JP2015522242A5 - - Google Patents

Description

電荷ポンプ調整回路は、電圧制御発振器および複数の電荷ポンプを含む。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を有する。複数の発振信号は、インバータ段の内の出力から生成される。各発振信号は、可変駆動電圧に依存して可変である周波数および振幅を有する。各発振信号は、先行する発振信号から位相シフトされる。各電荷ポンプは、インバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。各電荷ポンプは電圧および電流を出力する。このようにして生じた電流の結合は、ほぼ電圧レベルで負荷に提供される。

いくつかの他の実施形態によると、本発明は、電圧制御発振器および複数の電荷ポンプを有する電荷ポンプ調整回路を用いて（少なくともいくつかの動作条件下での）改善された低ノイズ出力電圧を達成する。電圧制御発振器は、リング内に直列で接続された複数のインバータ段を含む。各インバータ段は、インバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせる。各発振信号は、先行する発振信号から位相シフトされる。電荷ポンプは並列で配列される。各電荷ポンプはインバータ段の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる発振信号を受信する。各電荷ポンプの出力は、他の電荷ポンプの出力から位相シフトされる。このようにして生じた電流の結合は、ほぼ電圧レベルで負荷に提供される。

インバータ段２１０は、その入力信号の反転バージョンを出力する単純なインバータとして示されている。（代わりに、インバータ段２１０は、その入力信号の反転バージョンと非反転バージョンの両方を生じさせる追加の構成要素を含んでよい。他の形の電圧制御リング発振器も許容されてよい。）２１１でオペアンプ２０９から受信される駆動電圧からの電力を受けて、インバータ段２１０の応答は、ほぼリング内で各インバータ段２１０を通って伝搬する発振信号（または直列パルス）を生成することである。リング内の各発振信号が反転され、先行する発振信号から位相シフトされるのを除き、各インバータ段２１０は、このようにしてほぼ同じ発振信号を生じさせる。（位相シフトは、図４に関して以下に説明される。）位相シフトは、概して各インバータ段２１０内の応答の遅延に起因する。各発振信号の周波数および振幅、ならびに位相シフトを生じさせる遅延の持続時間は、概してオペアンプ２０９から受信される２１１での駆動電圧の電圧レベルに依存している。発振信号は、リング内の次のインバータ段２１０に対してだけではなく電荷ポンプ２０４に対しても提供される。各インバータ段２１０は、このようにして電荷ポンプ２０４の内の１つに相当する。

いくつかの実施形態では、電荷ポンプ２０４のそれぞれは、概して発振信号の周波数および振幅、ならびに相対的に一定な入力電圧（不図示）に基づいてほぼ同じ電流および電圧を生じさせる。各電荷ポンプ２０４の出力電流および出力電圧は、なんらかのノイズ、リップルまたはジッタを含む。ノイズは、少なくとも部分的には発振信号の発振によって引き起こされる。しかしながら、複数の電荷ポンプ２０４はそれぞれ単一の先行技術の電荷ポンプ１０３（図１）よりも大幅に小さいので、各電荷ポンプ２０４によって生じるノイズは、匹敵する量の電力を生じさせるときに先行技術の電荷ポンプ１０３によって生じるノイズよりも大幅に小さい。さらに、発振信号は互いから位相シフトされるので、電荷ポンプ２０４の出力は同様に位相シフトされる。結果的に、ノイズのレベルは通常、出力の各サイクルの同じ部分の中で最も大きいので、および出力は互いから位相シフトされるので、各出力の中の最大ノイズの部分は、たとえ重複するとしても、概してあまり重複しない。したがって、各個別電荷ポンプ２０４の出力におけるすでに相対的に低いノイズレベルは、概して、電荷ポンプ２０４の全体的な結合された出力全体で分散される。したがって、１つの電荷ポンプ２０４の出力からのノイズは、概して他の電荷ポンプ２０４の出力からのノイズを増幅させない。

異相出力と並列で複数の電荷ポンプを組み込む先行技術の電荷ポンプ調整回路がある。ただし、係る回路がリング発振器を使用して、電荷ポンプに発振信号を生成するときも、追加回路構成要素が、電荷ポンプごとに使用される異相発振信号を生成するために使用される。回路の複雑度、大きさ、およびコストはそれによって追加の回路構成要素に起因して上昇する。しかしながら、本発明の実施形態は、電荷ポンプ２０４に発振信号を供給し（たとえば、図１の高利得バッファ１０２を排除し）、インバータ段２１０のリングで中間的な場所を利用するという型破りな方法をとって、追加の回路構成要素なしで位相シフトされた発振信号を生成する回路網の複雑度を削減する。

インバータ段２１０（図２）によって生じる発振信号（４０１−４０５）間の例の関係性を示すタイミング図４００が、例の出力電圧Ｖｏｕｔとともに図４に示される。インバータ段２１０ごとの各発振信号４０１−４０５は反転し、それに先行する発振信号から量Ａ分、位相シフトされて示される。（第１の発振信号４０１は、同様に反転し、最後の発振信号４０５から位相シフトされる。）各電荷ポンプ２０４の出力は同様に位相シフトされ、したがって結合された出力電圧Ｖｏｕｔ（グラフ４０６）は相対的にほとんどノイズを有さない。

Claims (13)

1. 可変負荷に電力を供給する電荷ポンプ調整回路であって、
   リング内に直列で接続された複数のインバータ段を備える電圧制御発振器であって、前記複数のインバータ段のそれぞれが、前記複数のインバータ段の次の段に提供される発振信号を生じさせ、各発振信号が、前記複数のインバータ段の供給電圧としての機能を果たす可変駆動電圧に依存してともに可変である周波数および振幅を有する、電圧制御発振器と、
   複数の電荷ポンプであって、前記複数の電荷ポンプのそれぞれが前記複数のインバータ段の内の対応する段に接続されて、そのインバータ段によって生じる前記発振信号を受信し、前記複数の電荷ポンプが電圧レベルの電流を前記可変負荷に対して出力する、複数の電荷ポンプと
   を備える、電荷ポンプ調整回路。
2. 前記複数の電荷ポンプによって出力される前記電圧および前記電流が、前記発振信号の前記周波数および前記振幅に依存する、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
3. 前記複数のインバータ段に提供される前記可変駆動電圧が下がるとき、各発振信号の前記周波数および前記振幅が減少し、
   前記複数のインバータ段に提供される前記可変駆動電圧が上がるとき、各発振信号の前記周波数および前記振幅が増加する、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
4. 各発振信号の前記周波数および前記振幅が減少するとき、前記複数の電荷ポンプによって前記可変負荷に提供される前記電流および前記電圧のノイズレベルが下がり、
   各発振信号の前記周波数および前記振幅が増加するとき、前記複数の電荷ポンプによって前記可変負荷に提供される前記電流および前記電圧の前記ノイズレベルが上がる、
   請求項３に記載の電荷ポンプ調整回路。
5. 前記可変負荷に提供される前記電圧レベルのフィードバックに応じて、前記複数のインバータ段に前記可変駆動電圧を生成するフィードバックループ
   をさらに備える、請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
6. 各発振信号が、前記リング内の前の発振信号から位相シフトされる、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
7. 各電荷ポンプの出力が、他の電荷ポンプの前記出力から位相シフトされる、
   請求項６に記載の電荷ポンプ調整回路。
8. 前記複数の電荷ポンプが並列で配列される、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
9. 各電荷ポンプが、直列で配列される複数の電荷ポンプ段を備え、
   各発振信号が、前記複数の電荷ポンプ段の連続電荷ポンプ段に交互に印加される正の発振信号および負の発振信号を形成する、
   請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
10. 前記複数の電荷ポンプの各電荷ポンプが前記電流の一部を出力し、
    前記電流の各部が結合され、ほぼ前記電圧レベルで前記可変負荷に提供される、
    請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
11. 前記可変負荷の変動に対応するために、各発振信号が調節されて、前記電流の各部を調節する、
    請求項１０に記載の電荷ポンプ調整回路。
12. 前記可変駆動電圧を提供するフィードバックループであって、前記可変駆動電圧の変化が、前記複数のインバータ段に各発振信号の前記周波数および前記振幅を変更させ、その前記電圧レベルを維持しようと試みる一方、前記複数の電荷ポンプによって前記可変負荷に提供される前記電圧および前記電流のレベルの変化を引き起こす、フィードバックループ
    をさらに備える、請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。
13. 各発振信号の前記周波数および前記振幅が減少するとき、前記複数の電荷ポンプによって出力される前記電流および前記電圧のレベルが下がり、
    各発振信号の前記周波数および前記振幅が増加するとき、前記複数の電荷ポンプによって出力される前記電流および前記電圧のレベルが上がる
    請求項１に記載の電荷ポンプ調整回路。