JP2014093637A - Switch device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、メインスイッチがMOSトランジスタで構成されたアナログスイッチ回路を有するスイッチ装置に関するものである。 The present invention relates to a switch device having an analog switch circuit in which a main switch is composed of MOS transistors.
この種のスイッチ装置に使用される一般的なアナログスイッチ回路として、下記特許文献1において従来の技術として開示されたアナログスイッチ回路が知られている。このアナログスイッチ回路3は、図4に示すように、伝送信号S1が入力・出力される一対の入出力端子11,12、制御信号S2が入力される1つの制御端子13、高電位電圧Vddが入力される高電位電源端子14、低電位電圧Vssが入力される低電位電源端子15、pチャネルMOSトランジスタQ1およびnチャネルMOSトランジスタQ2で構成されたメインスイッチ16、pチャネルMOSトランジスタQ3およびnチャネルMOSトランジスタQ4で構成されてメインスイッチ16のバックゲートを制御する一方の制御スイッチ17、pチャネルMOSトランジスタQ5およびnチャネルMOSトランジスタQ6で構成されてメインスイッチ16のバックゲートを制御する他方の制御スイッチ18、各MOSトランジスタQ3,Q4,Q5,Q6を介してMOSトランジスタQ2のバックゲート電位を制御するプルダウン用のnチャネルMOSトランジスタQ7、およびコントロール回路19を備えている。
As a general analog switch circuit used in this type of switch device, an analog switch circuit disclosed as a conventional technique in
このコントロール回路19は、低電位電圧Vssを基準電位とした高電位電圧Vddを作動用電圧として作動すると共に、制御端子13から入力される制御信号S2に基づいて反転信号(制御信号S2と逆相の信号)S3および制御信号S4(制御信号S2と同相の信号)を生成して上記の各MOSトランジスタQ1〜Q7のゲート端子に供給する。これにより、コントロール回路19は、メインスイッチ16をオン・オフ動作させる。この場合、反転信号S3および制御信号S4は、コントロール回路19が低電位電圧Vssを基準電位とした高電位電圧Vddを作動用電圧として作動する構成のため、そのLレベルは低電位電圧Vss近傍の電圧になり、そのHレベルは高電位電圧Vdd近傍の電圧になる。
The
また、このアナログスイッチ回路3を使用するスイッチ装置では、高電位電圧Vddおよび低電位電圧Vssとして、アナログスイッチ回路3の正電源電圧についての最大定格(高電圧側の最大定格)V+および負電源電圧についての最大定格(低電圧側の最大定格)V−を供給する構成が一般的に採用されている。このため、この構成では、コントロール回路19から出力される反転信号S3および制御信号S4は、そのLレベルが最大定格V−近傍の電圧になり、そのHレベルは最大定格V+近傍の電圧になる。
In the switch device using the
このアナログスイッチ回路3では、コントロール回路19にHレベルの制御信号S2が入力されているときには、コントロール回路19は、最大定格V−近傍の電圧(Lレベル)の反転信号S3、および最大定格V+近傍の電圧(Hレベル)の制御信号S4を出力する。これにより、このLレベルの反転信号S3がゲート端子に供給されているpチャネルMOSトランジスタQ1,Q3,Q5はオン状態に移行し、またこのHレベルの制御信号S4がゲート端子に供給されているnチャネルMOSトランジスタQ2,Q4,Q6も同時にオン状態に移行する。一方、Lレベルの反転信号S3がゲート端子に供給されているnチャネルMOSトランジスタQ7はオフ状態に移行する。これにより、アナログスイッチ回路3は、一対の入出力端子11,12間での伝送信号S1の伝送(双方向での伝送)が可能なオン状態に移行する。
In this
他方、コントロール回路19にLレベルの制御信号S2が入力されているときには、コントロール回路19は、最大定格V+近傍の電圧(Hレベル)の反転信号S3、および最大定格V−近傍の電圧(Lレベル)の制御信号S4を出力する。これにより、このHレベルの反転信号S3がゲート端子に供給されているpチャネルMOSトランジスタQ1,Q3,Q5はオフ状態に移行し、またこのLレベルの制御信号S4がゲート端子に供給されているnチャネルMOSトランジスタQ2,Q4,Q6も同時にオフ状態に移行する。一方、Hレベルの反転信号S3がゲート端子に供給されているnチャネルMOSトランジスタQ7はオン状態に移行して、メインスイッチ16のMOSトランジスタQ2のバックゲート電位が低電位電圧Vssにプルダウンされる。これにより、アナログスイッチ回路3は、一対の入出力端子11,12間での伝送信号S1の伝送が不能なオフ状態に移行する。
On the other hand, when an L level control signal S2 is input to the
ところで、上記の構成のアナログスイッチ回路では、ゲート端子に供給される反転信号S3および制御信号S4のそれぞれの立ち上がり時および立ち下がり時(つまり、制御信号S2の立ち上がり時および立ち下がり時)に、メインスイッチ16を構成する各MOSトランジスタQ1,Q2、およびメインスイッチ16のバックゲートを制御する各制御スイッチ17,18を構成する各MOSトランジスタQ3,Q4,Q5,Q6のそれぞれに固有に存在するゲート・ソース間容量およびゲート・ドレイン間容量を経由して、各ゲート端子と一対の入出力端子11,12との間に電荷の移動が発生し、これに起因して、一方の入出力端子11に入力される伝送信号を他方の入出力端子12から出力する場合において、他方の入出力端子12の電圧が変動する(入出力端子12の電圧が振られる)という現象が必ず発生する。
By the way, in the analog switch circuit configured as described above, the main signal is supplied at the rise and fall of the inverted signal S3 and the control signal S4 supplied to the gate terminal (that is, at the rise and fall of the control signal S2). Each MOS transistor Q1, Q2 constituting the
ところが、このアナログスイッチ回路3を使用する上記した従来のスイッチ装置のように、アナログスイッチ回路3の最大定格V+,V−を高電位電圧Vddおよび低電位電圧Vssとする構成では、アナログスイッチ回路3内の各MOSトランジスタQ1〜Q6のゲート端子には、上記したように、最大定格V+近傍の電圧(Hレベル)から最大定格V−近傍の電圧(Lレベル)に変化し、またこのLレベルからこのHレベルに変化する反転信号S3および制御信号S4が供給されるため、常に、最大定格V+,V−の電位差に応じた大きな電圧の変動が他方の入出力端子12に生じ、この電圧の変動を低減するのが困難であるという解決すべき課題が存在している。
However, in the configuration in which the maximum ratings V + and V− of the
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、制御信号の立ち上がり時および立ち下がり時に入出力端子に発生する電圧の変動を低減し得るスイッチ装置を提供することを主目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and a main object of the present invention is to provide a switch device that can reduce fluctuations in voltage generated at an input / output terminal when a control signal rises and falls.
上記目的を達成すべく請求項1記載のスイッチ装置は、一対の入出力端子、制御信号が入力される制御端子、高電位電源端子、低電位電源端子、pチャネルMOSトランジスタとnチャネルMOSトランジスタとで構成されるメインスイッチ、およびコントロール回路を備え、前記高電位電源端子に入力される高電位電圧および前記低電位電源端子に入力される低電位電圧で前記メインスイッチおよび前記コントロール回路が作動して、前記コントロール回路が前記制御信号の反転信号を生成すると共に当該制御信号および当該反転信号を前記メインスイッチに出力し、当該メインスイッチの前記各MOSトランジスタが前記制御信号および前記反転信号に基づいてオン状態およびオフ状態のいずれかに同時に移行することにより、前記一対の入出力端子のうちの一方の入出力端子に入力されている伝送信号の他方の入出力端子からの出力をオン・オフするアナログスイッチ回路と、設定された電圧で基準電圧を生成して電圧出力端子から出力する電圧生成回路と、前記アナログスイッチ回路の前記他方の入出力端子と前記電圧出力端子との間に配設されて、前記基準電圧の前記他方の入出力端子への出力をオン・オフする接断回路とを備え、前記アナログスイッチ回路は、オン状態の前記接断回路が前記他方の入出力端子に前記基準電圧を出力しているときに、オン状態およびオフ状態のいずれか一方の状態から他方の状態に移行される。
In order to achieve the above object, a switching device according to
また、請求項2記載のスイッチ装置は、請求項1記載のスイッチ装置において、イネーブル端子を有して、入力端子に入力されている信号を出力端子から前記伝送信号として前記アナログスイッチ回路に出力する状態と、前記出力端子をハイインピーダンスにする状態のいずれか一方の状態に移行可能なバッファを備えている。 According to a second aspect of the present invention, the switch device according to the first aspect has an enable terminal, and outputs a signal input to the input terminal from the output terminal to the analog switch circuit as the transmission signal. There is provided a buffer capable of transitioning to any one of a state and a state where the output terminal is set to high impedance.
請求項1記載のスイッチ装置では、アナログスイッチ回路の他方の入出力端子と基準電圧を出力する電圧生成回路の電圧出力端子との間に配設されて基準電圧の他方の入出力端子への出力をオン・オフする接断回路を備え、オン状態の接断回路が他方の入出力端子に基準電圧を出力しているときに、アナログスイッチ回路が、オン状態およびオフ状態のいずれか一方の状態から他方の状態に移行される。
The switch device according to
したがって、このスイッチ装置によれば、アナログスイッチ回路をオン・オフする際(制御信号の立ち上がり時および立ち下がり時)において、アナログスイッチ回路を構成する各MOSトランジスタのそれぞれに固有に存在するゲート・ソース間容量およびゲート・ドレイン間容量を経由して、各ゲート端子と一対の入出力端子との間に電荷の移動が発生したとしても、他方の入出力端子には接断回路を介して電圧生成回路から基準電圧が印加されて、出力信号がこの基準電圧Vrに規定されているため、上記の電荷の移動に起因して他方の入出力端子に生じる電圧の変動を大幅に低減することができる。 Therefore, according to this switch device, when the analog switch circuit is turned on / off (at the time of rising and falling of the control signal), the gate / source inherent in each of the MOS transistors constituting the analog switch circuit Even if charge transfer occurs between each gate terminal and a pair of input / output terminals via the inter-capacitance and gate-drain capacity, the other input / output terminal generates a voltage via a disconnection circuit. Since the reference voltage is applied from the circuit and the output signal is regulated to this reference voltage Vr, the fluctuation of the voltage generated at the other input / output terminal due to the movement of the charge can be greatly reduced. .
また、請求項2記載のスイッチ装置によれば、イネーブル端子を有するバッファを介して外部から入力した信号を伝送信号としてアナログスイッチ回路の一方の入出力端子に出力する構成としたことにより、双方向性のアナログスイッチ回路をオン状態に移行させている状態において、接断回路をオン状態にして電圧生成回路から基準電圧をアナログスイッチ回路の他方の入出力端子に出力したとしても、バッファをディスイネーブルにすることにより、オン状態のアナログスイッチ回路を介して基準電圧と伝送信号とが衝突する事態の発生を回避することができる。 According to the switching device of the second aspect of the present invention, since the signal input from the outside through the buffer having the enable terminal is output to the one input / output terminal of the analog switch circuit as a transmission signal, bidirectional Even when the analog switch circuit is switched to the ON state, the buffer is disabled even if the connection circuit is turned ON and the reference voltage is output from the voltage generation circuit to the other input / output terminal of the analog switch circuit. By doing so, it is possible to avoid the occurrence of a situation where the reference voltage and the transmission signal collide via the analog switch circuit in the on state.
以下、アナログスイッチ回路を有するスイッチ装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of a switch device having an analog switch circuit will be described with reference to the accompanying drawings.
最初に、スイッチ装置1の構成について、図1,2を参照して説明する。スイッチ装置1は、図1に示すように、バッファ2、アナログスイッチ回路3、電圧生成回路4および接断回路5を備えている。このスイッチ装置1では、バッファ2、アナログスイッチ回路3、電圧生成回路4および接断回路5は、スイッチ装置1内に配設された不図示の電源(またはスイッチ装置1の外部の電源)から供給される高電位電圧Vddおよび低電位電圧Vssを作動電圧として作動する。
First, the configuration of the
バッファ2は、図1に示すように、イネーブル端子を有している。これにより、バッファ2は、入力端子に入力されている信号Sin(最大電圧Vmaxが高電位電圧Vdd未満で、かつ最小電圧Vminが低電位電圧Vssを超える交流信号)を出力端子から伝送信号S1としてアナログスイッチ回路3に出力する状態と、出力端子をハイインピーダンスにする状態のいずれか一方の状態に移行可能に構成されている。本例では一例として、バッファ2は、イネーブル端子に入力されているイネーブル信号SenをHレベルにするイネーブル操作が行われているときには、入力端子に入力されている信号Sinを出力端子から伝送信号S1としてアナログスイッチ回路3に出力する状態(イネーブル状態)に移行し、イネーブル信号SenをLレベルにするディスイネーブル操作が行われているときには、出力端子をハイインピーダンスにする状態(ディスイネーブル状態)に移行する。なお、イネーブル端子に入力されるイネーブル信号Senの極性が上記の構成とは逆のバッファを使用することもできる。
The
アナログスイッチ回路3は、図1に示すように、一対の入出力端子11,12、1つの制御端子13、高電位電源端子14、低電位電源端子15、メインスイッチ16、制御スイッチ17,18、およびコントロール回路19を備えて、従来のアナログスイッチ回路3と同一に構成されている。この場合、入出力端子11,12のいずれか一方の入出力端子(本例では入出力端子11)には、アナログスイッチ回路3の入力定格内に含まれるように最大電圧Vmaxおよび最小電圧Vminが既知の伝送信号S1が外部から入力され、メインスイッチ16がオン状態のときには、この伝送信号S1がアナログスイッチ回路3内を伝わって他方の入出力端子(本例では入出力端子12)から出力信号Soutとして出力される。また、制御端子13には、制御信号S2が入力される。また、高電位電源端子14には、高電位電圧Vddが供給され、低電位電源端子15には、低電位電圧Vssが供給される。
As shown in FIG. 1, the
メインスイッチ16は、pチャネルMOSトランジスタQ1およびnチャネルMOSトランジスタQ2で構成されている。一方の制御スイッチ17は、pチャネルMOSトランジスタQ3およびnチャネルMOSトランジスタQ4で構成されて、メインスイッチ16のバックゲートを制御する。他方の制御スイッチ18も、pチャネルMOSトランジスタQ5およびnチャネルMOSトランジスタQ6で構成されて、メインスイッチ16のバックゲートを制御する。nチャネルMOSトランジスタQ7は、各MOSトランジスタQ3,Q4,Q5,Q6を介してMOSトランジスタQ2のバックゲート電位を制御する。
The
コントロール回路19は、一例として直列接続された2つのインバータで構成されて、制御端子13から入力された制御信号S2に基づいて、制御信号S2と逆相の反転信号S3と、制御信号S2と同相の制御信号S4を生成して、各MOSトランジスタQ1〜Q6のゲート端子に供給することにより、メインスイッチ16をオン・オフ動作させる。また、コントロール回路19は、反転信号S3をnチャネルMOSトランジスタQ7のゲート端子に供給して、nチャネルMOSトランジスタQ7をオン・オフ動作させる。このコントロール回路19は、高電位電圧Vddおよび低電位電圧Vssを作動電圧として作動する。このため、コントロール回路19は、Hレベルが高電位電圧Vdd近傍の電圧となり、Lレベルが低電位電圧Vss近傍の電圧となる反転信号S3および制御信号S4を出力する。
The
この構成により、アナログスイッチ回路3は、制御信号S2をLレベルに規定するスイッチオフ操作が行われたときには、入出力端子11,12のそれぞれがハイインピーダンスの状態となって、一対の入出力端子11,12間での伝送信号S1の伝送(双方向での伝送)が不能なオフ状態に移行し、制御信号S2をHレベルに規定するスイッチオン操作が行われたときには、一対の入出力端子11,12間での伝送信号S1の伝送(双方向での伝送)が可能なオン状態に移行する。なお、制御信号S2の極性については、上記の極性とは逆の極性でアナログスイッチ回路3がオン状態およびオフ状態のいずれか一方の状態に移行する構成を採用することもできる。
With this configuration, when a switch-off operation that regulates the control signal S2 to L level is performed, the
電圧生成回路4は、図1に示すように、生成する直流電圧としての基準電圧Vrを制御可能な可変電圧電源で構成されている。具体的には、電圧生成回路4は、電圧データDvを入力したときには、この電圧データDvで規定される任意の電圧で基準電圧Vrを生成して電圧出力端子4aから出力する。なお、本例では、電圧生成回路4は、後述するように、基準電圧Vrとして、低電位電圧Vssとゼロボルトの2つの異なる電圧を出力する。このため、電圧生成回路4は、電圧データDvで規定される任意の電圧で基準電圧Vrを生成する上記の構成に代えて、例えば、切替信号のレベルに応じて、低電位電圧Vssとゼロボルトの2つの電圧のうちの一方の電圧で基準電圧Vrを生成する構成を採用することもできる。
As shown in FIG. 1, the
接断回路5は、アナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12と電圧生成回路4の電圧出力端子4aとの間に配設(接続)されている。また、接断回路5は、制御電圧Vcntに基づいて、オン状態およびオフ状態のうちの任意の状態に移行して、オン状態のときには電圧生成回路4の電圧出力端子4aから出力されている基準電圧Vrをアナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12に出力して、他方の入出力端子12の電圧を基準電圧Vrに規定し、一方、オフ状態のときには、電圧出力端子4aと入出力端子12とを切り離す。
The connection /
本例では一例として、接断回路5は、図2に示すように、1つのnチャネルMOSトランジスタ5a(以下、「MOSトランジスタ5a」ともいう)で構成されて、そのソース端子が電圧生成回路4の電圧出力端子4aに接続され、そのドレイン端子がアナログスイッチ回路3の入出力端子12に接続されている。これにより、この接断回路5は、電圧生成回路4から基準電圧Vrが印加されるソース端子を基準として、基準電圧Vrとの差(=Vcnt−Vr)が閾値電圧以上になる制御電圧Vcntがゲート端子に印加される接続操作が行われたときには、オン状態に移行して、他方の入出力端子12を基準電圧Vrにプルダウンまたはプルアップすることにより、他方の入出力端子12の電圧を基準電圧Vrに規定する。また、接断回路5は、電圧生成回路4から基準電圧Vrが印加されるソース端子を基準として、基準電圧Vrとの差が閾値電圧未満になる制御電圧Vcntがゲート端子に印加される切断操作が行われたときには、オフ状態に移行する。これにより、電圧生成回路4の電圧出力端子4aとアナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12とが切り離される。この例のように接断回路5をMOSトランジスタ5aで構成することにより、同じMOSトランジスタで構成されるアナログスイッチ回路3と同じ半導体チップ上に接断回路5を形成することが可能となっている。なお、接断回路5は、MOSトランジスタ5aに代えて、例えば、制御電圧Vcntに基づいて、オン状態およびオフ状態のうちの任意の状態に移行するリレーなどで構成することもできる。
In this example, as an example, the connection /
次に、スイッチ装置1の操作方法と共に動作について説明する。
Next, the operation together with the operation method of the
まず、スイッチ装置1をオフ状態(信号Sinが入力されていても出力信号Soutとして出力しない状態)にする際の操作と共にスイッチ装置1の各構成要素の動作について説明する。
First, the operation of each component of the
このスイッチ装置1は、上記のディスイネーブル操作を実行して、バッファ2をディスイネーブル状態に移行させることにより、また、上記のスイッチオフ操作を実行して、アナログスイッチ回路3をオフ状態に移行させることにより、また、上記の接続操作を実行して、電圧生成回路4の電圧出力端子4aから出力されている基準電圧Vrをオン状態の接断回路5を介してアナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12に出力させることにより、オフ状態に移行させることが可能に構成されている。
The
しかしながら、このスイッチ装置1では、スイッチオフ操作を実行することによってアナログスイッチ回路3をオフ状態に移行させることにし、接続操作については、アナログスイッチ回路3をオフ状態からオン状態に移行させるための制御信号S2の立ち上がり時、およびアナログスイッチ回路3をオン状態からオフ状態に移行させるための制御信号S2の立ち下がり時において、他方の入出力端子12に発生する電圧の変動を低減するために、制御信号S2の立ち上がり時を含む期間(図3に示す期間Tc)、および制御信号S2の立ち下がり時を含む期間(図3に示す期間Th)においてのみ実行し、他の期間では、接断回路5に対しては切断操作を実行する。
However, in the
また、ディスイネーブル操作は、次の場合に実行する。つまり、スイッチオン操作を実行して双方向性のアナログスイッチ回路3をオン状態に移行させている状態において、接続操作を実行して電圧生成回路4から基準電圧Vrをアナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12に出力させている場合に、バッファ2から伝送信号S1が出力されているときには、オン状態のアナログスイッチ回路3を介して、基準電圧Vrと伝送信号S1とが衝突する。ディスイネーブル操作は、この衝突を回避するために、アナログスイッチ回路3および接断回路5が共にオン状態になっている期間全体を含む期間に亘って実行される。
The disable operation is executed in the following cases. That is, in a state where the switch-on operation is performed and the bidirectional
具体的には、図3に示すように、ディスイネーブル操作は、アナログスイッチ回路3をオフ状態からオン状態に移行させる際には、接断回路5をオン状態に移行させた後であって制御信号S2をLレベルからHレベルに移行させる(アナログスイッチ回路3をオン状態に移行させる)前までに実行を開始し、接断回路5をオン状態からオフ状態に移行させた後に実行を停止する。また、ディスイネーブル操作は、アナログスイッチ回路3をオン状態からオフ状態に移行させる際には、接断回路5をオフ状態からオン状態に移行させる前に実行を開始し、接断回路5をオン状態に移行させた後であって制御信号S2をHレベルからLレベルに移行させる(アナログスイッチ回路3をオフ状態に移行させる)前までに実行を停止する。このディスイネーブル操作の実行によってバッファ2がディスイネーブル状態に移行しているときには、バッファ2の出力端子はハイインピーダンスの状態に維持される(伝送信号S1は不定の状態になる)ため、アナログスイッチ回路3および接断回路5が共にオン状態のときであっても、伝送信号S1と基準電圧Vrとの衝突が回避される。なお、図3では、バッファ2の出力端子やアナログスイッチ回路3の入出力端子12がハイインピーダンスの状態のとき(これらの端子からの出力信号が不定の状態になるとき)を斜線を付して表している。
Specifically, as shown in FIG. 3, when the
次いで、スイッチ装置1をオフ状態からオン状態に移行させて、信号Sinを出力信号Soutとして出力させるための操作と共にスイッチ装置1の各構成要素の動作について説明する。
Next, the operation of each component of the
この場合、期間Taでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオフ操作が実行されて、アナログスイッチ回路3はオフ状態に維持されている。また、これにより、入出力端子12はハイインピーダンスの状態に維持されている。また、この期間Taでは、接断回路5に対する切断操作が実行されて、接断回路5がオフ状態に維持されることにより、入出力端子12と電圧生成回路4の電圧出力端子4aとが切り離されている。この期間Taでの切断操作は、低電位電圧Vssと同じ電圧の制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrを低電位電圧Vssに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行されている。このため、接断回路5を構成するMOSトランジスタ5aのソース端子には、スイッチ装置1に供給されている電圧のうちの最低の低電位電圧Vssが基準電圧Vrとして印加されている。したがって、アナログスイッチ回路3における入出力端子12の電圧が高電位電圧Vddと低電位電圧Vssとの範囲内で変化したとしても、電圧生成回路4の電圧出力端子4aから入出力端子12への電流の流入(MOSトランジスタ5aの寄生ダイオードを介しての流入)、および入出力端子12から電圧出力端子4aへの電流の流入のいずれもが接断回路5によって遮断される。これにより、出力信号Soutは、ハイインピーダンスの状態に維持される(出力信号Soutは不定の状態になる)。
In this case, in the period Ta, the switch-off operation for the
図3に示すように、上記の期間Taに続く期間Tbでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオフ操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作についても継続する。ただし、本例のように交流信号(正弦波信号)である信号Sinの基準電位はゼロボルトであるため、この期間Tbでの切断操作は、ゼロボルトの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrをゼロボルトに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行されている。このため、接断回路5を構成するMOSトランジスタ5aのソース端子には、電圧生成回路4からゼロボルトの基準電圧Vrが印加されている。したがって、アナログスイッチ回路3における入出力端子12の電圧がゼロボルトを超える範囲内で変化しているときには、電圧生成回路4の電圧出力端子4aから入出力端子12への電流の流入、および入出力端子12から電圧出力端子4aへの電流の流入のいずれもが接断回路5によって遮断される。これにより、出力信号Soutは、ハイインピーダンスの状態に維持される(出力信号Soutは不定の状態になる)。
As shown in FIG. 3, in the period Tb following the period Ta, the switch-off operation for the
図3に示すように、上記の期間Tbに続く期間Tcでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作を実行して、アナログスイッチ回路3をオン状態に移行させる。このため、アナログスイッチ回路3をオン状態に移行させる前に、接断回路5に対する接続操作を実行して、電圧生成回路4から出力されている基準電圧Vrをアナログスイッチ回路3の入出力端子12に印加する。具体的には、信号Sinの基準電位はゼロボルトであるため、基準電圧Vrをゼロボルトに維持しつつ、基準電圧Vrとの電位差がMOSトランジスタ5aの閾値電圧以上になる所定電圧の制御電圧Vcntを接断回路5に出力するという接続操作を実行して、接断回路5をオン状態に移行させる。これにより、期間Tcでは、入出力端子12と電圧出力端子4aとがオン状態の接断回路5を介して接続された状態になり、アナログスイッチ回路3の入出力端子12には接断回路5を介して電圧生成回路4から基準電圧Vr(ゼロボルト)が印加される。したがって、入出力端子12の電圧(出力信号Soutの電圧)は、基準電圧Vr(ゼロボルト)に規定される。また、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作の実行の開始前に、バッファ2に対するディスイネーブル操作を実行して、バッファ2をディスイネーブル状態に移行させる。
As shown in FIG. 3, in the period Tc following the period Tb, the switch-on operation is performed on the
このようにして、入出力端子12に電圧生成回路4から基準電圧Vr(ゼロボルト)が印加されている期間Tcにおいて、バッファ2がディスイネーブル状態のときに、スイッチオン操作を実行することにより、アナログスイッチ回路3をオフ状態からオン状態に移行させる。この場合、アナログスイッチ回路3では、制御信号S2のLレベルからHレベルへの立ち上がり時(つまり、反転信号S3の立ち下がり時、および制御信号S4の立ち上がり時)に、メインスイッチ16を構成する各MOSトランジスタQ1,Q2、およびメインスイッチ16のバックゲートを制御する各制御スイッチ17,18を構成する各MOSトランジスタQ3,Q4,Q5,Q6のそれぞれに固有に存在するゲート・ソース間容量およびゲート・ドレイン間容量を経由して、各ゲート端子と一対の入出力端子11,12との間に電荷の移動が発生する。しかしながら、このスイッチ装置1では、このアナログスイッチ回路3がオフ状態からオン状態に移行するときに、入出力端子12には電圧生成回路4から基準電圧Vr(ゼロボルト)が印加されて、出力信号Soutが基準電圧Vrに規定されている。このため、上記の電荷の移動に起因して出力信号Soutに生じる電圧の変動が大幅に低減されている。また、バッファ2がディスイネーブル状態に移行しているため、入出力端子12に印加されている基準電圧Vrがオン状態のアナログスイッチ回路3を介して入出力端子11側に伝送されたとしても、信号の衝突は回避される。
In this way, by performing the switch-on operation when the
図3に示すように、上記の期間Tcに続く期間Tdでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作を実行する。ただし、この期間Tbでの切断操作は、上記した期間Tbのときと同様にして、ゼロボルトの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrをゼロボルトに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行される。また、この期間Tdでは、接断回路5に対する切断操作を実行されるため、基準電圧Vrの入出力端子12への印加が停止される。このため、アナログスイッチ回路3がオン状態であったとしても、上記の信号の衝突は回避される。このため、接断回路5に対する切断操作の実行後において、期間Tcから継続していたバッファ2に対するディスイネーブル操作を停止する。
As shown in FIG. 3, in the period Td following the period Tc, the switch-on operation for the
図3に示すように、上記の期間Tdに続く期間Teでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作を継続する。ただし、この期間Teでの切断操作は、低電位電圧Vssの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrを低電位電圧Vssに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行される。
As shown in FIG. 3, in the period Te following the period Td, the switch-on operation for the
この期間Teでは、接断回路5を構成するMOSトランジスタ5aのソース端子が、スイッチ装置1に供給されている電圧のうちの最低の低電位電圧Vssに規定されているため、アナログスイッチ回路3における入出力端子12の電圧が高電位電圧Vddと低電位電圧Vssとの範囲内で変化したとしても(伝送信号S1が入出力端子12から出力信号Soutとして出力されたとしても)、電圧生成回路4の電圧出力端子4aから入出力端子12への電流の流入(MOSトランジスタ5aの寄生ダイオードを介しての流入)、および入出力端子12から電圧出力端子4aへの電流の流入のいずれもが接断回路5によって遮断される。これにより、この期間Teでは、アナログスイッチ回路3は、入力される伝送信号S1を、波形に歪みなどが発生しない状態で、出力信号Soutとして入出力端子12から出力可能となっている。
In this period Te, the source terminal of the
したがって、図3に示すように、この期間Te内において、バッファ2に対するイネーブル操作を実行して、バッファ2に入力されている信号Sinをバッファ2の出力端子から伝送信号S1としてアナログスイッチ回路3に出力させることにより、スイッチ装置1は、Hレベルのイネーブル信号Senを入力している期間Tfにおいて、入力している信号Sinを、アナログスイッチ回路3の入出力端子12から出力信号Soutとして出力する。なお、期間Te内において、イネーブル信号SenがHレベルからLレベルに切り替えられたときには、バッファ2は伝送信号S1のアナログスイッチ回路3への出力を停止し、出力端子をハイインピーダンスの状態に移行させる。このため、この場合には、スイッチ装置1は、入出力端子12をハイインピーダンスの状態に移行させて、伝送信号S1を出力信号Soutとして出力する動作を停止する(出力信号Soutは不定の状態に移行する)。
Therefore, as shown in FIG. 3, during this period Te, the enable operation for the
続いて、スイッチ装置1をオン状態からオフ状態に移行させて、信号Sinの出力信号Soutとしての出力を停止させるための操作と共にスイッチ装置1の各構成要素の動作について説明する。
Subsequently, the operation of each component of the
この場合、図3に示すように、上記の期間Teに続く期間Tgでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作を実行する。ただし、この期間Tgでの切断操作は、上記した期間Tdのときと同様にして、ゼロボルトの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrをゼロボルトに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行する。また、この期間Tgに続く期間Thにおいて、後述するように、接断回路5に対する接続操作が実行されて、接断回路5がオン状態に移行する。これにより、アナログスイッチ回路3および接断回路5の双方が共にオン状態に移行することによってアナログスイッチ回路3の入出力端子11において、上記の信号の衝突が発生する虞があるが、この衝突を回避するために、この期間Tg中に、バッファ2に対するディスイネーブル操作を実行する。
In this case, as shown in FIG. 3, in the period Tg following the period Te, the switch-on operation for the
図3に示すように、上記の期間Tgに続く期間Thでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオフ操作を実行して、アナログスイッチ回路3をオフ状態に移行させる。このため、アナログスイッチ回路3をオフ状態に移行させる前に、接断回路5に対する接続操作を実行して、電圧生成回路4から出力されている基準電圧Vrをアナログスイッチ回路3の入出力端子12に印加する。具体的には、期間Tcのときと同様にして、基準電圧Vrをゼロボルトに維持しつつ、上記した所定電圧の制御電圧Vcntを接断回路5に出力するという接続操作を実行して、接断回路5をオン状態に移行させる。これにより、期間Thでは、入出力端子12と電圧出力端子4aとがオン状態の接断回路5を介して接続された状態になり、アナログスイッチ回路3の入出力端子12には接断回路5を介して電圧生成回路4から基準電圧Vr(ゼロボルト)が印加される。これにより、アナログスイッチ回路3がオン状態からオフ状態に移行するときには、入出力端子12の電圧(出力信号Sout)は、基準電圧Vr(ゼロボルト)に規定されている。
As shown in FIG. 3, in a period Th following the period Tg, a switch-off operation is performed on the
したがって、上記した期間Tcのときと同様にして、アナログスイッチ回路3では、制御信号S2のHレベルからLレベルへの立ち下がり時(つまり、反転信号S3の立ち上がり時、および制御信号S4の立ち下がり時)に、各MOSトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のそれぞれに固有に存在するゲート・ソース間容量およびゲート・ドレイン間容量を経由して、各ゲート端子と一対の入出力端子11,12との間に電荷の移動が発生するが、この電荷の移動に起因して出力信号Soutに生じる電圧の変動が大幅に低減されている。また、この期間Thに先行する期間Tgにおいて、バッファ2が既にディスイネーブル状態に移行しているため、アナログスイッチ回路3および接断回路5の双方が共にオン状態に移行することによって発生するアナログスイッチ回路3の入出力端子11での上記の信号の衝突が回避されている。なお、この期間Th内において、制御信号S2をHレベルからLレベルに立ち下げた後には、アナログスイッチ回路3がオフ状態に移行するため、上記の信号の衝突は発生しない。このため、バッファ2に対するディスイネーブル操作を停止する。
Therefore, in the
図3に示すように、上記の期間Thに続く期間Tiでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオフ操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作についても継続する。ただし、この期間Tiでの切断操作においては、ゼロボルトの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrをゼロボルトに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行する。これにより、出力信号Soutは、ハイインピーダンスの状態に維持される(出力信号Soutは不定の状態になる)。
As shown in FIG. 3, in the period Ti following the period Th, the switch-off operation for the
最後に、図3に示すように、上記の期間Tiに続く期間Tjでは、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオフ操作を継続すると共に、接断回路5に対する切断操作についても継続する。ただし、この期間Tjでの切断操作においては、低電位電圧Vssの制御電圧Vcntを接断回路5に出力し、かつ基準電圧Vrを低電位電圧Vssに規定するための電圧データDvを電圧生成回路4に出力することで実行する。これにより、出力信号Soutは、ハイインピーダンスの状態が継続される(出力信号Soutは不定の状態が継続される)。
Finally, as shown in FIG. 3, in the period Tj following the period Ti, the switch-off operation for the
このように、このスイッチ装置1では、アナログスイッチ回路3と、電圧データDvで規定される電圧で基準電圧Vrを生成して電圧出力端子4aから出力する電圧生成回路4と、アナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12と電圧出力端子4aとの間に配設されて、基準電圧Vrの他方の入出力端子12への出力(印加)をオン・オフする接断回路5とを備えている。
As described above, in the
したがって、このスイッチ装置1によれば、アナログスイッチ回路3に対するスイッチオン操作の際(制御信号S2をLレベルからHレベルに立ち上げる際)や、スイッチオフ操作の際(制御信号S2をHレベルからLレベルに立ち下げる際)において、つまり、アナログスイッチ回路3がオン状態およびオフ状態のいずれか一方の状態から他方の状態に移行される際において(アナログスイッチ回路3がオン状態からオフ状態に移行される際、およびオフ状態からオン状態に移行される際の両時において)、アナログスイッチ回路3を構成する各MOSトランジスタQ1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6のそれぞれに固有に存在するゲート・ソース間容量およびゲート・ドレイン間容量を経由して、各ゲート端子と一対の入出力端子11,12との間に電荷の移動が発生したとしても、入出力端子12には電圧生成回路4から基準電圧Vr(ゼロボルト)が印加されて、出力信号Soutがこの基準電圧Vrに規定されているため、上記の電荷の移動に起因して出力信号Soutに生じる電圧の変動を大幅に低減することができる。
Therefore, according to the
また、このスイッチ装置1によれば、イネーブル端子を有するバッファ2を介して外部から入力した信号Sinを伝送信号S1としてアナログスイッチ回路3の入出力端子11に出力する構成としたことにより、スイッチオン操作を実行して双方向性のアナログスイッチ回路3をオン状態に移行させている状態において、接続操作を実行して電圧生成回路4から基準電圧Vrをアナログスイッチ回路3の他方の入出力端子12に出力させているときであっても、バッファ2に対するディスイネーブル操作(イネーブル端子にLレベルのイネーブル信号Senを出力する操作)を実行することにより、オン状態のアナログスイッチ回路3を介して基準電圧Vrと伝送信号S1とが衝突する事態の発生を回避することができる。
Further, according to the
なお、上記のスイッチ装置1では、図3に示すように、接断回路5をオフ状態からオン状態に移行させるときや、逆にオン状態からオフ状態に移行させるときに、制御電圧Vcntとしてゼロボルトを出力し、かつ電圧生成回路4からゼロボルトの基準電圧Vrを出力させる期間Tb,Td,Tg,Tiを介在させる構成を採用しているが、これらの期間Tb,Td,Tg,Tiを介在させない構成、例えば、接断回路5を期間Taのオフ状態から期間Tcのオン状態に移行させるときに、期間Tbの状態を省いて、制御電圧Vcntとして低電位電圧Vssを出力し、かつ電圧生成回路4から低電位電圧Vssの基準電圧Vrを出力させている状態(期間Taの状態)から、制御電圧Vcntとして上記した基準電圧Vrとの電位差がMOSトランジスタ5aの閾値電圧以上になる所定電圧を出力し、かつ電圧生成回路4からゼロボルトの基準電圧Vrを出力させている状態(期間Tcの状態)に直接移行させる構成を採用することもできる。
In the
また、信号Sinをスイッチ装置1に供給する外部機器において、この外部機器の出力端子が、信号Sinの出力停止状態においてハイインピーダンスの状態に移行可能に構成されているときには、スイッチ装置1のバッファ2を省く構成を採用することもできる。
Further, in the external device that supplies the signal Sin to the
1 スイッチ装置
2 バッファ
3 アナログスイッチ回路
4 電圧生成回路
5 接断回路
11,12 入出力端子
13 制御端子
14 高電位電源端子
15 低電位電源端子
16 メインスイッチ
19 コントロール回路
Q1 pチャネルMOSトランジスタ
Q2 nチャネルMOSトランジスタ
S1 伝送信号
S2,S4 制御信号
S3 反転信号
Vdd 高電位電圧
Vr 基準電圧
Vss 低電位電圧
DESCRIPTION OF
Claims (2)
設定された電圧で基準電圧を生成して電圧出力端子から出力する電圧生成回路と、
前記アナログスイッチ回路の前記他方の入出力端子と前記電圧出力端子との間に配設されて、前記基準電圧の前記他方の入出力端子への出力をオン・オフする接断回路とを備え、
前記アナログスイッチ回路は、オン状態の前記接断回路が前記他方の入出力端子に前記基準電圧を出力しているときに、オン状態およびオフ状態のいずれか一方の状態から他方の状態に移行されるスイッチ装置。 A pair of input / output terminals, a control terminal to which a control signal is input, a high potential power supply terminal, a low potential power supply terminal, a main switch composed of a p-channel MOS transistor and an n-channel MOS transistor, and a control circuit, The main switch and the control circuit are operated by a high potential voltage input to a potential power supply terminal and a low potential voltage input to the low potential power supply terminal, and the control circuit generates an inverted signal of the control signal. The control signal and the inverted signal are output to the main switch, and the MOS transistors of the main switch simultaneously shift to either the on state or the off state based on the control signal and the inverted signal. Input to one of the pair of input / output terminals An analog switch circuit for turning on and off the output from the other output terminal of transmission signals,
A voltage generation circuit that generates a reference voltage with a set voltage and outputs the reference voltage from the voltage output terminal;
A connection circuit disposed between the other input / output terminal of the analog switch circuit and the voltage output terminal, and for turning on and off the output of the reference voltage to the other input / output terminal;
The analog switch circuit is shifted from one of an on state and an off state to the other when the connection circuit in the on state outputs the reference voltage to the other input / output terminal. Switch device.
Priority Applications (1)
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Citations (2)
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JPH0348520A (en) * | 1989-07-15 | 1991-03-01 | Fujitsu Ltd | Analog switch circuit |
JP2004363997A (en) * | 2003-06-05 | 2004-12-24 | Hitachi Medical Corp | Switch circuit, signal processing apparatus using the same, and ultrasonic diagnosis apparatus |
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