JPS6129215A

JPS6129215A - アナログ・スイツチ回路

Info

Publication number: JPS6129215A
Application number: JP14953884A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Watanabe; 一雄渡辺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1984-07-20
Publication date: 1986-02-10

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】〔技術分野〕この発明は、スイッチ回路技術さらにはアナログ・スイ
ッチ回路に適用して−に有効な技術に関するもので、た
とえば、ＭＯＳ電界効果トランジスタなどの固体スイッ
チング素子を用いたアナログ・スイッチ回路に利用して
有効な技術に関するものである。

〔背景技術〕

例えば、１９７５年１０月２０日にＣＱ出版社発行の実
用電子回路ハンドブック（２１２２１〜２２７頁に記載
されているように、ＭＯＳ電界効果トランジスタなどの
固体スイッチング素子を用いてアナログ・スイッチ回路
を構成することができる。

このアナログ・スイッチ回路は、例えばサンプ′ルホー
ルド回路、チロツバ型増幅回路、スイッチドキャパシタ
・フィルタなど、非常に広範な用途がある。

しかしながら、ＭＯＳ電界効果トランジスタなどの固体
スイッチング素子を用いたアナログ・スイッチ回路では
、そのスイッチ入力電圧の振幅が大きくなると、その振
幅の大きな入力電圧によって固体スイッチング素子のバ
イアス条件が大きく変動し、これによってスイッチ出力
電圧Ｖｏの波形に歪みが生じる、という問題が生じると
いうことが本発明者によって明らかとされた。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、固体スイッチング素子のバイアス条
件をスイッチ入力電圧の振幅に拘らず一定に保てるよう
にすることによシ、大きな電圧振幅のスイッチ入力に対
しても、これを常に一定の条件でもって忠実に伝達でき
るようにし、これによりダイナミックレンジを広くする
ことができるとともに、スイッチ出力電圧の歪みを小さ
くすることができるようにしたアナログ・スイッチ回路
技術を提供するものである。

この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴に
ついては、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

〔発明の概要〕

本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記のとおりである。

すなわち、ＭＯＳ電界効果トランジスタなどの固体スイ
ッチング素子のスイッチ制御電圧をスイッチ入力電圧に
応じて浮動させるようにすることにより、固体スイッチ
ング素子のバイアス条件をスイッチ入力電圧の振幅に拘
らず一定に保てるようにし、これによシ、大きな電圧振
幅のスイッチ入力信号に対しても、これを常に一定の条
件でもって忠実に伝達できるようにして、ダイナミック
レンジを広くすることができるとともに、スイッチ出力
電圧の歪みを小さくすることができるようにする、とい
う目的を達成するものである。

〔実施例〕

以下、この発明の代表的な実施例を図面を参照しながら
説”明する。

なお、図面において同一符号は同一あるいは相描部分を
示す。

第１図はこの発明によるアナログ・スイッチ回路の第１
実施例を示す。

同図に示すアナログ・スイッチ回路は、サンプルホール
ド回路のテンブリング回路部に使用されている。このア
ナログ・スイッチ回路は、電圧によ°て導通制御される
固体′イ′チ′グ素子を用　　　　　　　１いて構成さ
れるものであって、上記固体スイッチング素子のスイッ
チ制御電圧φ１をスイッチ入力電圧Ｖｉｎ　　に応じて
浮動させることを特徴とする。

ことで、上記固体スイッチング素子としてはｎチャンネ
ルＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１が使用されている。

アナログのスイッチ人力Ｖｔｎは、ボルテージフォロワ
１を介して上記スイッチ用ＭＯＳｔ界効果トランジスタ
Ｓ１のスイッチ入力側に与えられる。このスイッチ用Ｍ
ＯＳ電界効果トランジスタＳ１を経たスイッチ出力電圧
Ｖｏは、ホールド用コンデンサＣ１に印加される。そし
て、このホールド用コンデンサＣ１に一旦保持された電
圧がボルテージフォロワ２を介して出力されるようにな
っている。

また、上記スイッチ用ＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１
のスイッチ制御電圧φ１を上記スイッチ入力電圧Ｗｉｎ
　　に応じて浮動させる手段として、変調回路３が設け
られている。この変調回路３は、ｎｐｎ　　バイポーラ
トランジスタＱｌｌ、Ｑ２１、定電流回路４１、抵抗Ｒ
１１、Ｃ−ＭＯＳ（コンプリメンタリＭＯＳ）電界効果
トランジスタｍｌＬｍ１２などによって構成され、電源
Ｖｃｃ　によって動作する。この変調回路３は、スイッ
チ入力電圧Ｖｉｎ　　を変調入力とし、サンプルホール
ドパルスφＯを被変調入力とする。その出力からは、サ
ンプルホールドパルスφＯの包絡線電圧をスイッチ入力
電圧Ｖｏによって変化させてなるスイッチ制御電圧φｌ
が出力される。つま夛、スイッチ入力電圧Ｖｉｎ　　に
応じて浮動するスイッチ制御電圧φ１が出力される。こ
のスイッチ制御電圧φ１が上記スイッチ用ＭＯＳ電界効
果トランジスタＳ１のゲートに与えられる。

第２図は、第１図に示したアナログ・スイッチ回路の動
作例を波形チャートによって示す。

第２図において、ＶｐＭは上記スイッチ入力電圧ｖｉｎ
　　の最大値を、ＶｐＬ　はその最低値をそれぞれ示す
。ｖｈは、上記スイッチ用ＭＯＳ電界効果トランジスタ
Ｓ１を確実にＯＮ（導通）１０ＦＦ（非導通）させるの
に必要かつ十分な電圧幅を示すＯここで、スイッチ用ＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１の
ゲートに与えられるスイッチ制御電圧φ１は、スイッチ
入力電圧Ｖｉｎ　　に上記電圧幅Ｖｈを加算した電圧（
Ｖｉｎ＋Ｖｈ）となるように振幅制御される。すると、
スイッチ用ＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１のスイッチ
入力側に対する相対的なゲート電圧すなわち制御電圧の
幅は、例えば上記スイッチ入力電圧Ｖｉｎ　が最大値Ｖ
ｐＭをとるときでも、また最低値ＶｐＬ　をとるときで
も、常に一定の電圧幅ｖｈに保たれる。これによシ、ス
イッチ用ＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１のバイアス条
件は、スイッチ入力電圧Ｖｉｎ　　の変化に拘らず、ま
たその電圧Ｖｉｎ　　が大きく振幅しても、常に一定に
保たれるようになる。この結果、スイッチ用ＭＯＳ電界
効果トランジスタＳ１の導通状態つまシ伝達特性が常に
一定となって、大振幅のスイッチ入力電圧Ｖｉｎ　　に
対しても、歪みのないスイッチ出力電圧■０が得られる
ようになる。

なお、上記変調回路３の変調出力中の直流成分つｔｂ上
記電圧幅Ｖｈは、その回路３中に挿入したツェナーダイ
オードＤｌｌのツェナー電圧などを選ぶことによって任
意に設定することができる。

第３図は上記変調回路部分の別の実施例を示す。

同図に示すように、互いにレベルの異なる多数のスイッ
チ制御電圧φ１．φ１．・・・を必要とするような場合
は、ｎｐｎ　　バイポーラトランジスタＱｎ、抵抗Ｒｎ
、　Ｃ−ＭＯＳ電界効果ト２ンジスｌ’ｍ１１、ｍ２１
を増設するだけでもって、必要なだけのスイッチ制御電
圧φ１．φ２．・・・を得ることができる。これによシ
、前述したアナログ・スイッチ回路を、例えばスイッチ
ドキャパシタ・フィルタなどのように多数のアナログ・
スイッチを使用する回路に適用する場合も、比較的少な
い部品点数の増加だけでもって対応することができる。

なお、第３図における抵抗Ｒｎ　Ｉ　Ｒｎ　＊・・・は
、各制御電圧φ１．φ１．・・・の振幅レベルをそれぞ
れ設定するためのものである。

第４図社この発明によるアナログ・スイッチ回路の第２
実施例を示す。

同図に示す実施例で゛は、前記固体スイッチング素子と
してｐチャンネルＭＯＳ電界効果トランジ　　　　　　
７スタＳ２を使用している。これに対応するため、変調
回路３は、基本的には第１図に示したものと同様に、バ
イポーラトランジスタＱ１２．Ｑ２２、定電流回路４２
、ツェナーダイオードＤ１２、抵抗Ｒ１２、Ｃ−ＭＯＳ
電界効果トランジスタｍ１２＋ｍ２２などによって構成
されているが、トランジスタＱ１２．Ｑ２２にｐｎｐ　
型のものが使用されている。そして、この場合は、第５
図に示すように、電源Ｖｃｃ　　を基準にして振幅する
スイッチ制御電圧φ２を出力するようになっている。

第６図はこの発明によるアナログ・スイッチ回路の第３
実施例を示す。

同図に示す実施例では、前記固体スイッチング素子とし
て、ｎチャンネルＭＯ５電界効果トランジスタＳ１とｐ
チャンネルＭＯＳｔ界効果トランジスタＳ２とを並列に
接続した、いわゆるＣ−ＭＯＳによるトランスミクシ９
ンゲートが使用されている。各スイッチ用ＭＯＳ電界効
果トランジスタ８１．Ｓ２はそれぞれ、変調回路３から
個々に与えられるスイッチ制御電圧φ１．φ２によって
導通制御される・変調回路３は、第７図に示すように、ｎチャンネルＭＯ
Ｓ電界効果トランジスタＳ１のスイッチ制御電圧φ１と
、ｐチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタＳ２のスイ
ッチ制御電圧φ２とを互いに相補的に出力する。ｎチャ
ンネルＭＯＳ電界効果トランジスタＳ１をスイッチ制御
する部分は、第１図に示したのと同様であって、ｎｐｎ
　　バイポーラトランジスタＱｌｌ　、Ｑ２１　、Ｑ２
４、定電流回路４１、ツェナーダイオードＤｌｌ、Ｃ−
ＭＯＳ電界効果トランジスタｍｌｌ＋ｍ２１、抵抗Ｒ１
１などによって構成される。また、ｐチャンネルＭＯＳ
電界効果トランジスタＳ１をスイッチ制御する部分は、
第４図に示したのと同様であって、ｐｎｐ　　バイポー
ラトランジスタＱｌ　２．Ｑ２２゜Ｑ２３、定電流回路
４２、ツェナーダイオードＤ１２、Ｃ−ＭＯＳ電界効果
トランジスタｍ１２゜ｍ２２、抵抗Ｒ１２などによって
構成される。これによシ、両ＭＯＳ電界効果トランジス
タＳｌ。

Ｓ２が共に一定のバイアス条件でもってＯＮ（導通）１
０ＦＦ（非導通）駆動されるようになっている。

〔効果〕

（１１ＭＯＳ電界効果トランジスタなどの固体スイッチ
ング素子のスイッチ制御電圧をスイッチ入力電圧に応じ
て浮動させることによシ、固体スイッチング素子のバイ
アス条件をスイッチ入力電圧の振幅に拘らず一定に保つ
ことができ、これによシ、大きな電圧振幅のスイッチ入
力信号に対しても、これを常に一定の条件でもって忠実
に伝達でき、従って、スイッチ出力信号電圧の歪みを小
さくすることができる、という効果が得られる。

（２）　　これとともに、ダイナミックレンジを広くす
ることができる、という効果が得られる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例にもとづき
具体的に説明したが、この発明祉上記実施例に限定され
るものではなく、七の要旨を逸脱しない範囲で種々変更
可能であることはいうまでもない。例えば、上記固体ス
イッチング素子は接合製電界効果トランジスタあるいは
他の電圧制御屋スイッチング素子であってもよい。

〔利用分野〕

以上の説明では主として本発明者によってなされた発明
をその背景となった利用分野であるサンプルホールド回
路用のアナログ・スイッチ技術に適用した場合について
説明したが、それに限定されるものではなく、例えば、
ＤＢＭ（二重平衡変調器）などに使用されるアナログ・
スイッチ技術などにも適用できる。少なくともバイアス
条件によって伝達特性が変化するスイッチング素子を用
いる条件のものには適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるアナログ・スイッチ回路の第１
実施例を示す回路図、第２図は第１図に示した回路の動作例を示す波形チャー
ト、第３図は第１図に示した回路一部分における他の例を示
す回路図、第４図はこの発明によるアナログ・スイッチ回路の第２
実施例を示す回路図、　　　　　　　　　　　　　　　
１第５図は第４図に示した回路の動作例を示す波形チャ
ート、第６図はこの発明によるアナログ・スイッチ回路の第３
実施例を示す回路図、第７図は第６図に示した回路の動作例を示す波形チャー
トである。８１．８２・・・固体スイッチング素子（ＭＯＳ電、界
効果トランジスタ）、１．２・・・ボルテージ・フォロ
ワ、３・・・変調回路、４１．４２・・・定電流回路、
Ｄｌｌ、Ｄ１２−・・ツェナーダイオード、ｍ１１゜ｍ
１２・・・ｎチャンネルＭＯＳ電界効果トランジスタ、
ｍ　２１１ｍ　２２・・・ｐチャンネルＭＯＳ電界効果
トランジスタ、Ｑｌｌ、Ｑｎ・・・ｎｐｎ　　バイポー
ラトランジスタ、Ｑ１２・・・ｐｎｐ　バイポーラトラ
ンジスタ、Ｒ１１，Ｒ１２，Ｒｎ−・・抵抗、Ｖｉｎ”
・入力信号電圧、φ０・・・サンプルホールドパルス、
φ１．φ２・・・スイッチ制御電圧、ｖｏ・・・スイッ
チ出力電圧、Ｖｃｃ・・・電源。第　　１　　図第　　３　　図第　　４　　図第　　５　　図

Claims

【特許請求の範囲】１、電圧によって導通制御される固体スイッチング素子
を用いて構成されるアナログ・スイッチ回路であって、
上記固体スイッチング素子のスイッチ制御電圧をスイッ
チ入力電圧に応じて浮動させるようにしたことを特徴と
するアナログ・スイッチ回路。２、上記固体スイッチング素子がＭＯＳ電界効果トラン
ジスタであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載のアナログ・スイッチ回路。