可降低ΣΔ量化噪声折叠的高线性度电荷泵

摘要

本发明属于集成电路技术领域，具体为一种新型的可降低∑Δ量化噪声折叠的高线性度的电荷泵电路。该电路通过提高电荷泵电流源的输出阻抗，减小由于输出电压变化引起电话泵的上/下电流源之间的不匹配，提高电荷泵的线性度，减小了输出的参考时钟毛刺，同时减小由于电荷泵的非线性引起的高频量化噪声向低频的噪声的折叠，有效地降低了锁相环的带内相位噪声，提高输出振荡信号的频谱纯度。

权利要求

1.一种可降低∑Δ量化噪声折叠的高线性度电荷泵，其特征在于，设计一提高电荷泵电流源的输出阻抗电路，该电路由场效应管MN2、MN3和MP3组成偏置电路，其中，场效应管MN3和MP3漏极相串联，MN3的栅极与MN2的栅极串联；用场效应管MP2、MN4分别作为场效管放大器MN5、MN6的电流源，其中场效管放大器MN5的漏极串接MP2的漏极，场效管放大器MN6的漏极串接MP5的漏极；再用场效应管MN1、MP1的输出阻抗分别作为场效应管MN6、MP5的源极反馈电阻，其中，场效应管MN1漏极与场效应管MN6漏极串联，场效应管MP1漏极与场效应管MP5漏极串联；信号输入至场效应管MN1的栅极DN，场效应管放大器MN6的漏极为引出输出端。

说明书

可降低ΣΔ量化噪声折叠的高线性度电荷泵

技术领域：

[0001] 本发明属于集成电路技术领域，具体为一种新型的可降低ΣΔ量化噪声折叠的高线性度电荷泵电路。

背景技术

[0002] 当近社会，随着通信技术的不断的地发展，2G/2.5G移动通信方兴未艾，3G移动通信发展的如火如茶。各种无线通信协议大量并存，如GSM，WCDMA，DCS1800等语音通信协议，WLAN(802.11a/b/g)，Wimax等高速数据通信协议，同时平均每6个月就有一种新的通信协议的出现并应用在生产生活领域。多种标准的存在一方面针对各种不同的应用领域，给生产生活带来了极大的便利，但另一方面对硬件提出了新的要求。为了能够使用多种协议，需要配备针对各种协议的硬件设备，增加了成本。因此能够通过配置实现不同通信协议的硬件系统成为市场的需求。软件无线电的研究就是从收发器的架构和硬件电路的创新来满足对多协议的要求。

[0003] 在无线收发器中，频率综合器提供本振信号，在发射端将需要传输的信息调制到射频频段；在接收端，将射频信号下变频到基带信号。本振信号的性能将直接影响到无线通信的质量的优劣。评价本征信号的重要指标就是输出本振信号的相位噪声特性。在接收端，本振信号的高低将直接决定接收机的灵敏度，信噪比以及误码率。因此在本征信号产生电路的设计中除了灵活快速地提供输出振荡频率外，最重要的就是通过各种设计手段来降低频率综合器的相位噪声。分数分频频率综合器提供更高的频率精度，更快的频率转换时间，同时也引入了ΣΔ调制器产生的量化噪声。虽然该噪声可以通过降低环路带宽加以消除，但是由于鉴频鉴相电路和电荷泵电路的非线性，将高频的量化噪声折叠到低频处，增加了带内的相位噪声。因此设计高线性度的鉴频鉴相和电荷泵电路成为降低量化噪声的折叠的关键。发明内容：

[0004] 本发明的目的在于提出了一种新的高输出阻抗的电荷泵电路，该电路由场效应管MN2、MN3和MP3组成偏置电路，用场效应管MP2、MN4分别作为场效管放大器MN5、MN6的电流源，再用场效应管MN1、MP1的输出阻抗作为场效应管MN6、MP5的源极反馈电阻，信号输入至场效应管MN1的栅极DN，场效应管放大器MN6的漏极为引出输出端。

[0005] 本发明的优点是，该电路可以在输出电压发生变化的时候，减小输出电流的变化，提供更好的对环路滤波器的充/放电电流之间的匹配，减小了由于电荷泵充/放电电流之间失配引起的量化噪声的折叠，提高了频率综合器的相位噪声特性。

[0006] 通过MP1、MP5、MP4以及MN1、MN5、MN6构成了增益提高的高输出阻抗的电流源，当输出电压Vout在较大的范围内变化的时候，和基本保持不变()，提高了电荷泵的上/下电流源之间的匹配性，提高了电荷泵的线性度。

[0007] 在于高增益的实现不需要MOS管的层叠，提高了输出的电荷的幅度，适合在低电压电路中应用，保证压控振荡器控制电压有足够大的工作范围，扩大了频率综合器的输出的工作频率范围。

[0008] 在分数分频频率综合器中，由于调制器产生的不断变化的相位差，通过电荷泵的作用，由信号相位差变为电荷的时候，不会发生非线性转换，减小了量化噪声的高频噪声向低频段的折叠，有效地降低了频率综合器的带内噪声特性，特别时候用于极化调制结构中的相位域的PLL间接调制，降低了信号调制的误码率。附图说明：

[0009] 图1为增益提高的电流源的原理图。

[0010] 图2为基于单管运算放大器控制的增益提高的电流源的电路图。

[0011] 图3为本发明采用增益提高的减小ΣΔ量化噪声的折叠的高线性度的电荷泵的电路原理图。

具体实施方式

[0012] 本发明提出了一种利用增益提高电路设计的高线性度的电荷泵电路。其中增益提高增加输出阻抗的电路如图1所示，由运算放大器A3，共源级放大器M2和源极反馈电阻R0组成，从M2的漏级看进去的交流小信号电阻为：

[0013] Rout≈A3*gm2*ro2*RO

[0014] 其中A3为运放的小信号增益，gm2为M2的跨导，ro2为M2的漏源小信号电阻，R0为源极反馈电阻。该电路通过运算放大器A3来驱动M2的栅极，使得Vx始终等于Vb，因此M2的漏极电压变化对Vx的影响极小，因为运算放大器A3控制了Vx的变化。由于Vx的变化极小，因此流过源极负反馈电阻的电流保持恒定，实现了很高的阻抗。和传统的通过传统的共源共栅结构来提高输出阻抗的方式来比较，不需要在M2的漏极层叠MOS管，增加了电流源的输出电压工作范围，适合应用于低电压大输出摆幅的电荷泵。

[0015] 运算放大器可以用单管放大器M3来实现，如图2所示，等效的小信号输出阻抗为：

[0016] Rout≈(gm2*ro2*RO)(gm3*ro3)

[0017] 利用增益提高电路实现的高线性度的电荷泵电路如图3所示，通过增益提高技术，小信号输出阻抗增加，减小了由于沟道调制效应引起的电荷泵的上/下电流之间的不匹配，对应的输出阻抗为：

[0018] Rout_up≈(gm5*ro5*rO1)(gm4*ro4)

[0019] Rout_dn≈(gm6*ro6*rO1)(gm5*ro5)

[0020] 在电荷泵的设计中保持高的输出阻抗，可以有效低地减小由于输出的压控振荡器的控制电压变化而引起的不匹配。

[0021] 下面结合附图进一步描述本发明。在图3所示的电路中，MN2、MN3、MP3组成偏置电路，MP2、MN4分别是单管放大器MN5、MP4的电流源，而MN1、MP1的小信号输出阻抗用来作为MN6、MP5的源极负反馈电阻。电荷泵的工作方式，以下拉电流源为例，当来自鉴频鉴相器的控制信号DN为高有效的时候，MN6、MN5、MN1共同组成增益提高电路，提高电荷泵的输出阻抗。电荷泵上/下电流源的输出阻抗的增加，增加了电流源之间的匹配性，有效地减小了由于电荷泵非线性造成的量化噪声的折叠，较小了频率综合器的带内相位噪声。同时由于这种结构的电荷泵不需要进行MOS管的层叠，增加了输出电压裕度，适合低电压电路设计的应用。