JP2005318388A - Transmission gate for sample-hold circuit - Google Patents

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JP2005318388A JP2004135671A JP2004135671A JP2005318388A JP 2005318388 A JP2005318388 A JP 2005318388A JP 2004135671 A JP2004135671 A JP 2004135671A JP 2004135671 A JP2004135671 A JP 2004135671A JP 2005318388 A JP2005318388 A JP 2005318388A
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Koichi Sakai
弘一 酒井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transmission gate capable of making capacitances equal to each other without the need for adjustment of sizes of MOS-FETs and the concentration with respect to the transmission gate configured to reduce noise in a holding state. <P>SOLUTION: In the transmission gate for a sample-hold circuit provided with P channel and N channel field effect transistors connected in parallel between an input terminal and a hold capacitor, field effect transistors whose sources and drains are respectively short-circuited and the size of which is halved are connected in series between the respective field effect transistors and the hold capacitor. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、サンプルホールド回路に用いるトランスミッションゲートに係るもので、ホールド時のノイズが少なくなるように構成したトランスミッションゲートに関するものである。   The present invention relates to a transmission gate used in a sample and hold circuit, and relates to a transmission gate configured to reduce noise during holding.

図2に示したように、NチャネルとPチャネルのMOS電界効果トランジスタ(FET)を組み合わせて一対のゲートとし、その各々のゲートに駆動パルスを印加するトランスミッションゲートが用いられている。駆動パルスによってトランジスタがON時にはサンプルモード、トランジスタがOFF時にはホールドモードとして動作させ、任意のサンプリングパルスによって信号を検出して出力するものである。駆動パルスがPチャネルとNチャネルのMOS-FETのゲートに印加されるが、この例では、NチャネルのMOS-FETのゲートにはインバータによって反転された信号が印加される。図3(A)のように、Pチャネル側が”L”、Nチャネル側が”H”となると、入力信号によってコンデンサに電荷が蓄積されるサンプルモード(期間)となる。逆に図3(B)のように、Pチャネル側が”H”、Nチャネル側が”L”となると、入力信号が遮断された状態となり、コンデンサに電荷が蓄積された状態を維持するホールドモード(期間)となる。   As shown in FIG. 2, a transmission gate is used in which N-channel and P-channel MOS field effect transistors (FETs) are combined to form a pair of gates, and a drive pulse is applied to each of the gates. When the transistor is turned on by the drive pulse, the sample mode is operated, and when the transistor is turned off, the hold mode is operated, and a signal is detected and output by an arbitrary sampling pulse. The drive pulse is applied to the gates of the P-channel and N-channel MOS-FETs. In this example, the signal inverted by the inverter is applied to the gates of the N-channel MOS-FETs. As shown in FIG. 3A, when the P channel side becomes “L” and the N channel side becomes “H”, the sample mode (period) in which charges are accumulated in the capacitor by the input signal is set. On the contrary, as shown in FIG. 3B, when the P channel side becomes “H” and the N channel side becomes “L”, the input signal is cut off, and the hold mode (the charge accumulation state is maintained in the capacitor). Period).

ホールセンサのような非常に小さい入力信号を扱う場合、トランスミッションゲートが開閉する際に出力側のホールドコンデンサにノイズを発生してしまう。このノイズによって、図4に示したように、ホールド電圧Voutのホールドレベルが変化してしまうので、正確なホールド電圧が得られなくなる。ノイズの主な原因は、図5に示したように、MOS-FETのゲート−ソース間の容量Cgsとゲート−ドレイン間の容量Cgdを通じてゲートドライブパルスがホールドコンデンサに注入されるためである。サンプルモードでは、図6(A)に示すように、電荷Q=CA(1.5−0)の電荷が容量Cに、電荷Q=C(3−1.5)の電荷が容量Cに蓄積されている。また、ホールドモードでは、図6(B)に示すように、電荷Q=CA(1.5−3)の電荷が容量Cに、電荷Q=C(1.5−0)の電荷が容量Cに蓄積されている。 When handling a very small input signal such as a hall sensor, noise is generated in the output-side hold capacitor when the transmission gate opens and closes. Due to this noise, as shown in FIG. 4, the hold level of the hold voltage Vout changes, so that an accurate hold voltage cannot be obtained. As shown in FIG. 5, the main cause of noise is that a gate drive pulse is injected into the hold capacitor through the gate-source capacitance Cgs and the gate-drain capacitance Cgd of the MOS-FET. In the sample mode, as shown in FIG. 6A, the charge Q = C A (1.5-0) is accumulated in the capacitor C A and the charge Q = C B (3-1.5) is accumulated in the capacitor C B. Has been. In the hold mode, as shown in FIG. 6B, the charge Q = C A (1.5-3) is transferred to the capacitor C A and the charge Q = C B (1.5-0) is transferred to the capacitor C B. Have been accumulated.

図7(A)、(B)に示す容量C、Cが等しければ、コンデンサの両端の電位が入れ替わっても中点の電位は変わらないので、ノイズは発生しない(コンデンサの分圧の原理)。そのためその対策として、NチャネルとPチャネルのFETのこれらの容量を等しくするような対策(トランジスタのサイズを合わせ込む)が採られている。しかし、マスクやエッチングなどのばらつきで容量が等しくならず、製品ごとにばらつきを生じることが避けられない。特に、イオン注入において、Pチャネル用のP型拡散濃度とNチャネル用のN型拡散濃度の比を合わせなければならず、このばらつきが主要な原因となっている。
特開2002−207053号公報 特開平9−21832号公報 特開平5−119076号公報
If the capacitances C A and C B shown in FIGS. 7A and 7B are equal, the potential at the midpoint does not change even if the potentials at both ends of the capacitor are switched, so no noise is generated (the principle of voltage division of the capacitor). ). Therefore, as a countermeasure, a countermeasure (equalizing the transistor size) is adopted to equalize the capacitances of the N-channel and P-channel FETs. However, the capacities are not equal due to variations in masks and etching, and it is inevitable that variations occur between products. In particular, in ion implantation, the ratio of the P-type diffusion concentration for the P channel and the N-type diffusion concentration for the N channel must be matched, and this variation is a major cause.
JP 2002-207053 A Japanese Patent Laid-Open No. 9-21832 Japanese Patent Laid-Open No. 5-119076

本発明は、上記のホールドコンデンサに侵入するノイズを除去するための構造を提供するもので、MOS-FETのサイズの調整、濃度の調整などをしなくても容量を合わせ込むことが可能なトランスミッションゲートを得るものである。   The present invention provides a structure for removing the noise intruding into the hold capacitor, and a transmission capable of adjusting the capacitance without adjusting the size of the MOS-FET or adjusting the concentration. Get the gate.

本発明は、サンプルホールド用のトランジスタ対にそのサイズの1/2のサイズのトランジスタを付加することによって上記の課題を解決するものである。すなわち、入力端子とホールドコンデンサ間に並列に接続されたPチャネルとNチャネルの電界効果トランジスタを具えたサンプルホールド回路のトランスミッションゲートにおいて、それぞれの電界効果トランジスタとホールドコンデンサ間に、それぞれの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡された電界効果トランジスタがそれぞれ直列に接続されたことに特徴を有するものである。   The present invention solves the above-mentioned problem by adding a transistor having a size half that of a sample-hold transistor pair. That is, in the transmission gate of a sample-and-hold circuit having a P-channel and an N-channel field effect transistor connected in parallel between the input terminal and the hold capacitor, each field effect transistor is interposed between each field effect transistor and the hold capacitor. The field-effect transistors having a source and drain short-circuited in a size half the size of the above are characterized by being connected in series.

本発明によれば、それぞれに1/2のサイズのトランジスタを付加して接続したので、ホールドコンデンサから見てNチャネル側およびPチャネル側のそれぞれのゲート容量の総和が等しくなる。2個の同容量のコンデンサの電位は同じコンデンサの分割点にあれば、それぞれのコンデンサの両端の電位が“High”レベルと“Low”レベルと交互に入れ替わっても一定であることを利用したものである。   According to the present invention, since transistors of 1/2 size are added and connected to each other, the total sum of the gate capacities on the N channel side and the P channel side as seen from the hold capacitor becomes equal. Utilizing the fact that the potential of two capacitors of the same capacity is constant even if they are alternately switched between the “High” level and the “Low” level if the potentials at the same capacitor are at the dividing point. It is.

サンプルホールド用のNチャネルとPチャネルのトランジスタ対と、それぞれのトランジスタのサイズの1/2のPチャネルとNチャネルのトランジスタを用意する。サンプルホールド用のNチャネルとPチャネルのトランジスタとホールドコンデンサ間にこれらの1/2のサイズのトランジスタを接続する。これらの1/2のサイズのトランジスタは容量を得るだけなので、ソース−ドレイン間を短絡しておく。これらのトランジスタは、同じシリコン基板に一連のプロセスで同時に形成することができる。   A sample-and-hold N-channel and P-channel transistor pair and a P-channel and N-channel transistor that are ½ the size of each transistor are prepared. These half-sized transistors are connected between the N-channel and P-channel transistors for sample and hold and the hold capacitor. Since these half-sized transistors only obtain capacitance, the source and drain are short-circuited. These transistors can be formed on the same silicon substrate simultaneously by a series of processes.

図1を参照して本発明の実施例を説明する。トランスミッションゲートは並列に接続されるPチャネルMOS-FETとNチャネルMOS-FETで構成され、入力端VINと出力端VOUT間に接続される。また、トランスミッションゲートの出力側にホールドコンデンサが接続されて一端が接地される。PチャネルのMOS-FETに直列にNチャネルのMOS-FETが接続されるが、このMOS-FETはそのサイズが半分となるように形成される。また、NチャネルのMOS-FETと直列にサイズが半分となっているPチャネルのMOS-FETが接続される。これらのサイズが半分のMOS-FETはいずれもソースとドレインが短絡されている。 An embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The transmission gate is composed of a P-channel MOS-FET and an N-channel MOS-FET connected in parallel, and is connected between the input terminal V IN and the output terminal V OUT . Also, a hold capacitor is connected to the output side of the transmission gate and one end is grounded. An N-channel MOS-FET is connected in series to a P-channel MOS-FET, and this MOS-FET is formed so that its size is halved. Further, a P-channel MOS-FET having a half size is connected in series with the N-channel MOS-FET. In all of these half-sized MOS-FETs, the source and drain are short-circuited.

トランスミッションゲートを構成するPチャネルのMOS-FETとそれに接続されるNチャネルのMOS-FET、NチャネルのMOS-FETとそれに接続されるPチャネルのMOS-FETはそれぞれ駆動パルス源に接続されて、一方が“High”のときに他方が“Low”となるように駆動される。ソース−ドレイン間が短絡されたMOS-FETはそれ自体はMOS-FETとしての動作は行わない。   The P-channel MOS-FET and the N-channel MOS-FET connected to the P-channel MOS-FET constituting the transmission gate, and the N-channel MOS-FET and the P-channel MOS-FET connected to the N-channel MOS-FET are connected to a drive pulse source, respectively. When one is “High”, the other is driven to be “Low”. A MOS-FET whose source and drain are short-circuited does not itself operate as a MOS-FET.

図1において、上側のPチャネルのMOS-FETとそれに接続されたソース−ドレインが短絡されたMOS-FETの部分で生じる容量C1
1=C+CN/2+CN/2=C+C
となり、下側の容量C2は、
C2=CN+CP/2+Cp/2=CN+CP
となり、C1=C2となって、2つの容量の和が等しくなる。したがって上側のMOS-FETのゲートと下側のMOS-FETゲートが“High”レベルと“Low”レベルで交互に変わっても接続点の電位は変わらず、ノイズは発生しない。同一タイプのトランジスタを同じシリコン基板に形成すれば、製造のばらつきによる容量のばらつきが生じにくくなるので特性を揃えることが容易となる。
In FIG. 1, the capacitance C 1 generated in the upper P-channel MOS-FET and the MOS-FET portion where the source-drain connected thereto is short-circuited is C 1 = C P + C N / 2 + C N / 2 = C P + C N
And the lower capacitance C 2 is
C 2 = C N + C P / 2 + C p / 2 = C N + C P
Thus, C 1 = C 2 and the sum of the two capacitors becomes equal. Therefore, even if the upper MOS-FET gate and the lower MOS-FET gate are alternately changed between the “High” level and the “Low” level, the potential at the connection point does not change and no noise is generated. When transistors of the same type are formed on the same silicon substrate, variations in capacitance due to variations in manufacturing are less likely to occur, making it easy to align characteristics.

本発明は、微小の電流を扱うホールセンサのサンプルホールド回路等に適したトランスミッションゲートに利用できる。もちろん、これに限られるものではなく、ノイズの影響を小さくする必要のある回路全般に利用できる。   The present invention can be used for a transmission gate suitable for a sample and hold circuit of a Hall sensor that handles a minute current. Of course, the present invention is not limited to this, and the present invention can be used for all circuits that need to reduce the influence of noise.

本発明の実施例を示す回路図Circuit diagram showing an embodiment of the present invention トランスミッションゲートを示す回路図Circuit diagram showing transmission gate その動作の説明図Illustration of its operation その動作波形の説明図Illustration of the operation waveform その容量の等価回路図Equivalent circuit diagram of the capacitance その容量の等価回路図Equivalent circuit diagram of the capacitance その容量の説明図Illustration of the capacity

符号の説明Explanation of symbols

PCH:PチャネルMOS-FET
NCH:NチャネルMOS-FET
CGS:ゲート―ソース間容量
CGD:ゲート―ドレイン間容量
P CH : P channel MOS-FET
N CH : N-channel MOS-FET
C GS : Gate-source capacitance
C GD : Capacitance between gate and drain

Claims (3)

入力端子とホールドコンデンサ間に並列に接続されたPチャネルとNチャネルの電界効果トランジスタを具えたサンプルホールド回路のトランスミッションゲートにおいて、
それぞれの電界効果トランジスタとホールドコンデンサ間に、それぞれの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡された電界効果トランジスタがそれぞれ直列に接続されたことを特徴とするサンプルホールド回路のトランスミッションゲート。
In a transmission gate of a sample and hold circuit comprising a P-channel and an N-channel field effect transistor connected in parallel between an input terminal and a hold capacitor,
A sample-and-hold in which a field-effect transistor having a source and a drain short-circuited in a size half the size of each field-effect transistor is connected in series between each field-effect transistor and a hold capacitor. Circuit transmission gate.
入力端子とホールドコンデンサ間に並列に接続されたPチャネルとNチャネルの電界効果トランジスタを具えたサンプルホールド回路のトランスミッションゲートにおいて、
Pチャネルの電界効果トランジスタとホールドコンデンサ間に、そのPチャネルの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡されたNチャネルの電界効果トランジスタが直列に接続され、Nチャネルの電界効果トランジスタとホールドコンデンサ間に、そのNチャネルの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡されたPチャネルの電界効果トランジスタが直列に接続されたことを特徴とするサンプルホールド回路のトランスミッションゲート。
In a transmission gate of a sample and hold circuit comprising a P-channel and an N-channel field effect transistor connected in parallel between an input terminal and a hold capacitor,
Between the P-channel field effect transistor and the hold capacitor, an N-channel field effect transistor whose source and drain are short-circuited with a size that is half the size of the P-channel field effect transistor is connected in series. A P-channel field effect transistor having a source and drain short-circuited in a size half the size of the N-channel field effect transistor is connected in series between the N-channel field effect transistor and the hold capacitor. The transmission gate of the sample and hold circuit.
入力端と出力端間に並列に接続されたPチャネルとNチャネルの電界効果トランジスタを具えたトランスミッションゲートにおいて、
Pチャネルの電界効果トランジスタと出力端との間に、そのPチャネルの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡されたNチャネルの電界効果トランジスタが直列に接続され、Nチャネルの電界効果トランジスタと出力端との間に、そのNチャネルの電界効果トランジスタのサイズの2分の1のサイズでソースとドレインが短絡されたPチャネルの電界効果トランジスタが直列に接続されたことを特徴とするトランスミッションゲート。
In a transmission gate comprising P-channel and N-channel field effect transistors connected in parallel between an input end and an output end,
Between the P-channel field effect transistor and the output end, an N-channel field effect transistor having a size that is half the size of the P-channel field effect transistor and whose source and drain are short-circuited is connected in series. Between the N-channel field effect transistor and the output end, a P-channel field-effect transistor having a source and drain short-circuited in a size half the size of the N-channel field-effect transistor is connected in series. A transmission gate characterized by that.
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CN112468150A (en) * 2020-11-19 2021-03-09 西安交通大学 Low-noise high-precision sample-and-hold circuit structure

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