JP2765842B2 - 加入者回路用半導体スイッチ - Google Patents
加入者回路用半導体スイッチInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体スイッチに係り、特に、電流電圧変換
回路を有する半導体スイッチの端子数削減と高耐圧抵抗
の削減に好適な回路構成に関する。 〔従来の技術〕 従来の高耐圧スイッチLSIは、例えば昭和58年度電子
通信学会総合全国大会 論文No.548「加入者回路用高耐
圧スイッチLSiの設計」と題する文献に記載されてい
る。 このLSiのブロック構成は、上記文献の図1に示さ
れ、呼出し信号送出は、PNPNスイッチのS1,S2,S5を介し
て行なわれている。一方、上記信号送出時のリングトリ
ップは、同文献図1のインタフェース部で行なわれてい
る。このリングトリップインタフェース回路構成は、同
文献の図4に示されている。 また、この様なインタフェース路は、昭和58年度電子
通信学会総合全国大会 論文No.1796の「IC化リングト
リップインタフェス回路の一構成」と題する文献にも詳
しく述べられている。 ここで、上記第1の従来例において、上記のインタフ
ェース回路の入力の抵抗は、一方をリンギング用電源、
他方は別の抵抗を介してS2の双方向PNPNスイッチに接続
され、上記入力の抵抗に電流が流れると該インターフェ
ース回路が電流電圧変換回路として動作する構成となっ
ている。したがって、上記リングトリップインターフェ
ース回路のモノリシック化に際しては、第1の文献の図
4に示される様な高圧入力端子を2端子増設する必要が
あった。 一方、上記第2の従来例においては、第2の文献の図
2に示されたリングトリップインタフェースの回路構成
のR0に発生する電圧VINは、同文献の図3に波形が示さ
れている様にVIN(最大値)≧100(V)となっている。 したがって同図2より以下の式が成り立つ。 VIN=R1×IE+VBE≧100 (IE;PNP又はNPNのエミッタ電流) (VBE;PNP又はNPNのベースエミッタ順電圧) 即ち、半導体チップで実現する上で、R1の両端の差電
圧は最大100Vを越えるため、高耐圧の抵抗を半導体チッ
プ上に実現する必要があった。 ところが、半導体チップ上で実現される抵抗の耐圧は
一般的に数十ボルト程度であるので、上記高耐圧抵抗は
分割して構成する必要が生じ、その結果半導体チップの
面積を増大させる必要があった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、前記リングトリップ回路のモノリシ
ック化に際して、高耐圧入力端子を2端子増設する必要
性と100V以上の耐圧を必要とする高耐圧抵抗を実現する
必要があった。 本発明の目的は、高耐圧入力端子の増設及び高耐圧抵
抗を不要とした上で、簡易かつ経済的に電流電圧変換機
能をモノリシック化することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、複数のPNPNスイッチから成り、 第1のPNPNスイッチのアノードと第2のPNPNスイッチ
のカソードを接続してある半導体スイッチに、アノード
ゲートまたはカソードゲートを介して第1及び第2の電
流レベル変換部をそれぞれ設け、該電流レベル変換部を
それぞれ電圧発生部に接続する構成とすることにより達
成される。 〔作用〕 前記の第1の電流レベル変換部は、前記第1のPNPNス
イッチに流れる電流(ISW1)に相関する電流(IM1)を
発生する。 一方、前記の電圧発生部は、上記電流IM1に比例する
電圧を発生する。 その一方で、前記第2の電流レベル変換部は前記第2
のPNPNスイッチに流れる電流(ISW2)に相関する電流
(IM2)を発生する。また、前記で電圧発生部は電流IM2
に比例する電圧を発生する。 以上の機能を備えることにより、電流の流れる方向に
応じて上記第1のPNPNスイッチと第2のPNPNスイッチの
どちらか一方に電流を流すことにより、電流電圧変換機
能を実現できる。 〔実施例〕 以下、本発明を第1図から第8図により詳細に説明す
る。 第1図は本発明の第1の実施例であって、電流電圧変
換機能を含む半導体スイッチのブロック構成を示してい
る。図中点線で示してある1は、上記半導体スイッチを
モノリシック化した場合の半導体チップとなる一部を示
している。 第1図において、S1はPNPNスイッチであり、外部端子
2に該S1のアノード接続し、カソードは、外部端子3に
接続してある。外部端子2は、インピーダンスZ1を介し
て電源4に接続される。また外部端子3は、抵抗RL1及
びインピーダンスZTEL,抵抗RL2を介して、外部端子5に
接続してある。 一方、S21及びS22はS1と同等の機能を有するPNPNスイ
ッチであって、それぞれのアノードとカソードを逆並列
接続して、一方の側を外部端子5に、他方は、外部端子
8に接続した双方向スイッチである。外部端子8は交流
電源9に抵抗111を介して接続してある。 また、12はS1と同等の機能を有するPNPNスイッチで、
そのアノードは外部端子13に、カソードは、外部端子3
に接続される。外部端子13は、インピーダンスZ2を介し
て接地してある。 同様のPNPNスイッチはS5及び14,15であって、S5はア
ノードを外部端子3に、カソードは外部端子16に接続し
てある。14は、アノードを外部端子5に、カソードは外
部端子16に接続してある。15はアノードを外部端子13
に、カソードは、外部端子5に接続してある。また外部
端子16は、インピーダンスZ3を介して、電源4に接続し
てある。 図中、2点鎖線で示した17は、本発明に関わる電流電
圧変換機能を実現するブロックであって、PNPNスイッチ
S1のアノードゲートAG1及びカソードゲートKG1と接続し
てある電流レベル変換部と、PNPNスイッチS5のアノー
ドゲートAG5及びカソードゲートKG5と接続する電流レベ
ル変換部を有し、上記,変換部と一端を接続した
電圧発生部を備え、その他端は外部端子18に接続してあ
る。 これに対して、第8図には、従来の電流電圧変換機能
を含む半導体スイッチのブロック構成を示してある。第
1図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。 第8図中、2点鎖線で囲まれるブロック170が従来の
電流電圧変換機能を実現するブロックであって、外部端
子8及び交流電源9との間にある抵抗10及び11のうち抵
抗11の両端を外部入力端子19と20と接続してある。 この電流電圧変換機能を有するブロック170が動作す
る時は、第8図中のS1,S21,S22,S5のPNPNスイッチのう
ち、S21に電流が流れる場合はS1に電流が流れており、S
22に電流が流れる場合はS5に電流が流れる。この電流に
より、ブロック170ので電流電圧変換機能で外部端子180
に抵抗11に流れる電流及び電流の向きに相関して、出力
電圧を発生する。 一方、本発明に関わる第1図の実施例においては、図
中2点鎖線で囲むブロック17を設けることにより第8図
図示のブロック170の機能を実現でき、第8図の外部端
子19及び20を削減できる。 即ち、第1図図示のS1,S21,S22,S5のPNPNスイッチの
うち、S1に電流(IS1)が流れる場合には、該S1のAG1あ
るいはKG1に接続する電流レベル変換部でIS1に相関す
る電流IM1を発生し、電圧発生部で電圧に変換すること
により外部端子18に上記IS1に相関する所望の出力電圧
が得られる。一方、S5に電流(IS5)が流れる場合は、
該S5のAG5あるいはKG5に接続した電流レベル変換部で
IS5に相関する電流IM5を発生し電圧変換部で電圧に変換
することにより外部端子に所望の出力電圧が得られる。 したがって従来の電流電圧変換機能ブロック170を本
発明に関わる機能ブロック17によって実現できる。そし
て、従来より外部入力端子を削減できる。このことによ
り半導体チップ上の外部接続用エリアも削減できチップ
面積の低減に寄与できる。 さらに、第1の実施例においては第8図の従来例で分
割の必要がある抵抗10及び11は1体化でき、抵抗1ケを
削減し、実使用時のコストを低減できる。 次に、第2図は本発明の第2の実施例であって、第1
図のブロック構成図の中でS1及びS5と2点鎖線で示すブ
ロック17を電気回路として具体化したものである。 第2図において、点線で囲んであるS1及びS5は第1図
同様にPNPNスイッチS1及びS5を表わしている他、同じ部
品には同符号,同番号を付与してある。第2図のS1はPN
PトランジスタQS1PNPとNPNトランジスタQS1npnの等価回
路で、S5は同様にQS5PNPとQS5npnの等価回路で表わして
いる。 このPNPNスイッチS1のカソードK1とカソードゲートKG
1,S5のカソードK5とカソードゲートKG5の間には、PNPN
スイッチのアノード・カゾード間に順方向の電圧が加わ
った過渡時に該スイッチのPN接合容量を充電する電流が
ゲートに流れ込み誤点弧することを防止するためのR3,R
4の抵抗値をもつ保護用抵抗30及び40が接続される。 一方、S1のKG1にベースを接続するnpnトランジスタQ
S1Mは、上記QS1npnと整合したデバイス構造を有してお
りそのエミッタはK1と接続され、該コレクタは逆流防止
ダイオードDS1を介してPNPトランジスタQMのコレクタ及
び外部出力18及びR70の抵抗値をもつ抵抗70に接続され
ている。抵抗70の他端は電源80に接続される。 その一方で、S5のKG5にベースを接続するトランジス
タQS5Mは、QS1M同様にQS5npnと整合したデバイス構造を
有しており、そのエミッタはK5と接続され、そのコレク
タは逆流防止ダイオードDS5を介してPNPトランジスタQS
のコレクタ及びベースと前記QMのベースに接続してあ
り、QS及びQMでQS側をソース入力とし、QM側をミラー出
力とするカレントミラー回路を構成している。QS及びQM
の各々のエミッタには、R90,R100の抵抗値をもつ抵抗9
0,100を介して電源81に接続される。 図中、一点鎖線で囲まれた部分が本発明に関れる電流
電圧変換機能を有する回路ブロック171である。 本実施例においても、図1に示したブロック17と同様
に、従来に対し外部入力を削減できる。 即ち、上記PNPNスイッチS1が導通状態になると、S1に
流れる電流(IS1)のうちQS1npnのコレクタには、 IS1−IS1×αS1pnp(αS1pnp:QS1pnpのベース接地電
流増幅率) が流れ、QS1pnpのベースには、 (VGK;PNPNスイッチのカソードゲート・カソード間順電
圧) の一部が流れ込む。 このことから、QS1pnpとベース及びエミッタを接続し
てあるQS1Mは電源80の電圧よりもS1のK1の電位が低くな
ればカレントミラー動作し、 QS1Mのエミッタ面積をAS1M,QS1npnをAS1npnとすれば
次式が成立する。 したがって、QS1Mのコレクタ電流は電源80から吸い込
むと、次の式が成立する。 したがって、S1のNPNトランジスタ部とベース及びエ
ミッタを接続するNPNトランジスタQS1Mとのエミッタ面
積化及びR70を調整すれば、上記PNPNスイッチS1に流れ
る電流を第2図の外部端子18に電圧変換して所望の出力
が得られる。 また、上記S1が導通状態になくPNPNスイッチS5が導通
状態にある場合も、S1と同様にR70に所望の出力が得ら
れる。 即ち、上記S5が導通状態になるとS5に流れる電流(I
S5)のうちQS5npnのコレクタには、 IS5−IS5×αS5pnp(αS5pnp;QS5pnpのベース接地電
流増幅率) が流れ、これより、QS5pnpとベース及びエミッタが接続
してあるQS5MはS1同様に電源81の電位よりもS5のK1の電
位が低くなって動作電位となれば、カレントミラー動作
する。したがって、QS5Mのコレクタ電流をICS5Mとする
と次の式が成立する。 一方、QS5MのコレクタとQS5を介してあるQs,QM抵抗,9
0,100で構成したカレントミラー回路は、QMのコレクタ
電流をICQMとすればとできる。したがって、上記QMのコレクタ電流が電源80
に流れ込むと、 の出力が得られる。 これにより式のR90,R100,R70の抵抗値及びQS5M,Q
S5npnの各々のエミッタ面積比を調整すれば、上記PNPN
スイッチS5に流れる電流を外部端子18に電圧変換して所
望の出力が得られる。 一方、QS,QM,抵抗90,100でカレントミラー回路を構成
したことにより、S1及びS5の各々に電流が流れる場合で
外部端子18に発生する電圧の極性を反転しており、第8
図で示した電流電圧変換機能ブロック170で実現してい
る抵抗11に流れる電流及び電流の向きに相関した出力電
圧は、本実施例でも実現できる。 したがって、従来の第8図の19,20端子を削減し、半
導体チップ面積の削減に寄与できる。 さらに第8図の抵抗10,11の1体化を実現でき、実使
用上のコスト低減を実現できる。 さらに、前記従来技術の欄で述べた高耐圧抵抗も削減
できる。 第3図は、本発明の第3の実施例であって、第2図同
様に第1図のブロック構成図の中でS1及びS5と第1図2
点鎖線で示すブロックを具体化したものである。第2図
と同様の部品には同符号,同番号を付与してある。第2
図と異なるのは、QS1M及びQS5Mのエミッタとそれぞれの
カソードK1,K5の間に抵抗値Re1,Re5を有する抵抗E1,E5
を設けた点である。 PNPNスイッチS1が導通状態になりIS1の電流が流れる
と、次式が成立する。 したがって、式のln{IS1×(1−αS1pnp)}の変
化率がln(ICS1M)よりも大きければ、IS1に相関する所
望の出力電圧VR70がR70及びRE1の調整により得られる。 一方、PNPNスイッチS5についても同様にIS5の電流が
流れると次式も成立する。 したがって、式同様にR70及びRE5とR90,R100の調整
により式で表わすIS5に相関する所望の出力電圧VR70
が得られる。 また、第2図の実施例同様にQS,QM抵抗90,100のカレ
ントミラー回路を構成したことにより、S1及びS5の各々
に電流が流れる場合によって外部端子18に発生する電圧
の極性を反転しており、第8図の従来例で示した電流電
圧変換機能ブロック170で実現している抵抗11に流れる
電流及びその向きに相関した出力電圧は、本実施例でも
実現できる。また、RE1及びRE5のそれぞれの両端の電位
差は、それぞれのカソードゲートとカソードの電位差V
GK1,VGK5を越えることはなく、高耐圧化の必要はない。
したがって、第2図同様の効果を実現できる。さらに前
記式式とも半導体チップ上で実現する上でバラツキ
が小さく精度を確保できる各々の抵抗の相対精度で出力
電圧を発生でき、製造時のプロセスバラツキによる影響
も低減できる。 第4図は本発明に関わる第4の実施例を示しており、
第2図同様に第1図のブロック構成図の中でS1及びS5と
第1図中のブロック17を具体化したものである。第2図
と同様の部品には同符号,同番号を付与してある。第2
図と異なるのは、第2図のQS1M,QS5MをNPNトランジスタ
からPNPトランジスタに置き換えて、QS1M1,QS5M1で構成
し、各々QS1pnp,QS5pnpのベース,エミッタに接続して
ある。 本実施例においては、第2図図示の相補な構成を各々
のPNPNスイッチS1,S5のQS1pnp,QS5pnp側で構成してある
ために、第2図同様の効果を期待できることは明らかで
ある。 さらに第2図の構成でQS1M,QS5Mのベースエミッタ間
に介在する抵抗30,40による影響を、第4図では、PNP側
で実現したために排除できる。 また、第3図で示したE1,E5抵抗は本実施例でも実現
でき、第3図同様の効果を期待できることは明らかであ
る。 第5図は本発明に関わる第5の実施例を示しており、
第1図で示した電流電圧変換機能ブロック17とアノード
ゲート及びカソードゲートを接続するPNPNスイッチをS2
1とS22に変更したものであって、第5図では、そのS21,
S22及び第1図のブロック17を電気回路で具体化して第
2図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。本実施例では、アノードA22とカソードK22を有する
S22の等価回路を構成するトランジスタQS22pnp及びQ
S22npnのうちQS22pnpのベース,エミッタと接続したQ
S22Mとそのコレクタと逆流防止ダイオードDS22を介して
外部端子18に接続し、その一方でアノードA21とカソー
ドK21を有するS21の等価回路を構成するトランジスタQ
S21pnp及びQS21npnのうちQS21npnのベース,エミッタと
接続したQS21Mとそのコレクタと逆流防止ダイオードDS2
1を介して外部端子18に接続してある。 第1図で示したようにS21,S22は各々のアノード・カ
ソードを逆並列接続してあるために、S21に電流が流れ
る時は、S22に流れず相補に電流が流れる。該S21に電流
が流れる場合には、第2図に示したS1と同様の構成であ
るために出力が得られることは容易に推測される。 一方、S22に電流が流れる場合においては、第2図に
示したS1のQS1npnに対するQS1Mと相補な構成を第4図に
おいてPNPトランジスタQS22pnpとQS22Mで実現してお
り、QS22Mのコレクタ電流の向きが押し出し形に変更で
きる。したがって、第2図で示したQS,QM,抵抗90,100で
構成したカレントミラー回路を削減しても電流の向きに
応じて出力を外部端子18に発生できる。 即ち、第2図同様の効果を期待できる。 第6図は本発明に関わる第6の実施例を示しており、
第5図同様に第1図で示した電流電圧変換機能ブロック
17をアノードゲート及びカソードゲートを接続するPNPN
スイッチをS21とS22に変更したもので、第6図では、そ
のS21,S22及び第1図のブロック17を電気回路で具体化
して第5図と同様の部品には同番号,同符号を付与して
ある。本実施例では、S21に関わる構成のうちQS21Mのエ
ミッタとS21PNPNスイッチのカソードK21の間にRe21の抵
抗値をもつ抵抗E21を挿入してあることを除いて、第5
図と同様である。 そして、S22においては、等価回路で表わしたQS22pnp
のベースには、QS22MのPNPトランジスタのベースを接続
し、QS22npnのベースにはQS22M1のNPNトランジスタのベ
ースを接続し、QS22Mのエミッタは、Re221の値を持つ抵
抗E221を介してA22に接続し、QS22M1のエミッタは、R
e222の値を持つ抵抗E222を介してK221に接続してある。 さらにQS22Mのコレクタは、DS221のアノードに接続
し、QS22M1のコレクタは、逆流防止ダイオードDS222を
介してQSトランジスタのコレクタ及びベースとQMトラン
ジスタのベースに接続してある。 本実施例においても、第2図同様の効果を期待でき
る。即ちS21にIS21の電流が流れる場合には、QS21Mのコ
レクタに流れる電流をIS21Mとすれば、前記式とほぼ
同様に下記式となる。 したがって、R70及びRe21の調整により上記IS21に相
関する所望の出力電圧VR70が得られる。 一方、S22にIS22の電流が流れる場合には、 QS22Mのコレクタ電流をIS22M, QS22M1のコレクタ電流をIS22M1とすれば、 したがって、R70及びR221,R222,R90,R100の調整によ
り上記IS22に相関する所望の出力電圧VR70が得られる。 また、QS22Mが動作するときはQS22M1が動作せず、Q
S22M1が動作するときは、動作しない構造とできるの
で、式における第1項と第2項は、どちらか一方の出
力がVR70として発生する。したがって、S22のA22及びK2
2が電位変動しても所望の出力が得られる。即ち、第2
図同様の効果を期待できる。 第7図は本発明に関わる第7の実施例を示しており、
第6図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。本実施例においては、第6図のS22のPNPNスイッチ
に並列にQS222pNP及びQS222npn等価回路で表わしたS222
のPNPNスイッチを接続し、一方のスイッチにQS22Mに関
わる回路を、他方のスイッチにQS22M1に関わる回路を付
与してある。これらの構成においても第6図同様の効果
を期待できることは明らかである。 〔発明の効果〕 本発明によれば、PNPNスイッチに流れる電流に見合っ
た出力電圧が得られ、かつ従来の電流電圧変換用の高圧
入力を2端子削減し、従来の高耐圧抵抗も削減できる。 さらには、従来の外部抵抗2ケを1ケとすることが可
能となる。 したがって、半導体チップ面積の低減が可能となると
ともに、実使用時の製造コストの低減の効果がある。
回路を有する半導体スイッチの端子数削減と高耐圧抵抗
の削減に好適な回路構成に関する。 〔従来の技術〕 従来の高耐圧スイッチLSIは、例えば昭和58年度電子
通信学会総合全国大会 論文No.548「加入者回路用高耐
圧スイッチLSiの設計」と題する文献に記載されてい
る。 このLSiのブロック構成は、上記文献の図1に示さ
れ、呼出し信号送出は、PNPNスイッチのS1,S2,S5を介し
て行なわれている。一方、上記信号送出時のリングトリ
ップは、同文献図1のインタフェース部で行なわれてい
る。このリングトリップインタフェース回路構成は、同
文献の図4に示されている。 また、この様なインタフェース路は、昭和58年度電子
通信学会総合全国大会 論文No.1796の「IC化リングト
リップインタフェス回路の一構成」と題する文献にも詳
しく述べられている。 ここで、上記第1の従来例において、上記のインタフ
ェース回路の入力の抵抗は、一方をリンギング用電源、
他方は別の抵抗を介してS2の双方向PNPNスイッチに接続
され、上記入力の抵抗に電流が流れると該インターフェ
ース回路が電流電圧変換回路として動作する構成となっ
ている。したがって、上記リングトリップインターフェ
ース回路のモノリシック化に際しては、第1の文献の図
4に示される様な高圧入力端子を2端子増設する必要が
あった。 一方、上記第2の従来例においては、第2の文献の図
2に示されたリングトリップインタフェースの回路構成
のR0に発生する電圧VINは、同文献の図3に波形が示さ
れている様にVIN(最大値)≧100(V)となっている。 したがって同図2より以下の式が成り立つ。 VIN=R1×IE+VBE≧100 (IE;PNP又はNPNのエミッタ電流) (VBE;PNP又はNPNのベースエミッタ順電圧) 即ち、半導体チップで実現する上で、R1の両端の差電
圧は最大100Vを越えるため、高耐圧の抵抗を半導体チッ
プ上に実現する必要があった。 ところが、半導体チップ上で実現される抵抗の耐圧は
一般的に数十ボルト程度であるので、上記高耐圧抵抗は
分割して構成する必要が生じ、その結果半導体チップの
面積を増大させる必要があった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術は、前記リングトリップ回路のモノリシ
ック化に際して、高耐圧入力端子を2端子増設する必要
性と100V以上の耐圧を必要とする高耐圧抵抗を実現する
必要があった。 本発明の目的は、高耐圧入力端子の増設及び高耐圧抵
抗を不要とした上で、簡易かつ経済的に電流電圧変換機
能をモノリシック化することにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、複数のPNPNスイッチから成り、 第1のPNPNスイッチのアノードと第2のPNPNスイッチ
のカソードを接続してある半導体スイッチに、アノード
ゲートまたはカソードゲートを介して第1及び第2の電
流レベル変換部をそれぞれ設け、該電流レベル変換部を
それぞれ電圧発生部に接続する構成とすることにより達
成される。 〔作用〕 前記の第1の電流レベル変換部は、前記第1のPNPNス
イッチに流れる電流(ISW1)に相関する電流(IM1)を
発生する。 一方、前記の電圧発生部は、上記電流IM1に比例する
電圧を発生する。 その一方で、前記第2の電流レベル変換部は前記第2
のPNPNスイッチに流れる電流(ISW2)に相関する電流
(IM2)を発生する。また、前記で電圧発生部は電流IM2
に比例する電圧を発生する。 以上の機能を備えることにより、電流の流れる方向に
応じて上記第1のPNPNスイッチと第2のPNPNスイッチの
どちらか一方に電流を流すことにより、電流電圧変換機
能を実現できる。 〔実施例〕 以下、本発明を第1図から第8図により詳細に説明す
る。 第1図は本発明の第1の実施例であって、電流電圧変
換機能を含む半導体スイッチのブロック構成を示してい
る。図中点線で示してある1は、上記半導体スイッチを
モノリシック化した場合の半導体チップとなる一部を示
している。 第1図において、S1はPNPNスイッチであり、外部端子
2に該S1のアノード接続し、カソードは、外部端子3に
接続してある。外部端子2は、インピーダンスZ1を介し
て電源4に接続される。また外部端子3は、抵抗RL1及
びインピーダンスZTEL,抵抗RL2を介して、外部端子5に
接続してある。 一方、S21及びS22はS1と同等の機能を有するPNPNスイ
ッチであって、それぞれのアノードとカソードを逆並列
接続して、一方の側を外部端子5に、他方は、外部端子
8に接続した双方向スイッチである。外部端子8は交流
電源9に抵抗111を介して接続してある。 また、12はS1と同等の機能を有するPNPNスイッチで、
そのアノードは外部端子13に、カソードは、外部端子3
に接続される。外部端子13は、インピーダンスZ2を介し
て接地してある。 同様のPNPNスイッチはS5及び14,15であって、S5はア
ノードを外部端子3に、カソードは外部端子16に接続し
てある。14は、アノードを外部端子5に、カソードは外
部端子16に接続してある。15はアノードを外部端子13
に、カソードは、外部端子5に接続してある。また外部
端子16は、インピーダンスZ3を介して、電源4に接続し
てある。 図中、2点鎖線で示した17は、本発明に関わる電流電
圧変換機能を実現するブロックであって、PNPNスイッチ
S1のアノードゲートAG1及びカソードゲートKG1と接続し
てある電流レベル変換部と、PNPNスイッチS5のアノー
ドゲートAG5及びカソードゲートKG5と接続する電流レベ
ル変換部を有し、上記,変換部と一端を接続した
電圧発生部を備え、その他端は外部端子18に接続してあ
る。 これに対して、第8図には、従来の電流電圧変換機能
を含む半導体スイッチのブロック構成を示してある。第
1図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。 第8図中、2点鎖線で囲まれるブロック170が従来の
電流電圧変換機能を実現するブロックであって、外部端
子8及び交流電源9との間にある抵抗10及び11のうち抵
抗11の両端を外部入力端子19と20と接続してある。 この電流電圧変換機能を有するブロック170が動作す
る時は、第8図中のS1,S21,S22,S5のPNPNスイッチのう
ち、S21に電流が流れる場合はS1に電流が流れており、S
22に電流が流れる場合はS5に電流が流れる。この電流に
より、ブロック170ので電流電圧変換機能で外部端子180
に抵抗11に流れる電流及び電流の向きに相関して、出力
電圧を発生する。 一方、本発明に関わる第1図の実施例においては、図
中2点鎖線で囲むブロック17を設けることにより第8図
図示のブロック170の機能を実現でき、第8図の外部端
子19及び20を削減できる。 即ち、第1図図示のS1,S21,S22,S5のPNPNスイッチの
うち、S1に電流(IS1)が流れる場合には、該S1のAG1あ
るいはKG1に接続する電流レベル変換部でIS1に相関す
る電流IM1を発生し、電圧発生部で電圧に変換すること
により外部端子18に上記IS1に相関する所望の出力電圧
が得られる。一方、S5に電流(IS5)が流れる場合は、
該S5のAG5あるいはKG5に接続した電流レベル変換部で
IS5に相関する電流IM5を発生し電圧変換部で電圧に変換
することにより外部端子に所望の出力電圧が得られる。 したがって従来の電流電圧変換機能ブロック170を本
発明に関わる機能ブロック17によって実現できる。そし
て、従来より外部入力端子を削減できる。このことによ
り半導体チップ上の外部接続用エリアも削減できチップ
面積の低減に寄与できる。 さらに、第1の実施例においては第8図の従来例で分
割の必要がある抵抗10及び11は1体化でき、抵抗1ケを
削減し、実使用時のコストを低減できる。 次に、第2図は本発明の第2の実施例であって、第1
図のブロック構成図の中でS1及びS5と2点鎖線で示すブ
ロック17を電気回路として具体化したものである。 第2図において、点線で囲んであるS1及びS5は第1図
同様にPNPNスイッチS1及びS5を表わしている他、同じ部
品には同符号,同番号を付与してある。第2図のS1はPN
PトランジスタQS1PNPとNPNトランジスタQS1npnの等価回
路で、S5は同様にQS5PNPとQS5npnの等価回路で表わして
いる。 このPNPNスイッチS1のカソードK1とカソードゲートKG
1,S5のカソードK5とカソードゲートKG5の間には、PNPN
スイッチのアノード・カゾード間に順方向の電圧が加わ
った過渡時に該スイッチのPN接合容量を充電する電流が
ゲートに流れ込み誤点弧することを防止するためのR3,R
4の抵抗値をもつ保護用抵抗30及び40が接続される。 一方、S1のKG1にベースを接続するnpnトランジスタQ
S1Mは、上記QS1npnと整合したデバイス構造を有してお
りそのエミッタはK1と接続され、該コレクタは逆流防止
ダイオードDS1を介してPNPトランジスタQMのコレクタ及
び外部出力18及びR70の抵抗値をもつ抵抗70に接続され
ている。抵抗70の他端は電源80に接続される。 その一方で、S5のKG5にベースを接続するトランジス
タQS5Mは、QS1M同様にQS5npnと整合したデバイス構造を
有しており、そのエミッタはK5と接続され、そのコレク
タは逆流防止ダイオードDS5を介してPNPトランジスタQS
のコレクタ及びベースと前記QMのベースに接続してあ
り、QS及びQMでQS側をソース入力とし、QM側をミラー出
力とするカレントミラー回路を構成している。QS及びQM
の各々のエミッタには、R90,R100の抵抗値をもつ抵抗9
0,100を介して電源81に接続される。 図中、一点鎖線で囲まれた部分が本発明に関れる電流
電圧変換機能を有する回路ブロック171である。 本実施例においても、図1に示したブロック17と同様
に、従来に対し外部入力を削減できる。 即ち、上記PNPNスイッチS1が導通状態になると、S1に
流れる電流(IS1)のうちQS1npnのコレクタには、 IS1−IS1×αS1pnp(αS1pnp:QS1pnpのベース接地電
流増幅率) が流れ、QS1pnpのベースには、 (VGK;PNPNスイッチのカソードゲート・カソード間順電
圧) の一部が流れ込む。 このことから、QS1pnpとベース及びエミッタを接続し
てあるQS1Mは電源80の電圧よりもS1のK1の電位が低くな
ればカレントミラー動作し、 QS1Mのエミッタ面積をAS1M,QS1npnをAS1npnとすれば
次式が成立する。 したがって、QS1Mのコレクタ電流は電源80から吸い込
むと、次の式が成立する。 したがって、S1のNPNトランジスタ部とベース及びエ
ミッタを接続するNPNトランジスタQS1Mとのエミッタ面
積化及びR70を調整すれば、上記PNPNスイッチS1に流れ
る電流を第2図の外部端子18に電圧変換して所望の出力
が得られる。 また、上記S1が導通状態になくPNPNスイッチS5が導通
状態にある場合も、S1と同様にR70に所望の出力が得ら
れる。 即ち、上記S5が導通状態になるとS5に流れる電流(I
S5)のうちQS5npnのコレクタには、 IS5−IS5×αS5pnp(αS5pnp;QS5pnpのベース接地電
流増幅率) が流れ、これより、QS5pnpとベース及びエミッタが接続
してあるQS5MはS1同様に電源81の電位よりもS5のK1の電
位が低くなって動作電位となれば、カレントミラー動作
する。したがって、QS5Mのコレクタ電流をICS5Mとする
と次の式が成立する。 一方、QS5MのコレクタとQS5を介してあるQs,QM抵抗,9
0,100で構成したカレントミラー回路は、QMのコレクタ
電流をICQMとすればとできる。したがって、上記QMのコレクタ電流が電源80
に流れ込むと、 の出力が得られる。 これにより式のR90,R100,R70の抵抗値及びQS5M,Q
S5npnの各々のエミッタ面積比を調整すれば、上記PNPN
スイッチS5に流れる電流を外部端子18に電圧変換して所
望の出力が得られる。 一方、QS,QM,抵抗90,100でカレントミラー回路を構成
したことにより、S1及びS5の各々に電流が流れる場合で
外部端子18に発生する電圧の極性を反転しており、第8
図で示した電流電圧変換機能ブロック170で実現してい
る抵抗11に流れる電流及び電流の向きに相関した出力電
圧は、本実施例でも実現できる。 したがって、従来の第8図の19,20端子を削減し、半
導体チップ面積の削減に寄与できる。 さらに第8図の抵抗10,11の1体化を実現でき、実使
用上のコスト低減を実現できる。 さらに、前記従来技術の欄で述べた高耐圧抵抗も削減
できる。 第3図は、本発明の第3の実施例であって、第2図同
様に第1図のブロック構成図の中でS1及びS5と第1図2
点鎖線で示すブロックを具体化したものである。第2図
と同様の部品には同符号,同番号を付与してある。第2
図と異なるのは、QS1M及びQS5Mのエミッタとそれぞれの
カソードK1,K5の間に抵抗値Re1,Re5を有する抵抗E1,E5
を設けた点である。 PNPNスイッチS1が導通状態になりIS1の電流が流れる
と、次式が成立する。 したがって、式のln{IS1×(1−αS1pnp)}の変
化率がln(ICS1M)よりも大きければ、IS1に相関する所
望の出力電圧VR70がR70及びRE1の調整により得られる。 一方、PNPNスイッチS5についても同様にIS5の電流が
流れると次式も成立する。 したがって、式同様にR70及びRE5とR90,R100の調整
により式で表わすIS5に相関する所望の出力電圧VR70
が得られる。 また、第2図の実施例同様にQS,QM抵抗90,100のカレ
ントミラー回路を構成したことにより、S1及びS5の各々
に電流が流れる場合によって外部端子18に発生する電圧
の極性を反転しており、第8図の従来例で示した電流電
圧変換機能ブロック170で実現している抵抗11に流れる
電流及びその向きに相関した出力電圧は、本実施例でも
実現できる。また、RE1及びRE5のそれぞれの両端の電位
差は、それぞれのカソードゲートとカソードの電位差V
GK1,VGK5を越えることはなく、高耐圧化の必要はない。
したがって、第2図同様の効果を実現できる。さらに前
記式式とも半導体チップ上で実現する上でバラツキ
が小さく精度を確保できる各々の抵抗の相対精度で出力
電圧を発生でき、製造時のプロセスバラツキによる影響
も低減できる。 第4図は本発明に関わる第4の実施例を示しており、
第2図同様に第1図のブロック構成図の中でS1及びS5と
第1図中のブロック17を具体化したものである。第2図
と同様の部品には同符号,同番号を付与してある。第2
図と異なるのは、第2図のQS1M,QS5MをNPNトランジスタ
からPNPトランジスタに置き換えて、QS1M1,QS5M1で構成
し、各々QS1pnp,QS5pnpのベース,エミッタに接続して
ある。 本実施例においては、第2図図示の相補な構成を各々
のPNPNスイッチS1,S5のQS1pnp,QS5pnp側で構成してある
ために、第2図同様の効果を期待できることは明らかで
ある。 さらに第2図の構成でQS1M,QS5Mのベースエミッタ間
に介在する抵抗30,40による影響を、第4図では、PNP側
で実現したために排除できる。 また、第3図で示したE1,E5抵抗は本実施例でも実現
でき、第3図同様の効果を期待できることは明らかであ
る。 第5図は本発明に関わる第5の実施例を示しており、
第1図で示した電流電圧変換機能ブロック17とアノード
ゲート及びカソードゲートを接続するPNPNスイッチをS2
1とS22に変更したものであって、第5図では、そのS21,
S22及び第1図のブロック17を電気回路で具体化して第
2図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。本実施例では、アノードA22とカソードK22を有する
S22の等価回路を構成するトランジスタQS22pnp及びQ
S22npnのうちQS22pnpのベース,エミッタと接続したQ
S22Mとそのコレクタと逆流防止ダイオードDS22を介して
外部端子18に接続し、その一方でアノードA21とカソー
ドK21を有するS21の等価回路を構成するトランジスタQ
S21pnp及びQS21npnのうちQS21npnのベース,エミッタと
接続したQS21Mとそのコレクタと逆流防止ダイオードDS2
1を介して外部端子18に接続してある。 第1図で示したようにS21,S22は各々のアノード・カ
ソードを逆並列接続してあるために、S21に電流が流れ
る時は、S22に流れず相補に電流が流れる。該S21に電流
が流れる場合には、第2図に示したS1と同様の構成であ
るために出力が得られることは容易に推測される。 一方、S22に電流が流れる場合においては、第2図に
示したS1のQS1npnに対するQS1Mと相補な構成を第4図に
おいてPNPトランジスタQS22pnpとQS22Mで実現してお
り、QS22Mのコレクタ電流の向きが押し出し形に変更で
きる。したがって、第2図で示したQS,QM,抵抗90,100で
構成したカレントミラー回路を削減しても電流の向きに
応じて出力を外部端子18に発生できる。 即ち、第2図同様の効果を期待できる。 第6図は本発明に関わる第6の実施例を示しており、
第5図同様に第1図で示した電流電圧変換機能ブロック
17をアノードゲート及びカソードゲートを接続するPNPN
スイッチをS21とS22に変更したもので、第6図では、そ
のS21,S22及び第1図のブロック17を電気回路で具体化
して第5図と同様の部品には同番号,同符号を付与して
ある。本実施例では、S21に関わる構成のうちQS21Mのエ
ミッタとS21PNPNスイッチのカソードK21の間にRe21の抵
抗値をもつ抵抗E21を挿入してあることを除いて、第5
図と同様である。 そして、S22においては、等価回路で表わしたQS22pnp
のベースには、QS22MのPNPトランジスタのベースを接続
し、QS22npnのベースにはQS22M1のNPNトランジスタのベ
ースを接続し、QS22Mのエミッタは、Re221の値を持つ抵
抗E221を介してA22に接続し、QS22M1のエミッタは、R
e222の値を持つ抵抗E222を介してK221に接続してある。 さらにQS22Mのコレクタは、DS221のアノードに接続
し、QS22M1のコレクタは、逆流防止ダイオードDS222を
介してQSトランジスタのコレクタ及びベースとQMトラン
ジスタのベースに接続してある。 本実施例においても、第2図同様の効果を期待でき
る。即ちS21にIS21の電流が流れる場合には、QS21Mのコ
レクタに流れる電流をIS21Mとすれば、前記式とほぼ
同様に下記式となる。 したがって、R70及びRe21の調整により上記IS21に相
関する所望の出力電圧VR70が得られる。 一方、S22にIS22の電流が流れる場合には、 QS22Mのコレクタ電流をIS22M, QS22M1のコレクタ電流をIS22M1とすれば、 したがって、R70及びR221,R222,R90,R100の調整によ
り上記IS22に相関する所望の出力電圧VR70が得られる。 また、QS22Mが動作するときはQS22M1が動作せず、Q
S22M1が動作するときは、動作しない構造とできるの
で、式における第1項と第2項は、どちらか一方の出
力がVR70として発生する。したがって、S22のA22及びK2
2が電位変動しても所望の出力が得られる。即ち、第2
図同様の効果を期待できる。 第7図は本発明に関わる第7の実施例を示しており、
第6図と同様の部品には、同番号,同符号を付与してあ
る。本実施例においては、第6図のS22のPNPNスイッチ
に並列にQS222pNP及びQS222npn等価回路で表わしたS222
のPNPNスイッチを接続し、一方のスイッチにQS22Mに関
わる回路を、他方のスイッチにQS22M1に関わる回路を付
与してある。これらの構成においても第6図同様の効果
を期待できることは明らかである。 〔発明の効果〕 本発明によれば、PNPNスイッチに流れる電流に見合っ
た出力電圧が得られ、かつ従来の電流電圧変換用の高圧
入力を2端子削減し、従来の高耐圧抵抗も削減できる。 さらには、従来の外部抵抗2ケを1ケとすることが可
能となる。 したがって、半導体チップ面積の低減が可能となると
ともに、実使用時の製造コストの低減の効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による半導体スイッチのブロ
ック図、第2図〜第7図はそれぞれ本発明の一実施例の
具体的な回路図、第8図は従来の半導体スイッチのブロ
ック図である。 S1,S21,S22,S5,12,14,15……PNPNスイッチ、 9……交流電源、 17……電流電圧変換機能ブロック、 4……電源。
ック図、第2図〜第7図はそれぞれ本発明の一実施例の
具体的な回路図、第8図は従来の半導体スイッチのブロ
ック図である。 S1,S21,S22,S5,12,14,15……PNPNスイッチ、 9……交流電源、 17……電流電圧変換機能ブロック、 4……電源。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 松山 光男
神奈川県横浜市戸塚区戸塚町216番地
株式会社日立製作所戸塚工場内
(56)参考文献 特開 昭62−207023(JP,A)
特開 昭58−95426(JP,A)
昭和58年度電子通信学会総合全国大会
講演論文集,分冊2,548,(S58−3
−18),井鍋泰宣(他2名),加入者回
路用高耐圧スイッチLSIの検討,P.
(2−285)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.外部端子を有する加入者回路用半導体スイッチにお
いて、 第1、第2の外部端子(3、5)と第3、第4の外部端
子(13、16)との間に第1のPNPNスイッチ(S5)を設
け、上記第1のPNPNスイッチ(S5)のアノードを第1の
外部端子(3)に接続し、カソードを上記第4の外部端
子(16)に接続し、 上記第1の外部端子と第5の外部端子(2)との間に第
2のPNPNスイッチ(S1)を設け、上記第2のPNPNスイッ
チ(S1)のアノードを第5の外部端子(2)に接続し、
カソードを上記第1の外部端子(3)に接続し、 上記第1のPNPNスイッチ(S5)のカソードゲート(KG
5)とアノードゲート(AG5)とに接続され、該PNPNスイ
ッチに流れる電流(Is5)に相関する電流(IM5)を発生
する第1の電流レベル変換部と、上記第2のPNPNスイッ
チ(S1)のカソードゲート(KG1)とアノードゲート(A
G1)とに接続され、該PNPNスイッチに流れる電流(Is
1)に相関する電流(IM1)を発生するた第2の電流レベ
ル変換部と、上記第1、第2の電流レベル変換部の出力
両相関電流を合成し、該合成電流を電圧に変換して出力
端子に導く電圧変換部とを設けたことを特徴とする加入
者回路用半導体スイッチ。 2.特許請求の範囲第1項に記載の加入者回路用半導体
スイッチにおいて、上記第1、第2の電流レベル変換部
が、それぞれ第1、第2のNPNトランジスタからなり、 上記第1のNPNトランジスタのベースを上記第1のPNPN
スイッチのカソードゲートに接続し、該第1のNPNトラ
ンジスタのエミッタを該第1のPNPNスイッチのカソード
に接続し、該第1のNPNトランジスタのコレクタを上記
電圧変換部の入力段に接続し、 上記第2のNPNトランジスタのベースを上記第2のPNPN
スイッチのカソードゲートに接続し、該第2のNPNトラ
ンジスタのエミッタを該第2のPNPNスイッチのカソード
に接続し、該第2のNPNトランジスタのコレクタを上記
電圧変換部の入力段に接続したことを特徴とする半導体
スイッチ。 3.特許請求の範囲第2項記載の加入者回路用半導体ス
イッチにおいて、上記第1、第2のNPNトランジスタの
エミッタと上記第1、第2のPNPNスイッチのカソードと
の間にそれぞれ第1、第2の抵抗を設けたことを特徴と
する半導体スイッチ。 4.特許請求の範囲第1項に記載の加入者回路用半導体
スイッチにおいて、上記第1、第2の電流レベル変換部
が、それぞれ第1、第2のPNPトランジスタからなり、 上記第1のPNPトランジスタのベースを上記第1のPNPN
スイッチのアノードゲートに接続し、該第1のPNPトラ
ンジスタのエミッタを該第1のPNPNスイッチのアノード
に接続し、該第1のPNPトランジスタのコレクタを上記
電圧変換部の入力段に接続し、 上記第2のPNPトランジスタのベースを上記第2のPNPN
スイッチのアノードゲートに接続し、該第2のPNPトラ
ンジスタのエミッタを該第2のPNPNスイッチのアノード
に接続し、該第2のPNPトランジスタのコレクタを上記
電圧変換部の入力段に接続したことを特徴とする加入者
回路用半導体スイッチ。 5.特許請求の範囲第4項記載の加入者回路用半導体ス
イッチにおいて、上記第1、第2のPNPトランジスタの
エミッタと上記第1、第2のPNPNスイッチのアノードと
の間にそれぞれ第1、第2の抵抗を設けたことを特徴と
する加入者回路用半導体スイッチ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62314062A JP2765842B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 加入者回路用半導体スイッチ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62314062A JP2765842B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 加入者回路用半導体スイッチ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01157118A JPH01157118A (ja) | 1989-06-20 |
JP2765842B2 true JP2765842B2 (ja) | 1998-06-18 |
Family
ID=18048768
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62314062A Expired - Lifetime JP2765842B2 (ja) | 1987-12-14 | 1987-12-14 | 加入者回路用半導体スイッチ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2765842B2 (ja) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5895426A (ja) * | 1981-12-02 | 1983-06-07 | Hitachi Ltd | 半導体スイツチ |
JPS62207023A (ja) * | 1986-03-07 | 1987-09-11 | Hitachi Ltd | 半導体スイツチ |
-
1987
- 1987-12-14 JP JP62314062A patent/JP2765842B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
昭和58年度電子通信学会総合全国大会講演論文集,分冊2,548,(S58−3−18),井鍋泰宣(他2名),加入者回路用高耐圧スイッチLSIの検討,P.(2−285) |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01157118A (ja) | 1989-06-20 |
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