JP3235563B2 - チャージポンプ回路 - Google Patents

チャージポンプ回路

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JP3235563B2 JP08784498A JP8784498A JP3235563B2 JP 3235563 B2 JP3235563 B2 JP 3235563B2 JP 08784498 A JP08784498 A JP 08784498A JP 8784498 A JP8784498 A JP 8784498A JP 3235563 B2 JP3235563 B2 JP 3235563B2
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  • Stabilization Of Oscillater, Synchronisation, Frequency Synthesizers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はチャージポンプ回路
に関し、特に基準信号の位相と比較信号の位相とを比較
し、比較結果としての位相進み信号及び位相遅れ信号に
より駆動されるチャージポンプ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来技術の一例が特開平7−3
26969号公報に開示されている。この従来技術は基
準信号の位相と比較信号の位相とを同期させるフェイズ
・ロックト・ループ(PLL)に用いられる位相検出回
路において、基準信号と比較信号との位相差を電圧制御
発振器(VCO)の制御電圧として出力するチャージポ
ンプに関するものである。
【0003】図7はこの特開平7−326969号公報
開示のチャージポンプ回路の回路図である。
【0004】同図を参照して、従来のチャージポンプ回
路は位相比較器51と、インバータ52と、p形MOS
トランジスタ53と、n形MOSトランジスタ54と、
抵抗器55,56と、コンデンサ57とからなる。
【0005】そして、p形MOSトランジスタ53とn
形MOSトランジスタ54とによりチャージポンプが形
成され、位相比較器51からのアップ(UP)信号63
がp形MOSトランジスタ53のゲート端子に、位相比
較器51からのダウン(DOWN)信号64がn形MO
Sトランジスタ54のゲート端子に夫々入力され、p形
MOSトランジスタ53とn形MOSトランジスタ54
との共通接続点Jよりチャージポンプの出力が抵抗器5
5,56を介してコンデンサ57に入力される。
【0006】また、チャージポンプ回路としての出力電
圧65は抵抗器55及び56の共通接続点Kより取出さ
れる。
【0007】次に、動作について説明する。基準信号6
1と比較信号62を位相比較器51へ入力すると、比較
信号62の位相が基準信号61よりも遅れている場合
は、両信号の位相差に応じたパルス幅を持つUP信号6
3が出力され、また比較信号62の位相が基準信号61
よりも進んでいる場合は、その位相差に応じたパルス幅
を持つDOWN信号64が出力される。
【0008】又、UP信号63がチャージポンプの充電
用p形MOSトランジスタ53のゲート端子に入力さ
れ、充電用p形MOSトランジスタ53がオン状態にな
るとチャージポンプ出力に接続するローパスフィルタの
コンデンサ57への充電が行われる。
【0009】またDOWN信号64はインバータ52に
より反転されてからチャージポンプの放電用n形MOS
トランジスタ54のゲート端子に入力され、放電用n形
MOSトランジスタ54がオン状態になるとローパスフ
ィルタのコンデンサ57から放電が行われる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の技術で
は設計時に充電と放電のバランスを取っていたとして
も、製造ばらつき等によりp形MOSトランジスタ53
とn形MOSトランジスタ54の特性が変動した場合
に、充電と放電のバランスも崩れてしまい、PLL全体
の性能をも低下させる可能性があるという欠点があっ
た。
【0011】又、インバータ52によるDOWN信号の
反転を行っていたため、UP信号に比べDOWN信号の
方が遅延するという欠点もあった。
【0012】そこで本発明の目的は、充電と放電のバラ
ンスが崩れることがなく、かつ2入力信号間で遅延が生
じることがないチャージポンプ回路を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、2入力のうちの一方の入力により容量素子
を充電し、他方の入力により前記容量素子を放電し、か
つ前記容量素子に蓄えられた電荷に応じた電圧を出力す
るチャージポンプ回路であって、そのチャージポンプ回
路を前記一方の入力により第1容量素子を充電する第1
充電部と、第3の入力により前記第1容量素子を放電す
る第1放電部と、前記第1放電部にて放電が実行されて
いる間前記第1充電部にて充電が実行されるのを阻止す
る第1充電阻止部とを含み、前記第1容量素子に蓄えら
れた電荷に応じた電圧を出力する第1チャージポンプ手
段と、前記他方の入力により第2容量素子を充電する第
2充電部と、第4の入力により前記第2容量素子を放電
する第2放電部と、前記第2放電部にて放電が実行され
ている間前記第2充電部にて充電が実行されるのを阻止
する第2充電阻止部とを含み、前記第2容量素子に蓄え
られた電荷に応じた電圧を出力する第2チャージポンプ
手段と、前記第1及び第2チャージポンプ手段より出力
される電圧に基づき前記第1及び第2容量素子のいずれ
かに所定量の電荷が充電されたことを検出する充電検出
手段とを含んで構成したことを特徴とする。
【0014】本発明によれば、2入力の各々が専用のチ
ャージポンプ手段にて専用の容量素子を充電し、2入力
とは別の第3及び第4の入力により放電を行う。
【0015】即ち、2入力はともに容量素子を充電する
場合にのみ用いられるため、チャージポンプ手段として
用いられる相補形トランジスタの特性が変動した場合で
も充電と放電のバランスが崩れることはない。
【0016】又、2入力とは別の第3及び第4の入力に
より放電を行うよう構成したため、2入力のうちの一方
を反転させる必要もなくなり、これにより2入力信号間
で遅延が生じることもない。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1及び第2の実
施の形態について添付図面を参照しながら説明する。図
1は本発明に係る第1の実施の形態の構成図である。
【0018】第1の実施の形態は位相比較器1と、この
位相比較器1の2つの出力の各々に接続されたチャージ
ポンプ2,3と、このチャージポンプ2,3の各々の出
力電圧を減算する減算器7とからなる。
【0019】次に、動作について説明する。位相比較器
1は基準信号10と比較信号11を入力とし、両信号の
位相差に応じたパルス幅を持つUP信号12及びDOW
N信号13を出力する。
【0020】そして、UP信号12を第1のチャージポ
ンプ2へ入力し、DOWN信号13を第2のチャージポ
ンプ3へ入力する。そして、両チャージポンプ2及び3
の出力電圧14及び15を減算器7へ入力すると、減算
器7から出力電圧14及び15の差電圧8が出力され
る。
【0021】次に、チャージポンプ2,3の回路につい
て説明する。なお、チャージポンプ2,3は同様の回路
構成であるため、ここではチャージポンプ2を一例とし
て説明する。
【0022】図2はチャージポンプの回路図である。同
図を参照して、チャージポンプは、位相比較器1から出
力されたUP信号12(又はDOWN信号13)により
オン/オフするp形MOSトランジスタ21と、CLR
信号18により充放電の切り替え制御を行うp形MOS
トランジスタ22及びn形MOSトランジスタ23と、
コンデンサ24とからなる。
【0023】具体的な回路構成は次のとおりである。p
形MOSトランジスタ22のドレイン端子とp形MOS
トランジスタ21のソース端子は共通接続され、p形M
OSトランジスタ21のドレイン端子とn形MOSトラ
ンジスタ23のドレイン端子も共通接続され、p形MO
Sトランジスタ22のソース端子は電源101に、n形
MOSトランジスタ23のソース端子は接地100され
る。
【0024】又、p形MOSトランジスタ21のゲート
端子には位相比較器1よりUP及びDOWN信号12,
13が入力され、p形MOSトランジスタ22及びn形
MOSトランジスタ23のゲート端子にはクリア(CL
R)信号18が入力される。
【0025】そして、p形MOSトランジスタ21とn
形MOSトランジスタ23との共通接続点Mと接地10
0間にコンデンサ24が接続され、共通接続点Mより出
力電圧14(又は15)が取出される。
【0026】次に、チャージポンプの動作を図2及び図
3を参照しながら説明する。図3はチャージポンプの動
作を示すタイミングチャートである。
【0027】図3を参照して、時間T1に外部より高レ
ベルのCLR信号18が入力されると、p形MOSトラ
ンジスタ22はオフ状態、n形MOSトランジスタ23
はオン状態となる。
【0028】n形MOSトランジスタ23がオン状態と
なることによりコンデンサ24が放電し、時間T2に出
力電圧(OUT)14は0Vとなる。
【0029】次に、時間T3にCLR信号18が低レベ
ルとなるとp形MOSトランジスタ22はオン状態、n
形MOSトランジスタ23はオフ状態となる。
【0030】次に、時間T4に位相比較器1から低レベ
ルのUP信号12(チャージポンプ3の場合はDOWN
信号13)が入力されると、p形MOSトランジスタ2
1はオン状態となる。これによりコンデンサ24が充電
され、出力電圧は上昇する。
【0031】次に、時間T5にUP信号12が高レベル
となると、p形MOSトランジスタ21はオフ状態とな
る。これによりコンデンサ24への充電は停止され、U
P信号12が高レベルである限り出力電圧はT5のとき
の電圧をほぼ保持する。
【0032】次に、時間T6にUP信号12が低レベル
となると、時間T4のときと同様にコンデンサ24がさ
らに充電され、出力電圧はさらに上昇する。
【0033】以後、入力されるUP信号12が高レベ
ル、低レベル、高レベル、…と切替えられるたびに出力
電圧は上昇する。
【0034】そして、所定時間後に高レベルのCLR信
号18が入力されることにより出力電圧は再び0Vに戻
ることになる。
【0035】なお、CLR信号18はチャージポンプ2
及び3の両者に同時に入力される必要がある。チャージ
ポンプ2,3の出力電圧を次段で比較するからである。
又、CLR信号18は所定の時間間隔にて反復して入力
されるものである。
【0036】次に、減算器7の回路について説明する。
図4は減算器7の回路図である。同図に示すように減算
器7は差動増幅器(オペアンプ)9で構成される。この
差動増幅器9の非反転入力端子(+)にチャージポンプ
2の出力電圧14を、反転入力端子(−)にチャージポ
ンプ3の出力電圧15を夫々入力すると出力8として出
力電圧14,15の差電圧が得られる。
【0037】次に、第2の実施の形態について説明す
る。図5は本発明に係る第2の実施の形態の構成図であ
る。なお、同図において図1と同様の構成部分には同一
番号を付し、その説明を省略する。
【0038】図5及び図1を参照して、第2の実施の形
態が第1の実施の形態と異なる点は減算器7の代わりに
チャージ検出器4を設けたことである。
【0039】次に、チャージ検出器4の回路について説
明する。図6はチャージ検出器4の回路図である。
【0040】チャージ検出器4は出力電圧14,15が
夫々入力される排他的論理和回路(以後、EX−OR回
路という)30及び論理和回路(以後、NOR回路とい
う)33と、EX−OR回路30の出力により切替えが
制御される切替スイッチ31と、切替スイッチ31の共
通端子31aの出力がそのセット端子に入力されるフリ
ップフロップ(以下、FFという)32と、NOR回路
33の出力がそのセット端子に入力されるFF34とか
らなる。
【0041】そして、切替スイッチ31の切替端子の一
方31bにはFF32の出力が入力され、切替スイッチ
31の切替端子の他方31cには出力電圧14が入力さ
れる。
【0042】さらに、FF32及びFF34のリセット
端子には外部よりリセット信号19が入力される。
【0043】次に、チャージ検出器4の動作について説
明する。図6を参照して、EX−OR回路30及びNO
R回路33は入力信号14,15の電圧が所定レベルを
超えたときに高レベル信号が、所定レベル以下の場合に
低レベル電圧が夫々入力されたと認識する。
【0044】いま、入力信号14,15の一方のみが高
レベルとなるとEX−OR回路30の出力は高レベルと
なる。
【0045】このEX−OR回路30の出力が高レベル
になるということは、高レベルとなった方の入力信号
(14及び15のいずれか)を出力したチャージポンプ
(2及び3のいずれか)のコンデンサ24に所定量の電
荷が充電されたことを意味する。
【0046】又、EX−OR回路30の出力が高レベル
となると、切替スイッチ31が切替端子31bから31
cに切替えられる。これにより、入力信号14がFF3
2のセット端子に入力される。即ち、高レベルの入力信
号14によりFF32がセットされる。
【0047】一方、入力信号14,15の両者が低レベ
ルとなるとEX−OR回路30の出力は低レベルとな
り、切替スイッチ31は再び切替端子31bに切替えら
れる。これにより、FF32の出力が再びFF32のセ
ット端子に入力される。
【0048】即ち、入力信号14,15の一方のみが高
レベルとなったときは入力信号14が高レベルの場合に
FF32がセットされる。
【0049】又、入力信号14,15の両者が低レベル
となるとNOR回路33の出力は高レベルとなり、FF
34がセットされる。
【0050】入力信号14,15の両者が低レベルとい
うことはチャージポンプ2及び3両者のコンデンサ24
が放電されたこと、即ち、UP信号12,DOWN信号
13ともに高レベルであり、換言すれば位相比較器1に
入力される基準信号10と比較信号11の位相はほぼ一
致していること(PLLがロック状態であること)を意
味する。
【0051】即ち、FF34よりセット信号17が出力
されることによりPLLがロック状態に入ったことを検
出することができる。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、2入力のうちの一方の
入力により容量素子を充電し、他方の入力により前記容
量素子を放電し、かつ前記容量素子に蓄えられた電荷に
応じた電圧を出力するチャージポンプ回路であって、そ
のチャージポンプ回路を前記一方の入力により第1容量
素子を充電し、第3の入力により前記第1容量素子を放
電し、かつ前記第1容量素子に蓄えられた電荷に応じた
電圧を出力する第1チャージポンプ手段と、前記他方の
入力により第2容量素子を充電し、第4の入力により前
記第2容量素子を放電し、かつ前記第2容量素子に蓄え
られた電荷に応じた電圧を出力する第2チャージポンプ
手段と、前記第1及び第2チャージポンプ手段より出力
される電圧の差電圧を出力する差電圧出力手段とを含ん
で構成したため、充電と放電のバランスが崩れることが
なく、かつ2入力信号間で遅延が生じることがないとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1の実施の形態の構成図であ
る。
【図2】本発明のチャージポンプの回路図である。
【図3】同チャージポンプの動作を示すタイミングチャ
ートである。
【図4】本発明の減算器の回路図である。
【図5】本発明に係る第2の実施の形態の構成図であ
る。
【図6】本発明のチャージ検出器の回路図である。
【図7】特開平7−326969号公報開示のチャージ
ポンプ回路の回路図である。
【符号の説明】
1 位相比較器 2,3 チャージポンプ 4 チャージ検出器 7 減算器

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 2入力のうちの一方の入力により容量素
    子を充電し、他方の入力により前記容量素子を放電し、
    かつ前記容量素子に蓄えられた電荷に応じた電圧を出力
    するチャージポンプ回路であって、 前記一方の入力により第1容量素子を充電する第1充電
    部と、第3の入力により前記第1容量素子を放電する第
    1放電部と、前記第1放電部にて放電が実行されている
    間前記第1充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    1充電阻止部とを含み、前記第1容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第1チャージポンプ手段
    と、 前記他方の入力により第2容量素子を充電する第2充電
    部と、第4の入力により前記第2容量素子を放電する第
    2放電部と、前記第2放電部にて放電が実行されている
    間前記第2充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    2充電阻止部とを含み、前記第2容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第2チャージポンプ手段
    と、前記第1及び第2チャージポンプ手段より出力される電
    圧に基づき前記第1及び第2容量素子のいずれかに所定
    量の電荷が充電されたことを検出する充電検出手段 とを
    含むことを特徴とするチャージポンプ回路。
  2. 【請求項2】 2入力のうちの一方の入力により容量素
    子を充電し、他方の入力により前記容量素子を放電し、
    かつ前記容量素子に蓄えられた電荷に応じた電圧を出力
    するチャージポンプ回路であって、 前記一方の入力により第1容量素子を充電する第1充電
    部と、第3の入力により前記第1容量素子を放電する第
    1放電部と、前記第1放電部にて放電が実行されている
    間前記第1充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    1充電阻止部とを含み、前記第1容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第1チャージポンプ手段
    と、 前記他方の入力により第2容量素子を充電する第2充電
    部と、第4の入力により前記第2容量素子を放電する第
    2放電部と、前記第2放電部にて放電が実行されている
    間前記第2充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    2充電阻止部とを含み、前記第2容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第2チャージポンプ手段
    と、前記第1及び第2容量素子の両者がともに放電されたこ
    とを検出する放電検出手段 とを含むことを特徴とするチ
    ャージポンプ回路。
  3. 【請求項3】 2入力のうちの一方の入力により容量素
    子を充電し、他方の入力により前記容量素子を放電し、
    かつ前記容量素子に蓄えられた電荷に応じた電圧を出力
    するチャージポンプ回路であって、 前記一方の入力により第1容量素子を充電する第1充電
    部と、第3の入力により前記第1容量素子を放電する第
    1放電部と、前記第1放電部にて放電が実行されている
    間前記第1充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    1充電阻止部とを含み、前記第1容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第1チャージポンプ手段
    と、 前記他方の入力により第2容量素子を充電する第2充電
    部と、第4の入力により前記第2容量素子を放電する第
    2放電部と、前記第2放電部にて放電が実行されている
    間前記第2充電部にて充電が実行されるのを阻止する第
    2充電阻止部とを含み、前記第2容量素子に蓄えられた
    電荷に応じた電圧を出力する第2チャージポンプ手段
    と、前記第1及び第2チャージポンプ手段より出力される電
    圧に基づき前記第1及び第2容量素子のいずれかに所定
    量の電荷が充電されたことを検出する充電検出手段及び
    前記第1及び第2容量素子の両者がともに放電されたこ
    とを検出する放電検出手段 とを含むことを特徴とするチ
    ャージポンプ回路。
  4. 【請求項4】 前記第1及び第2チャージポンプ手段の
    各々は、一組の相補形MOSトランジスタと、この相補
    形MOSトランジスタの共通接続点及び接地間に接続さ
    れた容量素子とを含み構成され、前記相補形MOSトラ
    ンジスタの一方の制御端子に前記2入力のうちの一方が
    入力され、前記相補形MOSトランジスタの他方の制御
    端子に前記第3及び第4の入力のうちの一方が入力され
    ることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載
    のチャージポンプ回路。
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