EJX430A一種適用于相變存儲器鎖相環(huán)時鐘的新型電荷泵451用于PCM的鎖相環(huán)電路應(yīng)具有低輸出噪聲與低功耗輸出，這要求電荷泵電路盡可能降低熱噪聲與1/f噪聲，但同時需要占用大的面積與高輸出阻抗，這樣不僅可以減小電流不匹配問題，同時也改善了PSRR。
適用于PCM時鐘的電荷泵電路。N管電流源與P管電流源交叉組合，分別與Mn9和Mp7搭配形成電流源，從而消除了N管與P管在工藝上的不匹配，為開關(guān)管提供了精確的電流。采用共源共柵結(jié)構(gòu)的電流源消除了溝道長度調(diào)制的影響。
Mn3和Mn1為基準電流鏡，鏡像電流至Mn4和Mn6兩路電流臂，這兩路電流臂又為Mp1和Mp5提供基準電流，而Mp1將電流鏡像至Mp3一路，從而又為Mn8提供基準電流源。最終，Mn8與Mp5分別將電流鏡像至Mn9和Mp7管，而up/up_b與dw/dw_b控制電流的開關(guān)，從而控制輸出端的充放電情況。
電流鏡中的NMOS管與PMOS管的不匹配也會引起電荷泵電流的不匹配。采用小尺寸的MOS管，可減小MOS管上的寄生交疊電容；為解決電流失配的問題，應(yīng)該盡量增加Vgs-Vt，但這會減小電荷泵的動態(tài)輸出范圍。折中考慮Vgs-Vt=0.2V.up/up_b與dw/dw_b開關(guān)管采用相同尺寸，且需要在版圖規(guī)劃上做到很好的匹配，否則電荷在一個周期平均抵消，但VCO控制電壓會產(chǎn)生波動，增加了干擾紋波。
由于開關(guān)信號未接在輸出，故up/dw信號沒有直接連至環(huán)路濾波器，減小了電荷饋通帶來的影響。運算放大器OPA的加入保證了輸出端電位與參考電位相等。從而使輸出端電位穩(wěn)定，消除了電流不匹配的問題。為了使得信號轉(zhuǎn)換過程中的毛刺最小化，在電源和地之間加入Ca和Cb兩個電容。
EJX430A所設(shè)計的電荷泵電路采用SMIC40nm1P4M工藝庫，用于PCM電路的PLL時鐘電路中，電源電壓為2.5V，電荷泵輸入電流12uA，運算放大器的輸入電流為1.5uA，參考時鐘為2MHz，作用下的變化情況，可以看出，當(dāng)up信號由0上升至vdd時，電流為-10A，輸出電壓向上爬升。
當(dāng)up信號回歸至0時，電流為0，輸出電壓保持不變。UP信號的變化與電流的變化之間存在150ps左右的開關(guān)延遲。故，上一級PFD電路的reset端需要加一些反相器，這樣最小的up/dw脈沖寬度超過150ps的開關(guān)時間，在CP-PFD轉(zhuǎn)換功能中就不會存在死區(qū)。
幾種傳統(tǒng)電荷泵即使在PLL鎖定狀態(tài)下，up和down也會在有限的時間內(nèi)同時打開電荷泵，由于工藝等各種原因，會使充電和放電電流間存在一個I△cp的差異，這樣即使上下兩個開關(guān)都打開，電荷泵輸出的凈電流也不為零，由此在每個相位比較的瞬間都產(chǎn)生一個固定值，從而影響VCO的輸出，造成PLL的失鎖。
電荷泵中的開關(guān)管在關(guān)閉時，時鐘信號的饋通及對電荷泵開關(guān)的電荷注入將影響VCO的控制電壓，進一步增加相位誤差，使得VCO控制電壓發(fā)生紋波。開關(guān)管NMOS與PMOS間的交疊電容存在于溝道寬度的不匹配，會造成開關(guān)管的時鐘饋通。
由于各管的源、漏電壓都近似等于VCO控制電壓，故電荷的干擾主要來源是電荷注入，為減少電荷注入失配問題，采用最小尺寸的MOS管來做開關(guān)管。Vc處于懸空狀態(tài)，跳變現(xiàn)象會使得Vc電壓不連續(xù)，成為PLL環(huán)路的噪聲源，導(dǎo)致輸出頻率的不穩(wěn)定。
電荷共享是由于相位鎖定時up/down信號斷開，上拉管的電壓上拉為VDD，而下拉管被下拉為GND，都與輸出點電壓不相同，當(dāng)兩管同時導(dǎo)通時，會在輸出點處產(chǎn)生一個擾亂電壓，將VCO控制電壓錯誤的抬高或者拉低，導(dǎo)致鎖相環(huán)工作不穩(wěn)定。
解決電荷分享的方案是插入一個單位增益放大器使得S1，S2的電壓通過負反饋得以耦合。引入的參考電壓和差分放大器將使得輸出點電壓與參考電壓分別接到放大器的同相端和反相端。這樣構(gòu)成閉環(huán)后就可以運用虛短，使輸出端電位與參考電位相等。從而使輸出端電位穩(wěn)定，消除了電流不匹配的問題。
引入的差分放大器的復(fù)雜程度遠超過電荷泵本身電路，該放大器會有比較大的輸出電流，會對原來的電荷泵產(chǎn)生很大影響。全差分結(jié)構(gòu)的電荷泵具有差分電壓的固有特性，對共模信號有很好的抑制。全差分結(jié)構(gòu)的電荷泵能夠很好抑制電路中不理想因素所致的壓控電壓Vctrl的抖動，不需要原來的PMOS和NMOS產(chǎn)生的電流之間的匹配，而改為PMOS與PMOS，NMOS與NMOS之間的匹配，相對容易很多。
但由于這種電路結(jié)構(gòu)存在相差，會導(dǎo)致充放電電流不同步，這將對差模干擾起到惡化作用，因此必須盡量保證兩開關(guān)UP和DOWN的匹配。另一方面，也可增加共源共柵管來防止電流抖動。
聯(lián)系人：小費
ＱＱ：2851759102
郵箱：2851759102@qq.com
傳真：0592-5580710
電話：0592-2350124
手機：18050025437
3HAC024600-002
3HAC024600-004
3HAC024600-005
3HAC024601-001
3HAC024609-001
3HAC0246-1
3HAC024628-001
3HAC024629-001
3HAC024649-001
3HAC024651-001
3HAC024652-001
3HAC024653-001
3HAC024654-001
3HAC024655-001
3HAC024656-001
3HAC024672-004
3HAC024674-001
3HAC024691-001
3HAC024692-001
3HAC024692-013
3HAC024692-047
3HAC024692-051
3HAC024692-054
3HAC024692-060
3HAC024701-004
3HAC024701-005
3HAC024701-008
3HAC024701-015
3HAC024702-001
3HAC024705-001
3HAC024706-003
3HAC024706-004
3HAC0247-1
3HAC024715-003
3HAC024716-001
3HAC024719-003
3HAC024722-001
3HAC024724-001
3HAC024725-001
3HAC024726-001
3HAC024727-001
3HAC024727-002
3HAC024728-001
3HAC024728-002
3HAC024729-001
3HAC024733-001
3HAC024734-001
3HAC024742-001
3HAC024746-003
3HAC024752-001
