JP2845192B2 - 差動スイッチング回路 - Google Patents

差動スイッチング回路

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JP2845192B2 JP4140096A JP4140096A JP2845192B2 JP 2845192 B2 JP2845192 B2 JP 2845192B2 JP 4140096 A JP4140096 A JP 4140096A JP 4140096 A JP4140096 A JP 4140096A JP 2845192 B2 JP2845192 B2 JP 2845192B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は差動スイッチング回
路に関し、特に電流出力型のD/Aコンバータ等に用い
る差動スイッチング回路に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のかかる差動スイッチング回路は、
例えばD/Aコンバータの電流源セルに組込まれて用い
られる。
【0003】図5は従来の一例を示す差動スイッチング
回路図である。図5に示すように、この差動スイッチン
グ回路は、定電流PチャネルMOSトランジスタP1を
備え、そのゲートにバイアス電圧Vを供給される定電流
源回路1と、この定電流源回路1に接続される一対のP
チャネルMOSトランジスタ(以下、PMOSと称す)
P2,P3からなる電流スイッチ2と、出力抵抗R1と
を有し、これらPMOSP2,P3のゲートに入力端子
DIからインバータI1を介し、また直接制御すること
により、出力端子DOからハイ,ロウの電圧を取り出す
構成である。なお、A点からD点は、各ノードを表わ
す。
【0004】この電流スイッチ2を形成するPMOSP
2,P3は相補的なディジタル信号を供給し、オン/オ
フすることにより、出力端子DOの電圧を制御してい
る。したがって、PMOSP2,P3のいずれかに電流
が流れる回路を構成することになる。
【0005】この差動スイッチング回路は、各電流セル
ごとに対応して設けられており、D/Aコンバータとし
ては、複数個配置された定電流源の各々を制御すること
により、所望のアナログ出力をコントロールすることが
できる。
【0006】図6は図5に示す電流スイッチのノードB
における電圧変化を説明するタイミング図である。図6
に示すように、電流スイッチ2のPMOSP2,P3が
切り換わるとき、両トランジスタが共にオフ気味となる
タイミングが存在している。すなわち、入力端子DIよ
り入力信号が供給されると、ノードC,Dの電圧はそれ
ぞれVC,VDのように変化するが、時刻4ns付近に
おいて、ノードBの電圧VBが他の切り換わり時刻(0
ns,8ns)のVB電圧よりも約0.8V高くなるこ
とがある。これは、PMOSP2,P3が共にオフとな
るタイミングであり、この電圧変化がPMOSP1の寄
生容量を介してノードAの一定バイアス電圧VAにノイ
ズとして重畳されてしまう。
【0007】かかる一定バイアス電圧VAにノイズが重
畳されると、そのバイアス電圧が与えられている複数個
の定電流源トランジスタ全てに影響を与えてしまい、D
/A変換出力にもノイズが出力されてしまう。このよう
な事態は、インバータI1の遅延時間により、電流スイ
ッチ2の制御がPMOSP3,PMOSP2の順に行わ
れる方式、要するに切り換え順序固定方式のために生ず
るものである。
【0008】図7は従来の他の例を示す差動スイッチン
グ回路図である。図7に示すように、この差動スイッチ
ング回路は、上述した出力ノイズを低減するために、図
5の回路を改良したものであり、例えば特開平5−30
8288号公報のディジタル/アナログ変換器等に開示
されている。この回路は、前述した定電流源回路1,電
流スイッチ2の他に、スイッチ制御部3aを設けてお
り、その構成はPMOSP5およびP7と、NMOSN
1およびN2とによって形成される。
【0009】かかるスイッチ制御部3aを設けたのは、
図5の回路で反転信号を形成するためにインバータI1
を設けていたのを止めること、すなわち、ゲート遅延に
よるPMOSP3,PMOSP2の順の動作タイムラグ
によって発生していたノイズを無くすため、正転信号
(DI)および反転信号(DI反転)のタイムラグを無
くす構成とすることにある。かかるタイムラグを無くす
ことにより、切り換わる時間が短かくなり、ノイズを削
減することができる。
【0010】図8(a),(b)はそれぞれ図7に示す
電流スイッチのノードBにおける電圧変化を説明するタ
イミング図およびノードAの電圧特性図である。図8
(a)に示すように、図7の差動スイッチング回路で
は、電流スイッチ2のPMOSP3,P2が完全には両
方ともオフにはならないものの、オフ気味の状態によっ
てやはりノードBの電圧VBが最大で約0.6V持ち上
げられる。そのために、図8(b)に示すように、ノー
ドAの電圧VAは約0.36mV持ち上げられてしま
う。この電圧の変化は、図7のスイッチ制御部3aにお
けるPMOSP5,P7の動作を制御するにあたり、こ
れら両トランジスタに対する立ち上がり遅延制御をしづ
らいことによっている。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の差動ス
イッチング回路、特に図5に示した前者の差動スイッチ
ング回路は、スイッチトランジスタの切り換わりにおい
て、ノイズを発生するという欠点がある。
【0012】また、図7に示した後者の差動スイッチン
グ回路は、電流スイッチを形成するトランジスタ(P
2,P3)を共にオフとならないように、タイミングを
制御することにより、或る程度のノイズを低減すること
ができる。しかし、両トランジスタの切り換わりタイミ
ングをより良くするために、NMOSとPMOSとのサ
イズバランスを、NMOS優位なものにしなければなら
ない。そのために、スイッチ制御部の面積が大きくな
り、ひいては使用消費電力を増大させるという欠点があ
る。
【0013】本発明の目的は、かかる定電流源へのノイ
ズの飛び込みを減らすとともに、スイッチ制御部の面積
を小さく且つ消費電力も少なくすることのできる差動ス
イッチング回路を提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明の差動スイッチン
グ回路は、ゲートに一定電圧を供給される定電流MOS
トランジスタを備えた定電流源回路と、一対のMOSト
ランジスタからなり、前記定電流源回路に接続される電
流スイッチと、出力端子に接続される出力抵抗と、入力
端子に接続され、前記電流スイッチの前記一対のMOS
トランジスタを制御するためのスイッチ制御部とを備え
た差動スイッチング回路において、前記スイッチ制御部
は、前記入力端子からの信号をそれぞれゲートに供給
し、電源とGND間に接続した第1のPMOSトランジ
スタおよび第1のNMOSトランジスタと、前記第1の
PMOSトランジスタおよび前記第1のNMOSトラン
ジスタ間に接続した第2のPMOSトランジスタと、前
記入力端子からの信号をインバータを介してそれぞれゲ
ートに供給し、前記電源と前記GND間に接続した第3
のPMOSトランジスタおよび第2のNMOSトランジ
スタと、前記第3のPMOSトランジスタおよび前記第
2のNMOSトランジスタ間に接続した第4のPMOS
トランジスタとを有し、前記第2のPMOSトランジス
タおよび前記第1のNMOSトランジスタの接続点を前
記第4のPMOSトランジスタおよび前記電流スイッチ
の一方のMOSトランジスタのそれぞれのゲートに接続
し且つ前記第4のPMOSトランジスタおよび前記第2
のNMOSトランジスタの接続点を前記第2のPMOS
トランジスタおよび前記電流スイッチの他方のMOSト
ランジスタのそれぞれのゲートに接続して構成される。
【0015】また、本発明の差動スイッチング回路は、
前記電源および前記GND間に接続した前記第1および
前記第2のPMOSトランジスタの接続位置を入れ換え
且つ前記第3および前記第4のPMOSトランジスタの
接続位置を入れ換えて構成することもできる。
【0016】さらに、本発明の差動スイッチング回路
は、ゲートに一定電圧を供給される定電流MOSトラン
ジスタを備えた定電流源回路と、一対のMOSトランジ
スタからなり、前記定電流源回路に接続される電流スイ
ッチと、出力端子に接続される出力抵抗と、入力端子に
接続され、前記電流スイッチの前記一対のMOSトラン
ジスタを制御するためのスイッチ制御部とを備えた差動
スイッチング回路において、前記スイッチ制御部は、前
記入力端子からの信号をそれぞれゲートに供給し、電源
とGND間に接続した第1のPMOSトランジスタおよ
び第1のNMOSトランジスタと、前記第1のPMOS
トランジスタおよび前記第1のNMOSトランジスタ間
に接続した第2のNMOSトランジスタと、前記入力端
子からの信号をインバータを介してそれぞれゲートに供
給し、前記電源と前記GND間に接続した第2のPMO
Sトランジスタおよび第3のNMOSトランジスタと、
前記第2のPMOSトランジスタおよび前記第3のNM
OSトランジスタ間に接続した第4のNMOSトランジ
スタとを有し、前記第1のPMOSトランジスタおよび
前記第2のNMOSトランジスタの接続点を前記第4の
NMOSトランジスタおよび前記電流スイッチの一方の
MOSトランジスタのそれぞれのゲートに接続し且つ前
記第2のPMOSトランジスタおよび前記第4のNMO
Sトランジスタの接続点を前記第2のNMOSトランジ
スタおよび前記電流スイッチの他方のMOSトランジス
タのそれぞれのゲートに接続して構成される。
【0017】さらに、本発明の差動スイッチング回路
は、前記電源および前記GND間に接続した前記第1お
よび前記第2のNMOSトランジスタの接続位置を入れ
換え且つ前記第3および前記第4のNMOSトランジス
タの接続位置を入れ換えて構成することもできる。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図1は本発明の一つの実施
の形態を示す差動スイッチング回路図である。図1に示
すように、本実施の形態の差動スイッチング回路は、電
流セルマトリクス方式のD/Aコンバータの電流源セル
に適用したものであり、その構成はゲートに一定電圧V
を供給される定電流PMOSP1を備えた定電流源回路
1と、一対のPMOSP2,P3からなる電流スイッチ
2と、出力抵抗R1および電流スイッチ2のPMOSP
2,P3を制御するスイッチ制御部3とを有する。
【0019】本実施の形態における定電流PMOSP1
は、ソースを電源VDDに且つドレインを電流スイッチ
PMOSP2,P3のソースに接続し、ゲートをバイア
ス端子Vに接続することにより、常時所定の電流を供給
する定電流源となっている。また、電流スイッチ2を形
成するPMOSP2,P3は、それらのゲートに印加さ
れる制御信号によってオン,オフされ、定電流源PMO
SP1からの電流を出力端子DOへ供給したり、GND
へ流したりする。
【0020】さらに、スイッチ制御部3は、入力端子D
Iからの信号をそれぞれゲートに供給され且つ電源VD
DとGND間に接続してCMOSインバータ機能を果た
すPMOSP4およびNMOSN1と、これらPMOS
P4およびNMOSN1間に接続され、遅延回路機能を
果たすPMOSP5と、同様に入力端子DIからの信号
をインバータI1を介してそれぞれゲートに供給され且
つ電源VDDとGND間に接続してCMOSインバータ
機能を果たすPMOSP6およびNMOSN2と、これ
らPMOSP6およびNMOSN2間に接続され、遅延
回路機能を果たすPMOSP7とを有している。
【0021】すなわち、このスイッチ制御部3は、入力
端子DIと入力信号を反転させるインバータI1を持
ち、入力端子DIをPMOSP4のゲートおよびNMO
SN1のゲートに接続する。また、インバータI1の出
力をPMOSP6のゲートおよびNMOSN2のゲート
に接続し、PMOSP5のソースをPMOSP4のドレ
インに、PMOSP5のドレインをNMOSN1のドレ
インにそれぞる接続する。同様に、PMOSP7のソー
スをPMOSP6のドレインに、PMOSP7のドレイ
ンをNMOSN2のドレインにそれぞれ接続する。しか
も、電流スイッチ2の一対のPMOSP2,P3うち、
P2のゲートをN1のドレインおよびP7のゲートに接
続するとともに、P3のゲートをN2のドレインおよび
P5のゲートに接続して構成される。
【0022】かかる構成の差動スイッチング回路におい
て、入力端子DIからの信号が入ると、PMOSP2,
P3のゲートであるノードC,Dの電圧VC,VDは、
NMOSN1およびNMOSN2がすぐに応答し、PM
OSP4およびPMOSP6もすぐに応答しようとす
る。しかし、PMOSP4,P6はノードC,Dの電圧
VC,VDによって応答するPMOSP5およびPMO
SP7が接続されているため、スイッチ制御部3の出力
ノードC,DにまでPチャネルトランジスタ側からの″
ハイ″レベルの応答はすぐにはとどかない。このため、
出力ノードC,Dは相対的にロウにはすぐなるが、ハイ
になるためには、必ず他方がロウでないとハイになりに
くい。要するに、必ず他方がロウでないと、遅延素子と
してのPMOSP5,P7がオンしないため、ハイにな
りにくくしており、それによって電流スイッチとしての
PMOSP2,P3の双方が同時にはオフにならないよ
うに構成するためである。その上、PMOSP4,P6
は、抵抗としての機能も果たし、ノードC,Dにおける
電圧の立ち上がりタイミングを遅延させる働きをしてい
る。
【0023】このような立ち上がりが緩く、立ち下がり
が速いスイッチングのタイミングを作るために、スイッ
チ制御部3のPMOSP4〜P7とNMOSN1,N2
とのサイズ比は、通常PMOSに対してNMOSのサイ
ズを或る程度大きくしなければならないが、本実施の形
態によれば、PMOSを2段縦積みにしているので、そ
れぞれ一般的なインバータサイズのままで実現すること
ができる。
【0024】図2(a),(b)はそれぞれ図1に示す
電流スイッチのノードBにおける電圧変化を説明するタ
イミング図およびノードAの電圧特性図である。図2
(a),(b)に示すように、この電圧スイッチにおけ
る電圧特性は、前述した図8(a),(b)の従来例の
特性に対応しており、それとの比較でみると、電流スイ
ッチ2を構成するPMOSP2,P3のゲートに印加す
る制御電圧VC,VDの立ち下がり特性を俊敏にするこ
と、すなわちPMOSの動作スピードを遅くすることが
できるので、ノードBの電圧VBをより安定にすること
ができ、その結果定電流源回路1を構成するPMOSP
1のゲートに供給されるバイアス電圧VAへのノイズの
影響を大幅に削減することができる。
【0025】図3は本発明の他の実施の形態を示す差動
スイッチング回路図である。図3に示すように、本実施
の形態における差動スイッチング回路は、前述した図1
の各回路を形成するPMOSをNMOSに、またNMO
SをPMOSにそれぞれ置き換たものである。
【0026】すなわち、かかる差動スイッチング回路に
おいて、定電流源回路1を構成するNMOSN3のドレ
インは、電流スイッチ2を構成するNMOSN4,N5
のソースに、NMOSN3のソースはGNDに接続され
るとともに、ゲートにはバイアス電圧Vが供給され、こ
れによってNMOSN3は定電流源となっている。ま
た、電流スイッチ2のNMOSN4,N5はそれぞれゲ
ートに印加される信号によりオン,オフされ、定電流源
NMOSN3の電流を出力端子DOへ供給したり、停止
したりする。
【0027】しかも、入力端子DIからの信号が供給さ
れると、スイッチ制御部3のPMOSP8,P9は直ち
に応答するので、NMOSN4,N5のゲートであるノ
ードC,Dの電位VC,VDはハイ(VDD)になる。
しかし、電位VCもしくはVDがロウになるためには、
他方がハイである必要がある。すなわち、他方がハイで
ないと、NMOSN6,N8がオンしないため、ロウに
なりにくく、したがって電流スイッチ2のNMOSN
4,N5が共に(同時に)オフにならないようにしてい
る。さらに、スイッチ制御部3におけるNMOSN7,
N9は抵抗の役割も果しているため、ノードC,Dの電
位VC,VDの立ち下がるタイミングを遅らせることが
できる。
【0028】上述したスイッチング回路を用いれば、N
MOSで定電流セルを形成している電流セルマトリック
ス方式のD/Aコンバータでも同様の効果が得られる。
【0029】なお、図3の回路において、スイッチ制御
部3を構成するNMOSN6とN7、およびNMOSN
8とN9の位置をそれぞれ入れ換えても同様に機能させ
ることができる。
【0030】図4は本発明のまた別の実施の形態を示す
差動スイッチング回路図である。図4に示すように、本
実施の形態における差動スイッチング回路は、前述した
図1のスイッチ制御部3において、PMOSP4とP
5、およびPMOSP6とP7の接続位置を入れ換えた
構成である。すなわち、電源VDD側にPMOSP5,
P7を接続し、ノードC,D側にPMOSP4,P6を
接続した回路である。なお、その他の定電流源回路1,
電流スイッチ2および出力抵抗R1については、変更を
要しないため、説明を省略する。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の差動スイ
ッチング回路は、定電流源回路と、そこからの電流を出
力端子もしくはGNDへ供給するための一対のPMOS
あるいはNMOSからなる電流切換スイッチと、この電
流切換スイッチを制御するスイッチ制御部とを備え、し
かもこのスイッチ制御部に入力正転信号および入力反転
信号で動作するPMOSもしくはNMOSを縦積みに接
続することにより、前記一対のPMOSあるいはNMO
Sの切換わりタイミングを同時オフが発生しにくくでき
るので、インバータのP対Nのサイズ比を同等でも良く
でき、ノイズを減少させるとともに、スイッチ制御部の
面積を小さく且つ消費電力を少なくできるという効果が
ある。また、本発明によれば、回路設計を容易にでき、
電流セル方式のD/Aコンバータに用いても、ノイズが
少なく、安定したコンバータとすることができるという
効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態を示す差動スイッチング
回路図である。
【図2】図1に示す電流スイッチの各ノードにおける電
圧特性図である。
【図3】本発明の他の実施の形態を示す差動スイッチン
グ回路図である。
【図4】本発明のまた別の実施の形態を示す差動スイッ
チング回路図である。
【図5】従来の一例を示す差動スイッチング回路図であ
る。
【図6】図5に示す電流スイッチの各ノードにおける電
圧特性図である。
【図7】従来の他の例を示す差動スイッチング回路図で
ある。
【図8】図7に示す電流スイッチの各ノードにおける電
圧特性図である。
【符号の説明】
1 定電流源回路 2 電流スイッチ 3 スイッチ制御部 I1 インバータ P1〜P9 PチャネルMOSトランジスタ N1〜N9 NチャネルMOSトランジスタ DI 入力端子 DO 出力端子 V バイアス電圧端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H03K 17/16 H03K 17/687 H03M 1/08 H03M 1/74

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ゲートに一定電圧を供給される定電流M
    OSトランジスタを備えた定電流源回路と、一対のMO
    Sトランジスタからなり、前記定電流源回路に接続され
    る電流スイッチと、出力端子に接続される出力抵抗と、
    入力端子に接続され、前記電流スイッチの前記一対のM
    OSトランジスタを制御するためのスイッチ制御部とを
    備えた差動スイッチング回路において、前記スイッチ制
    御部は、前記入力端子からの信号をそれぞれゲートに供
    給し、電源とGND間に接続した第1のPMOSトラン
    ジスタおよび第1のNMOSトランジスタと、前記第1
    のPMOSトランジスタおよび前記第1のNMOSトラ
    ンジスタ間に接続した第2のPMOSトランジスタと、
    前記入力端子からの信号をインバータを介してそれぞれ
    ゲートに供給し、前記電源と前記GND間に接続した第
    3のPMOSトランジスタおよび第2のNMOSトラン
    ジスタと、前記第3のPMOSトランジスタおよび前記
    第2のNMOSトランジスタ間に接続した第4のPMO
    Sトランジスタとを有し、前記第2のPMOSトランジ
    スタおよび前記第1のNMOSトランジスタの接続点を
    前記第4のPMOSトランジスタおよび前記電流スイッ
    チの一方のMOSトランジスタのそれぞれのゲートに接
    続し且つ前記第4のPMOSトランジスタおよび前記第
    2のNMOSトランジスタの接続点を前記第2のPMO
    Sトランジスタおよび前記電流スイッチの他方のMOS
    トランジスタのそれぞれのゲートに接続したことを特徴
    とする差動スイッチング回路。
  2. 【請求項2】 前記電源および前記GND間に接続した
    前記第1および前記第2のPMOSトランジスタの接続
    位置を入れ換え且つ前記第3および前記第4のPMOS
    トランジスタの接続位置を入れ換えた請求項1記載の差
    動スイッチング回路。
  3. 【請求項3】 ゲートに一定電圧を供給される定電流M
    OSトランジスタを備えた定電流源回路と、一対のMO
    Sトランジスタからなり、前記定電流源回路に接続され
    る電流スイッチと、出力端子に接続される出力抵抗と、
    入力端子に接続され、前記電流スイッチの前記一対のM
    OSトランジスタを制御するためのスイッチ制御部とを
    備えた差動スイッチング回路において、前記スイッチ制
    御部は、前記入力端子からの信号をそれぞれゲートに供
    給し、電源とGND間に接続した第1のPMOSトラン
    ジスタおよび第1のNMOSトランジスタと、前記第1
    のPMOSトランジスタおよび前記第1のNMOSトラ
    ンジスタ間に接続した第2のNMOSトランジスタと、
    前記入力端子からの信号をインバータを介してそれぞれ
    ゲートに供給し、前記電源と前記GND間に接続した第
    2のPMOSトランジスタおよび第3のNMOSトラン
    ジスタと、前記第2のPMOSトランジスタおよび前記
    第3のNMOSトランジスタ間に接続した第4のNMO
    Sトランジスタとを有し、前記第1のPMOSトランジ
    スタおよび前記第2のNMOSトランジスタの接続点を
    前記第4のNMOSトランジスタおよび前記電流スイッ
    チの一方のMOSトランジスタのそれぞれのゲートに接
    続し且つ前記第2のPMOSトランジスタおよび前記第
    4のNMOSトランジスタの接続点を前記第2のNMO
    Sトランジスタおよび前記電流スイッチの他方のMOS
    トランジスタのそれぞれのゲートに接続したことを特徴
    とする差動スイッチング回路。
  4. 【請求項4】 前記電源および前記GND間に接続した
    前記第1および前記第2のNMOSトランジスタの接続
    位置を入れ換え且つ前記第3および前記第4のNMOS
    トランジスタの接続位置を入れ換えた請求項3記載の差
    動スイッチング回路。
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