(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して電源電圧が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第１制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第２制御信号に応じて定電流源として動作し出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、
前記電流出力スイッチ回路に前記第１、第２制御信号を出力する第１差動増幅回路と、
第３、第４トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して基準電位が供給されると共に、前記第３トランジスタのゲートに入力される第３制御信号、及び前記第４トランジスタのゲートに入力される第４制御信号に応じて定電流源として動作し引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路と、
前記電流引き込みスイッチ回路に前記第３、第４制御信号を出力する第２差動増幅回路と、
を具備することを特徴とするチャージポンプ。
【請求項２】
第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して電源電圧が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第１制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第２制御信号に応じて定電流源として動作し出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、
前記電流出力スイッチ回路に前記第１、第２制御信号を出力する第１差動増幅回路と、
定電流源回路と第２差動増幅回路をカスコード接続してなり、前記第２差動増幅回路に入力される第３、第４制御信号に応じて引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路と、
を具備することを特徴とするチャージポンプ。
【請求項３】
定電流源回路と第１差動増幅回路をカスコード接続してなり、前記第１差動増幅回路に入力される第１、第２制御信号に応じて出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、
第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して基準電位が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第３制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第４制御信号に応じて定電流源として動作し引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路と、
前記電流引き込みスイッチ回路に前記第３、第４制御信号を出力する第２差動増幅回路と、
を具備することを特徴とするチャージポンプ。
【請求項４】
前記電流出力スイッチ回路における前記第１、第２トランジスタ、及び電流引き込みスイッチ回路における前記第３、第４トランジスタは、差動増幅器を構成している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５】
前記第１、第２差動増幅回路の各々は、
トランジスタにより構成された差動増幅器と、
前記差動増幅器を構成するトランジスタと極性が逆のトランジスタを含むレベルシフト回路と、
一端が前記レベルシフト回路に接続され、他端が前記差動増幅器のそれぞれの出力に接続された２つの抵抗と、
前記差動増幅器のバイアス電流である定電流源と、
を有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。
【請求項６】
前記電流出力スイッチ回路における前記電源電圧と前記電流出力スイッチ回路が電流を出力する出入力端子との間に、１つのトランジスタと抵抗だけが接続されていることを特徴とする請求項１、２、４又は５に記載のチャージポンプ。
【請求項７】
前記電流引き込みスイッチ回路における前記基準電位と前記電流引き込みスイッチ回路が電流を引き込む出入力端子との間に、１つのトランジスタと抵抗だけが接続されていることを特徴とする請求項１、３、４又は５に記載のチャージポンプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流出力（充電）及び電流引き込み（放電）を行うチャージポンプに関するものであり、特にＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ  ）回路などに使用されるものである。
【０００２】
【従来の技術】
電流出力（充電）及び電流引き込み（放電）を行うチャージポンプに関する従来の技術について説明する。
図５は、従来のチャージポンプの一例を示す回路図である。
【０００３】
このチャージポンプは、高速動作をバイポーラＩＣで実現する場合の例である。電流出力側では、定電流源Ｉ１０１と、ＰＮＰ形トランジスタＱ１０１、ＰＮＰ形トランジスタＱ１０２からなる差動増幅器とがカスコード接続され、電流引き込み側では、定電流源Ｉ１０２と、ＮＰＮ形トランジスタＱ１０３、ＮＰＮ形トランジスタＱ１０４からなる差動増幅器とがカスコード接続されている。
【０００４】
このように構成されたチャージポンプの動作は次のようになる。電流出力時には、トランジスタＱ１０１のベース及びトランジスタＱ１０２のベースに、電流出力を実行させるための所定のＡ１信号及びＡ２信号がそれぞれ入力される。これにより、トランジスタＱ１０１のコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ１０２に定電流源Ｉ１０１の電流が流れる。そして、トランジスタＱ１０２のコレクタ電流が、出入力端子Ｔ１００から外部に出力される。
【０００５】
電流引き込み時には、トランジスタＱ１０３のベース及びトランジスタＱ１０４のベースに、電流引き込みを実行させるための所定のＢ１信号、Ｂ２信号がそれぞれ入力される。これにより、トランジスタＱ１０３のコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ１０４に定電流源Ｉ１０２の電流が流れる。そして、この電流が、出入力端子Ｔ１００が接続された外部から引き込まれる。
【０００６】
この図５に示すようなチャージポンプでは、差動増幅器をスイッチングすることにより、電流出力あるいは電流引き込みの動作が高速に実行される。
次に、従来のチャージポンプの別の例について説明する。
【０００７】
図６は、従来のチャージポンプの別の例を示す回路図である。
このチャージポンプは、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持する場合の例である。電流出力側には、定電流源Ｉ１０３と、ＮＰＮ形トランジスタＱ１０５、ＮＰＮ形トランジスタＱ１０６からなる差動増幅器と、ＰＮＰ形トランジスタＱ１０７、ＰＮＰ形トランジスタＱ１０８からなるカレントミラー回路とを有している。また、電流引き込み側には、定電流源Ｉ１０４と、ＰＮＰ形トランジスタＱ１０９、ＰＮＰ形トランジスタＱ１１０からなる差動増幅器と、ＮＰＮ形トランジスタＱ１１１、ＮＰＮ形トランジスタＱ１１２からなるカレントミラー回路とを有している。
【０００８】
このように構成されたチャージポンプの動作は次のようになる。電流出力時には、トランジスタＱ１０５のベース及びトランジスタＱ１０６のベースに、電流出力を実行させるための所定のＡ１信号、Ａ２信号がそれぞれ入力される。これにより、トランジスタＱ１０５のコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ１０６及びトランジスタＱ１０７に定電流源Ｉ１０３の電流が流れる。すると、この電流と等しい電流がトランジスタＱ１０８に流れる。そして、トランジスタＱ１０８を流れるコレクタ電流が出入力端子Ｔ１００から外部に出力される。
【０００９】
電流引き込み時には、前記トランジスタＱ１０９のベース及びトランジスタＱ１１０のベースに、電流引き込みを実行させるための所定のＢ１信号、Ｂ２信号がそれぞれ入力される。これにより、トランジスタＱ１０９のコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ１１０及びトランジスタＱ１１１に定電流源Ｉ１０４の電流が流れる。すると、この電流と等しい電流がトランジスタＱ１１２に流れる。そして、このときトランジスタＱ１１２に流れる電流が、出入力端子Ｔ１００が接続された外部から引き込まれる。
【００１０】
この図６に示すようなチャージポンプでは、差動増幅器の出力電流をカレントミラー回路で折り返して、電流出力あるいは電流引き込みの動作を行っている。この場合、電源電圧と出入力端子との間にはトランジスタＱ１０８が設けられているだけであるため、出入力端子Ｔ１００の電位は、トランジスタＱ１０８が飽和するおおむね、電源電圧−０．２［Ｖ］程度まで上昇することができる。同様に、基準電位点と出入力端子との間にはトランジスタＱ１１２が設けられているだけであるため、出入力端子Ｔ１００の電位は、トランジスタＱ１１２が飽和するおおむね、基準電位点＋０．２［Ｖ］程度まで下がることができる。すなわち、電源電圧を５［Ｖ］、基準電位点を０［Ｖ］とすれば、出入力端子における出入力電位のダイナミックレンジは４．８［Ｖ］〜０．２［Ｖ］程度となり、広いダイナミックレンジが確保できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示すチャージポンプでは、高速動作は可能であるが、定電流源と差動増幅器をカスコード接続しているため、定電流源と差動増幅器の動作に必要な電圧分だけ、出入力電位のダイナミックレンジが狭くなるという欠点がある。
【００１２】
また、図６に示すチャージポンプでは、カレントミラー回路のスイッチング速度が遅いため、動作速度が遅くなり、短いパルスを出力できなくなるという欠点がある。
【００１３】
そこでこの発明は、前記欠点をなくすためになされたものであり、電流出力（充電動作）及び電流引き込み（放電動作）を高速に行うことができるとともに、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持できるチャージポンプを提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、この発明に係る一実施態様のチャージポンプは、第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して電源電圧が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第１制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第２制御信号に応じて定電流源として動作し出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、前記電流出力スイッチ回路に前記第１、第２制御信号を出力する第１差動増幅回路と、第３、第４トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して基準電位が供給されると共に、前記第３トランジスタのゲートに入力される第３制御信号、及び前記第４トランジスタのゲートに入力される第４制御信号に応じて定電流源として動作し引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路と、前記電流引き込みスイッチ回路に前記第３、第４制御信号を出力する第２差動増幅回路とを具備する。
【００１５】
また、この発明に係る他の実施態様のチャージポンプは、第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して電源電圧が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第１制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第２制御信号に応じて定電流源として動作し出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、前記電流出力スイッチ回路に前記第１、第２制御信号を出力する第１差動増幅回路と、定電流源回路と第２差動増幅回路をカスコード接続してなり、前記第２差動増幅回路に入力される第３、第４制御信号に応じて引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路とを具備する。
【００１６】
また、この発明に係る他の実施態様のチャージポンプは、定電流源回路と第１差動増幅回路をカスコード接続してなり、前記第１差動増幅回路に入力される第１、第２制御信号に応じて出力電流を制御する電流出力スイッチ回路と、第１、第２トランジスタの電流通路の一端同士が接続され、前記一端に抵抗を介して基準電位が供給されると共に、前記第１トランジスタのゲートに入力される第３制御信号、及び前記第２トランジスタのゲートに入力される第４制御信号に応じて定電流源として動作し引き込み電流を制御する電流引き込みスイッチ回路と、前記電流引き込みスイッチ回路に前記第３、第４制御信号を出力する第２差動増幅回路とを具備する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
まず、この発明の第１の実施の形態のチャージポンプについて説明する。
図１は、第１の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【００１８】
このチャージポンプは、電流出力（充電）を行うための電流出力用スイッチ回路、この電流出力用スイッチ回路の動作を制御するために必要な信号を発生する出力用アンプ回路、電流引き込み（放電）を行うための電流引き込み用スイッチ回路、この電流引き込み用スイッチ回路の動作を制御するために必要な信号を発生する引き込み用アンプ回路を有している。
【００１９】
前記電流出力用スイッチ回路は、図１に示すように、ＰＮＰ形トランジスタＱ１、ＰＮＰ形トランジスタＱ２からなる差動増幅器、及び抵抗Ｒ１から構成される。この電流出力用スイッチ回路に信号を出力する出力用アンプ回路は、ＮＰＮ形トランジスタＱ３、ＮＰＮ形トランジスタＱ４からなる差動増幅器、レベルシフト回路として働くＰＮＰ形トランジスタＱ５、定電流源Ｉ１及び抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３から構成される。
【００２０】
前記電流引き込み用スイッチ回路は、ＮＰＮ形トランジスタＱ６、ＮＰＮ形トランジスタＱ７からなる差動増幅器、及び抵抗Ｒ４から構成される。この電流引き込み用スイッチ回路に信号を出力する引き込み用アンプ回路は、ＰＮＰ形トランジスタＱ８、ＰＮＰ形トランジスタＱ９からなる差動増幅器、レベルシフト回路として働くＮＰＮ形トランジスタＱ１０、定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６から構成される。
【００２１】
前述した回路素子の接続は次のようになっている。ＣＬＡ１信号がトランジスタＱ３のベースに、ＣＬＡ２信号がトランジスタＱ４のベースにそれぞれ接続される。トランジスタＱ３のコレクタは、抵抗Ｒ２を介してトランジスタＱ５のコレクタとベースに接続される。トランジスタＱ４のコレクタは、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ５のコレクタとベースに接続される。トランジスタＱ５のエミッタは、電源電圧ＶＤＤに接続されている。トランジスタＱ３のエミッタとトランジスタＱ４のエミッタが接続され、この接続点は定電流源Ｉ１を介して基準電位点ＧＮＤに接続される。なお、前記ＣＬＡ１信号とＣＬＡ２信号は、このチャージポンプにおける電流出力の動作を制御するための信号である。
【００２２】
前記トランジスタＱ３のコレクタと抵抗Ｒ２の接続点はトランジスタＱ２のベースに、前記トランジスタＱ４のコレクタと抵抗Ｒ３の接続点はトランジスタＱ１のベースにそれぞれ接続される。トランジスタＱ１のエミッタとトランジスタＱ２のエミッタとの接続点は、抵抗Ｒ１を介して電源電圧ＶＤＤに接続される。トランジスタＱ１のコレクタは基準電位点ＧＮＤに接続され、トランジスタＱ２のコレクタは出入力端子Ｔｏに接続されている。
【００２３】
また、ＣＬＢ１信号がトランジスタＱ８のベースに、ＣＬＢ２信号がトランジスタＱ９のベースにそれぞれ接続される。トランジスタＱ８のコレクタは、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ１０のコレクタとベースに接続される。トランジスタＱ９のコレクタは、抵抗Ｒ６を介してトランジスタＱ１０のコレクタとベースに接続される。このトランジスタＱ１０のエミッタは、基準電位点ＧＮＤに接続されている。トランジスタＱ８のエミッタとトランジスタＱ９のエミッタが接続され、この接続点は定電流源Ｉ２を介して電源電圧ＶＤＤに接続される。なお、前記ＣＬＢ１信号とＣＬＢ２信号は、このチャージポンプにおける電流引き込みの動作を制御するための信号である。
【００２４】
前記トランジスタＱ８のコレクタと抵抗Ｒ５の接続点はトランジスタＱ７のベースに、前記トランジスタＱ９のコレクタと抵抗Ｒ６の接続点はトランジスタＱ６のベースにそれぞれ接続される。トランジスタＱ６のエミッタとトランジスタＱ７のエミッタとの接続点は、抵抗Ｒ４を介して基準電位点ＧＮＤに接続される。トランジスタＱ６のコレクタは電源電圧ＶＤＤに接続され、トランジスタＱ７のコレクタは出入力端子Ｔｏに接続されている。
【００２５】
次に、この第１の実施の形態のチャージポンプの動作について説明する。まず、このチャージポンプにおける電流出力（充電）の動作は次のようになる。
トランジスタＱ３、Ｑ４からなる差動増幅器に、図２（Ａ）に示すＣＬＡ１信号、図２（Ｂ）に示すＣＬＡ２信号が入力される。このＣＬＡ１信号、ＣＬＡ２信号は、電流出力の動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＡ１信号及びＣＬＡ２信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ３、Ｑ４からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００２６】
まず、電流出力（充電）が停止している場合、ＣＬＡ１信号により“Ｌ”がトランジスタＱ３のベースに入力され、ＣＬＡ２信号により“Ｈ”がトランジスタＱ４のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ３ではそのコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ４には定電流源Ｉ１の電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ２とトランジスタＱ１のベースに入力される。
【００２７】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ１は入力されたＣＬＡ４信号に応じてコレクタ電流を流す。一方、トランジスタＱ２は入力されたＣＬＡ３信号に応じてトランジスタＱ２のコレクタ電流を遮断する。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れず、電流出力（充電）の動作は停止する。
【００２８】
続いて、電流出力（充電）が行われる場合、ＣＬＡ１信号により“Ｈ”がトランジスタＱ３のベースに入力され、ＣＬＡ２信号により“Ｌ”がトランジスタＱ４のベースに入力される。すると、トランジスタＱ３では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ１の電流）が流れる。一方、トランジスタＱ４ではそのコレクタ電流が遮断される。これにより、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ２とトランジスタＱ１のベースに入力される。
【００２９】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ１は入力されたＣＬＡ４信号に応じてトランジスタＱ１のコレクタ電流を遮断する。一方、トランジスタＱ２は入力されたＣＬＡ３信号に応じてコレクタ電流を流す。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れ、電流出力（充電）が行われる。
【００３０】
ここで、トランジスタＱ２、Ｑ５が同一形状のトランジスタであるとすると、次の関係が成り立つ。
Ｉ１×Ｒ２＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉｓ）  ＝Ｉ３×Ｒ１＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ３／Ｉｓ）  …（１）
ただし、Ｉ１：定電流源Ｉ１の電流、Ｉ３：充電電流、［Ｖ］Ｔ  ＝ｋＴ／ｑ、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：素電荷、Ｔ：絶対温度であり、ＩｓについてはトランジスタＱ５、Ｑ２に固有の定数、形状が同一であるため、トランジスタＱ５、Ｑ２とで同じＩｓとして表現したものである。
【００３１】
電流Ｉ１と充電電流Ｉ３との関係は、式（１）で求められ、トランジスタＱ５とトランジスタＱ１が同一特性であり、さらに抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１も同一特性であれば、Ｉ１＝Ｉ３となる。
【００３２】
次に、電流引き込み（放電）の動作は次のようになる。
トランジスタＱ８、Ｑ９からなる差動増幅器に、図２（Ｂ）に示すＣＬＢ１信号、図２（Ａ）に示すＣＬＢ２信号が入力される。このＣＬＢ１信号、ＣＬＢ２信号は、電流引き込みの動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＢ１信号及びＣＬＢ２信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ８、Ｑ９からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００３３】
まず、電流引き込み（放電）が停止している場合、ＣＬＢ１信号により“Ｈ”がトランジスタＱ８のベースに入力され、ＣＬＢ２信号により“Ｌ”がトランジスタＱ９のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ８ではそのコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ９には定電流源Ｉ２の電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ６とトランジスタＱ７のベースに入力される。
【００３４】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ６は入力されたＣＬＢ３信号に応じてコレクタ電流を流す。一方、トランジスタＱ７は入力されたＣＬＢ４信号に応じてトランジスタＱ７のコレクタ電流を遮断する。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れず、電流引き込み（放電）の動作は停止する。
【００３５】
続いて、電流引き込み（放電）が行われる場合、ＣＬＢ１信号により“Ｌ”がトランジスタＱ８のベースに入力され、ＣＬＢ２信号により“Ｈ”がトランジスタＱ９のベースに入力される。すると、トランジスタＱ８では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ２の電流）が流れる。一方、トランジスタＱ９ではそのコレクタ電流が遮断される。これにより、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ６とトランジスタＱ７のベースに入力される。
【００３６】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ６は入力されたＣＬＢ３信号に応じてトランジスタＱ６のコレクタ電流を遮断する。一方、トランジスタＱ７は入力されたＣＬＢ４信号に応じてコレクタ電流を流す。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れ、電流引き込み（放電）が行われる。
【００３７】
ここで、トランジスタＱ７、Ｑ１０が同一形状のトランジスタであるとすると、次の関係が成り立つ。
Ｉ２×Ｒ５＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ２／Ｉｓ）  ＝Ｉ３×Ｒ４  ＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ３／Ｉｓ）  …（２）
ただし、Ｉ２：定電流源Ｉ２の電流、Ｉ３：放電電流、［Ｖ］Ｔ  ＝ｋＴ／ｑ、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：素電荷、Ｔ：絶対温度であり、ＩｓについてはトランジスタＱ１０、Ｑ７に固有の定数、形状が同一であるため、トランジスタＱ１０、Ｑ７とで同じＩｓとして表現したものである。
【００３８】
電流Ｉ２と放電電流Ｉ３との関係は、式（２）で求められ、トランジスタＱ１０とトランジスタＱ７が同一特性であり、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４も同一特性であれば、Ｉ２＝Ｉ３となる。
【００３９】
このように構成されたチャージポンプでは、電流出力用スイッチ回路の動作を制御するためのＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号を出力する出力用アンプ回路が差動増幅器であるため、前記ＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号を高速に生成し出力することができる。そして、電流出力用スイッチ回路もトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２からなる差動増幅器で構成されているため、この差動増幅器に入力されるＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が高速に生成されることから、高速に電流出力（充電動作）を行うことができる。
【００４０】
また、電流引き込み用スイッチ回路の動作を制御するためのＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号を出力する引き込み用アンプ回路が差動増幅器であるため、前記ＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号を高速に生成し出力することができる。そして、電流引き込み用スイッチ回路もトランジスタＱ６及びトランジスタＱ７からなる差動増幅器で構成されているため、この差動増幅器に入力されるＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が高速に生成されることから、高速に電流引き込み（放電動作）を行うことができる。
【００４１】
なお、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１、及びトランジスタＱ１０、抵抗Ｒ５とトランジスタＱ７、抵抗Ｒ４はカレントミラー回路の関係にある。しかし、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４のどちらに電流が流れていても、トランジスタＱ５には常に電流が流れている。同様に、トランジスタＱ８、トランジスタＱ９のどちらに電流が流れていても、トランジスタＱ１０には常に電流が流れている。このため、通常のカレントミラー回路がオンするときのような遅れがない。したがって、このチャージポンプでは、入力信号に対して高速な電流出力（充電）または電流引き込み（放電）を実行することができる。
【００４２】
また、このチャージポンプでは、抵抗とトランジスタによる差動増幅器によって構成されたスイッチで電流出力を行うため、定電流源と差動増幅器をカスコード接続したスイッチで電流出力を行う場合と比べて、定電流源が動作するのに必要な電圧がいらなくなり、出力電圧の範囲が広くなる。また、このチャージポンプでは、抵抗とトランジスタによる差動増幅器によって構成されたスイッチで電流引き込みを行うため、定電流源と差動増幅器をカスコード接続したスイッチで電流引き込みを行う場合と比べて、定電流源が動作するのに必要な電圧がいらなくなり、入力電圧の範囲が広くなる。
【００４３】
以上説明したようにこの第１の実施の形態によれば、電流出力（充電動作）及び電流引き込み（放電動作）を高速に行うことができるとともに、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持することができる。
【００４４】
次に、この発明の第２の実施の形態のチャージポンプについて説明する。
このチャージポンプは、電流出力側に差動増幅器を有する電流出力用スイッチ回路を備え、電流引き込み側に差動増幅器を有する引き込み用アンプ回路と差動増幅器を有する電流引き込み用スイッチ回路を備えたものである。
【００４５】
図３は、第２の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
このチャージポンプは、電流出力（充電）を行うための電流出力用スイッチ回路、電流引き込み（放電）を行うための電流引き込み用スイッチ回路、この電流引き込み用スイッチ回路の動作を制御するために必要な信号を発生する引き込み用アンプ回路を有している。
【００４６】
前記電流出力用スイッチ回路は、図３に示すように、ＰＮＰ形トランジスタＱ１、ＰＮＰ形トランジスタＱ２からなる差動増幅器、及び定電流源Ｉ１から構成される。前記電流引き込み用スイッチ回路は、ＮＰＮ形トランジスタＱ６、ＮＰＮ形トランジスタＱ７からなる差動増幅器、及び抵抗Ｒ４から構成される。この電流引き込み用スイッチ回路に信号を出力する引き込み用アンプ回路は、ＰＮＰ形トランジスタＱ８、ＰＮＰ形トランジスタＱ９からなる差動増幅器、レベルシフト回路として働くＮＰＮ形トランジスタＱ１０、定電流源Ｉ２、及び抵抗Ｒ５、抵抗Ｒ６から構成される。
【００４７】
次に、この第２の実施の形態のチャージポンプの動作について説明する。まず、このチャージポンプにおける電流出力（充電）の動作は次のようになる。
トランジスタＱ１、Ｑ２からなる差動増幅器に、図２（Ａ）に示すＣＬＡ５信号、図２（Ｂ）に示すＣＬＡ６信号が入力される。このＣＬＡ５信号、ＣＬＡ６信号は、電流出力の動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＡ５信号及びＣＬＡ６信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ１、Ｑ２からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００４８】
まず、電流出力（充電）が停止している場合、ＣＬＡ５信号により“Ｌ”がトランジスタＱ１のベースに入力され、ＣＬＡ６信号により“Ｈ”がトランジスタＱ２のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ１ではコレクタ電流（定電流源Ｉ１の電流）が流れ、一方、トランジスタＱ２ではコレクタ電流が遮断される。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れず、電流出力（充電）の動作は停止する。
【００４９】
続いて、電流出力（充電）が行われる場合、ＣＬＡ５信号により“Ｈ”がトランジスタＱ１のベースに入力され、ＣＬＡ６信号により“Ｌ”がトランジスタＱ２のベースに入力される。すると、トランジスタＱ１ではコレクタ電流が遮断され、一方、トランジスタＱ２では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ１の電流）が流れる。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れ、電流出力（充電）が行われる。
【００５０】
次に、電流引き込み（放電）の動作は次のようになる。
トランジスタＱ８、Ｑ９からなる差動増幅器に、図２（Ｂ）に示すＣＬＢ１信号、図２（Ａ）に示すＣＬＢ２信号が入力される。このＣＬＢ１信号、ＣＬＢ２信号は、電流引き込みの動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＢ１信号及びＣＬＢ２信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ８、Ｑ９からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００５１】
まず、電流引き込み（放電）が停止している場合、ＣＬＢ１信号により“Ｈ”がトランジスタＱ８のベースに入力され、ＣＬＢ２信号により“Ｌ”がトランジスタＱ９のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ８ではそのコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ９には定電流源Ｉ２の電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ６とトランジスタＱ７のベースに入力される。
【００５２】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ６は入力されたＣＬＢ３信号に応じてコレクタ電流を流す。一方、トランジスタＱ７は入力されたＣＬＢ４信号に応じてトランジスタＱ７のコレクタ電流を遮断する。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れず、電流引き込み（放電）の動作は停止する。
【００５３】
続いて、電流引き込み（放電）が行われる場合、ＣＬＢ１信号により“Ｌ”がトランジスタＱ８のベースに入力され、ＣＬＢ２信号により“Ｈ”がトランジスタＱ９のベースに入力される。すると、トランジスタＱ８では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ２の電流）が流れる。一方、トランジスタＱ９ではそのコレクタ電流が遮断される。これにより、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ６との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ６とトランジスタＱ７のベースに入力される。
【００５４】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ６は入力されたＣＬＢ３信号に応じてトランジスタＱ６のコレクタ電流を遮断する。一方、トランジスタＱ７は入力されたＣＬＢ４信号に応じてコレクタ電流を流す。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れ、電流引き込み（放電）が行われる。
【００５５】
ここで、トランジスタＱ７、Ｑ１０が同一形状のトランジスタであるとすると、次の関係が成り立つ。
Ｉ２×Ｒ５＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ２／Ｉｓ）  ＝Ｉ３×Ｒ４  ＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ３／Ｉｓ）  …（２）
ただし、Ｉ２：定電流源Ｉ２の電流、Ｉ３：放電電流、［Ｖ］Ｔ  ＝ｋＴ／ｑ、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：素電荷、Ｔ：絶対温度であり、ＩｓについてはトランジスタＱ１０、Ｑ７に固有の定数、形状が同一であるため、トランジスタＱ１０、Ｑ７とで同じＩｓとして表現したものである。
【００５６】
電流Ｉ２と放電電流Ｉ３との関係は、式（２）で求められ、トランジスタＱ１０とトランジスタＱ７、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４とが等しければＩ２＝Ｉ３となる。このように構成されたチャージポンプでは、電流出力用スイッチ回路がトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２からなる差動増幅器で構成されているため、高速に電流出力（充電動作）を行うことができる。また、電流引き込み用スイッチ回路の動作を制御するためのＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号を出力する引き込み用アンプ回路が差動増幅器であるため、前記ＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号を高速に生成し出力することができる。そして、電流引き込み用スイッチ回路もトランジスタＱ６及びトランジスタＱ７からなる差動増幅器で構成されているため、この差動増幅器に入力されるＣＬＢ３信号、ＣＬＢ４信号が高速に生成されることから、高速に電流引き込み（放電動作）を行うことができる。
【００５７】
なお、トランジスタＱ１０、抵抗Ｒ５とトランジスタＱ７、抵抗Ｒ４はカレントミラー回路の関係にある。しかし、トランジスタＱ８、トランジスタＱ９のどちらに電流が流れていても、トランジスタＱ１０には常に電流が流れている。このため、通常のカレントミラー回路がオンするときのような遅れがない。したがって、このチャージポンプでは、入力信号に対して高速な電流引き込み（放電）を実行することができる。
【００５８】
また、このチャージポンプでは、抵抗とトランジスタによる差動増幅器によって構成されたスイッチで電流引き込みを行うため、定電流源と差動増幅器をカスコード接続したスイッチで電流引き込みを行う場合と比べて、定電流源が動作するのに必要な電圧がいらなくなり、入力電圧の範囲が広くなる。
【００５９】
以上説明したようにこの第２の実施の形態によれば、電流出力（充電動作）及び電流引き込み（放電動作）を高速に行うことができるとともに、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持することができる。
【００６０】
なお、この第２の実施の形態のチャージポンプは、例えば出入力端子にダーリントントランジスタを接続した場合など、出力電圧範囲が制限されてもよい場合に用いると有効である。
【００６１】
次に、この発明の第３の実施の形態のチャージポンプについて説明する。
このチャージポンプは、電流出力側に差動増幅器を有する出力用アンプ回路と差動増幅器を有する電流出力用スイッチ回路とを備え、電流引き込み側に差動増幅器を有する電流引き込み用スイッチ回路を備えたものである。
【００６２】
図４は、第３の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
このチャージポンプは、電流出力（充電）を行うための電流出力用スイッチ回路、この電流出力用スイッチ回路の動作を制御するために必要な信号を発生する出力用アンプ回路、電流引き込み（放電）を行うための電流引き込み用スイッチ回路を有している。
【００６３】
前記電流出力用スイッチ回路は、図４に示すように、ＰＮＰ形トランジスタＱ１、ＰＮＰ形トランジスタＱ２からなる差動増幅器、及び抵抗Ｒ１から構成される。この電流出力用スイッチ回路に信号を出力する出力用アンプ回路は、ＮＰＮ形トランジスタＱ３、ＮＰＮ形トランジスタＱ４からなる差動増幅器、レベルシフト回路として働くＰＮＰ形トランジスタＱ５、定電流源Ｉ１及び抵抗Ｒ２、抵抗Ｒ３から構成される。
【００６４】
前記電流引き込み用スイッチ回路は、ＮＰＮ形トランジスタＱ６、ＮＰＮ形トランジスタＱ７からなる差動増幅器、及び定電流源Ｉ２から構成される。
次に、この第３の実施の形態のチャージポンプの動作について説明する。まず、このチャージポンプにおける電流出力（充電）の動作は次のようになる。
【００６５】
トランジスタＱ３、Ｑ４からなる差動増幅器に、図２（Ａ）に示すＣＬＡ１信号、図２（Ｂ）に示すＣＬＡ２信号が入力される。このＣＬＡ１信号、ＣＬＡ２信号は、電流出力の動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＡ１信号及びＣＬＡ２信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ３、Ｑ４からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００６６】
まず、電流出力（充電）が停止している場合、ＣＬＡ１信号により“Ｌ”がトランジスタＱ３のベースに入力され、ＣＬＡ２信号により“Ｈ”がトランジスタＱ４のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ３ではそのコレクタ電流が遮断され、トランジスタＱ４には定電流源Ｉ１の電流が流れる。これにより、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ２とトランジスタＱ１のベースに入力される。
【００６７】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ１は入力されたＣＬＡ４信号に応じてコレクタ電流を流す。一方、トランジスタＱ２は入力されたＣＬＡ３信号に応じてトランジスタＱ２のコレクタ電流を遮断する。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れず、電流出力（充電）の動作は停止する。
【００６８】
続いて、電流出力（充電）が行われる場合、ＣＬＡ１信号により“Ｈ”がトランジスタＱ３のベースに入力され、ＣＬＡ２信号により“Ｌ”がトランジスタＱ４のベースに入力される。すると、トランジスタＱ３では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ１の電流）が流れる。一方、トランジスタＱ４ではそのコレクタ電流が遮断される。これにより、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３との間に差電圧が生じ、この差電圧に応じたＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が差動増幅器を構成するトランジスタＱ２とトランジスタＱ１のベースに入力される。
【００６９】
前記差動増幅器では、トランジスタＱ１は入力されたＣＬＡ４信号に応じてトランジスタＱ１のコレクタ電流を遮断する。一方、トランジスタＱ２は入力されたＣＬＡ３信号に応じてコレクタ電流を流す。したがって、トランジスタＱ２から出入力端子Ｔｏへ充電電流が流れ、電流出力（充電）が行われる。
【００７０】
ここで、トランジスタＱ２、Ｑ５が同一形状のトランジスタであるとすると、次の関係が成り立つ。
Ｉ１×Ｒ２＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ１／Ｉｓ）  ＝Ｉ３×Ｒ１＋［Ｖ］Ｔ  ×ｌｎ（Ｉ３／Ｉｓ）  …（１）
ただし、Ｉ１：定電流源Ｉ１の電流、Ｉ３：充電電流、［Ｖ］Ｔ  ＝ｋＴ／ｑ、ｋ：ボルツマン定数、ｑ：素電荷、Ｔ：絶対温度であり、ＩｓについてはトランジスタＱ５、Ｑ２に固有の定数、形状が同一であるため、トランジスタＱ５、Ｑ２とで同じＩｓとして表現したものである。
【００７１】
電流Ｉ１と充電電流Ｉ３との関係は、式（１）で求められ、トランジスタＱ５とトランジスタＱ２、抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ１とが等しければＩ１＝Ｉ３となる。
次に、電流引き込み（放電）の動作は次のようになる。
【００７２】
トランジスタＱ６、Ｑ７からなる差動増幅器に、図２（Ｂ）に示すＣＬＢ５信号、図２（Ａ）に示すＣＬＢ６信号が入力される。このＣＬＢ５信号、ＣＬＢ６信号は、電流引き込みの動作を制御するための信号である。ここで、ＣＬＢ５信号及びＣＬＢ６信号の“Ｈ”と“Ｌ”の電位差は、トランジスタＱ６、Ｑ７からなる差動増幅器を十分にスイッチングできる電位差であるとする。
【００７３】
まず、電流引き込み（放電）が停止している場合、ＣＬＢ５信号により“Ｈ”がトランジスタＱ６のベースに入力され、ＣＬＢ６信号により“Ｌ”がトランジスタＱ７のベースに入力されている。すると、トランジスタＱ６ではコレクタ電流（定電流源Ｉ２の電流）が流れ、一方、トランジスタＱ７ではコレクタ電流が遮断される。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れず、電流引き込み（放電）の動作は停止する。
【００７４】
続いて、電流引き込み（放電）が行われる場合、ＣＬＢ５信号により“Ｌ”がトランジスタＱ６のベースに入力され、ＣＬＢ６信号により“Ｈ”がトランジスタＱ７のベースに入力される。すると、トランジスタＱ６ではコレクタ電流が遮断され、一方、トランジスタＱ７では遮断されていたコレクタ電流（定電流源Ｉ２の電流）が流れる。したがって、出入力端子ＴｏからトランジスタＱ７へ放電電流が流れ、電流引き込み（放電）が行われる。
【００７５】
このように構成されたチャージポンプでは、電流出力用スイッチ回路の動作を制御するためのＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号を出力する出力用アンプ回路が差動増幅器であるため、前記ＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号を高速に生成し出力することができる。そして、電流出力用スイッチ回路もトランジスタＱ１及びトランジスタＱ２からなる差動増幅器で構成されているため、この差動増幅器に入力されるＣＬＡ３信号、ＣＬＡ４信号が高速に生成されることから、高速に電流出力（充電動作）を行うことができる。また、電流引き込み用スイッチ回路がトランジスタＱ６及びトランジスタＱ７からなる差動増幅器で構成されているため、高速に電流引き込み（放電動作）を行うことができる。
【００７６】
なお、トランジスタＱ５、抵抗Ｒ２とトランジスタＱ２、抵抗Ｒ１はカレントミラー回路の関係にある。しかし、トランジスタＱ３、トランジスタＱ４のどちらに電流が流れていても、トランジスタＱ５には常に電流が流れている。このため、通常のカレントミラー回路がオンするときのような遅れがない。したがって、このチャージポンプでは、入力信号に対して高速な電流出力（充電）または電流引き込み（放電）を実行することができる。
【００７７】
また、このチャージポンプでは、抵抗とトランジスタによる差動増幅器によって構成されたスイッチで電流出力を行うため、定電流源と差動増幅器をカスコード接続したスイッチで電流出力を行う場合と比べて、定電流源が動作するのに必要な電圧がいらなくなり、出力電圧の範囲が広くなる。
【００７８】
以上説明したようにこの第３の実施の形態によれば、電流出力（充電動作）及び電流引き込み（放電動作）を高速に行うことができるとともに、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持することができる。
【００７９】
なお、前述した実施の形態では、ＮＰＮ形トランジスタあるいはＰＮＰ形トランジスタを用いた場合を説明したが、これらの換わりにｎチャネル電界効果トランジスタあるいはｐチャネル電界効果トランジスタを用いてもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電流出力（充電動作）及び電流引き込み（放電動作）を高速に行うことができるとともに、出入力電位のダイナミックレンジを広く保持できるチャージポンプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【図２】チャージポンプを動作させるための入力信号を示す図である。
【図３】第２の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【図４】第３の実施の形態のチャージポンプの構成を示す回路図である。
【図５】従来のチャージポンプの一例を示す回路図である。
【図６】従来のチャージポンプの別の例を示す回路図である。
【符号の説明】
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ５、Ｑ８、Ｑ９…ＰＮＰ形トランジスタ
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６…抵抗
Ｑ３、Ｑ４、Ｑ６、Ｑ７、Ｑ１０…ＮＰＮ形トランジスタ
Ｉ１、Ｉ２…定電流源
【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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