A Design of an Automatic Current Correcting Charge-Pump using Replica Charge Pump with Current Mismatch Detection

This paper presents a charge pump architecture for correcting the current mismatch due to the PVT variation. In general, the current mismatch of the charge pump should be minimized to improve the phase noise and spur performance of the PLL. In order to correct the current mismatch of the charge pump, the current difference is detected by the replica charge pump and fed back into the main charge pump. This scheme is very simple and guarantees the high accuracy compared with the prior works. Also, it shows a good dynamic performance because the mismatch is corrected continuously. It is implemented in 0.13um CMOS process and the die area is $100{\mu}m\;{\times}\;160{\mu}m$. The voltage swing is from 0.2V to 1V at supply voltage of 1.2V. The charging and discharging currents are $100{\mu}A$, respectively and the current mismatch due to the PVT variation is less than 1%.

부정합 감지 복제 전하 펌프를 이용한 자동 전류 보상 전하 펌프의 설계

본 논문에서는 공정, 전압, 온도 변화에도 전하 펌프의 전류부정합을 자동으로 보정하기 위한 전하 펌프 구조를 제안한다. 일반적으로 위상 동기 루프의 위상 잡음 및 스퍼 성능을 향상시키기 위해서 전하 펌프의 전류부정합을 최소화해야 한다. 전류부정합을 보정하기 위해서 복제 전하 펌프로부터 전류 복사를 통해 어떠한 경우에도 실제 전류 차이만큼을 피드백 하도록 하는 방법을 제안하였다. 이 방법은 전하 펌프의 전류부정합을 해결하기 위한 여러 가지 방법 중에서도 상대적으로 간단한 회로로 구성할 수 있으며, 부정합 전류치를 그대로 복사하기 때문에 높은 정확도를 가진다. 기존에 제안되었던 방법들은 대부분 다이나믹 특성에 대한 성능이 부족하지만 본 논문에서 제안된 방법은 실시간으로 보정기능을 수행함으로써 다이나믹 특성에서도 우수한 성능을 가진다. 제안하는 전하 펌프는 $0.13{\mu}m$ CMOS 공정으로 설계 되었으며, 면적은 $100{\mu}m\;{\times}\;160{\mu}m$이다. 1.2V의 공급전압에서 0.2V ~ 1V의 출력 전압 범위를 가진다. 충전 전류와 방전 전류는 $100{\mu}A$이며, PVT variation에 대한 전류 부정합은 1% 미만이다.