JP4598861B2 - 電流スイッチ回路及びそれを用いたd/aコンバータ、半導体集積回路及び通信機器 - Google Patents
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Description
|Vgs|=|Vth|+√(|Id|/(μCox/2・W/L)
・・・(1)
が成立する。ここで、Idはドレイン電流、μは正孔移動度、Coxは単位面積当たりのゲート容量、Wはゲート幅、Lはゲート長である。
|Vds| ≧|Vgs − Vth|
・・・(2)
である。
・・・(2)
駆動部30内のオフセット回路301により、差動スイッチ回路22を構成するトランジスタTr221、Tr222の動作時にゲート端子に印加される電圧がVSS+V1となるため、その結果、前記(2)式より出力電圧範囲は0〜Vth+V1となる。
図1は、本実施形態の電流スイッチ回路を備えたD/Aコンバータの全体概略構成を示す。
ノードVaの電位は、バイアス電圧VBから抵抗R511の電圧降下分を差し引いた電位となり、以下の式(4)で求まる
Va=VB−I51・R511
・・・(4)
サブストレート電圧制御回路52において、しきい値電圧モニター回路521を構成するしきい値電圧モニター用トランジスタTr521に流れる電流は、電流源I521によって決まり、電流源I521は微小電流しか流さないように設定する。その場合、下記(5)式より、しきい値電圧モニター用トランジスタTr521のゲート−ソース間電圧Vgsは、そのしきい値電圧Vthと同程度の値(しきい値電圧モニター用トランジスタTr521がオン、オフする境界付近。Vgs≒Vth)となる。
・・・(5)
尚、式(5)において、κはトランジスタサイズに依存した定数である。
=Vt0+Vc
・・・(6)
ここで、Vt0はVsb=0V時のしきい値電圧、Vcはγ(√(2φf+Vsb)−√(2Φf))から求まる値、φfはフェルミレベル、γはトランジスタ固有のパラメータ、Vbsはサブストレート−ソース間電圧である。
=|VB−(VB−I51・R511)|
=|I51・R511|
=|(Vin/R512)・R511|
・・・(7)
つまり、前記(7)式から、外部入力電圧Vin、内部抵抗R511、R512により、しきい値電圧モニター用トランジスタTr521のしきい値電圧を制御できることが判る。
図3は、本発明の第2の実施形態を示す電流スイッチ回路A内の電流スイッチ基本回路1、その駆動部2、及び出力負荷抵抗R1、R2の構成図である。実施形態1とは異なり、電流スイッチ回路A内には、しきい値電圧制御回路は存在しない。
図4は、本発明の第3の実施形態を示す電流スイッチ回路A内の電流スイッチ基本回路1、その駆動部2、及び出力負荷抵抗R1、R2の構成を示す。実施形態1とは異なり、電流スイッチ回路A内には、しきい値電圧制御回路は存在しない。
1 電流スイッチ基本回路
2 駆動部
5 しきい値電圧制御回路
10 D/Aコンバータ
11、21 電流源
12、22 差動スイッチ
13、14 抵抗素子
51 基準電圧発生回路
52 サブストレート電圧制御回路
521 しきい値電圧モニター回路
Vbias1 バイアス電圧1の印加端子
Vbias2 バイアス電圧2の印加端子
VB バイアス電圧3
DAOUT1、DAOUT10 正転出力端子(第1の出力端子)
NDAOUT1、NDAOUT10 反転出力端子(第2の出力端子)
Tr111 電流源に備えるトランジスタ
Tr521 しきい値電圧モニター用トランジスタ
101、102a〜102c 電流スイッチ基本回路
103 バイアス回路
104 デコーダー回路
Claims (15)
- 電流源、及び前記電流源の出力端に接続された差動スイッチを有する電流スイッチ回路であって、
電流値を設定するバイアス電圧がゲート端子に印加された、少なくとも1つのトランジスタを有した電流源と、
同チャンネル型トランジスタの第1及び第2のトランジスタを有して、各々のソース端子を前記電流源の出力端に接続し、各々のゲート端子に相補の信号を入力し、各々のドレイン端子を第1及び第2の出力端子とした差動スイッチと、
前記第1及び第2のトランジスタの型に応じた型のモニタートランジスタを有したしきい値電圧制御回路を備え、
前記しきい値電圧制御回路が、前記モニタートランジスタのしきい値が所定値になるように、外部から与える電圧値に応じて、このモニタートランジスタのサブストレートに電圧を生成して前記第1及び第2のトランジスタのサブストレート端子に与えた
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項1記載の電流スイッチ回路において、
しきい値電圧制御回路は、
しきい値電圧設定用の基準電圧を発生する基準電圧発生回路と、
前記基準電圧発生回路で発生した基準電圧とバイアス電圧との差電圧が前記差動スイッチの第1及び第2のトランジスタのしきい値電圧になるように、しきい値電圧モニター用トランジスタのサブストレート電圧を制御するサブストレート電圧制御回路とを備える
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項2記載の電流スイッチ回路において、
前記しきい値電圧制御回路の前記サブストレート電圧制御回路は、
前記モニター用トランジスタのしきい値電圧が前記差動スイッチの第1及び第2のトランジスタのしきい値電圧になることをモニターするしきい値電圧モニター回路を備える
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項3記載の電流スイッチ回路において、
前記しきい値電圧モニター回路は、前記しきい値電圧モニター用トランジスタを含む
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項4記載の電流スイッチ回路において、
前記しきい値電圧モニター回路を構成するしきい値電圧モニター用トランジスタのゲート長は、前記差動スイッチを構成する第1及び第2のトランジスタのゲート長と同じに設定される
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項1記載の電流スイッチ回路において、
前記第1及び第2のトランジスタは、電界効果トランジスタで構成される
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項6記載の電流スイッチ回路において、
前記電界効果トランジスタは、Pチャンネル型トランジスタである
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項6記載の電流スイッチ回路において、
前記電界効果トランジスタは、Nチャンネル型トランジスタである
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項1記載の電流スイッチ回路において、
前記電流源に備えるトランジスタは、そのゲート絶縁膜の厚さが所定厚さの低耐圧トランジスタで構成され、
前記差動スイッチを構成する第1及び第2のトランジスタは、そのゲート絶縁膜の厚さが前記低耐圧トランジスタのゲート絶縁膜の所定厚さよりも厚い高耐圧トランジスタで構成されていて、
前記差動スイッチを構成する前記第1及び第2のトランジスタのしきい値電圧が、前記電流源に備えるトランジスタのしきい値電圧よりも高く設定されている
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項1記載の電流スイッチ回路において、
前記差動スイッチを構成する第1及び第2のトランジスタは、
その不純物の注入濃度が、前記電流源を構成するトランジスタの不純物の注入濃度とは異なる濃度に設定されて、
前記差動スイッチを構成する前記第1及び第2のトランジスタのしきい値電圧が、前記電流源に備えるトランジスタのしきい値電圧よりも高く設定されている
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項6、7、9及び10の何れか1項に記載の電流スイッチ回路において、
前記電流源を構成するトランジスタのサブストレート端子には、所定電圧が印加され、
前記差動スイッチを構成する第1及び第2のトランジスタのサブストレート端子には、前記所定電圧よりも高い電圧が印加されていて、
前記差動スイッチを構成する前記第1及び第2のトランジスタのしきい値電圧が、前記電流源に備えるトランジスタのしきい値電圧よりも高く設定されている
ことを特徴とする電流スイッチ回路。 - 前記請求項1〜11の何れか1項に記載の電流スイッチ回路を備えた
ことを特徴とするD/Aコンバータ。 - 前記請求項4記載の電流スイッチ回路を搭載したD/Aコンバータにおいて、
前記しきい値電圧モニター用トランジスタのゲート幅は、
前記複数個の電流スイッチ回路のうちLSB用電流スイッチ回路に備える差動スイッチ回路を構成するトランジスタのゲート幅以上の幅に設定される
ことを特徴とするD/Aコンバータ。 - 前記請求項12又は13記載のD/Aコンバータを備えた
ことを特徴とする半導体集積回路。 - 前記請求項14記載の半導体集積回路を備えた
ことを特徴とする通信機器。
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