JP2016127573A - アナログスイッチ、および、マルチプレクサ - Google Patents

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Abstract

【課題】入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することが可能なアナログスイッチを提供する。【解決手段】アナログスイッチは、電流経路の一端が入力端子に接続され、前記電流経路の他端が前記第1のMOSトランジスタのゲートと接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第1のDMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、電流経路の一端が前記第1のDMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、前記電流経路の他端が出力端子に接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第2のDMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、前記第1のDMOSトランジスタのゲートと電流経路の他端との間に接続され、前記第1の電流に応じて制御される第1のスイッチ素子を備える。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、アナログスイッチ、および、マルチプレクサに関する。
従来、二次電池を多数直列に用いるハイブリッド車やEV(電気自動車)などの自動車や、蓄電システムでは、電池セルに残存する電気量の監視やセル異常の検出のため各電池セル電圧を高精度に計測する必要がある。そして、その計測には、任意のセルをADコンバータに接続するための多チャンネルのアナログスイッチが用いられる。
ここで、複数のセルを直列接続し数十V以上の電圧での電力を得る二次電池システムで使われる高耐圧アナログスイッチがある。この高耐圧アナログスイッチのFETには、少なくともドレイン-ソース間は数十V以上の高耐圧であることが要求される。
一方、FETのゲート-ソース間電圧は、耐圧が数Vから10数V程度しかない場合がある。その場合、FETのゲートとソースに接続した抵抗へ電流を流し込むことで、ゲート-ソース間の耐圧範囲での制御電圧を得る。
しかし、抵抗を流れた電流の一部がFETに流れ込んで電圧降下が発生し、アナログスイッチの入力−出力間の差異となる。したがって、高精度測定のためには、この差異を打ち消す方法が必要となる。
打ち消す方法としては、抵抗のゲート側に流し込む電流と同じ強さの電流をソース側から引き出すための電流源を接続する方法が用いられる。
しかし、接続されるセル電圧が、最低電圧であったり、最高電圧であったりすると、完全に打ち消すまで双方の電流を合わせることは難しい。
そして、FETに流れ込む電流とFETのオン抵抗とに起因する電圧降下が、アナログスイッチの入力信号の電圧と出力信号の電圧との差となる。
特許第2642465号
入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することが可能なアナログスイッチを提供する。
実施形態に従ったアナログスイッチは、一端が第1の電位に接続され、駆動することで第1の電流を流す第1の電流源を備える。アナログスイッチは、一端が前記第1の電位に接続され、駆動することで第2の電流を流す第2の電流源を備える。アナログスイッチは、一端が前記第1の電流源の他端に接続された第1の抵抗を備える。アナログスイッチは、一端が前記第2の電流源の他端に接続された第2の抵抗を備える。アナログスイッチは、電流経路の一端が前記第1の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が第2の電位に接続された第1導電型の第1のMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、電流経路の一端が前記第2の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が前記第2の電位に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続された第1導電型の第2のMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、電流経路の一端が入力端子に接続され、前記電流経路の他端が前記第1のMOSトランジスタのゲートと接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第1のDMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、電流経路の一端が前記第1のDMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、前記電流経路の他端が出力端子に接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第2のDMOSトランジスタを備える。アナログスイッチは、前記第1のDMOSトランジスタのゲートと電流経路の他端との間に接続され、前記第1の電流に応じて制御される第1のスイッチ素子を備える。
図1は、第1の実施形態に係るアナログスイッチ100の構成の一例を示す回路図である。 図2は、図1に示すアナログスイッチ100がオフ状態である場合における、各MOSトランジスタの状態を示す図である。 また、図3は、図1に示すアナログスイッチ100がオン状態である場合における、各MOSトランジスタの状態を示す図である。 図4は、第2の実施形態に係るアナログスイッチ200の構成の一例を示す回路図である。 図5は、第3の実施形態に係るアナログスイッチ300の構成の一例を示す回路図である。 図6は、第4の実施形態に係るアナログスイッチ400の構成の一例を示す回路図である。 図7は、第5の実施形態に係るアナログスイッチ500の構成の一例を示す回路図である。 図8は、第6の実施形態に係るアナログスイッチ600の構成の一例を示す回路図である。 図9は、第7の実施形態に係るアナログスイッチ700の構成の一例を示す回路図である。 図10は、第8の実施形態に係るアナログスイッチ800の構成の一例を示す回路図である。 図11は、第9の実施形態に係るマルチプレクサ1000の構成の一例を示す回路図である。
以下、各実施形態について図面に基づいて説明する。
第1の実施形態
図1は、第1の実施形態に係るアナログスイッチ100の構成の一例を示す回路図である。なお、図1の例では、第1導電型のMOSトランジスタをpMOSトランジスタとし、第2導電型のMOSトランジスタをnMOSトランジスタとし、第1の電位を電源電位VDDとし、第2の電位を接地電位VSSとした例を示している。
図1に示すように、アナログスイッチ100は、第1の電流源(オフ用電流源)I1と、第2の電流源(オン用電流源)I2と、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第1導電型の第1のMOSトランジスタM1と、第1導電型の第2のMOSトランジスタM2と、第2導電型の第3のMOSトランジスタM3と、第2導電型の第4のMOSトランジスタM4と、第2導電型の第5のMOSトランジスタM5と、第2導電型の第6のMOSトランジスタM6と、第1導電型の第7のMOSトランジスタM7と、第1導電型の第8のMOSトランジスタM8と、第2導電型の第1のDMOS(Double−Diffused MOS)トランジスタD1と、第2導電型の第2のDMOSトランジスタD2と、第1のスイッチ素子SW1と、制御回路CONと、を備える。
第1の電流源I1は、一端が第1の電位に接続され、駆動することで第1の電流を流す。
第2の電流源I2は、一端が第1の電位に接続され、駆動することで第2の電流を流す。
第1の抵抗R1は、一端が第1の電流源I1の他端に接続されている。
第2の抵抗R2は、一端が第2の電流源I2の他端に接続されている。
第1のMOSトランジスタM1は、電流経路の一端(ソース)が、第1の抵抗R1の他端に接続され、電流経路の他端(ドレイン)が第2の電位に接続されている。
この第1のMOSトランジスタM1は、例えば、図1に示すように、DMOSトランジスタである。
第2のMOSトランジスタM2は、電流経路の一端(ソース)が第2の抵抗R2の他端に接続され、電流経路の他端(ドレイン)が第2の電位に接続され、ゲートが第1のMOSトランジスタM1のゲートに接続されている。
この第2のMOSトランジスタM2は、例えば、図1に示すように、DMOSトランジスタである。
なお、第2の抵抗R2の他端を、第1の抵抗R1の他端に接続して、第2のMOSトランジスタM2を、第1のMOSトランジスタM1とするようにしてもよい。すなわち、第2のMOSトランジスタM2と第1のMOSトランジスタM1とを共通化して、1つのMOSトランジスタで構成するようにしてもよい。
第1のDMOSトランジスタD1は、電流経路の一端(ドレイン)が入力端子TINに接続され、ゲートが第8のMOSトランジスタM8及び第3の抵抗を介して第2の電流源I2の他端に接続されている。
なお、入力端子TINは、入力信号が入力される。
第2のDMOSトランジスタD2は、電流経路の一端(ソース)が第1のDMOSトランジスタD1の電流経路の他端(ソース)に接続され、電流経路の他端(ドレイン)が出力端子TOUTに接続され、ゲートが第1のDMOSトランジスタD1のゲートに接続されている。
なお、第1のDMOSトランジスタD1のソースは、第2のDMOSトランジスタD2のソースと共通になっている。第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のバックゲートは、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースと接続されている。
換言すれば、第1のDMOSトランジスタD1の寄生ダイオードの順方向と、第2のDMOSトランジスタD2の寄生ダイオードの順方向とが対向するように、第1のDMOSトランジスタD1と第2のDMOSトランジスタD2とが接続されている。
なお、出力端子TOUTは、出力信号が出力される。
例えば、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンすると、入力端子TINに入力された入力信号が、出力信号として出力端子TOUTから出力される。
一方、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフすると、入力信号が遮断され、出力端子TOUTからは信号が出力さない。
なお、第1及び第2のMOSトランジスタM1、M2のゲートは、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースと接続されている。
第3のMOSトランジスタM3は、電流経路の一端(ドレイン)が第5のMOSトランジスタM5を介して第1ノードN1に接続され、電流経路の他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが、第2ノードN2に接続されている。
なお、第1ノードN1は、第7のMOSトランジスタM7を介して第1の電流源I1の他端に接続されている。第2ノードN2は、第8のMOSトランジスタM8を介して、第1の電流源I1の他端に接続されている。
第4のMOSトランジスタM4は、電流経路の一端(ドレイン)が第2ノードN2に接続され、電流経路の他端(ソース)が第6のMOSトランジスタM6を介して第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第1ノードN1に接続されている。
第5のMOSトランジスタM5は、第5のMOSトランジスタM5は、一端(ドレイン)が第1ノードN1に接続され、他端(ソース)が第3のMOSトランジスタM3の電流経路の一端(ドレイン)に接続され、ゲートが第4のMOSトランジスタM4のゲートに接続されている。
第6のMOSトランジスタM6は、第6のMOSトランジスタM6は、一端(ドレイン)が第4のMOSトランジスタM4の電流経路の他端(ソース)に接続され、他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第3のMOSトランジスタM3のゲートに接続されている。
第7のMOSトランジスタM7は、電流経路が第1の抵抗R1の一端と第1ノードN1との間に接続され、ゲートが第1の抵抗R1の他端に接続されている。
第8のMOSトランジスタM8は、電流経路が第2の抵抗R2の一端と第2ノードN2との間に接続され、ゲートが第2の抵抗R2の他端に接続されている。
また、第1のスイッチ素子SW1は、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のゲートとソースとの間に接続されている。
より具体的には、例えば、図1に示すように、第1のスイッチ素子SW1は、電流経路の一端が、第8のMOSトランジスタM8、第2ノードN2、および第3の抵抗R3を介して、第2の電流源I2の他端に接続され、電流経路の他端が、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続されている。
この第1のスイッチ素子SW1は、例えば、図1に示すように、第2導電型の第1のスイッチ用MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)である。
この第1のスイッチ用MOSトランジスタは、電流経路の一端(ドレイン)が第1のDMOSトランジスタD1のゲートに接続され、電流経路の他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第1ノードN1に接続されている。
ここで、例えば、第1の電流源I1が駆動して電流を流す場合、第1の抵抗R1に電流が流れて第7のMOSトランジスタM7がオンする。これにより、第1のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧が閾値電圧を超えて、第1のスイッチ用MOSトランジスタがオンする。
一方、第1の電流源I1が停止して電流を流さない場合、第1の抵抗R1に電流が流れず第7のMOSトランジスタM7がオフする。これと第2の電流源I2の駆動による第3のMOSトランジスタM3のオンとにより、第1のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になり、第1のスイッチ用MOSトランジスタがオフする。なお、第1のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧を閾値電圧未満にする電流経路は、M3のオンに続きゲート電圧が閾値電圧未満になるまで存続し、第1ノードのN1から第5、第3のMOSトランジスタM5、M3を通じ、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースへ抜ける経路となる。
すなわち、第1のスイッチ素子SW1は、第1の電流源I1が駆動して電流を流す場合にオンし、一方、第1の電流源I1が停止して電流を流さない場合にオフする。
また、第3の抵抗R3は、第2ノードN2と第1のスイッチ素子SW1の一端(第1のスイッチ用MOSトランジスタの電流経路の一端(ドレイン))との間に接続されている。
また、制御回路CONは、第1の電流源I1および第2の電流源I2の動作を制御する。
この制御回路CONは、第1の電流源I1を駆動して第1の電流を流し且つ第2の電流源I2が停止して電流を流さない第1の状態と、第2の電流源I2を駆動して第2の電流を流し且つ第1の電流源I1が停止して電流を流さない第2の状態と、を切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
なお、上記第1の状態では、後述のように、アナログスイッチ100のオフ状態(第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフした状態)になる。
また、上記第2の状態では、後述のように、アナログスイッチ100のオン状態(第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンした状態)になる。
例えば、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオフすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第1の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
一方、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオンすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第2の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
ここで、以上のような構成を有するアナログスイッチ100の動作の一例について、図2、図3を用いて説明する。
ここで、第1、第2のMOSトランジスタM1、M2のゲートが第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースと接続されているため、第1、第2のMOSトランジスタM1、M2は、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソース電位によってオン/オフ制御される。第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソース電位が、第2の電位(VSS)よりも第1、第2のMOSトランジスタM1、M2の閾値電圧の絶対値だけ低い電圧よりも高い場合(通常の場合)、第1、第2のMOSトランジスタM1、M2は各々第1、第2の電流源I1、I2によってオン/オフ制御される。また、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソース電位が、第2の電位(VSS)よりも第1、第2のMOSトランジスタM1、M2の閾値電圧の絶対値だけ低い電圧よりも低い場合(負電圧入力などの場合)、第1、第2のMOSトランジスタM1、M2は共にオンする。
図2は、図1に示すアナログスイッチ100がオフ状態である場合における、各MOSトランジスタの状態を示す図である。
例えば、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオフすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第1の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
これにより、第1の電流源I1を駆動(オン)して第1の電流を流し且つ第2の電流源I2が停止(オフ)して電流を流さない状態になる。
上記状態において、第1の抵抗R1に電流が流れるため第7のMOSトランジスタM7はオンとなる。第2の抵抗R2には電流が流れないため第8のMOSトランジスタM8はオフとなる。さらに、第3、第6のMOSトランジスタM3、M6がオフするとともに、第4、第5のMOSトランジスタM4、M5がオンすることとなる。
すなわち、第1の電流源I1から第3、第5のMOSトランジスタM3、M5に電流が流れない状態になる。さらに、第2の電流源I2から第4、第6のMOSトランジスタM4、M6に電流が流れない状態になる。
以上により、第1ノードN1の電圧が“High”レベルになり、第1のスイッチ素子SW1がオンする。さらに、第2ノードN2の電圧が“Low”レベルになり、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフする。なお、第1のスイッチ素子SW1がオンすることで、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のゲートとソースが同電位となるため、より確実に第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフすることができる。
そして、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフすることで、入力端子TINに入力された入力信号が、遮断されて、出力信号として出力端子TOUTから出力されない。
また、図3は、図1に示すアナログスイッチ100がオン状態である場合における、各MOSトランジスタの状態を示す図である。
例えば、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオンすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第2の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
これにより、第2の電流源I2を駆動(オン)して第2の電流を流し且つ第1の電流源I1が停止(オフ)して電流を流さない状態になる。
このとき、第1の抵抗R1には電流が流れないため、第7のMOSトランジスタM7はオフとなる。
さらに、第2の抵抗R2に電流が流れるため、他端の電位が降下して、第8のMOSトランジスタM8はオンとなる。
このとき、第3、第6のMOSトランジスタM3、M6がオンするとともに、第4、第5のMOSトランジスタM4、M5がオフすることとなる。
すなわち、第1の電流源I1から第3、第5のMOSトランジスタM3、M5に電流が流れない状態になる。さらに、第2の電流源I2から第4、第6のMOSトランジスタM4、M6に電流が流れない状態になる。
以上により、第1ノードN1の電圧が“Low”レベルになり、第1のスイッチ素子SW1がオフする。さらに、第2ノードN2の電圧が“High”レベルになり、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンする。
そして、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンすることで、入力端子TINに入力された入力信号が、出力信号として出力端子TOUTから出力されることとなる。
ここで、ゲート制御のための電流は、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のゲート-ソース間に電圧を供給するが、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースには流れ込まなくなる。このため、入力信号と出力信号の電圧差の発生原因が抑制されることとなる。
以上のように、本第1の実施形態に係るアナログスイッチによれば、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第2の実施形態
本第2の実施形態では、既述の第1の実施形態で示したアナログスイッチの第3ないし第6のMOSトランジスタの接続関係を変更した回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図4は、第2の実施形態に係るアナログスイッチ200の構成の一例を示す回路図である。なお、この図4において、図1と同じ符号は、第1の実施形態と同様の構成を示し、説明を省略する。
図4に示すように、アナログスイッチ200は、第1の実施形態と同様に、第1の電流源(オフ用電流源)I1と、第2の電流源(オン用電流源)I2と、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第1導電型の第1のMOSトランジスタM1と、第1導電型の第2のMOSトランジスタM2と、第2導電型の第3のMOSトランジスタM3と、第2導電型の第4のMOSトランジスタM4と、第2導電型の第5のMOSトランジスタM5と、第2導電型の第6のMOSトランジスタM6と、第1導電型の第7のMOSトランジスタM7と、第1導電型の第8のMOSトランジスタM8と、第2導電型の第1のDMOS(Double−Diffused MOS)トランジスタD1と、第2導電型の第2のDMOSトランジスタD2と、第1のスイッチ素子SW1と、制御回路CONと、を備える。
ここで、既述のように、アナログスイッチ200の第3ないし第6のMOSトランジスタM3〜M6は、第1の実施形態で示したアナログスイッチ100の第3ないし第6のMOSトランジスタM3〜M6と接続関係が異なる。
本実施形態においては、第5のMOSトランジスタM5は、電流経路が第3のMOSトランジスタM3の電流経路の他端(ソース)と第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースとの間に接続され、ゲートが第4のMOSトランジスタM4のゲートに接続されている。すなわち、第5のMOSトランジスタM5は、一端(ドレイン)が第3のMOSトランジスタM3の電流経路の他端(ソース)に接続され、他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第4のMOSトランジスタM4のゲートに接続されている。
さらに、第6のMOSトランジスタM6は、電流経路が第2ノードN2と第4のMOSトランジスタM4の電流経路の一端との間に接続され、ゲートが第3のMOSトランジスタM3のゲートに接続されている。すなわち、第6のMOSトランジスタM6は、一端(ドレイン)が第2ノードN2に接続され、他端(ドレイン)が第4のMOSトランジスタM4の電流経路の一端(ドレイン)に接続され、ゲートが第3のMOSトランジスタM3のゲートに接続されている。
このアナログスイッチ200のその他の構成は、図1に示すアナログスイッチ100と同様である。
そして、以上のような構成を有するアナログスイッチ200のその他の動作特性は、第1の実施形態と同様である。
すなわち、本第2の実施形態に係るアナログスイッチ200によれば、第1の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第3の実施形態
本第3の実施形態では、既述の第1の実施形態で示したアナログスイッチの極性を反転させた回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図5は、第3の実施形態に係るアナログスイッチ300の構成の一例を示す回路図である。この図5の例では、第1導電型のMOSトランジスタをnMOSトランジスタとし、第2導電型のMOSトランジスタをpMOSトランジスタとし、第1の電位を接地電位VSSとし、第2の電位を電源電位VDDとした例を示している。すなわち、この図5において、図1と同じ符号は、第1の実施形態の構成の極性を反転した構成を示す。
図5に示すように、アナログスイッチ300は、第1の実施形態と同様に、第1の電流源(オフ用電流源)I1と、第2の電流源(オン用電流源)I2と、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第1導電型の第1のMOSトランジスタM1と、第1導電型の第2のMOSトランジスタM2と、第2導電型の第3のMOSトランジスタM3と、第2導電型の第4のMOSトランジスタM4と、第2導電型の第5のMOSトランジスタM5と、第2導電型の第6のMOSトランジスタM6と、第1導電型の第7のMOSトランジスタM7と、第1導電型の第8のMOSトランジスタM8と、第2導電型の第1のDMOSトランジスタD1と、第2導電型の第2のDMOSトランジスタD2と、第1のスイッチ素子SW1と、制御回路CONと、を備える。
このアナログスイッチ300は、図1に示すアナログスイッチ100の回路構成の極性を反転させた構成を有する。
そして、以上のような構成を有するアナログスイッチ300の動作特性は、第1の実施形態の動作の極性を反転した動作と同様である。
すなわち、本第3の実施形態に係るアナログスイッチ300によれば、第1の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第4の実施形態
本第4の実施形態では、既述の第3の実施形態で示したアナログスイッチの第3ないし第6のMOSトランジスタの接続関係を変更した回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図6は、第4の実施形態に係るアナログスイッチ400の構成の一例を示す回路図である。なお、この図6において、図5と同じ符号は、第3の実施形態と同様の構成を示し、説明を省略する。
図6に示すように、アナログスイッチ400は、第3の実施形態と同様に、第1の電流源(オフ用電流源)I1と、第2の電流源(オン用電流源)I2と、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第1導電型の第1のMOSトランジスタM1と、第1導電型の第2のMOSトランジスタM2と、第2導電型の第3のMOSトランジスタM3と、第2導電型の第4のMOSトランジスタM4と、第2導電型の第5のMOSトランジスタM5と、第2導電型の第6のMOSトランジスタM6と、第1導電型の第7のMOSトランジスタM7と、第1導電型の第8のMOSトランジスタM8と、第2導電型の第1のDMOSトランジスタD1と、第2導電型の第2のDMOSトランジスタD2と、第1のスイッチ素子SW1と、制御回路CONと、を備える。
ここで、既述のように、アナログスイッチ400の第3ないし第6のMOSトランジスタM3〜M6は、第3の実施形態で示したアナログスイッチ300の第3ないし第6のMOSトランジスタM3〜M6と接続関係が異なる。
本実施形態においては、第5のMOSトランジスタM5は、一端(ドレイン)が第3のMOSトランジスタM3の電流経路の他端(ソース)に接続され、他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第4のMOSトランジスタM4のゲートに接続されている。
さらに、第6のMOSトランジスタM6は、一端(ドレイン)が第2ノードN2に接続され、他端(ドレイン)が第4のMOSトランジスタM4の電流経路の一端(ドレイン)に接続され、ゲートが第3のMOSトランジスタM3のゲートに接続されている。
このアナログスイッチ400のその他の構成は、図5に示すアナログスイッチ300と同様である。
そして、以上のような構成を有するアナログスイッチ400のその他の動作特性は、第1の実施形態と同様である。
すなわち、本第4の実施形態に係るアナログスイッチ400によれば、第1の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第5の実施形態
図7は、第5の実施形態に係るアナログスイッチ500の構成の一例を示す回路図である。なお、この図7において、図1と同じ符号は、第1の実施形態と同様の構成を示し、説明を省略する。この図7の例では、第1導電型のMOSトランジスタをpMOSトランジスタとし、第2導電型のMOSトランジスタをnMOSトランジスタとし、第1の電位を電源電位VDDとし、第2の電位を接地電位VSSとした例を示している。
図7に示すように、アナログスイッチ500は、第1の実施形態と比較して、第3の電流源(オフ用電流源)I3と、第4の抵抗R4と、第1導電型の第9のMOSトランジスタM9と、第1導電型の第10のMOSトランジスタM10と、第1導電型の第11のMOSトランジスタM11と、第1導電型の第12のMOSトランジスタM12と、第1導電型の第13のMOSトランジスタM13と、第1導電型の第14のMOSトランジスタM14と、第2のスイッチ素子SW2と、をさらに備える。
第3の電流源I3は、一端が第1の電位に接続され、駆動することで第3の電流を流す。
第4の抵抗R4は、一端が第3の電流源I3の他端に接続されている。
第9のMOSトランジスタM9は、電流経路の一端(ソース)が第4の抵抗R4の他端に接続され、電流経路の他端(ドレイン)が第2の電位に接続され、ゲートが第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソース(第1のMOSトランジスタM1のゲート)に接続されている。
第10のMOSトランジスタM10は、電流経路の一端(ドレイン)が第12のMOSトランジスタM12を介して第3ノードN3に接続され、電流経路の他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが、第2ノードN2に接続されている。
第11のMOSトランジスタM11は、電流経路の一端(ドレイン)が第2ノードN2に接続され、電流経路の他端(ソース)が第13のMOSトランジスタM13を介して第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースのゲートに接続され、ゲートが第3ノードN3に接続されている。
第12のMOSトランジスタM12は、一端(ドレイン)が第3ノードN3に接続され、他端(ソース)が第10のMOSトランジスタM10の電流経路の一端(ドレイン)に接続され、ゲートが第11のMOSトランジスタM11のゲートに接続されている。
第13のMOSトランジスタM13は、一端(ドレイン)が第11のMOSトランジスタM11の電流経路の他端(ソース)に接続され、他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第10のMOSトランジスタM10のゲートに接続されている。
第14のMOSトランジスタM14は、電流経路が第4の抵抗R4の一端と第3ノードN3との間に接続され、ゲートが第4の抵抗R4の他端に接続されている。
第2のスイッチ素子SW2は、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースと第1のDMOSトランジスタD1のゲートとの間に接続されている。
より具体的には、例えば、図7に示すように、第2のスイッチ素子SW2は、電流経路の一端が、第8のMOSトランジスタM8、第2ノードN2、および第3の抵抗R3を介して、第2の電流源I2の他端に接続され、電流経路の他端が、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続されている。
この第2のスイッチ素子SW2は、例えば、図7に示すように、第2導電型の第2のスイッチ用MOSトランジスタ(nMOSトランジスタ)である。
この第2のスイッチ用MOSトランジスタは、電流経路の一端(ドレイン)が第1のDMOSトランジスタD1のゲートに接続され、電流経路の他端(ソース)が第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースに接続され、ゲートが第1ノードN3に接続されている。
なお、第3ノードN3は、第14のMOSトランジスタM14を介して第3の電流源I3の他端に接続されている。
ここで、例えば、第3の電流源I3が駆動して電流を流す場合、第4の抵抗R4に電流が流れて第14のMOSトランジスタM14がオンする。これにより、第2のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧が閾値電圧を超えて、第2のスイッチ用MOSトランジスタがオンする。
一方、第3の電流源I3が停止して電流を流さない場合、第4の抵抗R4に電流が流れず第14のMOSトランジスタM14がオフする。これと第2の電流源I2の駆動による第10のMOSトランジスタM10のオンとにより、第2のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧が閾値電圧未満になり、第2のスイッチ用MOSトランジスタがオフする。なお、第2のスイッチ用MOSトランジスタのゲート電圧を閾値電圧未満にする電流経路は、M10のオンに続きゲート電圧が閾値電圧未満になるまで存続し、第3ノードのN3から第12、第10のMOSトランジスタM12、M10を通じ、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2のソースへ抜ける経路となる。
すなわち、第2のスイッチ素子SW2は、第3の電流源I3が駆動して電流を流す場合にオンし、一方、第3の電流源I3が停止して電流を流さない場合にオフする。
また、制御回路CONは、前第1ないし第3の電流源I1〜I3の動作を制御する。
この制御回路CONは、例えば第1、第3の電流源I1、I3を駆動して第1の電流を流し且つ第2の電流源I2が停止して電流を流さない第1の状態と、第2の電流源I2を駆動して第2の電流を流し且つ第1、第3の電流源I1、I3が停止して電流を流さない第2の状態と、を切り換えるように、第1乃至第3の電流源I1、I2、I3を制御する。
なお、上記第1の状態では、第1の実施形態と同様に、アナログスイッチ100のオフ状態(第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフした状態)になる。
また、上記第2の状態では、第1の実施形態と同様に、アナログスイッチ100のオン状態(第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンした状態)になる。
ここで、制御回路CONは、上記第1の状態において、第1の電流源I1を駆動し始めてから規定期間だけ、第3の電流源I3を駆動して第3の電流を流すように制御する。
これにより、該規定期間、第2のスイッチ素子SWがオンする。この規定期間、第2のスイッチ素子SW2がオンすることで、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のゲートとソースが同電位となるため、より確実に、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2をオフすることができる。
そして、該規定期間の経過後、制御回路CONは、第3の電流源I3を停止させる。これにより、上記第1の状態において、該規定期間の経過後、第2のスイッチ素子SWがオフする。
例えば、第1の抵抗R1の抵抗値を大きくし第1の電流を小さく設定すれば、第4の抵抗R4の抵抗を小さく、第3の電流を大きく設定しても、消費電流の増加を抑制しつつ、より確実に且つより高速に、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2をオフすることができる。
このアナログスイッチ500のその他の構成および動作は、図1に示すアナログスイッチ100と同様である。
すなわち、本第5の実施形態に係るアナログスイッチ500によれば、第1の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第6の実施形態
本第6の実施形態では、既述の第5の実施形態で示したアナログスイッチの極性を反転させた回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図8は、第6の実施形態に係るアナログスイッチ600の構成の一例を示す回路図である。この図8の例では、第1導電型のMOSトランジスタをnMOSトランジスタとし、第2導電型のMOSトランジスタをpMOSトランジスタとし、第1の電位を接地電位VSSとし、第2の電位を電源電位VDDとした例を示している。すなわち、この図8において、図7と同じ符号は、第5の実施形態の構成の極性を反転した構成を示す。
図8に示すように、アナログスイッチ600は、第5の実施形態と同様に、第1の電流源(オフ用電流源)I1と、第2の電流源(オン用電流源)I2と、第3の電流源(オフ用電流源)I3と、第1の抵抗R1と、第2の抵抗R2と、第3の抵抗R3と、第4の抵抗R4と、第1導電型の第1のMOSトランジスタM1と、第1導電型の第2のMOSトランジスタM2と、第2導電型の第3のMOSトランジスタM3と、第2導電型の第4のMOSトランジスタM4と、第2導電型の第5のMOSトランジスタM5と、第2導電型の第6のMOSトランジスタM6と、第1導電型の第7のMOSトランジスタM7と、第1導電型の第8のMOSトランジスタM8と、第1導電型の第9のMOSトランジスタM9と、第2導電型の第10のMOSトランジスタM10と、第2導電型の第11のMOSトランジスタM11と、第2導電型の第12のMOSトランジスタM12と、第2導電型の第13のMOSトランジスタM13と、第1導電型の第14のMOSトランジスタM14と、第2導電型の第1のDMOSトランジスタD1と、第2導電型の第2のDMOSトランジスタD2と、第1のスイッチ素子SW1と、第2のスイッチ素子SW2と、制御回路CONと、を備える。
このアナログスイッチ600は、図7に示すアナログスイッチ500の回路構成の極性を反転させた構成を有する。
そして、以上のような構成を有するアナログスイッチ600の動作は、第5の実施形態の動作の極性を反転した動作と同様である。
すなわち、本第6の実施形態に係るアナログスイッチ600によれば、第5の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第7の実施形態
本第7の実施形態では、既述の第1の実施形態で示したアナログスイッチの第5、第6のMOSトランジスタを省略した回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図9は、第7の実施形態に係るアナログスイッチ700の構成の一例を示す回路図である。なお、この図9において、図1と同じ符号は、第1の実施形態と同様の構成を示し、説明を省略する。
図9に示すように、アナログスイッチ700は、第1の実施形態と比較して、第5、第6のMOSトランジスタM5、M6が省略されている。
ここで、例えば、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオフすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第1の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
これにより、第1の電流源I1を駆動(オン)して第1の電流を流し且つ第2の電流源I2が停止(オフ)して電流を流さない状態になる。
上記状態において、第1の抵抗R1に電流が流れるため第7のMOSトランジスタM7はオンとなる。第2の抵抗R2に電流が流れないため第8のMOSトランジスタM8はオフとなる。さらに、第3のMOSトランジスタM3がオフするとともに、第4のMOSトランジスタM4がオンすることとなる。
以上により、第1ノードN1の電圧が“High”レベルになり、第1のスイッチ素子SW1がオンする。さらに、第2ノードN2の電圧が“Low”レベルになり、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフする。なお、第1のスイッチ素子SW1がオンすることで、第1及び第2のDMOSトランジスタD1、D2のゲートとソースが同電位となるため、より確実に第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフすることができる。
そして、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオフすることで、入力端子TINに入力された入力信号が、遮断されて、出力信号として出力端子TOUTから出力されない。
一方、制御回路CONは、第1および第2のDMOSトランジスタD1、D2をオンすることを選択する選択信号(図示せず)に応じて、既述の第2の状態に切り換えるように、第1および第2の電流源I1、I2を制御する。
これにより、第2の電流源I2を駆動(オン)して第2の電流を流し且つ第1の電流源I1が停止(オフ)して電流を流さない状態になる。
上記状態において、第1の抵抗R1に電流が流れないため第7のMOSトランジスタM7はオフとなる。第2の抵抗R2に電流が流れるため第8のMOSトランジスタM8はオンとなる。さらに、第3のMOSトランジスタM3がオンするとともに、第4のMOSトランジスタM4がオフすることとなる。
以上により、第1ノードN1の電圧が“Low”レベルになり、第1のスイッチ素子SW1がオフする。さらに、第2ノードN2の電圧が“High”レベルになり、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンする。
そして、第1、第2のDMOSトランジスタD1、D2がオンすることで、入力端子TINに入力された入力信号が、出力信号として出力端子TOUTから出力されることとなる。
このアナログスイッチ700のその他の構成および動作は、図1に示すアナログスイッチ100と同様である。
すなわち、本第7の実施形態に係るアナログスイッチ700によれば、第1の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第8の実施形態
本第8の実施形態では、既述の第3の実施形態で示したアナログスイッチの第5、第6のMOSトランジスタを省略した回路構成を有するアナログスイッチの構成の一例について説明する。
図10は、第8の実施形態に係るアナログスイッチ800の構成の一例を示す回路図である。なお、この図10において、図5と同じ符号は、第3の実施形態と同様の構成を示し、説明を省略する。
図10に示すように、アナログスイッチ800は、第3の実施形態と比較して、第5、第6のMOSトランジスタM5、M6が省略されている。
このアナログスイッチ800のその他の構成は、図3に示すアナログスイッチ300と同様である。
そして、以上のような構成を有するアナログスイッチ800の動作は、第7の実施形態の動作の極性を反転した動作と同様である。
すなわち、本第8の実施形態に係るアナログスイッチ800によれば、第7の実施形態と同様に、入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
第9の実施形態
本第9の実施形態では、既述の実施形態で示したアナログスイッチが適用されるマルチプレクサの構成の一例について説明する。
図11は、第9の実施形態に係るマルチプレクサ1000の構成の一例を示す回路図である。なお、図11の例では、マルチプレクサが2つのアナログスイッチを備える場合について示しているが、3つ以上のアナログスイッチを備えるようにしてもよい。
図11に示すように、マルチプレクサ1000は、選択信号SCに応じて、複数の入力信号S1、S2のうちの1つを選択して出力信号Soutとして出力する。
このマルチプレクサ1000は、入力信号S1、S2が入力される入力端子TINと、入力端子TINに入力された入力信号S1、S2を出力信号として出力する出力端子TOUTとを有する複数(ここでは2つ)のアナログスイッチ101、102を備える
そして、例えば、マルチプレクサ1000は、選択信号SCに応じて、アナログスイッチ101をオン状態にし、アナログスイッチ102をオフ状態にする。これにより、入力信号S1が出力信号Soutとして出力される。
ここで、アナログスイッチ101、102には、既述の各実施形態で記載したアナログスイッチの何れかが適用される。すなわち、このアナログスイッチ101、102は、第入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
すなわち、以上の構成を有するマルチプレクサ1000によれば、複数の入力信号の電圧と出力信号の電圧との差を低減することができる。
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
100、200、300、400、500、600、700、800 アナログスイッチ
1000 マルチプレクサ
I1 第1の電流源
I2 第2の電流源
R1 第1の抵抗
R2 第2の抵抗
R3 第3の抵抗
M1 第1のMOSトランジスタ
M2 第2のMOSトランジスタ
M3 第3のMOSトランジスタ
M4 第4のMOSトランジスタ
M5 第5のMOSトランジスタ
M6 第6のMOSトランジスタ
M7 第7のMOSトランジスタ
M8 第8のMOSトランジスタ
D1 第1のDMOSトランジスタ
D2 第2のDMOSトランジスタ
SW1 第1のスイッチ素子
CON 制御回路

Claims (8)

  1. 一端が第1の電位に接続され、駆動することで第1の電流を流す第1の電流源と、
    一端が前記第1の電位に接続され、駆動することで第2の電流を流す第2の電流源と、
    一端が前記第1の電流源の他端に接続された第1の抵抗と、
    一端が前記第2の電流源の他端に接続された第2の抵抗と、
    電流経路の一端が前記第1の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が第2の電位に接続された第1導電型の第1のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第2の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が前記第2の電位に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続された第1導電型の第2のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が入力端子に接続され、前記電流経路の他端が前記第1のMOSトランジスタのゲートと接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第1のDMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第1のDMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、前記電流経路の他端が出力端子に接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第2のDMOSトランジスタと、
    前記第1のDMOSトランジスタのゲートと電流経路の他端との間に接続され、前記第1の電流に応じて制御される第1のスイッチ素子と、
    を備えることを特徴とするアナログスイッチ。
  2. 前記第1のスイッチ素子は、電流経路の一端が前記第1のDMOSトランジスタのゲートに接続され、前記電流経路の他端が前記第1のDMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、ゲートが、前記第1の電流源の他端に接続された第1ノードに接続された第2導電型の第1のスイッチ用MOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のアナログスイッチ。
  3. 電流経路の他端が前記第1のDMOSトランジスタの他端に接続され、ゲートが、前記第2ノードに接続された第2導電型の第3のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第2ノードに接続され、ゲートが、前記第1ノードに接続された第2導電型の第4のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第1ノードに接続され、前記電流経路の他端が前記第3のMOSトランジスタの電流経路の一端に接続され、ゲートが前記第4のMOSトランジスタのゲートに接続された第2導電型の第5のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第4のMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、前記電流経路の他端が前記第1のDMOSトランジスタの他端に接続され、ゲートが前記第3のMOSトランジスタのゲートに接続された第2導電型の第6のMOSトランジスタと、をさらに備える
    ことを特徴とする請求項2に記載のアナログスイッチ。
  4. 前記第2ノードと前記第1のスイッチ用MOSトランジスタの電流経路の一端との間に接続された第3の抵抗をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のアナログスイッチ。
  5. 電流経路が前記第1の抵抗の一端と前記第1ノードとの間に接続され、ゲートが前記第1の抵抗の他端に接続された第1導電型の第7のMOSトランジスタと、
    電流経路が前記第2の抵抗の一端と前記第2ノードとの間に接続され、ゲートが前記第2の抵抗の他端に接続された第1導電型の第8のMOSトランジスタと、をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載のアナログスイッチ。
  6. 前記第2の抵抗の他端は、前記第1の抵抗の他端に接続されており、
    前記第2のMOSトランジスタは、前記第1のMOSトランジスタであることを特徴とする請求項1に記載のアナログスイッチ。
  7. 一端が第1の電位に接続され、駆動することで第3の電流を流す第3の電流源と、
    一端が前記第1の電流源の他端に接続された第4の抵抗と、
    電流経路の一端が前記第4の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が前記第2の電位に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続された第1導電型の第9のMOSトランジスタと、
    前記第1のDMOSトランジスタのゲートと電流経路の他端との間に接続され、前記第3の電流に応じて制御される第2のスイッチ素子と、をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアナログスイッチ。
  8. 選択信号に応じて、複数の入力信号のうちの1つを選択して出力信号として出力するマルチプレクサであって、
    入力信号が入力される入力端子と、前記入力端子に入力された入力信号を出力信号として出力する出力端子とを有する複数のアナログスイッチを備え、
    前記アナログスイッチは、
    一端が第1の電位に接続され、駆動することで第1の電流を流す第1の電流源と、
    一端が前記第1の電位に接続され、駆動することで第2の電流を流す第2の電流源と、
    一端が前記第1の電流源の他端に接続された第1の抵抗と、
    一端が前記第2の電流源の他端に接続された第2の抵抗と、
    電流経路の一端が前記第1の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が第2の電位に接続された第1導電型の第1のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第2の抵抗の他端に接続され、前記電流経路の他端が前記第2の電位に接続され、ゲートが前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続された第1導電型の第2のMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が入力端子に接続され、前記電流経路の他端が前記第1のMOSトランジスタのゲートに接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第1のDMOSトランジスタと、
    電流経路の一端が前記第1のDMOSトランジスタの電流経路の他端に接続され、前記電流経路の他端が出力端子に接続され、前記第2の電流に応じて制御される第2導電型の第2のDMOSトランジスタと、
    前記第1のDMOSトランジスタのゲートと電流経路の他端との間に接続され、前記第1の電流に応じて制御される第1のスイッチ素子と、を備える
    ことを特徴とするマルチプレクサ。
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