JP3405257B2 - チャージポンプ回路 - Google Patents

チャージポンプ回路

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JP3405257B2 JP05882399A JP5882399A JP3405257B2 JP 3405257 B2 JP3405257 B2 JP 3405257B2 JP 05882399 A JP05882399 A JP 05882399A JP 5882399 A JP5882399 A JP 5882399A JP 3405257 B2 JP3405257 B2 JP 3405257B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明はチャージポンプ回路に関
するものであり、特に磁気記憶装置の位相同期回路中に
用いられるものである。 【0002】 【従来の技術】従来のチャージポンプ回路を図3に示
す。1及び4の定電流トランジスタに流れる定電流を2
及び3のスイッチングトランジスタでスイッチする事に
より、5の電流出力端子に出力するという構成であっ
た。 【0003】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のチャー
ジポンプ回路では1及び4の定電流トランジスタのドレ
イン電圧が、2と3のスイッチングトランジスタがオフ
時に不定となるため、前記スイッチングトランジスタの
両端電圧がオンした場合とオフした場合とで、前記ドレ
イン電圧が異なる場合が多い。また、前記、定電流トラ
ンジスタのドレイン接続点にはそれ自身のドレイン・ソ
ース間容量とゲート・ドレイン間容量等が寄生容量とし
て存在する。 【0004】特に、前記ドレイン・ソース間寄生容量
が、2または3のスイッチングトランジスタがオンする
ことによって充電されて12または13の電圧が5の電
流出力端子の電圧と等しくなっても、1または4の定電
流トランジスタ自身でドレイン・ソース間寄生容量に蓄
えられた電荷を放電してしまうため、2または3のスイ
ッチングトランジスタがオフすると12のドレイン端子
電圧はVDDへ、13のドレイン端子電圧はVSSへす
ぐに戻ってしまう事が問題となる。この時、1または4
の定電流トランジスタのドレイン・ソース間の寄生容量
をCS、流れる電流をiとすれば、各ドレイン端子電圧
が電源側へ戻る時の電圧変化量はほぼ次式に従う。 【0005】dV/dt=i/CS (1) 仮に、ドレイン・ソース間寄生容量CSを0.5PF、
電流値を5μA、ドレイン端子初期電圧を2.5V、V
DDを5Vとすると、2または3のスイッチングトラン
ジスタのオフ状態が250nS続くと12または13の
各ドレイン端子電圧は各々VDDまたはVSSへ戻って
しまう。即ち、前記ドレイン・ソース間寄生容量の電荷
はゼロとなる。 【0006】以上から、2または3のスイッチングトラ
ンジスタのオフ状態がしばらく続いた後にオンした瞬
間、定電流トランジスタからの電流だけでなくVDDも
しくはVSSから前記、寄生容量を充電するための電流
が流れ、この電流が5の電流出力端子へ電流が流れて誤
差を生ずるという問題があった。 【0007】この問題は特に、微少定電流のチャージポ
ンプに応用する場合に大きな問題となる。微少定電流を
得るために1と4の定電流トランジスタのチャネル長を
大きくすると、チャネル長にほぼ比例して前記寄生容量
も大きくなるので、所望の微少電流に対して相対的に非
常に大きな値の誤差電流が発生する。この誤差電流は2
または3のスイッチングトランジスタがオン状態を重ね
る事によって前記、寄生容量を充放電して前記、2また
は3のスイッチングトランジスタのドレイン電圧とソー
ス電圧が等しくなるまで続く。2または3のスイッチン
グトランジスタのオフ状態が続いて前記寄生容量の電荷
が抜ける事により前記ドレイン電圧とソース電圧の差が
大きくなると、前記スイッチングトランジスタが次にオ
ンした時に同様の誤差電流を発生し、以後同様の動作を
繰り返す。 【0008】そこで本発明は、所望の出力電流が小さい
場合でも高精度の電流を出力するチャージポンプ回路を
実現するものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】本発明のチャージポンプ
回路は、正の電源端子と負の電源端子との間に直列接続
された、第1の定電流トランジスタと、第1のスイッチ
ングトランジスタと、第2のスイッチングトランジスタ
と、第2の定電流トランジスタと、前記第1及び第2の
スイッチングトランジスタの接続点から取り出された出
力端子と、前記第1のスイッチングトランジスタのゲー
ト電位を制御する第1の制御信号と、前記第2のスイッ
チングトランジスタのゲート電位を制御する第2の制御
信号と、を備えたチャージポンプ回路において、前記第
1の定電流トランジスタのドレインと正の電源端子との
間に設けられた第1のコンデンサと、前記第1の定電流
トランジスタのドレインと負の電源端子との間に設けら
れた第2のコンデンサと、前記第2の定電流トランジス
タのドレインと正の電源端子との間に設けられた第3の
コンデンサと、前記第2の定電流トランジスタのドレイ
ンと負の電源端子との間に設けられた第4のコンデンサ
とを備えたことを特徴とする。 【0010】 【実施例】以下、本発明について実施例に基づいて詳細
に説明する。図1は本発明のチャージポンプ回路の一実
施例を示す図である。1の定電流トランジスタのゲート
端子及び、4の定電流トランジスタのゲート端子には各
々ある一定のバイアス電圧が印加されており、このバイ
アス電圧によって決まる定電流を2または3のスイッチ
ングトランジスタのいずれか一方がオンする事によっ
て、5の電流出力端子に電流を出力する。ここで、2及
び3のスイッチングトランジスタは各々のゲート端子に
入力される10及び11のオンオフ制御信号によって制
御され、両トランジスタが同時にオンすることはない。 【0011】従って、2のスイッチングトランジスタが
オンすると1の定電流トランジスタの出力電流が5の電
流出力端子に出力され、3のスイッチングトランジスタ
がオンすると4の定電流トランジスタの出力電流が5の
電流出力端子に出力される。 【0012】6及び7は2のスイッチングトランジスタ
のドレイン電圧とソース電圧をほぼ同電圧に保持するた
めのコンデンサであり、8及び9は3のスイッチングト
ランジスタのドレイン電圧とソース電圧をほぼ同電圧に
保持するためのコンデンサである。ここで、6、7、
8、9のコンデンサ容量は12及び13のドレイン端子
に寄生する寄生容量に対して充分大きいものとする。 【0013】いま、2のスイッチングトランジスタがオ
ンすると、6及び7のコンデンサの内部電荷が充放電す
るのに充分な時間経過後は、12のドレイン端子電圧と
5の電流出力端子電圧は等しくなる。次に、2のスイッ
チングトランジスタがオフすると1の定電流トランジス
タの出力電流によって6及び7のコンデンサに電荷が注
入されて12のドレイン端子電圧は5の電流出力端子電
圧を基準に次第に正側に変化する。この時の電圧変化量
は、1の定電流トランジスタの出力電流をiとし6及び
7のコンデンサの容量を各々Cとすると次式で与えられ
る。 【0014】dV/dt=i/2C (2) 次に、3のスイッチングトランジスタがオンした場合も
同様に13のドレイン端子電圧は5の電流出力端子電圧
と等しくなり、オフした場合は4の定電流トランジスタ
の出力電流によって13のドレイン端子電圧は5の電流
出力端子電圧を基準に負側に変化する。この時の電圧変
化量は、4の定電流トランジスタの出力電流値が1の定
電流トランジスタの出力電流値と等しく、8及び9と6
のコンデンサの容量が等しいとすれば、次式で与えられ
る。 【0015】dV/dt=−i/2C (3) チャージポンプ回路を位相同期回路中に使用する場合、
10及び11のオンオフ制御端子には通常、10にオン
のパルス列が入力された後11にオンのパルス列が入力
されるというように、交互にパルス列が入力される。1
0及び11のオンオフ制御信号のオフ状態の続く最大時
間と、12及び13の各々のドレイン電圧の許容電圧変
化量によって、前記(2)(3)式から6と7及び8と
9のコンデンサの必要最小容量は容易に求まる。前記コ
ンデンサの容量が決まれば、以上一連の動作を繰り返す
事によって12及び13の各ドレイン電圧は許容電圧範
囲から逸脱することなく、その結果5の電流出力端子か
ら出力される誤差電流を低減して、1及び4の定電流ト
ランジスタによって決まる電流を高精度に出力させるこ
とができる。 【0016】尚、ここに挙げた実施例はあくまでも本発
明の一実施例にすぎない。本発明のもう一つの実施例を
図2に示す。16は演算増幅回路を用いたバッファ回路
であり、周知の回路である。16のバッファ回路は5の
電流出力端子の電圧を入力として前記入力電圧と等しい
電圧を低インピーダンスで出力する。14は2のスイッ
チングトランジスタと逆相で動作するスイッチングトラ
ンジスタであり、15は3のスイッチングトランジスタ
と逆相で動作するスイッチングトランジスタである。1
0のオンオフ制御入力によって2のスイッチングトラン
ジスタがオンした場合は14のスイッチングトランジス
タはオフとなり、2のスイッチングトランジスタがオフ
した時は14のスイッチングトランジスタはオンする。
また、11のオンオフ制御信号によって3のスイッチン
グトランジスタがオンした時は15のスイッチングトラ
ンジスタはオフとなり、3のスイッチングトランジスタ
がオフした時は15のスイッチングトランジスタはオン
する。 【0017】2のスイッチングトランジスタがオンした
時は、14のスイッチングトランジスタがオフとなるた
め、16のバッファ回路の出力電圧は2の電流スイッチ
ング動作に影響を及ぼさない。この時、12のドレイン
電圧は2のスイッチングトランジスタによって5の電流
出力端子と短絡して5の電圧と等しくなり、2のスイッ
チングトランジスタがオフしても14のスイッチングト
ランジスタがオンする事によって5の電流出力端子の電
圧と同じ電圧に保持される。 【0018】同様に、11のオンオフ制御入力によって
3のスイッチングトランジスタがオンした場合は16の
バッファ回路の出力は15のスイッチングトランジスタ
がオフする事によって3のスイッチングトランジスタの
電流スイッチング動作から切り離される。3のスイッチ
ングトランジスタがオフした時は、15のスイッチング
トランジスタがオンして13のドレイン電圧を5の電流
出力端子の電圧と同電位に固定する。 【0019】以上から、12及び13の各ドレイン電圧
は常に5の電流出力端子電圧と等しくなる。 【0020】 【発明の効果】以上述べたように、本発明のチャージポ
ンプ回路によれば、定電流をスイッチするスイッチ回路
の両端電圧が常に等しいか、または近い電圧に保持され
ているため、スイッチオン時に寄生容量を通じて出力端
子に発生する出力電流誤差を低減して高精度の電流を出
力することができる。 【0021】本発明は特に、微少電流のチャージポンプ
回路を実現する場合に有効である。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明のチャージポンプ回路の一実施例を示す
図。 【図2】本発明のもう一つの実施例を示す図。 【図3】従来のチャージポンプ回路を示す図。 【符号の説明】 1 定電流トランジスタ 2 スイッチングトランジスタ 3 スイッチングトランジスタ 4 定電流トランジスタ 5 電流出力端子 6 コンデンサ 7 コンデンサ 8 コンデンサ 9 コンデンサ 10 2のオンオフ制御端子 11 3のオンオフ制御端子 12 1のドレイン端子 13 4のドレイン端子 14 スイッチングトランジスタ 15 スイッチングトランジスタ 16 バッファ回路

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】正の電源端子と負の電源端子との間に直列
    接続された、第1の定電流トランジスタと、第1のスイ
    ッチングトランジスタと、第2のスイッチングトランジ
    スタと、第2の定電流トランジスタと、 前記第1及び第2のスイッチングトランジスタの接続点
    から取り出された出力端子と、 前記第1のスイッチングトランジスタのゲート電位を制
    御する第1の制御信号と、 前記第2のスイッチングトランジスタのゲート電位を制
    御する第2の制御信号と、を備えたチャージポンプ回路
    において、 前記第1の定電流トランジスタのドレインと正の電源端
    子との間に設けられた第1のコンデンサと、前記第1の
    定電流トランジスタのドレインと負の電源端子との間に
    設けられた第2のコンデンサと、前記第2の定電流トラ
    ンジスタのドレインと正の電源端子との間に設けられた
    第3のコンデンサと、前記第2の定電流トランジスタの
    ドレインと負の電源端子との間に設けられた第4のコン
    デンサとを備えたことを特徴とするチャージポンプ回
    路。
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