JPH10190451A

JPH10190451A - チャージポンプ回路

Info

Publication number: JPH10190451A
Application number: JP8348783A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Nishiyama; 清一西山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-26
Filing date: 1996-12-26
Publication date: 1998-07-21

Abstract

(57)【要約】【課題】ＰＬＬ回路の電力消費を大幅に少なくする。【解決手段】電流源Ｉ₁は、コンデンサＣ_Lに電流をチ
ャージする期間ｔ_nにだけ、電流Ｉ₁（＝Ｉ_o−Ｉ₂）
の電流を発生する。期間ｔ_nにおいて、スイッチ回路２
００は閉じて、電流Ｉ_o（＝Ｉ₁＋Ｉ₂）をトランジス
タＱ₄に供給し、トランジスタＱ４は、電流Ｉ_oにより
トランジスタＱ２を駆動する。トランジスタＱ１，Ｑ２
が構成するカレントミラー回路は、駆動電流Ｉ_oを折り
返し、さらにｎ倍してコンデンサＣ_Lに供給する。期間
ｔ_n以外には、スイッチ回路２００は開き、電流Ｉ₂が
トランジスタＱ３のみに供給され、上記カレントミラー
回路は、コンデンサＣ_Lに対する電流の供給を停止す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＰＬＬ回路等にお
いて用いられるチャージポンプ回路に関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】発振
回路、あるいは、モーター制御等の分野において、位相
比較ループ（ＰＬＬ）回路が広く用いられている。ＰＬ
Ｌ回路においては、フィードバックされる信号と基準信
号とを位相比較して得た位相差信号に応じて、負荷容量
等に電荷（電流）を蓄え（ソース／チャージし）、ある
いは、負荷容量等から電荷を取り去る（シンク／ポンプ
する）チャージポンプ回路が用いられる。このチャージ
ポンプ回路においては、通常、ポンプ動作はｎｐｎ形ト
ランジスタから構成されるカレントミラー回路により、
チャージ動作はｐｎｐトランジスタから構成されるカレ
ントミラー回路により行われる。

【０００３】しかしながら、通常、ｐｎｐ形トランジス
タのトランジョン周波数ｆ_Tは、同一集積回路（ＩＣ）
上に形成されるｎｐｎ形トランジスタのトランジョン周
波数ｆ_Tよりも１桁程度低く、下式１に示す係数τ_Fの
値に、トランジョン周波数ｆ_Tに反比例する性質がある
ため、ベース蓄積容量Ｃ_bが大きい。

【０００４】

【数１】Ｃ_b＝τ_F・ｇ_m＝τ_F・（ｑ／ＫＴ）・Ｉ_c …（１）ただし、Ｉ_cはコレクタ電流である。

【０００５】このため、負荷容量等に電流を供給し、チ
ャージ動作を行うカレントミラー回路の電流倍率ｎを、
ポンプ動作を行うカレントミラー回路の電流倍率ｎ’ほ
どには大きくすることができないので、負荷容量等に電
流を供給する、供給しないにかかわらずチャージ動作を
行うカレントミラー回路に常に流す電流値Ｉ_oの電流
（電流Ｉ_o）の値が大きくなり、消費電力が増えてしま
う。

【０００６】本発明は上述した従来技術の問題点に鑑み
てなされたものであり、定常状態においては、負荷容量
に対して電流を供給する期間が、位相比較の周期と比べ
て非常に短いことに着目し、負荷容量等に電流を供給す
る期間だけ必要な電流値Ｉ_oをチャージ動作を行うカレ
ントミラー回路に供給し、これ以外の期間は、比較的少
ない電流値Ｉ₂をチャージ動作を行うカレントミラー回
路に供給すればよいチャージポンプ回路を提供すること
を目的とする。また、本発明は、上述のようにチャージ
動作を行うカレントミラー回路に電流を供給することに
より、電力消費を大幅に少なくすることができるチャー
ジポンプ回路を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るチャージポンプ回路は、位相差パルス
に応じて、前記負荷への電流供給の際、または、前記負
荷から電流を受ける際に、第１の電流値の駆動電流を流
す駆動手段と、前記駆動手段が流す前記第１の電流値の
駆動電流に応じて、前記負荷に所定の電流値の電流を供
給する第１の電流供給手段と、前記位相差パルスに応じ
て、前記負荷への電流供給の際に、前記駆動手段に前記
第１の電流値の電流を供給し、前記負荷への電流停止の
際に、前記駆動手段に前記第１の電流値よりも少ない第
２の電流値の電流を供給する第２の電流供給手段とを有
する。

【０００８】好適には、前記第２の電流供給手段は、前
記第１の電流値と前記第２の電流値の差に等しい第３の
電流値の電流を発生する第１の電流発生手段と、前記第
２の電流値の電流を発生する第２の電流発生手段と、前
記第２の電流発生手段が発生する第２の電流値の電流を
前記駆動手段に供給し、前記位相差パルスに応じて、前
記負荷への電流供給の際に、前記第１の電流発生手段が
発生する第３の電流値の電流を追加して前記駆動手段に
供給する電流追加手段とを有する。

【０００９】好適には、前記第２の電流供給手段は、前
記第１の電流値の電流を発生する第１の電流発生手段
と、前記第２の電流値の電流を発生する第２の電流発生
手段と、前記位相差パルスに応じて、前記第１の電流供
給手段の駆動時には、前記第１の電流発生手段が発生す
る第１の電流値の電流を前記駆動手段に供給し、前記第
１の電流供給手段の駆動停止時には、前記第２の電流発
生手段が発生する第２の電流値の電流を前記駆動手段に
供給する第３の電流供給手段とを有する。

【００１０】本発明に係るチャージポンプ回路は、例え
ば、負荷に対して電流をチャージする動作に特徴を有す
る。駆動手段は、例えば、差動動作を行う２つのトラン
ジスタから構成される。駆動手段の２つのトランジスタ
の一方は、２つの信号の位相差を示す位相差パルスの論
理値に応じて、負荷に対して電流をチャージする期間に
は、第２の電流供給手段から供給され、駆動に必要な第
１の電流値の駆動電流を第１の電流供給手段（チャージ
動作を行うカレントミラー回路）に供給する。また、駆
動手段の２つのトランジスタの他方は、上記位相差パル
スの論理値に応じて、負荷に対して電流をチャージしな
い期間には、第２の電流供給手段から供給され、第１の
電流値よりも少ない値の第２の電流値の電流を流す。

【００１１】第１の電流供給手段は、例えば、上述のよ
うに、２個のｐｎｐ形のトランジスタから構成されるチ
ャージ動作用のカレントミラー回路であって、駆動手段
が供給する駆動電流を折り返し、ｎ倍して負荷に供給す
る。

【００１２】第２の電流供給手段において、第１の電流
発生手段は、チャージ動作用のカレントミラー回路が負
荷に電流をチャージする期間だけ、チャージ期間中の第
１の電流値と、チャージしない期間中の第２の電流値と
の差に等しい第３の電流値（＝第１の電流値−第２の電
流値）の電流を発生する。第２の電流発生手段は、チャ
ージ動作用のカレントミラー回路が負荷に電流をチャー
ジしない期間であるか否かにかかわらず、常に、チャー
ジしない期間中の第２の電流値の電流を発生する。

【００１３】電流追加手段は、チャージ動作用のカレン
トミラー回路が負荷に電流をチャージしない期間には、
駆動手段の２つのトランジスタの他方に、比較的小さい
値の第２の電流値の電流を供給し、負荷に電流をチャー
ジする期間には、駆動手段の２つのトランジスタの一方
に、カレントミラー回路の駆動に要する比較的大きい値
の第１の電流値の電流を供給する。

【００１４】このように、負荷に電流をチャージするか
否かに応じて、駆動手段に供給する電流値を制御するこ
とにより、電流追加手段は、全期間の大部分を占め、負
荷に電流をチャージしない期間には小さい電流値を駆動
手段に供給し、全期間に僅かな割合しか占めず、負荷に
電流をチャージする期間にだけ、大きい電流値を駆動手
段に供給することにより、カレントミラー回路の駆動に
必要な電力を大きく節約する。

【００１５】なお、負荷に電流を供給する場合には、駆
動手段に第１の電流値の電流を供給し、負荷に電流を供
給しない場合には、駆動手段に第２の電流値の電流を供
給するように第２の電流供給手段を構成しても、同様な
電力の節約が可能である。また、本発明に係るチャージ
ポンプ回路は、各構成部分のトランジスタの極性を反対
にすることにより、負荷から電流をポンプする動作に応
用することができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】第１実施形態以下、本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、Ｐ
ＬＬ(phase locked loop) 回路１の構成を示す図であ
る。図１に示すように、ＰＬＬ回路１は、基準信号発振
回路（ＯＳＣ）１００、分周器１０２、位相比較回路１
１０、チャージポンプ回路１２、ローパスフィルタ（Ｌ
ＰＦ）１３０、電圧制御発振回路（ＶＣＯ）１３２、分
周器１３４およびコンデンサＣ_Lを有し、例えば、集積
回路として構成される。

【００１７】チャージポンプ回路１２は、第１のスイッ
チ回路１２０、電流源１２２，１２４、第２のスイッチ
回路１２６、ダイオード１２８、ｐｎｐトランジスタＱ
１，Ｑ２およびｎｐｎトランジスタＱ１０から構成され
る。ＰＬＬ回路１は、これらの構成部分により、基準信
号Ｒｅｆに位相同期したクロック信号を生成する。

【００１８】ＰＬＬ回路１の構成部分ＰＬＬ回路１において、基準信号発振回路１００は、例
えば、安定な水晶発振回路であって、所定の周波数の基
準クロック信号を発生して分周器１０２に対して出力す
る。分周器１０２は、基準信号発振回路１００から入力
された基準クロック信号を分周して、基準信号Ｒｅｆを
生成して位相比較回路１１０に対して出力する。

【００１９】位相比較回路１１０は、分周器１３４から
入力されるクロック信号ＶＣＯの位相と、分周器１０２
から入力される基準信号Ｒｅｆの位相とを比較して、位
相誤差パルスＵ，Ｄを生成し、チャージポンプ回路１２
のスイッチ回路１２０，１２６に対して出力する。

【００２０】チャージポンプ回路１２において、スイッ
チ回路１２０は、位相差パルスＵが論理値１の場合に閉
じて、電流源１２２が発生する電流をトランジスタＱ２
に対して供給する。スイッチ回路１２６は、位相差パル
スＵが論理値１の場合に閉じて、電流源１２４が発生す
る電流をダイオード１２８に対して供給する。

【００２１】トランジスタＱ２とトランジスタＱ１と
は、カレントミラー回路を構成し、トランジスタＱ２に
供給される電流を折り返してｎ倍し、負荷コンデンサＣ
_Lに対して供給（チャージ／ソース）する。ダイオード
１２８とトランジスタＱ１０とは、カレントミラー回路
を構成し、ダイオード１２８に供給される電流を折り返
してｎ倍し、負荷コンデンサＣ_Lから供給させる（ポン
プ／シンクする）。

【００２２】ローパスフィルタ１３０は、コンデンサＣ
_Lの端子に現れる電圧信号ΔＶをフィルタリングし、電
圧制御発振回路１３２に対して出力する。電圧制御発振
回路１３２は、ローパスフィルタ１３０の出力電圧信号
の値に応じた周波数のクロック信号を生成して外部に出
力するとともに、分周器１３４に対して出力する。分周
器１３４は、電圧制御発振回路１３２から入力されるク
ロック信号を分周してクロック信号ＶＣＯを生成し、位
相比較回路１１０に対して出力する。

【００２３】ＰＬＬ回路１の動作以下、ＰＬＬ回路１の動作を説明する。位相比較回路１
１０は、分周器１３４から入力されるクロック信号ＶＣ
Ｏの位相と、分周器１０２から入力される基準信号Ｒｅ
ｆの位相とを比較し、位相パルスＵ，Ｄを生成する。

【００２４】基準信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの
位相が合っていないと、チャージポンプ回路１２は、位
相パルスＵ，Ｄに応じてコンデンサＣ_Lに対して電流を
供給（チャージ／ソース）したり、コンデンサＣ_Lから
電流を供給させたり（ポンプ／シンクしたり）する。

【００２５】基準信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの
位相が合うと、理想的には、チャージポンプ回路１２
は、位相パルスＵ，Ｄは、クロック信号ＶＣＯおよび基
準信号Ｒｅｆの周期（ｔ_ref）よりもはるかに短いパル
ス幅ｔ_nで同時に同じ論理値１となり、これ以外の期間
は論理値０となる。従って、基準信号Ｒｅｆとクロック
信号ＶＣＯとの位相が合っている場合には、コンデンサ
Ｃ_Lにチャージされたり、コンデンサＣ_Lからポンプさ
れたりする電流の合計値は０になる。

【００２６】コンデンサＣ_Lに対してチャージ／ポンプ
されたりする電流の合計値が０になると、分周器１０２
が出力する基準信号Ｒｅｆの位相と、分周器１３４が出
力するクロック信号ＶＣＯの位相とが一致し、電圧制御
発振回路１３２が発生するクロック信号の位相は、基準
信号発振回路１００が発生する基準クロック信号の位相
と一致する。

【００２７】チャージポンプ回路１２の実際以下、図２を参照して、チャージポンプ回路１２の実際
の回路を説明する。図２は、図１に示したＰＬＬ回路１
のチャージポンプ回路１２として実際に用いられるチャ
ージポンプ回路１４の構成を示す図である。なお、図２
においては、図示および以下の説明の簡略化のために、
コンデンサＣ_Lに電流をチャージするチャージ部分と、
コンデンサＣ_Lから電流をポンプするｎｐｎ形トランジ
スタＱ１０のみが示してある。

【００２８】図２に示すように、チャージポンプ回路１
４においては、チャージポンプ回路１２におけるスイッ
チ回路１２０として、ｎｐｎ形のトランジスタＱ３，Ｑ
４が用いられ、トランジスタＱ４は、トランジスタＱ２
に位相差パルスに応じて電流Ｉ_oを流し、トランジスタ
Ｑ１，Ｑ２が構成するカレントミラー回路は、電流Ｉ_o
を折り返し、ｎ倍した電流ｎＩ_oをコンデンサＣ_Lにチ
ャージする。なお、チャージポンプ回路１４のポンプ部
分も、同様の回路（図示せず）によりトランジスタＱ１
０を介してコンデンサＣ_Lから電流ｎ’Ｉ_o’（＝ｎＩ
_o）をポンプする。

【００２９】第２実施形態以下、本発明の第２の実施形態を説明する。図３は、図
２に示したチャージポンプ回路１４のチャージ部分に流
れる電流の変化を示す図である。チャージポンプ回路１
４においては、基準信号Ｒｅｆの周期（ｔ_ref）の内、
コンデンサＣ_Lにチャージを行う期間（ｔ_n）を除く大
部分の期間で定常的に電流Ｉ_oがトランジスタＱ３に流
れる。

【００３０】基準信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの
位相が合っている場合、コンデンサＣ_Lにチャージを行
うごく短い期間（ｔ_n＜＜ｔ_ref）で、トランジスタＱ
４，Ｑ２に電流Ｉ_oが流れ、さらに、トランジスタＱ１
に電流ｎＩ_o（＝１ｍＡ以上）が流れ、チャージポンプ
回路１４のチャージ部分に流れる合計の電流値は（ｎ＋
１）Ｉ_oとなる。従って、トランジスタＱ３に流れる電
流Ｉ_oの電流値を小さくすることにより、チャージポン
プ回路１４の消費電力を大幅に削減することができる。
ここで、ポンプ動作を行うトランジスタＱ１０はｎｐｎ
形であり、電流倍率ｎ’の値を充分に大きくすることが
できるので、トランジスタＱ１０の駆動に必要な電流Ｉ
_o’の値を小さくすることができる。

【００３１】一方、チャージ動作を行うトランジスタＱ
１はｐｎｐ形であるため、上述のように、電流倍率ｎの
値を大きくすることができず、トランジスタＱ１の駆動
に必要な電流Ｉ_oの値が大きくなる。しかしながら、ト
ランジスタＱ１を駆動する電流Ｉ_oの値を単純に小さく
すると、トランジスタＱ１は、コンデンサＣ_Lに対して
充分なチャージ電流を供給することができなくなってし
まう。

【００３２】第２の実施形態として以下に示すチャージ
ポンプ回路は、コンデンサＣ_Lに電流をチャージする期
間には、コンデンサＣ_Lに充分な電流値の電流を供給
し、これ以外の期間に、チャージポンプ回路のチャージ
部分に定常的に流れる電流値を削減することにより、消
費電力を大幅に節減可能なように構成されている。

【００３３】チャージポンプ回路２０の構成図４は、第２の実施形態における本発明に係るチャージ
ポンプ回路２０の構成を示す図である。なお、図４にお
いては、チャージポンプ回路２０の構成部分の内、チャ
ージポンプ回路１４と同じものには同一の符号が付して
あり、図示および以下の説明の簡略化のために、チャー
ジポンプ回路２０のチャージ部分と、ポンプ部分のトラ
ンジスタＱ１０のみが示されている。

【００３４】図４に示すように、チャージポンプ回路２
０は、ｐｎｐトランジスタＱ１，Ｑ２、ｎｐｎトランジ
スタＱ３，Ｑ４、スイッチ回路２００、電流源Ｉ₁，Ｉ
₂およびトランジスタＱ１０から構成される。つまり、
チャージポンプ回路２０は、チャージポンプ回路１４
（図２）の電流源Ｉ_oを電流源Ｉ₁，Ｉ₂に分割し、ス
イッチ回路２００を付加した構成を採り、ＰＬＬ回路１
（図１）において、チャージポンプ回路１２に置換され
て用いられる。

【００３５】電流源Ｉ ₂ 電流源Ｉ₂は、電流値Ｉ₂（Ｉ₂＜Ｉ_o）の電流を常に
発生する。電流源Ｉ ₁ 電流源Ｉ₁は、基準信号Ｒｅｆの周期ｔ_refにおいて、
ＰＬＬ回路１（図１）の位相比較回路１１０から入力さ
れる位相差パルスＵが論理値１をとり、トランジスタＱ
１がコンデンサＣ_Lに電流をチャージする期間（ｔ_n；
図３）に、電流源Ｉ₂とともにトランジスタＱ４に供給
する電流値Ｉ₁（Ｉ₁＝Ｉ_o−Ｉ₂）を発生する。

【００３６】スイッチ回路２００スイッチ回路２００は、位相差パルスＵが論理値１をと
り、トランジスタＱ１がコンデンサＣ_Lに電流をチャー
ジする期間（ｔ_n）にのみ閉じて、電流源Ｉ₁が発生す
る電流Ｉ₁に、電流源Ｉ₂が発生する電流Ｉ₂を加え
て、合計電流値Ｉ_o（＝Ｉ₁＋Ｉ₂）の電流をトランジ
スタＱ₄に供給し、これ以外の場合には開いて、電流値
Ｉ₂の電流をトランジスタＱ３に供給する。

【００３７】トランジスタＱ３，Ｑ４トランジスタＱ３，Ｑ４、差動回路を構成し、これらの
トランジスタの内、トランジスタＱ３は、位相差パルス
Ｕが論理値０をとり、トランジスタＱ１がコンデンサＣ
_Lに電流をチャージしない期間には、電流源Ｉ₁から供
給される電流Ｉ₁を流す。トランジスタＱ４は、位相差
パルスＵが論理値１をとり、トランジスタＱ１がコンデ
ンサＣ_Lに電流をチャージする期間（ｔ_n）には、電流
源Ｉ₁および電流源Ｉ₂から供給される電流Ｉ_oを流
し、トランジスタＱ２に供給する。

【００３８】トランジスタＱ１，Ｑ２トランジスタＱ１，Ｑ２は、コンデンサＣ_Lにチャージ
電流（ｎＩ_o）を供給するカレントミラー回路を構成
し、位相差パルスＵが論理値１をとり、トランジスタＱ
１がコンデンサＣ_Lに電流をチャージする期間（ｔ_n）
に、トランジスタＱ４からトランジスタＱ２に供給され
る電流Ｉ_oを折り返し、さらにｎ倍してコンデンサＣ_L
に供給する。

【００３９】ポンプ部分チャージポンプ回路２０のポンプ部分は、チャージ部分
と同様の回路（図示せず）により、トランジスタＱ１０
を介してコンデンサＣ_Lから電流ｎ’Ｉ_o’（＝ｎ
Ｉ_o）をポンプする。

【００４０】チャージポンプ回路２０の動作以下、図５を参照して、チャージポンプ回路２０の動作
を説明する。図５は、図４に示したチャージポンプ回路
２０のチャージ部分に流れる合計電流を示す図である。
電流源Ｉ₂は、電流値Ｉ₂の電流を常に発生し、電流源
Ｉ₁は、位相差パルスＵが論理値１をとり、コンデンサ
Ｃ_Lに電流をチャージする期間（ｔ_n）の間にだけ、電
流値Ｉ₁（＝Ｉ_o−Ｉ₂）の電流を発生する。

【００４１】コンデンサＣ _Lに電流をチャージする場合
の動作基準信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの位相が合い、
位相差パルスＵが論理値１をとり、トランジスタＱ１が
コンデンサＣ_Lに電流をチャージする期間において、ス
イッチ回路２００は、電流源Ｉ₁，Ｉ₂が発生する合計
電流値Ｉ_o（＝Ｉ₁＋Ｉ₂）の電流をトランジスタＱ₄
に供給する。トランジスタＱ４は、電流源Ｉ₁，Ｉ₂が
スイッチ回路２００を介して供給する合計電流値Ｉ_oの
電流を流し、トランジスタＱ２に供給する。

【００４２】トランジスタＱ１，Ｑ２は、トランジスタ
Ｑ４から供給される駆動電流Ｉ_oを折り返し、さらにｎ
倍してコンデンサＣ_Lに供給する。チャージポンプ回路
２０のポンプ部分は、チャージ部分と同様に、トランジ
スタＱ１０を介してコンデンサＣ_Lから電流ｎ’Ｉ_o’
（＝ｎＩ_o）をポンプする。従って、この場合、図５に
示すように、チャージポンプ回路２０のチャージ部分に
流れる電流値は（ｎ＋１）Ｉ_o〔＝（ｎ＋１）（Ｉ₁＋
Ｉ₂）〕となる。

【００４３】コンデンサＣ _Lに電流をチャージしない場
合の動作基準信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの位相が合い、
位相差パルスＵが論理値０をとり、トランジスタＱ１が
コンデンサＣ_Lに電流をチャージしない期間において、
スイッチ回路２００は開き、電流源Ｉ₂は電流値Ｉ₂の
電流をトランジスタＱ３に供給する。トランジスタＱ３
は、電流源Ｉ₁から供給される電流Ｉ₁を流し、トラン
ジスタＱ４は、電流を流さない。

【００４４】トランジスタＱ２には、トランジスタＱ４
から電流が供給されないので、トランジスタＱ１，Ｑ２
が構成するカレントミラー回路は、コンデンサＣ_Lに対
する電流の供給を停止する。チャージポンプ回路２０の
ポンプ部分も、この場合、トランジスタＱ１０を介した
コンデンサＣ_Lへの電流供給を停止する。従って、この
場合、図５に示すように、チャージポンプ回路２０のチ
ャージ部分に流れる電流値はＩ₂となる。

【００４５】以上説明したように、チャージポンプ回路
２０のチャージ部分に流れる電流は、基準信号Ｒｅｆの
周期の大部分の割合を占めるコンデンサＣ_Lに電流を供
給しない期間にはＩ₂（＜Ｉ_o）となり、基準信号Ｒｅ
ｆの周期のごく僅かの割合しか占めないコンデンサＣ_L
に電流を供給する期間（ｔ_n）にのみＩ_oとなる。従っ
て、チャージポンプ回路２０のコンデンサＣ_Lに対する
電流供給能力は全く低下しないにもかかわらず、チャー
ジポンプ回路１４（図２）に比べて、消費電力が大幅に
減少する。

【００４６】第３実施形態以下、第３の実施形態として、第２の実施形態に示した
チャージポンプ回路２０（図４）の実際の回路を説明す
る。

【００４７】チャージポンプ回路２２の構成図６は、図４に示したチャージポンプ回路の実際の回路
（チャージポンプ回路２２）の構成を示す図である。な
お、図６においては、図示および以下の説明の簡略化の
ために、トランジスタＱ１０以外のポンプ部分は省略さ
れており、図６に示したチャージポンプ回路２２の各構
成部分のうち、図２に示したチャージポンプ回路１４、
および、図４に示したチャージポンプ回路２０の構成部
分と同じものには同一の符号を付してある。

【００４８】図６に示すように、チャージポンプ回路２
２は、電流源Ｉ_a、ｐｎｐトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ
７，Ｑ８、ｎｐｎトランジスタＱ３〜Ｑ６，Ｑ１０〜Ｑ
１２およびダイオードＤ１，Ｄ２から構成され、ＰＬＬ
回路１（図１）においてチャージポンプ回路１２に置換
されて用いられる。

【００４９】つまり、チャージポンプ回路２２は、チャ
ージポンプ回路２０（図４）の電流源Ｉ₁，Ｉ₂および
スイッチ回路２００を、電流源Ｉ_a、トランジスタＱ５
〜Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１２およびダイオードＤ１，Ｄ２で
置き換えた構成を採り、チャージポンプ回路２２におけ
る電流源Ｉ_a、トランジスタＱ５〜Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１
２およびダイオードＤ１，Ｄ２が、チャージポンプ回路
２０における電流源Ｉ₁，Ｉ₂およびスイッチ回路２０
０と同じ動作を行う。

【００５０】電流源Ｉ_aは、電流値Ｉ_aの電流を発生す
る。トランジスタＱ７，Ｑ８のエミッタ同士は接続さ
れ、トランジスタＱ７，Ｑ８のエミッタは電流源Ｉ_aを
介して正電源に接続され、トランジスタＱ７，Ｑ８のコ
レクタは、それぞれダイオードＤ１，Ｄ２のカソードに
接続され、ダイオードＤ１，Ｄ２を介してトランジスタ
Ｑ１１（１サイズ），Ｑ１２（ｎ”サイズ）のコレクタ
およびベースに接続されており、トランジスタＱ７，Ｑ
８および電流源Ｉ_aは、ＥＣＬの差動回路を構成する。
トランジスタＱ７のベースには、ＰＬＬ回路１（図１）
の位相比較回路１１０から入力される位相差パルスＵの
非反転信号が入力され、トランジスタＱ８のベースに
は、位相差パルスＵの反転信号が入力される。

【００５１】トランジスタＱ１１（１サイズ）およびト
ランジスタＱ６（ｎ’サイズ）は、トランジスタＱ７の
電流を折り返し、ｎ’倍してトランジスタＱ３，Ｑ４の
エミッタに供給するカレントミラー回路を構成する。ト
ランジスタＱ１２（ｎ”サイズ）およびトランジスタＱ
５（１サイズ）は、トランジスタＱ８の電流を折り返し
て１／ｎ”倍してトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタに
供給するカレントミラー回路を構成する。

【００５２】チャージポンプ回路２２の動作電流源Ｉ_aは、電流値Ｉ_aの電流をトランジスタＱ７，
Ｑ８に供給する。

【００５３】コンデンサＣ _Lに電流をチャージする場合
の動作ＰＬＬ回路１（図１）の位相比較回路１１０から入力さ
れる位相差パルスＵの非反転信号が論理値１となり、ト
ランジスタＱ１を介してコンデンサＣ_Lに電流を供給す
る場合において、トランジスタＱ３，Ｑ８はＯＮ状態、
トランジスタＱ４，Ｑ７はＯＦＦ状態となる。

【００５４】トランジスタＱ７は、ダイオードＤ１を介
してトランジスタＱ１１に電流Ｉ_aを供給する。トラン
ジスタＱ１１，Ｑ６が構成するカレントミラー回路は、
トランジスタＱ８が供給する電流を折り返し、ｎ’倍し
て電流値ｎ’Ｉ_a（＝チャージポンプ回路２０における
Ｉ_o）の電流をトランジスタＱ４のエミッタに供給す
る。

【００５５】トランジスタＱ４は、トランジスタＱ１
２，Ｑ５が構成するカレントミラー回路が供給する電流
値ｎ’Ｉ_a（＝Ｉ_o）の駆動電流を、トランジスタＱ
１，Ｑ２が構成するカレントミラー回路に供給する。ト
ランジスタＱ１，Ｑ２が構成するカレントミラー回路
は、トランジスタＱ４から供給される電流ｎ’Ｉ_a（＝
チャージポンプ回路２０におけるｎＩ_o）を、コンデン
サＣ_Lに供給する。

【００５６】コンデンサＣ _Lに電流をチャージしない場
合の動作ＰＬＬ回路１（図１）の位相比較回路１１０から入力さ
れる位相差パルスＵの非反転信号が論理値０となり、ト
ランジスタＱ１がコンデンサＣ_Lに電流を供給しない場
合において、トランジスタＱ３，Ｑ８はＯＮ状態、トラ
ンジスタＱ４，Ｑ７はＯＦＦ状態となる。

【００５７】トランジスタＱ８は、ダイオードＤ２を介
してトランジスタＱ１２に電流Ｉ_aを供給する。トラン
ジスタＱ１２，Ｑ５が構成するカレントミラー回路は、
トランジスタＱ８が供給する電流を折り返し、１／ｎ”
倍して、電流値Ｉ_a／ｎ（＝Ｉ₂）の電流をトランジス
タＱ３のエミッタに供給する。トランジスタＱ３は、ト
ランジスタＱ１２，Ｑ５が構成するカレントミラー回路
が供給する電流値Ｉ_a／ｎ（＝チャージポンプ回路２０
におけるＩ₂）の電流を流す。

【００５８】図７は、チャージポンプ回路２２（図６）
のトランジスタＱ１〜Ｑ３に流れる電流の電流値を示す
図である。図７に示すように、チャージポンプ回路２２
において、コンデンサＣ_Lに電流をチャージする場合
（ＯＮ動作時）には、チャージ部分のＱ１，Ｑ２に流れ
る電流値の合計は（ｎ＋１）ｎ’Ｉ_a〔＝（ｎ＋１）Ｉ
_o〕となり、トランジスタＱ７，Ｑ８等から構成される
差動回路に流れる電流Ｉ_a（＝Ｉ_o／ｎ’）を考慮する
と、チャージ部分に流れる電流値は（ｎ＋１＋１／
ｎ’）Ｉ_oとなる。

【００５９】また、図７に示すように、チャージポンプ
回路２２において、コンデンサＣ_Lに電流をチャージし
ない場合（ＯＦＦ動作時）には、チャージ部分のＱ３に
流れる電流値はＩ_a／ｎ”〔＝Ｉ_o／ｎ’ｎ”〕とな
り、トランジスタＱ７，Ｑ８等から構成される差動回路
に流れる電流Ｉ_aを考慮すると、チャージポンプ回路２
２のチャージ部分に流れる電流値は（１／ｎ’ｎ”＋１
／ｎ’）Ｉ_oとなる。

【００６０】具体例を挙げる。例えば、ｎ’，ｎ”＝５
とした場合、コンデンサＣ_Lに電流をチャージしない期
間にチャージポンプ回路２２のチャージ部分に流れる電
流値は、（１／５＋１／５×５）Ｉ_o＝６／２５×Ｉ_o
＝０．２４Ｉ_oとなり、チャージポンプ回路１４のチャ
ージ部分の消費電力が２４％にまで減少する。一方、コ
ンデンサＣ_Lに電流をチャージする期間の基準信号Ｒｅ
ｆの周期ｔ_refに占める割合はごく僅かなので、コンデ
ンサＣ_Lに電流をチャージする期間の電流増加は、基準
信号Ｒｅｆとクロック信号ＶＣＯとの位相が合った後の
定常時には問題にならない。

【００６１】以上説明したように、チャージポンプ回路
２２によれば、定常時のＰＬＬ回路の消費電源を大幅に
削減することができる。また、例えば、チャージポンプ
回路２２を、携帯電話機等に応用すると、連続待ち受け
時間（電波を正常に受信可能な状態で移動した場合の平
均的な待ち受け時間）、および、連続通話時間（最大パ
ワーで送信し、パワーセンス機能をＯＦＦ状態にした場
合の通話時間）のいずれをも長くすることができるの
で、特に有効である。

【００６２】変形例チャージポンプ回路２２のチャージ部分の構成は、ポン
プ部分に応用可能である。図８は、チャージポンプ回路
２２（図６）のチャージ部分の構成をポンプ部分に応用
したデータ受信装置２４の構成を示す図である。なお、
図８においては、図示の簡略化のために、チャージ部分
を省略してある。

【００６３】図８に示すように、データ受信装置２４の
ポンプ部分は、チャージポンプ回路２２のチャージ部分
のトランジスタＱ１〜Ｑ８，Ｑ１１，Ｑ１２の反対極性
のトランジスタＱ１’〜Ｑ８’，Ｑ１１’，Ｑ１２’、
電流源Ｉ_aおよびダイオードＤ１，Ｄ２から構成され
る。データ受信装置２４によれば、チャージポンプ回路
２２と同様な動作により、ポンプ部分の消費電力を軽減
することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るチャ
ージポンプ回路においては、定常状態において、位相比
較の周期において大きな割合を占める負荷容量に対して
電流を供給しない期間には、負荷容量に対して電流をチ
ャージするカレントミラー回路に少ない電流値Ｉ₂を供
給し、位相比較の周期においてごくわずかな割合しか占
めない負荷容量に対して電流を供給する期間にのみ、駆
動に必要な大きい電流Ｉ_oを上記カレントミラー回路に
供給すればよい。また、本発明に係るチャージポンプ回
路によれば、上述のようにチャージ動作を行うカレント
ミラー回路に電流を供給することにより、電力消費を大
幅に少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＰＬＬ(phase locked loop) 回路の構成を示す
図である。

【図２】図１に示したＰＬＬ回路のチャージポンプ回路
として実際に用いられる構成を示す図である。

【図３】図２に示したチャージポンプ回路のチャージ部
分に流れる電流の変化を示す図である。

【図４】第２の実施形態における本発明に係るチャージ
ポンプ回路の構成を示す図である。

【図５】図４に示したチャージポンプ回路のチャージ部
分に流れる合計電流を示す図である。

【図６】図４に示したチャージポンプ回路の実際の回路
を示す図である。

【図７】チャージポンプ回路（図６）のトランジスタＱ
１〜Ｑ３に流れる電流の電流値を示す図である。

【図８】チャージポンプ回路（図６）のチャージ部分の
構成をポンプ部分に応用した場合の構成を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…ＰＬＬ回路、１００…基準信号発振回路、１０２…
分周器、１１０…位相比較回路、１３０…ローパスフィ
ルタ、１３２…電圧制御発振回路、１３４…分周器、１
２，１４，２０，２２，２４…チャージポンプ回路、１
２０，１２６，２００…スイッチ回路、１２２，１２４
…電流源、１２８…ダイオード、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１０〜
Ｑ１２（Ｑ１’〜Ｑ８’，Ｑ１０’〜Ｑ１２’）…トラ
ンジスタ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｃ_L…負荷コンデ
ンサ、Ｉ_o，Ｉ₁，Ｉ₂，Ｉ_a…電流源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】位相差パルスに応じて、前記負荷への電流
供給の際、または、前記負荷から電流を受ける際に、第
１の電流値の駆動電流を流す駆動手段と、前記駆動手段が流す前記第１の電流値の駆動電流に応じ
て、前記負荷に所定の電流値の電流を供給する第１の電
流供給手段と、前記位相差パルスに応じて、前記負荷への電流供給の際
に、前記駆動手段に前記第１の電流値の電流を供給し、
前記負荷への電流停止の際に、前記駆動手段に前記第１
の電流値よりも少ない第２の電流値の電流を供給する第
２の電流供給手段とを有するチャージポンプ回路。
【請求項２】前記第２の電流供給手段は、前記第１の電流値と前記第２の電流値の差に等しい第３
の電流値の電流を発生する第１の電流発生手段と、前記第２の電流値の電流を発生する第２の電流発生手段
と、前記第２の電流発生手段が発生する第２の電流値の電流
を前記駆動手段に供給し、前記位相差パルスに応じて、
前記第１の電流供給手段の駆動時に、前記第１の電流発
生手段が発生する第３の電流値の電流を追加して前記駆
動手段に供給する電流追加手段とを有する請求項１に記
載のチャージポンプ回路。
【請求項３】前記第２の電流供給手段は、前記第１の電流値の電流を発生する第１の電流発生手段
と、前記第２の電流値の電流を発生する第２の電流発生手段
と、前記位相差パルスに応じて、前記第１の電流供給手段の
駆動時には、前記第１の電流発生手段が発生する第１の
電流値の電流を前記駆動手段に供給し、前記第１の電流
供給手段の駆動停止時には、前記第２の電流発生手段が
発生する第２の電流値の電流を前記駆動手段に供給する
第３の電流供給手段とを有する請求項１に記載のチャー
ジポンプ回路。