JP5066176B2 - D/aコンバータ、差動スイッチ、半導体集積回路、映像機器、及び通信機器 - Google Patents
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Description
Y.Komatsu et al.,"Substrate-Noise and Random-Variability Reduction with Self-Adjusted Forward Body Bias" IEICE TRANSACTIONS on Electronics, 2007 vol.E90-C,No.4, p.692-698
トランジスタを含んだ複数の電流源を有し、前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて選択することによって、前記ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータであって、
各電流源を構成するトランジスタのバックゲート端子は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
第1の発明のD/Aコンバータであって、
各電流源は、電流源トランジスタとカスコードトランジスタとを備えており、
前記電流源トランジスタのバックゲート端子及びカスコードトランジスタのバックゲート端子の少なくとも一方に、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
第2の発明のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されるトランジスタにおけるソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより生成することを特徴とする。
第3の発明のD/Aコンバータであって、
各電流源を構成するトランジスタは、各電流源の電流源トランジスタからなる電流源トランジスタマトリックスと、各電流源のカスコードトランジスタからなるカスコードトランジスタマトリックスに分けて配置されていることを特徴とする。
第4の発明のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスの中央に設けた接続点に接続されていることを特徴とする。
第4の発明のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、複数が設けられており、
前記複数のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源のうちの1つは、電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスの中央に設けた接続点に接続されており、
他のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、前記接続点を中心にして点対称となる位置に接続されていることを特徴とする。
第4の発明のD/Aコンバータであって、
前記電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスは、セグメント化されており、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、それぞれのセグメントに対応して設けられていることを特徴とする。
第2の発明のD/Aコンバータであって、
さらに、第1のバイアス電圧と第2のバイアス電圧とを出力するバイアス回路を備え、
前記バイアス回路は、電流源トランジスタとカレントミラー対を成す第1のバイアストランジスタ、及びカスコードトランジスタとカレントミラー対を成す第2のバイアストランジスタとを有し、
各電流源の電流源トランジスタのバックゲート端子と第1のバイアストランジスタのバックゲート端子とは、共通のフォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されていることを特徴とする。
第2の発明のD/Aコンバータであって、
さらに、第1のバイアス電圧と第2のバイアス電圧とを出力するバイアス回路を備え、
前記バイアス回路は、電流源トランジスタとカレントミラー対を成す第1のバイアストランジスタ、及びカスコードトランジスタとカレントミラー対を成す第2のバイアストランジスタとを有し、
各電流源のカスコードトランジスタのバックゲート端子と第2のバイアストランジスタのバックゲート端子とは、共通のフォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
第8の発明のD/Aコンバータであって、
前記第1のバイアストランジスタは、電流源トランジスタマトリックスが設けられている領域内に配置されていることを特徴とする。
第9の発明のD/Aコンバータであって、
前記第2のバイアストランジスタは、カスコードトランジスタマトリックスが設けられている領域内に配置されていることを特徴とする。
第2の発明のD/Aコンバータであって、
前記電流源トランジスタと前記カスコードトランジスタのバックゲート端子を共通にしたうえで、前記電流源トランジスタのソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより、前記フォワード・ボディ・バイアス電圧を生成することを特徴とする。
トランジスタを含んだ複数の電流源を有し、前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて選択することによって、前記ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータであって、
前記複数の電流源のそれぞれに接続された複数の差動スイッチをさらに備え、
各差動スイッチは、対応した電流源からの電流の流れる経路を与えられたディジタル信号に応じて切り替えるトランジスタを備えており、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
第13の発明のD/Aコンバータであって、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子に印加されるフォワード・ボディ・バイアス電圧は、前記差動スイッチのトランジスタのソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより生成することを特徴とする。
それぞれ、第3の発明、第12の発明、第14の発明のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流値を、制御信号により設定できるように構成されていることを特徴とする。
それぞれ第1の発明、第13の発明のD/Aコンバータであって、
さらに、所定の電圧を発生するバイアス電圧発生回路を備え、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧は、前記バイアス電圧発生回路によって生成された電圧が印加されることを特徴とする。
第13の発明のD/Aコンバータであって、
各電流源は、電流源トランジスタとカスコードトランジスタとを備えており、
前記電流源トランジスタのバックゲート端子及びカスコードトランジスタのバックゲート端子の少なくとも一方に、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とする。
それぞれ、第1の発明、第13の発明の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である。
それぞれ、第21の発明、第22の発明の半導体集積回路を備えたことを特徴とする映像機器である。
それぞれ、第21の発明、第22の発明の半導体集積回路を備えたことを特徴とする通信機器である。
第14の発明のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、差動スイッチ毎に設けられ、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子は、対応したフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源が接続されていることを特徴とする。
ソース端子同士が接続された1対のトランジスタを含んだ差動スイッチであって、
前記ソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに対して電流を流すことによってフォワード・ボディ・バイアス電圧を生成し、前記バックゲート端子に前記フォワード・ボディ・バイアス電圧を印加することを特徴とする。
第28の発明の差動スイッチであって、
さらに、前記ソース端子と前記バックゲート端子間には、容量素子が接続されていることを特徴とする。
複数の電流源と、
前記電流源毎に設けられて該電流源から出力される電流の経路と接続された、第28の発明の差動スイッチと、
を備え、
前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて、前記差動スイッチによって選択して、入力されたディジタル信号をアナログ信号に変換することを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態1に係るD/Aコンバータ100の構成を示すブロック図である。D/Aコンバータ100は、外部から8ビットのディジタル信号(入力ディジタルコードIN0〜IN7)が入力され、このディジタル信号をアナログ信号に変換したアナログ出力電流と、そのアナログ出力電流の反転信号とを、それぞれアナログ正転出力端子OUT、アナログ反転出力端子NOUTから出力する。アナログ正転出力端子OUT、アナログ反転出力端子NOUTにはそれぞれ抵抗器180−1、180−2が接続されており、アナログ正転出力端子OUT、アナログ反転出力端子NOUTから出力されたアナログ出力電流は、それぞれ、電流−電圧変換用の抵抗器180−1、抵抗器180−2によって電圧に変換され、その結果、入力ディジタルコードに応じたアナログ出力電圧が得られる。
D/Aコンバータ100は、図1に示すように、バイアス回路110、デコーダー回路120、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130、電流源群140、及び差動スイッチ群170を備えている。
D/Aコンバータ100では、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130によって、電流源トランジスタ141及び第1のバイアストランジスタ111のソース端子と、バックゲート端子間に存在する各々の寄生ダイオードに電流を流すことができる。それにより、フォワード・ボディ・バイアス電圧を発生することができ、そのフォワード・ボディ・バイアス電圧が、それぞれの、電流源トランジスタ141及び第1のバイアストランジスタ111のバックゲート端子に印加される。
実施形態2では、出力インピーダンス向上(定電流特性向上)を図ることにより、リニアリティ特性及び歪み特性(特に、周波数依存性)の改善を図ったD/Aコンバータの例を説明する。
実施形態3では、差動スイッチを構成するトランジスタまで含めた電流源の出力インピーダンスの向上を図ることにより、リニアリティ特性及び歪み特性(特に、周波数依存性)の改善を図ったD/Aコンバータの例を説明する。
実施形態4では、差動スイッチコモンノードの寄生容量の影響による歪み特性の劣化の改善を図ったD/Aコンバータの例を説明する。
図8は、D/Aコンバータ500における差動スイッチの他の構成例を示す図である。この例では、図8に示すように、各差動スイッチのコモンソースノードとバックゲート端子間に、容量素子173を追加している。この構成により、本差動スイッチを上記のD/Aコンバータを適用した場合になどに、各差動スイッチのコモンソースノードの電圧が変動した際における、その変動に対するバックゲート端子電圧の追随性が高まる。すなわち、差動スイッチのコモンソースノードの寄生容量によるアナログ出力の歪み特性の劣化をさらに低減することができるという効果がある。
図9は、本発明の実施形態5に係るD/Aコンバータ600の構成を示すブロック図である。このD/Aコンバータ600は、実施形態1〜3の構成を同時に実現したものである。具体的にはD/Aコンバータ600では、電流源トランジスタ141及び第1のバイアストランジスタ111のバックゲート端子にフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130を接続してフォワード・ボディ・バイアス電圧を印加したうえで、カスコードトランジスタ142及び第2のバイアストランジスタ112のバックゲート端子に対しても別のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130を接続してフォワード・ボディ・バイアス電圧を印加している。そして、さらに、各差動スイッチを構成するトランジスタに対してもフォワード・ボディ・バイアス電圧を印加するために、各差動スイッチの正転出力用トランジスタ171、反転出力用トランジスタ172のそれぞれに、さらに別のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130を接続している。
なお、上記の実施形態1〜5及び変形例では、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源130は、外部からの制御信号により設定できるようにし、最適な電流値に設定できるようにしてもよい。
図10は、本発明の実施形態6に係る通信機器700の構成を示すブロック図である。この通信機器700は、例えば携帯電話などとして実現される。
半導体集積回路720は、受信部721、送信部722、フィルタ制御部723、電圧制御発信器724(図中ではVCOと略記)、及びデジタルインタフェース725を備えている。
この通信機器700では、受信時は、アンテナ710で受信された信号が半導体集積回路720の受信部721に入力され、ローノイズアンプ721a(LNA)、周波数チューニングされたフィルタ721b、及び受信用A/Dコンバータ721cを経て、デジタル信号に変換される。その後、デジタルインタフェース725を介して、ベースバンド・プロセッサー730へ送られて信号処理される。
110 バイアス回路
111 第1のバイアストランジスタ
112 第2のバイアストランジスタ
120 デコーダー回路
130 フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源
140 電流源群
141 電流源トランジスタ
142 カスコードトランジスタ
150 電流源トランジスタマトリックス
160 カスコードトランジスタマトリックス
170 差動スイッチ群
171 正転出力用トランジスタ
172 反転出力用トランジスタ
180 抵抗器
200,300,500,600 D/Aコンバータ
700 通信機器
710 アンテナ
720 半導体集積回路
730 ベースバンド・プロセッサー
VB1 第1のバイアス電圧
VB2 第2のバイアス電圧
IN0〜IN7 入力ディジタルコード
IS1、IS2、IS3−1〜IS3−63 電流源
SW1、SW2、SW3−1〜SW3−63 差動スイッチ
D1、D2、D3−1〜D3−63 デコード信号
D1B、D2B、D3−1B〜D3−63B 反転デコード信号
Claims (30)
- トランジスタを含んだ複数の電流源を有し、前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて選択することによって、前記ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータであって、
各電流源を構成するトランジスタのバックゲート端子は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項1のD/Aコンバータであって、
各電流源は、電流源トランジスタとカスコードトランジスタとを備えており、
前記電流源トランジスタのバックゲート端子及びカスコードトランジスタのバックゲート端子の少なくとも一方に、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項2のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されるトランジスタにおけるソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより生成することを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項3のD/Aコンバータであって、
各電流源を構成するトランジスタは、各電流源の電流源トランジスタからなる電流源トランジスタマトリックスと、各電流源のカスコードトランジスタからなるカスコードトランジスタマトリックスに分けて配置されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項4のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスの中央に設けた接続点に接続されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項4のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、複数が設けられており、
前記複数のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源のうちの1つは、電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスの中央に設けた接続点に接続されており、
他のフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、前記接続点を中心にして点対称となる位置に接続されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項4のD/Aコンバータであって、
前記電流源トランジスタマトリックス又はカスコードトランジスタマトリックスは、セグメント化されており、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、それぞれのセグメントに対応して設けられていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項2のD/Aコンバータであって、
さらに、第1のバイアス電圧と第2のバイアス電圧とを出力するバイアス回路を備え、
前記バイアス回路は、電流源トランジスタとカレントミラー対を成す第1のバイアストランジスタ、及びカスコードトランジスタとカレントミラー対を成す第2のバイアストランジスタとを有し、
各電流源の電流源トランジスタのバックゲート端子と第1のバイアストランジスタのバックゲート端子とは、共通のフォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項2のD/Aコンバータであって、
さらに、第1のバイアス電圧と第2のバイアス電圧とを出力するバイアス回路を備え、
前記バイアス回路は、電流源トランジスタとカレントミラー対を成す第1のバイアストランジスタ、及びカスコードトランジスタとカレントミラー対を成す第2のバイアストランジスタとを有し、
各電流源のカスコードトランジスタのバックゲート端子と第2のバイアストランジスタのバックゲート端子とは、共通のフォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項8のD/Aコンバータであって、
前記第1のバイアストランジスタは、電流源トランジスタマトリックスが設けられている領域内に配置されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項9のD/Aコンバータであって、
前記第2のバイアストランジスタは、カスコードトランジスタマトリックスが設けられている領域内に配置されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項2のD/Aコンバータであって、
前記電流源トランジスタと前記カスコードトランジスタのバックゲート端子を共通にしたうえで、前記電流源トランジスタのソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより、前記フォワード・ボディ・バイアス電圧を生成することを特徴とするD/Aコンバータ。 - トランジスタを含んだ複数の電流源を有し、前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて選択することによって、前記ディジタル信号をアナログ信号に変換するD/Aコンバータであって、
前記複数の電流源のそれぞれに接続された複数の差動スイッチをさらに備え、
各差動スイッチは、対応した電流源からの電流の流れる経路を与えられたディジタル信号に応じて切り替えるトランジスタを備えており、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子は、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項13のD/Aコンバータであって、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子に印加されるフォワード・ボディ・バイアス電圧は、前記差動スイッチのトランジスタのソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに直列に、フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源を接続することにより生成することを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項3のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流値を、制御信号により設定できるように構成されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項12のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流値を、制御信号により設定できるように構成されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項14のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、電流値を、制御信号により設定できるように構成されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項1のD/Aコンバータであって、
さらに、所定の電圧を発生するバイアス電圧発生回路を備え、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧は、前記バイアス電圧発生回路によって生成された電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項13のD/Aコンバータであって、
さらに、所定の電圧を発生するバイアス電圧発生回路を備え、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧は、前記バイアス電圧発生回路によって生成された電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項13のD/Aコンバータであって、
各電流源は、電流源トランジスタとカスコードトランジスタとを備えており、
前記電流源トランジスタのバックゲート端子及びカスコードトランジスタのバックゲート端子の少なくとも一方に、フォワード・ボディ・バイアス電圧が印加されることを特徴とするD/Aコンバータ。 - 請求項1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。
- 請求項13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。
- 請求項21の半導体集積回路を備えたことを特徴とする映像機器。
- 請求項22の半導体集積回路を備えたことを特徴とする映像機器。
- 請求項21の半導体集積回路を備えたことを特徴とする通信機器。
- 請求項22の半導体集積回路を備えたことを特徴とする通信機器。
- 請求項14のD/Aコンバータであって、
前記フォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源は、差動スイッチ毎に設けられ、
各差動スイッチのトランジスタのバックゲート端子は、対応したフォワード・ボディ・バイアス電圧生成用電流源が接続されていることを特徴とするD/Aコンバータ。 - ソース端子同士が接続された1対のトランジスタを含んだ差動スイッチであって、
前記ソース端子とバックゲート端子間に存在する寄生ダイオードに対して電流を流すことによってフォワード・ボディ・バイアス電圧を生成し、前記バックゲート端子に前記フォワード・ボディ・バイアス電圧を印加することを特徴とする差動スイッチ。 - 請求項28の差動スイッチであって、
さらに、前記ソース端子と前記バックゲート端子間には、容量素子が接続されていることを特徴とする差動スイッチ。 - 複数の電流源と、
前記電流源毎に設けられて該電流源から出力される電流の経路と接続された、請求項28の差動スイッチと、
を備え、
前記複数の電流源から出力される電流の経路を、与えられたディジタル信号に応じて、前記差動スイッチによって選択して、入力されたディジタル信号をアナログ信号に変換することを特徴とするD/Aコンバータ。
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