JP3403104B2

JP3403104B2 - チャージポンプ回路

Info

Publication number: JP3403104B2
Application number: JP36423998A
Authority: JP
Inventors: 雅司清瀬
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2003-05-06
Anticipated expiration: 2018-12-22
Also published as: JP2000188543A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電流駆動型のチャ
ージポンプ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】位相ロックループ等に用いられる電流駆
動型のチャージポンプ回路は、出力端子に接続される負
荷を駆動できる十分な電流容量を有するＣＭＯＳトラン
ジスタからなり、入力信号に応答して負荷容量を充放電
するように構成される。このとき、充電時に負荷へ流れ
出す電流と、放電時に負荷から流れ込む電流とを等しく
することが望ましく、ＣＭＯＳトランジスタのＰチャン
ネル側とＮチャンネル型とで動作特性をそろえるように
している。

【０００３】図５は、ＣＭＯＳトランジスタで構成され
る電流駆動型のチャージポンプ回路の構成を示すブロッ
ク図であり、図６は、ＣＭＯＳトランジスタの動作特性
図である。

【０００４】Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ１とＮ
チャンネル型ＭＯＳトランジスタ２とが、電源接地間に
直列に接続され、各トランジスタ１、２のゲートに第１
及び第２の入力信号ＤＰ、ＤＮが印加される。これらの
トランジスタ１、２の間の接続点から、出力ＣＨが取り
出される。第１及び第２の入力信号ＤＰ、ＤＮは、例え
ば、位相比較器の出力から得られるものであり、位相ロ
ックループにおいて、基準クロックに対する発振クロッ
クの遅れに応じて第１の入力信号ＤＰが立ち下げられ、
基準クロックに対する発振クロックの進みに応じて第２
の入力信号ＤＮが立ち上げられる。このような第１の入
力信号ＤＰに応答してトランジスタ１がオンすると、ト
ランジスタ１に充電電流Ｉpが流れ、出力端子に接続さ
れる負荷容量を充電する。そして、第２の入力信号ＤＮ
に応答してトランジスタ２がオンすると、トランジスタ
２に放電電流Ｉnが流れ、出力端子に接続される負荷容
量を放電する。トランジスタ１と電源との間には、電流
制御用の負荷となるＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタ
３が接続され、同様に、トランジスタ２と接地との間に
は、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ４が接続され
る。これらのトランジスタ３、４のゲートには、後述す
るバイアス回路から取り出される制御電位Ｖcp、Ｖcnが
それぞれ印加される。

【０００５】バイアス回路は、抵抗５及びトランジスタ
６〜８により構成される。抵抗５とＮチャンネル型ＭＯ
Ｓトランジスタ６とが電源接地間に直列に接続され、そ
の間の接続点Ａにトランジスタ６のゲートが接続され
る。そして、Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ７とＮ
チャンネル型ＭＯＳトランジスタ８とが電源接地間に直
列に接続され、その間の接続点Ｂにトランジスタ７のゲ
ートが接続されると共に、トランジスタ８のゲートが接
続点Ａに接続される。これにより、抵抗５及びトランジ
スタ６に対してトランジスタ７、８で電流ミラー回路が
構成され、接続点ＡからＮチャンネル側の制御電位Ｖcn
が取り出されると共に、接続点ＢからＰチャンネル側の
制御電位Ｖcpが取り出される。このようなバイアス回路
においては、電流ミラー動作によって、理想的には、ト
ランジスタ１、２に流れる電流Ｉp、Ｉnが一定に保たれ
る。

【０００６】トランジスタ１、２に流れる電流Ｉp、Ｉn
については、ゲートに印加されている電位が一定であっ
ても、出力側の電位によって変化することになる。例え
ば、ゲートがオンした状態にあっても、ソース・ドレイ
ン間に電位差がなければ電流が流れないため、出力側の
負荷が充電された状態でトランジスタ１がオンしたと
き、あるいは、負荷が放電された状態でトランジスタ２
がオンしたときには電流Ｉp、Ｉnは流れない。従って、
出力側の電位に対する電流Ｉp、Ｉnの変化は、図６に示
すようになる。即ち、トランジスタ１を流れる電流Ｉp
は、出力側の電位が電源電位Ｖddより低くなった時点で
立ち上がり、所定の値Ｉ0に達する。そして、電流Ｉpが
電流Ｉ0に達した後には、トランジスタ３のチャンネル
長変調の影響により、出力側の電位の低下に伴って少し
ずつ上昇する。また、トランジスタ２を流れる電流Ｉn
は、出力側の電位が電源電位Ｖssを越えた時点で立ち上
がり、所定の値Ｉ0に達する。そして、電流Ｉnが電流Ｉ
0に達した後には、トランジスタ４のチャンネル長変調
の影響により、出力側の電位の上昇に伴って少しずつ上
昇する。

【０００７】このようなチャージポンプ回路において
は、電流Ｉpと電流Ｉnとの差が所定の範囲内となるよう
にして、出力側の電位の変動範囲が選択される。換言す
れば、チャージポンプ回路の出力側で扱われる電位の変
動範囲に応じて各トランジスタ１、２の動作特性を設定
し、その動作範囲で各電流Ｉp、Ｉnの差を所定の範囲に
収めるようにしている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】チャージポンプ回路を
構成するトランジスタ１、２は、電源電位及び接地電位
に対する入力信号ＤＰ、ＤＮの変動に応じてオン／オフ
を繰り返し、出力側の負荷容量を充放電する。ここで、
トランジスタ１と電源との間に電流制御用のトランジス
タ３が接続されると、トランジスタ１のソース側の電位
がトランジスタ３のオン抵抗による降下分だけ電源電位
よりも低くなる。同様に、トランジスタ２と接地との間
に電流制御用のトランジスタ４が接続されると、トラン
ジスタ２のソース側の電位がトランジスタ４のオン抵抗
による降下分だけ接地電位よりも高くなる。従って、動
作中に各トランジスタ１、２のゲート・ソース間の電位
差が小さくなり、ゲート電位の変動に対するオン／オフ
の応答が遅くなるため、入力信号ＤＰ、ＤＮの周期が短
くなったときには、回路動作が追従できなくなるおそれ
がある。

【０００９】また、チャージポンプ回路を集積回路によ
って構成する場合、一旦集積化したトランジスタの動作
特性を変更することは困難であるため、その動作範囲は
実質的に固定されてしまう。しかしながら、製造ばらつ
き等による動作特性のずれを考慮すると、ある程度の動
作特性の補正が必要となる。特に、電流ミラー動作をす
るトランジスタを付加する場合には、各トランジスタの
動作特性がずれ易いため、回路的に受ける影響が大き
く、特性を補正できるようにする必要がある。

【００１０】そこで本発明は、短い周期の入力信号に対
しても動作を追従させると共に、集積回路を形成した後
でも動作特性の補正を可能にすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述の課題を
解決するために成されたもので、第１の特徴は、Ｐチャ
ンネル型駆動トランジスタとＮチャンネル型駆動トラン
ジスタとが電源接地間に直列に接続され、両駆動トラン
ジスタのゲートに印加される入力信号に対して、両駆動
トランジスタの間の接続点から出力を得るチャージポン
プ回路であって、上記Ｐチャンネル型駆動トランジスタ
と上記接続点との間にＰチャンネル型負荷トランジスタ
を接続すると共に、上記Ｎチャンネル型駆動トランジス
タと上記接続点との間にＮチャンネル型負荷トランジス
タを接続し、両負荷トランジスタのゲートに、上記各ト
ランジスタの特性の変動あるいは電源電位の変動に応答
して変更される補償電位を印加することにある。

【００１２】そして、第２の特徴は、Ｐチャンネル型駆
動トランジスタとＮチャンネル型駆動トランジスタとが
電源接地間に直列に接続され、両駆動トランジスタのゲ
ートに印加される入力信号に対して、両駆動トランジス
タの間の接続点から出力を得るチャージポンプ回路であ
って、上記Ｐチャンネル型駆動トランジスタと直列に接
続されるＰチャンネル型負荷トランジスタと、上記Ｎチ
ャンネル型駆動トランジスタと直列に接続されるＮチャ
ンネル型負荷トランジスタと、電源接地間に直列に接続
された第１のトランジスタ及び抵抗と、電源接地間に直
列に接続された第２及び第３のトランジスタと、上記第
３のトランジスタと並列に接続される第４のトランジス
タと、を備え、上記第１のトランジスタと上記抵抗との
接続点が、上記第１及び第２のトランジスタのゲートに
接続されると共に、上記両負荷トランジスタの一方のゲ
ートに接続され、上記第２及び第３のトランジスタの接
続点が、上記第３のトランジスタのゲートに接続される
と共に、上記両負荷トランジスタの他方のゲートに接続
され、上記第４のトランジスタのゲートに切り換え可能
な制御電位が印加されることにある。

【００１３】本発明によれば、第１及び第２の駆動トラ
ンジスタのソースが電源及び接地に直接接続されるた
め、各駆動トランジスタのゲートに印加される入力信号
に対してゲート・ソース間の電位差が十分な大きさに確
保される。従って、入力信号が短い周期で変化するとき
でも各トランジスタの動作を追従させることができる。

【００１４】また、補償動作を行う第２及び第３のトラ
ンジスタの間の電位を外部から切り換え可能な制御電位
によって容易に変更することができるため、各負荷トラ
ンジスタのゲート電位、即ち、オン抵抗値を変更して動
作特性を変更できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明のチャージポンプ
回路の第１の実施形態を示す回路図であり、図２は、そ
の動作を説明するための各トランジスタの動作特性図で
ある。

【００１６】Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ１１及
びＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタ１２は、駆動トラ
ンジスタであり、それぞれ電源及び接地に接続される。
Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ１３及びＮチャンネ
ル型ＭＯＳトランジスタ１４は、電流制御用の負荷トラ
ンジスタである、トランジスタ１１、１２の間に直列に
接続される。これらのトランジスタ１３、１４の間の接
続点が出力端子となり、出力ＣＨが取り出される。トラ
ンジスタ１１、１２のゲートには、第１及び第２の入力
信号ＤＰ、ＤＮがそれぞれ印加され、トランジスタ１
３、１４のゲートには、後述するバイアス回路１０から
取り出される制御電位Ｖcp、Ｖcnがそれぞれ印加され
る。

【００１７】第１及び第２の入力信号ＤＰ、ＤＮは、図
５と同一のものであり、それぞれ、トランジスタ１、２
をオンさせて充電電流Ｉp及び放電電流Ｉnを流し、出力
端子に接続される負荷容量を充電及び放電する。ここ
で、トランジスタ１３、１４は、制御電位Ｖcp、Ｖcnに
応じてオン抵抗値を変化させ、トランジスタ１１を通し
て出力側へ流れ出す電流Ｉp及びトランジスタ１２を通
して出力側から流れ込む電流Ｉnを制限するものであ
り、それ自体の機能は、図５に示すトランジスタ３、４
と同一である。

【００１８】このようなチャージポンプ回路は、入力信
号ＤＰ、ＤＮに応答して出力側の負荷を駆動するトラン
ジスタ１１、１２のソースが、電源及び接地に直接接続
されるため、トランジスタ１３、１４による電流制限の
影響を受けることなく、トランジスタ１１、１２のゲー
ト・ソース間の電位差が確保される。即ち、それぞれの
ゲートに印加される入力信号ＤＰ、ＤＮの電位と電源電
位及び接地電位との電位差が、そのまま各トランジスタ
１１、１２のゲート・ソース間に印加されるようにな
る。このため、入力信号ＤＰ、ＤＮの周期が短くなった
場合でも、各トランジスタ１１、１２の動作は、入力信
号ＤＰ、ＤＮの変動に十分に追従することができる。

【００１９】バイアス回路１０は、抵抗１５及びトラン
ジスタ１６〜１９により構成され、制御情報ＳＣに応答
して出力電位Ｖsが選択される電位切換回路２０が接続
される。抵抗１５とＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタ
１６とが電源接地間に直列に接続され、その間の接続点
Ａにトランジスタ１６のゲートが接続される。そして、
Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ１７とＮチャンネル
型ＭＯＳトランジスタ１８とが電源接地間に直列に接続
され、その間の接続点Ｂにトランジスタ１７のゲートが
接続されると共に、トランジスタ１８のゲートが接続点
Ａに接続される。さらに、トランジスタ１７と並列にＰ
チャンネル型ＭＯＳトランジスタ１９が接続され、この
トランジスタ１９のゲートに電位切換回路２０からの出
力電位Ｖsが印加される。このバイアス回路１０は、接
続点ＡからＮチャンネル側の制御電位Ｖcnを出力し、接
続点ＢからＰチャンネル側の制御電位Ｖcpを出力する。

【００２０】電位選択回路２０は、抵抗列２１及びセレ
クタ２２により構成される。抵抗列２１は、電源電位と
接地電位との間を分圧し、複数の異なる分圧電位を出力
する。セレクタ２２は、抵抗列２１から取り出される複
数の異なる分圧電位の内の１つを制御情報ＳＣに応じて
取り出し、出力電位Ｖsとしてバイアス回路１０へ供給
する。これにより、トランジスタ１９のゲートには、制
御情報ＳＣに応じて切換可能な電位Ｖsが印加される。

【００２１】ここで、トランジスタ１３、１４に流れる
電流Ｉp、Ｉnについては、ゲートに印加されている電位
が一定であっても、出力側の電位によって変化すること
になる。この変化の様子は、図５に示すチャージポンプ
回路と同一である。以上のバイアス回路１０において
は、電流ミラー動作によって、トランジスタ１１、１２
に流れる電流Ｉp、Ｉnがある程度一定に保たれる。これ
と同時に、トランジスタ１９のゲートに印加される選択
電位Ｖsに応じて接続点Ｂの電位、即ち、制御電位Ｖcp
が変動するため、チャージポンプ回路のＰチャンネル側
の動作特性が変動する。例えば、電位選択回路２０の出
力電位Ｖsを高くすると、トランジスタ１９がオフする
傾向に働いて接続点Ｂの電位が低くなるため、制御電位
Ｖcpが低下してトランジスタ１３がオンする傾向に働
く。従って、トランジスタ１３の電流容量が大きくなっ
て出力側へ流れ出す電流Ｉpが増加し、出力側の電位に
対する電流Ｉpの電流特性は、図２の破線ａに示すよう
に、上方向へシフトする。逆に、出力電位Ｖsを低くす
ると、トランジスタ１９がオンする傾向に働いて接続点
Ｂの電位が高くなるため、制御電位Ｖcpが高くなり、ト
ランジスタ１３がオフする傾向に働く。従って、トラン
ジスタ１３の電流容量が小さくなって出力側へ流れ出す
電流Ｉpが減少し、出力側の電位に対する電流Ｉpの電流
特性は、図２の破線ｂに示すように、下方向へシフトす
る。このようにＰチャンネル側の電流特性の変動を可能
にしたことで、Ｎチャンネル側との電流特性のずれを補
正できるようになり、チャージポンプ回路の動作範囲の
変更が可能になる。従って、Ｐチャンネル側に流れる電
流ＩpとＮチャンネル側に流れる電流Ｉnを等しくする理
想的な特性を実現し易くなる。

【００２２】図３は、本発明のチャージポンプ回路の第
２の実施形態を示す回路図であり、図４は、その動作を
説明するための各トランジスタの動作特性図である。

【００２３】Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ３１と
Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタ３２とが、電源及び
接地にそれぞれ接続され、両トランジスタ３１、３２の
間にＰチャンネル型ＭＯＳトランジスタ３３とＮチャン
ネル型ＭＯＳトランジスタ３４とが直列に接続される。
このトランジスタ３１〜３４は、図１に示すトランジス
タ１１〜１４と同一のものであり、トランジスタ３１、
３２のゲートに第１及び第２の入力信号ＤＰ、ＤＮが印
加され、トランジスタ３３、３４のゲートに制御電位Ｖ
cp、Ｖcnがそれぞれ印加される。そして、トランジスタ
３３、３４の間の接続点から、出力ＣＨが取り出され
る。

【００２４】バイアス回路３０は、抵抗３５及びトラン
ジスタ３６〜３９により構成され、制御情報ＳＣに応答
して電位が切り換えられる電位切換回路４０が接続され
る。Ｐチャンネル型ＭＯＳトランジスタ３６と抵抗３５
とが電源接地間に直列に接続され、その間の接続点Ａに
トランジスタ３６のゲートが接続される。そして、Ｐチ
ャンネル型ＭＯＳトランジスタ３７とＮチャンネル型Ｍ
ＯＳトランジスタ３８とが電源接地間に接続され、その
間の接続点Ｂにトランジスタ３８のゲートが接続される
と共に、接続点Ａにトランジスタ３７のゲートが接続さ
れる。さらに、接続点Ｂと接地との間に、トランジスタ
３８と並列にＮチャンネル型ＭＯＳトランジスタ３９が
接続され、このトランジスタ３９のゲートに電位切換回
路２０からの選択電位Ｖsが印加される。このバイアス
回路３０は、接続点ＢからＮチャンネル側の制御電位Ｖ
cnを出力し、接続点ＡからＰチャンネル側の制御電位Ｖ
cpを出力する。

【００２５】電位選択回路４０は、図１に示す電位選択
回路２０と同様に、抵抗列４１及びセレクタ４２により
構成され、抵抗列４１で取り出される複数の異なる電位
の内の１つをセレクタ４２で選択して選択電位Ｖsとし
て出力する。これにより、トランジスタ３９のゲートに
は、制御情報ＳＣに応じて切換可能な選択電位Ｖsが印
加される。

【００２６】以上のバイアス回路３０においては、図１
に示すバイアス回路１０と同様に、電流ミラー動作によ
って、トランジスタ３１、３２に流れる電流Ｉp、Ｉnが
ある程度一定に保たれる。そして、トランジスタ３９の
ゲートに印加される選択電位Ｖsに応じて接続点Ｂの電
位である制御電位Ｖcnが変動するため、チャージポンプ
回路のＮチャンネル側の動作特性が変動する。例えば、
選択電位Ｖsを低くすると、トランジスタ３９がオフす
る傾向に働いて接続点Ｂの電位が高くなるため、制御電
位Ｖcnが高くなり、トランジスタ３４をオンする傾向に
働かせる。従って、トランジスタ３４の電流容量が大き
くなって出力側から流れ込む電流Ｉnが増加し、出力側
の電位に対する電流Ｉnの電流特性は、図４の破線ａに
示すように、上方向へシフトする。逆に、選択電位Ｖs
を高くすると、トランジスタ３９がオンする傾向に働い
て接続点Ｂの電位が低くなるため、制御電位Ｖcnが低く
なり、トランジスタ３４をオフする傾向に働かせる。従
って、トランジスタ３４の電流容量が小さくなって出力
側から流れ込む電流Ｉnが減少し、出力側の電位に対す
る電流Ｉnの電流特性は、図４の破線ｂに示すように、
下方向へシフトする。このようにＮチャンネル側の電流
特性の変動を可能にしたことで、Ｐチャンネル側との電
流特性のずれを補正できるようになり、チャージポンプ
回路の動作範囲の変更が可能になる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、出力側の負荷を駆動す
るトランジスタのゲート・ソース間の電位差が、電流制
御用のトランジスタによって制限されることがなくな
り、常に入力信号の波高値の分だけ印加されるようにな
る。従って、短い周期の入力信号に対して各トランジス
タの応答が遅れるのを防止でき、高速動作に追従できる
ようになる。

【００２８】また、回路を集積化した後でも、セレクタ
の選択によってトランジスタの電流特性を容易に変更す
ることができるため、製造工程で生じるばらつきによっ
てずれた電流特性を補正し、理想的な特性に近づけるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のチャージポンプ回路の第１の実施形態
を示す回路図である。

【図２】第１の実施形態におけるトランジスタの動作特
性の変化を示す図である。

【図３】本発明のチャージポンプ回路の第２の実施形態
を示す回路図である。

【図４】第２の実施形態におけるトランジスタの動作特
性の変化を示す図である。

【図５】従来のチャージポンプ回路を示す回路図であ
る。

【図６】チャージポンプを構成するトランジスタの動作
特性を示す図である。

【符号の説明】

１、３、１１、１３、３１、３３Ｐチャンネル型ＭＯ
Ｓトランジスタ２、４、１２、１４、３２、３４Ｎチャンネル型ＭＯ
Ｓトランジスタ１０、３０バイアス回路２０、４０電位選択回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｐチャンネル型駆動トランジスタとＮチ
ャンネル型駆動トランジスタとが電源接地間に直列に接
続され、両駆動トランジスタのゲートに印加される入力
信号に対して、両駆動トランジスタの間の接続点から出
力を得るチャージポンプ回路であって、上記Ｐチャンネ
ル型駆動トランジスタと上記接続点との間にＰチャンネ
ル型負荷トランジスタを接続すると共に、上記Ｎチャン
ネル型駆動トランジスタと上記接続点との間にＮチャン
ネル型負荷トランジスタを接続し、両負荷トランジスタ
のゲートに、上記各トランジスタの特性の変動あるいは
電源電位の変動に応答して変更される補償電位を印加
し、かつ、少なくとも一方の負荷トランジスタのゲート
の補償電位が制御情報に応じて調整可能であることを特
徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】電源接地間に直列に接続された第１のト
ランジスタ及び抵抗と、電源接地間に直列に接続された
第２及び第３のトランジスタと、をさらに備え、上記第
１のトランジスタと上記抵抗との接続点が、上記第１及
び第２のトランジスタのゲートに接続されると共に、上
記両負荷トランジスタの一方のゲートに第１の補償電位
を供給し、上記第２及び第３のトランジスタの接続点
が、上記第３のトランジスタのゲートに接続されると共
に、上記両負荷トランジスタの他方のゲートに第２の補
償電位を供給することを特徴とする請求項１に記載のチ
ャージポンプ回路。
【請求項３】上記第３のトランジスタと並列に接続さ
れる第４のトランジスタを備え、上記第４のトランジス
タのゲートに切り換え可能な制御電位を印加し、上記第
２の補償電位の調整を可能にしたことを特徴とする請求
項２に記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】Ｐチャンネル型駆動トランジスタとＮチ
ャンネル型駆動トランジスタとが電源接地間に直列に接
続され、両駆動トランジスタのゲートに印加される入力
信号に対して、両駆動トランジスタの間の接続点から出
力を得るチャージポンプ回路であって、上記Ｐチャンネ
ル型駆動トランジスタと直列に接続されるＰチャンネル
型負荷トランジスタと、上記Ｎチャンネル型駆動トラン
ジスタと直列に接続されるＮチャンネル型負荷トランジ
スタと、電源接地間に直列に接続された第１のトランジ
スタ及び抵抗と、電源接地間に直列に接続された第２及
び第３のトランジスタと、上記第３のトランジスタと並
列に接続される第４のトランジスタと、を備え、上記第
１のトランジスタと上記抵抗との接続点が、上記第１及
び第２のトランジスタのゲートに接続されると共に、上
記両負荷トランジスタの一方のゲートに接続され、上記
第２及び第３のトランジスタの接続点が、上記第３のト
ランジスタのゲートに接続されると共に、上記両負荷ト
ランジスタの他方のゲートに接続され、上記第４のトラ
ンジスタのゲートに切り換え可能な制御電位が印加され
ることを特徴とするチャージポンプ回路。