JPH0456511A - スイッチ回路 - Google Patents
スイッチ回路Info
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- JPH0456511A JPH0456511A JP16742490A JP16742490A JPH0456511A JP H0456511 A JPH0456511 A JP H0456511A JP 16742490 A JP16742490 A JP 16742490A JP 16742490 A JP16742490 A JP 16742490A JP H0456511 A JPH0456511 A JP H0456511A
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- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 240000001973 Ficus microcarpa Species 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
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- Electronic Switches (AREA)
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。
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、高電圧パルスをオンオフする半導体スイッチ
回路のスイッチ特性の改善に関するものである。
回路のスイッチ特性の改善に関するものである。
〈従来の技術〉
第7図は本発明を適用するスイッチ回路の概念を示すも
のである。高電圧パルス発生器20からの信号(例えば
波高値(Ph)O〜200■の正のパルス)をスイッチ
21をオンオフすることにより出力する。
のである。高電圧パルス発生器20からの信号(例えば
波高値(Ph)O〜200■の正のパルス)をスイッチ
21をオンオフすることにより出力する。
第8図(a)はこの様なスイッチ回路の従来例を示すも
のである0図において、1はv cct源に接続された
定電流源で例えば第9図(b)に示すようなP形MOS
FETを2個用いたカレントミラー回路が用いられる。
のである0図において、1はv cct源に接続された
定電流源で例えば第9図(b)に示すようなP形MOS
FETを2個用いたカレントミラー回路が用いられる。
Q、は定電流源1からの電流を入力する第1のN形MO
SFETである。
SFETである。
Q2はゲートが定電流源に接続された第2のN形MOS
FETで、ドレイン側に高電圧パルスが入力される。こ
のスイッチ回路は第1のMOSFET Q +に制御信
号を入力し、第2のMOSFETQ2のゲート電圧を制
御することによりドレイン側に接続された高電圧パルス
をソース側に出力させることができる。そしてこのよう
なスイッチ回路の場合は“Vcc−Ph>Q2の閾値”
という関係がある。
FETで、ドレイン側に高電圧パルスが入力される。こ
のスイッチ回路は第1のMOSFET Q +に制御信
号を入力し、第2のMOSFETQ2のゲート電圧を制
御することによりドレイン側に接続された高電圧パルス
をソース側に出力させることができる。そしてこのよう
なスイッチ回路の場合は“Vcc−Ph>Q2の閾値”
という関係がある。
〈発明が解決しようとする課題〉
上記従来例においてQ2のゲート・ソース間の最大電圧
vGS laXは “VG 6 iax =vcc 〜200 V″である
からQ2のゲート・ソース間の耐圧が高い必要がある。
vGS laXは “VG 6 iax =vcc 〜200 V″である
からQ2のゲート・ソース間の耐圧が高い必要がある。
従ってゲートの酸化膜を厚くする必要があり、従って、
オン抵抗を下げる為には素子寸法を大きくする必要があ
る。さらに、Q2のゲートの電位はO〜200Vの範囲
で変化するので定電流源1を(b)図に示すような回路
で実現する為には高耐圧のPチャンネルMOSFETを
用いる等Q1Q2とは興なる構造の高耐圧の素子が必要
となる。
オン抵抗を下げる為には素子寸法を大きくする必要があ
る。さらに、Q2のゲートの電位はO〜200Vの範囲
で変化するので定電流源1を(b)図に示すような回路
で実現する為には高耐圧のPチャンネルMOSFETを
用いる等Q1Q2とは興なる構造の高耐圧の素子が必要
となる。
その結果、このスイッチ回路をモノリシックICとして
製造する場合、その工程が複雑になるという問題がある
。
製造する場合、その工程が複雑になるという問題がある
。
本発明は上記従来技術の問題を解決するためになされた
もので、モノリシックIC化に適し、素子寸法の小さな
高耐圧パルススイッチを提供することを目的とする。
もので、モノリシックIC化に適し、素子寸法の小さな
高耐圧パルススイッチを提供することを目的とする。
く課題を解決するための手段〉
上記従来技術の問題を解決する為の本発明のパルススイ
ッチ回路は、請求項1においては、制御信号のハイまた
はローレベルに関連して流れる定電流源からの電流をゲ
ート端子に入力し、ドレイン(またはソース)に入力さ
れる高電圧パルスをソース(またはドレイン)から出力
するMOSFETを用いたスイッチ回路において、前記
定電流源からの電流を高耐圧ダイオードを介して前記M
OSFETのゲートに入力するようにしたことを特徴と
するものであり。
ッチ回路は、請求項1においては、制御信号のハイまた
はローレベルに関連して流れる定電流源からの電流をゲ
ート端子に入力し、ドレイン(またはソース)に入力さ
れる高電圧パルスをソース(またはドレイン)から出力
するMOSFETを用いたスイッチ回路において、前記
定電流源からの電流を高耐圧ダイオードを介して前記M
OSFETのゲートに入力するようにしたことを特徴と
するものであり。
請求項2においては、請求項1のスイッチ回路のダイオ
ードとゲートの間に抵抗を備えるとともにソース(また
はドレイン)と定電流源の間に高耐圧ダイオードを設け
たことを特徴とするものである。
ードとゲートの間に抵抗を備えるとともにソース(また
はドレイン)と定電流源の間に高耐圧ダイオードを設け
たことを特徴とするものである。
く作用〉
MOSFETのゲートには定電流源からの電流を高耐圧
ダイオードを介して入力するので定電流jllやM O
S F E T Q 3は高耐圧ダイオードによってQ
2のゲートと切離される。
ダイオードを介して入力するので定電流jllやM O
S F E T Q 3は高耐圧ダイオードによってQ
2のゲートと切離される。
〈実施例〉
以下1図面に従い本発明を説明する。第1図は本発明の
一実施例を示す回路構成図で、Q+は定電流源1からの
電流をドレインに入力する第1の高耐圧N形MOSFE
T、Q2は定電流源1からの電流をゲートに入力する第
2の高耐圧N形MOSFETである。CGはゲート・ソ
ース間の容量もしくは必要に応じて付加した容量との和
の容量。
一実施例を示す回路構成図で、Q+は定電流源1からの
電流をドレインに入力する第1の高耐圧N形MOSFE
T、Q2は定電流源1からの電流をゲートに入力する第
2の高耐圧N形MOSFETである。CGはゲート・ソ
ース間の容量もしくは必要に応じて付加した容量との和
の容量。
CsはG点とグランドの間の寄生容量、RLは負荷抵抗
である。D+は本発明により付加された高耐圧ダイオー
ドでアノード側が定電流源1に、カソード側がQ2のゲ
ートに接続されている。
である。D+は本発明により付加された高耐圧ダイオー
ドでアノード側が定電流源1に、カソード側がQ2のゲ
ートに接続されている。
第2図(a)〜(d)は上記構成のスイッチ回路の動作
を示すタイムチャートである。第2図(a)において制
御信号Cが時刻t1にローとなりQ、がオフとなる。こ
のとき、第2図(b)に示す様に高圧パルスは0レベル
であるとする。第2図(C)においてlQ2のゲート・
ソース間の電圧VO8は定電流■によってゲート容量C
a(+Cs )が充電されることにより、Ov〜VCC
に変化し、その時定数はCG/Iに比例する。そして時
刻t3おいてQ2のドレインに波高値200vのPhの
パルスが入力されると、立下り時間が先にのべたC o
/ Iに比較して充分小さなパルスが入力されたとす
る。このときQ2はオンとなっており、オン抵抗が負荷
抵抗に比べて充分小さいとすると、出力には第2図(d
)に示す様な入力と同じ波形が生じる。ただしこのとき
寄生容量C6の影響でVOSはVccよりも小さくなる
。
を示すタイムチャートである。第2図(a)において制
御信号Cが時刻t1にローとなりQ、がオフとなる。こ
のとき、第2図(b)に示す様に高圧パルスは0レベル
であるとする。第2図(C)においてlQ2のゲート・
ソース間の電圧VO8は定電流■によってゲート容量C
a(+Cs )が充電されることにより、Ov〜VCC
に変化し、その時定数はCG/Iに比例する。そして時
刻t3おいてQ2のドレインに波高値200vのPhの
パルスが入力されると、立下り時間が先にのべたC o
/ Iに比較して充分小さなパルスが入力されたとす
る。このときQ2はオンとなっており、オン抵抗が負荷
抵抗に比べて充分小さいとすると、出力には第2図(d
)に示す様な入力と同じ波形が生じる。ただしこのとき
寄生容量C6の影響でVOSはVccよりも小さくなる
。
その大きさの差ΔVQは
(Ph−ΔVO)xCS=ΔVOXC□よりΔV□ =
PhxCs / (C9十CO)となる。
PhxCs / (C9十CO)となる。
従ってVCC−Δ■oがQ2の閾値よりも充分大きけれ
ば1時刻t3からt4の間でQ2がオンのままなので、
入力と出力の波形が一致する。
ば1時刻t3からt4の間でQ2がオンのままなので、
入力と出力の波形が一致する。
VOSのt4での上昇は時刻1コの減少と同様の理由に
よりその大きさはΔVcである。
よりその大きさはΔVcである。
第3図は請求項1の他の実施例を示すもので第1図に示
す定電流源1の替わりにP形MOSFETを用い周知の
CMOSインバータとしたものである。第1図の場合と
同様に制御信号Cのハイまたはローレベルに応じてQ2
のゲートがオンオフされQ2のドレイン側に入力する高
電圧パルスをソース側に出力することができる。
す定電流源1の替わりにP形MOSFETを用い周知の
CMOSインバータとしたものである。第1図の場合と
同様に制御信号Cのハイまたはローレベルに応じてQ2
のゲートがオンオフされQ2のドレイン側に入力する高
電圧パルスをソース側に出力することができる。
上記第1.第3図の構成によればQ2のN形MO8FE
Tのゲートには定電流源からの電流を高耐圧ダイオード
を介して入力するので定電流源1やP形M OS F
E T Q 3は高耐圧ダイオードによってQ2のゲー
トと切離される。即ち、VccとしてIOV程度の電圧
であってもCOにVccと同程度の電荷が充電されてい
るのでlQ2のゲートにはこの電荷による電圧が印加さ
れていることになりIQ2はオンの状態を維持すること
ができる。
Tのゲートには定電流源からの電流を高耐圧ダイオード
を介して入力するので定電流源1やP形M OS F
E T Q 3は高耐圧ダイオードによってQ2のゲー
トと切離される。即ち、VccとしてIOV程度の電圧
であってもCOにVccと同程度の電荷が充電されてい
るのでlQ2のゲートにはこの電荷による電圧が印加さ
れていることになりIQ2はオンの状態を維持すること
ができる。
その結果、定電流源は低い耐圧のP形MOSFETを使
用できるののでIC製作上有利である。
用できるののでIC製作上有利である。
第4図は請求項2に関する一実施例を示すものである。
第1図、第3図に示す回路ではパルス入力時にM O’
S F E T Q 2がオンであり続けるためVcc
−(Ph XCs ) / (Cs +Co
) >02の閾値”である必要があるが、寄生容量CS
に対して、Q2のゲート・ソース間容量CaSが充分な
大きさがなければ素子としての容量を追加する必要があ
る。しかし容量の追加は素子面積の増大を招くという問
題があり、また、スイッチの切替時間はCa/Iに比例
するので速度と消費電流の点で不利になるという問題が
ある。
S F E T Q 2がオンであり続けるためVcc
−(Ph XCs ) / (Cs +Co
) >02の閾値”である必要があるが、寄生容量CS
に対して、Q2のゲート・ソース間容量CaSが充分な
大きさがなければ素子としての容量を追加する必要があ
る。しかし容量の追加は素子面積の増大を招くという問
題があり、また、スイッチの切替時間はCa/Iに比例
するので速度と消費電流の点で不利になるという問題が
ある。
第4図において第2図と同一要素には同一符号を付して
重複する説明は省略するが、第2図との違いは高耐圧ダ
イオードD1とN形MO8FETQ2のゲートの間に抵
抗Rat−設けた点、及びQ2のソースとダイオードD
1のカソードの間にダイオードD2を設けた点である。
重複する説明は省略するが、第2図との違いは高耐圧ダ
イオードD1とN形MO8FETQ2のゲートの間に抵
抗Rat−設けた点、及びQ2のソースとダイオードD
1のカソードの間にダイオードD2を設けた点である。
第4図に示す回路の動作を第5図(a)〜(d)のタイ
ムチャートを用いて説明する。
ムチャートを用いて説明する。
第5図(a)において、制御信号Cが時刻t1でローに
なりQ、がオフになると(c)図で示す様にQ2のゲー
ト・ソース間電圧VO8は定電流工によってゲート容量
Co(+Cs)が充電されることにより、OvからVc
cに変化し、その時定数はC0xVcc/IとCOXR
(lの大きな方で決定する。第6図は第5図のイ部を拡
大して示す図であり1点線はRGがない場合の動作を示
している。ここでは例えば“Co xVcc/I>Ca
XRG〉入カバルスの立上がりの時定数”とする。
なりQ、がオフになると(c)図で示す様にQ2のゲー
ト・ソース間電圧VO8は定電流工によってゲート容量
Co(+Cs)が充電されることにより、OvからVc
cに変化し、その時定数はC0xVcc/IとCOXR
(lの大きな方で決定する。第6図は第5図のイ部を拡
大して示す図であり1点線はRGがない場合の動作を示
している。ここでは例えば“Co xVcc/I>Ca
XRG〉入カバルスの立上がりの時定数”とする。
時刻t3に波高phのパルスが入力されると。
Vo sは寄生容量Csのために減少しようとする。
そしてRG=0の場合はその減少量ΔV、)は第1図の
場合と同様a VO=Ph X (C6+Co )であ
るが、R(lの為にその変化はCGXRQの時定数で決
まる時間を必要とし、第4図で示す◎点から■−点へ流
れる電流による電圧降下の為ダイオードD2がオンとな
り、IN−+Q2→D2の経路で寄生容量Csが充電さ
れるためVGSの減少量はΔVOより小さなものとなる
。
場合と同様a VO=Ph X (C6+Co )であ
るが、R(lの為にその変化はCGXRQの時定数で決
まる時間を必要とし、第4図で示す◎点から■−点へ流
れる電流による電圧降下の為ダイオードD2がオンとな
り、IN−+Q2→D2の経路で寄生容量Csが充電さ
れるためVGSの減少量はΔVOより小さなものとなる
。
例えば
C5=0.5pF Ca =4.5pFCo =4
.5pF Ph =100Vvcc=tov とすればAVo=10VとなりRo=OではQ2がオフ
になってしまう、Ro=10にΩとすれば。
.5pF Ph =100Vvcc=tov とすればAVo=10VとなりRo=OではQ2がオフ
になってしまう、Ro=10にΩとすれば。
Co XRo =45nsecであり、D2の直列抵抗
を1にΩとしてもD2を通してCSを充電するときの時
定数は1にΩX0.5pF=0.5nsecなのでCo
が放電する前にCSが充電されるためVGSの減少量は
小さなものとなる。
を1にΩとしてもD2を通してCSを充電するときの時
定数は1にΩX0.5pF=0.5nsecなのでCo
が放電する前にCSが充電されるためVGSの減少量は
小さなものとなる。
この第4図の実施例によれば容量を付加する必要がなく
、ゲート容量を増加させないので切替速度/消費電流の
点で有利である。また、パルス入力時のQ2のゲート・
ソース間の電圧の減少が小さいのでオン抵抗が小さいと
いう利点がある。
、ゲート容量を増加させないので切替速度/消費電流の
点で有利である。また、パルス入力時のQ2のゲート・
ソース間の電圧の減少が小さいのでオン抵抗が小さいと
いう利点がある。
なお1図に示す電流源は第3図と同様にP形MOSFE
Tを用いてインバータを構成したものであってもよい、
さらに第1図、第3第、第4図においてN形MOSFE
TをP形MOSFETにしたものであってもよい。
Tを用いてインバータを構成したものであってもよい、
さらに第1図、第3第、第4図においてN形MOSFE
TをP形MOSFETにしたものであってもよい。
〈発明の効果〉
以上実施例とともに具体的に説明した様に本発明によれ
ば、電源側は低耐圧のP型MOSFETでよいので1つ
の種類の高耐圧MOSFETを作製すればよい、その結
果、モノリシックIC化した場合に工程を少なくするこ
とができ、素子寸法の小さな高耐圧パルススイッチを実
現することができる。
ば、電源側は低耐圧のP型MOSFETでよいので1つ
の種類の高耐圧MOSFETを作製すればよい、その結
果、モノリシックIC化した場合に工程を少なくするこ
とができ、素子寸法の小さな高耐圧パルススイッチを実
現することができる。
第1図は本発明の一実施例を示す回路構成図。
第2図は第1図の回路のタイムチャート図、第3図は請
求項1の他の実施例を示す図、第4図は請求項2に関す
る一実施例を示す回路構成図、第5図は第1図の回路の
タイムチャート図、第6図は第5図(c)イ部の拡大図
、第7図は本発明を適用するスイッチ回路の概念図、第
8図は従来の回路構成図である。 1・・・定電流源、Ql、Q2.Qコ・・・MOSFE
T、D、、D2・・・ダイオード。 〜ゝ塾! 処 第 図 第 図 タイムすT−) (a)
求項1の他の実施例を示す図、第4図は請求項2に関す
る一実施例を示す回路構成図、第5図は第1図の回路の
タイムチャート図、第6図は第5図(c)イ部の拡大図
、第7図は本発明を適用するスイッチ回路の概念図、第
8図は従来の回路構成図である。 1・・・定電流源、Ql、Q2.Qコ・・・MOSFE
T、D、、D2・・・ダイオード。 〜ゝ塾! 処 第 図 第 図 タイムすT−) (a)
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1)制御信号のハイまたはローレベルに関連して流れる
定電流源からの電流をゲート端子に入力し、ドレイン(
またはソース)に入力される高電圧パルスをソース(ま
たはドレイン)から出力するMOSFETを用いたスイ
ッチ回路において、前記定電流源からの電流を高耐圧ダ
イオードを介して前記MOSFETのゲートに入力する
ようにしたことを特徴とするスイッチ回路。 2)ダイオードとゲートの間に抵抗を備えるとともにソ
ース(またはドレイン)と定電流源の間に高耐圧ダイオ
ードを設けたことを特徴とする請求項1記載のスイッチ
回路。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16742490A JPH0456511A (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | スイッチ回路 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16742490A JPH0456511A (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | スイッチ回路 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0456511A true JPH0456511A (ja) | 1992-02-24 |
Family
ID=15849446
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP16742490A Pending JPH0456511A (ja) | 1990-06-26 | 1990-06-26 | スイッチ回路 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0456511A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003010891A3 (en) * | 2001-07-25 | 2003-10-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Output driver equipped with a sensing resistor for measuring the current in the output driver |
JP2005081140A (ja) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | General Electric Co <Ge> | 超音波トランスデューサ・アレイの高電圧スイッチングのための方法及び装置 |
-
1990
- 1990-06-26 JP JP16742490A patent/JPH0456511A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003010891A3 (en) * | 2001-07-25 | 2003-10-16 | Koninkl Philips Electronics Nv | Output driver equipped with a sensing resistor for measuring the current in the output driver |
JP2005081140A (ja) * | 2003-09-08 | 2005-03-31 | General Electric Co <Ge> | 超音波トランスデューサ・アレイの高電圧スイッチングのための方法及び装置 |
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