(57)【要約】【課題】  高い周波数まで応答可能なチャージポンプを提供する。【解決手段】  電源Ｖｃｃと出力端子Ｏｕｔとの間に接続された第一の定電流源１と、出力端子Ｏｕｔとグランドとの間に介挿され、コレクタが出力端子Ｏｕｔに接続された第一及び第二のＮＰＮトランジスタ２、３からなり、第一のＮＰＮトランジスタ２のベースに位相比較器から出力された第一の信号を入力し、第二のＮＰＮトランジスタ３のベースに位相比較器から出力された第二の信号を入力した。【選択図】        図１
2005142803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源と出力端子との間に接続された第一の定電流源と、前記出力端子とグランドとの間に介挿され、コレクタが前記出力端子に接続された第一及び第二のＮＰＮトランジスタからなり、前記第一のＮＰＮトランジスタのベースに位相比較器から出力された第一の信号を入力し、前記第二のＮＰＮトランジスタのベースに前記位相比較器から出力された第二の信号を入力したことを特徴とするチャージポンプ。
【請求項２】
前記第一のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに前記第一の信号の極性を反転した信号が入力される第三のＮＰＮトランジスタと、前記第二のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに前記第二の信号の極性を反転した信号が入力される第四のトランジスタとを設け、前記第三のＮＰＮトランジスタと前記第四のＮＰＮトランジスタとの各コレクタを前記電源にプルアップし、前記第一のＮＰＮトランジスタと前記第三のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第二の定電流源を介して接地し、前記第二のＮＰＮトランジスタと前記第四のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第三の定電流源を介して接地し、前記第一乃至第三の定電流源の電流値を前記第一の定電流源の電流値に等しくしたことを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ。
【請求項３】
前記第一の信号のハイレベル又は前記第二の信号のローレベルで前記出力端子から前記第一又は第二のＮＰＮトランジスタに電流を吸い込み、前記第一の信号のローレベル及び前記第二の信号のハイレベルで前記電源から前記第一の定電流源を介して前記出力端子に電流を掃き出したことを特徴とする請求項１又は２に記載のチャージポンプ。
【請求項４】
前記第一の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、電源に接続された第四の定電流源と、前記第二及び第三の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、グランドに接続された第五の定電流源と、前記第四の定電流源と前記第五の定電流源との間に介挿され、コレクタが前記第四の定電流源に接続された第五のＮＰＮトランジスタと、二つの入力端を有し、一方の入力端が前記第五のＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、他方の入力端に、前記第一及び第二の信号が前記第一及び第二のＮＰＮトランジスタに入力されていないときの前記出力端子の電圧と等しい電圧が印加された比較回路とを設け、前記第五のＮＰＮトランジスタのベースを前記第一及び第二の信号のピーク値と等しい電圧でバイアスし、前記比較回路の出力電圧によって前記第一の定電流源の電流を前記第二及び第三の定電流源の電流に等しくなるように補正したことを特徴とする請求項２又は３に記載のチャージポンプ。
【請求項５】
前記第一の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第六の定電流源を設け、前記第六の定電流源と前記第四の定電流源とによってカレントミラー回路を構成したことを特徴とする請求項４に記載のチャージポンプ。
【請求項６】
前記第二及び第三の定電流源とそれぞれ対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第七の定電流源を設け、前記第七の定電流源と前記第五の定電流源とによってカレントミラー回路を構成したことを特徴とする請求項４又は５に記載のチャージポンプ。
【請求項７】
前記第一の定電流源と前記第四の定電流源と前記第六の定電流源とをそれぞれＰＮＰトランジスタで構成し、前記第二及び第三の定電流源と前記第五の定電流源と前記第七の定電流源とをそれぞれＮＰＮトランジスタで構成したことを特徴とする請求項４乃至６のいずれかに記載のチャージポンプ。
【請求項８】
前記比較回路の出力端を前記第一の定電流源と前記第四の定電流源と前記第六の定電流源とをそれぞれ構成する前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続したことを特徴とする請求項７に記載のチャージポンプ。
【請求項９】
前記第七の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成する第八の定電流源を設け、前記第八の定電流源を前記比較回路の定電流源としたことを特徴とする請求項８に記載のチャージポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＬＬ回路に用いられ、プッシュプル動作を行うチャージポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のチャージポンプを図２に従って説明する。図示しない位相比較器の一方の出力端子に接続された入力端子２３ａと位相比較器の他方の出力端子に接続された入力端子２３ｂとが設けられる。ＰＮＰトランジスタＴｒ１のベースは抵抗Ｒ１を介して入力端子２３ａに接続される。ベースと電源電圧Ｖｃｃとの間には、抵抗Ｒ２が接続される。ＰＮＰトランジスタＴｒ１のエミッタは電源電圧Ｖｃｃに接続され、コレクタはチャージポンプ回路の出力端子２４に接続される。
【０００３】
入力端子２３ｂには抵抗Ｒ３を介してＮＰＮトランジスタＲｒ２のベース及びコレクタが接続され、エミッタは接地される。ＮＰＮトランジスタＲｒ２のベースにはＮＰＮトランジスタＲｒ１のベースが接続されている。ＮＰＮトランジスタＴｒ３のコレクタはチャージポンプ回路の出力端子２４に接続される。こうして、２つのＮＰＮトランジスタＴｒ２、Ｔｒ３よりなるカレントミラー回路が構成される。
【０００４】
なお、出力端子２４には図示しないループフィルタが接続され、さらに、ループフィルタには電圧制御発振器（図示せず）が接続される。
【０００５】
このようにして、吸い込み電流側の回路をカレントミラー回路で構成することにより、電源電圧が変動した際の出力電流の変動は、抵抗Ｒ３にかかる電圧の変動に起因する電流のみとなる。位相比較器から入力される信号が変動した場合の入力側の電流の変化量は、抵抗Ｒ３にかかる電圧の変動に起因する電流の変化量とほぼ等しくなるが、入力電流と出力電流をほぼ等しく出来るカレントミラー回路を用いることにより、入力電流はそのまま出力電流の変動として反映される。従って、入力電流の変動は増幅されることなく出力電流に反映され、抵抗Ｒ３にかかる電圧の変動分のみが出力電流の変動分となる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−３３１２５０号公報（図２（ａ））
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記に示した従来のチャージポンプは、掃き出し電流と吸い込み電流とをＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタとによって発生させているので、そのスイッチングスピードがＰＮＰトランジスタによって制約され、高い周波数まで応答させることができなかった。また、カレントミラー回路を使用しているとはいえ、掃き出し電流と引き込み電流との差が依然として残り、これによってノイズ成分がループフィルタを介して電圧制御発振器に伝わり、発振信号のＣ／Ｎを劣化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解消し、高い周波数まで応答可能なチャージポンプを提供することを目的とする。また、本発明は、掃き出し電流と吸い込み電流との差を極限まで少なくできるチャージポンプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決する手段として、本発明のチャージポンプは、電源と出力端子との間に接続された第一の定電流源と、前記出力端子とグランドとの間に介挿され、コレクタが前記出力端子に接続された第一及び第二のＮＰＮトランジスタからなり、前記第一のＮＰＮトランジスタのベースに位相比較器から出力された第一の信号を入力し、前記第二のＮＰＮトランジスタのベースに前記位相比較器から出力された第二の信号を入力した。
【００１０】
また、前記第一のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに前記第一の信号の極性を反転した信号が入力される第三のＮＰＮトランジスタと、前記第二のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに前記第二の信号の極性を反転した信号が入力される第四のトランジスタとを設け、前記第三のＮＰＮトランジスタと前記第四のＮＰＮトランジスタとの各コレクタを前記電源にプルアップし、前記第一のＮＰＮトランジスタと前記第三のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第二の定電流源を介して接地し、前記第二のＮＰＮトランジスタと前記第四のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第三の定電流源を介して接地し、前記第一乃至第三の定電流源の電流値を前記第一の定電流源の電流値に等しくした。
【００１１】
また、前記第一の信号のハイレベル又は前記第二の信号のローレベルで前記出力端子から前記第一又は第二のＮＰＮトランジスタに電流を引き込み、前記第一の信号のローレベル及び前記第二の信号のハイレベルで前記電源から前記第一の定電流源を介して前記出力端子に電流を掃き出した。
【００１２】
また、前記第一の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、電源に接続された第四の定電流源と、前記第二及び第三の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、グランドに接続された第五の定電流源と、前記第四の定電流源と前記第五の定電流源との間に介挿され、コレクタが前記第四の定電流源に接続された第五のＮＰＮトランジスタと、二つの入力端を有し、一方の入力端が前記第五のＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、他方の入力端に、前記第一及び第二の信号が前記第一及び第二のＮＰＮトランジスタに入力されていないときの前記出力端子の電圧と等しい電圧が印加された比較回路とを設け、前記第五のＮＰＮトランジスタのベースを前記第一及び第二の信号のピーク値と等しい電圧でバイアスし、前記比較回路の出力電圧によって前記第一の定電流源の電流を前記第二及び第三の定電流源の電流に等しくなるように補正した。
【００１３】
また、前記第一の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第六の定電流源を設け、前記第六の定電流源と前記第四の定電流源とによってカレントミラー回路を構成した。
【００１４】
また、前記第二及び第三の定電流源とそれぞれ対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第七の定電流源を設け、前記第七の定電流源と前記第五の定電流源とによってカレントミラー回路を構成した。
【００１５】
また、前記第一の定電流源と前記第四の定電流源と前記第六の定電流源とをそれぞれＰＮＰトランジスタで構成し、前記第二及び第三の定電流源と前記第五の定電流源と前記第七の定電流源とをそれぞれＮＰＮトランジスタで構成した。
【００１６】
また、前記比較回路の出力端を前記第一の定電流源と前記第四の定電流源と前記第六の定電流源とをそれぞれ構成する前記ＰＮＰトランジスタのベースに接続した。
【００１７】
また、前記第七の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成する第八の定電流源を設け、前記第八の定電流源を前記比較回路の定電流源とした。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明のチャージポンプは、電源と出力端子との間に接続された第一の定電流源と、出力端子とグランドとの間に介挿され、コレクタが出力端子に接続された第一及び第二のＮＰＮトランジスタからなり、第一のＮＰＮトランジスタのベースに位相比較器から出力された第一の信号を入力し、第二のＮＰＮトランジスタのベースに位相比較器から出力された第二の信号を入力したので、二つのＮＰＮトランジスタのオン／オフのみによって電源から第一の定電流源を介して電流を出力端子に掃き出し、また出力端子から第一又は第二のＮＰＮトランジスタを介して電流を吸い込むことができる。よって、ＰＮＰトランジスタとＮＰＮトランジスタとの組み合わせによるものよりもスイッチングスピードが速くなり、高い周波数まで応答可能なチャージポンプを構成できる。
【００１９】
また、第一のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに第一の信号の極性を反転した信号が入力される第三のＮＰＮトランジスタと、第二のＮＰＮトランジスタと対をなし、ベースに第二の信号の極性を反転した信号が入力される第四のトランジスタとを設け、第三のＮＰＮトランジスタと第四のＮＰＮトランジスタとの各コレクタを電源にプルアップし、第一のＮＰＮトランジスタと第三のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第二の定電流源を介して接地し、第二のＮＰＮトランジスタと第四のＮＰＮトランジスタとの各エミッタを第三の定電流源を介して接地し、第一乃至第三の定電流源の電流値を第一の定電流源の電流値に等しくしたので、第一の定電流源から流れる電流は必ず第二の定電流源又は第三の定電流源に流れるので、電流の掃き出しと吸い込みとがスムーズに行える。
【００２０】
また、第一の信号のハイレベル又は第二の信号のローレベルで出力端子から第一又は第二のＮＰＮトランジスタに電流を引き込み、第一の信号のローレベル及び第二の信号のハイレベルで電源から第一の定電流源を介して出力端子に電流を掃き出したので、いずれの信号によっても電流の掃き出しと吸い込みとができる。
【００２１】
また、第一の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、電源に接続された第四の定電流源と、第二及び第三の定電流源の電流と同じ値の電流を流すと共に、グランドに接続された第五の定電流源と、第四の定電流源と第五の定電流源との間に介挿され、コレクタが第四の定電流源に接続された第五のＮＰＮトランジスタと、二つの入力端を有し、一方の入力端が第五のＮＰＮトランジスタのコレクタに接続され、他方の入力端に、第一及び第二の信号が第一及び第二のＮＰＮトランジスタに入力されていないときの出力端子の電圧と等しい電圧が印加された比較回路とを設け、第五のＮＰＮトランジスタのベースを第一及び第二の信号のピーク値と等しい電圧でバイアスし、比較回路の出力電圧によって第一の定電流源の電流を第二及び第三の定電流源の電流に等しくなるように補正したので、ＰＬＬ回路がロックしている状態で出力端にリーク電流が流れず、リーク電流によるノイズ成分は発生がなく発振信号のＣ／Ｎの劣化がない。
【００２２】
また、第一の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第六の定電流源を設け、第六の定電流源と第四の定電流源とによってカレントミラー回路を構成したので、第四の定電流源には第一の定電流源に流れる電流と同じ値の電流を流すことができる。
【００２３】
また、第二及び第三の定電流源とそれぞれ対の関係でカレントミラー回路を構成すると共に、基準電流を流す第七の定電流源を設け、第七の定電流源と第五の定電流源とによってカレントミラー回路を構成したので、第五の定電流源には第二及び第三の定電流源に流れる電流と同じ値の電流を流すことができる。
【００２４】
また、第一の定電流源と第四の定電流源と第六の定電流源とをそれぞれＰＮＰトランジスタで構成し、第二及び第三の定電流源と第五の定電流源と第七の定電流源とをそれぞれＮＰＮトランジスタで構成したので、それぞれのベース、エミッタ間の電圧を一定にして安定した電流を流せる
【００２５】
また、比較回路の出力端を第一の定電流源と第四の定電流源と第六の定電流源とをそれぞれ構成するＰＮＰトランジスタのベースに接続したので、第一の定電流源の電流を第二及び第三の定電流源の電流と等しくなるように補正できる。
【００２６】
また、第七の定電流源と対の関係でカレントミラー回路を構成する第八の定電流源を設け、第八の定電流源を比較回路の定電流源としたので、比較回路の構成が簡単になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
図１を参照して本発明のチャージポンプを説明する。このチャージポンプは集積回路化される。先ず、電源Ｖｃｃと出力端子Ｏｕｔとの間には第一の定電流源１が接続される。第一の定電流源１はＰＮＰトランジスタで構成され、そのコレクタが出力端子Ｏｕｔに接続される。出力端子Ｏｕｔには図示しないループフィルタが接続され、また、ループフィルタの次段には図示しない電圧制御発振器が接続される。
【００２８】
また、出力端子Ｏｕｔには第一のＮＰＮトランジスタ２と第二のＮＰＮトランジスタ３との各コレクタが接続される。第一のＮＰＮトランジスタ２のベースには図示しない位相比較器から出力された、電圧制御発振器の発振周波数を高めるための第一の信号が入力される。第二のＮＰＮトランジスタ２のベースには位相比較器から出力された、電圧制御発振器の発振周波数を下げるための第二の信号がインバータ４を介して入力される。
【００２９】
第一のＮＰＮトランジスタ２と対をなす第三のＮＰＮトランジスタ５はそのエミッタが第一のＮＰＮトランジスタ２のエミッタと共に第二の定電流源６を介してグランドに接続され、コレクタは電源Ｖｃｃにプルアップされる。そして、そのベースには第一の信号がインバータ７を介して入力される。
【００３０】
同様に、第二のＮＰＮトランジスタ３と対をなす第四のＮＰＮトランジスタ８はそのエミッタが第二のＮＰＮトランジスタ３のエミッタと共に第三の定電流源９を介してグランドに接続され、コレクタは電源Ｖｃｃにプルアップされる。そして、そのベースには第二の信号が入力される。従って、第一のＮＰＮトランジスタ２と第三のＮＰＮトランジスタ５とはオン／オフが逆転し、第二のＮＰＮトランジスタ３と第四のＮＰＮトランジスタ８とはオン／オフが逆転する。なお、第二の定電流源６と第三の定電流源９は共にＮＰＮトランジスタで構成される。
【００３１】
ＰＬＬ回路がロックして第一及び第二の信号が入力されない状態では（第一及び第二の信号がローレベルに維持されている状態）、第一のＮＰＮトランジスタ２がオフ、第二のＮＰＮトランジスタ３がオンとなり、出力端子Ｏｕｔは所定の電圧（基準電圧）に維持される。そして、第一の信号が入力されると、第一のＮＰＮトランジスタ２がオンとなり、出力端子Ｏｕｔから第一のＮＰＮトランジスタ２に吸い込み電流が流れる。また、第二の信号が入力されると第二のＮＰＮトランジスタ３がオフとなって第一の定電流源１を介して電源Ｖｃｃから出力端子Ｏｕｔに掃き出し電流が流れる。この動作の過程で、第二の定電流源６と第三の定電流源９にはそれぞれ一定の電流が流れるが、その電流値は第一の定電流源１に流れる電流値と等しく成るように設定されている。
【００３２】
第一の定電流源１の電流値はこの第一の定電流源１と対をなしてカレントミラー回路を構成すると共に、そこに基準電流を流す第六の定電流源１０によって設定される。第六の定電流源１０はＰＮＰトランジスタで構成されそのベースとコレクタとが相互に接続され、エミッタは抵抗を介して電源Ｖｃｃに接続される。そして第一の定電流源１のＰＮＰトランジスタのベースと第六の定電流源１０のＰＮＰトランジスタのベースとが相互に接続される。従って、第一の定電流源１には第六の定電流源１０に流れる電流と同じ値の電流が流れる。
【００３３】
第二の定電流源６の電流値及び第三の定電流源９の電流値は、第二の定電流源６及び第三の定電流源とそれぞれ対をなしてカレントミラー回路を構成すると共に、そこに基準電流を流す第七の定電流源１１によって設定される。第七の定電流源１１はＮＰＮトランジスタで構成され、そのベースとコレクタとが相互に接続されると共に電源Ｖｃｃにプルアップされる。エミッタは抵抗を介してグランドに接続される。そして第二の定電流源６のＮＰＮトランジスタのベース及び第三の定電流源９のＮＰＮトランジスタのベースとが第七の定電流源１１のＮＰＮトランジスタのベースに接続される。従って、第二の定電流源６及び第三の定電流源９には第七の定電流源１１に流れる電流と同じ値の電流がそれぞれ流れる。
【００３４】
さらに、第六の定電流源１０と対の関係をなしてカレントミラー回路を構成する第四の定電流源１２と、第七の定電流源１１と対の関係をなしてカレントミラー回路を構成する第五の定電流源１３とが設けられる。第四の定電流源１２はＰＮＰトランジスタで構成され、そのエミッタは抵抗を介して電源Ｖｃｃにプルアップされ、ベースは第六の定電流源１０のＰＮＰトランジスタのベースに接続される。また、第五の定電流源１３はＮＰＮトランジスタで構成され、そのエミッタは抵抗を介してグランドに接続され、ベースは第七の定電流源１１のＮＰＮトランジスタのベースに接続される。そして、第四の定電流源１２と第五の定電流源１３との間にはこれら定電流源１２、１３の電流値の差を検出するための第五のＮＰＮトランジスタ１４が介挿される。
【００３５】
第五のＮＰＮトランジスタ１４のコレクタは比較回路１５の一方の入力端（反転入力端−）に接続される。また、ベースには第一及び第二の信号のピークレベルと同じ値の電圧Ｅｓがバイアス電圧として印加される。さらに、比較回路１５の他方の入力端（非反転入力端＋）には、ＰＬＬ回路がロックしている状態、即ち位相比較器から第一の信号と第二の信号とが出力されず、従って第一のＮＰＮトランジスタ２がオフ、第二のＮＰＮトランジスタ３がオンとなった状態における出力端子Ｏｕｔの電圧（これを基準電圧とする）と同じ値の電圧Ｅｒを印加する。
【００３６】
この結果、第四の定電流源１２、第五のＮＰＮトランジスタ１４、第五の定電流源１３はそれぞれ第一の定電流源１、第二のＮＰＮトランジスタ３（第一のＮＰＮトランジスタ２でも同じこと）、第三の定電流源９（第二の定電流源６でも同じこと）のレプリカ（複製物）となる。従って、第五のＮＰＮトランジスタ１４のコレクタの電圧は基準電圧（出力端子Ｏｕｔの電圧）と同じになる。
【００３７】
ところで、第一の定電流源１に流れる電流と第二の定電流源６及び第三の定電流源９に流れる電流は等しいことが望ましいが、実際には素子の特性のばらつきや、第一乃至第四のＮＰＮトランジスタ２、３、５、８の各コレクタ電流とエミッタ電流とが僅かに異なること等によって、第一の定電流源１に流れる電流と第二の定電流源６及び第三の定電流源９に流れる電流との値に差異が生じる。すると、ＰＬＬ回路がロックした状態でも出力端子Ｏｕｔにリーク電流がながれ、位相比較器から信号が出力される。そして、そのノイズ成分によって発振信号のＣ／Ｎが劣化する。この時、出力端子Ｏｕｔの基準電圧が変動する。この変動はレプリカである第五のＮＰＮトランジスタ１４のコレクタに現れるので、それを検出して比較回路に１５に入力し、基準電圧Ｅｒと比較しその差異に相当する出力電圧を第一の定電流源１、第六の定電流源１０、第四の定電流源１２にフィードバックすることで第一の定電流源１に流れる電流と第二の定電流源６及び第三の定電流源９に流れる電流とを互いに等しくすることができる。
【００３８】
この結果、ＰＬＬ回路がロックした状態では出力端子Ｏｕｔにリーク電流が流れないので、発振信号の位相ノイズが下がり、発振信号のＣ／Ｎの悪化が防げる。
【００３９】
なお、第七の定電流源と対をなしてカレントミラー回路を構成する第八の定電流源１６を設け、これを比較回路１５の定電流源に使用している。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【図２】従来のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
１：第一の定電流源
２：第一のＮＰＮトランジスタ
３：第二のＮＰＮトランジスタ
４：インバータ
５：第三のＮＰＮトランジスタ
６：第二の定電流源
７：インバータ
８：第四のＮＰＮトランジスタ
９：第三の定電流源
１０：第六の定電流源
１１：第七の定電流源
１２：第四の定電流源
１３：第五の定電流源
１４：第五のＮＰＮトランジスタ
１５：比較回路
【図１】
2005142803.tif 000003
【図２】
2005142803.tif 000004