JPS61232720A - アナログスイツチ回路 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明はアナログスイッチに係シ、特に高周波アナログ
信号の多重選択に適した半纏体アナログスイッチに関す
る。

〔発明の背景〕

従来、高周波アナログスイッチの高オ／オフ比（スイッ
チオン時とオフ時の通過損失の比）を高くするスイッチ
の形式としては、１６号に対して直並列にスイッチを配
する直並列スイッチ回路方式がロシ、例えばシリコニク
ス（５ｉｉｉｃｏｎｉｘＪ　社７プリケーシヨンノート
ＡＮ７３−３、ＦＥＴ集積回路による高周波のスイッチ
ング、１９７６年１２月（Ｓｗｉ　ｔｃｈ　ｉｎｇ　、
ｄｉ　ｇｈ−ｐｒｅｑｕｅｎｃｙＳｉｇｈａｌｓｗｉｔ
ｈ　ＦＥＴ　　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｓｉｇｈａｌｓ
　、Ｄｅｃ、１９７６）Ｋ述べられている。

第２図は、電子スイッチ２１，５１．８１を入力端子ｌ
Ｏと出力端子９０の間にＴ形に配し友Ｔ形の直並列スイ
ッチを示している。このようなスイッチの構成例は入力
の多重化が容易で、単一スイッチに比較して高いオンオ
フ比が得られる。このような直並列スイッチ回路の信号
の減衰量はインピーダンスの分圧比になるから次のよう
になる。

すなわち、オン、オフ時の減衰量は負荷抵抗や信号源イ
ンピーダンスに大きく依存し、それらに対しスイッチの
オンインピーダンスが十分に小さく、かつオフインピー
ダンスが十分に高いとみなせる場合にのみ許容の減衰量
が得られる。しかしながら一般的に電子スイッチは、オ
ン抵抗を小さくすると大形になジオフィンピーダンスも
低下するから負荷インピーダンス等に対してオン／オフ
インピーダンスを無視できるように回文させることが実
際上困難で、高いオンオフ比を得ることができなかった
。

また、高周波アナログスイッチの従来方式としては差動
増幅器の一方の入力に信号を加え、他方の入力に制御信
号を加えるいわゆる差動形アカログスイッチも知られて
いるが、複数の信号を選択的に切り換える多重スイッチ
の構成が難しいという問題がある。

〔発明の目的」 本発明）目的は、高いオンオフ比が得られ、かつ負荷イ
ンピーダンスの影響を軽減しうる高周波のスイッチ回路
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は直並列形スイッチにおいては負荷インピーダン
スの値が、スイッチのオン時の減ｉｔ、オフ時の減衰量
の双方に影響することに鑑み、直並列スイッチの構成ス
イッチにインピーダンス変換作用を有するトランジスタ
を用い、スイッチ劃から見た負荷側のインピーダンスが
信号のオン時には高く、信号のオフ時には低くなるよう
にしてともに負荷インピーダンスの影響を低減しオンオ
フ比を向上するものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図においては、信号入力端子は１０゜ｌＯ′、出力端子
は９０で、負荷インピーダンスは９１である。入力端子
１０には定ｒＨ，流バイアス源３０によって動作ｌｔ流
が設定されるエミッタホロワのトランジスタ１５のベー
スが接続され、そのエミッタ出力側には、定電源４０に
よって順バイアスされる直列スイッチ２０、具体的には
コレクタ、ベース間を共通接続したダイオード接続のト
ランジスタ２２のエミッタが接続されている。

トランジスタ２２のベース側は並列スイッチ５０、具体
的には制御電極５６を有するトランジスタ５１が接続さ
れ、さらに出力段のトランジスタスイッチ８０を構成す
る上ランジスタ８！のベースへ接続されている。トラン
ジスタスイッチ８０は、トランジスタ８１．８２・・・
の如く複数のトランジスタで構成され、そのエミッタは
共通接続されてバイアス電流源６０でバイアスされると
共に、出力端子９０を介し負荷抵抗９１に接続されてい
る。

トランジスタスイッチの他のトランジスタ８２のペース
には並列スイッチのトランジスタ５１．バイアス電流源
４０’とダイオード接続されたトランジスタ２２′、エ
ミッタ７オロアのトランジス、／　１５　’を介して別
の入力端子１０’へと接続されている。第１図における
各バイアス電流源の電位値としては、１〜ｌｏｍＡの程
度内にあるが、定電流源４０．４０’は定電流源３０．
３０’よ）も小さく、１／２ないしそれ以下である。

第１図のにおいて、それぞれの信号源は端子１０．１０
’へ接続され、スイッチのオンオフ制御信号は、端子５
６．５６’へ印加される。動作例として、入力端子１Ｇ
の信号を選択し、他の信号を非選択する場合について説
明すると、オン、オフの選択制御信号は端子５６にＯｖ
１端子５６′に＋（プラス）の制御信号が加えられる。

このとき並列スイッチ５０のトランジスタはオスしたが
つて直列スイッチ２０のダイオード接続のトランジスタ
２２には定電流源４０により順バイアスされ、スイッチ
の入力端子１８の信号をトランジスタ８１のペースへ伝
達する。一方他入力の並列のトランジスタ５１′はオン
状態でそのコレクタ電圧はほぼＯｖであるから、直列ス
イッチのトランジスタ２２′及びトランジスタ８２はオ
フ状態となシ、結局、出力端子９０には入力端子１０の
信号のみが選択出力される。

第１図の実施例における上記の状態における選択信号路
、および非選択信号路の等価回路は第３図の（ａ）、（
ｂ）のようになる。すなわち各直並列トランジスタスイ
ッチ（及びダイオードスイッチ）のオンインピーダンス
ｔ−ｚ、、　、オフインピーダンスをＺｅｓｔとすると
、選択信号路のスイッチ２１゜８１は低い２．０インピ
ーダンス、スイッチ５１゜８１は高い２．１．のインピ
ーダンスを程し、負荷インピーダンス９１はスイッチ８
１のインピーダンスバッファ作用（エミッタ７オロワ］
により直列スイッチ側からみたインピーダンスは等制約
にｈｅｍ増幅倍されてみえる。他方、非選択信号路から
みた各直並列スイッチの状態は総て選択信号路と逆にな
）、第３図中）のようになる。

したがって（ａ）の端子１８からみ次第２の減衰量はそ
れぞれ、次のようになる。

Ｚａｍのインピーダンスとしては、実質的にはエミッタ
抵抗（”ｋＴ／ｑＩｇ）で極めて低くコレクタ飽和抵抗
よりも低い。またＺｏｆｆは実質的には逆バイアスされ
たペースエミッタ間の寄生容量によるインピーダンスで
極めて大きい。オン時の減衰量はスイッチを構成するト
ランジスタのインピーダンス変換作用により負荷抵抗が
見掛上大きくなってて減衰量が小さくなる。信号に対す
る初段のバッファトランジスタ１５の挿入も信号時イン
ピーダンスによる第２時の減衰を改善する。また、オフ
時の減衰量は実質的に直並列スイッチの２段構成と等価
になシ、極めて大きくなる。従って、（３）（４）式を
さきの（１）、（２）式と比較するとオン、オフ時とも
減衰量は大幅に改善され、高オンオフ比が得られる。

高オンオフ比とともにオン時の減衰量が少ないという効
果は、切換え信号のばらつきが少なくなることを意味し
、信局波信号を精度よく伝達する応用分野、例えばオフ
シロスコープ回路や高精度カラーデスプレイなどの分野
で望ましい。特に、高精度カラーディスプレイにおいて
、通常のビデオ入力信号とディジタルダイナミックコン
バージェンス信号のような高周波映像信号を切換えるマ
ルチプレクサとして用いるのに好適である。

第１図で示した実施例では、スイッチ８０及びトランジ
スタ１５．１５’等は信号伝達時にはエミッタフォロワ
として動作するので信号伝達時の周波数特性は極めて広
帯域な特性が得られる。また、オンメ７の制御も、並列
スイッチ５０のみを論理的信号で制御するのみであるか
ら簡単で、オンオフの制御も高速にできる。

第４図は本発明の他の実施例を示す。第４図においては
、第３図と基本的な構成は変らないが、高帯域化と高オ
ンオフ此の観点からニジ詳細、具体的な手段が示される
。それらの新たな手段の構成と効果を以下に述べる。

第１はスイッチの入力バッファトランジスタ１５を用い
た場合、そのバイアス定電流源３０を出力段スイッチ８
１の定電源６０と定電流の基準バイアスを分離している
点にある。そうすることにより、カレントミ２−のバイ
アス回路を、共通化した場合に基準バイアスのペース回
路の浮遊インピーダンスを介したスイッチの人、出力の
高周波信号の廻シ込みを防止することができる。

第２は直列スイッチ２２のバイアス′電流源４０を抵抗
４３、ツェナーダイオード４４、ＮＰＮ）ランラスタ４
１．抵抗４２からなるブートスラップ形定電流源とした
ことである。端子１８の信号電圧に依存せずに、（Ｖｚ
　−Ｖｍｚ　）　／ＲＨなる定電流を供給する。この方
法は比較的定成流特性が良く、かつＮＰＮ）？ンジスタ
４１のエミッタホロワの動作なので高帯域にできる。

第３は、並列スイッチ５０を非飽和形スイッチとしてス
イッチの等価インピーダンスを低減した点にある。すな
わち、並列スイッチトランジスタ５１のベース側に直列
にダイオード５３を接続し、ダイオード５３のアノード
側とトランジスタ５１のコレクタにダイオード５２を付
加している。こうすることによ）トランジスタ５１は非
飽和の負帰還増幅器として動作するのでコノフタ側のイ
ンピーダンスは負帰還ループ利得により低下し、単純な
飽和トランジスタスイッチのオン抵抗（＝コレクタ飽和
抵抗）よシも大幅に小さくでき、結局、アナログスイッ
チとしてのオフ時の減衰量を大きく改善できる。

第４図の実施列における高周波アナログスイッチとして
の性能の概要は、ｆ　ｒ　”：：：４　ＧＨｚのＮＰＮ
トランジスタを用いて集積化した場合、次の結果が得ら
れた。

オン時の減率量ニー０．２ｄＢ １　−３ｄＢ帯域＝５００ＭＨｚ オフ時の減衰量：　−４５ｄＢ　（５００ＭＨｚ　）−
５５ｄＢ（１００ＭＨｚ　） 第５図は本発明の他の一実施例を示す。第５図において
は、第１図における直列スイッチ２０゜バイアス定電流
源４０、バッファアンプ１５をＰＮＰ　）ランジスタの
エミッタ７オロワの形で集約化したものである。すなわ
ち、ＮＰＮトランジスタ２５が第１図におけるバッファ
トランジスタ１５と直列スイッチ２０を兼ねておシ、抵
抗２６の電流源が電流源３０と４０を兼ねている。第５
図の実施例では直並列の２段構成を簡単に構成できる利
点があるが、現状ではＰＮＰ　トランジスタにより実質
的に帯域が制限されてくる。

第５図の実施例の問題点は、ＭＯＳトランジスタを使用
することにより回避できる。第６図は、スイッチ初段の
直並列スイッチにＰ。８ＭＯ８）ランジスタスイッチを
適用し比例を示す。ＭＯＳ）ランジスタ１５のゲートに
信号が加えられ、ＭＯＳトランジスタ５１のゲートには
選択制御信号が印加される。すなわち、入力端子ｌＯの
電圧に対し制御端子１３の電圧が高い場合にはＭＯＳト
ランジスタ５１はオフし、ＭＯＳ）？ンジスタ１５がオ
ンになシノースホロワーとして信号を伝達する。

逆の場合にはＭＯＳトランジスタ１５はオフし、５１は
オンして並列スイッチとして信号を接地する。この回路
は比較的簡単で広帯域の直並列２段構成が実現でき、オ
ンオフ比も良好である。

〔発明の効果〕

本発明くよれば、等制約な直並列スイッチのオン抵抗を
下げ、負荷インピーダンスによる影響を軽減できるので
、オン時の減衰量が小さく、オフ時の減衰量が大きくな
シ高オンオフ比の高周波アナジグスイッチが得られる。

また、動作が高帯域であシ、制御が容易である。さらに
低電圧で動作するので集積化も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のアナログスイッチの実施例を示す回路
図、第２図は従来″のアナログスイッチの回路図、第３
図は第１図の等価回路図、第４図〜６図は本発明の他の
実施例を示す回路図である。 １５．１５’　、２２．２２’　、８１．８２・・・ト
ランジスタ、３０．３０’　、４０．４０’　、６０・
・・定電流源、９１・・・負荷抵抗。 璃　ｌ　詔 第２ｒ￥Ｊ 請　３　区 軍４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、直列及び並列に配置された複数のスイッチ手段によ
   り、複数の信号源から入力される信号を選択して負荷に
   伝達するＴ形アナログスイッチ回路において、前記複数
   のスイッチ手段はインピーダンス変換作用を有するトラ
   ンジスタで構成され、前記複数のスイッチ手段のうち並
   列に配置されたトランジスタのオンオフにより複数の信
   号源を選択することを特徴とするアナログスイッチ回路
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記並列に配置さ
   れたトランジスタを非飽和形で構成したことを特徴とす
   るアナログスイッチ回路。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記複数のトラン
   ジスタの一部若しくは全部をＭＯＳトランジスタで構成
   したことを特徴とするアナログスイッチ回路。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記複数のトラン
   ジスタは、エミッタが信号源と接続され、コレクタ・ベ
   ース間を共通接続した直列スイッチである第１のトラン
   ジスタと、コレクタが該第１のトランジスタのベースに
   接続されベースを制御電極とした並列スイッチである第
   ２のトランジスタと、ベースが第１のトランジスタのベ
   ース及び第２のトランジスタのコレクタに接続され、エ
   ミッタに負荷及びバイアス電流源が接続された第３のト
   ランジスタとが多段構成されたものからなり、第３のト
   ランジスタのエミッタ・コレクタ間を並列接続して共通
   エミッタ側に前記負荷及びバイアス電流源を接続し、前
   記第２のトランジスタの制御電極から与えられる制御信
   号により第２のトランジスタをオンオフさせることを特
   徴とするアナログスイッチ回路。 ５、特許請求の範囲第１項において、信号源と第１のト
   ランジスタの間にエミッタホロワのバッファアンプを設
   けたことを特徴とするアナログスイッチ回路。 ６、特許請求の範囲第５項において、前記バッファアン
   プのバイアス電流源を各々を独立に設けたことを特徴と
   するアナログスイッチ回路。 ７、特許請求の範囲第５項において、前記バッファアン
   プは、ベースが信号源と接続されエミッタが第１のトラ
   ンジスタのエミッタにされたトランジスタで構成される
   ことを特徴とするアナログスイッチ回路。