JP2591320B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路に関し、特にアナログ・スイ
ッチ回路として構成される半導体集積回路に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit configured as an analog switch circuit.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来のアナログ・スイッチ回路を構成する半導体集積
回路は、第3図に一例が示されるように、トランジスタ
Q11,Q12から成る差動対と、トランジスタQ9,Q10および
抵抗11,12から構成され、前記差動対のコレクタに接続
される能動負荷を含めて、電圧フォロワ回路を形成して
いる。そして、この電圧フォロワ回路の動作電流は、定
電流源13より、トランジスタQ13,Q14より成る差動対に
よる電流スイッチを経て供給される。また、電流スイッ
チの出力のもう一方は、前記電圧フォロワ回路の出力側
電流源トランジスタQ10のエミッタと抵抗12との接続点
に接続されている。上述の第3図に示される従来例は、
一例として、サンプルホールド用スイッチに用いた場合
の回路例で、出力端子65にはホールド容量14が接続され
ている。サンプリング(スイッチがオン状態になり、端
子61の入力信号を相似形で出力端子62に伝達する)期間
においては、電圧フォロワ回路がオンするように、端子
62,63に制御信号が印加される。定電流源13の電流をI0
と表わすと、オンした電圧フォロワ回路においては、能
動負荷を介してフィードバックを行なうことにより、最
大I0の駆動電流によって充放電を行ない、広範囲にわた
る入力電圧に対して、オフセット量の小さい出力を端子
65から得ることができる。また、ホールド(スイッチが
オフ状態となり、ホールド容量14の電荷が保持される)
期間においては、電圧フォロワ回路の動作電流がオフす
るように、端子62,63に対して制御信号が印加される。
電流スイッチが切替えられ、先ず抵抗12から電流I0を引
き、ベース・エミッタ間が逆バイアスされて、トランジ
スタQ10がオフする。動作電流が充分に減少した段階に
おいて、トランジスタQ12はハイ・インピーダンスとな
り、ホールド容量14から見た出力端子65がハイ・インピ
ーダンスになる。
As shown in FIG. 3, an example of a semiconductor integrated circuit constituting a conventional analog switch circuit is a transistor integrated circuit.
Forming a voltage follower circuit, including a differential pair consisting of Q 11 , Q 12 and transistors Q 9 , Q 10 and resistors 11, 12, including an active load connected to the collector of the differential pair. I have. Then, the operating current of the voltage follower circuit, from the constant current source 13, is supplied through the current switch by a differential pair composed of transistors Q 13, Q 14. Also, the other output of the current switch is connected to a connection point between the emitter and the resistor 12 of the output-side current source transistor Q 10 of the voltage follower circuit. The conventional example shown in FIG.
As an example, this is an example of a circuit when used for a sample-and-hold switch, and a hold capacitor 14 is connected to an output terminal 65. During the sampling period (when the switch is turned on and the input signal of terminal 61 is transmitted to output terminal 62 in a similar manner), the voltage follower circuit is turned on so that the terminal is turned on.
Control signals are applied to 62 and 63. The current of the constant current source 13 is set to I 0
Expressed and, in the turned-on voltage follower circuit, by performing feedback via an active load, performs charge and discharge by the driving currents up to I 0, with respect to a wide range of input voltage, terminal a small output of the offset amount
Can be obtained from 65. Hold (the switch is turned off and the charge in the hold capacitor 14 is held)
In the period, a control signal is applied to terminals 62 and 63 so that the operating current of the voltage follower circuit is turned off.
Current switch is switched, first pull the current I 0 from the resistor 12, the base-emitter is reverse biased, the transistor Q 10 is turned off. In the step of operating current decreases sufficiently, transistor Q 12 becomes a high impedance, the output terminal 65 as seen from the hold capacitor 14 becomes high impedance.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上述した従来のアナログ・スイッチ回路は、能動負荷
の電圧フォロワ回路が出力を駆動する構成をとるため、
駆動能力は定電流源13の電流によって決定されることと
なり、負荷を変えずに駆動能力を向上させようとした場
合、定常消費電流が増加し、低消費電力化が困難である
という欠点がある。また、ホールド期間において、電流
スイッチの切替えが不充分で、電圧フォロワ回路の若干
の動作電流が供給されている場合には、出力がハイ・イ
ンピーダンスになりきらず、電圧フォロワ回路が動作し
続け、波形のサグ等の異状を生じる等、ホールド動作が
不完全になるという欠点がある。
Since the conventional analog switch circuit described above employs a configuration in which the voltage follower circuit of the active load drives the output,
The driving capability is determined by the current of the constant current source 13, and if the driving capability is to be improved without changing the load, there is a disadvantage that the steady current consumption increases and it is difficult to reduce the power consumption. . Also, if the switching of the current switch is insufficient during the hold period and a small amount of operating current of the voltage follower circuit is supplied, the output does not become high impedance, the voltage follower circuit continues to operate, and the waveform There is a drawback that the hold operation becomes incomplete, for example, an abnormality such as sag occurs.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明の半導体集積回路は、所定の制御信号のレベル
が「オン」の状態においては、入力信号に相似型の信号
を出力端子に伝達し、前記制御信号のレベルが「オフ」
の状態においては、前記出力端子をハイ・インピーダン
スにする機能を有するアナログ・スイッチ回路として構
成される半導体集積回路において、前記アナログ・スイ
ッチ回路として、それぞれエミッタフォロワを形成し、
且つ相互にエミッタが接続される異なる導電型の第1お
よび第2のトランジスタにより構成される出力バッファ
回路と、前記第1および第2のトランジスタのベース間
にそれぞれ直列に接続され、順方向にバイアスするよう
に作用する第1および第2のダイオード、ならびに逆方
向にバイアスするように作用する第3および第4のダイ
オードと、前記制御信号の「オン」および「オフ」の状
態に対応して、前記第1および第2のダイオードと前記
第3および第4のダイオードとに流入する電流の方向を
切替えるように作用する電流切替手段と、を備えて構成
される。
The semiconductor integrated circuit of the present invention transmits a signal similar to the input signal to the output terminal when the level of the predetermined control signal is “ON”, and the level of the control signal is “OFF”.
In the state, in the semiconductor integrated circuit configured as an analog switch circuit having a function of making the output terminal high impedance, an emitter follower is formed as the analog switch circuit,
An output buffer circuit composed of first and second transistors of different conductivity types, whose emitters are connected to each other, and a series connection between the bases of the first and second transistors, respectively, and a forward bias And third and fourth diodes acting to reverse bias, and corresponding to the "on" and "off" states of the control signal, Current switching means for switching the direction of current flowing into the first and second diodes and the third and fourth diodes.

〔実施例〕〔Example〕

次に本発明について、図面を参照して説明する。第1
図は本発明の第1の実施例の回路図である。第1図に示
されるように、本実施例は、信号入力の端子51、切替え
制御用の端子52および53、電源端子54および出力端子55
に対応して、定電流源1〜4と、トランジスタQ1〜Q
5と、ダイオードD1〜D5とホールド容量5とを備えて構
成される。
Next, the present invention will be described with reference to the drawings. First
FIG. 2 is a circuit diagram of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, this embodiment includes a signal input terminal 51, switching control terminals 52 and 53, a power supply terminal 54, and an output terminal 55.
Corresponding to the constant current sources 1 to 4 and the transistors Q 1 to Q
5 and diodes D 1 to D 5 and a hold capacitor 5.

第1図において、異なる導電型で、それぞれがエミッ
タフォロワを形成し、互いにエミッタが接続されたトラ
ンジスタQ4とQ5により出力バッファを構成する。このト
ランジスタQ4,Q5を逆方向にバイアスする向きに、ダイ
オードD3およびD4が直列接続される。それぞれ直列接続
されたダイオードD1とD2の接続点、およびD3とD4の接続
点には、定電流源1とトランジスタQ1のエミッタフォロ
ワから成る入力バッファ回路の出力が接続される。ま
た、トランジスタQ2,Q3と定電流源4から成る差動増幅
器の二つの出力には、定電流源2と3がそれぞれ接続さ
れ、この電流出力端子が、トランジスタQ4およびQ5のベ
ースにそれぞれ接続される。
In FIG. 1, with different conductivity types, each of which forms an emitter follower, constituting the output buffer by the transistor Q 4 and Q 5 having an emitter connected to one another. In a direction to bias the transistor Q 4, Q 5 in the opposite direction, diodes D 3 and D 4 are connected in series. Each series-connected diodes D 1 and D 2 of the connection point, of the connection point and D 3 and D 4, the output of the input buffer circuit comprising an emitter-follower of the constant current source 1 and the transistor Q 1 is connected. The constant current sources 2 and 3 are connected to the two outputs of the differential amplifier including the transistors Q 2 and Q 3 and the constant current source 4, respectively. The current output terminals are connected to the bases of the transistors Q 4 and Q 5 . Connected to each other.

次に、従来例と同様に、サンプル・ホールド用スイッ
チとして用いた場合の動作について説明する。
Next, an operation when the switch is used as a sample-and-hold switch, as in the conventional example, will be described.

ここでは、定電流源4の電流を2I0とした時、2およ
び3の電流はそれぞれI0であると仮定しておく。
Here, it is assumed that when the current of the constant current source 4 is 2I 0 , the currents of 2 and 3 are respectively I 0 .

先ず、サンプリング(スイッチ・オン)期間において
は、制御端子52と53には、それぞれV52およびV53の制御
信号が印加される。V52<V53とすると、トランジスタQ3
がオン,Q2はオフとなり、定電流源2の電流I0はダイオ
ードD1,D2を経て、定電流源3の電流I0と合流し、トラ
ンジスタQ3のコレクタに流入する。これによって、トラ
ンジスタQ4,Q5のベース間は順方向バイアスされ、ホー
ルド容量5に、端子51の入力電圧からトランジスタQ1
ベース・エミッタ間電圧(以下VBEという)だけ低い電
圧が現れるように、充放電が行われる。
First, in the sampling (switch on) period, the control terminal 52 and 53, control signals V 52 and V 53 are applied, respectively. If V 52 <V 53 , transistor Q 3
But on, Q 2 is turned off, current I 0 of the constant current source 2 through the diodes D 1, D 2, and joins the current I 0 of the constant current source 3 flows into the collector of the transistor Q 3. As a result, the bases of the transistors Q 4 and Q 5 are forward-biased, and a voltage lower than the input voltage of the terminal 51 by the base-emitter voltage (hereinafter, referred to as V BE ) of the transistor Q 1 appears in the hold capacitor 5. Then, charging and discharging are performed.

本実施例において、この充放電電流を制限する要因
は、トランジスタQ4,Q5のベース電圧の変化率である。
このベース・ラインに接続されたトランジスタおよびダ
イオードの接合容量や対基板容量等の充放電カーブを描
く前記ベース電圧について、△VB/△t(但し、△t
は、ある瞬間からの充分短い時間、△VBは、△tにおけ
るベース電圧の変化分である)なる変化率を考えると、
充放電電流が流れるトランジスタのエミッタ電圧の変化
率は、そのベース電圧の変化率を超えることはなく、充
放電の開始と終了の短い期間を除いて、ほぼ等しくな
る。
In the present embodiment, the factor that limits the charge / discharge current is the rate of change of the base voltage of the transistors Q 4 and Q 5 .
With respect to the base voltage which draws a charge / discharge curve such as a junction capacitance or a substrate capacitance of a transistor and a diode connected to the base line, ΔV B / Δt (where Δt
Is a sufficiently short time from a certain moment, ΔV B is a change of the base voltage at Δt).
The rate of change of the emitter voltage of the transistor through which the charge / discharge current flows does not exceed the rate of change of its base voltage, and becomes almost equal except for a short period between the start and end of charge / discharge.

従って、ホールド容量5の容量値をCH(F)とする
と、充放電電流iは、ほぼ、 従って、充放電電流iは、 として表わされる。但し、△Qは、△tにおける充放電
電荷である。
Therefore, assuming that the capacitance value of the hold capacitor 5 is C H (F), the charge / discharge current i is substantially Therefore, the charge / discharge current i is Is represented as Here, ΔQ is the charge / discharge charge at Δt.

次に、ホールド(スイッチ・オフ)期間においては、
制御端子52と53には、V52>V53なる制御信号が印加さ
れ、トランジスタQ4,Q5のベース間は逆方向バイアスさ
れ、Q4,Q5がオフする。出力側から見た本回路はハイ・
インピーダンスとなって、ホールド容量5の電圧は保持
される。但し、ホールド期間中の入力信号の変化によっ
て、Q4,Q5のどちらかがオンすることのないことが制約
となり、これらのトランジスタがオフしていれば、出力
バッファ回路にはほとんど電流は流れない。
Next, during the hold (switch off) period,
A control signal satisfying V 52 > V 53 is applied to the control terminals 52 and 53, a reverse bias is applied between the bases of the transistors Q 4 and Q 5 , and the transistors Q 4 and Q 5 are turned off. This circuit viewed from the output side is high
It becomes impedance and the voltage of the hold capacitor 5 is held. However, a change in the input signal during the hold period limits that either Q 4 or Q 5 does not turn on, and if these transistors are off, almost no current flows in the output buffer circuit. Absent.

第3図は本発明の第2の実施例の回路図である。本実
施例は、第1の実施例におけるnpn型トランジスタQ1,
Q2,Q3を、pnp型トランジスタQ6,Q7,Q8にそれぞれ置き換
えたものである。動作の説明は、制御端子57および58に
印加される制御信号V57およびV58の極性が、サンプリン
グ期間においてはV57>V58,ホールド期間においてはV57
<V58となること以外は、第1の実施例と同様であり、
説明は重複するため省略する。
FIG. 3 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the npn-type transistor Q 1 ,
Q 2 and Q 3 are replaced with pnp transistors Q 6 , Q 7 and Q 8 respectively. Description of operation, the polarity of the control signals V 57 and V 58 is applied to the control terminals 57 and 58, V 57> V 58 is in the sampling period, V 57 is in the hold period
<V 58 is the same as the first embodiment except that
The description is omitted because it is duplicated.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上説明したように、本発明は出力バッファ回路を、
それぞれがエミッタフォロワを形成し、互いにエミッタ
を接続された、二つの異なる導電型のトランジスタによ
って構成することにより、スイッチ・オン期間には出力
バッファ回路には電流が流れず、低消費電力化が図れる
という効果があり、加えて、駆動能力を向上しようとす
る場合、出力バッファ回路をバイアスするダイオードの
電流方向を切り換える電流スイッチの動作電流を増加
し、出力バッファ回路のベース間電圧の立上がりおよび
立下がりを急峻にすることにより、小さな電力増加で駆
動能力向上を実現できるという効果がある。
As described above, the present invention provides an output buffer circuit,
By forming two emitter-followers, each of which forms an emitter follower and the emitters of which are connected to each other, no current flows to the output buffer circuit during the switch-on period, thereby reducing power consumption. In addition, when the drive capability is to be improved, the operating current of the current switch that switches the current direction of the diode that biases the output buffer circuit is increased, and the rise and fall of the base voltage between the bases of the output buffer circuit are increased. Has an effect that the driving capability can be improved with a small increase in power.

また、制御信号のオン,オフ状態に対応して、出力バ
ッファ回路のトランジスタのベース間を順方向または逆
方向にバイアスするように接続されダイオードに流れる
電流の方向を切替える手段によって、出力バッファをス
イッチングすることにより、差動対による電流スイッチ
の切替わりが不完全であったとしても、出力バッファ回
路は、より安定に順方向もしくは逆方向にバイアスさ
れ、例えば、ホールド動作がより安定に行えるという効
果がある。
The output buffer is switched by means for switching the direction of the current flowing through the diode, which is connected so as to bias the bases of the transistors of the output buffer circuit in the forward or reverse direction in accordance with the ON / OFF state of the control signal. By doing so, even if the switching of the current switch by the differential pair is incomplete, the output buffer circuit is more stably biased in the forward or reverse direction, for example, the effect that the hold operation can be performed more stably. There is.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の第1の実施例の回路図、第2図は本発
明の第2の実施例の回路図、第3図は従来例の回路図で
ある。 図において、1〜4,6〜10,13……定電流源、5,10,14…
…ホールド容量、11,12……抵抗、Q1〜Q14……トランジ
スタ、D1〜D8……ダイオード。
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram of a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a circuit diagram of a conventional example. In the figure, 1 to 4, 6 to 10, 13 ... constant current source, 5, 10, 14 ...
… Hold capacitance, 11, 12… Resistance, Q 1 to Q 14 … Transistor, D 1 to D 8 … Diode.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】所定の制御信号のレベルが「オン」の状態
においては、入力信号に相似型の信号を出力端子に伝達
し、前記制御信号のレベルが「オフ」の状態において
は、前記出力端子をハイ・インピーダンスにする機能を
有するアナログ・スイッチ回路として構成される半導体
集積回路において、前記アナログ・スイッチ回路とし
て、 それぞれエミッタフォロワを形成し、且つ相互にエミッ
タが接続される異なる導電型の第1および第2のトラン
ジスタにより構成される出力バッファ回路と、 前記第1および第2のトランジスタのベース間にそれぞ
れ直列に接続され、順方向にバイアスするように作用す
る第1および第2のダイオード、ならびに逆方向にバイ
アスするように作用する第3および第4のダイオード
と、 前記制御信号の「オン」および「オフ」の状態に対応し
て、前記第1および第2のダイオードと前記第3および
第4のダイオードとに流入する電流の方向を切替えるよ
うに作用する電流切替手段と、 を備えることを特徴とする半導体集積回路。
When the level of a predetermined control signal is "on", a signal similar to the input signal is transmitted to an output terminal, and when the level of the control signal is "off", the output signal is transmitted. In a semiconductor integrated circuit configured as an analog switch circuit having a function of setting a terminal to high impedance, an emitter follower is formed as each of the analog switch circuits, and each of the conductive switches has a different conductive type. An output buffer circuit composed of first and second transistors, first and second diodes connected in series between the bases of the first and second transistors, respectively, and acting to bias forward; And third and fourth diodes acting to bias in the reverse direction; And current switching means operable to switch the direction of current flowing into the first and second diodes and the third and fourth diodes in response to the “off” state. Characteristic semiconductor integrated circuit.
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