JP4539555B2 - Charge pump circuit - Google Patents
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Description
この発明は、通信などの分野で周波数シンセサイザやクロック生成回路などとして用いられるPLL回路に用いるチャージポンプ回路に関する。 The present invention relates to a charge pump circuit used in a PLL circuit used as a frequency synthesizer, a clock generation circuit, or the like in the field of communication or the like.
PLLは、通信などの分野で周波数シンセサイザやクロック生成回路として広く用いられる、入力信号と出力信号の位相を比較するフィードバック回路である。チャージポンプ型PLL回路のブロック図を図9に示す。このブロックにおけるPLLは、VCOの出力を基準信号のN/A倍の周波数にロックさせる動作を行う。 The PLL is a feedback circuit that is widely used as a frequency synthesizer or a clock generation circuit in the field of communication or the like and compares the phases of an input signal and an output signal. A block diagram of the charge pump type PLL circuit is shown in FIG. The PLL in this block performs an operation of locking the output of the VCO to a frequency N / A times the reference signal.
図9に示すPLLの動作は以下の通りである。まず、PLLに入力されたVCOの出力信号はメインカウンタでN分周され、基準信号はリファレンスカウンタでA分周される。位相周波数比較器はこの2つのカウンタの出力を比較し、2信号の位相差に応じて充電用制御信号(アップ信号)または放電用制御信号(ダウン信号)を出力する。この制御信号が入力されたチャージポンプ回路は、アップ信号がONの時には充電電流を、ダウン信号がONの時には放電電流を次段のループフィルタへ出力する。ループフィルタはこのパルス状の出力電流の平滑と電流-電圧変換を行い、VCOの制御電圧端子へ出力電圧を印加する。ここで、位相周波数比較器がどちらの位相差が進んでいる場合にアップ信号を出力するかは、VCOの極性に依存する。以上のような操作を継続して行うことで、VCOの周波数を基準信号の周波数のN/A倍に収束させることができる。 The operation of the PLL shown in FIG. 9 is as follows. First, the output signal of the VCO input to the PLL is divided by N by the main counter, and the reference signal is divided by A by the reference counter. The phase frequency comparator compares the outputs of the two counters and outputs a charge control signal (up signal) or a discharge control signal (down signal) according to the phase difference between the two signals. The charge pump circuit to which this control signal is input outputs a charging current to the next-stage loop filter when the up signal is ON and a discharging current when the down signal is ON. The loop filter smoothes the pulsed output current and performs current-voltage conversion, and applies the output voltage to the control voltage terminal of the VCO. Here, which phase difference is advanced by the phase frequency comparator depends on the polarity of the VCO. By continuously performing the above operation, the frequency of the VCO can be converged to N / A times the frequency of the reference signal.
以上のように、PLL回路に含まれるチャージポンプ回路は、位相周波数比較器より出力される制御信号に応じて充電電流または放電電流を生成し、負荷(ループフィルタ)に供給する回路である。VCOへ供給する制御電圧の元となる電流を出力する回路であり、この出力電流が位相周波数比較器からの制御信号に正確に追従して生成されないと、VCO出力信号の位相雑音やスプリアスの増大につながる。 As described above, the charge pump circuit included in the PLL circuit is a circuit that generates a charging current or a discharging current in accordance with the control signal output from the phase frequency comparator and supplies it to the load (loop filter). This is a circuit that outputs the current that is the source of the control voltage supplied to the VCO. If this output current is not generated accurately following the control signal from the phase frequency comparator, the phase noise and spurious of the VCO output signal will increase. Leads to.
図7に従来のチャージポンプ回路の構成を示す。Supは充電用制御信号(アップ信号)、Sdwは放電用制御信号(ダウン信号)、MP1は充電用電流源トランジスタ、MN1は放電用電流源トランジスタ、SW1は充電電流制御用のSPSTスイッチ、SW2は放電電流制御用のSPSTスイッチ、Toutは出力端子、VDDは電源である。また、Vgp、Vgnには電流源トランジスタから出力させる電流に応じた適当なバイアス電圧が印加される。 FIG. 7 shows a configuration of a conventional charge pump circuit. Sup is a charging control signal (up signal), Sdw is a discharging control signal (down signal), MP1 is a charging current source transistor, MN1 is a discharging current source transistor, SW1 is a SPST switch for controlling charging current, and SW2 is An SPST switch for controlling discharge current, Tout is an output terminal, and VDD is a power source. Also, an appropriate bias voltage corresponding to the current output from the current source transistor is applied to Vgp and Vgn.
アップ信号SupがONとなったとき、スイッチSW1が閉じられ、充電用電流源トランジスタMP1のソースが電源電位に引き上げられる。このときこのトランジスタのゲート-ソース間の電位に応じた電流がMP1のドレインから放出され、出力端子から出力される。逆にアップ信号SupがOFFになると、スイッチSW1が開き、充電電流は遮断される。放電の際の動作もこれと同様に、ダウン信号SdwがONになったときSW2が閉じられ充電電流が出力端子より引き抜かれ、ダウン信号SdwがOFFになったときSW2が開き充電電流を遮断する。 When the up signal Sup is turned ON, the switch SW1 is closed and the source of the charging current source transistor MP1 is pulled up to the power supply potential. At this time, a current corresponding to the potential between the gate and the source of the transistor is discharged from the drain of MP1 and output from the output terminal. Conversely, when the up signal Sup is turned off, the switch SW1 is opened and the charging current is cut off. Similarly to this, when the down signal Sdw is turned ON, the SW2 is closed and the charging current is pulled out from the output terminal, and when the down signal Sdw is turned OFF, the SW2 is opened to cut off the charging current. .
ところが、図7の従来回路ではSW1が開いた状態から閉じられた状態へ変化する際、電流源トランジスタMP1のソース電位が急激に変化するため、電流源トランジスタMP1のゲート-ソース間容量を十分な速さで充電できなければ、ゲート電位がソース電位の変化に追従してしまい一定でなくなるという問題が生じる。つまり、電流源トランジスタのゲート電位はある初期値Vgp0から一度電源電位付近まで変化した後、Vgp0に戻るという過程をたどる。この時、電流源トランジスタのゲート-ソース間電圧がゆっくり変化するため、このトランジスタからの出力電流の立ち上がりに遅延が発生することになる。図8にこの動作を説明するための各部の電圧・電流波形図を示す。ここでは充電時の動作を示したが放電時の動作も同様で、SW2が開いた状態から閉じた状態へ変化する際の放電電流の立ち上がりにはMN1のゲート-ソース間容量の影響で遅延が発生する。 However, in the conventional circuit of FIG. 7, when SW1 changes from an open state to a closed state, the source potential of the current source transistor MP1 changes abruptly, so that the gate-source capacitance of the current source transistor MP1 is sufficient. If the battery cannot be charged at a high speed, there arises a problem that the gate potential follows the change in the source potential and is not constant. That is, the process follows that the gate potential of the current source transistor changes from a certain initial value Vgp0 to near the power supply potential and then returns to Vgp0. At this time, since the gate-source voltage of the current source transistor changes slowly, a delay occurs in the rise of the output current from this transistor. FIG. 8 is a voltage / current waveform diagram of each part for explaining this operation. Although the operation at the time of charging is shown here, the operation at the time of discharging is the same, and the rise of the discharge current when SW2 changes from the open state to the closed state is delayed due to the gate-source capacitance of MN1. appear.
充放電電流の立ち上がりが遅れると、チャージポンプ回路へ入力されるアップ信号、ダウン信号が短いパルスであった場合、完全に電流が立ち上がる前にSW1またはSW2がOFFになってしまい、パルス幅に比例した正確な電荷を出力へ充放電できなくなり、不感帯が発生する。これは、PLLの入出力信号の位相差がある値より小さい場合、チャージポンプ回路からの出力が何も発生しなくなるためVCOを制御することができず、位相雑音の増大につながることを意味する。 When the rise of the charge / discharge current is delayed, if the up signal and down signal input to the charge pump circuit are short pulses, SW1 or SW2 is turned off before the current completely rises, and is proportional to the pulse width. Thus, it becomes impossible to charge and discharge the accurate charge to the output, and a dead zone occurs. This means that if the phase difference between the input and output signals of the PLL is smaller than a certain value, no output from the charge pump circuit is generated, so that the VCO cannot be controlled, leading to an increase in phase noise. .
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、チャージポンプ回路へ入力されるアップ信号、ダウン信号が短いパルスであった場合でも、電流源トランジスタのゲート電位の変動を防ぎ、出力電流の立ち上がり時間を小さくし、高速で動作する、不感帯が低減されたチャージポンプ回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and prevents fluctuations in the gate potential of the current source transistor even when the up signal and down signal input to the charge pump circuit are short pulses. An object of the present invention is to provide a charge pump circuit in which the rise time of the output current is reduced, the device operates at high speed, and the dead zone is reduced.
この発明に係るチャージポンプ回路は、第1のバイアス電圧端子から共通に各ゲート端子にバイアスされた充電用電流源トランジスタと充電用ダミートランジスタ、第2のバイアス電圧端子から共通に各ゲート端子にバイアスされた放電用電流源トランジスタと放電用ダミートランジスタ、前記充電用電流源トランジスタと前記充電用ダミートランジスタの各ソース端子にそれぞれ接続され、前記各ソース端子の電位を充電用制御信号に基づいて変化させる第1の切り替え手段と第2の切り替え手段、前記放電用電流源トランジスタと前記放電用ダミートランジスタの各ソース端子にそれぞれ接続され、前記各ソース端子の電位を放電用制御信号に基づいて変化させる第3の切り替え手段と第4の切り替え手段、前記充電用電流源トランジスタと前記放電用電流源トランジスタの各ドレイン端子に共通に接続され、前記各ドレイン端子からの充電電流または放電電流を出力する出力端子、を備え、前記第1の切り替え手段と前記第2の切り替え手段は前記充電用電流源トランジスタと前記充電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量を等しくするよう前記充電用制御信号に基づいて切り替え、前記第3の切り替え手段と前記第4の切り替え手段は前記放電用電流源トランジスタと前記放電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量を等しくするよう前記放電用制御信号に基づいて切り替えるものである。 The charge pump circuit according to the present invention includes a charging current source transistor and a charging dummy transistor biased to each gate terminal in common from the first bias voltage terminal, and a bias to each gate terminal in common from the second bias voltage terminal. has been discharging current source transistor and the discharging dummy transistors, are connected to the source terminal of the charging dummy transistor and the charging current source transistor, to vary based on the potential of each source terminal to the charging control signal First switching means and second switching means are connected to the source terminals of the discharge current source transistor and the discharge dummy transistor, respectively, and change the potential of each source terminal based on the discharge control signal. 3 switching means and 4th switching means, the charging current source transistor And an output terminal connected to each drain terminal of the discharging current source transistor and outputting a charging current or a discharging current from each drain terminal, the first switching means and the second switching means the charging current source transistor and the potential of each source terminal of said charging dummy transistors, one of the amount of increase in the potential at the source terminal and the other for charging to equal properly the decrease in the potential at the source terminal Switching is performed based on a control signal, and the third switching unit and the fourth switching unit increase the potential of each source terminal of the discharge current source transistor and the discharge dummy transistor, and increase the potential at one source terminal. in which switching based on the discharging control signal to equal properly the decrease in the potential of an amount and the other of the source terminal.
この発明は、第1の切り替え手段と第2の切り替え手段が充電用電流源トランジスタと充電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量をほぼ等しくするよう充電用制御信号に基づいて切り替え、第3の切り替え手段と第4の切り替え手段は放電用電流源トランジスタと放電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量をほぼ等しくするよう前記放電用制御信号に基づいて切り替えるので、チャージポンプ回路へ入力されるアップ信号、ダウン信号が短いパルスであった場合でも、電流源トランジスタのゲート電位の変動を防ぎ、出力電流の立ち上がり時間を小さくし、高速で動作する、不感帯が低減されたチャージポンプ回路を得られる効果がある。 In the present invention, the first switching means and the second switching means use the potentials of the source terminals of the charging current source transistor and the charging dummy transistor as the potential increase amount at one source terminal and the other source terminal, respectively. The third switching means and the fourth switching means switch the potentials of the source terminals of the discharge current source transistor and the discharge dummy transistor to one side, so that the amount of decrease in the potential is substantially equal. Because the switching is performed based on the discharge control signal so that the amount of increase in potential at the source terminal and the amount of decrease in potential at the other source terminal are substantially equal, the up signal and down signal input to the charge pump circuit are short. Even when it is a pulse, it prevents fluctuations in the gate potential of the current source transistor, shortens the rise time of the output current, and operates at high speed The effect obtained by the charge pump circuit dead zone is reduced.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係わるチャージポンプ回路を示す回路構成説明図である。ここで、Supは充電用制御信号(アップ信号)、Sdwは放電用制御信号(ダウン信号)、MP1は充電用電流源トランジスタ、MN1は放電用電流源トランジスタであり、Vgp、Vgnには電流源トランジスタから出力させる電流に応じた適当なバイアス電圧が印加される。Toutは出力端子、VDDは電源である。SWC1は充電電流制御用スイッチ回路、SWC2は放電電流制御用スイッチ回路であり、電流源トランジスタMP1、MN1がドレインから出力する電流のON/OFFを制御する。MP2はMP1と同じサイズの充電用ダミートランジスタであり、このゲート端子はMP1のゲート端子に接続される。MN2についても同様に、MN1と同じサイズの放電用ダミートランジスタであり、ゲート端子はMN1のゲート端子に接続される。SW3はMP2のソース端子を定電位Vp1もしくは定電位Vp2に切り替えて接続するためのSPDTスイッチであり、SW4はMN2のソース端子を定電位Vn1もしくは定電位Vn2に切り替えて接続するためのSPDTスイッチである。
1 is a circuit configuration explanatory diagram showing a charge pump circuit according to
なお、ここで、充電用電流源トランジスタMP1と放電用電流源トランジスタMP2を同じサイズにすることにより、Supが切り替わるときの、MP1のゲート-ソース間容量の充電電荷と、MP2のゲート-ソース間容量の放電電荷を等しくできる。同様に、充電用ダミートランジスタMN1と放電用ダミートランジスタMN2を同じサイズにすることにより、MN1のゲート-ソース間容量の充電電荷と、MN2のゲート-ソース間容量の放電電荷を等しくできる。また、これらトランジスタのサイズの違いにより充電電流の立ち上がりに遅延が生じるため、それぞれのトランジスタは許容範囲内で選定する。 Here, by making the charging current source transistor MP1 and the discharging current source transistor MP2 the same size, the charge charge of the gate-source capacitance of MP1 and the gate-source of MP2 when Sup is switched. Capacitance discharge charges can be made equal. Similarly, by setting the charging dummy transistor MN1 and the discharging dummy transistor MN2 to have the same size, the charging charge of the gate-source capacitance of MN1 and the discharging charge of the gate-source capacitance of MN2 can be made equal. In addition, since the rise of the charging current is delayed due to the difference in size of these transistors, each transistor is selected within an allowable range.
ここでは充電時の動作を説明する。図2は動作を説明するための各部の電圧・電流波形図である。アップ信号SupがOFFからONに変化するとスイッチ回路SWC1の状態が変化し、MP1に電流を流す状態となる。この時、MP1のソース電位はある定電位Vsp1AからVsp1Bへと変化する。また同時にアップ信号SupによりSW3の状態が変化し、MP2のソース電位をVp2からVp1へと切り替える。ただし、ここでVp1とVp2の電位は、その電位差がVsp1AとVsp1Bの電位差と等しくなるように設定されている。 Here, the operation during charging will be described. FIG. 2 is a voltage / current waveform diagram of each part for explaining the operation. When the up signal Sup changes from OFF to ON, the state of the switch circuit SWC1 changes, and the current flows to MP1. At this time, the source potential of MP1 changes from a certain constant potential Vsp1A to Vsp1B. At the same time, the state of SW3 is changed by the up signal Sup, and the source potential of MP2 is switched from Vp2 to Vp1. However, the potentials of Vp1 and Vp2 are set so that the potential difference is equal to the potential difference between Vsp1A and Vsp1B.
なお、Vp1とVp2の電位差とVsp1AとVsp1Bの電位差の一致精度の要求は、充電電流の立ち上がり遅延をどこまで許容するかに係わる。また、この実施の形態では、トランジスタのサイズと電位差の両方が等しい場合を例示して説明したが、理論上はトランジスタのサイズと電位差の積を等しくするように選定すればよく、充電電流の立ち上がり遅延の許容範囲で選定する。 Note that the requirement of matching accuracy between the potential difference between Vp1 and Vp2 and the potential difference between Vsp1A and Vsp1B relates to how far the rising delay of the charging current is allowed. Further, in this embodiment, the case where both the transistor size and the potential difference are equal has been described as an example, but theoretically, the product of the transistor size and the potential difference may be selected to be equal, and the rising of the charging current Select within the allowable range of delay.
以上のように、アップ信号がOFFからONに変化したとき、MP1とMP2のソース電位はそれぞれ同じ電位だけ、逆向きに変化することになる。またここではMP1とMP2はまったく同じサイズのトランジスタを用いた場合を例示しており、ゲート-ソース容量も等しい。このため図7で説明した従来回路で生じていたゲート電位Vgpの変動は、2つのトランジスタで相殺され、ここでは発生しないことになる。すなわちMP1からの出力ドレイン電流値(Ip)もSup入力からの遅延が発生することなく、高速に立ち上がることができる。 As described above, when the up signal changes from OFF to ON, the source potentials of MP1 and MP2 change in the opposite direction by the same potential. Also, here, MP1 and MP2 are illustrated using the same size transistors, and the gate-source capacitances are also equal. For this reason, the fluctuation of the gate potential Vgp which has occurred in the conventional circuit described with reference to FIG. 7 is canceled out by the two transistors and does not occur here. That is, the output drain current value (Ip) from MP1 can rise at high speed without causing a delay from the Sup input.
また、放電時の動作についても充電時と同じである。ダウン信号がOFFからONに変化したとき、スイッチ回路SWC2の動作によるMN1のソース電位変化量と同じ変化量が逆向きに発生するようにVn1とVn2の電位を設定することにより、MN1のゲート-ソース間容量の影響をMN2のゲート-ソース間容量で相殺して、ゲート電位Vgnの電位を一定に保つことができる。すなわち、MN1の出力電流を高速に立ち上げることができる。 The operation during discharging is the same as during charging. By setting the potentials of Vn1 and Vn2 so that the same amount of change as the source potential change of MN1 due to the operation of the switch circuit SWC2 occurs in the reverse direction when the down signal changes from OFF to ON, The influence of the source-to-source capacitance can be offset by the gate-source capacitance of MN2, and the gate potential Vgn can be kept constant. That is, the output current of MN1 can be raised at high speed.
次に、上記充電時と放電時の動作において、Vgp、Vgnを与えるバイアス回路から電荷の注入/放出を行うことなく充電用電流源トランジスタMP1または放電用電流源トランジスタMN1のゲート電位を初期値に保つことができる理由を説明する。
まず、充電用電流源トランジスタMP1のみに着目してみると、SupがOFFからONに変化するとき、MP1のゲート電圧が初期値Vgp0を保つためには、(Vsp1B−Vsp1A)×Cgsmp1だけの電荷をゲート電極に注入する必要がある。(ただし、Cgsmp1はMP1のソース-ゲート間容量である。)しかし一般的にVgpを与えるバイアス回路は消費電流を抑えており電荷供給能力が低いため、バイアス回路からの電荷注入には時間がかかり、MP1のゲート電圧が再びVgp0に戻るまでの時間が大きくなる。つまり、充電用ダミートランジスタMP2がない場合は、ドレイン電流の立ち上がりが遅れることになる。
次に充電用ダミートランジスタMP2の動作を考える。SupがOFFからONに変化するとき、MP2のソース電圧はVp2からVp1へ変化するため、MP2のゲート電圧が初期値Vgp0を保つためには(Vp2−Vp1)×Cgsmp2の電荷をゲート電極から放出する必要がある。(ただし、Cgsmp2はMP2のソース-ゲート間容量である。)
ここで図1の回路では、(Vsp1B−Vsp1A)と(Vp2−Vp1)は等しく設定されており、MP1とMP2のトランジスタサイズが等しいため、Cgsmp1=Cgsmp2が成り立っている。つまり、MP1へ注入する電荷量と、MP2から放出される電荷量が等しい。すなわち、Vgpを与えるバイアス回路から電荷の注入/放出を行うことなくMP1のゲート電位を初期値Vgp0に保つことができるため、SupがONに変化した後のMP1からドレイン電流を高速に立ち上げることができる。
また、放電時の動作についても充電時と同様である。ダウン信号がOFFからONに変化したとき、スイッチ回路SWC2の動作によるMN1のソース電位変化量と同じ値で符号が逆の変化量がMN2のソース電位に発生するように、Vn1とVn2の電位が設定されている。ここで、MN1とMN2のトランジスタサイズが等しいためゲート-ソース間容量も等しく、充電時の動作原理と同様で、Vgnを与えるバイアス回路から電荷の注入/放出を行うことなく、MN1のゲート電極への電荷注入とMN2のゲート電極からの電荷放出で電荷のやりとりがキャンセルされてVgnは一定値に保持される。すなわち、SdwがONに変化した後のMN1からのドレイン電流を高速に立ち上げることができる。
Next, in the operation at the time of charging and discharging, the gate potential of the charging current source transistor MP1 or the discharging current source transistor MN1 is set to the initial value without injecting / releasing charges from the bias circuit for applying Vgp and Vgn. Explain why you can keep it.
First, paying attention to only the charging current source transistor MP1, when Sup changes from OFF to ON, in order to keep the gate voltage of MP1 at the initial value Vgp0, the charge of (Vsp1B−Vsp1A) × Cgsmp1 Must be injected into the gate electrode. (However, Cgsmp1 is the capacitance between the source and gate of MP1.) However, in general, a bias circuit that provides Vgp suppresses current consumption and has a low charge supply capability, so it takes time to inject charges from the bias circuit. , The time until the gate voltage of MP1 returns to Vgp0 again increases. That is, when there is no charging dummy transistor MP2, the rise of the drain current is delayed.
Next, consider the operation of the charging dummy transistor MP2. When Sup changes from OFF to ON, the source voltage of MP2 changes from Vp2 to Vp1. Therefore, in order to keep the gate voltage of MP2 at the initial value Vgp0, the charge of (Vp2−Vp1) × Cgsmp2 is discharged from the gate electrode. There is a need to. (However, Cgsmp2 is the source-gate capacitance of MP2.)
Here, in the circuit of FIG. 1, (Vsp1B−Vsp1A) and (Vp2−Vp1) are set equal, and the transistor sizes of MP1 and MP2 are equal, so Cgsmp1 = Cgsmp2. That is, the amount of charge injected into MP1 is equal to the amount of charge released from MP2. That is, since the gate potential of MP1 can be maintained at the initial value Vgp0 without injecting / releasing charges from the bias circuit that applies Vgp, the drain current can be rapidly raised from MP1 after Sup is turned ON. Can do.
The operation during discharging is the same as during charging. When the down signal changes from OFF to ON, the potentials of Vn1 and Vn2 are such that a change amount having the same value as the source potential change amount of MN1 due to the operation of the switch circuit SWC2 and having the opposite sign occurs in the source potential of MN2. It is set. Here, since the transistor sizes of MN1 and MN2 are the same, the gate-source capacitance is also the same, and it is the same as the operation principle at the time of charging. The charge exchange is canceled by the charge injection and the charge discharge from the gate electrode of MN2, and Vgn is held at a constant value. That is, the drain current from MN1 after Sdw changes to ON can be raised at high speed.
したがって、この発明の実施の形態1に係わるチャージポンプ回路によれば、充電用電流源トランジスタのゲート電位の変動が低減され、出力電流の立ち上がり時間が小さく、高速で動作可能であるため、チャージポンプ回路へ入力されるアップ信号、ダウン信号が短いパルスであった場合でも、不感帯が低減されたチャージポンプ回路を得られる効果がある。 Therefore, according to the charge pump circuit according to the first embodiment of the present invention, the fluctuation of the gate potential of the charging current source transistor is reduced, the rise time of the output current is short, and the charge pump circuit can operate at high speed. Even when the up signal and the down signal input to the circuit are short pulses, there is an effect that a charge pump circuit with a reduced dead zone can be obtained.
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係わるチャージポンプ回路を示す回路構成説明図である。ここでは、図1に示したスイッチ回路SWC1を、電源VDDと充電用電流源トランジスタMP1のソースとの間に挿入したSPSTスイッチとし、スイッチ回路SWC2を、グランドと放電用電流源トランジスタMN1のソースとの間に挿入したSPSTスイッチとした場合のチャージポンプ回路を例示する。ここでSW3は、充電用ダミートランジスタMP2のソースを、電源とチャージポンプ回路の出力端子Toutのどちらかに切り替えて接続するSPDTスイッチであり、SW4は、放電用ダミートランジスタMN2のソースを、グランドとチャージポンプ回路の出力端子Toutのどちらかに切り替えて接続するSPDTスイッチである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is a circuit configuration explanatory view showing a charge pump circuit according to Embodiment 2 of the present invention. Here, the switch circuit SWC1 shown in FIG. 1 is an SPST switch inserted between the power supply VDD and the source of the charging current source transistor MP1, and the switch circuit SWC2 is connected to the ground and the source of the discharging current source transistor MN1. A charge pump circuit in the case of an SPST switch inserted between the two is illustrated. Here, SW3 is an SPDT switch that switches and connects the source of the charging dummy transistor MP2 to either the power source or the output terminal Tout of the charge pump circuit. SW4 is the source of the discharging dummy transistor MN2 connected to the ground. It is an SPDT switch that is connected to one of the output terminals Tout of the charge pump circuit.
アップ信号SupがOFFのとき、SW1が開いているため、Vsp1は出力端子の電圧Voutと等しくなる。ここでアップ信号がONに変化するとSW1が閉じてVsp1はVDDと等しくなる。また、SW3については、アップ信号SupがOFFのときダミートランジスタMP2のソースをVDDに接続し、アップ信号がONのときは出力端子Toutに接続する動作を行う。つまり、アップ信号SupがOFFからONへ変化した時、充電用電流源トランジスタMP1のソース電位は(VDD−Vout)だけ変化し、充電用ダミートランジスタMP2のソース電位は(Vout−VDD)だけ変化する。 When the up signal Sup is OFF, since SW1 is open, Vsp1 is equal to the output terminal voltage Vout. Here, when the up signal changes to ON, SW1 is closed and Vsp1 becomes equal to VDD. As for SW3, the operation of connecting the source of the dummy transistor MP2 to VDD when the up signal Sup is OFF and connecting it to the output terminal Tout when the up signal is ON is performed. That is, when the up signal Sup changes from OFF to ON, the source potential of the charging current source transistor MP1 changes by (VDD−Vout), and the source potential of the charging dummy transistor MP2 changes by (Vout−VDD). .
以上の動作から、実施の形態1での説明と同様に、ここでもMP1とMP2のサイズが等しくゲート-ソース間容量も等しいため、MP1のゲートに注入される電荷とMP2のゲートから放出される電荷がキャンセルされて、MP1とMP2のゲート電位Vg1は定電位に保たれる。すなわち、MP1からのドレイン電流を高速に立ち上げることができる。 From the above operation, similarly to the description in the first embodiment, the sizes of MP1 and MP2 are the same and the gate-source capacitance is also the same, so that the charge injected into the gate of MP1 and the gate of MP2 are released. The charge is canceled and the gate potential Vg1 of MP1 and MP2 is kept at a constant potential. That is, the drain current from MP1 can be raised at high speed.
また、放電側の動作についても同様である。ダウン信号SdwがOFFからONに変化した時、放電用電流源トランジスタMN1のソース電位は(−Vout)だけ変化し、放電用ダミートランジスタMN2のソース電位は(Vout)だけ変化する。また、MN1とMN2のゲート-ソース間容量は等しいため、MN1のゲートに注入される電荷とMN2のゲートから放出される電荷がキャンセルされて、ゲート電位Vg2は一定に保たれる。よって放電電流の高速な立ち上がりが実現される。 The same applies to the operation on the discharge side. When the down signal Sdw changes from OFF to ON, the source potential of the discharge current source transistor MN1 changes by (−Vout), and the source potential of the discharge dummy transistor MN2 changes by (Vout). Since the gate-source capacitances of MN1 and MN2 are equal, the charge injected into the gate of MN1 and the charge released from the gate of MN2 are canceled, and the gate potential Vg2 is kept constant. Therefore, a fast rise of the discharge current is realized.
したがって、この発明の実施の形態2に係わるチャージポンプ回路によれば、充電用電流源トランジスタのゲート電位の変動が低減され、出力電流の立ち上がり時間が小さく、高速で動作可能であるため、チャージポンプ回路へ入力されるアップ信号、ダウン信号が短いパルスであった場合でも、不感帯が低減されたチャージポンプ回路を得られる効果がある。 Therefore, according to the charge pump circuit according to the second embodiment of the present invention, the fluctuation of the gate potential of the charging current source transistor is reduced, the rise time of the output current is short, and the charge pump circuit can operate at high speed. Even when the up signal and the down signal input to the circuit are short pulses, there is an effect that a charge pump circuit with a reduced dead zone can be obtained.
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3に係わるチャージポンプ回路を示す回路構成説明図である。図4は、前記実施の形態2で例示した図3の変形例であり、チャージポンプ回路の出力端子ToutとSW3、SW4を接続する経路にバッファとして使用するオペアンプOP1を挿入している。OP1は、正相入力端子にToutを接続し、逆相入力端子にOP1の出力を直結して負帰還をかける。これによりToutからSW3、SW4側を見た場合、スイッチ側の寄生容量が見えなくなり、SW3、SW4が動作したときToutの電位変化が抑えられる。Toutの充放電電流に起因しない電位変化はVCO出力のスプリアス増大につながるため、OP1の挿入によりVCO出力スプリアスの低減が実現される。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is a circuit configuration explanatory diagram showing a charge pump circuit according to Embodiment 3 of the present invention. FIG. 4 is a modification of FIG. 3 illustrated in the second embodiment, and an operational amplifier OP1 used as a buffer is inserted in a path connecting the output terminals Tout and SW3 and SW4 of the charge pump circuit. OP1 connects Tout to the positive phase input terminal and directly connects the output of OP1 to the negative phase input terminal to apply negative feedback. As a result, when the SW3 and SW4 sides are viewed from Tout, the parasitic capacitance on the switch side is not visible, and the potential change of Tout is suppressed when SW3 and SW4 operate. Since a potential change not caused by the charging / discharging current of Tout leads to an increase in the VCO output spurious, the insertion of OP1 realizes a reduction in the VCO output spurious.
実施の形態4.
図5は、この発明の実施の形態4に係わるチャージポンプ回路を示す回路構成説明図である。ここでは、実施の形態1で例示した図1のチャージポンプ回路におけるスイッチ回路SWC1およびスイッチ回路SWC2を、SPDTスイッチとした場合のチャージポンプ回路の一例である。電流源トランジスタMP1のソース端子はSW1によって定電位Vp4もしくは定電位Vp3のどちらかに切り替えて接続され、電流源トランジスタMN1のソース端子はSW2によって定電位Vn3もしくは定電位Vn4のどちらかに接続される。ここで、Vp4は(Vg1+MP1の閾値電圧)より高く、Vp3は(Vg1+MP1の閾値電圧)より低い電位であり、Vn4は(Vg2−MN1の閾値電圧)より低く、Vn3は(Vg2−MN1の閾値電圧)より高い電位に設定されている。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 5 is a circuit configuration explanatory view showing a charge pump circuit according to Embodiment 4 of the present invention. 1 is an example of a charge pump circuit in which the switch circuit SWC1 and the switch circuit SWC2 in the charge pump circuit of FIG. 1 illustrated in
スイッチSW1、SW3は、アップ信号SupがONの時、MP1のソースをVp4に、MP2のソースをVp1に接続し、SupがOFFの時、MP1のソースをVp3に、MP2のソースをVp2に接続する動作を行う。また、スイッチSW2、SW4は、ダウン信号SdwがONの時、MN1のソースをVn4に、MN2のソースをVn1に接続し、SdwがOFFの時、MN1のソースをVn3に、MN2のソースをVn2に接続する動作を行う。ここで、(Vp4−Vp3)=(Vp2−Vp1)かつ(Vn3−Vn4)=(Vn1−Vn2)が成り立っている。 The switches SW1 and SW3 connect the source of MP1 to Vp4 and the source of MP2 to Vp1 when the up signal Sup is ON, and connect the source of MP1 to Vp3 and the source of MP2 to Vp2 when Sup is OFF To perform the operation. The switches SW2 and SW4 connect the source of MN1 to Vn4 and the source of MN2 to Vn1 when the down signal Sdw is ON, and the source of MN1 to Vn3 and the source of MN2 to Vn2 when Sdw is OFF. The operation to connect to is performed. Here, (Vp4-Vp3) = (Vp2-Vp1) and (Vn3-Vn4) = (Vn1-Vn2) are established.
したがって、図5の回路の場合も実施の形態1と同様の原理が成り立ち、充電出力電流もしくは放電出力電流の立ち上がり時に電流源トランジスタのゲート電位の変動を防ぐことが出来るので、電流出力の立ち上がり時間を小さくすることができる。
ここで実施の形態1と異なるのは出力電流を遮断する場合の立下り時間である。
例えば図3の回路の場合、SupがONからOFFに変化したとき、SW1は開放されMP1のドレインから出力される充電電流を遮断するが、MP1内に蓄積された電荷は出力端子へ放出するしかないため、SW1が開放された後の電流の立下り時間が大きくなることが問題である。
ここで図5のような構成の場合、SupがONからOFFに変化するとき、MP1のソース電位を強制的に低い電位(Vp3)に接続するので、MP1内の電荷がソース側に放出され、ドレイン電流の立ち下がり時間が小さくなる。また、SdwがONからOFFに変化する場合も同様であり、MN1内の電荷がソース側に放出され、ドレイン電流の立ち下がり時間が小さくなる。
Therefore, in the case of the circuit of FIG. 5 as well, the same principle as in the first embodiment is established, and the fluctuation of the gate potential of the current source transistor can be prevented at the rise of the charge output current or the discharge output current. Can be reduced.
Here, the difference from the first embodiment is the fall time when the output current is cut off.
For example, in the case of the circuit of FIG. 3, when Sup changes from ON to OFF, SW1 is opened and the charging current output from the drain of MP1 is cut off, but the charge accumulated in MP1 can only be discharged to the output terminal. Therefore, there is a problem that the fall time of the current after SW1 is opened becomes long.
In the case of the configuration shown in FIG. 5, when Sup changes from ON to OFF, the source potential of MP1 is forcibly connected to a low potential (Vp3), so that the charge in MP1 is released to the source side. The fall time of the drain current is reduced. Similarly, when Sdw changes from ON to OFF, the charge in MN1 is released to the source side, and the fall time of the drain current is reduced.
また、ダミートランジスタMP2、MN2はそれぞれアップ信号Sup、ダウン信号SdwのOFFからONへの変化時にゲート電位の変動を防ぐだけでなく、ONからOFFへの変化時にも、電流源トランジスタのゲート電極への充放電電荷を供給するため、ゲート電位の変動を抑えることができる。 The dummy transistors MP2 and MN2 not only prevent the gate potential from changing when the up signal Sup and the down signal Sdw change from OFF to ON, but also to the gate electrode of the current source transistor when changing from ON to OFF. Since the charge / discharge charges are supplied, fluctuations in the gate potential can be suppressed.
実施の形態5.
図6は、この発明の実施の形態5に係わるチャージポンプ回路を示す回路構成説明図である。図6は、前記実施の形態4で例示した図5の変形例であり、Vp4、Vp2、Vn3、Vn1をグランド電位に、Vp3、Vp1、Vn4、Vn2を電源電位に設定している。これらの端子を電源もしくはグランド電位に接続することにより、各電流源トランジスタ、ダミートランジスタのソース電位に常に安定した電圧を与えることができ、Vn1〜4、Vp1〜4の電位を生成するバイアス回路も不要になる。また、ダミートランジスタによって電流源トランジスタの充放電時間の高速化を図っているため、ソース電位にグランド電位から電源電位までの大振幅をかけても速度の低下を防ぐことができる。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 6 is an explanatory circuit diagram showing a charge pump circuit according to Embodiment 5 of the present invention. FIG. 6 is a modification of FIG. 5 illustrated in the fourth embodiment, in which Vp4, Vp2, Vn3, and Vn1 are set to the ground potential, and Vp3, Vp1, Vn4, and Vn2 are set to the power supply potential. By connecting these terminals to a power supply or ground potential, a stable voltage can be constantly applied to the source potential of each current source transistor and dummy transistor, and bias circuits that generate potentials Vn1 to Vp4 and Vp1 to Vp4 are also provided. It becomes unnecessary. In addition, since the charge / discharge time of the current source transistor is increased by the dummy transistor, the speed reduction can be prevented even when the source potential is applied with a large amplitude from the ground potential to the power supply potential.
Claims (6)
前記第1の切り替え手段と前記第2の切り替え手段は前記充電用電流源トランジスタと前記充電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量を等しくするよう前記充電用制御信号に基づいて切り替え、前記第3の切り替え手段と前記第4の切り替え手段は前記放電用電流源トランジスタと前記放電用ダミートランジスタの各ソース端子の電位を、一方のソース端子での電位の増加量と他方のソース端子での電位の減少量を等しくするよう前記放電用制御信号に基づいて切り替えるチャージポンプ回路。 A charging current source transistor and a charging dummy transistor biased to each gate terminal in common from the first bias voltage terminal, and a discharging current source transistor and discharge biased to each gate terminal in common from the second bias voltage terminal First switching means connected to each source terminal of the dummy transistor for charging, the charging current source transistor, and the charging dummy transistor, respectively, for changing the potential of each source terminal based on the charging control signal; Switching means, third switching means and fourth switching connected to the source terminals of the discharging current source transistor and the discharging dummy transistor, respectively, for changing the potential of each source terminal based on the discharging control signal Each of the charging current source transistor and the discharging current source transistor Are commonly connected to the drain terminal, an output terminal, for outputting a charging current or discharging current from said respective drain terminals,
The first switching unit and the second switching unit are configured to change the potential of each source terminal of the charging current source transistor and the charging dummy transistor between the amount of increase in potential at one source terminal and the other source terminal. switch based on the charging control signal to equal properly the decrease of the potential, the source terminal of said third switching means and said fourth switching means dummy transistor for discharging the discharging current source transistor potential, the charge pump circuit for switching on the basis of the discharge control signal so as to equal properly the decrease in potential at the increase and the other of the source terminal of the potential at one of the source terminal of the.
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