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专利号: 2020115481495
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵,其特征在于,包括:电荷泵偏置电路(1)及电荷泵核心电路(2),其中所述电荷泵偏置电路(1)主要通过NMOS管M6的栅极与PMOS管M7的栅极为所述电荷泵核心电路(2)提供偏置信号,所述电荷泵核心电路(2)主要通过输出端Vctrl为后级电路的滤波电容提供充/放电电流;

所述电荷泵偏置电路(1)包括:参考电流源IREF、NMOS管M1、NMOS管M2、PMOS管M3、NMOS管M4、PMOS管M5、NMOS管M6、PMOS管M7、PMOS管M8以及PMOS管M9,其中参考电流源IREF的一端分别与PMOS管M3的源极、PMOS管M5的源极、PMOS管M9的源极、PMOS管M7的源极以及外部电源VDD相连,参考电流源IREF的另一端分别与NMOS管M1的漏极、NMOS管M1的栅极、NMOS管M2的栅极以及NMOS管M4的栅极相连,NMOS管M1的源极分别与NMOS管M2的源极、NMOS管M4的源极、NMOS管M6的源极以及外部地GND相连,PMOS管M3的栅极分别与PMOS管M5的栅极、PMOS管M3的漏极以及NMOS管M2的漏极相连,PMOS管M9的栅极分别与PMOS管M9的漏极以及PMOS管M8的源极相连,PMOS管M8的漏极分别与PMOS管M5的漏极、NMOS管M6的漏极、NMOS管M6的栅极、NMOS管M16的栅极以及NMOS管M23的栅极相连,PMOS管M7的栅极分别与PMOS管M11的栅极、PMOS管M18的栅极、PMOS管M7的漏极以及NMOS管M4的漏极相连;

所述电荷泵核心电路(2)包括:PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、误差放大器op1以及误差放大器op2,其中PMOS管M11的源极分别与PMOS管M10的源极、PMOS管M17的源极、PMOS管M18的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M11的漏极分别与PMOS管M10的漏极、PMOS管M13的源极以及PMOS管M12的源极相连,PMOS管M12的栅极与信号输入端UP相连,PMOS管M12的漏极分别与误差放大器op1的反向输入端、误差放大器op1的输出端以及NMOS管M14的漏极相连,NMOS管M14的栅极与信号输入端DNb相连,NMOS管M14的源极分别与NMOS管M15的源极以及NMOS管M16的漏极相连,NMOS管M16的源极分别与NMOS管M23的源极以及外部地GND相连,PMOS管M13的栅极分别与PMOS管M20的栅极以及信号输入端UPb相连,PMOS管M13的漏极分别与PMOS管M19的漏极、NMOS管M21的漏极、误差放大器op2的正向输入端、误差放大器op1的正向输入端以及NMOS管M15的漏极相连,NMOS管M15的栅极分别与NMOS管M22的栅极以及信号输入端DN相连,PMOS管M17的栅极分别与PMOS管M10的栅极以及误差放大器op2的输出端相连,PMOS管M17的漏极分别与PMOS管M18的漏极、PMOS管M19的源极以及PMOS管M20的源极相连,PMOS管M20的漏极分别与误差放大器op2的反向输入端、NMOS管M22的漏极、PMOS管M8的栅极以及电荷泵输出端Vctrl相连,PMOS管M19的栅极与信号输入端UP相连,PMOS管M21的栅极与信号输入端DNb相连,NMOS管M21的源极分别与NMOS管M22的源极以及NMOS管M23的漏极相连。

2.根据权利要求1所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵,其特征在于,所述电荷泵偏置电路(1)中NMOS管M1、NMOS管M2以及NMOS管M4具有相同的沟道宽长比,PMOS管M5与PMOS管M3具有相同的沟道宽长比,PMOS管M5的漏极电流I5以及PMOS管M7的漏极电流I7有I5=I7=IREF,其中IREF是参考电流源IREF的电流,NMOS管M6的漏极电流I6为其中,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积的栅氧化层电容,(W/L)8为PMOS管M8的沟道宽长比,Vctrl为电荷泵输出端Vctrl的电压,Va为PMOS管M8的源极电压,VTHp为PMOS管的阈值电压。

3.根据权利要求2所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)中,信号输入端UP与信号输入端UPb为相反数字信号,信号输入端DN与信号输入端DNb为相反数字信号,误差放大器op2与误差放大器op1完全一样且其低频增益Ad>>

1,误差放大器op1采用单位增益连接,使得电荷泵在充/放电转换瞬间能抑制电荷共享效应,采用由PMOS管M17、PMOS管M18、PMOS管M19、PMOS管M20、NMOS管M21、NMOS管M22、NMOS管M23、误差放大器op2构成主体电荷泵以及由PMOS管M10、PMOS管M11、PMOS管M12、PMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、误差放大器op1构成主体电荷泵的充放电复制电路的结构以减小电荷泵电流失匹配性;PMOS管M11与PMOS管M18完全相同且其沟道宽长比均为PMOS管M7的N倍,PMOS管M11的漏极电流I11与PMOS管M18的漏极电流I18有I11=I18=N×IREF,其中,IREF为参考电流源IREF的电流,PMOS管M17与PMOS管M10具有相同的沟道宽长比,PMOS管M17的漏极电流I17与PMOS管M10的漏极电流I10有I17=I10。

4.根据权利要求3所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)中,当信号输入端UP为高电平以及信号输入端DN为低电平时,PMOS管M13、PMOS管M20、NMOS管M14以及NMOS管M21开启,PMOS管M12、NMOS管M15、PMOS管M19以及NMOS管M22关断,PMOS管M17的漏极电流I17与PMOS管M18的漏极电流I18经过PMOS管M20到电荷泵输出端Vctrl的充电电流Iup对后级电路的滤波电容进行充电,且充电电流Iup为其中,N为PMOS管M18与PMOS管M7的沟道宽长比之比值,IREF为参考电流源IREF的电流,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积的栅氧化层电容,(W/L)17为PMOS管M17的沟道宽长比,Vout为PMOS管M17及PMOS管M10的栅极电压,VDD为外部电源VDD的电压,VTHp为PMOS管的阈值电压,PMOS管M10的漏极电流I10与PMOS管M11的漏极电流I11经过PMOS管M13、NMOS管M21到NMOS管M23,使得充电电流Iup等于NMOS管M23的电流,进而减小电流失匹配性,同时误差放大器op2作为嵌位放大器,动态调整PMOS管M17以及PMOS管M10的栅极电压Vout,电荷泵输出端电压Vctrl伴随电荷泵对后级电路的滤波电容充电过程而上升,PMOS管M17以及PMOS管M10的栅极电压Vout降低,充电电流Iup增加,从而在充电状态下增大电荷泵输出端电压的动态范围。

5.根据权利要求4所述的一种宽锁定范围低电流失配的电荷泵,其特征在于,所述电荷泵核心电路(2)中,当信号输入端UP为低电平,信号输入端DN为高电平,则PMOS管M13、NMOS管M14、PMOS管M20以及NMOS管M21关断,PMOS管M12、NMOS管M15、PMOS管M19以及NMOS管M22开启,后级电路的滤波电容通过电荷泵输出端Vctrl、NMOS管M22到NMOS管M23进行放电,同时NMOS管M16与NMOS管M23完全相同且其沟道宽长比是NMOS管M6的N倍,则NMOS管M16的饱和漏极电流I16、NMOS管M23的漏极电流I23与放电电流Idn有其中,IREF

为参考电流源IREF的电流,μp为空穴迁移率,Cox为单位面积的栅氧化层电容,(W/L)8为PMOS管M8的沟道宽长比,Va为PMOS管M8的源极电压,Vctrl为电荷泵输出端Vctrl的电压,VTHp为PMOS管的阈值电压,电荷泵充电电流Iup为PMOS管M17的漏极电流I17与PMOS管M18的漏极电流I18之和,且电流I17与电流I18经过PMOS管M19、NMOS管M15到NMOS管M16,使得充电电流Iup与放电电流Idn相等,从而减少电荷泵电流失配性;同时在所述电荷泵偏置电路(1)中PMOS管M9采用二极管连接,PMOS管M8的栅极接电荷泵输出端Vctrl,电荷泵放电时电荷泵输出端电压Vctrl逐渐降低,PMOS管M8的漏极电流增加,从而在放电状态情况下增加电荷泵输出端电压Vctrl的动态范围。