JP2013247619A - Current control circuit and pll circuit using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電流制御回路およびこの電流制御回路を用いたPLL回路に関する。 The present invention relates to a current control circuit and a PLL circuit using the current control circuit.
従来、PLL回路を構成するチャージポンプ回路として、例えば電流制御回路を備えたチャージポンプ回路が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、このようにPLL回路に適用されるチャージポンプ回路として、例えば、図4に示すような電流制御回路10が提案されている。
図4に示す電流制御回路10は、電源VDDに、スイッチ手段として動作するスイッチPMOSトランジスタP2、電流源として動作する電流源PMOSトランジスタP1、同じく電流源として動作する電流源NMOSトランジスタN1、スイッチ手段として動作するスイッチNMOSトランジスタN2が、この順に直列に接続され、スイッチNMOSトランジスタN2の他端がGNDに接地されるパスを備える。さらに、スイッチPMOSトランジスタP2のドレインから電流源PMOSトランジスタP1とは別経路でスイッチNMOSトランジスタN3のドレインに繋がり、GNDに接地されるパスと、電流源NMOSトランジスタN1のソースから、スイッチNMOSトランジスタN2とは別経路で、スイッチPMOSトランジスタP3のドレインに繋がり電源VDDに接続されるパスと、を有する。
Conventionally, as a charge pump circuit constituting a PLL circuit, for example, a charge pump circuit including a current control circuit has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
As a charge pump circuit applied to the PLL circuit in this way, for example, a
The
なお、図4では、電流制御回路10を構成する各スイッチMOSトランジスタP2、N2、N3、P3を制御する制御回路PFD(Phase Frequency Detector(位相比較器))も示している。
さらに、電流源PMOSトランジスタP1のゲートには、バイアス電圧Bias_Pが入力されるとともに、電源VDDと電流源PMOSトランジスタP1のゲートとの間に大容量の安定化容量C1が接続される。同様に、電流源NMOSトランジスタN1のゲートには、バイアス電圧Bias_Nが入力されるとともに、電流源NMOSトランジスタN1のゲートとGNDとの間に大容量の安定化容量C2が接続される。
FIG. 4 also shows a control circuit PFD (Phase Frequency Detector) that controls each of the switch MOS transistors P2, N2, N3, and P3 constituting the
Further, a bias voltage Bias_P is input to the gate of the current source PMOS transistor P1, and a large-capacity stabilization capacitor C1 is connected between the power supply VDD and the gate of the current source PMOS transistor P1. Similarly, a bias voltage Bias_N is input to the gate of the current source NMOS transistor N1, and a large-capacity stabilization capacitor C2 is connected between the gate of the current source NMOS transistor N1 and GND.
そして、電流源PMOSトランジスタP1および電流源NMOSトランジスタN1の接続点と出力端子Toutとが接続され、ここから出力電流Ioutが出力される。
また、スイッチPMOSトランジスタP2およびスイッチNMOSトランジスタN3のゲートには、電流を出力するための制御信号であるUP信号が制御回路PFDから入力され、スイッチNMOSトランジスタN2およびスイッチPMOSトランジスタP3のゲートには出力から電流を引き込むための制御信号であるDOWN信号が制御回路PFDから入力される。
A connection point between the current source PMOS transistor P1 and the current source NMOS transistor N1 is connected to the output terminal Tout, and an output current Iout is output therefrom.
An UP signal, which is a control signal for outputting current, is input from the control circuit PFD to the gates of the switch PMOS transistor P2 and the switch NMOS transistor N3, and output to the gates of the switch NMOS transistor N2 and the switch PMOS transistor P3. The DOWN signal, which is a control signal for drawing current from, is input from the control circuit PFD.
そして、制御回路PFDにおいて、スイッチPMOSトランジスタP2およびスイッチNMOSトランジスタN3へのUP信号およびスイッチNMOSトランジスタN2およびスイッチPMOSトランジスタP3へのDOWN信号を制御することによって、出力電流Ioutを制御するようになっている。
図5は、チャージポンプとして図4の電流制御回路10を適用した、高周波PLL(Phase-locked loop)回路の構成を示したものである。
In the control circuit PFD, the output current Iout is controlled by controlling the UP signal to the switch PMOS transistor P2 and the switch NMOS transistor N3 and the DOWN signal to the switch NMOS transistor N2 and the switch PMOS transistor P3. Yes.
FIG. 5 shows a configuration of a high-frequency PLL (Phase-locked loop) circuit to which the
このPLL回路20は、図5に示すように、水晶発振器(XO:Crystal Oscillator)1、R分周器2、位相比較器(PFD:Phase Frequency Detector)3、チャージポンプ(CP:Charge Pump)4、LPF(Loop Filter)5、電圧制御発振器(VCO:Voltage Controlled Oscillator)6、およびN分周器7を含んで構成され、電圧制御発振器6の出力が出力電圧Voutとして出力されるようになっている。
As shown in FIG. 5, the
R分周器2は、水晶発振器1で生成した基準入力信号(XO信号)の発振周波数を基準周波数とし、この基準入力周波数を1/Rに落すための分周器である。同様にN分周器7は電圧制御発振器6の出力信号Voutの周波数を1/Nに落すための分周器である。
位相比較器3は、基準入力信号の基準周波数をR分周した入力参照信号と、電圧制御発振器6の出力信号Voutの周波数をN分周したN分周器7の出力信号との2つの信号の周波数および位相を比較し、その差分に応じて制御信号(UP信号、DOWN信号)をチャージポンプ4に出力する。
The R frequency divider 2 is a frequency divider for setting the oscillation frequency of the reference input signal (XO signal) generated by the crystal oscillator 1 as a reference frequency and reducing the reference input frequency to 1 / R. Similarly, the N frequency divider 7 is a frequency divider for reducing the frequency of the output signal Vout of the voltage controlled
The
チャージポンプ4は、位相比較器3からの制御信号に基づき電流を出力、または、電流を引き込むことにより、出力電流Ioutを制御する。
LPF5は、チャージポンプ4から出力される出力電流Ioutを直流電圧(VCO制御電圧)に変換する。
電圧制御発振器6は、LPF5で変換されたVCO制御電圧に比例した周波数の信号を生成し、これを出力信号Voutとして出力端子8に供給するとともに、N分周器7に出力する。
The charge pump 4 controls the output current Iout by outputting a current or drawing a current based on a control signal from the
The LPF 5 converts the output current Iout output from the charge pump 4 into a DC voltage (VCO control voltage).
The voltage controlled
そして、電流制御回路10のスイッチPMOSトランジスタP2およびスイッチNMOSトランジスタN3に位相比較器3からのUP信号が入力され、スイッチNMOSトランジスタN2およびスイッチPMOSトランジスタP3に位相比較器3からのDOWN信号が入力され、このUP信号およびDOWN信号に応じて電流制御回路10の出力電流Ioutが制御される。
The UP signal from the
すなわち、電圧制御発振器6の利得が正である場合には、R分周器2からの入力参照信号に対し、その比較対象であるN分周器7の出力信号の位相が進んでいるときには、位相比較器3は、チャージポンプ4にDOWN信号を出力する。チャージポンプ4は、DOWN信号に応じて、LPF5から電流を引き込み、VCO制御電圧を引き下げ、電圧制御発振器6の出力信号Voutの位相を遅らせるように補正する。
That is, when the gain of the voltage controlled
逆にN分周器7の出力信号に対して入力参照信号の位相が進んでいるときには、チャージポンプ4にUP信号を出力する。チャージポンプ4は、UP信号に応じて出力電流Ioutを出力し、VCO制御電圧を引き上げて、電圧制御発振器6の出力信号Voutの位相を進めるように補正する。
また、電圧制御発振器6の利得が負の場合には、上記と逆の動作となる。
Conversely, when the phase of the input reference signal is advanced with respect to the output signal of the N frequency divider 7, the UP signal is output to the charge pump 4. The charge pump 4 outputs the output current Iout according to the UP signal, raises the VCO control voltage, and corrects the phase of the output signal Vout of the voltage controlled
Further, when the gain of the voltage controlled
前述のように、図4に示す電流制御回路10を用いて図5に示すようなPLL回路20を構成すると、スイッチPMOSトランジスタP2およびスイッチNMOSトランジスタN3のゲートに位相比較器3からのUP信号が入力され、スイッチNMOSトランジスタN2およびスイッチPMOSトランジスタP3のゲートには、位相比較器3からのDOWN信号が入力される。
As described above, when the
DOWN信号がローレベルであり且つローレベルのUP信号が入力されると、UP信号の立ち下がりエッジによってスイッチNMOSトランジスタN3はオフ、スイッチPMOSトランジスタP2はオンとなりスイッチPMOSトランジスタP2のドレイン電圧は瞬時に電源VDD電圧付近までチャージアップし、電流源PMOSトランジスタP1はオン状態に切り換わる。 When the DOWN signal is at a low level and a low level UP signal is input, the switch NMOS transistor N3 is turned off and the switch PMOS transistor P2 is turned on by the falling edge of the UP signal, and the drain voltage of the switch PMOS transistor P2 is instantaneously changed. Charging up to near the power supply VDD voltage, the current source PMOS transistor P1 is switched on.
一方、UP信号がハイレベルであり且つハイレベルのDOWN信号が入力されると、DOWN信号の立ち上がりエッジによって、スイッチPMOSトランジスタP3はオフ、スイッチNMOSトランジスタN2はオンとなり、スイッチNMOSトランジスタN2のドレイン電圧を電源VDD電圧からGNDまで瞬時にディスチャージする。
また、UP信号がローレベル、DOWN信号がハイレベルであり両方の電流源MOSトランジスタP1およびN1がオンしている状態では、同じ電流値となるように設計された電流源MOSトランジスタP1およびN1が釣り合って、出力電流Ioutは出力されない。
On the other hand, when the UP signal is at a high level and a high level DOWN signal is input, the rising edge of the DOWN signal turns off the switch PMOS transistor P3 and the switch NMOS transistor N2 to turn on the drain voltage of the switch NMOS transistor N2. Is instantaneously discharged from the power supply VDD voltage to GND.
When the UP signal is low and the DOWN signal is high and both current source MOS transistors P1 and N1 are on, the current source MOS transistors P1 and N1 designed to have the same current value are In balance, the output current Iout is not output.
このように、図4に示す電流制御回路10は、出力電流Ioutとして、3つの状態をもつ回路であり、そのため、PLL回路20のチャージポンプ4としても動作することができるのである。
また、図4の電流制御回路10のスイッチNMOSトランジスタN3は、UP信号の立ち下がりエッジを検知してオフからオンになり、電流源PMOSトランジスタP1以上の電流駆動力で電流源PMOSトランジスタP1のソースに溜まった電荷を直ちにGNDへディスチャージしてUP側の電流源PMOSトランジスタP1をオフさせる。同様に、スイッチPMOSトランジスタP3は、DOWN信号の立ち下がりエッジを検知して、オフからオンに切り替わり、電流源NMOSトランジスタN1以上の電流駆動力で電流源NMOSトランジスタN1のソースに電荷を直ちにチャージしてDOWN側の電流源NMOSトランジスタN2をオフさせる。このように、スイッチMOSトランジスタN3およびP3は、出力電流Ioutのパルスの立ち下がりをより急峻にして余分な出力電流を抑え、理想の出力電流パルスに近づける役割を果たしている。
As described above, the
Further, the switch NMOS transistor N3 of the
ところで、図5に示すようなPLL回路20を集積化すると、チャージポンプ4において、電源電圧VDDラインおよびGNDラインには、図4中にインダクタンス成分L,vdd、L,gndとして示すように、レイアウトに伴う配線によってインダクタンス成分が付加され、また、電極PADを介して直接電位を与える際には、配線とボンディングワイヤ(Bonding Wire)との合成によってより大きいインダクタンス成分が付加される。
When the
前述のように、スイッチMOSトランジスタN3およびP3は、出力電流Ioutの急峻な立ち下がりのために、電流源MOSトランジスタが流すことのできる電流量以上の電流を急峻に流すため、その電流の時間微分値とインダクタンス成分値(L,vdd、L,gnd)との積相当だけ、電源電圧VDDおよびGNDをリンギングさせてしまう。
つまり、図4に示す電流制御回路10は、UP側およびDOWN側の電流源PMOSトランジスタP1および電流源NMOSトランジスタN1のゲートのそれぞれに大容量の安定化容量C1およびC2を接続している。そのため、電源電圧VDDやGND電圧の変位が利得1倍で電流源MOSトランジスタP1、N1のゲートに伝わってしまい、電流源MOSトランジスタP1、N1のゲート電位がリンギングしてしまう。その結果、出力電流Ioutがリンギングしてしまう。
As described above, the switch MOS transistors N3 and P3 cause a current more than the amount of current that can be passed by the current source MOS transistor to steeply fall due to the steep fall of the output current Iout. The power supply voltages VDD and GND are ringed by an amount corresponding to the product of the value and the inductance component value (L, vdd, L, gnd).
That is, the
なお、前述したスイッチMOSトランジスタN3及びP3によってディスチャージ及びチャージする電荷量は、電源電圧VDDと、電流源MOSトランジスタP1、N1のソース側に付加されているMOSトランジスタの真性成分とレイアウトによる配線成分との容量和との積で決まるため、高電源電圧で使用するほどリンギングの影響が顕著に表れる。また、出力電流量が大きいほど電流源MOSトランジスタのサイズも大きくなるため、真性容量が大きくなり、こちらもリンギングの影響がより顕著に表れる要因となる。 Note that the amount of charge discharged and charged by the switch MOS transistors N3 and P3 described above includes the power supply voltage VDD, the intrinsic components of the MOS transistors added to the source side of the current source MOS transistors P1 and N1, and the wiring components due to the layout. Therefore, the higher the power supply voltage is used, the more the influence of ringing appears. Further, since the size of the current source MOS transistor increases as the output current amount increases, the intrinsic capacitance increases, and this also causes the influence of ringing to be more prominent.
このような電流源MOSトランジスタのオンからオフへの移行時のタイミングで生じる出力電流リンギングは、PLL回路20が位相LOCKに近づいて比較する位相差が近いほどチャージポンプ4は出力電流の積分量が小さいため、リンギングによる出力電流変動の影響が相対的に大きく見えてチャージポンプ4のゲイン(出力電流の時間平均値)Kcpが変動して見えてしまう。
The output current ringing generated at the timing when the current source MOS transistor shifts from on to off is such that the charge pump 4 has an integral amount of output current as the phase difference compared by the
このように、電流制御回路10の出力電流Ioutがリンギングしてしまうと、出力電流Ioutの精度が劣化してしまう。すると、チャージポンプ4から設計値通りの電流が出力されないので、システム設計において不都合をもたらしてしまうことになる。
例えば、電流制御回路10が、PLL回路20のチャージポンプ4として用いられる際には、チャージポンプ4のゲイン(出力電流の時間平均値)Kcpが変動してしまうことになり、ゲインKcpに比例するPLL回路20のループ帯域幅ωcが変動してしまう。このループ帯域幅が変動してしまうと、システムの安定性の目安である位相余裕も変動してしまうという問題がある。
Thus, when the output current Iout of the
For example, when the
例として、電圧制御発振器6を含むPLL回路20が図6に示すような受信系のRF受信システム30において、RF信号をMIXERによりIF信号に変換する際のLO信号(局部発振信号)を発生する局部発振器として用いられる場合、PLL20回路(すなわち電圧制御発振器(VCO)6)の出力信号であるLO信号の離調周波数の利得が変動してしまうことになる。
As an example, a
図7は、RF受信システム30のスペクトル図を示したものであり、(a)はRF信号(所望波:周波数fRF)と妨害波(周波数f1)の周波数スペクトル、(b)はLO信号(周波数fLO)の周波数スペクトル、(c)はIF信号(所望波:周波数fIF=fRF−fLO)と妨害波(周波数f1−fLO)の周波数スペクトル、をそれぞれ示したものである。
FIG. 7 shows a spectrum diagram of the
図7に示すように、LO信号が持つ位相雑音(Phase Noise)は周波数変換されても同じ比率で残っているため、図7(a)に示すようにRF信号に隣接する妨害波が大信号の場合、妨害波の帯域(ωcの幅)が変動して広がってしまうと、妨害波に所望波が埋もれてしまう場合がある(図7(c)参照)。
また、電流が減って帯域が狭くなったとしても、PLL回路20のノイズが増加するという問題、さらに、PLL回路20のロックアップ時間が設計値よりも大きくなってしまうという問題も生じてしまう。
As shown in FIG. 7, the phase noise (phase noise) of the LO signal remains at the same ratio even after the frequency conversion, so that the interference wave adjacent to the RF signal is a large signal as shown in FIG. In this case, if the band of the interference wave (width of ωc) fluctuates and widens, the desired wave may be buried in the interference wave (see FIG. 7C).
Further, even if the current is reduced and the band is narrowed, the problem that the noise of the
つまり、電流制御回路10の出力電流Ioutの精度はシステム設計において重要な役割を持つため、電流制御回路10の出力電流Ioutの変動を低減することが望ましい。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、電流制御回路を構成するMOSトランジスタのオンオフ動作に伴い生じる出力電流のリンギングを低減することの可能な電流制御回路を提供することを目的としている。
That is, since the accuracy of the output current Iout of the
Therefore, the present invention has been made paying attention to the above-mentioned conventional unsolved problems, and is a current capable of reducing the ringing of the output current caused by the on / off operation of the MOS transistor constituting the current control circuit. The object is to provide a control circuit.
上記目的を達成するために、本発明の請求項1にかかる電流制御回路は、第1電源と第2電源との間に順に直列接続された、第1トランジスタと、第1電流源と、第2電流源と、前記第1トランジスタと相補的に動作する第2トランジスタと、を備えるとともに、前記第1トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記第2電源との間に接続され、且つ前記第1トランジスタと相補的に動作する第3トランジスタと、前記第2電流源および前記第2トランジスタの接続点と前記第1電源との間に接続され、前記第2トランジスタと相補的に動作する第4トランジスタと、を備え、前記各トランジスタのオンオフ制御により、前記第1電流源および前記第2電流源の中間接続点から出力される電流を制御する電流制御回路であって、前記第1トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記第2電源との間の前記第3トランジスタが接続される経路に、当該第3トランジスタの電流を制御する第1電流制御部を介挿し、且つ前記第2トランジスタおよび前記第2電流源の接続点と前記第1電源との間の前記第4トランジスタが接続される経路に、当該第4トランジスタの電流を制御する第2電流制御部を介挿したことを特徴としている。 In order to achieve the above object, a current control circuit according to claim 1 of the present invention includes a first transistor, a first current source, a first current source connected in series between a first power source and a second power source, Two current sources and a second transistor that operates complementarily to the first transistor, and is connected between a connection point of the first transistor and the first current source and the second power source, and A third transistor that operates complementarily to the first transistor, and is connected between the second current source and a connection point of the second transistor and the first power supply, and operates complementary to the second transistor. A current control circuit that controls a current output from an intermediate connection point of the first current source and the second current source by on / off control of each of the transistors, A first current control unit for controlling a current of the third transistor is inserted in a path to which the third transistor is connected between a connection point of the transistor and the first current source and the second power source; and A second current control unit for controlling the current of the fourth transistor is inserted in a path where the fourth transistor is connected between the connection point of the second transistor and the second current source and the first power source. It is characterized by that.
請求項2にかかる電流制御回路は、前記第1電流制御部は、前記第1トランジスタと前記第3トランジスタとの間に介挿され、前記第2電流制御部は、前記第2トランジスタと前記第4トランジスタとの間に介挿されることを特徴としている。
請求項3にかかる電流制御回路は、前記第1電流制御部および前記第2電流制御部は、それぞれトランジスタであることを特徴としている。
The current control circuit according to claim 2, wherein the first current control unit is interposed between the first transistor and the third transistor, and the second current control unit includes the second transistor and the second transistor. It is characterized by being interposed between four transistors.
The current control circuit according to
請求項4にかかる電流制御回路は、前記第1電流制御部および前記第2電流制御部は、それぞれ抵抗であることを特徴としている。
請求項5にかかる電流制御回路は、前記第1電流制御部は、前記第3トランジスタと前記第2電源との間に介挿され、前記第2電流制御部は、前記第4トランジスタと前記第1電源との間に介挿されることを特徴としている。
The current control circuit according to a fourth aspect is characterized in that each of the first current control unit and the second current control unit is a resistor.
The current control circuit according to claim 5, wherein the first current control unit is interposed between the third transistor and the second power source, and the second current control unit includes the fourth transistor and the second power source. It is characterized by being inserted between one power source.
請求項6にかかる電流制御回路は、前記第1電流制御部および前記第2電流制御部は、それぞれ抵抗であることを特徴としている。
また、本発明の請求項7にかかるPLL回路は、請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電流制御回路を含むチャージポンプ回路、を備えることを特徴としている。
さらに、本発明の請求項8にかかるRF受信システムは、請求項7に記載のPLL回路と、RF信号と前記PLL回路からのローカル信号とミキシングするミキサと、を備えることを特徴としている。
The current control circuit according to a sixth aspect is characterized in that each of the first current control unit and the second current control unit is a resistor.
A PLL circuit according to a seventh aspect of the present invention includes a charge pump circuit including the current control circuit according to any one of the first to sixth aspects.
Furthermore, an RF reception system according to an eighth aspect of the present invention is characterized by including the PLL circuit according to the seventh aspect, and a mixer that mixes an RF signal and a local signal from the PLL circuit.
本発明によれば、瞬時電流量を低減することができるため、電流制御回路の出力電流のリンギングを抑制することができる。そのため、この電流制御回路をPLL回路のチャージポンプとして用いた場合、チャージポンプが理想的な電流を出力することになり、その結果、PLL回路のループ帯域幅変動を抑えることができる。
また、このような電流制御回路をチャージポンプとして用いたPLL回路を用いてRF受信システムを構成することにより、妨害波に所望波が埋もれてしまうことを抑制し、良好なRF受信システムを実現することができる。
According to the present invention, since the instantaneous current amount can be reduced, ringing of the output current of the current control circuit can be suppressed. Therefore, when this current control circuit is used as a charge pump for a PLL circuit, the charge pump outputs an ideal current, and as a result, fluctuations in the loop bandwidth of the PLL circuit can be suppressed.
In addition, by configuring an RF reception system using a PLL circuit using such a current control circuit as a charge pump, it is possible to suppress a desired wave from being buried in an interference wave and realize a good RF reception system. be able to.
以下、本発明の電流制御回路の一例を、図面を参照して説明する。
本発明における電流制御回路は、インダクタを流れる瞬時電流を低減させることで、電流制御回路の出力電流の変動を低減するようにしたものである。
まず、第1の実施形態を説明する。
図1は、第1の実施の形態における電流制御回路11の一例を示したものである。
Hereinafter, an example of the current control circuit of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the current control circuit according to the present invention, the fluctuation of the output current of the current control circuit is reduced by reducing the instantaneous current flowing through the inductor.
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 shows an example of the
第1の実施の形態における電流制御回路11は、図4に示す従来の電流制御回路10において、カスコードNMOSトランジスタN4およびカスコードNMOSトランジスタP4をさらに備えている。
すなわち、図1に示すように、第1の実施形態における電流制御回路11は、電源VDDに、スイッチ手段として動作するスイッチPMOSトランジスタP2、電流源としての動作する電流源PMOSトランジスタP1、同じく電流源として動作する電流源NMOSトランジスタN1、スイッチ手段として動作するスイッチNMOSトランジスタN2が、この順に直列に接続され、スイッチNMOSトランジスタN2の他端がGNDに接地されるパスを備える。さらに、スイッチPMOSトランジスタP2のドレインから電流源PMOSトランジスタP1とは別経路で、カスコード接続されたカスコードNMOSトランジスタN4のドレインに繋がり、次いでスイッチ手段として動作するスイッチNMOSトランジスタN3の順でGNDに接地されるパスと、電流源NMOSトランジスタN1のソースから、スイッチNMOSトランジスタN2とは別経路で、カスコード接続されたカスコードPMOSトランジスタP4のドレインに繋がり、このカスコードPMOSトランジスタP4を介して、さらにスイッチ手段として動作するスイッチNMOSトランジスタN3のドレインに繋がり電源VDDに接続されるパスと、を有する。
The
That is, as shown in FIG. 1, the
さらに、電流源PMOSトランジスタP1のゲートにはバイアス電圧Bias_Pが入力されるとともに、電源VDDと電流源PMOSトランジスタP1のゲートとの間に比較的大容量の安定化容量C1が接続される。同様に、電流源NMOSトランジスタN1のゲートにはバイアス電圧Bias_Nが入力されるとともに、電流源スイッチNMOSトランジスタN1のゲートとGNDとの間に比較的大容量のコンデンサC2が接続される。 Further, a bias voltage Bias_P is input to the gate of the current source PMOS transistor P1, and a relatively large stabilization capacitor C1 is connected between the power supply VDD and the gate of the current source PMOS transistor P1. Similarly, a bias voltage Bias_N is input to the gate of the current source NMOS transistor N1, and a relatively large capacitor C2 is connected between the gate of the current source switch NMOS transistor N1 and GND.
スイッチPMOSトランジスタP2のゲートおよびスイッチNMOSトランジスタN3のゲートには、制御回路PFD(位相比較器)からの制御信号(UP信号)が入力され、スイッチPMOSトランジスタP3およびスイッチNMOSトランジスタN2のゲートには、制御回路PFD(位相比較器)からの制御信号(DOWN信号)が入力される。
カスコードNMOSトランジスタN4のゲートには電源VDD電圧が印加され、カスコードPMOSトランジスタP4のゲートにはGND電圧が印加される。
A control signal (UP signal) from the control circuit PFD (phase comparator) is input to the gate of the switch PMOS transistor P2 and the gate of the switch NMOS transistor N3, and the gates of the switch PMOS transistor P3 and the switch NMOS transistor N2 are A control signal (DOWN signal) from the control circuit PFD (phase comparator) is input.
The power supply VDD voltage is applied to the gate of the cascode NMOS transistor N4, and the GND voltage is applied to the gate of the cascode PMOS transistor P4.
このような構成の電流制御回路11の場合、制御回路PFDからのUP信号の立ち上がり信号によって、スイッチPMOSトランジスタP2がオフになり、スイッチNMOSトランジスタN3およびN4がオンになる。
このとき、瞬時電流量を決定するスイッチNMOSトランジスタN3のドレイン電圧は、カスコードNMOSトランジスタN4によって電圧レベルが制限される。そのため、瞬時電流値が抑制されることになる。
In the case of the
At this time, the voltage level of the drain voltage of the switch NMOS transistor N3 that determines the instantaneous current amount is limited by the cascode NMOS transistor N4. Therefore, the instantaneous current value is suppressed.
同様に、制御回路PFD(位相比較器)からのDOWN信号の立ち上がり信号によって、スイッチNMOSトランジスタN2がオフになり、スイッチPMOSトランジスタP3およびP4がオンになる。このとき、瞬時電流量を決定するスイッチPMOSトランジスタP3のドレイン電圧は、カスコードPMOSトランジスタP4によって、電圧レベルが制限される。そのため、瞬時電流値を抑制することができる。 Similarly, the switch NMOS transistor N2 is turned off and the switch PMOS transistors P3 and P4 are turned on by the rising signal of the DOWN signal from the control circuit PFD (phase comparator). At this time, the voltage level of the drain voltage of the switch PMOS transistor P3 that determines the instantaneous current amount is limited by the cascode PMOS transistor P4. Therefore, the instantaneous current value can be suppressed.
さらに、この第1の実施形態では、瞬時電流を抑制することができるだけでなく、カスコードNMOSトランジスタN4およびカスコードPMOSトランジスタP4を挿入することによって、スイッチNMOSトランジスタN3のゲートを制御することにより電流源PMOSトランジスタP1のソースノードに供給するUP信号、および、スイッチPMOSトランジスタP3のゲートを制御することにより電流源NMOSトランジスタN1のソースノードに供給するDOWN信号のクロックフィードスルーの影響も低減することができるという利点がある。 Further, in the first embodiment, not only the instantaneous current can be suppressed, but also the current source PMOS is controlled by controlling the gate of the switch NMOS transistor N3 by inserting the cascode NMOS transistor N4 and the cascode PMOS transistor P4. By controlling the UP signal supplied to the source node of the transistor P1 and the gate of the switch PMOS transistor P3, the influence of clock feedthrough of the DOWN signal supplied to the source node of the current source NMOS transistor N1 can be reduced. There are advantages.
また、スイッチNMOSトランジスタN3よりもトランジスタサイズの小さいカスコードNMOSトランジスタN4、および、スイッチPMOSトランジスタP3よりもサイズの小さいカスコードPMOSトランジスタP4を挿入することによって、さらに電流源PMOSトランジスタP1および電流源NMOSトランジスタN1のソースノードの対AC接地容量も小さくすることができる。そのため、電流源PMOSトランジスタP1および電流源NMOSトランジスタN1のソースノードのチャージアップ、またディスチャージの電荷が小さくなるため、こちらも瞬時電流の低減につながる利点となる。 Further, by inserting a cascode NMOS transistor N4 having a smaller transistor size than the switch NMOS transistor N3 and a cascode PMOS transistor P4 having a smaller size than the switch PMOS transistor P3, a current source PMOS transistor P1 and a current source NMOS transistor N1 are further provided. The source ground capacitance of the source node can be reduced. For this reason, the charge of the source node of the current source PMOS transistor P1 and the current source NMOS transistor N1 is reduced, and the discharge charge is reduced, which is also an advantage that leads to a reduction in instantaneous current.
ここで、第1の実施形態において、電源VDDが第1電源に対応し、GNDが第2電源に対応し、スイッチPMOSトランジスタP2が第1トランジスタに対応し、電流源PMOSトランジスタP1が第1電流源に対応し、電流源NMOSトランジスタN1が第2電流源に対応し、チャネルNMOSトランジスタN2が第2トランジスタに対応し、スイッチNMOSトランジスタN3が第3トランジスタに対応し、スイッチPMOSトランジスタP3が第4トランジスタに対応している。また、カスコードNMOSトランジスタN4が第1電流制御部に対応し、カスコードPMOSトランジスタP4が第2電流制御部に対応している。 Here, in the first embodiment, the power supply VDD corresponds to the first power supply, the GND corresponds to the second power supply, the switch PMOS transistor P2 corresponds to the first transistor, and the current source PMOS transistor P1 corresponds to the first current. The source NMOS transistor N1 corresponds to the second current source, the channel NMOS transistor N2 corresponds to the second transistor, the switch NMOS transistor N3 corresponds to the third transistor, and the switch PMOS transistor P3 corresponds to the fourth transistor. It corresponds to a transistor. Further, the cascode NMOS transistor N4 corresponds to the first current control unit, and the cascode PMOS transistor P4 corresponds to the second current control unit.
次に、本発明の第2実施形態を説明する。
図2は、第2実施形態における電流制御回路12の一例を示す回路図である。
この第2実施形態は、第1実施形態における図1において、電流源NMOSトランジスタN4および電流源PMOSトランジスタP4に替えて、抵抗Rupおよび抵抗Rdwを挿入したものである。抵抗Rupが第1電流制御部に対応し、抵抗Rdwが第2電流制御部に対応している。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the
In the second embodiment, a resistor Rup and a resistor Rdw are inserted in place of the current source NMOS transistor N4 and the current source PMOS transistor P4 in FIG. 1 in the first embodiment. The resistor Rup corresponds to the first current control unit, and the resistor Rdw corresponds to the second current control unit.
このように、スイッチNMOSトランジスタN3のドレインと電流源PMOSトランジスタP2のドレインとの間に抵抗Rupを挿入することにより、瞬時電流量を決定するスイッチNMOSトランジスタN3のドレイン電圧は抵抗Rupによって電圧レベルが抑制される。そのため、瞬時電流値を抑制することができる。
同様に、スイッチPMOSトランジスタP3のドレインと電流源NMOSトランジスタN2のドレインとの間に抵抗Rdwを挿入することにより、瞬時電流量を決定するスイッチPMOSトランジスタP3のドレイン電圧は、抵抗Rdwによって電圧レベルが抑制される。そのため、瞬時電流値を抑制することができる。
In this way, by inserting the resistor Rup between the drain of the switch NMOS transistor N3 and the drain of the current source PMOS transistor P2, the drain voltage of the switch NMOS transistor N3 that determines the instantaneous current amount has a voltage level caused by the resistor Rup. It is suppressed. Therefore, the instantaneous current value can be suppressed.
Similarly, by inserting a resistor Rdw between the drain of the switch PMOS transistor P3 and the drain of the current source NMOS transistor N2, the drain voltage of the switch PMOS transistor P3 that determines the instantaneous current amount has a voltage level caused by the resistor Rdw. It is suppressed. Therefore, the instantaneous current value can be suppressed.
次に、本発明の第3実施形態を説明する。
図3は、第3実施形態における電流制御回路13の一例を示す回路図である。
この第3の実施形態は、図4に示す従来の電流制御回路10において、スイッチNMOSトランジスタN3のソースとGNDとの間に抵抗R1を挿入し、且つ、スイッチPMOSトランジスタP3のソースと電源VDDとの間に抵抗R2を挿入したものである。この抵抗R1が第1電流制御部に対応し、抵抗R2が第2電流制御部に対応している。
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
FIG. 3 is a circuit diagram showing an example of the
In the third embodiment, in the conventional
このように、スイッチNMOSトランジスタN3のソース側、また、スイッチPMOSトランジスタP3のソース側に抵抗R1、R2をそれぞれ挿入し、負帰還効果によるスイッチNMOSトランジスタN3、また、スイッチPMOSトランジスタP3を流れる電流を抑制すること、および減衰定数を大きくすることによっても、電流制御回路13の出力電流のリンギングを抑制することができる。
Thus, the resistors R1 and R2 are inserted into the source side of the switch NMOS transistor N3 and the source side of the switch PMOS transistor P3, respectively, and the current flowing through the switch NMOS transistor N3 and the switch PMOS transistor P3 due to the negative feedback effect is obtained. The ringing of the output current of the
そして、このように上記各実施形態における電流制御回路11〜13は、瞬時電流値を抑制することができるため、電源電圧VDDラインおよびGNDラインに図1〜図3中に示すようにインダクタンス成分(L,vdd、L,gnd)が付加されたとしても、このインダクタンス成分により生じる出力電流のリンギングを抑制することができる。すなわち、この電流制御回路11〜13をチャージポンプとして適用した場合であっても、チャージポンプが理想的な電流を出力することになる。したがって、この電流制御回路11〜13を、PLL回路を構成するチャージポンプとして適用した場合には、チャージポンプが理想的な電流を出力するため、PLL回路のループ帯域幅変動を抑えることができ、すなわち精度のよいPLL回路を実現することができる。
As described above, since the
さらに、出力電流のリンギングを抑制することができるため、この電流制御回路11〜13を、FractionalPLLシンセサイザのチャージポンプとして適用する場合には、比較する位相差に対するチャージポンプの出力電流の利得の線形性が向上するため、ΔΣノイズのshapingも向上し、また、比較周波数周期のレファレンススプリアスの低減効果も期待することができる。
Further, since the ringing of the output current can be suppressed, when the
また、このように、PLL回路の性能を向上させることができるため、図1に示す電流制御回路をチャージポンプとして適用したPLL回路を、前述の図6に示すような受信系のRF受信システムで用いることによって、RF信号に隣接する妨害波に所望波が埋もれてしまうことを抑制し、良好なRF受信システムを実現することができる。 In addition, since the performance of the PLL circuit can be improved in this way, the PLL circuit to which the current control circuit shown in FIG. 1 is applied as a charge pump is used in the RF receiving system of the receiving system as shown in FIG. By using it, it is possible to suppress a desired wave from being buried in an interference wave adjacent to the RF signal, and to realize a good RF receiving system.
10〜13 電流制御回路
P1 電流源PMOSトランジスタ
P2 スイッチPMOSトランジスタ
P3 スイッチPMOSトランジスタ
P4 カスコードPMOSトランジスタ
N1 電流源NMOSトランジスタ
N2 スイッチNMOSトランジスタ
N3 スイッチNMOSトランジスタ
N4 カスコードNMOSトランジスタ
R1,R2 抵抗
Rup,Rdw 抵抗
10-13 Current control circuit P1 Current source PMOS transistor P2 Switch PMOS transistor P3 Switch PMOS transistor P4 Cascode PMOS transistor N1 Current source NMOS transistor N2 Switch NMOS transistor N3 Switch NMOS transistor N4 Cascode NMOS transistors R1, R2 Resistance Rup, Rdw Resistance
Claims (8)
前記第1トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記第2電源との間に接続され、且つ前記第1トランジスタと相補的に動作する第3トランジスタと、
前記第2電流源および前記第2トランジスタの接続点と前記第1電源との間に接続され、前記第2トランジスタと相補的に動作する第4トランジスタと、を備え、
前記各トランジスタのオンオフ制御により、前記第1電流源および前記第2電流源の中間接続点から出力される電流を制御する電流制御回路であって、
前記第1トランジスタおよび前記第1電流源の接続点と前記第2電源との間の前記第3トランジスタが接続される経路に、当該第3トランジスタの電流を制御する第1電流制御部を介挿し、且つ前記第2トランジスタおよび前記第2電流源の接続点と前記第1電源との間の前記第4トランジスタが接続される経路に、当該第4トランジスタの電流を制御する第2電流制御部を介挿したことを特徴とする電流制御回路。 A first transistor, a first current source, a second current source, and a second transistor operating in a complementary manner with the first transistor, which are connected in series between a first power source and a second power source; As well as
A third transistor connected between a connection point of the first transistor and the first current source and the second power supply and operating in a complementary manner with the first transistor;
A fourth transistor connected between a connection point of the second current source and the second transistor and the first power supply, and operating complementarily with the second transistor;
A current control circuit for controlling a current output from an intermediate connection point of the first current source and the second current source by on / off control of each transistor;
A first current control unit for controlling the current of the third transistor is inserted in a path where the third transistor is connected between the connection point of the first transistor and the first current source and the second power source. And a second current control unit for controlling the current of the fourth transistor in a path where the fourth transistor is connected between the connection point of the second transistor and the second current source and the first power source. A current control circuit characterized by being inserted.
前記第2電流制御部は、前記第2トランジスタと前記第4トランジスタとの間に介挿されることを特徴とする請求項1記載の電流制御回路。 The first current control unit is interposed between the first transistor and the third transistor,
The current control circuit according to claim 1, wherein the second current control unit is interposed between the second transistor and the fourth transistor.
前記第2電流制御部は、前記第4トランジスタと前記第1電源との間に介挿されることを特徴とする請求項1記載の電流制御回路。 The first current control unit is interposed between the third transistor and the second power source,
The current control circuit according to claim 1, wherein the second current control unit is interposed between the fourth transistor and the first power source.
RF信号と前記PLL回路からのローカル信号とミキシングするミキサと、
を備えることを特徴とするRF受信システム。 A PLL circuit according to claim 7;
A mixer that mixes the RF signal with the local signal from the PLL circuit;
An RF receiving system comprising:
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