高性能电荷泵：优化静态与动态匹配特性

"这篇研究论文介绍了一种具有优化静态和动态匹配特性的高性能电荷泵。采用伪级联结构和体偏置技术实现高输出阻抗，并通过分析开关的开启和关闭机制，改进了电流开关的耦合问题，提高了转换速度。在SMIC 130nm CMOS工艺中实现的原型验证了设计的有效性，静态不匹配度仅为0.37%，VCO控制电压的最大峰值为1.97mV，参考杂散为-73.1dBc，表明其在锁相环输出信号中的低噪声性能。" 本文是关于微电子技术领域的一个研究，具体关注的是电荷泵（Charge Pump，CP）的设计与优化。电荷泵是一种常见的DC-DC转换器，利用电荷转移来改变电压，广泛应用于无线通信、时钟恢复系统和频率合成等领域。 首先，该论文提出了一种新的高性能电荷泵设计，其特点是同时实现了静态和动态的完美匹配。静态匹配涉及到电荷泵各个部分在直流状态下的均衡，而动态匹配则涉及瞬态响应和效率。通过引入伪级联结构，电荷泵能够在宽电压范围内保持较高的等效输出阻抗，这有助于提高电压转换的稳定性。此外，体偏置技术的应用有助于优化电荷泵的开关性能，使其在不同工作条件下能快速响应。 其次，针对电流开关的耦合问题，论文通过深入分析开关的开启和关闭过程，发现并解决了一个关键问题。研究者插入了一个MOS电容，目的是削弱电流开关间的耦合，从而减小导通时间，这意味着电荷泵的开关动作更加迅速。同时，增加了一个额外的放电路径，以加速关断速度，进一步提高了电荷泵的动态性能。 实验结果表明，所设计的电荷泵原型在工艺、温度和电源电压变化时，静态不匹配度仅为0.37%，这是一项显著的进步，因为电荷泵的匹配度直接影响到其转换效率和稳定性。此外，VCO（压控振荡器）控制电压的波动（ripples）最大值仅为1.97mV，这意味着在电压控制上具有极高的精度。在锁相环（PLL）的输出信号中，参考杂散为-73.1dBc，这个数值显示了电荷泵在降低噪声和提高PLL性能方面的优异表现。 该研究通过创新的电路设计和优化技术，成功提升了电荷泵的静态和动态匹配特性，降低了噪声，提高了系统的稳定性和整体性能。这样的研究成果对于微电子和无线通信领域的电路设计具有重要的参考价值。