JP5101991B2 - Analog switch and selector circuit using the same - Google Patents
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本発明は、アナログスイッチに関する。 The present invention relates to an analog switch.
アナログ信号の伝搬経路を遮断したり、伝搬経路を切りかえる目的でアナログスイッチが利用される。一般的なアナログスイッチとしてはトランスファゲートがしばしば利用される。トランスファゲートは、並列に設けられ、互いの両端が共通に接続されたNチャンネルMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)とPチャンネルMOSFETを備える。 An analog switch is used for the purpose of blocking the propagation path of the analog signal or switching the propagation path. As a general analog switch, a transfer gate is often used. The transfer gate includes an N-channel MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) and a P-channel MOSFET that are provided in parallel and are connected to both ends in common.
トランスファゲートにアナログ信号を伝搬させる場合について考察する。トランスファゲートがオンの状態において、NチャンネルMOSFETのゲートにはハイレベル(電源電圧)が、PチャンネルMOSFETのゲートにはローレベル(接地電圧または負の電源電圧)が印加され、電圧が固定される。この状態でアナログスイッチの入力端子に時間的に変動するアナログの入力信号を入力すると、MOSFETのゲートソース間電圧が入力信号の変動に応じて変化する。 Consider a case where an analog signal is propagated to a transfer gate. When the transfer gate is on, a high level (power supply voltage) is applied to the gate of the N-channel MOSFET and a low level (ground voltage or negative power supply voltage) is applied to the gate of the P-channel MOSFET, thereby fixing the voltage. . In this state, when an analog input signal that changes with time is input to the input terminal of the analog switch, the gate-source voltage of the MOSFET changes according to the change of the input signal.
ゲートソース間電圧が変化するとMOSFETのオン抵抗が変動するため、出力端子に現れるアナログ信号の波形が歪んでしまう。こうしたアナログスイッチにアナログオーディオ信号やアナログビデオ信号などの低歪みが要求される信号を伝搬させると、音質や画質の低下といった問題を招く。 When the gate-source voltage changes, the on-resistance of the MOSFET fluctuates, so that the waveform of the analog signal appearing at the output terminal is distorted. Propagating a signal that requires low distortion, such as an analog audio signal or an analog video signal, to such an analog switch causes problems such as deterioration in sound quality and image quality.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、歪みを低減したアナログスイッチの提供にある。 The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an analog switch with reduced distortion.
本発明のある態様のアナログスイッチは、アナログ信号が入力される入力端子と、アナログ信号を出力するための出力端子と、入力端子と出力端子の間に設けられたNチャンネルの第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、第1MOSFETのゲートと第1固定電圧端子の間に、カソードがゲート側となる向きで配置された第1ダイオードと、を備える。 An analog switch according to an aspect of the present invention includes an input terminal to which an analog signal is input, an output terminal for outputting the analog signal, and an N-channel first MOSFET (Metal Oxide) provided between the input terminal and the output terminal. Semiconductor Field Effect Transistor) and a first diode arranged between the gate of the first MOSFET and the first fixed voltage terminal in such a direction that the cathode is on the gate side.
この態様によると、第1固定電圧端子と第1MOSFETのゲート間が、第1ダイオードによってハイインピーダンスとなる。この状態で入力端子にアナログ信号を与えると、ゲートソース間容量(もしくはゲートドレイン間容量)によって入力端子とゲート間がカップリングされ、ゲート電圧が入力信号と同相で変化する。その結果、第1MOSFETのゲートソース間電圧の変動が抑制され、オン抵抗の変動も抑制されるため、アナログ信号の歪みを低減できる。 According to this aspect, the first diode has a high impedance between the first fixed voltage terminal and the gate of the first MOSFET. When an analog signal is applied to the input terminal in this state, the gate-source capacitance (or gate-drain capacitance) couples between the input terminal and the gate, and the gate voltage changes in phase with the input signal. As a result, fluctuations in the voltage between the gate and source of the first MOSFET are suppressed, and fluctuations in on-resistance are also suppressed, so that distortion of the analog signal can be reduced.
アナログスイッチのオン状態において、第1固定電圧端子には電源電圧が印加されてもよい。つまり、第1固定電圧端子は電源端子であってもよい。このアナログスイッチを用いれば、電源電圧のみを与えればすみ、負のバイアス電圧が不要となるため、回路を簡素化できる。 In the ON state of the analog switch, a power supply voltage may be applied to the first fixed voltage terminal. That is, the first fixed voltage terminal may be a power supply terminal. If this analog switch is used, it is only necessary to supply a power supply voltage, and a negative bias voltage is not required, so that the circuit can be simplified.
ある態様のアナログスイッチは、入力端子と出力端子の間に第1MOSFETと直列に接続され、ゲートが第1MOSFETのゲートと共通に接続されたNチャンネルの第2MOSFETを更に備えてもよい。 The analog switch according to an aspect may further include an N-channel second MOSFET connected in series with the first MOSFET between the input terminal and the output terminal, and having a gate connected in common with the gate of the first MOSFET.
ある態様のアナログスイッチは、入力端子と第1MOSFETのゲートの間に設けられた第1キャパシタをさらに備えてもよい。
この場合、ゲートと入力端子間が、MOSFETのゲートソース間容量(ゲートドレイン間容量)に加えて、第1キャパシタによってもカップリングされるため、ゲート電圧の入力信号に対する追従性を高めることができ、さらに歪みを低減することができる。
The analog switch of an aspect may further include a first capacitor provided between the input terminal and the gate of the first MOSFET.
In this case, since the gate and the input terminal are coupled by the first capacitor in addition to the gate-source capacitance of the MOSFET (gate-drain capacitance), the followability of the gate voltage to the input signal can be improved. Further, distortion can be reduced.
ある態様のアナログスイッチは、出力端子と第1MOSFETのゲートの間に設けられた第2キャパシタをさらに備えてもよい。
この場合、ゲートと入力端子間が、MOSFETのゲートソース間容量(ゲートドレイン間容量)に加えて、第2キャパシタによってもカップリングされるため、ゲート電圧の入力信号に対する追従性を高めることができ、さらに歪みを低減することができる。
The analog switch according to an aspect may further include a second capacitor provided between the output terminal and the gate of the first MOSFET.
In this case, since the gate and the input terminal are coupled by the second capacitor in addition to the gate-source capacitance of the MOSFET (gate-drain capacitance), the followability of the gate voltage to the input signal can be improved. Further, distortion can be reduced.
ある態様のアナログスイッチは、第1固定電圧端子と第1ダイオードのアノードの間の設けられ、アナログスイッチのオン、オフに応じて、ゲート電圧が制御される第3MOSFETをさらに備えてもよい。 The analog switch of a certain aspect may further include a third MOSFET that is provided between the first fixed voltage terminal and the anode of the first diode, and whose gate voltage is controlled according to ON / OFF of the analog switch.
ある態様のアナログスイッチは、第1MOSFETと第2MOSFETの接続点と第1ダイオードのカソードの間に設けられ、アナログスイッチのオン、オフに応じて、ゲート電圧が制御される第4MOSFETをさらに備えてもよい。 The analog switch of a certain aspect further includes a fourth MOSFET that is provided between the connection point of the first MOSFET and the second MOSFET and the cathode of the first diode, and whose gate voltage is controlled according to whether the analog switch is on or off. Good.
ある態様のアナログスイッチは、第1MOSFETと第2MOSFETの接続点と接地端子の間に設けられ、アナログスイッチのオン、オフに応じて、ゲート電圧が制御される第5MOSFETをさらに備えてもよい。 The analog switch of a certain aspect may further include a fifth MOSFET that is provided between the connection point of the first MOSFET and the second MOSFET and the ground terminal and whose gate voltage is controlled according to the on / off of the analog switch.
ある態様のアナログスイッチは、第1MOSFETのゲートと第1固定電圧端子の間に、第1ダイオードと直列に設けられた第1抵抗をさらに備えてもよい。
抵抗を設けることにより、ゲートと第1固定電圧端子の間のインピーダンスを調節することができ、アナログスイッチのゲイン特性、位相特性を調節することができる。
The analog switch according to an aspect may further include a first resistor provided in series with the first diode between the gate of the first MOSFET and the first fixed voltage terminal.
By providing the resistor, the impedance between the gate and the first fixed voltage terminal can be adjusted, and the gain characteristic and phase characteristic of the analog switch can be adjusted.
ある態様のアナログスイッチは、入力端子と出力端子の間に設けられたPチャンネルの第6MOSFETと、第6MOSFETのゲートと第2固定電圧端子の間に、アノードがゲート側となる向きで配置された第2ダイオードと、をさらに備えてもよい。 An analog switch according to an aspect includes a P-channel sixth MOSFET provided between an input terminal and an output terminal, and an anode disposed between the gate of the sixth MOSFET and the second fixed voltage terminal so that the anode is on the gate side. And a second diode.
本発明の別の態様もまた、アナログスイッチである。このアナログスイッチは、アナログ信号が入力される入力端子と、アナログ信号を出力するための出力端子と、入力端子と出力端子の間に設けられたPチャンネルの第6MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、第6MOSFETのゲートと第2固定電圧端子の間に、アノードがゲート側となる向きで配置された第2ダイオードと、を備える。 Another aspect of the present invention is also an analog switch. This analog switch has an input terminal for inputting an analog signal, an output terminal for outputting the analog signal, and a sixth MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) provided between the input terminal and the output terminal. And a second diode arranged between the gate of the sixth MOSFET and the second fixed voltage terminal so that the anode is on the gate side.
この態様によると、第2固定電圧端子と第2MOSFETのゲートの間が、第1ダイオードによってハイインピーダンスとなる。この状態で入力端子にアナログ信号を与えると、ゲートソース間容量(もしくはゲートドレイン間容量)によって入力端子とゲート間がカップリングされ、ゲート電圧が入力信号と同相で変化する。その結果、第1MOSFETのゲートソース間電圧の変動が抑制され、オン抵抗の変動も抑制されるため、アナログ信号の歪みを低減できる。 According to this aspect, the first diode provides high impedance between the second fixed voltage terminal and the gate of the second MOSFET. When an analog signal is applied to the input terminal in this state, the gate-source capacitance (or gate-drain capacitance) couples between the input terminal and the gate, and the gate voltage changes in phase with the input signal. As a result, fluctuations in the voltage between the gate and source of the first MOSFET are suppressed, and fluctuations in on-resistance are also suppressed, so that distortion of the analog signal can be reduced.
アナログスイッチのオン状態において、第2固定電圧端子には接地電圧を印加してもよい。つまり第2固定電圧端子は接地端子であってもよい。あるいは第2固定電圧端子を負電圧としてもよい。 In the on state of the analog switch, a ground voltage may be applied to the second fixed voltage terminal. That is, the second fixed voltage terminal may be a ground terminal. Alternatively, the second fixed voltage terminal may be a negative voltage.
ある態様のアナログスイッチは、入力端子と出力端子の間に第6MOSFETと直列に接続され、ゲートが第6MOSFETのゲートと共通に接続されたPチャンネルの第7MOSFETを更に備えてもよい。 The analog switch according to an embodiment may further include a P-channel seventh MOSFET connected in series with the sixth MOSFET between the input terminal and the output terminal, and having a gate commonly connected to the gate of the sixth MOSFET.
本発明のさらに別の態様もまた、アナログスイッチである。このアナログスイッチは、アナログ信号が入力される入力端子と、アナログ信号を出力するための出力端子と、入力端子と出力端子の間に設けられた第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、第1MOSFETのゲートと第1固定電圧端子の間に設けられ、アナログ信号の電圧に応じて第1MOSFETのゲートを充放電するインピーダンス素子と、を備える。 Yet another embodiment of the present invention is also an analog switch. The analog switch includes an input terminal for inputting an analog signal, an output terminal for outputting the analog signal, a first MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) provided between the input terminal and the output terminal, An impedance element provided between the gate of the 1MOSFET and the first fixed voltage terminal and charging / discharging the gate of the first MOSFET in accordance with the voltage of the analog signal.
アナログ信号はオーディオ信号であって、出力端子には負荷として電気音響変換素子が接続されてもよい。電気音響変換素子とは、スピーカ、ヘッドホン、イヤホンなど、アナログの電気信号を、音響波(音)に変換するデバイスをいう。電気音響変換素子のインピーダンスは数Ωから数十Ωと小さいため、MOSFETのオン抵抗の変動を抑制する上述のアナログスイッチを好適に利用できる。 The analog signal is an audio signal, and an electroacoustic transducer may be connected to the output terminal as a load. An electroacoustic transducer refers to a device that converts an analog electrical signal into an acoustic wave (sound), such as a speaker, headphones, and earphones. Since the impedance of the electroacoustic transducer is as small as several Ω to several tens of Ω, the above-described analog switch that suppresses fluctuations in the on-resistance of the MOSFET can be suitably used.
本発明のさらに別の態様は、セレクタ回路である。このセレクタ回路は、上述のアナログスイッチを複数備える。複数のアナログスイッチの出力端子は共通に接続される。
この態様によれば、低歪みのマルチプレクサを提供できる。
Yet another embodiment of the present invention is a selector circuit. This selector circuit includes a plurality of the analog switches described above. The output terminals of the plurality of analog switches are connected in common.
According to this aspect, a low distortion multiplexer can be provided.
本発明のさらに別の態様もまた、セレクタ回路である。このセレクタ回路は、上述のアナログスイッチを複数備える。複数のアナログスイッチの入力端子は共通に接続される。
この態様によれば、低歪みのデマルチプレクサを提供できる。
Yet another embodiment of the present invention is also a selector circuit. This selector circuit includes a plurality of the analog switches described above. The input terminals of the plurality of analog switches are connected in common.
According to this aspect, a low distortion demultiplexer can be provided.
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。 Note that any combination of the above-described constituent elements and the constituent elements and expressions of the present invention replaced with each other among methods, apparatuses, systems, etc. are also effective as an aspect of the present invention.
本発明によれば、低歪みのアナログスイッチが提供できる。 According to the present invention, an analog switch with low distortion can be provided.
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 The present invention will be described below based on preferred embodiments with reference to the drawings. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate. The embodiments do not limit the invention but are exemplifications, and all features and combinations thereof described in the embodiments are not necessarily essential to the invention.
本明細書において、「部材Aが部材Bに接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合や、部材Aと部材Bが、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に設けられた状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。 In this specification, “the state in which the member A is connected to the member B” means that the member A and the member B are physically directly connected, or the member A and the member B are in an electrically connected state. Including the case of being indirectly connected through other members that do not affect the above. Similarly, “the state in which the member C is provided between the member A and the member B” refers to the case where the member A and the member C or the member B and the member C are directly connected, as well as an electrical condition. It includes the case of being indirectly connected through another member that does not affect the connection state.
図1は、実施の形態に係るアナログスイッチ10aの構成の主要部を示す回路図である。アナログスイッチ10aは、入力端子P1、出力端子P2、第1ダイオードD1、キャパシタC1を備える。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a main part of the configuration of the
アナログスイッチ10aは、オン状態において入力端子P1に入力された入力信号INを出力端子P2から出力し、オフ状態において出力端子P2を入力信号INと無相関の状態、たとえばハイインピーダンス状態や所定の電圧に固定された状態とする。
The
入力信号INは、たとえばオーディオ信号やビデオ信号など、低歪みが要求されるアナログ信号である。もっとも入力信号INは、その他の任意の信号でもよい。以下の説明では、入力信号INは、接地電圧(0V)を中点として正負にスイングする波形を有するものとする。 The input signal IN is an analog signal that requires low distortion, such as an audio signal or a video signal. However, the input signal IN may be any other signal. In the following description, it is assumed that the input signal IN has a waveform that swings positive and negative with the ground voltage (0 V) as a midpoint.
第1トランジスタM1は、NチャンネルMOSFETであって、入力端子P1と出力端子P2の間に設けられる。ここでは説明の便宜のため、第1トランジスタM1の入力端子P1側の端子をソース、出力端子P2側の端子をドレインと呼ぶ。 The first transistor M1 is an N-channel MOSFET and is provided between the input terminal P1 and the output terminal P2. Here, for convenience of explanation, a terminal on the input terminal P1 side of the first transistor M1 is called a source, and a terminal on the output terminal P2 side is called a drain.
第1ダイオードD1は、第1トランジスタM1のゲートと第1固定電圧端子P3の間に設けられる。第1ダイオードD1は、カソードが第1トランジスタM1のゲート側、アノードが第1固定電圧端子P3側となる向きで配置される。 The first diode D1 is provided between the gate of the first transistor M1 and the first fixed voltage terminal P3. The first diode D1 is arranged in such a direction that the cathode is on the gate side of the first transistor M1 and the anode is on the first fixed voltage terminal P3 side.
アナログスイッチ10aがオンの状態において、第1固定電圧端子P3には電源電圧Vddが印加される。アナログスイッチ10aをオフする場合、第1トランジスタM1をオフさせればよく、その方法は特に限定されない。たとえば、第1固定電圧端子P3に接地電圧や負電圧を印加してもよい。あるいは、第1ダイオードD1と直列にスイッチ素子を設けて、これをオフして第1トランジスタM1のゲートに与えるバイアスを遮断してもよい。図1には、アナログスイッチ10aの最も基本的な構成要素のみが示され、オンオフを切りかえるための構成は示されない。言い換えれば、図1は、オン状態におけるアナログスイッチ10aの等価回路を示している。
In the state where the
第1トランジスタM1のゲートと入力端子P1の間には、第1キャパシタC1が設けられる。第1キャパシタC1は、MIM(Metal Insulator Metal)容量として形成してもよいし、第1トランジスタM1のゲートソース間容量を利用してもよい。MIM容量として形成する場合、容量値を第1トランジスタM1のサイズとは独立して設計できるという利点がある。ゲートソース間容量を利用する場合、トランジスタサイズを、所望の容量が得られる値に設計する。以下では、MIM容量であると寄生容量であるとを問わずに、入力端子P1と第1トランジスタM1のゲート間容量を第1キャパシタC1という。 A first capacitor C1 is provided between the gate of the first transistor M1 and the input terminal P1. The first capacitor C1 may be formed as an MIM (Metal Insulator Metal) capacitor, or the gate-source capacitance of the first transistor M1 may be used. When formed as an MIM capacitor, there is an advantage that the capacitance value can be designed independently of the size of the first transistor M1. When the gate-source capacitance is used, the transistor size is designed to a value that provides a desired capacitance. Hereinafter, the capacitance between the input terminal P1 and the gate of the first transistor M1 is referred to as a first capacitor C1, regardless of whether it is a MIM capacitor or a parasitic capacitor.
同様に、第1トランジスタM1のゲートと出力端子P2の間に、第2キャパシタを設けてもよい。なお図1には図示しないが、第2キャパシタは第1トランジスタM1のゲートドレイン間容量として存在する。ゲートドレイン間容量に加えて、MIM容量を設けてもよい。 Similarly, a second capacitor may be provided between the gate of the first transistor M1 and the output terminal P2. Although not shown in FIG. 1, the second capacitor exists as a gate-drain capacitance of the first transistor M1. In addition to the gate-drain capacitance, an MIM capacitor may be provided.
以上が実施の形態に係るアナログスイッチ10aの基本的な構成である。次に図1のアナログスイッチ10aの動作を説明する。図2は、図1のアナログスイッチ10aの動作状態を示すタイムチャートである。図2の縦軸および横軸は、理解を容易とするために適宜拡大、縮小したものであり、また示される各波形も、理解の容易のために簡略化されている。
The above is the basic configuration of the
図1の回路の効果を明確とするために、第1ダイオードD1を設けない回路の動作について考察する。たとえば従来のトランスファゲートのように、トランジスタのゲートに第1ダイオードD1が設けられない場合、第1トランジスタM1のゲート電圧Vgは図2の破線で示すように電源電圧Vddに固定され、第1トランジスタM1のゲートソース間電圧Vgsは、図2に破線で示すように入力信号INの電圧値に応じて時間的に変化する。その結果、第1トランジスタM1のオン抵抗が変動し、第1トランジスタM1のドレインソース間電圧が変化するため、出力信号OUTは入力信号INに対して歪んでしまう。 In order to clarify the effect of the circuit of FIG. 1, the operation of a circuit without the first diode D1 will be considered. For example, when the first diode D1 is not provided at the gate of the transistor as in the conventional transfer gate, the gate voltage Vg of the first transistor M1 is fixed to the power supply voltage Vdd as shown by the broken line in FIG. The gate-source voltage Vgs of M1 changes with time in accordance with the voltage value of the input signal IN as indicated by a broken line in FIG. As a result, the on-resistance of the first transistor M1 varies and the drain-source voltage of the first transistor M1 changes, so that the output signal OUT is distorted with respect to the input signal IN.
これに対して、図1のアナログスイッチ10aは以下のように動作する。第1固定電圧端子P3と第1トランジスタM1のゲート間は、第1ダイオードD1によってハイインピーダンスとなる。つまり第1トランジスタM1のゲート電圧Vgは、電源電圧Vddに固定されない。第1ダイオードD1は第1トランジスタM1を充電する素子として機能する。
In contrast, the
この状態で入力端子P1に図2に示すような接地電圧(0V)をバイアス点としてスイングする入力信号INを与えると、第1キャパシタC1によって入力端子P1とゲート間がカップリングされるため、ゲート電圧Vgが入力信号INと同相で変化する。図2に示すように、第1ダイオードD1によって、ゲート電圧Vgは(Vdd−Vf)以上にクランプされる。 In this state, when the input signal IN that swings with the ground voltage (0 V) as shown in FIG. 2 as a bias point is applied to the input terminal P1, the gate between the input terminal P1 and the gate is coupled by the first capacitor C1. The voltage Vg changes in phase with the input signal IN. As shown in FIG. 2, the gate voltage Vg is clamped to (Vdd−Vf) or more by the first diode D1.
入力信号INの電圧は、第1トランジスタM1のソース電圧に相当する。第1トランジスタM1のゲートソース間電圧Vgsは、第1トランジスタM1のゲート電圧Vgと入力信号INの電位差となる。図2に示すように、入力信号INが入力されて時間を経るにつれて、ゲートソース間電圧Vgsの変動量が小さくなっていき、ほぼ一定値に安定化される。第1トランジスタM1のゲートソース間電圧Vgsを安定化することにより、オン抵抗Ronの変動が抑制されるため、入力信号INに対する出力信号OUTの歪みを低減できる。 The voltage of the input signal IN corresponds to the source voltage of the first transistor M1. The gate-source voltage Vgs of the first transistor M1 is a potential difference between the gate voltage Vg of the first transistor M1 and the input signal IN. As shown in FIG. 2, as the input signal IN is input, the amount of variation in the gate-source voltage Vgs decreases with time, and is stabilized to a substantially constant value. By stabilizing the gate-source voltage Vgs of the first transistor M1, fluctuations in the on-resistance Ron are suppressed, so that distortion of the output signal OUT with respect to the input signal IN can be reduced.
特に、出力端子P2に、スピーカやヘッドホンなどのインピーダンスが数Ω〜数十Ωの負荷が接続される場合、第1トランジスタM1のオン抵抗の変動による出力信号OUTの歪みが顕著となる。したがって、図1のアナログスイッチ10および後述する変形例は、オーディオ用途に好適に用いることができる。
In particular, when a load having an impedance of several Ω to several tens of Ω, such as a speaker or a headphone, is connected to the output terminal P2, distortion of the output signal OUT due to fluctuations in the on-resistance of the first transistor M1 becomes significant. Therefore, the
また従来のトランスファゲートであれば、0Vをバイアス点として正負にスイングする入力信号INを伝搬させるためには、PチャンネルMOSFETのゲート電圧を負の電源電圧(−Vdd)にバイアスするのが一般的であった。これに対して、図1の回路では、電源電圧Vddのみを使用しており、負電源を必要としないため、回路を簡素化できるという利点がある。 In the case of a conventional transfer gate, in order to propagate an input signal IN that swings positive and negative with 0 V as a bias point, it is common to bias the gate voltage of the P-channel MOSFET to a negative power supply voltage (−Vdd). Met. On the other hand, the circuit of FIG. 1 uses only the power supply voltage Vdd and does not require a negative power supply, which has the advantage that the circuit can be simplified.
また、第1トランジスタM1のゲートを第1ダイオードD1によってハイインピーダンス状態としているため、仮に抵抗によってハイインピーダンスとした場合に比べて位相遅延を低減することができる。 In addition, since the gate of the first transistor M1 is set to the high impedance state by the first diode D1, the phase delay can be reduced compared to the case where the resistance is set to high impedance.
以下、図1の構成を基本としたいくつかの変形例を説明する。 Hereinafter, some modifications based on the configuration of FIG. 1 will be described.
図3は、第1の変形例に係るアナログスイッチ10bの構成を示す回路図である。図3のアナログスイッチ10bは、図1のアナログスイッチ10aの構成に加えて、第2トランジスタM2、第2キャパシタC2を更に備える。
第2トランジスタM2は、第1トランジスタM1と同型のNチャンネルMOSFETであって、入力端子P1と出力端子P2の間に、第1トランジスタM1と直列に接続されている。また、第2トランジスタM2のゲートは、第1トランジスタM1のゲートと共通に接続される。説明の便宜上、第2トランジスタM2の出力端子P2側の端子をソース、第1トランジスタM1側の端子をドレインと呼ぶ。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of the
The second transistor M2 is an N-channel MOSFET of the same type as the first transistor M1, and is connected in series with the first transistor M1 between the input terminal P1 and the output terminal P2. The gate of the second transistor M2 is connected in common with the gate of the first transistor M1. For convenience of explanation, the terminal on the output terminal P2 side of the second transistor M2 is called a source, and the terminal on the first transistor M1 side is called a drain.
第1トランジスタM1のバックゲートは、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1側、つまり第1トランジスタM1のドレイン側に接続し、第2トランジスタM2のバックゲートは、接続点N1側、つまり第2トランジスタM2のドレイン側に接続することが望ましい。 The back gate of the first transistor M1 is connected to the connection point N1 side of the first transistor M1 and the second transistor M2, that is, the drain side of the first transistor M1, and the back gate of the second transistor M2 is connected to the connection point N1 side, That is, it is desirable to connect to the drain side of the second transistor M2.
第2キャパシタC2は、第2トランジスタM2のゲートと出力端子P2の間に設けられる。第2キャパシタC2は、MIM(Metal Insulator Metal)容量として形成してもよいし、第2トランジスタM2のゲートソース間容量を利用してもよい。以下では、MIM容量であると寄生容量であるとを問わずに、出力端子P2と第2トランジスタM2のゲート間容量を第2キャパシタC2という。 The second capacitor C2 is provided between the gate of the second transistor M2 and the output terminal P2. The second capacitor C2 may be formed as a MIM (Metal Insulator Metal) capacitor, or the gate-source capacitance of the second transistor M2 may be used. Hereinafter, the capacitance between the output terminal P2 and the gate of the second transistor M2 is referred to as a second capacitor C2, regardless of whether it is a MIM capacitor or a parasitic capacitor.
図3の変形例によれば、第1トランジスタM1のボディダイオード(不図示)と第2トランジスタM2のボディダイオード(不図示)が、入力端子P1と出力端子P2の間に反対向きに接続される。その結果、アナログスイッチ10bがオフの状態において、入力端子P1と出力端子P2のアイソレーションを高めることができる。
According to the modification of FIG. 3, the body diode (not shown) of the first transistor M1 and the body diode (not shown) of the second transistor M2 are connected in the opposite directions between the input terminal P1 and the output terminal P2. . As a result, it is possible to increase the isolation between the input terminal P1 and the output terminal P2 when the
図4は、第2の変形例に係るアナログスイッチ10cの構成を示す回路図である。図4のアナログスイッチ10cは、図3の構成に加えて、第3トランジスタM3、第4トランジスタM4、第5トランジスタM5、第8トランジスタM8、第9トランジスタM9を備える。トランジスタM3、M4、M5、M8、M9は、アナログスイッチ10cのオン、オフを切りかえるために設けられる。なお、図4において第1キャパシタC1、第2キャパシタC2は省略している。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an
第3トランジスタM3は、第1固定電圧端子P3と第1ダイオードD1のアノードの間の設けられ、アナログスイッチ10cのオン、オフに応じて、ゲート電圧が制御される。つまり、第3トランジスタM3のゲートには、アナログスイッチ10cがオンのときにローレベルとなる制御信号#CNT(明細書中、#は論理反転を示す)が入力される。
The third transistor M3 is provided between the first fixed voltage terminal P3 and the anode of the first diode D1, and the gate voltage is controlled according to whether the
第4トランジスタM4は、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1と第1ダイオードD1のカソードの間に設けられる。第4トランジスタM4のゲート電圧は、アナログスイッチ10cのオン、オフに応じて制御される。第4トランジスタM4のゲートと接続点N1の間には、抵抗R3が設けられる。また、電源端子と第4トランジスタM4のゲートの間には、ゲートに制御信号CNTが入力された第8トランジスタM8が設けられる。制御信号CNTがハイレベルのとき、第8トランジスタM8はオフとなる。このとき、第4トランジスタM4のゲートは抵抗R3によってプルダウンされ、第4トランジスタM4はオフとなる。制御信号CNTがローレベルのとき、第8トランジスタM8はオンとなり、第4トランジスタM4のゲートがハイレベルとなって第4トランジスタM4はオンとなる。
The fourth transistor M4 is provided between the connection point N1 of the first transistor M1 and the second transistor M2 and the cathode of the first diode D1. The gate voltage of the fourth transistor M4 is controlled according to whether the
第5トランジスタM5および第9トランジスタM9は、第1トランジスタM1と第2トランジスタM2の接続点N1と接地端子の間に直列に設けられる。第5トランジスタM5、第9トランジスタM9のゲート電圧は、制御信号CNTに応じて制御される。第5トランジスタM5のゲートは、第4トランジスタM4のゲートと共通に接続されている。制御信号CNTがハイレベルで第8トランジスタM8がオフするとき、第5トランジスタM5のゲートは抵抗R3によってプルアップされ、第5トランジスタM5はオフとなる。また、第9トランジスタM9のゲートには制御信号#CNTが入力される。 The fifth transistor M5 and the ninth transistor M9 are provided in series between the connection point N1 of the first transistor M1 and the second transistor M2 and the ground terminal. The gate voltages of the fifth transistor M5 and the ninth transistor M9 are controlled according to the control signal CNT. The gate of the fifth transistor M5 is connected in common with the gate of the fourth transistor M4. When the control signal CNT is high level and the eighth transistor M8 is turned off, the gate of the fifth transistor M5 is pulled up by the resistor R3, and the fifth transistor M5 is turned off. The control signal #CNT is input to the gate of the ninth transistor M9.
図4のアナログスイッチ10cによれば、制御信号CNTがハイレベルのとき、第4トランジスタM4、第5トランジスタM5、第9トランジスタM9がオフ、第3トランジスタM3がオンとなり、等価的に図3のアナログスイッチ10bと同じ状態となり、入力端子P1の入力信号INを出力端子P2から出力できる。
According to the
制御信号CNTがローレベルのとき、第5トランジスタM5、第9トランジスタM9はオンし、接続点N1が接地される。さらに第4トランジスタM4がオンするため、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2のゲートも接地される。その結果、第1トランジスタM1、第2トランジスタM2は少なくとも一方が必ずオフとなるため、入力端子P1と出力端子P2の間を遮断できる。また、第3トランジスタM3がオフすることにより第1固定電圧端子P3から接地に対して無駄な電流が流れるのを防止できる。 When the control signal CNT is at a low level, the fifth transistor M5 and the ninth transistor M9 are turned on, and the connection point N1 is grounded. Further, since the fourth transistor M4 is turned on, the gates of the first transistor M1 and the second transistor M2 are also grounded. As a result, at least one of the first transistor M1 and the second transistor M2 is always turned off, so that the input terminal P1 and the output terminal P2 can be blocked. Moreover, it is possible to prevent a wasteful current from flowing from the first fixed voltage terminal P3 to the ground by turning off the third transistor M3.
第5トランジスタM5、第9トランジスタM9、第4トランジスタM4、第3トランジスタM3、第8トランジスタM8を設けることにより上述の利点を有するが、いくつかのトランジスタを選択的に用いてもよい。 Although the fifth transistor M5, the ninth transistor M9, the fourth transistor M4, the third transistor M3, and the eighth transistor M8 have the advantages described above, some transistors may be selectively used.
図5は、第3の変形例に係るアナログスイッチ10dの構成を示す回路図である。図5のアナログスイッチ10dは、図1のアナログスイッチ10aに加えて、第6トランジスタM6、第2ダイオードD2、第3キャパシタC3、第4キャパシタC4を備える。
FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of an
第6トランジスタM6はPチャンネルMOSFETであって、入力端子P1と出力端子P2の間に設けられる。第2ダイオードD2は、第6トランジスタM6のゲートと第2固定電圧端子P4の間に、アノードが第6トランジスタM6のゲート側となる向きで配置される。好ましくはアナログスイッチ10dがオン状態において、第2固定電圧端子P4には接地電圧が印加される。
The sixth transistor M6 is a P-channel MOSFET, and is provided between the input terminal P1 and the output terminal P2. The second diode D2 is disposed between the gate of the sixth transistor M6 and the second fixed voltage terminal P4 so that the anode is on the gate side of the sixth transistor M6. Preferably, the ground voltage is applied to the second fixed voltage terminal P4 when the
第2トランジスタM2のゲートと入力端子P1の間には第3キャパシタC3が、ゲートと出力端子P2の間には第4キャパシタC4が設けられる。第3キャパシタC3および第4キャパシタC4は、MIM容量であってもよいし、第6トランジスタM6の寄生容量(ゲートソース間容量、ゲートドレイン間容量)であってもよい。 A third capacitor C3 is provided between the gate of the second transistor M2 and the input terminal P1, and a fourth capacitor C4 is provided between the gate and the output terminal P2. The third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 may be MIM capacitances, or may be parasitic capacitances (gate-source capacitances, gate-drain capacitances) of the sixth transistor M6.
図5の回路によれば、第6トランジスタM6のゲートが第2ダイオードD2を介して接地されるため、ハイインピーダンスとなる。入力端子P1と第6トランジスタM6のゲート間は、第3キャパシタC3によってカップリングされるため、第6トランジスタM6のゲート電圧も、入力信号INと同相でスイングする。その結果、第6トランジスタM6のゲートソース間電圧が一定に保たれ、第6トランジスタM6のオン抵抗の変動が抑制され、信号の歪みを低減できる。 According to the circuit of FIG. 5, since the gate of the sixth transistor M6 is grounded via the second diode D2, it has a high impedance. Since the third capacitor C3 is coupled between the input terminal P1 and the gate of the sixth transistor M6, the gate voltage of the sixth transistor M6 also swings in phase with the input signal IN. As a result, the gate-source voltage of the sixth transistor M6 is kept constant, fluctuations in the on-resistance of the sixth transistor M6 are suppressed, and signal distortion can be reduced.
図5のアナログスイッチ10dによれば、入力端子P1と出力端子P2の間の合成インピーダンスが、図1のそれに比べて小さくなるため、信号の減衰を低減できる。
According to the
図6(a)、(b)は、第4の変形例に係るアナログスイッチ10e、10fの構成を示す回路図である。図6(a)は図5の変形例であって、第5トランジスタM5、第1ダイオードD1、第1キャパシタC1、第2キャパシタC2を省略した回路である。
FIGS. 6A and 6B are circuit diagrams showing configurations of
図6(b)のアナログスイッチ10fは、図6(a)の構成に加えて、第7トランジスタM7を備える。第7トランジスタM7はPチャンネルMOSFETであって、入力端子P1と出力端子P2の間に第6トランジスタM6と直列に接続される。第7トランジスタM7のゲートは、第6トランジスタM6のゲートと共通に接続される。つまり、図6(a)、(b)のアナログスイッチ10e、10fはそれぞれ、図1、図3のアナログスイッチ10a、10bのPチャンネルMOSFETで置換し、ダイオードの向きを反対にした回路と把握できる。したがって、図6(a)、(b)の回路にも、図4で説明した変形例を適用可能である。
The
図7は、第5の変形例に係るアナログスイッチ10gの構成を示す回路図である。図7のアナログスイッチ10gは、第1トランジスタM1のゲートと第1固定電圧端子P3の間には、第1ダイオードD1と直列に設けられた第1抵抗R1をさらに備える。抵抗R1を設けることにより、第1トランジスタM1のゲートと第1固定電圧端子P3の間のインピーダンスを調節できる。抵抗R1と第1ダイオードD1の位置は反対であってもよい。また、図5、図6(a)、(b)に示される第2ダイオードD2と直列に抵抗を設けてもよい。
FIG. 7 is a circuit diagram showing a configuration of an
上述したいくつかのアナログスイッチを別の観点から見ると、以下のように把握することも可能である。すなわち、ある態様のアナログスイッチは、アナログ信号INが入力される入力端子P1と、アナログ信号OUTを出力するための出力端子P2と、入力端子P1と出力端子P2の間に設けられたMOSFETと、MOSFETのゲートと固定電圧端子の間に設けられ、MOSFETのゲートを充電するインピーダンス素子と、を備える。「インピーダンス素子」とは、MOSFETのゲート電圧が固定電圧端子の電圧に束縛されることなく変動しうる程度のインピーダンスを有する回路素子を意味する。実施の形態では、インピーダンス素子は、ダイオード、あるいはダイオードと抵抗の組み合わせである。 From a different point of view, some of the analog switches described above can be grasped as follows. That is, an analog switch of an aspect includes an input terminal P1 to which an analog signal IN is input, an output terminal P2 for outputting the analog signal OUT, a MOSFET provided between the input terminal P1 and the output terminal P2, An impedance element that is provided between the gate of the MOSFET and the fixed voltage terminal and charges the gate of the MOSFET. The “impedance element” means a circuit element having an impedance that can change without the gate voltage of the MOSFET being restricted by the voltage of the fixed voltage terminal. In the embodiment, the impedance element is a diode or a combination of a diode and a resistor.
図8(a)、(b)は、上述のいずれかのアナログスイッチ10〜10g(単に10と記す)を利用したセレクタ回路の構成を示すブロック図である。図8(a)は、マルチプレクサ20を示し、図8(b)はデマルチプレクサ30を示す。図8(a)のマルチプレクサ20は、複数のアナログスイッチ10を備える。アナログスイッチは上述したいずれの回路であってもよい。複数のアナログスイッチ10の出力端子は共通に接続され、それぞれの入力端子には異なる信号が入力される。図8(b)のデマルチプレクサ30は、複数のアナログスイッチ10を備える。アナログスイッチは上述したいずれの回路であってもよい。複数のアナログスイッチ10の入力端子は共通に接続され、それぞれの出力端子には異なる回路ブロックが接続される。マルチプレクサ20、デマルチプレクサ30によれば、伝搬する信号の歪みを低減することができる。
FIGS. 8A and 8B are block diagrams showing a configuration of a selector circuit using any one of the above-described analog switches 10 to 10g (simply referred to as 10). FIG. 8A shows the
実施の形態では、アナログスイッチ10にアナログ信号を伝搬させる場合を説明したが、デジタル信号を伝搬させてもよい。また、2つのアナログスイッチをペアで用いて、差動信号を伝搬させてもよい。
In the embodiment, the case where an analog signal is propagated to the
以上、実施の形態にもとづき、本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎないことはいうまでもなく、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能であることはいうまでもない。 Although the present invention has been described above based on the embodiments, it should be understood that the embodiments merely illustrate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are within the scope of the claims. Needless to say, many modifications and arrangements can be made without departing from the concept of the present invention.
10…アナログスイッチ、P1…入力端子、P2…出力端子、P3…第1固定電圧端子、P4…第2固定電圧端子、M1…第1トランジスタ、M2…第2トランジスタ、M3…第3トランジスタ、M4…第4トランジスタ、M5…第5トランジスタ、M6…第6トランジスタ、M7…第7トランジスタ、M8…第8トランジスタ、M9…第9トランジスタ、D1…第1ダイオード、D2…第2ダイオード、C1…第1キャパシタ、C2…第2キャパシタ、C3…第3キャパシタ、C4…第4キャパシタ、20…マルチプレクサ、30…デマルチプレクサ。
DESCRIPTION OF
Claims (16)
前記アナログ信号を出力するための出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子の間に設けられたNチャンネルの第1MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、
前記第1MOSFETのゲートと第1固定電圧端子の間に、カソードが前記ゲート側となる向きで配置された第1ダイオードと、
を備えることを特徴とするアナログスイッチ。 An input terminal to which an analog signal is input;
An output terminal for outputting the analog signal;
An N-channel first MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) provided between the input terminal and the output terminal;
A first diode disposed between a gate of the first MOSFET and a first fixed voltage terminal in a direction in which a cathode is on the gate side;
An analog switch comprising:
前記第6MOSFETのゲートと第2固定電圧端子の間に、アノードが前記ゲート側となる向きで配置された第2ダイオードと、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のアナログスイッチ。 A P-channel sixth MOSFET provided between the input terminal and the output terminal;
A second diode disposed between the gate of the sixth MOSFET and a second fixed voltage terminal in an orientation in which an anode is on the gate side;
The analog switch according to claim 1, further comprising:
前記アナログ信号を出力するための出力端子と、
前記入力端子と前記出力端子の間に設けられたPチャンネルの第6MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)と、
前記第6MOSFETのゲートと第2固定電圧端子の間に、アノードが前記ゲート側となる向きで配置された第2ダイオードと、
を備えることを特徴とするアナログスイッチ。 An input terminal to which an analog signal is input;
An output terminal for outputting the analog signal;
A P-channel sixth MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) provided between the input terminal and the output terminal;
A second diode disposed between the gate of the sixth MOSFET and a second fixed voltage terminal in an orientation in which an anode is on the gate side;
An analog switch comprising:
前記複数のアナログスイッチの出力端子を共通に接続したことを特徴とするセレクタ回路。 A plurality of analog switches according to any one of claims 1 to 13 ,
A selector circuit characterized in that output terminals of the plurality of analog switches are connected in common.
前記複数のアナログスイッチの入力端子を共通に接続したことを特徴とするセレクタ回路。 A plurality of analog switches according to any one of claims 1 to 13 ,
A selector circuit, wherein input terminals of the plurality of analog switches are connected in common.
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