JP2796375B2 - CMOS charge pump circuit - Google Patents

CMOS charge pump circuit

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JP2796375B2
JP2796375B2 JP1267020A JP26702089A JP2796375B2 JP 2796375 B2 JP2796375 B2 JP 2796375B2 JP 1267020 A JP1267020 A JP 1267020A JP 26702089 A JP26702089 A JP 26702089A JP 2796375 B2 JP2796375 B2 JP 2796375B2
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誠二 山本
大助 七戸
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、PLL位相比較器の出力側に設けられるCMO
Sチャージポンプ回路に関するものであって、PLLの特性
の向上を図るものである。
The present invention relates to a CMO provided on an output side of a PLL phase comparator.
The present invention relates to an S charge pump circuit for improving the characteristics of a PLL.

〔従来の技術〕 第5図はPLL位相比較器の出力側に設けられる従来のC
MOSチャージポンプ回路の結線図であり、同図に示すよ
うに、正電源1と接地との間にPチャネルと第1トラン
ジスタ2及びNチャネルの第1トランジスタ3が直列に
接続され、第1トランジスタ2のゲートとドレインとが
接続され、定電流源用のPチャネルの第3トランジスタ
4のソース及びゲートが正電源1及び第1トランジスタ
2のゲートにそれぞれ接続され、第1,第3トランジスタ
2,4によりカレントミラーが構成されるとともに、定電
流源用のNチャネルの第4トランジスタ5のソースが接
地されるとともに、ゲートが第2トランジスタ3のゲー
トに接続され、第2,第4トランジスタ3,5によりカレン
トミラーが構成されている。
[Prior Art] FIG. 5 shows a conventional C provided at the output side of a PLL phase comparator.
FIG. 2 is a connection diagram of a MOS charge pump circuit. As shown in FIG. 2, a P-channel, a first transistor 2, and an N-channel first transistor 3 are connected in series between a positive power supply 1 and a ground. And a source and a gate of a P-channel third transistor 4 for a constant current source are connected to the positive power supply 1 and a gate of the first transistor 2, respectively.
2, 4 constitute a current mirror, the source of an N-channel fourth transistor 5 for a constant current source is grounded, and the gate is connected to the gate of the second transistor 3; A current mirror is configured by 3,5.

このとき、第3トランジスタ4のチャネル長とチャネ
ル幅とで表わされるチャネル面積は、第1トランジスタ
2のα倍に設定され、第4トランジスタ5のチャネル長
とチャネル幅とで表わされるチャネル面積は、第2トラ
ンジスタ3のβ倍に設定されており、従って第1,第2ト
ランジスタ2,3のソース,ドレイン間に電流Iがそれぞ
れ流れると、第3トランジスタ4のソース,ドレイン間
にはαIの電流が流れ、第4トランジスタ5のソース,
ドレイン間にはβIの電流が流れる。
At this time, the channel area represented by the channel length and the channel width of the third transistor 4 is set to α times the first transistor 2, and the channel area represented by the channel length and the channel width of the fourth transistor 5 is: The current I flows between the source and the drain of the first and second transistors 2 and 3, respectively, so that the current of αI flows between the source and the drain of the third transistor 4. Flows, the source of the fourth transistor 5,
A current of βI flows between the drains.

さらに第5図に示すように、第3トランジスタ4のド
レインと出力端子6との間にスイッチング用のPチャネ
ルの第5トランジスタ7が設けられ、第4トランジスタ
5のドレインと出力端子6との間にスイッチング用のN
チャネルの第6トランジスタ8が設けられている。
Further, as shown in FIG. 5, a switching P-channel fifth transistor 7 is provided between the drain of the third transistor 4 and the output terminal 6, and between the drain of the fourth transistor 5 and the output terminal 6. N for switching
A sixth transistor 8 for the channel is provided.

そして、これらスイッチング用の第5,第6トランジス
タ7,8のゲートに、第5図には図示されていない制御部
からのゲート制御パルスが入力され、両トランジスタ7,
8が交互にオンするようになっている。
Then, a gate control pulse from a control unit (not shown in FIG. 5) is input to the gates of the switching fifth and sixth transistors 7 and 8, and both transistors 7,
8 turns on alternately.

ところで、このようなCMOSチャージポンプ回路の第3
〜第6トランジスタ4,5,7,8の形成パターンは第6図に
示すようになり、同図中のS,G,Dはそれぞれソース,ゲ
ート,ドレインを表わしており、従来にはこれらの各ト
ランジスタ4,5,7,8が個別の拡散パターン領域Pa,Pb,Pc,
Pdにそれぞれ形成されている。
By the way, the third of such a CMOS charge pump circuit is
The formation pattern of the sixth to fourth transistors 4, 5, 7, and 8 is as shown in FIG. 6, where S, G, and D represent the source, gate, and drain, respectively. Each of the transistors 4, 5, 7, 8 has an individual diffusion pattern area P a , P b , P c ,
Pd is formed respectively.

つぎに、動作について説明する。 Next, the operation will be described.

カレントミラーを構成する第1,第3トランジスタ2,4
のチャネル面積の比は1:αであるため、第1トランジス
タ2に定電流Iが流れると、第3トランジスタ4にはそ
のα倍の電流α・Iが流れ、従って第1トランジスタ2
は第3トランジスタ4に定電流Iのα倍の電流を流すた
めの定電流供給源として働き、第3トランジスタ4は+
の定電流源となる。
First and third transistors 2, 4 forming a current mirror
Since the channel area ratio is 1: α, when a constant current I flows through the first transistor 2, a current α · I that is α times as large flows through the third transistor 4, and therefore the first transistor 2
Functions as a constant current source for supplying a current α times the constant current I to the third transistor 4, and the third transistor 4 has +
Is a constant current source.

一方、同じようにカレントミラーを構成する第2,第4
トランジスタ3,5のチャネル面積の比は1:βであるた
め、第2トランジスタ3に定電流Iが流れると、第4ト
ランジスタ5にはそのβ倍の電流β・Iが流れ、従って
第2トランジスタ3は第4トランジスタ5に定電流Iの
β倍の電流を流すための定電流供給源として働き、第4
トランジスタ5は−の定電流源となる。
On the other hand, the second and fourth
Since the ratio of the channel area of the transistors 3 and 5 is 1: β, when the constant current I flows through the second transistor 3, the current β · I flows through the fourth transistor 5 by β times that of the second transistor 3. 3 functions as a constant current supply source for flowing a current β times the constant current I to the fourth transistor 5,
The transistor 5 serves as a negative constant current source.

そして、第5,第6トランジスタ7,8が交互にオンする
ことによって第3トランジスタ4による+の定電流源と
第4トランジスタ5による−の定電流源との出力の切換
えが行われ、出力端子6から第3図に示すような方形波
状の電流が出力される。
When the fifth and sixth transistors 7 and 8 are alternately turned on, the output of the + constant current source by the third transistor 4 and the − constant current source by the fourth transistor 5 are switched, and the output terminal is switched. 6 outputs a square-wave current as shown in FIG.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

従来のCMOSチャージポンプ回路では、第3,第5トラン
ジスタ4,7が別個の拡散パターン領域Pa,Pcに形成され、
第4,第6トランジスタ5,8も別個の拡散パターン領域Pb,
Pdに形成されているため、第6図に示すような第3,第5
トランジスタ4,7間の浮遊容量Ca及び第4,第6トランジ
スタ5,8間の浮遊容量Cbの充放電の影響により、出力端
子6からの出力電流波形は第3図のような方形波になら
ず、実際には、第7図に示すような浮遊容量Ca,Cbによ
るスパイク状のノイズ成分を含む波形となり、このよう
な出力電流波形の歪みが原因でPLLの特性の低下を招く
という問題点があった。
In the conventional CMOS charge pump circuit, the third and fifth transistors 4, 7 are formed in separate diffusion pattern regions P a , P c ,
The fourth and sixth transistors 5, 8 also have separate diffusion pattern regions P b ,
Because of the formation of Pd , the third and fifth parts as shown in FIG.
Due to the effect of charging and discharging of the stray capacitance C a between the transistors 4 and 7 and the stray capacitance C b between the fourth and sixth transistors 5 and 8, the output current waveform from the output terminal 6 becomes a square wave as shown in FIG. In fact, a waveform including a spike-like noise component due to stray capacitances C a and C b as shown in FIG. 7 is obtained, and the distortion of the output current waveform causes deterioration of PLL characteristics. There was a problem of inviting.

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、電流電源用のトランジスタとスイッチング
用のトランジスタとの間の浮遊容量を低減し、出力波形
の歪みを防止できるようにすることを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to reduce a stray capacitance between a current power supply transistor and a switching transistor, thereby preventing output waveform distortion. With the goal.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

この発明に係るCMOSチャージポンプ回路は、電源と接
地との間に直列に接続されたPチャネルの第1トランジ
スタ及びNチャネルの第2トランジスタと、ソースが前
記電源に接続され前記第1トランジスタとともにカレン
トミラーを構成する電流源用のPチャネルの第3トラン
ジスタと、ソースが接地され前記第2トランジスタとと
もにカレントミラーを構成する電流源用のNチャネルの
第4トランジスタと、前記第3トランジスタのドレイン
と出力端子との間に設けられたスイッチング用のPチャ
ネルの第5トランジスタと、前記第4トランジスタのド
レインと前記出力端子との間に設けられたスイッチング
用のNチャネルの第6トランジスタとを備え、前記第3
及び第5トランジスタが一の同一拡散パターン領域に形
成され、前記第4及び第6トランジスタが他の同一拡散
パターン領域に形成され、前記第5及び第6トランジス
タのそれぞれのドレインが互いに接続され、該ドレイン
と前記出力端子との間にサージ破壊耐量確保手段が含ま
れることを特徴としている。
A CMOS charge pump circuit according to the present invention includes a P-channel first transistor and an N-channel second transistor connected in series between a power supply and a ground, and a current connected to the power supply with the source connected to the power supply. A P-channel third transistor for a current source constituting a mirror, a N-channel fourth transistor for a current source having a grounded source and a current mirror together with the second transistor, and a drain and an output of the third transistor; A switching P-channel fifth transistor provided between the output terminal and a switching P-channel fifth transistor provided between the output terminal and a switching P-channel fifth transistor. Third
And a fifth transistor are formed in one same diffusion pattern region, the fourth and sixth transistors are formed in another same diffusion pattern region, and respective drains of the fifth and sixth transistors are connected to each other. It is characterized in that a surge breakdown withstanding means is included between the drain and the output terminal.

〔作用〕[Action]

この発明においては、第3,第5トランジスタが一の同
一拡散パターン領域に形成され、第4,第6トランジスタ
が他の同一拡散パターン領域に形成れているため、第3,
第5トランジスタ間の浮遊容量、及び第4,第6トランジ
スタ間に浮遊容量が従来よりも減少し、出力波形の歪み
が防止され、さらにサージ破壊耐量確保手段によってサ
ージ破壊耐量が確保される。
In the present invention, the third and fifth transistors are formed in one and the same diffusion pattern region, and the fourth and sixth transistors are formed in the other and the same diffusion pattern region.
The stray capacitance between the fifth transistor and the stray capacitance between the fourth and sixth transistors are reduced as compared with the conventional case, distortion of the output waveform is prevented, and the surge breakdown immunity securing means secures the surge immunity.

〔実施例〕〔Example〕

第1図及び第2図はこの発明のCMOSチャージポンプ回
路の一部の形成パターン図及び結線図である。
1 and 2 are a pattern diagram and a connection diagram of a part of the CMOS charge pump circuit of the present invention.

第2図を参照して、基本的な回路構成は第5図とほぼ
同一であり、第5図と相違するのは、ゲートが正電源1
に接続されたNチャネルの第7トランジスタ9と、ゲー
トが接地されたPチャネルの第8トランジスタ10とから
なるオン状態のトランスミッションゲート11を、第5,第
6トランジスタ7,8の接続点Aと出力端子6との間に設
けたことである。
Referring to FIG. 2, the basic circuit configuration is substantially the same as FIG. 5, and the difference from FIG.
An on-state transmission gate 11 composed of an N-channel seventh transistor 9 connected to the N-channel and a P-channel eighth transistor 10 whose gate is grounded is connected to a connection point A between the fifth and sixth transistors 7 and 8. This is provided between the output terminal 6.

さらに、第1図は第2図の第3〜第6トランジスタ4,
5,7,8の形成パターン図であり、第1図中のS,G,Dはそれ
ぞれソース,ゲート,ドレインを表わし、第3,第5トラ
ンジスタ4,7が1つの拡散パターン領域Peに形成され、
第3トランジスタ4のドレインと第5トランジスタ7の
ソースとが共通となっており、第4,第6トランジスタ5,
8が他の拡散パターン領域Pfに形成され、第4トランジ
スタ5のドレインと第6トランジスタ8のソースとが共
通になっている。
FIG. 1 shows the third to sixth transistors 4 and 4 of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing formation patterns of 5, 7, and 8, where S, G, and D in FIG. 1 represent a source, a gate, and a drain, respectively, and the third and fifth transistors 4, 7 are arranged in one diffusion pattern region Pe . Formed,
The drain of the third transistor 4 and the source of the fifth transistor 7 are common, and the fourth and sixth transistors 5,
8 is formed on the other of the diffusion pattern region P f, a drain and a source of the sixth transistor 8 of the fourth transistor 5 is in common.

このように、第3,第5トランジスタ4,7を1つの拡散
パターン領域Peに形成し、第4,第6トランジスタ5,8を
他の拡散パターン領域Pfに形成することによって、第3,
第5トランジスタ4,7間の浮遊容量及び第4,第6トラン
ジスタ5,8間の浮遊容量を従来よりも大幅に低減するこ
とができる。
As described above, the third and fifth transistors 4, 7 are formed in one diffusion pattern region P e , and the fourth and sixth transistors 5, 8 are formed in the other diffusion pattern region P f , whereby the third transistor is formed. ,
The stray capacitance between the fifth transistors 4 and 7 and the stray capacitance between the fourth and sixth transistors 5 and 8 can be significantly reduced as compared with the related art.

従って、第5,第6トランジスタ7,8が交互にオンする
ことによって出力端子6から出力される電流の波形は、
第3図に示すように方形波となり、従来のようなPLLの
特性低下を防止することができる。
Accordingly, the waveform of the current output from the output terminal 6 when the fifth and sixth transistors 7, 8 are turned on alternately is:
As shown in FIG. 3, the waveform becomes a square wave, and the characteristic deterioration of the PLL as in the related art can be prevented.

また、第3、第5トランジスタ4,7を1つの拡散パタ
ーン領域Peに形成し、第4,第6トランジスタ5,8を他の
拡散パターン領域Pfに形成すると、スイッチング用の第
5,第6トランジスタ7,8のドレイン領域の面積が小さく
なり、サージに対して弱くなるが、オン状態のトランス
ミッションゲート11を設けたことによってサージ破壊耐
量を確保することができる。
The third, the fifth transistor 4 and 7 formed on one of the diffusion pattern region P e, 4, to form a sixth transistor 5,8 other diffusion pattern region P f, first for switching
5, Although the area of the drain regions of the sixth transistors 7 and 8 becomes smaller and weaker against surges, the provision of the transmission gate 11 in the ON state ensures the surge breakdown withstand capability.

なお、他の実施例として、トランスミッションゲート
11に代わり、第4図に示すように、正電源1と接地との
間に2個の保護ダイオード12,13を直列に設け、第5,第
6トランジスタ7,8の接続点A及び出力端子6を両ダイ
オード12,13の接続点に接続し、サージ破壊耐量を確保
するようにしてもよい。
As another embodiment, a transmission gate
Instead of 11, as shown in FIG. 4, two protection diodes 12, 13 are provided in series between the positive power supply 1 and the ground, and the connection point A of the fifth and sixth transistors 7, 8 and the output terminal 6 may be connected to the connection point of both diodes 12 and 13 to ensure the surge breakdown withstand capability.

また、上記実施例では、PLL位相比較器に対して使用
する場合について説明したが、使用の態様はこれに限ら
れるものでないのは言うまでもない。
Further, in the above embodiment, the case where the present invention is used for the PLL phase comparator has been described, but it goes without saying that the mode of use is not limited to this.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上のように、この発明によれば、電流源用の第3ト
ランジスタとスイッチング用第5トランジスタとの間の
浮遊容量、及び電流源用の第4トランジスタとスイッチ
ング用第6トランジスタとの間の浮遊容量を従来よりも
低減できるため、従来のような出力波形の歪みを防止す
るとともにサージ破壊耐量を確保することもでき、PLL
位相比較器の出力側に使用した場合に、PLLの特性低下
を防止することが可能となる。
As described above, according to the present invention, the stray capacitance between the third transistor for current source and the fifth transistor for switching, and the stray capacitance between the fourth transistor for current source and the sixth transistor for switching. Since the capacity can be reduced compared to the conventional type, it is possible to prevent the distortion of the output waveform as in the past and to secure the surge breakdown withstand capability.
When used on the output side of the phase comparator, it is possible to prevent the characteristics of the PLL from deteriorating.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はこの発明のCMOSチャージポンプ回路の一実施例
の形成パターン図、第2図は第1図の結線図、第3図は
第2図の出力波形図、第4図はこの発明の他の実施例の
一部の結線図、第5図は従来のCMOSチャージポンプ回路
の結線図、第6図は第5図の一部の形成パターン図、第
7図は第5図の出力波形図である。 図において、1は正電源、2〜5は第1〜第4トランジ
スタ、6は出力端子、7,8は第5,第6トランジスタ、11
はトランスミッションゲート、12,13はダイオード、Pe,
Pfは拡散パターン領域である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。
FIG. 1 is a diagram showing a formation pattern of an embodiment of a CMOS charge pump circuit of the present invention, FIG. 2 is a connection diagram of FIG. 1, FIG. 3 is an output waveform diagram of FIG. 2, and FIG. FIG. 5 is a connection diagram of a conventional CMOS charge pump circuit, FIG. 6 is a partial formation pattern diagram of FIG. 5, and FIG. 7 is an output waveform of FIG. FIG. In the figure, 1 is a positive power supply, 2 to 5 are first to fourth transistors, 6 is an output terminal, 7, 8 are fifth and sixth transistors, 11
Are transmission gates, 12, 13 are diodes, Pe,
Pf is a diffusion pattern area. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】電源と接地との間に直列に接続されたPチ
ャネルの第1トランジスタ及びNチャネルの第2トラン
ジスタと、 ソースが前記電源に接続され前記第1トランジスタとと
もにカレントミラーを構成する電流源用のPチャネルの
第3トランジスタと、 ソースが接地され前記第2トランジスタとともにカレン
トミラーを構成する電流源用のNチャネルの第4トラン
ジスタと、 前記第3トランジスタとドレインと出力端子との間に設
けられたスイッチング用のPチャネルの第5トランジス
タと、 前記第4トランジスタのドレインと前記出力端子との間
に設けられたスイッチング用のNチャネルの第6トラン
ジスタと を備え、 前記第3及び第5トランジスタが一の同一拡散パターン
領域に形成され、前記第4及び第6トランジスタが他の
同一拡散パターン領域に形成され、 前記第5及び第6トランジスタのそれぞれのドレインが
互いに接続され、該ドレインと前記出力端子との間にサ
ージ破壊耐量確保手段が含まれる ことを特徴とするCMOSチャージポンプ回路。
1. A P-channel first transistor and an N-channel second transistor connected in series between a power supply and a ground, and a current having a source connected to the power supply and forming a current mirror with the first transistor. A third P-channel transistor for a source, a fourth N-channel transistor for a current source having a source grounded and forming a current mirror with the second transistor, and a third transistor, a drain, and an output terminal. A switching P-channel fifth transistor provided; and a switching N-channel sixth transistor provided between the drain of the fourth transistor and the output terminal; A transistor is formed in one and the same diffusion pattern region, and the fourth and sixth transistors are A CMOS charge pump formed in one diffusion pattern region, wherein drains of the fifth and sixth transistors are connected to each other, and a surge breakdown withstanding means is included between the drain and the output terminal. circuit.
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