JPH01132210A - スイッチト・キャパシタ回路 - Google Patents

スイッチト・キャパシタ回路

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JPH01132210A
JPH01132210A JP24758088A JP24758088A JPH01132210A JP H01132210 A JPH01132210 A JP H01132210A JP 24758088 A JP24758088 A JP 24758088A JP 24758088 A JP24758088 A JP 24758088A JP H01132210 A JPH01132210 A JP H01132210A
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Kuniharu Uchimura
内村 国治
Atsushi Iwata
穆 岩田
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、複数個のアナログスイッチと、複数個の容量
素子と、少なくとも1個の演算増幅器を用いて等測的な
時定数回路を構成するスイッチト・キャパシタ回路に関
し、とくにMOS形集積回路によって構成したスイッチ
ト・キャパシタ回路に関する。
(従来の技術) 第8図は従来の反イッチト・キャパシタ回路の基本回路
を示すものである。演算増幅器1の出力端子2と一方の
入力端子(反転入力端子)3との間に容量素子4が接続
されている。
第9図(a)は、CMOSデバイス構造の概略を示す。
断面図であるMOSトランジスタの4つの端子、即ちゲ
ートG、ソースS、ドレインD、基板Bの各端子間に、
同図(ロ)に示すように容IC9j。
C@s、Cdb+ Csbが形成される。Pチャネル形
MOSの基板は第9図(a)の左側部分に示す構造から
明らかなように各トランジスタで共通であるが、Nチャ
ネル形MOSの基板がP形素子分離拡散層(以下Pwe
 11)であるので、各トランジスタは分離できる。第
10図は、MOS)ランジスタの電流特性を示したもの
で、同図から明らかなように飽和領域ではドレイン、ソ
ース間電圧V。に対して定電流特性を示す。
第9図の電源雑音抑圧比の劣化要因はアナログスイッチ
を構成するMOS)ランジスタの浮遊容量を通して、電
源電圧の変動が直接に演算増幅器の入力端子に伝達され
、それが容量素子で積分されることによって生じる。第
11図はCMOSアナログスイッチの回路を示すもので
、この回路は、PチャネルMOS)ランジスタ41とN
チャネルMOS)ランジスタ42からなり、各ゲートに
接続されたゲート端子43.44にスイッチ制御信号φ
l、4.φIF・・・・・・等を加えることによって端
子45.46間の接続がオン・オフ制御される。図示さ
れていないが、PチャネルMOS)ランジスタ41の基
板はVDD電源に、NチャネルMOSトランジスタ42
の基板はV。電源に接続される。スイッチ制御信号φ5
8.φIF、  φ2 N +  φZP、はスイッチ
制御回路によって発生される。第12図はそのスイッチ
制御同一路の一例を示すもので、インバータ50、オー
バラップ防止回路51.52、相補形の一対のMOSI
−ランジスタからなるインバータ53,54,55.5
6からなっている。出力のスイッチ制御信号φIN+ 
 φtp、  φ28.φ2Pは電源電圧 VDIl+
  VMSのいずれかであり、これらがアナログスイッ
チのゲート端子に印加されて、オン、オフ制御される。
従って、アナログスイッチを構成するPチャネルMOS
トランジスタの浮遊容量Cdb、  C,、はvDD電
源に、NチャネルMOSトランジスタの浮遊容量C1+
C*bはV。電源に、両MOS)ラン゛ジスタの浮遊容
1cm+C9dはVIIDあるいはv、。
電源に、それぞれ直接につながっている。第8図におい
て、アナログスイッチ8がオフの状態では、同スイッチ
8の持つ浮遊容量を通して、またアナログスイッチ8が
オンの状態では、アナログスイッチ8.9の持つ浮遊容
量を通して、それぞれ電源電圧変動が演算増幅器の入力
端子3に伝達され、容量素子4に積分される。
この第2の電源雑音抑圧比の要因は第1の要因に比較し
て、その程度は小さいが、高次のフィルタ等を構成する
場合にはアナログスイッチ数が増加するため問題であっ
た。
(発明が解決しようとする課題) 本発明は集積化したスイッチト・キャパシタ回路におい
て、従来技術の前記問題を解決し、電源電圧の変動即ち
電源雑音によって生ずるS/N比の劣化を防止すること
を目的とする。
(課題を解決するための手段) アナログスイッチを構成するMOS)ランジスタの基板
とドレイン、あるいは基板とソースの間の浮遊容量を通
して電源雑音が信号線に漏洩するという前記第2の劣化
要因を除去するために、本発明はアナログスイッチを擬
似したMOS形トランジスタの浮遊容量を用いて、電源
電圧変動のアナログスイッチでの漏れ成分に相当する電
圧を検出し、その検出した逆相電圧を、アナログスイッ
チを構成するMOS形トランジスタの基板に印加して、
前記アナログスイッチでの漏れ成分を相殺する基板バイ
アス回路を設けたことを特徴とする。
(実施例) 第1図には、第2の電源雑音抑圧比の劣化要因を除去す
るための構成成分がとくに詳細に示されている。アナロ
グスイッチ121,122.  123.124は、C
MOSアナログスイッチに1個の端子を付加し、この端
子にアナログスイッチを構成するNチャネル形MOSI
−ランジスタのPwellを接続した構成のものである
。アナログスイッチ121,122,123,124は
それぞれ第8図の基本回路のアナログスイッチ6.7゜
8.9に対応する。容量素子128および129は、第
8図の基本回路の容量素子5および4にそれぞれ対応す
る。
基板バイアス回路の機能は、要約するとスイッチト・キ
ャパシタ回路に用いたアナログスイッチと同等のダミー
スイッチ140を別に用意し、これから電源雑音をスイ
ッチ雑音検出アンプ141により検出、増幅し、スイッ
チト・キャパシタ回路のアナログスイッチを介して信号
線へ漏れる電源雑音を消去する電圧■p1゜、Lを発生
することである。この電圧VpwaLLをアナログスイ
ッチのPwe l 1端子に印加することにより第2の
電源雑音抑圧比の劣化要因を取り除くことができる。
スイッチ制御回路132は従来のものと同じものが使用
でき、スイッチト・キャパシタ回路の特性は何ら変化さ
せずに電源雑音抑圧比を改善することが可能である。
第2の電源雑音抑圧比の劣化要因であるアナログスイッ
チからの電源変動成分の信号線への漏れは、差動増幅回
路構成のスイッチ雑音検出アンプ141で検出・増幅す
る。ダミースイッチ140はスイッチト・キャパシタ回
路で使うアナログスイッチと同様な構成のものを用い、
高インピーダンス回路143により、はぼ接地電圧の直
流電圧を与えている。これはMOS)ランジスタの09
3゜C,、、C,、、Cdbの各容量がアナログスイッ
チの入出力電圧に依存性を持つためで、あって、接地電
圧にバイアスすることで、ダミー・スイッチ140はス
イッチト・キャパシタ回路用スイッチと全く同じように
電源変動を伝達する。レベルシフト回路142はスイッ
チ動作に必要なPwe l l電圧(V−〜V、、+I
 V程度)に直流レベルを変換するものである。なぜな
ら、スイッチ雑音検出アンプ141の出力電圧■3.は
直流帰還により接地電圧に安定しているからである。検
出・増幅された電源変動の交流成分はダミースイッチ1
40のNチャネル形MOSのPwe 11を介し、容量
Cd b +Csbを通して交流帰還され、スイッチに
よる電源変動を消去するような波形の電圧Vl)、1゜
11を出力端子144に得ることができる。スイッチト
・キャパシタ回路ではアナログスイッチのオン、オフの
状態により演算増幅器120の反転入力端子134に接
続されるスイッチ容量の状態が変化する。そこで、ダミ
ースイッチ140にON状態とOFF状態の2つのスイ
ッチ、即ちMOS)ランジスタ147と148からなる
スイッチおよびMOSトランジスタ145と146から
なるスイッチを用い、スイッチト・キャパシタ回路側に
第1図のように補正スイッチ127を追加すれば、完全
に相似となり電源変動を消去できる。ただし、ダミース
イッチ140にON状態のみのスイッチを用い、補正ス
イッチ127を追加しない場合においても、消去されな
い量はわずかである。
第2図は第1図(b)の高インピーダンス回路143の
他の具体例を示すものである。第1図(b)に示すよう
に高インピーダンス回路は高抵抗REで実現できるが、
占有面積を減少させるために、第2図に示す高インピー
ダンス回路は有効である。この高インピーダンス回路は
差動増幅回路の交流出力インピーダンスが極めて富いこ
とを利用したもので、MOS)ランジスタ151〜15
3からなるバイアス回路、MOS)ランジスタ154〜
159からなる差動増幅回路1.MOS)ランジスタ1
60〜162からなる直流帰還のみループ利得を下げて
回路を安定にするためのアッテネータ、MOS)ランジ
スタ163,164からなり、トランジスタ160〜1
62にバイアスを与える。
バイアス回路等から構成されている。MOS )ランジ
スタ152〜155からなる回路構成により差動増幅回
路の動作電流を安定に小さくして、高出力インピーダン
スを得ている。
第3図は、スイッチ雑音検出アンプの回路例を示すもの
で、この回路はMOSl−ランジスタ I71〜175
からなる差動増幅回路の1段で構成されている。
第4図は、レベルシフト回路例を示すもので、MOSl
−ランジスタ181,182からなるソース・ホロワを
使ったものである。
第1図ではレベルシフト回路142の出力 ■pwaL
L はダミースイッチ140のPwe l lとスイッ
チト・キャパシタ回路用アナログスイッチのPwe l
 1と共通に与えられている。この場合後者のスイッチ
では、スイッチ制御信号がレベルシフト回路の有限な出
力インピーダンスのために、Pwe I 1に伝達され
る。これが、ダミースイッチ140のPwe l 1に
印加されると電源変動成分が完全に消去されない場合が
ある。これを防止するためには、第5図に示すように、
2個のレベルシフト回路142.142’を用いて、 
  Pwellを分離すればよい。
第6図は、第1図のスイッチト・キャパシタ回路とは、
アナログスイッチと容量素子の配列が異なる本発明の他
の実施例を示すものである。即ち、この実施例は、2個
のアナログスイッチ 211と212により、容量素子
128への充電と、その容量素子128から容量素子1
29への電荷の移送が行われるものである。なお、基板
バイアス回路およびスイッチ制御回路は図示されていな
い。補正スイッチ213は第1図の実施例と同様に構成
され、同様に補正を行うことができる。
第7図は補正スイッチを省略した本発明の更に他の実施
例のスイッチト・キャパシタ回路を示すものである。同
図(a)は第1図(a)のスイッチト・キャパシタ基本
回路の補正スイッチを省略した形の回路であり、同図ら
)は基板バイアス回路である。
基板バイアス回路のダミースイッチ220がスイッチ制
御信号でオン、オフされるよう構成されている。このた
め補正スイッチを省略できるのである。このようなダミ
ースイッチ220を用いた基板バイアス回路は、1個の
キャパシタ基本回路のみを使用する応用回路の場合に使
用することができ、また複数のスイッチト・キャパシタ
基本回路が同一のタイミングで動作する形の応用回路の
場合にも使用することができる。
(効果) スイッチを構成するMOSの基板とソースあるいはドレ
インとの間の容量を通してスイ、ツチの浮遊容量から漏
れる電源電圧変動を打消す基板バイアス回路と、によっ
て電源電圧変動が信号線に伝達するのを抑圧する比率、
即ち電源雑音抑圧比の高いスイッチト・キャパシタ回路
を実現できる。
本発明のように電源雑音抑圧比の高いスイッチト・キャ
パシタ回路は、高効率で安価だがパルス性の雑音の多い
スイッチング形安定化電源より電源電圧を供給されても
、高いS/N比を確保できるため、高価な高性能電源を
必要としない利点がある。また、本発明によれば、スイ
ッチト・キャパシタ回路とロジック回路を同一の基板上
に集積化する場合に、共通に使われる電源配線、基板を
通してロジック回路の発生するパルス性雑音がスイッチ
ト・キャパシタ回路に漏れるのを抑圧できるため、高性
能で高機能な大規模集積回路を容易に実現できる利点が
ある。さらに、本発明によれば、スイッチト・キャパシ
タ回路を含むアナログ信号を処理する集積回路とロジッ
ク回路の集積回路を同一プリント基板上に実装できると
ともに同一電源で使用できることから、装置構成上で大
幅な経済化、小形化が図れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明のスイッチト・キャバシ回路の一実施
例の回路図で、同図(a)はスイッチト・キャパシタ回
路の基本回路(主要部)、同図(b)は基板バイアス回
路を示すものである。 第2図は第1図(b)の基板バイアス回路に用いられる
高インピーダンス回路の一例を示すものである。 第3図は第1図b)の基板バイアス回路に用いられるス
イッチ雑音検出アンプの一例を示すものである。 第4図は基板バイアス回路に用いられるソース・ホロワ
を使ったレベルシフト回路の例を示すものである。 第5図は2個のレベルシフト回路を有する基板バイアス
回路を示すものである。 第6図は、本発明の他の実施例のスイッチト・キャパシ
タ回路を示すものである。 第7図は、補正スイッチを省略できる本発明のさらに他
の実施例のスイッチト・キャパシタ回路を示すものであ
る。 第8図は従来のスイッチト・キャパシタ回路の基本回路
を示すものである。 第9図はCMOSデバイス構造の概略を示す図である。 第10図はMOS)ランジスタの電流特性を示す図で、
Vdsはドレインソース間電圧、Idsはドレインソー
ス間に流れる電流を示す。 第11図は第8図のスイッチト・キャパシタ回路に用い
る従来のアナログスイッチの例を示すものである。 第12図は第8図のスイッチト・キャパシタ回路におけ
るスイッチ制御回路の詳細を示すものである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)演算増幅器、容量素子、アナログスイッチで構成
    されるスイッチト・キャパシタ回路において、 前記アナログスイッチを擬似したMOS形 トランジスタの浮遊容量を用いて電源電圧変動の信号線
    への漏れ成分を検出し、その漏れ成分の逆相電圧を、前
    記アナログスイッチを構成するMOS形トランジスタの
    基板に印加して、基板とドレインあるいはソース間容量
    を通して前記アナログスイッチから信号ラインに漏れる
    電源電圧変動成分を打ち消すための基板バイアス回路を
    備えたことを特徴とするスイッチト・キャパシタ回路。
JP24758088A 1988-09-30 1988-09-30 スイッチト・キャパシタ回路 Granted JPH01132210A (ja)

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JPH04286415A (ja) * 1991-03-15 1992-10-12 Nec Corp スイッチトキャパシタフィルタ

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