JPH09167950A - Analog switch - Google Patents
Analog switchInfo
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- JPH09167950A JPH09167950A JP32859595A JP32859595A JPH09167950A JP H09167950 A JPH09167950 A JP H09167950A JP 32859595 A JP32859595 A JP 32859595A JP 32859595 A JP32859595 A JP 32859595A JP H09167950 A JPH09167950 A JP H09167950A
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- JP
- Japan
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- voltage
- switch
- back gate
- main switch
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- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K2217/00—Indexing scheme related to electronic switching or gating, i.e. not by contact-making or -breaking covered by H03K17/00
- H03K2217/0018—Special modifications or use of the back gate voltage of a FET
Landscapes
- Electronic Switches (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、MOSトランジス
タを用いたアナログスイッチをオン、オフする際に発生
するスイッチングノイズを低減する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for reducing switching noise generated when an analog switch using a MOS transistor is turned on and off.
【0002】[0002]
【従来の技術】MOSトランジスタを用いたアナログス
イッチのスイッチングノイズを低減する従来の技術とし
ては、例えば特開平3−17131に開示された図5に
示すようなものがある。この従来例では、主スイッチ1
の出力側に、主スイッチ1と同じ大きさ、同じ構造の補
助スイッチ2が信号線3に付加、接続されている。この
補助スイッチ2は、そのゲート201が信号線3に接続
され、ソース203とドレイン202を短絡した電極A
9が駆動回路に接続されている。この電極A9には、主
スイッチ1に対するゲート駆動信号Gとは逆相の信号A
Gが印加されている。2. Description of the Related Art As a conventional technique for reducing the switching noise of an analog switch using a MOS transistor, there is, for example, the one shown in FIG. 5 disclosed in JP-A-3-17131. In this conventional example, the main switch 1
An auxiliary switch 2 having the same size and structure as the main switch 1 is added to and connected to the signal line 3 on the output side of. The auxiliary switch 2 has an electrode A whose gate 201 is connected to the signal line 3 and whose source 203 and drain 202 are short-circuited.
9 is connected to the drive circuit. The electrode A9 has a signal A having a phase opposite to that of the gate drive signal G for the main switch 1.
G is applied.
【0003】スイッチングノイズの原因は寄生容量に蓄
積していた電荷が、回路状態の変化に伴って、信号線3
に流出あるいは信号線3から寄生容量へ流入していく現
象によるものであるが、この従来例では、主スイッチ1
と補助スイッチ2とは、どちらかが常にオン状態になっ
ているために、寄生電荷は二つのスイッチ間でやりとり
されるだけで、信号線3には現れてこない。従って、こ
の従来例のノイズ低減効果はかなり期待できるが、補助
スイッチ2を必要とするために占有面積がかなり増加す
るという問題点がある。入出力間のコンダクタンスを低
減するためには、主スイッチ1の面積をかなり大きくす
る必要があるが、補助スイッチ2は主スイッチ1と同じ
構成のときに最もノイズキャンセル効果があるので、合
計主スイッチが二つ入る面積が必要になる。このこと
は、MOSスイッチを多数必要とする撮像素子やマルチ
プレクサなどでは深刻な問題となる。The cause of switching noise is that the electric charge accumulated in the parasitic capacitance changes as the circuit state changes, and
This is due to the phenomenon that the main switch 1 flows into the parasitic capacitance or flows out from the signal line 3 into the parasitic capacitance.
Since one of the auxiliary switch 2 and the auxiliary switch 2 is always in the ON state, the parasitic charge is exchanged between the two switches and does not appear in the signal line 3. Therefore, although the noise reduction effect of this conventional example can be expected considerably, there is a problem that the occupied area increases considerably because the auxiliary switch 2 is required. In order to reduce the conductance between the input and output, it is necessary to make the area of the main switch 1 considerably large, but since the auxiliary switch 2 has the most noise canceling effect when it has the same configuration as the main switch 1, the total main switch An area that can accommodate two is required. This becomes a serious problem in an image pickup device or a multiplexer that requires a large number of MOS switches.
【0004】また第2の従来例として、特開平1−27
6920号公報に開示された図6に示すようなものがあ
る。図中、1は(nMOS)主スイッチ、4は入力端
子、5は出力端子、6はゲート駆動回路、7はバックゲ
ート駆動回路、10はpMOS主スイッチ、101は主
スイッチゲート、102は主スイッチドレイン、103
は主スイッチソース、104は主スイッチバックゲー
ト、301はpMOSスイッチゲート、302はpMO
Sスイッチドレイン、303はpMOSスイッチソー
ス、304はpMOSスイッチバックゲートである。n
MOSアナログ主スイッチ1、pMOSアナログ主スイ
ッチ10、それぞれ、のバックゲート電圧をスイッチン
グ時に変化させる例であるが、コンダクタンス特性の改
善を目指したものであり、その駆動方法もゲート駆動信
号と同相にバックゲートに印加するものである。As a second conventional example, Japanese Patent Laid-Open No. 1-27 is known.
There is one as shown in FIG. 6 disclosed in Japanese Patent No. 6920. In the figure, 1 is an (nMOS) main switch, 4 is an input terminal, 5 is an output terminal, 6 is a gate drive circuit, 7 is a back gate drive circuit, 10 is a pMOS main switch, 101 is a main switch gate, and 102 is a main switch. Drain, 103
Is a main switch source, 104 is a main switch back gate, 301 is a pMOS switch gate, and 302 is a pMO.
S-switch drain, 303 is a pMOS switch source, and 304 is a pMOS switch back gate. n
This is an example in which the back gate voltage of each of the MOS analog main switch 1 and the pMOS analog main switch 10 is changed at the time of switching, but this is intended to improve the conductance characteristics, and the driving method is also in phase with the gate drive signal. It is applied to the gate.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記第1の従来例の、
主スイッチと同じ構成の補助スイッチを信号線に付加、
接続し、主スイッチのゲート駆動信号とは逆相に補助ス
イッチのゲートを駆動する方法では、コンダクタンスを
低減するために占有面積が大きくなりがちな主スイッチ
が少なくとも二つ入る面積を必要とするために、特に撮
像素子などスイッチを多く用いる素子においては、チッ
プ面積の著しい増大を招くという問題を生じていた。DISCLOSURE OF THE INVENTION Problems to be Solved by the Invention
An auxiliary switch with the same configuration as the main switch is added to the signal line,
The method of connecting and driving the gate of the auxiliary switch in the opposite phase to the gate drive signal of the main switch requires an area where at least two main switches, which tend to occupy a large area, are included to reduce the conductance. In particular, in an element such as an image pickup element that uses a lot of switches, there is a problem that the chip area is significantly increased.
【0006】本発明は、上記のような問題を解消し、従
来例に比べてチップ面積を著しく減少させながら、従来
例と同等のスイッチングノイズ抑制効果を有するアナロ
グスイッチを提供することを課題とする。An object of the present invention is to solve the above problems and to provide an analog switch having a switching noise suppressing effect equivalent to that of the conventional example while significantly reducing the chip area as compared with the conventional example. .
【0007】[0007]
【発明を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては、主スイッチのバックゲートを、ゲ
ート駆動信号とは逆相に駆動する。詳しくは、入力信号
値とGNDレベルの間で、ゲート駆動信号とは逆相に振
幅させる。In order to solve the above problems, in the present invention, the back gate of the main switch is driven in a phase opposite to that of the gate drive signal. Specifically, the amplitude is reversed between the input signal value and the GND level and in the opposite phase to the gate drive signal.
【0008】[0008]
【実施の形態】上記した手段によれば、スイッチオフ時
にはゲート駆動電圧はローレベル、バックゲート駆動電
圧は入力端子電圧レベルであり、スイッチング時にゲー
ト電圧がローレベルからハイレベルに変化するのに伴っ
て、バックゲート電圧を入力信号レベルからGNDレベ
ルに変化させ、スイッチオン時には、ゲート駆動電圧は
ハイレベル、バックゲート駆動電圧はGNDレベルとな
る。According to the above-mentioned means, the gate drive voltage is at the low level and the back gate drive voltage is at the input terminal voltage level when the switch is off, and the gate voltage changes from the low level to the high level during switching. Then, the back gate voltage is changed from the input signal level to the GND level, and when the switch is turned on, the gate drive voltage becomes the high level and the back gate drive voltage becomes the GND level.
【0009】バックゲートは、接合容量を介してソース
−ドレイン電極と、更にチャネル形成時には空乏層容量
を介してチャネルと、静電結合されている。従って、ゲ
ート電圧の変化と逆相にバックゲート電圧を変化させる
ことにより、信号線電位、すなわち主スイッチのソース
電極やチャネルの電位の変化を相殺し、スイッチングノ
イズを減少させることができる。The back gate is electrostatically coupled to the source-drain electrode via the junction capacitance and further to the channel via the depletion layer capacitance when forming the channel. Therefore, by changing the back gate voltage in the opposite phase to the change in the gate voltage, the change in the signal line potential, that is, the potential of the source electrode of the main switch and the potential of the channel can be canceled and the switching noise can be reduced.
【0010】図1は本発明に係るアナログスイッチの第
1の実施の形態を示す図である。図中、1は主スイッ
チ、3は信号線、4は入力端子、5は出力端子、6はゲ
ート駆動回路、7はバックゲート駆動回路、8は駆動信
号入力端子、101は主スイッチゲート、102は主ス
イッチドレイン、103は主スイッチソース、104は
主スイッチバックゲートである。主スイッチ1は、nM
OSトランジスタで、そのソース103が入力端子4
に、ドレイン102が出力端子5に、ゲート101がゲ
ート駆動回路6に、バックゲート104がバックゲート
駆動回路7に、それぞれ、接続されている。ゲート駆動
回路6は、インバータ1段からなり、ゲート101をV
Kと入力電圧VINとの間で振幅させる。バックゲート
駆動回路7は、インバータ2段からなり、バックゲート
104をVINとGND間で振幅させる。この二つの駆
動回路の入力は共通の入力端子C8に接続されている。FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of an analog switch according to the present invention. In the figure, 1 is a main switch, 3 is a signal line, 4 is an input terminal, 5 is an output terminal, 6 is a gate drive circuit, 7 is a back gate drive circuit, 8 is a drive signal input terminal, 101 is a main switch gate, and 102. Is a main switch drain, 103 is a main switch source, and 104 is a main switch back gate. Main switch 1 is nM
The source 103 of the OS transistor is the input terminal 4
The drain 102 is connected to the output terminal 5, the gate 101 is connected to the gate drive circuit 6, and the back gate 104 is connected to the back gate drive circuit 7. The gate drive circuit 6 is composed of one stage of inverter,
Amplitude is made between K and the input voltage VIN. The back gate drive circuit 7 includes two stages of inverters and causes the back gate 104 to swing between VIN and GND. The inputs of these two drive circuits are connected to a common input terminal C8.
【0011】ここで、本発明の動作を説明するために図
2を参考にして各部分の寄生容量を簡単に算出してみ
る。以下、主スイッチ1のゲート酸化膜厚をd、比誘電
率をε1とし、シリコンの比誘電率をε2とする。主スイ
ッチ1のゲート101とドレイン102との静電容量C
gdはゲートオーバラップ容量であり、ゲート101がド
レイン102と対向している面積をAgdとすると、 Cgd=Agd×ε1×ε0/d となる。ドレイン102とバックゲート104との静電
容量Cbdは片側階段接合容量となるので、基板不純物濃
度をNb、拡散電圧Vb、ドレイン−バックゲート間の電
圧をVbd、ドレイン接合面積をAdjとすると、 Cbd=Adj×√〔q×ε2×ε0×Nb/{2(Vb+Vb
d)}〕 となる。Here, in order to explain the operation of the present invention, the parasitic capacitance of each portion will be briefly calculated with reference to FIG. Hereinafter, the gate oxide film thickness of the main switch 1 is d, the relative permittivity is ε 1, and the relative permittivity of silicon is ε 2 . Capacitance C of the gate 101 and the drain 102 of the main switch 1
gd is a gate overlap capacitance, and Cgd = Agd × ε 1 × ε 0 / d where Agd is the area where the gate 101 faces the drain 102. Since the electrostatic capacitance Cbd between the drain 102 and the back gate 104 is a one-sided step junction capacitance, if the substrate impurity concentration is Nb, the diffusion voltage Vb, the drain-back gate voltage is Vbd, and the drain junction area is Adj, then Cbd = Adj × √ [q × ε 2 × ε 0 × Nb / {2 (Vb + Vb
d)}].
【0012】チャネルが形成されていない時には、ゲー
ト101−バックゲート104間の静電容量Cgbは、ゲ
ート印加電圧をVgとすると、 Cgb=ε1×ε0/〔d×√{1+2×ε1∧2×ε0×(Vg+Vb)
/(ε2×Nb×d∧2)}〕 と表わされる。チャネル形成時には、反転層の電荷がゲ
ート101−バックゲート104間の静電容量Cgbをゲ
ート101−チャネル105間のCgcとバックゲート1
04−チャネル105間のCbcとに分割することにな
る。When a channel is not formed, the electrostatic capacitance Cgb between the gate 101 and the back gate 104 is Cgb = ε 1 × ε 0 / [d × √ {1 + 2 × when the gate applied voltage is Vg. ε 1 ∧ 2 × ε 0 × (Vg + Vb)
/ (ε 2 × Nb × d ∧ 2 )}]. At the time of forming the channel, the charge of the inversion layer changes the electrostatic capacitance Cgb between the gate 101 and the back gate 104 to the Cgc between the gate 101 and the channel 105 and the back gate 1.
04-channel 105 and Cbc.
【0013】次に、図3に示す入力波形をもとに、動作
を順を追って説明していく。図中、Gはゲート入力信
号、BGはバックゲート入力信号である。 (a)スイッチオフ時 ゲート101及びバックゲート104は入力端子4と短
絡されていて、スイッチオフ状態である。 (b)スイッチオフからオンへの過渡状態 ゲート101印加電圧がしきい値以下の場合には、チャ
ネルが形成されていないので、バックゲートの電位変動
はドレイン102にのみ影響を与える。ドレイン102
は、前述のCgdとCbdによって互いに逆方向の電位変動
を受けるために相殺され、電位変動が低減される。言い
替えると、ゲート101入力信号によって、Cgdに蓄積
されていた電荷をCbdに吸収させる。その際、バックゲ
ートの電位変動の一部分は、ドレイン102の空乏層幅
の変化に吸収されるが、残りの部分がドレイン102に
伝わる。しきい値以上になった場合には、チャネルが形
成されるために、バックゲートの電位変動はドレインば
かりでなく、チャネルにも及び、前述のCbcを介してチ
ャネルの電位変動を抑える働きをする。Next, the operation will be described step by step based on the input waveform shown in FIG. In the figure, G is a gate input signal and BG is a back gate input signal. (A) When Switched Off The gate 101 and the back gate 104 are short-circuited with the input terminal 4 and are in a switched off state. (B) Transient state from switch-off to on When the voltage applied to the gate 101 is less than or equal to the threshold value, since no channel is formed, the potential fluctuation of the back gate affects only the drain 102. Drain 102
Are canceled out by the above-mentioned Cgd and Cbd being subjected to potential fluctuations in mutually opposite directions, and the potential fluctuations are reduced. In other words, the charge accumulated in Cgd is absorbed by Cbd by the gate 101 input signal. At that time, a part of the potential fluctuation of the back gate is absorbed by the change of the depletion layer width of the drain 102, but the remaining part is transmitted to the drain 102. When the voltage exceeds the threshold value, a channel is formed, so that the potential variation of the back gate extends not only to the drain but also to the channel, and acts to suppress the potential variation of the channel via Cbc described above. .
【0014】(c)スイッチオン時 この状態では、ゲート電位はVKになり、また、バック
ゲート電位はGNDレベルで一定値となり、スイッチオ
ン状態となる。 (d)スイッチオンからオフへの過渡状態 このタイミングでは、(b)と逆の過程でドレイン電位
の変動を抑える。即ち、ゲート電位がVKから入力信号
値VINに降下するに従って、バックゲート電位をGN
DレベルからVINに上昇させるので、(b)の場合と
同じ理由で、寄生容量によるドレイン電位、信号線3の
電位変動を抑制することができる。(C) When the switch is turned on In this state, the gate potential becomes VK and the back gate potential becomes a constant value at the GND level, and the switch is turned on. (D) Transient state from switch ON to OFF At this timing, the fluctuation of the drain potential is suppressed in the reverse process of (b). That is, as the gate potential drops from VK to the input signal value VIN, the back gate potential becomes GN.
Since the voltage is increased from the D level to VIN, the drain potential and the potential variation of the signal line 3 due to the parasitic capacitance can be suppressed for the same reason as in the case of (b).
【0015】図4は、この発明に係る第2の実施の形態
を示す図である。この第2の実施の形態では、第1の実
施の形態が主スイッチにnMOSだけを用いているのに
比べて、nMOS主スイッチ1とpMOS主スイッチ1
0の両方を用いているので、コンダクタンスが改善され
るのと共に、両方向からの信号を通過させることが可能
となる。駆動回路は第1の実施の形態の場合と同じであ
るが、pMOS主スイッチ10のゲート301にはnM
OS主スイッチ1のバックゲート駆動波形BGを、pM
OS主スイッチ10のバックゲート304にはnMOS
主スイッチ1のゲート駆動波形Gを印加する。FIG. 4 is a diagram showing a second embodiment according to the present invention. In the second embodiment, the nMOS main switch 1 and the pMOS main switch 1 are different from the first embodiment in which only the nMOS is used as the main switch.
Since both 0s are used, the conductance is improved and signals from both directions can be passed. The drive circuit is the same as that of the first embodiment, but the gate 301 of the pMOS main switch 10 has nM
The back gate drive waveform BG of the OS main switch 1 is set to pM
The back gate 304 of the OS main switch 10 has an nMOS
The gate drive waveform G of the main switch 1 is applied.
【0016】[0016]
【発明の効果】本願にかかる発明のうち代表的なものに
よって得られる効果を簡単に説明すると下記の通りであ
る。すなわち、MOSトランジスタのゲートに与えられ
る信号値によってコンダクタンスを変化させ、オンとオ
フの二つの状態を作り出すアナログスイッチにおいて、
ゲート駆動信号とは逆相の信号をバックゲートに印加す
ることにより、スイッチング時に発生するスイッチング
ノイズを、従来例の場合に比べて著しく小さいチップ占
有面積で、効果的に除去することが可能になった。The effects obtained by the representative one of the inventions of the present application will be briefly described as follows. That is, in the analog switch that changes the conductance according to the signal value given to the gate of the MOS transistor and creates two states of ON and OFF,
By applying a signal opposite in phase to the gate drive signal to the back gate, it is possible to effectively eliminate the switching noise that occurs during switching with a significantly smaller chip area than in the conventional example. It was
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す回路図であ
る。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】第1の実施の形態の動作を説明するための図で
ある。FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the first embodiment.
【図3】第1の実施の形態を説明するための特性図であ
る。FIG. 3 is a characteristic diagram for explaining the first embodiment.
【図4】本発明の第2の実施の形態を示す回路図であ
る。FIG. 4 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図5】第1の従来例の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of a first conventional example.
【図6】第2の従来例の回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram of a second conventional example.
1…主スイッチ 2…補助スイッ
チ 3…信号線 4…入力端子 5…出力端子 6…ゲート駆動
回路 7…バックゲート駆動回路 8…駆動信号入
力端子 10…pMOS主スイッチ 101…主スイッ
チゲート 102…主スイッチドレイン 103…主スイ
ッチソース 104…主スイッチバックゲート 201…補助ス
イッチゲート 202…補助スイッチドレイン 203…補助ス
イッチソース 204…補助スイッチバックゲート 301…pMO
Sスイッチゲート 302…pMOSスイッチドレイン 303…pMO
Sスイッチソース 304…pMOSスイッチバックゲートDESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main switch 2 ... Auxiliary switch 3 ... Signal line 4 ... Input terminal 5 ... Output terminal 6 ... Gate drive circuit 7 ... Back gate drive circuit 8 ... Drive signal input terminal 10 ... pMOS main switch 101 ... Main switch gate 102 ... Main Switch drain 103 ... Main switch source 104 ... Main switch back gate 201 ... Auxiliary switch gate 202 ... Auxiliary switch drain 203 ... Auxiliary switch source 204 ... Auxiliary switch back gate 301 ... pMO
S switch gate 302 ... pMOS switch drain 303 ... pMO
S switch source 304 ... pMOS switch back gate
Claims (3)
御して入力端子と出力端子の間のコンダクタンスを制御
するようにしたアナログスイッチにおいて、前記MOS
トランジスタのバックゲートに、此のMOSトランジス
タのゲートに印加するゲート駆動信号とは逆相の、バッ
クゲート駆動信号を印加することを特徴とするアナログ
スイッチ。1. An analog switch in which a gate applied voltage of a MOS transistor is controlled to control a conductance between an input terminal and an output terminal, wherein the MOS
An analog switch characterized in that a back gate drive signal having a phase opposite to that of the gate drive signal applied to the gate of the MOS transistor is applied to the back gate of the transistor.
て、入力端子と出力端子の間が非導通状態の時には、そ
のゲート及びバックゲートには、入力端子電圧と同じ電
圧が印加されており、入力端子と出力端子の間が導通状
態の時には、ゲートには入力端子電圧より高い所定の電
圧が、バックゲートには入力端子電圧より低い所定の電
圧が、印加されていることを特徴とする請求項1記載の
アナログスイッチ。2. The MOS transistor is an n-channel type, and when the input terminal and the output terminal are in a non-conducting state, the same voltage as the input terminal voltage is applied to its gate and back gate. A predetermined voltage higher than the input terminal voltage is applied to the gate and a predetermined voltage lower than the input terminal voltage is applied to the back gate when the terminals and the output terminals are in a conductive state. 1. The analog switch described in 1.
て、入力端子と出力端子の間が非導通状態の時には、そ
のゲート及びバックゲートには、入力端子電圧と同じ電
圧が印加されており、入力端子と出力端子の間が導通状
態の時には、ゲートには入力端子電圧より低い所定の電
圧が、バックゲートには入力端子電圧より高い所定の電
圧が、印加されていることを特徴とする請求項1記載の
アナログスイッチ。3. The MOS transistor is a p-channel type, and when the input terminal and the output terminal are in a non-conductive state, the same voltage as the input terminal voltage is applied to its gate and back gate, The predetermined voltage lower than the input terminal voltage is applied to the gate and the predetermined voltage higher than the input terminal voltage is applied to the back gate when the terminals and the output terminals are in a conductive state. 1. The analog switch described in 1.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32859595A JPH09167950A (en) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Analog switch |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP32859595A JPH09167950A (en) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Analog switch |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH09167950A true JPH09167950A (en) | 1997-06-24 |
Family
ID=18212038
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP32859595A Pending JPH09167950A (en) | 1995-12-18 | 1995-12-18 | Analog switch |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH09167950A (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2000014877A3 (en) * | 1998-09-08 | 2000-06-08 | Maxim Integrated Products | Constant gate drive mos analog switch |
US6400209B1 (en) | 1999-08-05 | 2002-06-04 | Fujitsu Limited | Switch circuit with back gate voltage control and series regulator |
JP2016526859A (en) * | 2013-07-12 | 2016-09-05 | ザイリンクス インコーポレイテッドXilinx Incorporated | A switch that supports a voltage greater than the supply voltage |
-
1995
- 1995-12-18 JP JP32859595A patent/JPH09167950A/en active Pending
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