JP5899565B2 - スイッチ付容量及びスイッチ付容量を含む回路 - Google Patents
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Description
本願は、MOM容量を用い、かつ容量とスイッチを以下に示す工夫をすることで、浮遊容量をほぼ1〜2桁減らし、小型化、高性能化、分解能向上を実現するものである。
容量C1〜C4がスイッチS1〜S4を介してつながっている。例えばC1が0.1pF、C2が0.2pF、C3が0.4pF、C4が0.8pFとすれば、スイッチS1〜S4の選択により0pF〜1.5pFの容量値を0.1pFステップで設定できる。なおスイッチはMOSトランジスタで作るのが一般的である。
実際にはこの回路が、フィルタやADコンバータや発振回路の容量の一部を構成している。スイッチはNチャネルMOSとPチャネルMOSトランジスタを並列につなぐ場合もある。
容量用絶縁膜を挟んで容量の電極が存在する。
容量用絶縁膜を挟んで容量の電極が存在する。
配線間隔を使ったMOM型容量素子と、スイッチとして動作するMOSトランジスタを接続している集積回路装置において、前記容量の電極間の方向と、前記MOSトランジスタのゲート間隔を同方向とし、これらを複数個近接して並べ、その繰り返しの間隔を等しくもしくは整数倍の関係とし、両者を短い配線で接続したことを特徴とするスイッチ付容量である。ここで特に重要なのは、サブミクロン・プロセスの場合、上記ピッチをほぼサブミクロンにできるということであり、従来に比べて1〜2桁小さく作れるということである。
例えばMOM容量C11の2フィンガが、スイッチS11を構成するMOSトランジスタのドレインに接続され、かかるMOSトランジスタの2本のゲートは共通の制御信号に接続され(図示せず)、2つのソースは端子T2に接続されている。なお、右側のソースはスイッチS12の左側のソースと共用している。同様な構成でC25,S25まで繰り返されている。
このように隣のトランジスタとソースを共用することで、サブミクロン・オーダのピッチを実現でき、かつトランジスタの分離領域を不要なため、全体のトランジスタ占有面積を大幅に小さくすることができる。
制御方法は上記実施例1のどれでも適用可能である。
本実施例の場合はMOSトランジスタを最小ピッチで構成できるので、その性能を最大限引き出せる利点がある。
制御方法は上記実施例1のどれでも適用可能である。
従来容量値C31〜C37、C41〜C47はそれぞれ二進の重みをもたせる場合が多かった。
また、C41〜C47がMSB側の複数のビットであり、C41〜C47がLSB側の複数のビットである。よく知られているように、C40とC41’はC31〜C37合計をC41とほぼ等しくするようスケーリングするための容量であり、通常はC41の1〜2倍である。
単位MOM容量とスイッチの関係として、実施例1〜3の容量とスイッチを準用することもできる。また単位容量値やフィンガ本数は、要求されるビット数等に応じて任意に選択できる。スケーリング用のC40とC40’の位置も図8に限定せず、例えばC37側に付けるとか、C31の左側に付けるとか、ピッチを変えなければ、どこに置いても構わない。スイッチの個数も任意に増加することが可能であり、ADコンバータ等応用する際にさらに入力信号を印加するスイッチを追加することもできる。スイッチを構成するMOSトランジスタの極性は上記に限定されず、必要によりP,N並列にすることを含め、適宜選択すればよい。
同図cは本願の第6の実施例であり、同図a,bをレイアウトしたものである。その特徴は、ゲート4本の幅にあり、かつ各トランジスタ領域の両側はソースであり、電源VDDもしくはGNDに接続されるように並べたことを特徴にしている。このためこのDFFを横に並べる際に、両端のソースを共用することで、ゲート4本のピッチで連続して並べることが出来る。
なお図10cでは、最上段がNチャネルMOSトランジスタ、次がPチャネルMOSトランジスタ、次もPチャネルMOSトランジスタ、次はNチャネルMOSトランジスタ、次もNチャネルMOSトランジスタ、最下段はPチャネルMOSトランジスタである(バックゲート等は図示せず)。薄い灰色で示すゲート及びそれを厚い酸化膜上に引き出して配線として利用する部分と、濃い灰色で示す配線と、黒で示す別の層の配線で図10bの回路を結線したものである。
なお、図10cの縦方向のゲート幅は、必ずしも同一である必要はない。
本実施例は、ゲート4本のピッチでDFFをレイアウトできることを示す一例であり、その内部のトランジスタの位置と配線方法は、これ以外のレイアウトであっても構わない。
本実施例では、容量2フィンガに対し、スイッチを構成するMOSトランジスタ4ゲートと、DFF 1個が同一ピッチで並べてある。このため、S42,S42’,S43,S43’と、S44,S44’,S45,S45’と、S46,S46’,S47,S47’はそれぞれ同一のDFFの出力信号で制御される。S41,S41’を二進制御とし、他を温度計制御するなどで、DAコンバータの上位3bitに応じて端子T1にDA変換出力を得ることが出来る。下位についても同様である。
また全体として幅を揃えるためC40’の構成を若干変えている。このような構成により、単位MOM容量のちょうど半分の容量を高精度に実現できる。
このような構成にすることにより、上記の効果に加え、ロジック回路と各スイッチを結ぶ配線領域が不要となり、さらに小さく作ることができる。両端にダミー容量とダミースイッチ、ダミーロジック・ゲートを置くことで、ロジックの配線を含め、全ての単位容量とスイッチの両隣が全く同一とすることが出来るので、相対精度が向上する。またロジックの負荷容量となる配線とスイッチの入力容量も全て等しくなるので、スイッチの切替タイミングも揃うという利点がある。
本願発明の趣旨は、MOM容量とスイッチのピッチを同一、もしくは整数倍にすることであり、本実施例はさらにロジックまで同一もしくは整数倍のピッチとしたものである。
例えば、DFFを図の縦方向に2段配置して、適宜多層配線することで、ピッチを守ったまま、S42,S42’とS43,S43’と・・S47,S47’をそれぞれ異なる制御をすることもできる(図示せず)。
DFFに加え、スイッチの選択に関するロジックも同一ピッチで構成することもできる(図示せず)。DFF無しで、スイッチの選択に関するロジックのみを同一もしくは整数倍のピッチで並べることもできる。スイッチの選択に関するロジックの例としては、サーモメータ・コードへの変換ロジックや、ロジック信号の伝達遅れを概略等しくするための工夫などがある。
本願は、これまでに述べてきた実施例に限定することなく、単位容量値、容量のフィンガ数、制御ビット数、制御ロジック回路等を適宜変更できることは言うまでもない。
S1〜S87,S1’〜S80’ MOSトランジスタによるスイッチ
L1 インダクタ
Claims (17)
- LSI内部の配線間を使った複数の容量と、かかる各容量の一端にそれぞれMOSトランジスタで構成するスイッチが相互接続された回路において、
前記容量の電極の長辺(フィンガー)の方向と、前記MOSトランジスタのゲートの長辺方向を同方向とし、これらを複数個並べる際の繰り返しピッチを同一もしくは他方の整数倍のピッチで連続して並べ、
前記各MOSトランジスタのドレイン電極は前記各容量の一端に接続し、かかる各MOSトランジスタのソース電極は隣接するMOSトランジスタのソース電極と共通構造とするとともに複数のMOSトランジスタ間で共通接続して第一の接続点とし、かかる各MOSトランジスタのゲート電極がスイッチの制御信号を受電し、前記容量の他端を第二の接続点としたことを特徴とするスイッチ付容量。 - 請求項1のスイッチ付容量において、前記ゲート電極は偶数個のフィンガで構成されていることを特徴とする、スイッチ付容量。
- 請求項1又は2のスイッチ付容量において、前記各ゲートが受電する制御信号は二進信号であって、かかる二進信号のビットの重さに比例した個数の前記スイッチがそれぞれ共通制御されることを特徴とする、スイッチ付容量。
- 請求項3のスイッチ付容量において、前記共通制御されるスイッチが物理的に一カ所に集中していないことを特徴とする、スイッチ付容量。
- 請求項1又は2のスイッチ付容量において、前記各ゲートが受電する制御信号は漸次オンする数が増えるサーモメータ・コードであることを特徴とするスイッチ付容量。
- 請求項5のスイッチ付容量において、前記サーモメータ・コードで制御されるスイッチが物理的に連続して配置されていないことを特徴とする、スイッチ付容量。
- 請求項1乃至6のいずれか一項に記載のスイッチ付容量であって、スイッチを複数段に渡って構成したことを特徴とするスイッチ付容量。
- 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のスイッチ付容量を複数組用い、それらを第三の容量で結合したスイッチ付容量であって、前記第三の容量も、前記スイッチ付容量と同一ピッチで構成し、連続して配置したことを特徴とするスイッチ付容量。
- 請求項1乃至8のいずれか一項に記載のスイッチ付容量とその制御回路を含む回路において、制御回路を構成するMOSトランジスタと、スイッチを構成する前記MOSトランジスタを同一ピッチで配置したこと特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項9の制御回路がDフリップ・フロップであることを特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項9の制御回路がサーモメータ・コードに変換する論理回路であることを特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項9の制御回路が論理回路の遅延を合わせる回路を含むことを特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項9の制御回路を構成するトランジスタを複数段並べたことを特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項9の制御回路を構成するトランジスタが、4ゲートを単位とし、掛かる単位の両端をソース電極とし、隣接する単位のソース電極と共通に構成することを特徴とする制御回路を含むスイッチ付容量。
- 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のスイッチ付容量とインダクタを組み合わせたことを特徴とする、デジタル制御型共振回路。
- 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のスイッチ付容量を含むDA変換回路。
- 請求項1乃至14のいずれか一項に記載のスイッチ付容量を含むAD変換回路。
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