(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路であって、
第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、前記第１のノードに充電バイアス電流を提供する供給バイアス経路と、
前記第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタであって、充電モードの間に駆動電流が前記コンデンサを充電できるようにオンに維持される充電トランジスタと、
前記第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチであって、前記第１のノードを介した前記コンデンサの充電をイネーブルする充電スイッチと、
前記コンデンサの前記第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタであって、放電モードの間に駆動電流が前記コンデンサを放電できるようにオンに維持される放電トランジスタと、
前記第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、前記第２のノードを介した前記コンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチと、
前記第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、前記第２のノードに放電バイアス電流を提供する接地バイアス経路と
を備える回路。
【請求項２】
前記充電スイッチが、前記コンデンサの充電をイネーブルする充電経路とは別の電流経路に提供される、請求項１に記載の回路。
【請求項３】
前記充電スイッチが、前記第１のノードから前記接地電位までの経路をディセーブルし、また、前記コンデンサの充電をイネーブルする充電信号を受け取るために結合された第１のトランジスタを備える、請求項１または請求項２に記載の回路。
【請求項４】
前記充電スイッチが、前記充電スイッチの前記第１のトランジスタと直列に結合され、かつ、オンに保持される第２のトランジスタを備える、請求項３に記載の回路。
【請求項５】
前記放電スイッチが、前記コンデンサの放電をイネーブルする経路とは別の電流経路に提供される、請求項１から４のいずれか一項に記載の回路。
【請求項６】
前記放電スイッチが、前記第２のノードから供給電圧までの経路をディセーブルし、また、前記コンデンサの放電をイネーブルする放電信号を受け取るために結合された第３のトランジスタを備える、請求項１から５のいずれか一項に記載の回路。
【請求項７】
前記放電スイッチが、前記第３のトランジスタと直列に結合され、かつ、オンに保持される第４のトランジスタを備える、請求項６に記載の回路。
【請求項８】
集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法であって、
コンデンサを充電するための充電経路を提供することであって、充電モードの間に駆動電流が前記コンデンサを充電できるように前記充電経路がオンに維持される、充電経路を提供することと、
前記充電経路を介した前記コンデンサの充電をイネーブルするために、前記充電経路とは別の充電スイッチを提供することと、
前記コンデンサを放電させるための放電経路を提供することであって、放電モードの間に駆動電流が前記コンデンサを放電できるように前記放電経路がオンに維持される、放電経路を提供することと、
前記放電経路を介した前記コンデンサの放電をイネーブルするために、前記放電経路とは別の放電スイッチを提供することと
を含む方法。
【請求項９】
充電スイッチを提供することは、前記放電モードの間、前記充電モードの間に前記コンデンサの充電をイネーブルする前記充電経路とは別である電流経路を提供することを含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
オンに保持される第２のトランジスタと直列に結合された前記充電スイッチの第１のトランジスタに充電信号を結合することをさらに含み、前記充電信号が、前記充電経路から接地までの経路をディセーブルして、前記充電経路を介した前記コンデンサの充電をイネーブルする、請求項８または請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
放電スイッチを提供することは、前記コンデンサの放電をイネーブルする前記放電経路とは別である電流経路を、前記放電スイッチを介して提供することを含む、請求項８から１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
オンに保持される第４のトランジスタと直列に結合された前記放電スイッチの第３のトランジスタに放電信号を結合することをさらに含み、前記放電信号が、前記放電経路から基準電圧までの経路をディセーブルして、前記放電経路を介した前記コンデンサの放電をイネーブルする、請求項８から１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
充電信号を前記充電スイッチに結合すること、および放電信号を前記放電スイッチに結合することをさらに含み、放電信号が、前記充電信号が前記充電スイッチのターンオフをイネーブルする前に、前記放電スイッチのターンオンをイネーブルする、請求項８から１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
動作の前記充電モードと動作の前記放電モードの間にオーバラップを提供することをさらに含み、放電トランジスタを介した前記放電経路が、充電トランジスタを介した前記充電経路をターンオフする前にターンオンする、請求項８から１３のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般に集積回路デバイスに関し、詳細には集積回路デバイスにおける充電／放電スイッチを実現するための回路、および集積回路デバイスにおける充電／放電スイッチを実現する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コンデンサは、集積回路デバイスを始めとする多くの電子デバイスにおける重要な要素である。コンデンサの多くのアプリケーションにはコンデンサの充電および放電が必要である。しかしながら、充電および放電は、回路に問題をもたらすことがある。コンデンサの充電および放電をイネーブルするための従来の回路は、コンデンサに流入し、あるいはコンデンサから流出する電流の量を制御することを、バイアストランジスタなどのシンク／ソースデバイスに依存している。スイッチは、電流の流れを示す充電信号および放電信号によってデジタル的に制御される。
【０００３】
従来の回路は、電流の大きさを示すためのバイアスデバイス、良好な電源除去および利得を与えるためのカスコードデバイス、および切換えを実施するためのスイッチを始めとする充電経路および放電経路を使用してコンデンサを充電および放電している。バイアスデバイスは、このスキームの切換えによってターンオフおよびターンオンされるため、移行の際に大きなグリッチが生じる。従来の回路には、充電経路および放電経路に並列に整合ダミー経路を追加して、「オフ」フェーズの間、バイアスデバイスの状態を変えることなく電流を分流し、それによりグリッチを小さくしている回路がある。しかしながら充電モードから放電モードに切り換える際に、あるいは逆に放電モードから充電モードに切り換える際に、スイッチの寄生容量に関連する、コンデンサの端子におけるノードへの電荷注入が依然として存在し得る。電荷注入はスイッチのサイズで決まり、スイッチのサイズは、コンデンサの端子におけるノードに誘導されるグリッチの量を規定する。これらのスイッチデバイスを小さくすることによってグリッチの大きさが小さくなるが、スイッチ抵抗が大きくなり、したがってスイッチデバイスにはシステムにおけるより一層のＩＲ降下が必要であるため、このような低減には、バイアスデバイスおよびカスコードデバイスのためのヘッドルームの費用がかかる。トランジスタのサイズが絶えず縮小され、また、電圧供給レベルが絶えず降下するにつれてヘッドルームが狭くなるため、カスコードデバイスは、その実現がますます困難になる。
【０００４】
したがって集積回路における充電／放電スイッチを実現するための改良された回路、および集積回路における充電／放電スイッチを実現する改良された方法が有利である。
【発明の概要】
【０００５】
集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路が説明される。回路は、第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、第１のノードに充電バイアス電流を提供する供給バイアス経路と、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタと、第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチであって、第１のノードを介したコンデンサの充電をイネーブルする充電スイッチと、コンデンサの第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタと、第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、第２のノードを介したコンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチと、第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、第２のノードに放電電流を提供する接地バイアス経路とを備える。
【０００６】
別の実施態様によれば、集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路は、コンデンサと、第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、第１のノードに充電バイアス電流を提供する供給バイアス経路、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタ、および第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチを備える充電回路と、コンデンサの第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタ、第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、第２のノードを介したコンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチ、および第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、第２のノードに放電バイアス電流を提供する接地バイアス経路を備える放電回路とを備え、充電回路および放電回路は、充電モードおよび放電モードにおける回路の実現を可能にし、また、トランジスタを通る放電経路は、充電トランジスタを通る充電経路がターンオフされる前にターンオンされる。
【０００７】
また、集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法が同じく説明される。方法は、コンデンサを充電するための充電経路を提供することと、充電経路を介したコンデンサの充電をイネーブルするために、充電経路とは別の充電スイッチを提供することと、コンデンサを放電させるための放電経路を提供することと、放電経路を介したコンデンサの放電をイネーブルするために、放電経路とは別の放電スイッチを提供することとを含む。
【０００８】
他の特徴は、以下の図面および特許請求の範囲についての詳細な説明を考察することによって認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】コンデンサをベースとする回路を有する集積回路のブロック図である。
【図２】集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路のブロック図である。
【図３】図２の充電／放電スイッチの充電動作を示す図である。
【図４】図２の充電／放電スイッチの放電動作を示す図である。
【図５】集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法を示すフローチャートである。
【図６】集積回路における充電／放電スイッチを実現する別の方法を示すフローチャートである。
【図７】集積回路における充電／放電スイッチを動作させる方法を示すフローチャートである。
【図８】充電／放電スイッチを実現する位相固定ループのブロック図である。
【図９】図２の充電／放電スイッチを実現する電流出力デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）のブロック図である。
【図１０】図２の充電／放電スイッチを実現する緩和発振器のブロック図である。
【図１１】図１０の緩和発振器の動作を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路、および集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法が説明される。充電／放電スイッチは、充電することができ、かつ、放電させることができる１つまたは複数のコンデンサを有する、例えば位相固定ループ（ＰＬＬ）のループフィルタ、電流出力デジタル−アナログ回路（ＤＡＣ）または緩和発振器などの回路内で実現される。回路および方法は、充電モードと放電モードの間の切換えの間、コンデンサのサンプルノードに誘導される固有グリッチを除去し、アナログ性能を改善する。
【００１１】
より詳細には、コンデンサのノードのグリッチングを低減し、かつ、適切なヘッドルームを保証するために、スイッチは、充電経路内の主電流経路から除去されており、充電／放電回路のダミー経路内にのみ出現する。主電流経路からスイッチングデバイスを除去することにより、バイアスデバイスのための余計なヘッドルーム制約が不要になり、コンデンサのノードから電荷注入効果が除去されることを保証することが可能である。したがってすべての切換えは、充電または放電に関連するダミー側で行われ、その結果、コンデンサの敏感なノードとはかけ離れた１つのトランジスタからグリッチが除去される。したがって全振幅信号を使用してスイッチを駆動することができ、そのためにトランジスタのサイズをより小さくすることができ、延いては電荷注入をより少なくすることができる。すなわち、ダミースイッチがターンオンすると、ダミー経路は、電流のためのより小さい抵抗経路を提供し、したがって切換えを実施し、また、充電経路または放電経路のダミーカスコードは、最大限の範囲まで常にオンになる。この手法の利点は、システムのヘッドルームがスイッチに無関係であり、また、システムに誘導されるグリッチがコンデンサのノードから除去されることである。さらに、電流が流れている場合にカスコード機能を実施するだけでなく、電流経路をディセーブルする場合に同じく切換え機能を実施する１つのトランジスタを実現することにより、電圧ヘッドルームが節約され、また、スイッチの品質が改善される。
【００１２】
本明細書には、新規と見なされる本発明の１つまたは複数の実施態様の特徴を定義している特許請求の範囲が含まれているが、回路および方法は、図面と関連させて説明を考察することによってより良好に理解されるものと思われる。様々な回路および方法が開示されるが、回路および方法は、様々な形態で具体化することができる本発明の構造の単なる例示的なものにすぎないことを理解されたい。したがって本明細書において開示される特定の構造的詳細および機能的詳細は、限定するものとして解釈してはならず、単に、特許請求の範囲のための基本として、また、本発明の構造の、事実上、適切に詳述されている任意の構造における様々な使用を当業者に教示するための代表的な基本として解釈すべきである。さらに、本明細書において使用されている用語および語句には、限定することは意図されておらず、むしろ回路および方法の理解可能な説明を提供することが意図されている。
【００１３】
最初に図１を参照すると、コンデンサをベースとする回路を有する集積回路１０１のブロック図が示されている。詳細には、入力／出力ポート１０２は、例えば位相固定ループ回路１０８、緩和発振器１１０および電流出力ＤＡＣ回路１１２を含むことができる、コンデンサをベースとする回路１０６とインタフェースする制御回路１０４に結合されている。充電／放電スイッチを実現するための回路および方法については、図２を参照してより詳細に説明され、また、位相固定ループ回路１０８、緩和発振器１１０および電流出力ＤＡＣ回路１１２における充電／放電スイッチの用途については、図８〜１０を参照してより詳細に説明される。また、制御回路１０４は、他の回路１１４およびメモリ１１６に同じく結合することができる。以下でより詳細に示される回路および方法は、単一の集積回路ダイ内で実現することができ、あるいはマルチチップモジュールの中で実現することができる。
【００１４】
次に図２を参照すると、集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路のブロック図が示されている。充電／放電スイッチを実現するための回路２０１はコンデンサ２０２に結合されており、コンデンサの充電および放電をイネーブルする。以下でより詳細に説明されるように、回路２０１の充電モードと放電モードの間の切換え動作は、回路の充電経路または放電経路内にスイッチングトランジスタがなくてもイネーブルされるが、むしろダミー経路における充電モードと放電モードの間の切換えを可能にするスイッチングトランジスタを実現することによってイネーブルされる。ダミー経路は、バイアス電流が常に流れ、バイアスデバイスのノードを一定に維持してグリッチを最小化することを保証するが、切換えは、ダミー経路の動作によって同じく有利に制御される。
【００１５】
供給バイアス経路２０３はノード２０４に結合されており、充電モードの間、ノード２０４とノード２０８の間に結合されているトランジスタ２０６を介したコンデンサ２０２への電流の供給をイネーブルする。すなわち充電モードと放電モードの間の切換えのために使用されるトランジスタは、充電経路および放電経路とは別のダミー経路内に置かれている。充電／放電スイッチの実施態様は、第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、第１のノードに充電バイアス電流を提供する供給バイアス経路と、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタと、第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチであって、第１のノードを介したコンデンサの充電をイネーブルする充電スイッチとを実現することによって達成することができる。放電モードの場合、充電／放電スイッチの実施態様は、コンデンサの第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタと、第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、第２のノードを介したコンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチと、第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、第２のノードに放電バイアス電流を提供する接地バイアス経路とを実現することによって達成することができる。コンデンサ２０２は、ノード２０８と接地（ＧＮＤ）電位の間に結合されており、コンデンサ２０２の第１の端子２１２はノード２０８に結合され、また、第２の端子２１４は接地に結合されている。トランジスタ２０６および供給バイアス経路２０３は、充電モードの間、コンデンサを充電するための充電経路の一部である。
【００１６】
供給バイアス経路２０３は、ここではＶＣＣとして示されている供給基準電圧に結合されたソース２２０、およびノード２０４に結合されたドレイン２２２を有するＰ−チャネルトランジスタ２１８を備え、コンデンサに充電バイアス電流を提供する。供給バイアス電圧ＶＰｂｉａｓはゲート２２４に結合されている。供給バイアス電圧は一般的には固定値であり、以下でより詳細に説明されるように、充電モードの間の充電経路、あるいは放電モードの間のダミー経路のいずれかを介して電流を流すために使用される。トランジスタ２０６は、ノード２０４に結合されたソース２２６、およびノード２０８に結合されたドレイン２２８を有するＰ−チャネルカスコードトランジスタである。ゲート２３０は、一般的にはオンに維持されている制御電圧ＶＰｃａｓｃを受け取るように結合され、充電モードの間はコンデンサ２０２を充電するための電流を許容し、また、放電モードの間は電流をほとんど引き出さず、ダミー放電経路を介して電流が接地へ流されるようにする。例えば放電モードを駆動すると、一般的には漏れ電流のみがトランジスタ２０６を通過することになる。
【００１７】
また、コンデンサ２０２のための放電経路が、カスコードＮ−チャネルトランジスタを構成するトランジスタ２３１、および第２のノードに放電バイアス電流を提供する接地バイアス経路２３２を介して、ノード２０８から接地へ同じく提供される。トランジスタ２３１は、ノード２０８に結合されたドレイン２３３、および接地バイアス経路２３２におけるノード２３６に結合されたソース２３４を備えている。トランジスタ２３１のゲート２３８は、制御電圧ＶＮｃａｓｃによって制御される。接地バイアス経路２３２は、ノード２３６に結合されたドレイン２４２、および接地に結合されたソース２４４を有するトランジスタ２４０を備えている。接地バイアス電圧ＶＮｂｉａｓはゲート２４６に結合されている。ＶＮｃａｓｃ信号は固定値であり、一般的にはトランジスタ２３１も同じくオンであるが、充電モードの間はほとんど電流を引き出すことはなく、その間、接地バイアス経路を介して流される電流は、放電ダミー経路によって提供される。接地バイアス電圧ＶＮｂｉａｓは一般的には固定値であり、以下でより詳細に説明されるように、放電経路または放電ダミー経路のいずれかを介して電流を流すために使用される。
【００１８】
説明したコンデンサ２０２を充電し、かつ、放電させるための経路に加えて、放電モードの間、電荷を充電経路からそらし、また、充電モードの間、電荷を放電経路からそらすためのダミー経路が同じく提供されている。より詳細には、放電モードの間、供給バイアス経路２０３からの電流は、充電スイッチ２５０を備えたダミー充電経路を介してそらされる。充電スイッチ２５０は、ここではＰ−チャネルトランジスタとして示されている第２のトランジスタ２５４と直列に結合された第１のトランジスタ２５２を備えている。以下でより詳細に説明されるように、トランジスタ２５２および２５４は、切換えの間、コンデンサのノードにおけるグリッチを小さくするために、カスコードトランジスタ２０６より小さくすることができる（すなわちより狭いゲート幅を有することができる）。トランジスタ２０６は、カスコードトランジスタとして動作するだけでなく、スイッチとしても機能し、トランジスタ２０６のソースの電圧は、トランジスタ２０６を通る充電経路をイネーブルまたはディセーブルするために充電スイッチ２５０によって制御される。すなわちスイッチ２５０は、トランジスタ２０６のソースの電圧を制御してトランジスタ２０６をターンオンまたはターンオフさせる。第１のトランジスタ２５２は、ノード２０４に結合されたソース２５６を備えており、ゲート２５８は接地信号を受け取るために結合されており、したがって常にオンである。トランジスタ２５２は任意選択であるが、充電スイッチ２５０を介したより有効な電流の切換えを可能にするため、トランジスタ２５２は有利である。トランジスタ２５２のドレイン２６０は、トランジスタ２５４のソース２６２に結合されており、ゲート２６４の充電信号はトランジスタ２５４を制御し、トランジスタ２５４のドレイン２６６によって接地ノード（ＧＮＤ）への経路を提供する。スイッチ２５０のトランジスタ２５２および２５４がオンになると、第１のノード２０４の電圧がローに引っ張られ、放電モードにおけるトランジスタ２０６がターンオフする。トランジスタ２０６と比較してより小さいトランジスタ２５２および２５４を実現することによってコンデンサ上のグリッチが小さくなるが、トランジスタ駆動強度が、トランジスタのゲート−ソース電圧（Ｖｇｓ）と閾値電圧（Ｖｔ）の差の二乗を掛け合わせたトランジスタのサイズによって決定される場合、より小さいトランジスタはスイッチング能力が劣る。しかしながらトランジスタ２５２および２５４上のより大きいＶｇｓは、それらのトランジスタのより小さいサイズを埋め合わせ、放電の間、それらのトランジスタが、より大きい充電トランジスタ２０６に優先し、ノード２０４をローに引っ張ることを可能にする。
【００１９】
図３に示されている充電モードの間、トランジスタ２５４のゲートに結合されたハイ充電信号がトランジスタをターンオフさせ、充電スイッチ２５０を通る電流の経路をなくし、したがってトランジスタ２０６を通るソースバイアス電流経路２０３によって提供される電流を流してコンデンサ２０２を充電する（ドットとダッシュを交互配置して指示されている経路によって示されている）。図３から分かるように、コンデンサ２０２の充電をイネーブルするために使用されるトランジスタ（コンデンサへの電流経路をスイッチオンする）は、電流が流れてコンデンサを充電する経路には提供されていない。すなわち充電モードの間、ハイ充電信号を受け取るトランジスタ２５４は、充電スイッチ２５０を通る電流経路をディセーブルし、したがってトランジスタ２０６を通る電流の流れをイネーブルしてコンデンサを充電する。充電経路内のトランジスタ２０６は既にオンであるため、トランジスタの充電をイネーブルするためにトランジスタをターンオンする結果としてのノード２０８におけるあらゆるグリッチがなくなる。すなわちトランジスタ２５４（コンデンサの充電をイネーブルする役割を担っている）は充電スイッチ２５０の一部であり、電圧バイアス経路２０３およびトランジスタ２０６を備える充電経路には存在していない。したがってノード２０８は、トランジスタのスイッチングの結果としての充電モードと放電モードの間の変更に起因するグリッチに影響されない。したがって充電経路内のトランジスタをターンオンさせることによってノード２０８への充電経路をイネーブルするのではなく、充電経路は、個別の経路をディセーブルし、充電経路を通って流れる電流を許容することによってイネーブルされる。
【００２０】
充電モードの間、トランジスタ２３１および２４０を介したコンデンサの放電を防止するために、接地バイアス経路２３２によって引き出される電流が、放電スイッチ２７０を有するダミー放電経路によって提供される。より詳細には、トランジスタ２７４を介して電流が接地バイアス経路２３２を通って流れるよう、ハイ充電信号（充電モードをイネーブルする）がトランジスタ２７２をターンオンさせて経路を提供する（ダッシュと二重ドットを交互配置して図３に示されている）。トランジスタ２７４は任意選択であるが、放電スイッチ２７０を介したより有効な電流の切換えを可能にするため、トランジスタ２７４は有利である。すなわちトランジスタ２７２のドレインは基準電圧ＶＣＣに結合され、ソース２７８はトランジスタ２７４に結合され、また、トランジスタのゲート２８０は充電信号を受け取るために結合されている。また、トランジスタ２７２のソース２７８は、トランジスタ２７４のドレイン２８２に同じく結合されており、トランジスタ２７４は、接地バイアス経路２３２に結合されているソース２８４を同じく有し、また、基準電圧Ｖｃｃに結合されたゲート２８６を有している。したがって充電モードの間、コンデンサの充電を妨害することになる電流はコンデンサ２０２から引き出されない。すなわちダミー経路の放電スイッチ２７０は、トランジスタ２３１のソース２３４を十分にハイに引っ張ってトランジスタ２３１をターンオフさせる。トランジスタ２７２および２７４は、切換えの間、コンデンサ２０２上のグリッチを小さくするために、トランジスタ２３１より小さくすることができる（すなわちより狭いゲート幅を有することができる）。したがってトランジスタ２３１は、カスコードトランジスタとして動作するだけでなく、スイッチとしても機能し、トランジスタ２３１のソース２３４は、トランジスタ２３１を通る放電経路をイネーブルまたはディセーブルするために放電スイッチ２７０によって制御される。すなわち放電スイッチ２７０は、充電の間、ノード２３６のハイへの引張りをイネーブルしてトランジスタ２３１をターンオフさせる。充電モードの間、コンデンサ２０２の放電を防止するためのトランジスタのスイッチング（すなわちトランジスタ２７２のスイッチング）は、同じく放電経路（すなわちトランジスタ２３１およびトランジスタ２４０を有する経路）とは別であることに同じく留意されたい。したがって充電モードの間、コンデンサの放電を防止するためのトランジスタ２７２のあらゆるスイッチングは、ノード２０８上の何らかのグリッチの原因にはならない。より小さいトランジスタ２７２および２７４上のより大きいＶｇｓは、それらのトランジスタのより小さいサイズを埋め合わせ、充電の間、それらのトランジスタが、より大きい放電トランジスタ２３１に優先し、ノード２３６をハイに引っ張ることを可能にする。
【００２１】
図２の充電／放電スイッチを実現するための回路の放電動作は図４に示されている。放電モードの間、接地信号はローであり、トランジスタ２５４をターンオンさせて、充電スイッチ２５０を介した供給バイアス経路２０３から接地までの経路（ダッシュおよびドットを交互配置した線で示されている）を提供する。したがってトランジスタ２０６を通ってコンデンサを充電する電流はほとんど流れない。また、ロー充電信号は、同じくトランジスタ２７２をターンオフさせて、トランジスタ２３１および２４０を介したコンデンサのための放電経路（ダッシュおよび二重ドットを交互配置した線で示されている）をイネーブルする。すなわち充電スイッチ２５０は、トランジスタ２０６のソース２２６を十分にローに引っ張ってトランジスタ２０６をターンオフさせる。より詳細には、トランジスタ２５２および２５４はトランジスタ２０６より小さいため、放電の間、ノード２０４の電圧は十分にローに引っ張られてトランジスタ２０６をターンオフさせる。充電モードの場合と同様、放電モードでは、トランジスタ２３１を通る電流経路をイネーブルするように切り換えられるトランジスタ２７２は、電流経路内に存在せず、したがってノード２０８上にグリッチが発生しない。したがってダミー経路内に実現されるスイッチ２５０および２７０は、コンデンサのための充電／放電回路を切り換えている間、グリッチを最小にし、あるいはなくす電流を有利に提供し、また、充電経路および放電経路内の専用トランジスタに代わって、充電／放電スイッチのスイッチング動作の制御を可能にする。
【００２２】
次に図５を参照すると、フローチャートは、集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法を示している。詳細には、ブロック５０２で、コンデンサを充電するための充電経路が提供される。例えば充電経路は、トランジスタ２１８およびトランジスタ２０６を含むことができる。ブロック５０４で、充電経路を介したコンデンサの充電をイネーブルするために、充電経路とは別の充電スイッチ２５０などの充電スイッチが提供される。ブロック５０６で、コンデンサを放電させるために、例えばトランジスタ２４０およびトランジスタ２３１を含むことができる放電経路が提供される。ブロック５０８で、放電経路を介したコンデンサの放電をイネーブルするために、放電経路とは別の放電スイッチ２７０などの放電スイッチが提供される。充電経路および充電スイッチ、ならびに放電経路および放電スイッチは、図１〜４で説明したように実現することができる。さらに、充電経路および充電スイッチは、図６のブロック６０２〜６０６に従って実現することができ、また、放電経路および放電スイッチは、ブロック６０８〜６１２に従って実現することができる。
【００２３】
したがって充電および放電のために使用される主信号経路から専用スイッチングトランジスタを除去することにより、電流中のグリッチが著しく低減される。これは、電流が主経路ならびにスイッチングトランジスタへ切り換えられる際に、充電経路および放電経路の両方における単一のトランジスタによるカスコードトランジスタとしての動作を可能にすることによって達成される。すなわち、充電中（トランジスタ２０６の場合）または放電中（トランジスタ２３１の場合）におけるカスコード動作の提供に加えて、トランジスタは、充電経路内のトランジスタのソースを制御することによって電流がダミー経路へ切り換えられると「オフ」スイッチのように挙動する。次に、スイッチング動作をカスコードデバイスと関連させることに重点をおいて、ダミー経路内のデバイスの構成が修正される。この場合、信号経路から除去されているダミー経路内のスイッチングデバイスのサイズおよび位置によって信号経路のグリッチが著しく小さくなる。スイッチングトランジスタを含む従来の回路における３つのデバイスと比較すると、ここでは２つのデバイス（例えばバイアストランジスタおよびカスコードトランジスタ）しか信号経路に存在していないため、電圧ヘッドルームは、ここでは２つのデバイスのためにのみ必要であり、したがって精度が改善される。
【００２４】
次に図６を参照すると、フローチャートは、集積回路における充電／放電スイッチを実現する別の方法を示している。詳細には、ブロック６０２で供給バイアス経路が第１のノードに結合され、供給バイアス経路は、第１のノードにバイアス電流を提供する。ブロック６０４で、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に充電トランジスタが接続される。ブロック６０６で充電スイッチが第１のノードに結合される。したがってコンデンサを充電するための電流を提供するトランジスタとは別の経路におけるコンデンサの充電をイネーブルするスイッチを置くことにより、コンデンサのノードのあらゆるグリッチを小さくすることができる。
【００２５】
ブロック６０８で、コンデンサの第１の端子および第２のノードに放電トランジスタが接続される。ブロック６１０で放電スイッチが第２のノードに結合される。ブロック６１２で、第２のノードと接地の間に接地バイアス経路が結合され、接地バイアス経路は、コンデンサの放電をイネーブルする。コンデンサの充電と同様、コンデンサを放電させるための電流を引き出すトランジスタとは別の経路におけるコンデンサの放電をイネーブルするスイッチを置くことにより、コンデンサのノードのあらゆるグリッチを小さくすることができる。
【００２６】
次に図７を参照すると、フローチャートは、集積回路における充電／放電スイッチを動作させる方法を示している。ブロック７０２で、コンデンサの充電および放電をイネーブルする回路が実現される。コンデンサの充電および放電をイネーブルするための回路は、例えば図１および２に従って実現することができる。ブロック７０４で、オンに保持される第２のトランジスタと直列に結合された充電スイッチの第１のトランジスタに充電信号が結合され、充電信号は、第１のノードから接地までの経路をディセーブルし、それによりコンデンサの充電をイネーブルする。ブロック７０６で、オンに保持される第４のトランジスタと直列に結合された第３のトランジスタに放電信号が結合され、放電信号は、第２のノードから基準電圧までの経路をディセーブルし、それによりコンデンサの放電をイネーブルする。例えば充電スイッチに結合された充電信号を放電スイッチに印加する代わりに、ブロック７０８で、充電信号とは異なる別の放電信号が放電スイッチに結合され、放電信号は、第１の制御信号が充電スイッチのターンオンをイネーブルする（すなわち充電経路を介したコンデンサの充電をイネーブルするためにコンデンサの充電をイネーブルするために）前に、放電スイッチのターンオフをイネーブルする（すなわち放電経路を介したコンデンサの放電をイネーブルするために）。ブロック７１０で、充電動作モードと放電動作モードの間にオーバラップが提供され、充電トランジスタを介した充電経路がターンオフされる前に、放電トランジスタを介した放電経路がターンオンされる。
【００２７】
図５〜７の方法の様々な要素は、説明した図１〜４の回路を使用して、あるいはいくつかの他の適切な回路を使用して実現することができる。方法の特定の要素が説明されているが、方法の追加要素または図５〜７に記載されている要素に関連する追加詳細は、図１〜４および８〜１０の開示に従って実現することができることを理解されたい。
【００２８】
次に図８を参照すると、充電／放電スイッチを実現する位相固定ループ（ＰＬＬ）８００のブロック図が示されている。ＰＬＬ８００は、チャージポンプをベースとするＰＬＬを例示したものであり、ループ帯域幅、減衰率および固定範囲などの様々な設計パラメータを減結合することによって柔軟な設計トレードオフを容易にするＰＬＬ設計実施態様である。ＰＬＬ８００は、基準信号Ｆｒｅｆおよび帰還信号Ｆｆｅｅｄｂａｃｋを受け取る位相／周波数検出器８０２、および出力信号Ｆｏｕｔを生成する共振器回路８１２に結合されたループフィルタ８０４（コンデンサ８０８に直列に結合された抵抗８０６とコンデンサ８１０の並列構造を有している）からなっている。共振器回路８１２は、発振器回路８１４および温度補償回路８１６を含み、共振器回路８１２の出力は分周器８１８に結合されている。回路２０１は、選択的に充電電流をコンデンサに印加し、コンデンサの放電をイネーブルすることにより、上で説明したようにコンデンサの充電および放電をイネーブルする。コンデンサ８０８の充電および放電をイネーブルするための回路２０１を実現することにより、改良された性能がＰＬＬによって達成され得る。
【００２９】
次に図９を参照すると、図２の充電／放電スイッチを実現する電流出力デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）９００のブロック図が示されている。供給電圧（Ｖｓｕｐｐｌｙ）と回路２０１の間に結合された電流源９０２を個々に備えた複数の電流段が電流源９０２のスイッチングをイネーブルし、抵抗９０６と並列に結合されたコンデンサ９０４を充電するために使用されるＩｏｕｔ電流を調整する。コンデンサ９０４の充電および放電をイネーブルするための回路２０１を実現し、それにより電流出力ＤＡＣを実現することにより、ＤＡＣの改良された性能を達成することができる。
【００３０】
次に図１０を参照すると、図２の充電／放電スイッチを実現する緩和発振器１０００のブロック図が示されている。詳細には、緩和発振器１０００は、第１の電流源１００２および第２の電流源１００４を備えており、第１の電流源１００２は第１のスイッチ１００６によって制御され、また、第２の電流源１００４は第２のスイッチ１００８によって制御される。第１のスイッチおよび第２のスイッチは、コンデンサ１０１０の充電および放電を制御し、電流源１００２および１００４、ならびにスイッチ１００６および１００８は、コンデンサに結合された充電／放電スイッチを実現するための回路２０１によって実現することができる。コンデンサの端子は、第１の比較器１０１２および第２の比較器１０１４の入力に結合されている。より詳細には、コンデンサ１０１０は、第１の比較器１０１２の正入力１０１６に結合されており、また、第１の基準電圧（Ｖｒｅｆｈｉ）は負入力１０１８に結合されている。コンデンサ１０１０は、第２の比較器１０１４の負入力１０２０に同じく結合されており、また、第２の基準電圧（Ｖｒｅｆｌｏ）は正入力１０２２に結合されている。第１の出力１０２４および第２の出力１０２６は、比較器の出力をラッチする論理回路１０２８に結合されており、出力１０３０は、第１のスイッチ１００６を制御するために結合されており、また、出力１０３２は、第２のスイッチ１００８を制御するために結合されている。すなわちコンデンサ上の電荷が増加して基準電圧Ｖｒｅｆｈｉに等しくなると、出力１０３０に生成される信号を使用してスイッチ１００６を開き、それによりコンデンサの充電を停止し、また、出力１０３２に生成される信号を使用してスイッチ１００８を閉じ、それにより放電を開始する。上で説明したように、スイッチ１００４を開く前に、最初にスイッチ１００８を閉じて放電を開始することができる。同様に、コンデンサ上の電荷が減少して基準電圧Ｖｒｅｆｌｏに等しくなると、出力１０３０に生成される信号を使用してスイッチ１００４を閉じ、また、出力１０３２を使用してスイッチ１００８を開いてコンデンサの充電をイネーブルする。
【００３１】
緩和発振器は、定電流源を介したコンデンサの充電および放電に基づいている。図１０の回路に関連する図１１のタイミング図に示されているように、電流源１００２および１００４がスイッチインおよびスイッチアウトされて、コンデンサ１０１０の充電および放電をイネーブルし、それにより論理回路１０２８をイネーブルして出力１０３０に方形波を生成する。ここで、
ｔｏｓｃ＝２＊ｔｃ＋４＊ｔｄ
ｔｃ＝Ｃ＊ｄＶ／Ｉｒｅｆ
ｄＶ＝Ｖｒｅｆｈｉ−Ｖｒｅｆｌｏ
ｔｄ＝ｔｃｏｍｐａｔａｔｏｒ＋ｔｌａｔｃｈ＋ｔｓｗｉｔｃｈｅｓ
である。
【００３２】
緩和発振器の動作は、コンデンサの充電および放電をイネーブルするトランジスタのスイッチングに起因するあらゆるグリッチをなくすことによって改善される。
【００３３】
いくつかの追加例は以下の通りである。
【００３４】
一例では、集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路を提供することができる。回路は、第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、第１のノードに充電バイアス電流を提供する供給バイアス経路と、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタと、第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチであって、第１のノードを介したコンデンサの充電をイネーブルすることができる充電スイッチと、コンデンサの第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタと、第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、第２のノードを介したコンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチと、第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、第２のノードに放電バイアス電流を提供する接地バイアス経路とを含むことができる。
【００３５】
何らかのこのような回路では、充電スイッチは、コンデンサの充電をイネーブルする充電経路とは別であってもよい電流経路に提供することができる。
【００３６】
何らかのこのような回路では、充電スイッチは、第１のノードから接地電位までの経路をディセーブルすることができ、また、コンデンサの充電をイネーブルすることができる充電信号を受け取るために結合された第１のトランジスタを含むことができる。
【００３７】
何らかのこのような回路では、充電スイッチは、第１のトランジスタと直列に結合することができ、また、オンに保持することができる第２のトランジスタを含むことができる。
【００３８】
何らかのこのような回路では、放電スイッチは、コンデンサの放電をイネーブルする経路とは別であってもよい電流経路に提供することができる。
【００３９】
何らかのこのような回路では、放電スイッチは、第２のノードから供給電圧までの経路をディセーブルし、また、コンデンサの放電をイネーブルする放電信号を受け取るために結合された第１のトランジスタを含むことができる。
【００４０】
何らかのこのような回路では、放電スイッチは、第１のトランジスタと直列に結合することができ、また、オンに保持することができる第２のトランジスタを含むことができる。
【００４１】
別の例では、集積回路における充電／放電スイッチを実現するための回路を提供することができる。回路は、コンデンサと、第１のノードに結合された供給バイアス経路であって、第１のノードに充電バイアス電流を提供することができる供給バイアス経路、第１のノードとコンデンサの第１の端子の間に接続された充電トランジスタ、および第１のノードと接地電位の間に結合された充電スイッチであって、第１のノードを介したコンデンサの充電をイネーブルすることができる充電スイッチを備える充電回路と、コンデンサの第１の端子と第２のノードの間に接続された放電トランジスタ、第２のノードと基準電圧の間に結合された放電スイッチであって、第２のノードを介したコンデンサの放電をイネーブルする放電スイッチ、および第２のノードと接地の間に結合された接地バイアス経路であって、第２のノードに放電バイアス電流を提供することができる接地バイアス経路を含むことができる放電回路とを含むことができ、充電回路および放電回路は、充電モードおよび放電モードにおける回路の実現を可能にし、また、トランジスタを通る放電経路は、充電トランジスタを通る充電経路をターンオフして放電モードをイネーブルすることができるようになる前にターンオンすることができる。
【００４２】
何らかのこのような回路では、充電スイッチは、コンデンサの充電をイネーブルする充電経路とは別であってもよい電流経路に提供することができる。
【００４３】
何らかのこのような回路では、充電スイッチは、充電信号を受け取るために結合することができる第１のトランジスタ、および第１のトランジスタと直列に結合することができ、かつ、オンに保持することができる第２のトランジスタを含むことができ、充電信号は、第１のノードから接地までの経路をディセーブルしてコンデンサの充電をイネーブルする。
【００４４】
何らかのこのような回路では、放電スイッチは、コンデンサの放電をイネーブルする放電経路とは別であってもよい電流経路に提供することができる。
【００４５】
何らかのこのような回路では、放電スイッチは、放電信号を受け取るために結合することができる第１のトランジスタ、および第１のトランジスタと直列に結合することができ、かつ、オンに保持することができる第２のトランジスタを含むことができ、放電信号は、第２のノードから供給電圧までの経路をディセーブルしてコンデンサの放電をイネーブルする。
【００４６】
何らかのこのような回路では、コンデンサは、コンデンサをベースとする、ＰＬＬ回路、緩和発振器回路およびＤＡＣ回路からなる群からの回路の中で実現することができる。
【００４７】
別の例では、集積回路における充電／放電スイッチを実現する方法を提供することができる。集積回路における充電／放電スイッチを実現するこのような方法は、コンデンサを充電するための充電経路を提供することと、充電経路を介したコンデンサの充電をイネーブルするために、充電経路とは別の充電スイッチを提供することと、コンデンサを放電させるための放電経路を提供することと、放電経路を介したコンデンサの放電をイネーブルするために、放電経路とは別の放電スイッチを提供することとを含むことができる。
【００４８】
何らかのこのような方法では、充電スイッチを提供することは、放電モードの間、充電モードの間にコンデンサの充電をイネーブルする充電経路とは別であってもよい電流経路を提供することを含むことができる。
【００４９】
何らかのこのような方法は、オンに保持することができる第２のトランジスタと直列に結合された充電スイッチの第１のトランジスタに充電信号を結合することをさらに含むことができ、充電信号は、充電経路から接地までの経路をディセーブルして、充電経路を介したコンデンサの充電をイネーブルする。
【００５０】
何らかのこのような方法では、放電スイッチを提供することは、コンデンサの放電をイネーブルする放電経路とは別であってもよい電流経路を、放電スイッチを介して提供することを含むことができる。
【００５１】
何らかのこのような方法は、オンに保持することができる第２のトランジスタと直列に結合された放電スイッチの第１のトランジスタに放電信号を結合することをさらに含むことができ、放電信号は、放電経路から基準電圧までの経路をディセーブルして、放電経路を介したコンデンサの放電をイネーブルする。
【００５２】
何らかのこのような方法は、充電信号を充電スイッチに結合すること、および放電信号を放電スイッチに結合することをさらに含むことができ、放電信号は、充電信号が充電スイッチのターンオフをイネーブルする前に、放電スイッチのターンオンをイネーブルする。
【００５３】
何らかのこのような方法は、充電動作モードと放電動作モードの間にオーバラップを提供することをさらに含むことができ、放電トランジスタを介した放電経路は、充電トランジスタを介した充電経路をターンオフすることができるようになる前にターンオンすることができる。
【００５４】
したがって集積回路における充電／放電回路を実現するための新しい回路、および集積回路における充電／放電回路を実現する新しい方法が説明されたことが認識されよう。開示された発明を組み込んだ多くの代替および均等物が存在することが明らかになることは当業者には認識されよう。したがって本発明は、以上の実施態様によってではなく、以下の特許請求の範囲によってのみ限定されるものとする。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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