JPS6110324A - Digital-analog converting circuit - Google Patents

Digital-analog converting circuit

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JPS6110324A
JPS6110324A JP13269084A JP13269084A JPS6110324A JP S6110324 A JPS6110324 A JP S6110324A JP 13269084 A JP13269084 A JP 13269084A JP 13269084 A JP13269084 A JP 13269084A JP S6110324 A JPS6110324 A JP S6110324A
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JP
Japan
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voltage
back gate
block
transistor
transistors
Prior art date
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Application number
JP13269084A
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Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Ueno
健 上野
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To decrease the effect of a back gate bias by dividing an MOS transistor (TR) forming a switch circuit for selecting reference voltage into two blocks and impressing a back gate voltage at each block. CONSTITUTION:A voltage Vr is divided into reference voltages V1-V8 by a resistance ladder 2 and each reference voltage is selected by a TR pair. TRs of the least significant bit and the 2nd bit are split into four blocks A-D and the lowest reference voltage selected by each block is used as the back gate voltage. TRs 10, 12, 6, 8 for the most significant bit are not blocked and each input voltage is inputted as a back gate voltage.

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明はMOSトランジスタを基準電圧選択用スイッチ
回路に用いたD/A変換回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a D/A conversion circuit using a MOS transistor as a reference voltage selection switch circuit.

(従来技術) 第1図はCMOS構成のD/A変換回路の一例であり、
3ビツトのデジタル信号を8種類のアナログ信号に変換
するものである。電圧Vrが抵抗ラダー2によって8種
類の基準電圧v1〜v8に分割され、NMOSトランジ
スタとPMOSトランジスタの対にてなる0MO8構成
のスイッチ回路によりいずれかの基準電圧を選択するも
のである。
(Prior art) Figure 1 is an example of a D/A conversion circuit with a CMOS configuration.
It converts a 3-bit digital signal into 8 types of analog signals. The voltage Vr is divided into eight types of reference voltages v1 to v8 by the resistor ladder 2, and one of the reference voltages is selected by a switch circuit having an 0MO8 configuration consisting of a pair of NMOS transistors and PMOS transistors.

一般に、MOSトランジスタの電極のうちのバックゲー
ト(サブストレートともいう)には直流バイアスがなさ
れる。従来は、NMOSトランジスタについてはGND
をバックゲート電圧とし、PMOSトランジスタについ
ては電源電圧をバックゲート電圧としている。そのため
、このようなり/A変換回路ではMOSトランジスタの
位置により選択する基準電圧が大きく異なるので、MO
Sトランジスタのバックゲートバイアス電圧も大きく異
なることになる。
Generally, a DC bias is applied to the back gate (also called substrate) of the electrodes of a MOS transistor. Conventionally, for NMOS transistors, GND
is taken as the back gate voltage, and for the PMOS transistor, the power supply voltage is taken as the back gate voltage. Therefore, in such an A/A conversion circuit, the reference voltage to be selected differs greatly depending on the position of the MOS transistor.
The back gate bias voltages of the S transistors will also differ greatly.

MOSトランジスタのしきい値電圧vthとバックゲー
トバイアス電圧Vbsの間には次に関係がある。
The following relationship exists between the threshold voltage vth of the MOS transistor and the back gate bias voltage Vbs.

Vt、h=Vth(0)−1−a(T−298)+Bk
(Jカ戸■扇−EI)ここで、 Vth(0) : 25 ’ Cテトレイン電流がOp
Aのゲート・ソース間電圧(Vgs’)、 α: vthの温度係数、 T:周囲温度(絶対温度)、 Bk二二基板数数 Φf:フェルミレベル。
Vt, h=Vth(0)-1-a(T-298)+Bk
(J Kado ■ Ougi - EI) Here, Vth (0): 25 'C Tetrain current is OP
A gate-source voltage (Vgs'), α: temperature coefficient of vth, T: ambient temperature (absolute temperature), Bk22 substrate number Φf: Fermi level.

バイポーラトランジスタと0MO8とを混載したB 1
−CMOSプロセスにおいては、基板定数BkはNMO
SトランジスタのそれがPMOSトランジスタのそれよ
り10倍程度大きく、PMOSトランジスタよりNMO
Sトランジスタの方がバックゲートバイアス電圧の影響
を強く受ける。
B1 with mixed bipolar transistor and 0MO8
- In the CMOS process, the substrate constant Bk is NMO
The S transistor is about 10 times larger than the PMOS transistor, and the NMOS transistor is about 10 times larger than the PMOS transistor.
The S transistor is more strongly influenced by the back gate bias voltage.

再び第1図に戻ると、従来のようにバックゲート電圧を
GNDとしているNMO8トランジスタの場合には、例
えば低い基準電圧を選択するNMOSトランジスタでは
そのバックゲートバイアス電圧が小さいけれども、高い
基準電圧を選択するNMOSトランジスタになるに従っ
てそのバックゲートバイアス電圧の絶対値が大きくなり
、しきい値電圧vthも大きくなる。その結果、高い基
準電圧を選択するNMo5トランジスタになる程オン抵
抗が増大する問題があり、また、選択できる基準電圧の
範囲が狭くなるという問題もある。
Returning to Figure 1 again, in the case of an NMO8 transistor whose back gate voltage is set to GND as in the past, for example, in an NMOS transistor which selects a low reference voltage, its back gate bias voltage is small, but a high reference voltage is selected. As the NMOS transistor becomes an NMOS transistor, the absolute value of its back gate bias voltage increases, and the threshold voltage vth also increases. As a result, there is a problem that the on-resistance increases as the NMo5 transistor selects a higher reference voltage, and there is also a problem that the range of selectable reference voltages becomes narrower.

PMOSトランジスタの場合には逆に、高い基準電圧を
選択する場合にはバックゲートバイアス電圧は小さいが
、低い基準電圧を選択するに従ってバックゲートバイア
ス電圧の絶対値が増大し、オン抵抗が増大してくるよう
になる。そして、PMOSトランジスタの場合にも選択
できる基準電圧の範囲が狭くなるとり)う問題も発生す
る。
Conversely, in the case of a PMOS transistor, when a high reference voltage is selected, the back gate bias voltage is small, but as a low reference voltage is selected, the absolute value of the back gate bias voltage increases, and the on-resistance increases. It starts to come. Further, in the case of a PMOS transistor, a problem arises as the range of selectable reference voltages becomes narrower.

(目的) 本発明はバックゲートバイアス電圧の影響を小さくして
、しきい値電圧の上昇を抑え、セトリングタイムを短縮
し、かつ、広範囲の基準電圧を選択できるD/A変換回
路を提供することを目的とするものである。
(Objective) The present invention provides a D/A conversion circuit that reduces the influence of back gate bias voltage, suppresses the increase in threshold voltage, shortens settling time, and allows selection of a wide range of reference voltages. The purpose is to

(構成) 本発明のD/A変換回路は、基準電圧選択用スイッチ回
路がMOSトランジスタにて形成され。
(Structure) In the D/A conversion circuit of the present invention, the reference voltage selection switch circuit is formed of a MOS transistor.

これらのMOSトランジスタは同一半導体基板上に形成
されているとともに、少なくとも2Ilのブロックに分
割され、各ブロックごとにバックゲート電圧が印加され
て構成されている。
These MOS transistors are formed on the same semiconductor substrate and are divided into at least 2Il blocks, with a back gate voltage applied to each block.

以下、実施例について本発明を具体的に説明する。The present invention will be specifically described below with reference to Examples.

第1図は一実施例を表わし、電圧Vrを抵抗ラダー2に
より8段階の基準電圧V+”Vaに分割し、各基準電圧
をNMOSトランジスタとPMOSトランジスタの対に
より選択する3ビツトの0MO3構成り/A変換回路の
例である。
FIG. 1 shows one embodiment, which has a 3-bit 0MO3 configuration in which the voltage Vr is divided into 8 levels of reference voltages V+''Va by a resistor ladder 2, and each reference voltage is selected by a pair of an NMOS transistor and a PMOS transistor. This is an example of an A conversion circuit.

NMo5トランジスタでは最下位ビット用と2ビツト目
用のトランジスタがA−Dの4ブロツクに分割され、各
ブロックで選択される最も低い基準電圧がそのブロック
に属するNMOSトランジスタのバックゲート電圧とさ
れている。すなわち、ブロックAでは基準電圧v2、ブ
ロックBでは基準電圧V4.ブロックCでは基準電圧v
6、ブロックDでは基準電圧v8がそ九ぞれバックゲー
ト電圧となる。
In the NMo5 transistor, the transistors for the least significant bit and the second bit are divided into four blocks A to D, and the lowest reference voltage selected in each block is the back gate voltage of the NMOS transistor belonging to that block. . That is, block A uses reference voltage v2, block B uses reference voltage V4. In block C, the reference voltage v
6. In block D, the reference voltage v8 becomes the back gate voltage.

PMO8トランジスタについても同様であり、最下位ビ
ット用と2ビツト目用のトランジスタがE−Hの4ブロ
ツクに分割されている。ただし、この場合はNMOSト
ランジスタの場合と異なり、各ブロックで選択される最
も高い基準電圧がそのブロックに属するNMo5トラン
ジスタのバックゲート電圧とされている。すなわち、ブ
ロックEでは基準電圧vl、ブロックFでは基準電圧v
3、ブロックGでは基準電圧■ら、ブロックHでは基準
電圧v7がそれぞれバックゲート電圧となる。
The same applies to the PMO8 transistor, and the transistors for the least significant bit and the second bit are divided into four blocks EH. However, in this case, unlike the case of NMOS transistors, the highest reference voltage selected in each block is the back gate voltage of the NMo5 transistor belonging to that block. That is, in block E, the reference voltage vl, and in block F, the reference voltage v
3. In the block G, the reference voltage (1) and the like, and in the block H, the reference voltage v7 becomes the back gate voltage.

最上位ビット(MSB)用のNMO8トランジスタ10
,12.及びPMOSトランジスタ6゜8は広い範囲の
電圧を扱うことになるので、プロッり化せず、それぞれ
の入力−圧がバックゲート電圧として印加されている。
10 NMO8 transistors for the most significant bit (MSB)
,12. Since the PMOS transistors 6.8 and 6.8 handle voltages in a wide range, their respective input voltages are applied as back gate voltages without being plotted.

次に本実施例の動作を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

いま、3ビツトのデジタル信号が入力されて、NMOS
トランジスタ側では第1ビツト目の信号によりNMOS
トランジスタ14.16,18゜20がオンになり、第
2ビツト目の信号によりNMo5トランジスタ22.2
4がオンになり、第3ビツト目の信号によりNMO8ト
ランジスタ10がオンになり、PMO8)−ランジスタ
側では第1ビツト目の信号によりPMOSトランジスタ
26.28,30,32がオンになり、第2ビツト目の
信号によりPMOSトランジスタ34゜36がオンにな
り、第3ビツト目の信号によりPMOSトランジスタ6
がオンになることにより、基準電圧v3が選択されたと
する。このとき、NMo5トランジスタ16.22では
ソース電圧がV3.バックゲート電圧がv4であるので
、バンクゲートバイアス電圧は1/8Vr、NMOSト
ランジスタ10ではバックゲートバイアス電圧は0、ま
た、PMOSトランジスタ28.34ではソース電圧と
バックゲート電圧はともにv3であるのでバックゲート
バイアス電圧は0、PMOSトランジスタ6でもバック
グートノ5イアス電圧は0となる。そのため、バックゲ
ートバイアス電圧によるしきい値の上昇は殆んどなく、
基準電圧v3を低いオン抵抗で高速に出力することがで
きる。
Now, a 3-bit digital signal is input and the NMOS
On the transistor side, the NMOS is activated by the first bit signal.
Transistors 14, 16 and 18°20 are turned on, and the NMo5 transistor 22,2 is turned on by the second bit signal.
4 is turned on, the third bit signal turns on the NMO8 transistor 10, and on the PMO8)-transistor side, the first bit signal turns on the PMOS transistors 26, 28, 30, and 32, and the second The PMOS transistors 34 and 36 are turned on by the signal of the 3rd bit, and the PMOS transistor 6 is turned on by the signal of the 3rd bit.
Assume that reference voltage v3 is selected by turning on. At this time, the source voltage of the NMo5 transistor 16.22 is V3. Since the back gate voltage is v4, the bank gate bias voltage is 1/8Vr, the back gate bias voltage is 0 for the NMOS transistor 10, and the source voltage and back gate voltage for the PMOS transistors 28 and 34 are both v3, so the bank gate bias voltage is The gate bias voltage is 0, and even in the PMOS transistor 6, the back gate bias voltage is 0. Therefore, there is almost no increase in the threshold value due to the back gate bias voltage,
The reference voltage v3 can be outputted at high speed with low on-resistance.

以下にlMOSトランジスタをブロック化してバックゲ
ート電圧を印加する方法について説明する。
A method of blocking IMOS transistors and applying a back gate voltage will be described below.

NMOSトランジスタについては、第2図に示されるよ
うにN型基板40にPウェルが形成され、そのPウェル
中にNMOSトランジスタが形成されている場合には、
そのPウェルを42.44の如くに分割し、それぞれの
ウェルに上述の方式によりバックゲート電圧をかければ
よい。
Regarding the NMOS transistor, if a P-well is formed in the N-type substrate 40 as shown in FIG. 2, and the NMOS transistor is formed in the P-well,
The P well may be divided into 42.44 parts, and a back gate voltage may be applied to each well using the method described above.

PMOSトランジスタについては、例えばB1−CMO
Sプロセスのように分離工程のあるものであれば、第3
mに示されるように、P型基板46上のN型エピタキシ
ャル層を記号48.50で示されるように分離層52,
54.56により分割し、各エピタキシャル層48.5
0に各ブロックのPMOSトランジスタを形成し、上述
の方式によりバックゲート電圧を印加すればよい。
For PMOS transistors, for example B1-CMO
If there is a separation step such as the S process, the third
As shown in FIG.
54.56, each epitaxial layer 48.5
The PMOS transistors of each block may be formed at 0, and a back gate voltage may be applied using the method described above.

また、NMo5トランジスタとPMOSトラン−ジスタ
をともにブロック化する場合には、例えば第4図に示さ
れるように、P型基板46上のN型エピタキシャル層の
一部を記号48.50で示されるように分離層52,5
4.56により分割し、またN型エピタキシャル層の一
部58に互いに分離されたP型ウェル60,62を形成
する。そして1分割された各N型エピタキシャル層48
゜50にはそれぞれのブロックのPMOSトランジスタ
を形成し、また、分離された各P型ウェル60.62に
はそれぞれのブロックのNMOSトランジスタを形成し
、各エピタキシャル層48゜50及び各ウェル60,6
2に上述の方式によりバックゲート電圧を印加すればよ
い。
In addition, in the case of forming both an NMo5 transistor and a PMOS transistor into blocks, for example, as shown in FIG. 4, a part of the N type epitaxial layer on the P type substrate 46 is Separation layer 52,5
4.56, and P-type wells 60 and 62, which are separated from each other, are formed in a portion 58 of the N-type epitaxial layer. And each N-type epitaxial layer 48 divided into one
PMOS transistors of each block are formed at 48° 50, and NMOS transistors of each block are formed in each separated P type well 60, 62, and each epitaxial layer 48° 50 and each well 60, 6 is formed with an NMOS transistor of each block.
2, a back gate voltage may be applied using the method described above.

第1図のようなり/A変換回路では1選択される基準電
圧が低い場合はNMO8)−ランジスタの方がPMOS
トランジスタより動作条件が優れており、逆に選択され
る基準電圧が高い場合はPMOSトランジスタの方がN
MO3トランジスタより動作条件が優れている。そのた
め、同図では例えばブロックAに属するNMOSトラン
ジスタやブロックHに属するPMOSトランジスタを削
除することも可能である。しかし、最上位ビットにより
選択されるスイッチ回路は広い範囲の電圧を扱うことに
なるので、PMO5)−ランジスタとNMo5トランジ
スタの両方が使用できるようにしておく必要がある。
In the /A conversion circuit as shown in Figure 1, if the selected reference voltage is low, NMO8) - transistor is better than PMOS.
The operating conditions are better than transistors, and conversely, if the selected reference voltage is high, PMOS transistors have better N
Operating conditions are better than MO3 transistors. Therefore, in the figure, for example, the NMOS transistor belonging to block A and the PMOS transistor belonging to block H can be deleted. However, since the switch circuit selected by the most significant bit will handle a wide range of voltages, it is necessary to make sure that both the PMO5)-transistor and the NMo5 transistor can be used.

第1図は3ビツトの例であるが、7ビツト以上になって
くるとトランジスタの個数を削減することはチップサイ
ズを小さくすることに大きく貢献する。
Although FIG. 1 shows an example of 3 bits, when the number of bits increases to 7 bits or more, reducing the number of transistors greatly contributes to reducing the chip size.

(効果) 本発明によれば、バックゲートバイアス電圧による影響
が小さくなるので、D/A変換回路においてデジタル信
号の入力からアナログ信号の出力までのセトリングタイ
ムが短縮され、また、広い□範囲の基準電圧を扱うこと
ができるようになる。
(Effects) According to the present invention, since the influence of the back gate bias voltage is reduced, the settling time from the input of a digital signal to the output of an analog signal in a D/A conversion circuit is shortened. Be able to handle voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を表わす回路図、第;2図、
第3図及び第4図はそれぞれ本発明におけるバックゲー
トの分割方法を示す概略断面図である。 2・・・・・・抵抗ラダー、42,44,60.62・
・・・・・分割されたウェル、48,50・・・・・・
分割されたエピタキシャル層、 A−H・・・・・・ブ
ロック化されたMOSトランジスタ。
Fig. 1 is a circuit diagram showing an embodiment of the present invention; Fig. 2;
FIGS. 3 and 4 are schematic cross-sectional views each showing a method of dividing a back gate according to the present invention. 2...Resistance ladder, 42, 44, 60.62.
...Divided wells, 48, 50...
Divided epitaxial layer, A-H...blocked MOS transistor.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)基準電圧選択用スイッチ回路がMOSトランジス
タにて形成され、これらのMOSトランジスタが同一半
導体基板上に形成されているとともに、少なくとも2個
のブロックに分割され、各ブロックごとにバックゲート
電圧が印加されていることを特徴とするD/A変換回路
(1) The reference voltage selection switch circuit is formed of MOS transistors, and these MOS transistors are formed on the same semiconductor substrate, and are divided into at least two blocks, and the back gate voltage is set for each block. A D/A conversion circuit characterized in that a voltage is applied.
(2)NMOSトランジスタを含むブロックではそのブ
ロック内のスイッチ回路で選択される基準電圧のうちの
最も低い電圧をそのブロックのNMOSトランジスタの
バックゲート電圧とし、PMOSトランジスタを含むブ
ロックではそのブロック内のスイッチ回路で選択される
基準電圧のうちの最も高い電圧をそのブロックのPMO
Sトランジスタのバックゲート電圧とする特許請求の範
囲第1項に記載のD/A変換回路。
(2) In a block including NMOS transistors, the lowest voltage among the reference voltages selected by the switch circuit in that block is used as the back gate voltage of the NMOS transistor in that block, and in a block including PMOS transistors, the lowest voltage among the reference voltages selected by the switch circuit in that block is used. The highest voltage among the reference voltages selected in the circuit is set to the PMO of that block.
The D/A conversion circuit according to claim 1, wherein the back gate voltage of the S transistor is used as the back gate voltage.
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Cited By (4)

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