JP4075164B2 - チャージポンプ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてコードレスリモコン、ページャ、携帯電話等の無線通信機器のＰＬＬ周波数シンセサイザに用いられるチャージポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【０００３】
図６において、１は位相比較器、２は上昇指示信号入力端子、３は下降指示信号入力端子、４は電流流出用トランジスタ、５は電流流入用トランジスタ、６は第１のスイッチング用トランジスタ、７は第２のスイッチング用トランジスタ、８は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、９は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、１０は第１の定電流源、１１は第２の定電流源、１２は出力端子、１３はインバータ、１４はメインカウンタ信号入力端子、１５はリファレンスカウンタ信号入力端子、１６が電源端子である。
【０００４】
図６を用いて従来のチャージポンプの動作について説明する。位相比較器１のメインカウンタ信号入力端子１４にはＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）の信号を所定分周数で分周した信号が入力される。またリファレンスカウンタ信号入力端子１５には水晶発振器などの基準信号を所定分周数で分周した信号が入力される。位相比較器１は上記２つの信号の相対的な位相差に応じて上昇指示信号または下降指示信号を出力する。上昇指示信号が出力された時には、チャージポンプは電流を流出し出力端子に接続されたＶＣＯの周波数制御端子に並列接続されたコンデンサに電荷を充電することでＶＣＯの発振周波数を上昇させ、下降指示信号が出力された時にはチャージポンプは電流を流入し前記コンデンサの電荷を放電することでＶＣＯの発振周波数を下降させる。以上のような操作をフィードバックループを構成して継続的に行うことによりＶＣＯ周波数を目的の周波数に収束することができる。このようなフィードバックループはＰＬＬ（Phase Locked Loop）と呼ばれている。
【０００５】
さて、図６において第１の定電流源１０には第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流出用トランジスタ４に電流値がミラーされる。ここで、電流流出用トランジスタ４の動作電流は第１の定電流源１０の電流値および第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８と電流流出用トランジスタ４の素子サイズの比によって決まる値である。例えば、第１の定電流源１０の電流値を１００μA、素子サイズの比を１：１０とすると、電流流出用トランジスタ４の動作電流は１.０mAとなる。
【０００６】
電流流出用トランジスタ４のソースと電源端子１６の間には第１のスイッチング用トランジスタ６が挿入され、上昇指示信号入力端子２と第１のスイッチング用トランジスタ６のゲートはインバータ１３を通じて接続されている。
【０００７】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子１２に接続されている。
同様に第２の定電流源１１には第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流入用トランジスタ５に電流値がミラーされる。電流流入用トランジスタ５のソースとグランドの間には第２のスイッチング用トランジスタ７が挿入され、下降指示信号入力端子３と第２のスイッチング用トランジスタ７のゲートが接続されている。
【０００８】
電流流入用トランジスタ５のドレインは出力端子１２に接続されている。
ここに示す従来例のチャージポンプはActive Highで動作するとし、位相比較器の出力がHighレベルのとき電流流出または流入を行うものとする。位相比較器１から出力がないときには第１および第２ののスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっているため、出力端子１２から電流流出および流入はない。位相比較器１から上昇指示信号入力端子２に入力があるとインバータ１３を介して第１のスイッチング用トランジスタ６がオンとなり、出力端子１２から規定の電流値（上述の例では１.０mA）で電流が流出される。また、位相比較器１から下降指示信号入力端子３に入力があると第２のスイッチング用トランジスタ７がオンとなり、出力端子１２から規定の電流値で電流が流入される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来例に示す従来のチャージポンプでは、位相比較器１から出力がないときの消費電流が大きいという課題があった。すなわち、第１および第２の定電流源１０、１１に常に電流を流しているため、チャージポンプから電流流出、流入を行わないときでも電流を消費するという課題があった。上述の例では流出側、流入側それぞれ１００μA必要であり、合計２００μAが無効電流となる。そのため電池駆動などの理由で消費電流を抑えたい機器へ採用する場合の障害となっていた。
【００１０】
また、別の方法としてチャージポンプから電流流出、流入を行わないときに第１および第２の定電流源１０、１１の電流をオフする構成があげられる。この場合は、例えば図６に示す従来例の第１および第２の定電流源１０、１１をオンオフするスイッチを付加することにより構成される。この場合には消費電流を抑えることが可能であるが、出力の立ち上がり特性に課題があった。つまり、図６に示す第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート−ソース間容量Ｃgsのために第１の定電流源１０をオンしたときの第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８の立ち上がりに遅延が生じる。つまり、ゲート−ソース間容量Ｃgsへの充電を第１の定電流源で行うことになるからである。この遅延時間は数ｎsec〜数十ｎsecであるためパルス幅の小さな上昇指示信号に対しては出力端子１２から電流流出されず反応しなくなってしまう。下降指示信号に対しても同様である。つまりチャージポンプに不感帯が生じるという課題があった。
【００１１】
発明は上記の課題を解決するものであり、位相比較器から出力がないときの消費電流を抑え、不感帯が小さいチャージポンプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときに定電流源の電流値を所定値より小さい値に設定することにより消費電流を抑え、予め定電流源に小さい電流を流してカレントミラー回路の入力側トランジスタのゲート−ソース間容量に電荷を充電しておくことにより出力の立ち上がり時の遅延時間を小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、第１の電流設定手段は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第１のスイッチおよび第１の抵抗を互いに並列に挿入し、第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第２のスイッチおよび第２の抵抗を互いに並列に挿入し、前記第１のスイッチは上昇指示信号に応じてオンし、前記第２のスイッチは下降指示信号に応じてオンすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするものである。そして、少ない素子を用い簡単な回路で構成できる。
【００１５】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、第１の電流設定手段は、電流設定手段として第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズが小さい第１の補助トランジスタを設け、第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズの小さい第２の補助トランジスタを設け、上昇指示信号が出力されていないときは前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフし、下降指示信号が出力されていないときは前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするものである。そして、カレントミラー回路の電流を小さくしたときの電流精度を上げることができる。
【００１６】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、制御回路を備え、前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源をオンし前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１の定電流源と前記第１のスイッチング用トランジスタをオフし、更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源をオンし前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２の定電流源と前記第２のスイッチング用トランジスタをオフするものである。そして、消費電流を抑えるために上昇および下降指示信号が出力されていないときに電流流出用および電流流入用トランジスタを駆動する電流源をオフにしても不感帯を無くすことができる。
【００１７】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、制御回路を備え、前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源を第１の所定電流に設定し前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第１の定電流源を前記第１の所定電流より小さな電流である第１の小電流に設定し、更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源を第２の所定電流に設定し前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第２の定電流源を前記第２の所定電流より小さな電流である第２の小電流に設定するものである。そして、遅延時間を小さくできるため求められる遅延素子ばらつきや温度特性を緩和することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本発明によるチャージポンプの実施例１の構成を示す回路図である。図１において、１は位相比較器、２は上昇指示信号入力端子、３は下降指示信号入力端子、４は電流流出用トランジスタ、５は電流流入用トランジスタ、６は第１のスイッチング用トランジスタ、７は第２のスイッチング用トランジスタ、８は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、９は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、１０は第１の定電流源、１１は第２の定電流源、１２は出力端子、１３はインバータ、１４はメインカウンタ信号入力端子、１５はリファレンスカウンタ信号入力端子、１６が電源端子、１７は第１の電流設定手段、１８は第２の電流設定手段である。
【００２０】
図１を用いて本実施例の受信機の動作について説明する。
位相比較器１のメインカウンタ信号入力端子１４にはＶＣＯの信号を分周した信号が入力される。またリファレンスカウンタ信号入力端子１５には水晶発振器などの基準信号を分周した信号が入力される。位相比較器１は上記２つ信号の相対的な位相差に応じて上昇指示信号または下降指示信号を出力する。
【００２１】
第１の定電流源１０には第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流出用トランジスタ４に電流値がミラーされる。ここで、電流流出用トランジスタ４の動作電流は第１の定電流源１０の電流値および第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８と電流流出用トランジスタ４の素子サイズの比によって決まる値である。例として第１の定電流源１０の電流値が１００μA、素子サイズの比が１：１０の場合には、電流流出用トランジスタ４の動作電流は約１.０mAとなる。また、上昇指示信号入力端子２の入力信号は第１の電流設定手段１７に入力される。第１の電流設定手段１７は、入力信号がLowの時には第１の定電流源１０の動作電流を小さく設定する。例えば２０μAに設定する。また入力信号がHighの時には第１の定電流源１０の動作電流を規定値に設定する。例えば１００μAに設定する。
【００２２】
電流流出用トランジスタ４のソースと電源端子１６の間には第１のスイッチング用トランジスタ６が挿入され、上昇指示信号入力端子２と第１のスイッチング用トランジスタ６のゲートはインバータ１３を通じて接続されている。
【００２３】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子１２に接続されている。
同様に第２の定電流源１１には第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流入用トランジスタ５に電流値がミラーされる。また、下降指示信号入力端子３の入力信号は第２の電流設定手段１８に入力される。第２の電流設定手段は、入力信号がLowの時には第２の定電流源１１の動作電流を小さく設定する。例えば２０μAに設定する。また入力信号がHighの時には第１の定電流源１１の動作電流を規定値に設定する。例えば１００μAに設定する。
【００２４】
電流流入用トランジスタ５のソースとグランドの間には第２のスイッチング用トランジスタ７が挿入され、下降指示信号入力端子３と第２のスイッチング用トランジスタ７のゲートが接続されている。
【００２５】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子に接続されている。
本実施例のチャージポンプはActive Highで動作するとし、位相比較器１の出力がHighレベルの時に電流流出または流入を行うものとする。位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっているため、出力端子１２から電流流出および流入はない。ただし、上述のように第１および第２の定電流源１０、１１には規定電流（１００μA）より小さな電流（２０μA）が流れている。このとき第１および第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８、９にはこれと同じ小さな電流が流れているためオフになっていない。そのため第１および第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８、９のゲート−ソース間電圧はそれぞれしきい電圧ＶTに近い電圧となっている。つまり第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート−ソース間容量ＣgsにはＶTに近い電圧に対応する電荷がすでに充電されている。次に、位相比較器１から上昇指示信号入力端子２に入力があると、インバータ１３を介して第１のスイッチング用トランジスタ６がオンとなると共に、第１の電流設定手段１７により第１の定電流源１０の電流値が規定値（１００μA）に設定されるため出力端子１２から規定の電流値（１.０mA）が流出される。このとき予めゲート−ソース間容量Ｃgsに電荷が充電されていたため、第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート電位の変化は小さい。従って規定の電流値（１.０mA）に達するまでの時間すなわち遅延時間が小さくなる。また、位相比較器１から下降指示信号入力端子３に入力があるときも同様に考えることができ同様に遅延時間が小さくなる。
【００２６】
このように本実施例によれば、上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときの消費電流を数分の一ないし数十分の一に低減することができ、かつ上昇および下降指示信号が出力されたときの出力電流の立ち上がり時間を短くすることができる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明によるチャージポンプの実施例２の構成を示す回路図である。図２において、１９は第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ、２０は第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ、２１は第１の抵抗、２２は第２の抵抗、２３は第１のスイッチ、２４は第２のスイッチである。また、図１と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例の動作は、第１の実施例の動作と基本的には同じであるが、電流設定手段を第１および第２の抵抗と第１および第２のスイッチを用いて構成していることが特徴である。
【００２８】
第１の定電流源１０は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８および出力側トランジスタ１９を経由してミラーされ、電流流出用トランジスタ４を駆動する。ここで第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のソースとグランド間には第１の抵抗および第１のスイッチが互いに並列に挿入されている。また、第２の定電流源１１は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９および出力側トランジスタ２０を経由してミラーされ、電流流入用トランジスタ５を駆動する。ここで第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のソースとグランド間には第２の抵抗および第２のスイッチが互いに並列に挿入されている。
【００２９】
位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっている。また、第１および第２のスイッチ２３、２４がオフとなっている。このとき、第１および第２の抵抗２１、２２に電流が流れ電圧降下が生じる。そして第１および第２のスイッチがオンの時と比べると、第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０のゲート−ソース間電圧が小さくなるため、第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０に流れる電流が小さくなる。ここで、第１および第２の抵抗２１、２２の値を適当に選ぶことにより、第１および第２のスイッチ２３、２４がオフの時の電流を所望の値に設定できる。例えば第１および第２のスイッチ２３、２４がオンの時に１００μAで、オフの時に２０μAになるように抵抗値を選ぶことが可能である。
【００３０】
このように本実施例によれば、電流設定手段を抵抗とスイッチといった簡単な回路で実現でき、第１の実施例で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００３１】
（実施例３）
図３は、本発明によるチャージポンプの実施例３の構成を示す回路図である。図３において、２５は第１の補助トランジスタ、２６は第２の補助出力側トランジスタである。また、図２と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例の動作は、実施例１の動作と基本的には同じであるが、電流設定手段を第１および第２の補助トランジスタ２５、２６を用いて構成していることが特徴である。
【００３２】
第１の定電流源１０は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８および出力側トランジスタ１９を経由してミラーされ、電流流出用トランジスタ４を駆動する。ここで第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９と並列に第１の補助トランジスタ２５が構成されている。そして第１の補助トランジスタ２５のドレインは第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のドレインに接続され、第１の補助トランジスタ２５のソースはグランドに接続されている。また、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のソースとグランド間に第１のスイッチ２３が挿入されている。
【００３３】
また、第２の定電流源１１は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９および出力側トランジスタ２０を経由してミラーされ、電流流入用トランジスタ５を駆動する。ここで第２の補助トランジスタ２６のドレインが第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のドレインに接続され、第２の補助トランジスタ２６のソースは電源端子１６に接続されている。また、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のソースとグランド間に第２のスイッチ２４が挿入されている。
【００３４】
位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチ２３、２４がオフとなっており、このため第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０には電流が流れず、第１および第２の補助トランジスタ２５、２６のみに電流が流れる。第１および第２の補助トランジスタ２５、２６の電流値は第１および第２の入力側トランジスタ８、９との素子サイズの比で決まるため、第１および第２の補助トランジスタ２５、２６の素子サイズを小さくすることにより電流値を小さく設定することができる。
【００３５】
このように本実施例によれば、補助トランジスタをカレントミラー回路を構成する他のトランジスタと同じ種類のトランジスタで構成しているため、電流値を小さくしたときの電流値の精度を上げることができる。また、温度特性や素子ばらつきに対しても有利である。そして実施例１で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例４）
図４は、本発明によるチャージポンプの実施例４の構成を示す回路図である。図４において、２７は制御回路である。また、図２と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例と第２の実施例との違いは制御回路２７を用いることである。
【００３７】
位相比較器１から上昇指示信号および下降指示信号がそれぞれ上昇指示信号入力端子２および下降指示信号入力端子３を経由して制御回路２７に入力される。制御回路２７は、第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７と第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０のソースとグランド間またはソースと電源端子１６間に挿入された第１および第２のスイッチ２３、２４の動作タイミングを制御する。
【００３８】
具体的な制御回路２７の動作タイミングを説明するために図５をも用いて説明する。
【００３９】
図５は上昇指示信号が出力された場合の動作を示しているが、下降指示信号が出力された場合についても同様に考えることができる。
【００４０】
図５において、制御回路２７に入力された"（１）上昇指示信号"に対して、第１の遅延時間だけ遅延した信号"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"が生成され、インバータ１３に出力することで第１のスイッチング用トランジスタ６が駆動される。
【００４１】
また、"（１）上昇指示信号"の立ち上がりエッジでセットされ"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"の立ち下がりエッジでリセットされる信号である"（３）第１の定電流源の制御信号"が生成される。この"（３）第１のカレントミラー回路の制御信号"が第１のスイッチ２３を駆動することにより、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０の電流が規定値に設定される。
【００４２】
ここで、第１の遅延時間は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０の電流立ち上がり時間より大きく設定されている。つまり、図５において"（４）第１のカレントミラー回路の電流値"に示す電流立ち上がり特性で、十分に電流が立ち上がるのに要する時間だけ第１の遅延時間を持たせている。十分に立ち上がってから"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"により第１のスイッチング用トランジスタ６がオンされるため、"（５）出力端子の電流流出値"に示すように出力端子１２からの出力パルス幅が"（１）上昇指示信号"のパルス幅と同じになる。これによりチャージポンプの不感帯の発生を防ぐことができる。
【００４３】
このように本実施例によれば、電流流出用および流入用トランジスタとその駆動回路が完全に立ち上がってから、第１および第２のスイッチング用トランジスタをオンオフするためチャージポンプの不感帯の発生を防ぐことができる。上昇および下降指示信号が出力されていないときの消費電流を抑えることができるのは他の実施例と同様である。
【００４４】
尚、信号の遅延操作はインバータ回路の縦列接続などで実現できる。また、図５において"（３）第１のカレントミラー回路の制御信号"の生成はフリップフロップなどを組み合わせたロジック回路で容易に構成することができる。
【００４５】
また、本実施例では、上昇および下降指示信号が出力されていないときの電流抑制の操作をカレントミラー回路を制御することで行ったが、定電流源を直接制御して行うこともできる。
【００４６】
また、２つの定電流源を用いたが、１つの定電流源からカレントミラー回路により分岐して構成することもできる。
【００４７】
また、本実施例では、上昇および下降指示信号が出力されていないときにカレントミラー回路の電流を小さく設定する構成としたが、電流をオフする構成とすることもできる。
【００４８】
また、図１において電流流出用トランジスタ４のソースと電流流入用トランジスタ５のソースを接続した構成とすることもできる。
【００４９】
また、本実施例ではトランジスタとしてＦＥＴを用いた場合について示したが、バイポーラトランジスタ等を用いても構成できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のチャージポンプによれば、次の効果が得られる。
【００５１】
上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときに定電流源の電流を小さく設定するため、消費電流を数分の一ないし数十分の一に低減することができ、かつ上昇および下降指示信号が出力されたときの出力電流の立ち上がり時間を短くすることができる。
【００５２】
また、電流設定手段を抵抗とスイッチで構成するため、簡単な回路で電流設定手段を構成することができる。
【００５３】
また、電流設定手段を補助トランジスタを用いて構成しているため、電流値を小さくしたときの電流値の精度を上げることができ、温度特性や素子ばらつきに対しても有利となる。
【００５４】
また、電流流出用および流入用トランジスタとその駆動回路が完全に立ち上がってから、第１および第２のスイッチング用トランジスタをオンオフするためチャージポンプの不感帯の発生を更に確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるチャージポンプの回路図
【図２】本発明の実施例２におけるチャージポンプの回路図
【図３】本発明の実施例３におけるチャージポンプの回路図
【図４】本発明の実施例４におけるチャージポンプの回路図
【図５】同ポンプにおける制御回路の制御信号を表すタイミングチャート
【図６】従来のチャージポンプの回路図
【符号の説明】
２ 上昇指示信号入力端子
３ 下降指示信号入力端子
４ 電流流出用トランジスタ
５ 電流流入用トランジスタ
６ 第１のスイッチング用トランジスタ
７ 第２のスイッチング用トランジスタ
８ 第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ
９ 第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ
１０ 第１の定電流源
１１ 第２の定電流源
１２ 出力端子
１７ 第１の電流設定手段
１８ 第２の電流設定手段
１９ 第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ
２０ 第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ
２１ 第１の抵抗
２２ 第２の抵抗
２３ 第１のスイッチ
２４ 第２のスイッチ
２５ 第１の補助トランジスタ
２６ 第２の補助トランジスタ
２７ 制御回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、主としてコードレスリモコン、ページャ、携帯電話等の無線通信機器のＰＬＬ周波数シンセサイザに用いられるチャージポンプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【０００３】
図６において、１は位相比較器、２は上昇指示信号入力端子、３は下降指示信号入力端子、４は電流流出用トランジスタ、５は電流流入用トランジスタ、６は第１のスイッチング用トランジスタ、７は第２のスイッチング用トランジスタ、８は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、９は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、１０は第１の定電流源、１１は第２の定電流源、１２は出力端子、１３はインバータ、１４はメインカウンタ信号入力端子、１５はリファレンスカウンタ信号入力端子、１６が電源端子である。
【０００４】
図６を用いて従来のチャージポンプの動作について説明する。位相比較器１のメインカウンタ信号入力端子１４にはＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）の信号を所定分周数で分周した信号が入力される。またリファレンスカウンタ信号入力端子１５には水晶発振器などの基準信号を所定分周数で分周した信号が入力される。位相比較器１は上記２つの信号の相対的な位相差に応じて上昇指示信号または下降指示信号を出力する。上昇指示信号が出力された時には、チャージポンプは電流を流出し出力端子に接続されたＶＣＯの周波数制御端子に並列接続されたコンデンサに電荷を充電することでＶＣＯの発振周波数を上昇させ、下降指示信号が出力された時にはチャージポンプは電流を流入し前記コンデンサの電荷を放電することでＶＣＯの発振周波数を下降させる。以上のような操作をフィードバックループを構成して継続的に行うことによりＶＣＯ周波数を目的の周波数に収束することができる。このようなフィードバックループはＰＬＬ（Phase Locked Loop）と呼ばれている。
【０００５】
さて、図６において第１の定電流源１０には第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流出用トランジスタ４に電流値がミラーされる。ここで、電流流出用トランジスタ４の動作電流は第１の定電流源１０の電流値および第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８と電流流出用トランジスタ４の素子サイズの比によって決まる値である。例えば、第１の定電流源１０の電流値を１００μA、素子サイズの比を１：１０とすると、電流流出用トランジスタ４の動作電流は１.０mAとなる。
【０００６】
電流流出用トランジスタ４のソースと電源端子１６の間には第１のスイッチング用トランジスタ６が挿入され、上昇指示信号入力端子２と第１のスイッチング用トランジスタ６のゲートはインバータ１３を通じて接続されている。
【０００７】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子１２に接続されている。
同様に第２の定電流源１１には第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流入用トランジスタ５に電流値がミラーされる。電流流入用トランジスタ５のソースとグランドの間には第２のスイッチング用トランジスタ７が挿入され、下降指示信号入力端子３と第２のスイッチング用トランジスタ７のゲートが接続されている。
【０００８】
電流流入用トランジスタ５のドレインは出力端子１２に接続されている。
ここに示す従来例のチャージポンプはActive Highで動作するとし、位相比較器の出力がHighレベルのとき電流流出または流入を行うものとする。位相比較器１から出力がないときには第１および第２ののスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっているため、出力端子１２から電流流出および流入はない。位相比較器１から上昇指示信号入力端子２に入力があるとインバータ１３を介して第１のスイッチング用トランジスタ６がオンとなり、出力端子１２から規定の電流値（上述の例では１.０mA）で電流が流出される。また、位相比較器１から下降指示信号入力端子３に入力があると第２のスイッチング用トランジスタ７がオンとなり、出力端子１２から規定の電流値で電流が流入される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の従来例に示す従来のチャージポンプでは、位相比較器１から出力がないときの消費電流が大きいという課題があった。すなわち、第１および第２の定電流源１０、１１に常に電流を流しているため、チャージポンプから電流流出、流入を行わないときでも電流を消費するという課題があった。上述の例では流出側、流入側それぞれ１００μA必要であり、合計２００μAが無効電流となる。そのため電池駆動などの理由で消費電流を抑えたい機器へ採用する場合の障害となっていた。
【００１０】
また、別の方法としてチャージポンプから電流流出、流入を行わないときに第１および第２の定電流源１０、１１の電流をオフする構成があげられる。この場合は、例えば図６に示す従来例の第１および第２の定電流源１０、１１をオンオフするスイッチを付加することにより構成される。この場合には消費電流を抑えることが可能であるが、出力の立ち上がり特性に課題があった。つまり、図６に示す第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート−ソース間容量Ｃgsのために第１の定電流源１０をオンしたときの第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８の立ち上がりに遅延が生じる。つまり、ゲート−ソース間容量Ｃgsへの充電を第１の定電流源で行うことになるからである。この遅延時間は数ｎsec〜数十ｎsecであるためパルス幅の小さな上昇指示信号に対しては出力端子１２から電流流出されず反応しなくなってしまう。下降指示信号に対しても同様である。つまりチャージポンプに不感帯が生じるという課題があった。
【００１１】
発明は上記の課題を解決するものであり、位相比較器から出力がないときの消費電流を抑え、不感帯が小さいチャージポンプを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときに定電流源の電流値を所定値より小さい値に設定することにより消費電流を抑え、予め定電流源に小さい電流を流してカレントミラー回路の入力側トランジスタのゲート−ソース間容量に電荷を充電しておくことにより出力の立ち上がり時の遅延時間を小さくすることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、第１の電流設定手段は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第１のスイッチおよび第１の抵抗を互いに並列に挿入し、第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第２のスイッチおよび第２の抵抗を互いに並列に挿入し、前記第１のスイッチは上昇指示信号に応じてオンし、前記第２のスイッチは下降指示信号に応じてオンすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするものである。そして、少ない素子を用い簡単な回路で構成できる。
【００１５】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、第１の電流設定手段は、電流設定手段として第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズが小さい第１の補助トランジスタを設け、第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズの小さい第２の補助トランジスタを設け、上昇指示信号が出力されていないときは前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフし、下降指示信号が出力されていないときは前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするものである。そして、カレントミラー回路の電流を小さくしたときの電流精度を上げることができる。
【００１６】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、制御回路を備え、前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源をオンし前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１の定電流源と前記第１のスイッチング用トランジスタをオフし、更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源をオンし前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２の定電流源と前記第２のスイッチング用トランジスタをオフするものである。そして、消費電流を抑えるために上昇および下降指示信号が出力されていないときに電流流出用および電流流入用トランジスタを駆動する電流源をオフにしても不感帯を無くすことができる。
【００１７】
また、位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、制御回路を備え、前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源を第１の所定電流に設定し前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第１の定電流源を前記第１の所定電流より小さな電流である第１の小電流に設定し、更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源を第２の所定電流に設定し前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第２の定電流源を前記第２の所定電流より小さな電流である第２の小電流に設定するものである。そして、遅延時間を小さくできるため求められる遅延素子ばらつきや温度特性を緩和することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は、本発明によるチャージポンプの実施例１の構成を示す回路図である。図１において、１は位相比較器、２は上昇指示信号入力端子、３は下降指示信号入力端子、４は電流流出用トランジスタ、５は電流流入用トランジスタ、６は第１のスイッチング用トランジスタ、７は第２のスイッチング用トランジスタ、８は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、９は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ、１０は第１の定電流源、１１は第２の定電流源、１２は出力端子、１３はインバータ、１４はメインカウンタ信号入力端子、１５はリファレンスカウンタ信号入力端子、１６が電源端子、１７は第１の電流設定手段、１８は第２の電流設定手段である。
【００２０】
図１を用いて本実施例の受信機の動作について説明する。
位相比較器１のメインカウンタ信号入力端子１４にはＶＣＯの信号を分周した信号が入力される。またリファレンスカウンタ信号入力端子１５には水晶発振器などの基準信号を分周した信号が入力される。位相比較器１は上記２つ信号の相対的な位相差に応じて上昇指示信号または下降指示信号を出力する。
【００２１】
第１の定電流源１０には第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流出用トランジスタ４に電流値がミラーされる。ここで、電流流出用トランジスタ４の動作電流は第１の定電流源１０の電流値および第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８と電流流出用トランジスタ４の素子サイズの比によって決まる値である。例として第１の定電流源１０の電流値が１００μA、素子サイズの比が１：１０の場合には、電流流出用トランジスタ４の動作電流は約１.０mAとなる。また、上昇指示信号入力端子２の入力信号は第１の電流設定手段１７に入力される。第１の電流設定手段１７は、入力信号がLowの時には第１の定電流源１０の動作電流を小さく設定する。例えば２０μAに設定する。また入力信号がHighの時には第１の定電流源１０の動作電流を規定値に設定する。例えば１００μAに設定する。
【００２２】
電流流出用トランジスタ４のソースと電源端子１６の間には第１のスイッチング用トランジスタ６が挿入され、上昇指示信号入力端子２と第１のスイッチング用トランジスタ６のゲートはインバータ１３を通じて接続されている。
【００２３】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子１２に接続されている。
同様に第２の定電流源１１には第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９が接続され、カレントミラー回路の出力側トランジスタとしてはたらく電流流入用トランジスタ５に電流値がミラーされる。また、下降指示信号入力端子３の入力信号は第２の電流設定手段１８に入力される。第２の電流設定手段は、入力信号がLowの時には第２の定電流源１１の動作電流を小さく設定する。例えば２０μAに設定する。また入力信号がHighの時には第１の定電流源１１の動作電流を規定値に設定する。例えば１００μAに設定する。
【００２４】
電流流入用トランジスタ５のソースとグランドの間には第２のスイッチング用トランジスタ７が挿入され、下降指示信号入力端子３と第２のスイッチング用トランジスタ７のゲートが接続されている。
【００２５】
電流流出用トランジスタ４のドレインは出力端子に接続されている。
本実施例のチャージポンプはActive Highで動作するとし、位相比較器１の出力がHighレベルの時に電流流出または流入を行うものとする。位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっているため、出力端子１２から電流流出および流入はない。ただし、上述のように第１および第２の定電流源１０、１１には規定電流（１００μA）より小さな電流（２０μA）が流れている。このとき第１および第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８、９にはこれと同じ小さな電流が流れているためオフになっていない。そのため第１および第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８、９のゲート−ソース間電圧はそれぞれしきい電圧ＶTに近い電圧となっている。つまり第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート−ソース間容量ＣgsにはＶTに近い電圧に対応する電荷がすでに充電されている。次に、位相比較器１から上昇指示信号入力端子２に入力があると、インバータ１３を介して第１のスイッチング用トランジスタ６がオンとなると共に、第１の電流設定手段１７により第１の定電流源１０の電流値が規定値（１００μA）に設定されるため出力端子１２から規定の電流値（１.０mA）が流出される。このとき予めゲート−ソース間容量Ｃgsに電荷が充電されていたため、第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８のゲート電位の変化は小さい。従って規定の電流値（１.０mA）に達するまでの時間すなわち遅延時間が小さくなる。また、位相比較器１から下降指示信号入力端子３に入力があるときも同様に考えることができ同様に遅延時間が小さくなる。
【００２６】
このように本実施例によれば、上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときの消費電流を数分の一ないし数十分の一に低減することができ、かつ上昇および下降指示信号が出力されたときの出力電流の立ち上がり時間を短くすることができる。
【００２７】
（実施例２）
図２は、本発明によるチャージポンプの実施例２の構成を示す回路図である。図２において、１９は第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ、２０は第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ、２１は第１の抵抗、２２は第２の抵抗、２３は第１のスイッチ、２４は第２のスイッチである。また、図１と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例の動作は、第１の実施例の動作と基本的には同じであるが、電流設定手段を第１および第２の抵抗と第１および第２のスイッチを用いて構成していることが特徴である。
【００２８】
第１の定電流源１０は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８および出力側トランジスタ１９を経由してミラーされ、電流流出用トランジスタ４を駆動する。ここで第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のソースとグランド間には第１の抵抗および第１のスイッチが互いに並列に挿入されている。また、第２の定電流源１１は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９および出力側トランジスタ２０を経由してミラーされ、電流流入用トランジスタ５を駆動する。ここで第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のソースとグランド間には第２の抵抗および第２のスイッチが互いに並列に挿入されている。
【００２９】
位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７がオフとなっている。また、第１および第２のスイッチ２３、２４がオフとなっている。このとき、第１および第２の抵抗２１、２２に電流が流れ電圧降下が生じる。そして第１および第２のスイッチがオンの時と比べると、第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０のゲート−ソース間電圧が小さくなるため、第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０に流れる電流が小さくなる。ここで、第１および第２の抵抗２１、２２の値を適当に選ぶことにより、第１および第２のスイッチ２３、２４がオフの時の電流を所望の値に設定できる。例えば第１および第２のスイッチ２３、２４がオンの時に１００μAで、オフの時に２０μAになるように抵抗値を選ぶことが可能である。
【００３０】
このように本実施例によれば、電流設定手段を抵抗とスイッチといった簡単な回路で実現でき、第１の実施例で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００３１】
（実施例３）
図３は、本発明によるチャージポンプの実施例３の構成を示す回路図である。図３において、２５は第１の補助トランジスタ、２６は第２の補助出力側トランジスタである。また、図２と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例の動作は、実施例１の動作と基本的には同じであるが、電流設定手段を第１および第２の補助トランジスタ２５、２６を用いて構成していることが特徴である。
【００３２】
第１の定電流源１０は第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ８および出力側トランジスタ１９を経由してミラーされ、電流流出用トランジスタ４を駆動する。ここで第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９と並列に第１の補助トランジスタ２５が構成されている。そして第１の補助トランジスタ２５のドレインは第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のドレインに接続され、第１の補助トランジスタ２５のソースはグランドに接続されている。また、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９のソースとグランド間に第１のスイッチ２３が挿入されている。
【００３３】
また、第２の定電流源１１は第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ９および出力側トランジスタ２０を経由してミラーされ、電流流入用トランジスタ５を駆動する。ここで第２の補助トランジスタ２６のドレインが第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のドレインに接続され、第２の補助トランジスタ２６のソースは電源端子１６に接続されている。また、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０のソースとグランド間に第２のスイッチ２４が挿入されている。
【００３４】
位相比較器１から出力がないときには第１および第２のスイッチ２３、２４がオフとなっており、このため第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０には電流が流れず、第１および第２の補助トランジスタ２５、２６のみに電流が流れる。第１および第２の補助トランジスタ２５、２６の電流値は第１および第２の入力側トランジスタ８、９との素子サイズの比で決まるため、第１および第２の補助トランジスタ２５、２６の素子サイズを小さくすることにより電流値を小さく設定することができる。
【００３５】
このように本実施例によれば、補助トランジスタをカレントミラー回路を構成する他のトランジスタと同じ種類のトランジスタで構成しているため、電流値を小さくしたときの電流値の精度を上げることができる。また、温度特性や素子ばらつきに対しても有利である。そして実施例１で述べたと同様な効果を得ることができる。
【００３６】
（実施例４）
図４は、本発明によるチャージポンプの実施例４の構成を示す回路図である。図４において、２７は制御回路である。また、図２と同じ構成要素については同一の番号を付けて示した。本実施例と第２の実施例との違いは制御回路２７を用いることである。
【００３７】
位相比較器１から上昇指示信号および下降指示信号がそれぞれ上昇指示信号入力端子２および下降指示信号入力端子３を経由して制御回路２７に入力される。制御回路２７は、第１および第２のスイッチング用トランジスタ６、７と第１および第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ１９、２０のソースとグランド間またはソースと電源端子１６間に挿入された第１および第２のスイッチ２３、２４の動作タイミングを制御する。
【００３８】
具体的な制御回路２７の動作タイミングを説明するために図５をも用いて説明する。
【００３９】
図５は上昇指示信号が出力された場合の動作を示しているが、下降指示信号が出力された場合についても同様に考えることができる。
【００４０】
図５において、制御回路２７に入力された"（１）上昇指示信号"に対して、第１の遅延時間だけ遅延した信号"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"が生成され、インバータ１３に出力することで第１のスイッチング用トランジスタ６が駆動される。
【００４１】
また、"（１）上昇指示信号"の立ち上がりエッジでセットされ"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"の立ち下がりエッジでリセットされる信号である"（３）第１の定電流源の制御信号"が生成される。この"（３）第１のカレントミラー回路の制御信号"が第１のスイッチ２３を駆動することにより、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０の電流が規定値に設定される。
【００４２】
ここで、第１の遅延時間は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ２０の電流立ち上がり時間より大きく設定されている。つまり、図５において"（４）第１のカレントミラー回路の電流値"に示す電流立ち上がり特性で、十分に電流が立ち上がるのに要する時間だけ第１の遅延時間を持たせている。十分に立ち上がってから"（２）第１のスイッチング用トランジスタの制御信号"により第１のスイッチング用トランジスタ６がオンされるため、"（５）出力端子の電流流出値"に示すように出力端子１２からの出力パルス幅が"（１）上昇指示信号"のパルス幅と同じになる。これによりチャージポンプの不感帯の発生を防ぐことができる。
【００４３】
このように本実施例によれば、電流流出用および流入用トランジスタとその駆動回路が完全に立ち上がってから、第１および第２のスイッチング用トランジスタをオンオフするためチャージポンプの不感帯の発生を防ぐことができる。上昇および下降指示信号が出力されていないときの消費電流を抑えることができるのは他の実施例と同様である。
【００４４】
尚、信号の遅延操作はインバータ回路の縦列接続などで実現できる。また、図５において"（３）第１のカレントミラー回路の制御信号"の生成はフリップフロップなどを組み合わせたロジック回路で容易に構成することができる。
【００４５】
また、本実施例では、上昇および下降指示信号が出力されていないときの電流抑制の操作をカレントミラー回路を制御することで行ったが、定電流源を直接制御して行うこともできる。
【００４６】
また、２つの定電流源を用いたが、１つの定電流源からカレントミラー回路により分岐して構成することもできる。
【００４７】
また、本実施例では、上昇および下降指示信号が出力されていないときにカレントミラー回路の電流を小さく設定する構成としたが、電流をオフする構成とすることもできる。
【００４８】
また、図１において電流流出用トランジスタ４のソースと電流流入用トランジスタ５のソースを接続した構成とすることもできる。
【００４９】
また、本実施例ではトランジスタとしてＦＥＴを用いた場合について示したが、バイポーラトランジスタ等を用いても構成できる。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明のチャージポンプによれば、次の効果が得られる。
【００５１】
上昇指示信号および下降指示信号が出力されていないときに定電流源の電流を小さく設定するため、消費電流を数分の一ないし数十分の一に低減することができ、かつ上昇および下降指示信号が出力されたときの出力電流の立ち上がり時間を短くすることができる。
【００５２】
また、電流設定手段を抵抗とスイッチで構成するため、簡単な回路で電流設定手段を構成することができる。
【００５３】
また、電流設定手段を補助トランジスタを用いて構成しているため、電流値を小さくしたときの電流値の精度を上げることができ、温度特性や素子ばらつきに対しても有利となる。
【００５４】
また、電流流出用および流入用トランジスタとその駆動回路が完全に立ち上がってから、第１および第２のスイッチング用トランジスタをオンオフするためチャージポンプの不感帯の発生を更に確実に防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１におけるチャージポンプの回路図
【図２】本発明の実施例２におけるチャージポンプの回路図
【図３】本発明の実施例３におけるチャージポンプの回路図
【図４】本発明の実施例４におけるチャージポンプの回路図
【図５】同ポンプにおける制御回路の制御信号を表すタイミングチャート
【図６】従来のチャージポンプの回路図
【符号の説明】
２ 上昇指示信号入力端子
３ 下降指示信号入力端子
４ 電流流出用トランジスタ
５ 電流流入用トランジスタ
６ 第１のスイッチング用トランジスタ
７ 第２のスイッチング用トランジスタ
８ 第１のカレントミラー回路の入力側トランジスタ
９ 第２のカレントミラー回路の入力側トランジスタ
１０ 第１の定電流源
１１ 第２の定電流源
１２ 出力端子
１７ 第１の電流設定手段
１８ 第２の電流設定手段
１９ 第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタ
２０ 第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタ
２１ 第１の抵抗
２２ 第２の抵抗
２３ 第１のスイッチ
２４ 第２のスイッチ
２５ 第１の補助トランジスタ
２６ 第２の補助トランジスタ
２７ 制御回路
Claims (4)
- 位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、
第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、
前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、
第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、
前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、
前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、
前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、
前記第１の電流設定手段は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第１のスイッチおよび第１の抵抗を互いに並列に挿入し、
前記第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタのソースと電源またはグランド間に第２のスイッチおよび第２の抵抗を互いに並列に挿入し、
前記第１のスイッチは上昇指示信号に応じてオンし、
前記第２のスイッチは下降指示信号に応じてオンすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするチャージポンプ。 - 位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、
第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、
前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入され前記上昇指示信号に応じてオンする第１のスイッチング用トランジスタと、
第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、
前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入され前記下降指示信号に応じてオンする第２のスイッチング用トランジスタと、
前記上昇指示信号が出力されていないときに前記第１の定電流源の電流値を所定値より小さくする第１の電流設定手段と、
前記下降指示信号が出力されていないときに前記第２の定電流源の電流値を所定値より小さくする第２の電流設定手段を備え、
前記第１の電流設定手段は、第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズが小さい第１の補助トランジスタを設け、
前記第２の電流設定手段は、第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタに並列に前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタより素子サイズの小さい第２の補助トランジスタを設け、
上昇指示信号が出力されていないときは前記第１のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフし、下降指示信号が出力されていないときは前記第２のカレントミラー回路の出力側トランジスタをオフすることにより前記上昇信号または前記下降信号が出力されていないときにカレントミラー回路の動作電流を小さくするチャージポンプ。 - 位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、
第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、
前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、
第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、
前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、
制御回路を備え、
前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源をオンし前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１の定電流源と前記第１のスイッチング用トランジスタをオフし、
更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源をオンし前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２の定電流源と前記第２のスイッチング用トランジスタをオフするチャージポンプ。 - 位相比較器から出力される上昇指示信号および下降指示信号に応じて出力端子からそれぞれ電流流出および電流流入を行う定電流型チャージポンプであって、
第１の定電流源から第１のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が出力端子に接続された電流流出用トランジスタと、
前記電流流出用トランジスタと電源間に挿入された第１のスイッチング用トランジスタと、
第２の定電流源から第２のカレントミラー回路を通じて動作電流が設定され出力が前記出力端子に接続された電流流入用トランジスタと、
前記電流流入用トランジスタとグランド間に挿入された第２のスイッチング用トランジスタと、
制御回路を備え、
前記制御回路は位相比較器から出力される上昇指示信号の立ち上がりタイミングで前記第１の定電流源を第１の所定電流に設定し前記上昇指示信号の立ち上がりタイミングから第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオンし前記上昇指示信号の立ち下がりタイミングより前記第１の遅延時間経過したタイミングで前記第１のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第１の定電流源を前記第１の所定電流より小さな電流である第１の小電流に設定し、
更に前記制御回路は前記位相比較器から出力される下降指示信号の立ち上がりタイミングで前記第２の定電流源を第２の所定電流に設定し前記下降指示信号の立ち上がりタイミングから第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオンし前記下降指示信号の立ち下がりタイミングより前記第２の遅延時間経過したタイミングで前記第２のスイッチング用トランジスタをオフすると共に前記第２の定電流源を前記第２の所定電流より小さな電流である第２の小電流に設定するチャージポンプ。
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