介绍
电荷泵Charge Pump是锁相环 (PLL) 设计中的关键组件，PLL 是一种用于将输出信号与参考信号同步的反馈控制系统。本文将展示电荷泵Charge Pump在 PLL 中的功能和重要性。
什么是电荷泵？
电荷泵是一种 DC-DC 转换器，利用电容器储存电荷来提高或降低电压水平。在 PLL 中，电荷泵在调节压控振荡器 (VCO) 以保持与参考信号的相位对齐方面起着关键作用。
PLL 中的电荷泵
典型的 PLL 由几个关键组件组成：相位频率检测器 (PFD)、电荷泵 (CP)、低通滤波器 (LPF) 和 VCO，如上图所示。PFD 将输入信号的相位与 VCO 反馈信号的相位进行比较，生成指示相位差的误差信号。然后，该误差信号被馈入电荷泵。
电荷泵如何工作？
上图更加详细的介绍了电荷泵，它在充电和放电状态之间切换。当 PFD 检测到相位错误时，它会向电荷泵发送脉冲。根据这些脉冲的状态，电荷泵会对电容器进行充电或放电，从而增加或减少控制电压 (Vc)。
充电：当 PFD 输出指示 VCO 滞后的信号时，电荷泵对电容器充电，从而增加 Vc。
放电：相反，如果 VCO 相位领先，则电荷泵会对电容器放电，从而降低 Vc。
上面图示最右边描述了这一操作，其中充电和放电过程使来自 PFD 的脉冲变得平滑，从而为 VCO 提供更稳定的控制电压。
低通滤波器的作用
低通滤波器 (LPF) 可消除电荷泵产生的控制电压中的纹波，确保稳定的 Vc 馈送到 VCO。这对于维持稳定的频率输出至关重要。
VCO控制电压
下面这张图说明了电荷泵连接到 VCO 时发生的情况。随着控制电压 (Vc) 的变化，它会调整 VCO 的频率。如果参考信号和 VCO 信号之间存在恒定的相位差，则电荷泵将不断调整 Vc，直到 PLL 实现锁定，这意味着输出频率与参考频率同步。
锁定 PLL
在 II 型 PLL 中（开环传输函数在原点处存在两个极点，所以该系统称为 type II PLL（II 型 PLL）），如图所示，输入脉冲必须重叠，以防止电荷泵输出上升到无限电压。当 PLL 锁定时，相位检测器输出稳定，电荷泵的输出电流为零，保持恒定的控制电压 𝑉𝑐=𝑣1。此状态可确保 VCO 以与参考信号匹配的稳定频率运行。
结论
电荷泵是 PLL 运行不可或缺的一部分，可确保对 VCO 进行精确控制并与参考信号保持同步。通过有效管理电容器的充电和放电，电荷泵有助于稳定控制电压，从而确保 PLL 有效运行。了解电荷泵运行的细微差别（尤其是 II 型 PLL 中的电荷泵运行），可以极大地帮助为各种应用设计更高效、更强大的锁相环PLL。
最后的话：
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