pmos管m28的源極分別與pmos管m31的源極以及外部電源vdd相連，pmos管m28的漏極分別與pmos管m28的柵極、pmos管m31的柵極以及pmos管m29的源極相連，pmos管m29的漏極分別與pmos管m29的柵極、pmos管m32的柵極以及nmos管m30的漏極相連，nmos管m30的柵極與信號端vb2相連，nmos管m30的源極分別與放大器op4的輸出端以及放大器op4的反向輸入端相連，放大器op3的反向輸入端分別與放大器op3的輸出端以及pmos管m25的源極相連，pmos管m25的柵極與信號端vb1相連，pmos管m25的漏極分別與nmos管m26的漏極、nmos管m26的柵極以及nmos管m23的柵極相連，nmos管m26的源極分別與nmos管m27的漏極、nmos管m27的柵極以及nmos管m24的柵極相連，nmos管m27的源極分別與nmos管m24的源極以及外部地gnd相連，pmos管m31的漏極與pmos管m32的源極相連，nmos管m23的源極與nmos管m24的漏極相連。

5、進一步的，所述動態校準電路包括：pmos管m1、pmos管m2、pmos管m3、pmos管m4、nmos管m5、nmos管m6、pmos管m19、pmos管m20、nmos管m21、nmos管m22、放大器op2以及電容c0，其中pmos管m1的源極分別與pmos管m3的源極、pmos管m19的源極以及外部電源vdd相連，pmos管m1的漏極與pmos管m2的源極相連，pmos管m2的漏極分別與pmos管m1的柵極、pmos管m3的柵極、pmos管m2的柵極、pmos管m4的柵極、pmos管m19的柵極、pmos管m20的柵極、pmos管m7的柵極、pmos管m8的柵極以及電流源ib的一端相連，電流源ib的另一端分別與nmos管m6的源極、nmos管m22的源極以及外部地gnd相連，pmos管m3的漏極與pmos管m4的源極相連，pmos管m4的漏極分別與放大器op2的輸出端、nmos管m5的漏極、nmos管m5的柵極、nmos管m6的柵極、nmos管m21的柵極、nmos管m22的柵極、電容c0的一端、pmos管m32的漏極、nmos管m23的漏極、nmos管m9的柵極以及nmos管m10的柵極相連，nmos管m5的源極與nmos管m6的漏極相連，pmos管m19的漏極與pmos管m20的源極相連，pmos管m20的漏極分別與放大器op2的同向輸入端相連、電容c0的另一端以及nmos管m21的漏極相連，nmos管m21的源極與nmos管m22的漏極相連。

6、進一步的，所述電荷泵主體電路中，pmos管m7與pmos管m8構成的復合mos管實現充電電流源，nmos管m9與nmos管m10構成的復合mos管實現放電電流源，抑制溝道調制效應對充放電流影響，提高電荷泵充放電流的精度，同時復合mos管消耗的電壓低于共源共柵結構，進而提高電荷泵輸出擺幅。nmos管m11與pmos管m12、nmos管m13與pmos管m14、pmos管m15與nmos管m16、pmos管m17與nmos管m18分別構成互補型開關，互補型開關實現同時開啟與關斷，進而抑制電荷共享效應、時鐘饋通和電荷注入效應。在pmos管m12的漏極和pmos管m14的漏極之間接入單位增益負反饋連接的放大器op1，使得電路在充電和放電過程中pmos管m12的漏極與pmos管m14的漏極具有相同電壓，使得電荷泵輸出電壓具有連續性，進而抑制電荷共享效應對電荷泵輸出電壓影響，提高電路電流匹配性。同時，pmos管m7、pmos管m1與pmos管m3具有相同的溝道寬長比，pmos管m8、pmos管m2與pmos管m4具有相同的溝道寬長比,nmos管m9與nmos管m5具有相同的溝道寬長比，nmos管m10與nmos管m6具有相同的溝道寬長比，且pmos管m7、pmos管m8組成的復合mos管與pmos管m1、pmos管m2組成的復合mos管構成電流鏡，nmos管m9、nmos管m10組成的復合mos管與nmos管m5、nmos管m6組成的復合mos管構成電流鏡，因而流過pmos管m7與pmos管m8構成的復合mos管的充電電流iup與流過nmos管m9與nmos管m10構成的復合mos管的放電電流idn有iup＝idn＝ib，其中，ib為電流源ib的電流。

7、進一步的，所述放電電流補償電路中，放大器op3為單位增益負反饋連接，強制pmos管m25的源極電壓等于電荷泵輸出端vcp的電壓vcp，則pmos管m25的電流i25為其中，μp為空穴遷移率；cox為單位面積的柵氧化層電容；(w/l)25為pmos管m25的寬長比，vb1為信號端vb1的電壓，vthp為pmos管的閾值電壓。nmos管m23的溝道寬長比是nmos管m26的n倍，nmos管m24的溝道寬長比是nmos管m27的n倍，nmos管m23的電流i23為i23＝ni25。當電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸升高到外部電源電壓vdd過程中，pmos管m7與pmos管m8構成的復合管會進入線性區，使得流過pmos管m7與pmos管m8構成的復合管的充電電流iup減小。同時，電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸升高過程中且vcp-vb1>|vthp|，pmos管m25開啟，nmos管m30工作在截止區，此時nmos管m23支路抽取一部分電路，使得流過nmos管m5與nmos管m6組成的復合mos管的電流i5為i5＝ib-ni25。同時，nmos管m9、nmos管m10組成的復合mos管與nmos管m5、nmos管m6組成的復合mos管構成電流鏡，因而隨著電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸升高，流過nmos管m9和nmos管m10組成的復合mos管的放電電流idn也漸漸降低，即隨著電路的充電電流iup降低同時電路的放電電流idn也降低，從而通過優化相應參數能提高電荷泵放電電流idn與充電電流iup的匹配性。

8、進一步的，所述放電電流補償電路中，放大器op4為單位增益負反饋連接，強制nmos管m30的源極電壓等于電荷泵輸出端vcp的電壓vcp，則nmos管m30的電流i30為其中，μn為電子遷移率；(w/l)30為nmos管m30的寬長比，vb2為信號端vb2的電壓，vthn為nmos管的閾值電壓。pmos管m32的溝道寬長比是pmos管m29的m倍，pmos管m31的溝道寬長比是pmos管m28的m倍，pmos管m32的電流i32為i32＝mi30。當電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸降低到外部地gnd過程中，nmos管m9和nmos管m10構成的復合管會進入線性區，流過nmos管m9和nmos管m10構成的復合管的放電電流idn降低。同時，電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸降低過程中且vb2-vcp>vthn，nmos管m30開啟，pmos管m25工作在截止區，pmos管m32的電流注入到nmos管m5中，此時流過nmos管m5電流增加，使得流過nmos管m5與nmos管m6組成的復合mos管的電流i5為i5＝ib+i32＝ib+mi30。同時，nmos管m9、nmos管m10組成的復合mos管與nmos管m5、nmos管m6組成的復合mos管構成電流鏡，因而隨著電荷泵輸出端vcp電壓vcp逐漸降低，pmos管m32的電流注入到nmos管m5中從而抑制流過nmos管m9和nmos管m10組成的復合mos管的放電電流idn降低，進而提高電路的放電電流idn與充電電流iup的匹配性。當電荷泵輸出端電壓vcp接近vdd/2時，有vcp-vb1<|vthp|以及vb2-vcp<vthn，pmos管m25截止，nmos管m30截止，此時放電電流補償電路不工作，從而放電電流idn與充電電流iup為idn＝iup＝ib。

9、進一步的，所述動態校準電路中，放大器op2強制nmos管m21的漏極電壓等于電荷泵輸出端vcp的電壓vcp，并通過放大器op2、nmos管m5、nmos管m21等構成負反饋系統實現動態反饋校準，使得電荷泵輸出電壓vcp變化時，通過該動態反饋校準技術使得pmos管m4的電流等于nmos管m5的電流，并通過pmos管m7、pmos管m8組成的復合mos管與pmos管m1、pmos管m2組成的復合mos管構成電流鏡，nmos管m9、nmos管m10組成的復合mos管與nmos管m5、nmos管m6組成的復合mos管構成電流鏡，使得電荷泵的充電電流與放電電流匹配。即，當電荷泵輸出端電壓vcp增加時，放大器op2的輸出降低，pmos管m4的電流大于nmos管m5的電流，從而流過pmos管m4的電流有一部分從放大器op2的輸出端流入放大器op2內，nmos管m21與nmos管m22的柵極電壓降低使得放大器op2同向輸入端電壓增加，進而使得放大器op2輸出端電壓恢復正常值，使得流過pmos管m4的電流等于流過nmos管m5的電流；同理，當電荷泵輸出端電壓vcp降低時，放大器op2輸出端電壓增加，pmos管m4的電流小于nmos管m5的電流，放大器op2的輸出端流出一部分電流并注入到nmos管m5，nmos管m21與nmos管m22的柵極電壓上升并使得放大器op2同向輸入端電壓降低，進而使得放大器op2輸出端電壓恢復正常值，使得流過pmos管m4的電流等于流過nmos管m5的電流，從而實現電路的動態校準，提高電荷泵放電電流idn與充電電流iup的匹配性。

10、本發明的優點及有益效果如下：

11、本發明通過提供一種帶動態校準的電荷泵電路，采用pmos管m7與pmos管m8構成的組合mos管實現充電電流源，采用nmos管m9與nmos管m10構成的組合mos管實現放電電流源，提高充放電流源精度并提高電路輸出電壓擺幅；當電路輸出電壓從1/2電源電壓上升到電源電壓過程中，采用放大器op3、pmos管m25、nmos管m26、nmos管m27、nmos管m23以及nmos管m24構成的補償電路來調整電路的放電電流，當電路輸出電壓從1/2電源電壓下降到地線過程中，采用放大器op4、nmos管m30、pmos管m29、pmos管m28、pmos管m31以及pmos管m32構成的補償電路來調整電路的充電電流，從而提高電路充放電流的匹配性；采用放大器op2、nmos管m5、nmos管m6、nmos管m21以及nmos管m22構成的負反饋動態校準電路，調整流入/流出放大器op2輸出端的電流，從而動態調整電荷泵電路的充放電流，提高電路的充電電流與放電電流的匹配性，進而實現一種帶動態校準的電荷泵電路。