互补型电荷泵结构及工作原理所示的电路是一种低电压、高频率的新型电荷泵的充电电路部分。它与的基本电荷泵电路的区别在于：将流入M1的电流镜像，对节点A充电，节省了功耗。上拉电流源M52M6用于提高节点A的充电速度。如果不用上拉电路，那么当IB的电流流入M1时，M3中仍然会产生瞬时电流，导致VCO产生相位噪声。加入上拉管M7后，当UP上所加的信号由高电平变成低电平时，由于M7已将B节点充电至高电平，M1迅速导通，M7通过M1放电，将M3关断。

　　互补型电荷泵的充电电路反相延时单元和M8用于解决M4的电荷分享问题，以避免输出电压的低频瞬态干扰<4>。由于UP信号加在反相延时单元上，就使M4总是在M8之前td时间开启或关闭，从而保证了M4产生的干扰不会影响到CL上的电压。另外，M8的寄生电容也使这一干扰进一步减弱。

　　该电路是增益提高了的正反馈放大器，其正反馈系数α和增益Av分别为<5>：α=（W/L）6/（W/L）5；Av=<1/（1-α）><μn（W/L）1/μp（W/L）5>1/2。

　　（1）电路的开关速度由电流源IB的大小和节点A的电容决定。节点A的电容可表示为CA=CGs3+CGs4+CGs7+701CDs2+CDs5+CDs6。（2）由式（1）可以推知α的*大值为1，当α>1时，就会出现滞后现象。

　　通常将α的值取为0。75。所示的是由完全对称的单元组成的互补型电荷泵。在设计时，应保证PMOS管与NMOS管的延时完全一致。在所用的模型中，NMOS管和PMOS管的载流子迁移率之比约为2.3∶1，因此在设计晶体管的尺寸时可以此为参考，尤其对于用作充/放电管的NMOS管和PMOS管，应严格按照这一比值进行设计。

　　仿真结果采用Cadence的Spectre仿真软件对电路进行仿真。所示的是互补型电荷泵电路的仿真结果。电源电压定为2V时，电路的充电和放电电流都约等于110μA.（a）是基本电荷泵对负载电容充电时的输出电压波形，（b）是互补型电荷泵放电时的输出电压波形。（c）和（d）分别是基本电荷泵充电时和互补型电荷泵放电时输出波形的局部放大图。可以清楚看到互补型电荷泵输出电压的波形变化平稳，无跳变。该电荷泵电路的平均功耗为0.08mW.

　　本文中所述的互补型电荷泵电路采用的是CSMC1.2μmCMOS工艺。该工艺库具有很好的Spectre仿真结果波形图高/低电压兼容能力，所设计的电路可以工作在2V的低电压下。对于基本电荷泵电路，其输出电压的范围受到充/放电电流路径和NMOS开关阈值电压的限制，而这种新型的电荷泵很好地克服了这一缺陷，输出电压的范围为0～2V.

　　电路的Spectre仿真结果显示，该电荷泵电路开关速度快，功耗低，可以在低电压和高频情况下正常工作，输出电压范围宽，波形平滑，抖动小。同时在不增加电路功耗的前提下消除了传统电荷泵电路的电压跳变现象。