(57)【要約】【課題】消費電流を抑え、ノイズを低減するチャージポンプ回路などを提供する。【解決手段】入力電圧で制御されるスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２と、出力電圧で制御されるスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４と有するチャージポンプ回路において、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズを、スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズよりも相対的に小さくするように構成した。【選択図】図１
2007236079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力電圧で制御される第１、第２のスイッチトランジスタと、
出力電圧で制御される第３、第４のスイッチトランジスタと有するチャージポンプ回路において、
前記第３、第４のスイッチトランジスタのトランジスタサイズを、前記第１、第２のスイッチトランジスタのトランジスタサイズよりも相対的に小さくするように構成したことを特徴とするチャージポンプ回路。
【請求項２】
前記構成において、前記第３、第４のスイッチトランジスタのゲート容量を、前記第１、第２のスイッチトランジスタのゲート容量よりも相対的に小さくすることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項３】
前記構成において、前記第１、第２のスイッチトランジスタのオン抵抗を、前記第３、第４のスイッチトランジスタのオン抵抗よりも相対的に小さくすることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項４】
前記第１、第２のスイッチトランジスタのトランジスタサイズと、前記第３、第４のスイッチトランジスタのトランジスタサイズの比を８：２とすることを特徴とする請求項１に記載のチャージポンプ回路。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載のチャージポンプ回路を搭載した移動通信端末。
【請求項６】
請求項１から４の何れかに記載のチャージポンプ回路を搭載した通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、いわゆる昇圧回路として機能するチャージポンプ回路に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
チャージポンプ回路は外付けに容量２個のみで昇圧回路を構成することができるので、チョッパ型昇圧回路よりも外付け部品の搭載面積が小さく、コストも低くなり使い勝手が良かった。
【０００３】
しかし、近年の装置の多機能化により出力電流が増大し、それに伴い、ＬＳＩ(Large Scale Integration)内部のスイッチトランジスタで構成される場合のトランジスタサイズを大きくしなければならなくなった。特に、出力側のトランジスタサイズが大きくなるように構成されるようになった（例えば、特許文献１参照）。しかし、出力側のトランジスタサイズが大きくなることにより、その寄生容量も増大していき、チャージポンプ回路内部の消費電流も増加するようになった。また、スイッチング動作時にチャージポンプ回路の出力波形において大きなノイズが出現するようになった。
【０００４】
携帯電話機といった移動通信端末の開発分野においてはその消費電流を抑え、電池使用時間を延ばすことが求められている。また、通信装置の開発分野においてはノイズによる障害を嫌うためノイズ低減が求められている。そのため上記の事態を解消する必要がある。
【特許文献１】特開２００５−５７８６０号公報（段落００１９など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記事情を鑑みて、本発明では、消費電流を抑え、ノイズを低減するチャージポンプ回路など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】
【０００６】
上記目的を達成する本発明の態様は、入力電圧で制御される第１、第２のスイッチトランジスタと、出力電圧で制御される第３、第４のスイッチトランジスタと有するチャージポンプ回路において、前記第３、第４のスイッチトランジスタのトランジスタサイズを、前記第１、第２のスイッチトランジスタのトランジスタサイズよりも相対的に小さくするように構成したことを特徴とする。
【０００７】
前記構成において、前記第３、第４のスイッチトランジスタのゲート容量を、前記第１、第２のスイッチトランジスタのゲート容量よりも相対的に小さくすることを特徴とし、また、前記第１、第２のスイッチトランジスタのオン抵抗を、前記第３、第４のスイッチトランジスタのオン抵抗よりも相対的に小さくすることを特徴とする。
【０００８】
そして、前記第１、第２のスイッチトランジスタのトランジスタサイズと、前記第３、第４のスイッチトランジスタのトランジスタサイズの比を８：２とすると良い。
【０００９】
本発明の他の態様は、上記チャージポンプ回路を搭載した移動通信端末、または、通信装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のチャージポンプ回路はスイッチトランジスタの入力側と出力側において、トランジスタサイズを調整しているので、消費電流を抑え、ノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明のチャージポンプ回路を実施するための最良の形態について説明する。説明する際には、本明細書と同時に提出する図面を適宜参照することによる。
【００１２】
図１は、本形態のチャージポンプ回路と、当該チャージポンプ回路を駆動するクロック制御回路ＣＬＫの構成を図示したものである。このチャージポンプ回路はスイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４及び容量Ｃ１、Ｃ２といった素子よりなる２倍昇圧回路構成であり、それら素子の接続は周知のものである。
【００１３】
スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２は入力電圧レベルでゲート電圧を制御する素子である。そして、スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のゲートにはクロック制御回路ＣＬＫから入力電圧レベルのＯＮ／ＯＦＦ制御信号が接続される。
【００１４】
スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４は出力から電流が逆流しないように出力電圧レベルでゲート電圧を制御する素子である。そして、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のゲートにはクロック制御回路ＣＬＫから出力電圧レベルのＯＮ／ＯＦＦ制御信号が接続される。
【００１５】
スイッチＳＷ１〜ＳＷ４は、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のバックゲート電圧を切り替えるためのスイッチであり、通常Ｐｃｈトランジスタで構成される。そのＳＷ１〜ＳＷ４の制御のためにクロック制御回路ＣＬＫから出力電圧レベルのＯＮ／ＯＦＦ制御信号が接続される。
【００１６】
出力側にあるスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４は、大きな駆動電流が出力から持ちだされるようにするために、スイッチトランジスタサイズを大きくするのが一般的である。具体的には、チャージポンプ回路の入力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比は５：５である。それゆえ、２倍昇圧回路におけるこのような回路構成から次のような問題が生じる。
【００１７】
まず、スイッチングトランジスタＭ３、Ｍ４を駆動するための電圧はスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２を駆動する電圧に対して振幅が２倍必要となり、さらに、消費電流を考えると、２倍昇圧回路においては出力電流を入力電流換算させると出力電流の２倍の電流が入力に必要になるので、同じトランジスタサイズで比較するとスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４における消費電流ロスはスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２の４倍もの消費電流が必要となってしまう点である。また、出力側のトランジスタＭ３、Ｍ４のスイッチトランジスタサイズを大きくしているのでその寄生容量も増大し、消費電流が大きくなってしまう。図２は、スイッチトランジスタＭ４の寄生容量について説明するための図である。この寄生容量は、図のように接続されたＣｋ１〜Ｃｋ４で表現することができ、スイッチトランジスタＭ４のスイッチトランジスタサイズを大きくすることは寄生容量Ｃｋ１〜Ｃｋ４が増大することを意味する。そして、寄生容量Ｃｋ１〜Ｃｋ４に蓄積される電荷が大きくなり、消費電流の増大に繋がってしまう。また、図１、図２のＡ点、Ｂ点では電流がダイナミックに変化するため、このような寄生容量の増大は寄生容量Ｃｋ１〜Ｃｋ４より出力に対して充放電電流が流れてしまい、スイッチング動作によるチャージポンプ回路の出力波形のノイズに大きな影響を及ぼしている。
【００１８】
出力波形のノイズに影響を与えるもう一つの要因は、スイッチトランジスタＭ４のゲートに流れる駆動電流である。図３は、その駆動電流の駆動電流パスを図示したものである。このようなパスにより出力から電流が持ち出されて、それに伴う電圧降下が出力波形のノイズとして見える。
【００１９】
図４は、出力波形のノイズの発生タイミングをタイミングチャートとして図示したものである。図４には、Ａ点における電圧のレベルの時間経過を表示したものと、Ｂ点における電圧のレベルの時間経過を表示したものと、出力波形の時間経過を表示したものを描いている。チャージポンプ回路における昇圧動作によりＡ点、Ｂ点は「入力レベル」、「出力レベル」の２段階のレベルに切り替わる。Ｔ１のタイミングでＡ点が出力レベルに切り替わり、Ｂ点が入力レベル０Ｖに切り替わるとき、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４の寄生容量より充放電電流が流れてしまい、出力波形のノイズとして検出される。また、Ｔ２のタイミングでＡ点が入力レベルに切り替わり、Ｂ点が出力レベルに切り替わるとき、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４の寄生容量より充放電電流が流れてしまい、出力波形のノイズとして検出され、さらに、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４に流れる駆動電流の駆動電流パスにより出力から電流が持ち出されて、それに伴う電圧降下が出力波形のノイズとして検出される。
【００２０】
そこで、本形態では上記事情を鑑みて、チャージポンプ回路の入力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比を８：２と調整する。このような構成の下で、クロック制御回路ＣＬＫがスイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の駆動制御を図５に示すタイミングでＯＮ／ＯＦＦの切り替えを行うことによりチャージポンプ回路を昇圧させていく。
【００２１】
トランジスタサイズを上記のように調整した結果を図６に示す。図６はスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比を５：５と調整したときの一覧表（ａ）と、スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比を８：２と調整したときの一覧表（ｂ）を図示したものである。
【００２２】
スイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４のオン抵抗の全成分の合計を２０とする。トランジスタサイズ比の調整において、従来では（ａ）のように各素子のオン抵抗比がすべて５になるが、本形態では（ｂ）のようにスイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のオン抵抗比は２とし、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のオン抵抗比は８となるように振り分ける。
【００２３】
また、スイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４におけるゲート容量比もスイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４のトランジスタサイズ（＝オン抵抗比）により決まる。図１を見ればわかるように本形態のチャージポンプ回路ではスイッチトランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ４はＰｃｈトランジスタで構成され、スイッチトランジスタＭ２はＮｃｈトランジスタで構成されている。ＮｃｈトランジスタはＰｃｈトランジスタに対して相互コンダクタンスが２倍あるので、同じオン抵抗を実現させるにはトランジスタサイズで表現するときは１／２で済む。従って、従来では（ａ）のようにスイッチトランジスタＭ１、Ｍ３、Ｍ４のゲート容量比は５とし、スイッチトランジスタＭ２のゲート容量比は２．５とするが、本形態では（ｂ）のようにスイッチトランジスタＭ１のゲート容量比は８とし、スイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のゲート容量比は２とし、スイッチトランジスタＭ２のゲート容量比は４となるように振り分けられる。
【００２４】
チャージポンプ回路における消費電流は主にスイッチトランジスタのゲート容量で決まり、スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２に対して振幅が２倍必要となり、また、消費電流を考えると出力電流は入力電流の２倍なので、同じトランジスタサイズで比較するとスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４による消費電流ロスはスイッチトランジスタＭ１の４倍もの消費電流が必要となる。このような事情を考慮すると、従来では（ａ）のように駆動電流比がＭ１：Ｍ２：Ｍ３：Ｍ４＝５：２．５：２０：２０で駆動電流の合計は４７．５になるのに対し、本形態では（ｂ）のように駆動電流比がＭ１：Ｍ２：Ｍ３：Ｍ４＝８：４：８：８で駆動電流の合計は２８になるので、約４０％も消費電流が低減されることがわかる。
【００２５】
出力波形のノイズについては、スイッチトランジスタＭ４のトランジスタサイズで決まる寄生容量が支配的であり、トランジスタサイズと寄生容量値は比例するので、従来では（ａ）のようにＭ４のゲート容量比が５であるのに対し、本形態では（ｂ）のように２になり、２／５ということで６０％のノイズ低減が見込まれる。
【００２６】
本形態を実施することにより以下の効果を奏する。つまり、チャージポンプ回路のスイッチトランジスタの駆動制御について、入力電圧レベル制御側においてはオン抵抗、ゲート容量を大きくし、出力電圧レベル制御側においてはオン抵抗、ゲート容量を小さくするようにトランジスタサイズを振り分ける。これにより、オン抵抗の全成分をあまり変えることがなくとも、出力電圧を電源とするチャージポンプ駆動バッファの消費電流を抑えることができる。また、チャージポンプ回路の出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタを小型化して、出力波形のノイズの要因であるスイッチトランジスタの寄生容量による電流のやりとりを抑え、さらに、スイッチトランジスタのゲート波形を鈍らせて急峻な電荷の充放電を抑えれば、より一層のノイズの低減化を図ることができる。
【００２７】
なお、上述した形態は本発明のチャージポンプ回路を実施するための最良のものであるが、これに限定する趣旨ではない。従って、本発明の要旨を変更しない範囲においてその実施形式を種々変形することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明のチャージポンプ回路を搭載した、移動通信端末としての携帯電話機、通信装置などの開発が望まれる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本形態のチャージポンプ回路と、当該チャージポンプ回路を駆動するクロック制御回路ＣＬＫの構成を図示したものである。
【図２】スイッチトランジスタＭ４の寄生容量について説明するための図である。
【図３】スイッチトランジスタＭ４のゲートに流れる駆動電流の駆動電流パスを図示したものである。
【図４】出力波形のノイズの発生タイミングをタイミングチャートとして図示したものである。
【図５】クロック制御回路ＣＬＫがスイッチトランジスタＭ１〜Ｍ４、スイッチＳＷ１〜ＳＷ４の駆動制御するときの各素子の駆動波形を図示したものである。
【図６】スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比を５：５と調整したときの一覧表（ａ）と、スイッチトランジスタＭ１、Ｍ２のトランジスタサイズと出力電圧レベルで制御するスイッチトランジスタＭ３、Ｍ４のトランジスタサイズ比を８：２と調整したときの一覧表（ｂ）を図示したものである。
【符号の説明】
【００３０】
Ｍ１〜Ｍ４    スイッチトランジスタ
ＳＷ１〜ＳＷ４    スイッチ
Ｃ１、Ｃ２    容量
ＣＬＫ    クロック制御回路
【図１】
2007236079.tif 000003
【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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