电荷泵 Charge Pump, CP
电荷泵是将相位信息（时域）转换为模拟量（电压域）的模块。
电荷泵的设计至关重要，特别是在分配比高的情况下
电荷泵分类：
传统三态门
低功耗，低噪音
固有的 PFD 补偿，开关噪声
电流转向
高速，中等 PFD 补偿，低噪声
静态电流消耗，开关噪声
差分输入, 单端输出
低 PFD 补偿
中功耗，信号路径不匹配
全差分
高速，低 PFD 补偿，高线性度，高 PSRR
对漏电流，衬底噪声较不敏感
输出摆幅增加
静态电流消耗，需要 CMFB (common mode feedback)
恒定电流流动可能会引起噪声/杂散问题。
图 1 电荷泵
电荷泵电路结构：单端型
切换期间产生高峰值电流（a）
需要低 (W/L)3 /(W/L)1 长宽比才能快速切换（b）
对栅极电容较不敏感，但关断时间较长（c）
图 2 电荷泵电路结构
a, 切换开关在漏极的电荷泵
弱的浮动节点受电荷共享和时钟馈通的影响更大
图 3 切换开关在漏极的电荷泵
b, 切换开关在栅极的电荷泵
M1始终处于饱和状态
可以在栅极放置电容以进行噪声过滤。
开关时间慢。
大电流镜比
-承受大电容(M1) 和低 gm(M3）。
图 4 切换开关在栅极的电荷泵
c, 切换开关在漏极的电荷泵
M1始终处于饱和状态
可以在源端放置大电容以进行噪声过滤。
-也缩短了切换时间。
大电流镜比不会影响开关时间
图 5 切换开关在漏极的电荷泵
变体：
减少寄生电容和LPF之间电荷共享的反馈（d）
电流转向提供快速切换（e）
半差分，但受电流镜切换的限制（f）
图 6 电荷泵变体结构
改进单端型
适用于低功耗，高性能频率合成器
图 7 改进单端型电荷泵
检查瞬态性能:
始终与PFD一起运行
重要的是监视IUP和IDN，而不仅仅是查看IUP – IDN。
匹配而不会丢失相位分辨率
-上升沿或下降沿陡峭但有毛刺，还是边缘缓慢而没有毛刺
图 8 瞬态性能
低功耗设计的栅极偏置
N次方（整数N）FS中的电荷泵电流可高达10mA
动态偏置可以降低稳态下的功耗
图 9 低功耗电路结构
差分电荷泵
当输出摆幅<Vth时，电压偏置可用于M5-M8
图 10 差分电荷泵
共模反馈CMFB电荷泵
线性区的N型场效应管用于共模反馈
采样电压来自电容。
–降低共模反馈环路中的高频噪声
图 11 共模反馈电荷泵
高性能差分电荷泵
全差分和对称 –对鉴频鉴相器补偿不敏感
不受电源/衬底噪声的影响 –适用于片上环路滤波器
高分辨率和良好的线性度
图 12 高性能差分电荷泵
