JP3002036B2 - アナログ入力チャンネルの選択回路 - Google Patents

アナログ入力チャンネルの選択回路

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JP3002036B2 JP3277514A JP27751491A JP3002036B2 JP 3002036 B2 JP3002036 B2 JP 3002036B2 JP 3277514 A JP3277514 A JP 3277514A JP 27751491 A JP27751491 A JP 27751491A JP 3002036 B2 JP3002036 B2 JP 3002036B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は複数のアナログ入力チャ
ンネルの選択回路に関し、特にA/D(アナログ/デジ
タル)変換器の入力部に使用される。
【0002】
【従来の技術】従来、雑音を確実に遮断することができ
る入力チャンネルについては、特開昭64−73817
号公報で示されている。この文献で示された入力チャン
ネル((CH1,CH2)の場合で説明する)を図3に
示す。この回路では、PMOS(P導電型MOS)トラ
ンジスタP1,P2とNMOSトランジスタN1,N2
とをそれぞれ直列2段に接続し、それらを並列に接続し
てかつ各々直列に接続されている中間点3,4とグラン
ド又は電源VCCとの間に異なる導電型のMOSトラン
ジスタN3,P3を接続する。入力チャンネル回路PH
1とPH2は互いに同じ構成であり、端子1(CH2の
端子1は図示せず)をそれぞれ入力端子IN1,IN2
に接続し、端子2(CH2の端子2は図示せず)を共通
ライン11に接続して入力チャンネルを構成していた。
チャンネルCH2を選択する時はチャンネルCH1を閉
じるようにして、そのCH1の中間点を端子3では接地
VSSに、端子4ではVCCにしていた。また、チャン
ネルCH1を選択する時はチャンネルCH2を閉じるよ
うにして、そのCH2の同様の中間点(図示せず)をそ
れぞれVSS及びVCCにして、選択チャンネルからの
アナログ入力を取り込んでいた。この回路構成により、
非選択時の入力チャンネルに電源電圧範囲(VCC〜V
SS)を超えるような電圧が入力された場合、トランジ
スタP1,N1の寄生のラテラルバイポーラトランジス
タが動作して、中間点の端子3及び4の電位を上昇させ
ようとしてもこの中間点に接続されたMOSトランジス
【0003】N3,P3をオンさせることにより、VS
SあるいはVCCに吸収させて、共通ライン11上まで
影響を与えないようにしていた。なお上記寄生のラテラ
ルバイポーラトランジスタは、MOSトランジスタのソ
ース,ドレイン,チャンネル領域により、必然的に形成
されてしまうものである。
【0004】また図4においてPHI1,PHI2はチ
ャンネル選択用の制御信号で、この信号によりアナログ
出力OUTにCH1からの信号またはCH2からの信号
が得られる。/PHI1,/PHI2はそれぞれPHI
1,PHI2の反転信号であるが、図ではPHI1,P
HI2の上にバーを引いた形で示している。しかしなが
ら、上記図3のものには、次のような問題点があった。
【0005】問題点(1) 上記従来技術の問題点を、
図5(A)〜(D)で示されるように入力端子IN1に
VSSより低い電圧(Vin<0V)が入力される場合
を例にとって説明する。図5(A)の如く前記入力Vi
nが入ると、これにより電流i1が流れる。即ち非選択
チャンネルの初段MOSトランジスタN1の寄生ラテラ
ルバイポーラトランジスタNB1が動作し中間接続点4
の電位の下降を促す。そのためこれをMOSトランジス
タP3をオンされることにより、図5(B)の如く電流
i2を流し、VCCの電源に中間点4の電位の影響を吸
収させて防止していた。しかして中間接続点4の電位を
V4とすると「V4=RNB1/(RP3+RNB1)
×(VCC−Vin)」で与えられる。ここで図5
(C)の等価回路で示されるように、RNB1はラテラ
ルバイポーラトランジスタNB1のオンで抵抗、RP3
はMOSトランジスタP3のオン抵抗である。上記V4
の式に示されるようにMOSトランジスタP3のインピ
ーダンスを非常に小さくしなければ中間接続点4の電位
V4は下降をたどり、その結果MOSトランジスタN2
を介して共通ラインOUTに影響を与える。これは図5
(D)に示されるように、MOSトランジスタN2の寄
生ラテラルバイポーラトランジスタNB2がV4<−V
F(VFはPN接合の接触電位差)の条件のもとに動作
し、電流i4を流すためである。
【0006】また入力端子IN1にVCCより高い入力
がなされる場合も、MOSトランジスタP1,P2,N
3においても中間接続点3の電位が上昇し、出力側のM
OSトランジスタP2の寄生ラテラルバイポーラトラン
ジスタの閾値電圧を超えるような場合同様の現象がおこ
る。
【0007】問題点(2) 上記従来技術は寄生ラテラ
ルバイポーラトランジスタの動作を問題として議論され
てきたが、ここではMOSトランジスタの動作を考え
る。図6(A)で示されるようにVinとして「VSS
−Vthn」(VthnはN型MOSトランジスタの閾
値電圧)以下の入力が入る場合、VGS=Vin(VC
C>Vout>VSS,Vin>−Vthn)となりM
OSトランジスタN1は動作状態となる。これと同様に
上記問題点(1)で議論した中間接続点4の電位がMO
SトランジスタN2のゲート電位とソースにあたる中間
接続点4との間に電位差が生じさせるため図6(B)の
如くV4<−Vthn(VGS=−V4)の条件でMO
SトランジスタN2が動作状態となり電流が流れたため
共通ラインOUTに影響を与える。
【0008】上記問題点(1)及び(2)で示されるよ
うに、本従来技術ではMOSトランジスタP3のgm
(コンダクタンス)を充分に大きく取らねばならず、し
たがってどうしても集積回路面積が大きくなってしまう
ものであった。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、非選択チャ
ンネルに入力された雑音電圧(例えば、電源VCCより
高い電圧とかVSSより低い電圧で、チップ入力IN1
へのノイズとか、チップ入力IN1外の回路故障などで
生じるもの)が共通ライン上のアナログ入力に影響を与
える事を防止し、かつ同防止回路の占有面積の最小化を
図ることを目的としている。
【0010】
【課題を解決するための手段と作用】本発明は、前記従
来例の問題点(2)で上げられるMOSトランジスタが
動作状態となることに着目し、その動作を防止する事を
目的に回路を再構成した。構成としては、同一導電型の
MOSトランジスタを多段直列に接続し、またはそれぞ
れPMOSトランジスタ、NMOSトランジスタで構成
したものを並列に接続し、その接続点の一方を入力端子
とし他方を出力端子として、入力端子側のMOSトラン
ジスタのゲート入力には従来と同様な制御信号(チャン
ネル選択時オン・非選択時オフ)を使用し、共通ライン
と接続された出力端子側のMOSトランジスタのゲート
入力には、チャンネル非選択時に入力端子に与えられる
雑音電圧と同程度の電圧を印加する様に出力端子側のM
OSトランジスタと同一導電型のMOSトランジスタ
(選択時オフ・非選択時オン)を入力端子との間に接続
し、出力端子側のMOSトランジスタのゲート,ソース
間電圧(VGS)が雑音電圧によって閾値電圧(Vt
h)を超えないようにして該MOSトランジスタが動作
しないようにした。またチャンネル選択時には電源また
はグランドとの間に異なる導電型のMOSトランジスタ
(選択時オン,非選択時オフ)を接続することにより、
出力端子側のMOSトランジスタをオンさせるようにし
たアナログ入力チャンネルとしたものである。
【0011】
【実施例】以下図面を参照して本発明の一実施例を説明
する。図1は同実施例の回路図であるが、これは前記従
来例と対応させた場合の例であるから、対応箇所には同
一符号を用いる。図1の回路は、2段直列接続されたP
MOSトランジスタP1,P2及びNMOSトランジス
タN1,N2を並列接続し、その一方を入力端子1とし
他方を出力端子2とする。この入力端子1は、入力保護
回路21の入力保護ダイオードP11,N11を有した
アナログ入力端子IN1に入力保護抵抗Rを介して接続
され、出力端子側に接続されたMOSトランジスタP
2,N2のゲートと電源間には、それぞれと異なる型の
MOSトランジスタN41,P41を接続し、更に入力
端子1と前記トランジスタN41,P41のゲートとの
間にPMOSトランジスタP51,NMOSトランジス
タN51を接続したものを一つの入力チャンネルとして
なるチャンネル回路を複数個有し、その各出力端子2は
共通ラインOUTに接続している。
【0012】上記回路構成で、チャンネル選択時は、制
御信号/PHI1,PHI1により、トランジスタP
1,N1とP41,N41がオンし、またトランジスタ
P41,N41がオンすることによりトランジスタP
2,N2もオンしてチャンネルを動作状態にし、アナロ
グ入力を取り込むようにしている。この時トランジスタ
P51,N51はオフしている。チャンネル非選択時
は、トランジスタP1,N1,P41,N41をオフ状
態としトランジスタP51,N51をオン状態とする。
【0013】この図1の回路に於いて、接地電源VSS
より低い雑音電圧Vin<0[V]が非選択入力チャン
ネルに印加された場合について以下説明する。入力保護
ダイオードN11により入力端1の電位V1は、−VF
にクランプされる。その結果、MOSトランジスタN1
の寄生ラテラルバイポーラトランジスタNB1(図示せ
ず)の入力端1に接続されたPN接合が順方向にバイア
スされ、寄生バイポーラトランジスタNB1はオン状態
になり、中間接続点4は−VFの電位となる。MOSト
ランジスタN51のラテラルバイポーラトランジスタも
同様にオンし、中間接続点6は、−VFの電位となる。
この状態でMOSトランジスタN2のゲートバイアス
は、V6−V4=0V(接続点6,4の電位をV6,V
4とする)で、MOSトランジスタN2はオフ状態にあ
る。このため、共通接続点2への影響はMOSトランジ
スタN2の寄生バイポーラ電流のみとなる。従って、前
記雑音による共通接点2への影響をバイポーラ動作によ
るもののみに制限できる。実験によれば、精度劣化のう
ち25%がMOSトランジスタ、75%がバイポーラト
ランジスタによるものであり、雑音による影響を軽減す
ることができる。更に、上記雑音印加時に入力保護ダイ
オードN11またはP11への直流電流を除いて、直流
電流経路は存在していないため、前記従来例の如く各素
子間に寸法比を設ける必要がないため素子面積を小さく
することができ、占有面積の縮小に有効である。
【0014】図2に第二の実施例を示す。上記第一の実
施例では、入力チャンネルCH1またはCH2が選択か
ら非選択に変化した場合、選択時に入力端子1からの電
圧によりPMOS又はNMOS直列2段になっている中
間点3,4の例えば寄生容量に電荷が蓄えられたのち、
非選択になった時点で、入力端子1の電圧レベルがトラ
ンジスタP51とかN51を通して伝わることにより、
出力側MOSトランジスタP2とかN2が動作状態にな
る場合があり、共通ラインOUTに影響を与える。この
第二の実施例では、新たに出力側に直列に1段MOSト
ランジスタP61,N61を追加してこれをを、制御信
号/PHI1,PHI1で出力OUTへの悪影響を軽減
したものである。
【0015】なお本発明は実施例のみに限られず種々の
応用が可能である。例えば実施例では、PMOSトラン
ジスタP1,P2側の回路とNMOSトランジスタN
1,N2側の回路の両方でチャンネル選択としたが、い
ずれか一方の回路でチャンネル選択してもよい。また入
力保護回路21にはダイオードP11,N11で入力保
護を行う回路を示したが、これに代えて例えばMOSト
ランジスタで入力保護を行う回路としてもよい。
【0016】
【発明の効果】上記説明に示される通り、本発明はA/
D変換器等の入力チャンネルにおいて、非選択入力チャ
ンネルに印加される外部雑音等の電圧が共通出力ライン
上に影響を与えるのを防止し、特に、チャンネル回路内
のMOSトランジスタの動作による影響を完全に抑え、
選択された入力チャンネルのアナログ入力を共通ライン
OUTに正しく取り込むことを実現させることができ
る。さらに本発明は、従来にくらべトランジスタ数は増
大するが、対策回路のgmをさほど大きくしなくても効
果を得られるので占有面積が小さいというメリットがあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の回路図。
【図2】本発明の他の実施例の回路図。
【図3】従来のアナログ入力チャンネル回路図。
【図4】同回路の動作を示す波形図。
【図5】同回路の問題点の説明図。
【図6】同回路の問題点の説明図。
【符号の説明】
CH1,CH2…複数のチャンネル回路、IN1,IN
2…入力チャンネル端子、1〜6…接続点、11…共通
出力ライン、21…入力保護回路、P1,P2,P4
1,P51,P61…PMOSトランジスタ、N1,N
2,N41,N51,N61…NMOSトランジスタ、
P11,N11…入力保護ダイオード、R…入力保護抵
抗。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 靖浩 神奈川県川崎市川崎区駅前本町25番地1 東芝マイクロエレクトロニクス株式会 社内 (56)参考文献 特開 平4−104608(JP,A) 特開 平5−95266(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】入力保護回路を設けた入力端子と出力端子
    との間に、第1導電型のMOSトランジスタの電流通路
    をn段(n≧2)直列接続し、このn段のうち、前記入
    力端子から見て1段目の第1のMOSトランジスタを除
    く少なくとも一つの第2のMOSトランジスタのゲート
    に、第1導電型の第3のMOSトランジスタの電流通路
    一端を接続すると共にこの第3のMOSトランジスタ
    の電流通路の他端を前記入力端子に接続し、第2のMO
    Sトランジスタのゲートに第2導電型の第4のMOSト
    ランジスタのドレインを接続し、第4のMOSトランジ
    スタのソースを前記n段MOSトランジスタの基板電位
    とは異なる電位の電源に接続し、第1のMOSトランジ
    スタのゲートに第1の制御信号を印加し、第3,第4の
    MOSトランジスタのゲートに前記第1の制御信号とは
    相補的な第2の制御信号を印加してなるチャンネル回路
    を、前記出力端子を互いに共通として複数並設したこと
    を特徴とするアナログ入力チャンネルの選択回路。
  2. 【請求項2】入力保護回路を設けた入力端子と出力端子
    との間に、第1導電型のMOSトランジスタの電流通路
    をn段(n≧2)直列接続し、このn段のうち、前記入
    力端子から見て1段目の第1のMOSトランジスタを除
    く少なくとも一つの第2のMOSトランジスタのゲート
    に、第1導電型の第3のMOSトランジスタの電流通路
    一端を接続すると共にこの第3のMOSトランジスタ
    の電流通路の他端を前記入力端子に接続し、第2のMO
    Sトランジスタのゲートに第2導電型の第4のMOSト
    ランジスタのドレインを接続し、第4のMOSトランジ
    スタのソースを前記n段MOSトランジスタの基板電位
    とは異なる電位の電源に接続し、第1のMOSトランジ
    スタのゲートに第1の制御信号を印加し、第3,第4の
    MOSトランジスタゲートに前記第1の制御信号とは
    相補的な第2の制御信号を印加してなる第1の回路と; 入力保護回路を設けた前記入力端子と出力端子との間
    に、第2導電型のMOSトランジスタの電流通路をn段
    (n≧2)直列接続し、このn段のうち、前記入力端子
    から見て1段目の第5のMOSトランジスタを除く少な
    くとも一つの第6のMOSトランジスタのゲートに、第
    2導電型の第7のMOSトランジスタの電流通路の一端
    を接続すると共にこの第7のMOSトランジスタの電流
    通路の他端を前記入力端子に接続し、第6のMOSトラ
    ンジスタのゲートに第1導電型の第8のMOSトランジ
    スタのドレインを接続し、第8のMOSトランジスタの
    ソースを前記第2導電型のn段MOSトランジスタの基
    板電位とは異なる電位の電源に接続し、第5のMOSト
    ランジスタのゲートに前記第2の制御信号を印加し、第
    7,第8のMOSトランジスタのゲートに前記第1の制
    御信号を印加してなる第2の回路とを設け;かつ前記両
    n段の直列MOSトランジスタ回路を並列接続してなる
    チャンネル回路を、前記出力端子を互いに共通として複
    並設したことを特徴とするアナログ入力チャンネルの
    選択回路。
  3. 【請求項3】前記入力保護回路は、前記入力端子と電源
    との間に接続されたダイオードを具備する請求項1また
    は2に記載のアナログ入力チャンネルの選択回路。
  4. 【請求項4】前記n段を3段以上として、この3段目以
    降のMOSトランジスタのゲートに、該MOSトランジ
    スタが属するチャンネルの非選択時にオフとなる制御信
    号を与える手段を有した請求項1または2に記載のアナ
    ログ入力チャンネルの選択回路。
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