JPS61293017A - アナログ・スイツチ回路 - Google Patents

アナログ・スイツチ回路

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JPS61293017A
JPS61293017A JP61097806A JP9780686A JPS61293017A JP S61293017 A JPS61293017 A JP S61293017A JP 61097806 A JP61097806 A JP 61097806A JP 9780686 A JP9780686 A JP 9780686A JP S61293017 A JPS61293017 A JP S61293017A
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JP
Japan
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transistor
source
gate
current
effect transistor
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JP61097806A
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JPH0446487B2 (ja
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フレデリック・ジー・ウエイス
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Triquint Semiconductor Inc
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/04106Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/16Modifications for eliminating interference voltages or currents
    • H03K17/161Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches
    • H03K17/162Modifications for eliminating interference voltages or currents in field-effect transistor switches without feedback from the output circuit to the control circuit

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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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、アナログ信号路を導通又は非導通にするアナ
ログ・スイッチ回路に関する。
〔従来の技術及び問題点〕
アナログ(又はソリッド−ステート)スイッチは、デジ
タル制御信号に応じてこのスイッチの入力端子から出力
端子への電流の流れを制御するために、電子回路に広く
利用されている。かかるスイッチは、そのスイッチング
素子として電界効果トランジスタ、例えば金属・酸化膜
・半導体型電界効果トランジスタ(MOSFET )又
は接合型電界効果トランジスタ(JFET)で構成して
もよい。この電界効果トランジスタのソースは入力端子
に接続され、ドレインは出力端子に接続され、ゲートは
グ−ト信号を受ける駆動回路に接続される。1976年
にシリコニクス・インコーポレーティドから出版された
[アナログ−スイッチ及びその応用(Analog 5
w1tches and Their Applica
tions) Jの2〜3ページに示されている如く、
最も簡略化した形式では駆動回路をバイポーラ・トラン
ジスタ又はFETで構成してもよい。
アナログ信号路からの電流の漏れを最少にし、高速スイ
ッチングを得るために、駆動回路のバイポーラ書トラン
ジスタのコレクタ及びFETスイッチング素子のゲート
間にダイオードを挿入してもよい。スイッチが閉じると
、ダイオードはFETスイッチング素子のゲート漏れ電
流のみを伝導するが、スイッチが開くと、このダイオー
ドは逆ダイオード漏れ電流のみを伝導する。
接合MESFET技術と共に実施できるスイッチ・トポ
ロギーが1984年に発行された1984 GOMAC
会議録の443〜447ページに記載されたダブリュ・
イー・ハルの[発光硬化ガリウム・ヒ素バンド・ギャッ
プ・リファレンスの設計(Design of a R
adiationHardened GaAs Ban
d Gap Reference)Jに開示されている
。このスイッチは第3図に示す如く、実際のスイッチ素
子である接合MESFET(イ)と、ソース。
フォロワートランジスタ(財)と、このトランジスタ(
ハ)用にティルミ流を供給する電流源(ハ)と、トラン
ジスタ(イ)のゲートに接続された抵抗器(ハ)と、こ
の抵抗器(ハ)及び電流源(ハ)間に接続されたレベル
・シフト回路間と、制御電圧φに応じて制御電流Ict
rlを切替えるトランジスタ02とを具えている。
制御電圧φが低のとき、トランジスタ0■は非導通であ
ル、トランジスタ(ハ)のケ9−ト電圧は、レベル・シ
フト回路(ト)によるレベル・シフトを伴なってトラン
ジスタ(ハ)のソース電圧に追従する。トランジスタ(
イ)のゲート・チャンネル接合を順バイアスすることな
く、そして駆動回路から注入された電荷によシ信号路を
不安定にするとと々く、トランジスタ(イ)を導通状態
に、即ち閉じた状態に維持するように、トランジスタ(
イ)のf−)が(トランジスタ(ハ)のソース・フォロ
ア動作によ#))そのトランジスタのソースに追従する
ために、レベルφシ2トを設定する。制御電圧φが高に
なると、トランジスタ02がオンになり、抵抗器(ハ)
を介して引込まれた増加電流によシ、トランジスタeの
がオフになるのに充分なだけトランジスタ(イ)のr−
)電位が降下する。よって、スイッチ動作を行なう(本
明細書において、閉又はオンのスイッチは導通して、そ
の入力端子から出力端子に電流路を形成する。
一方、開又はオフのスイッチは非導通であシ、電流を流
さない。)。
第3図に示した回路には、ある特定の欠点がある。特に
、この回路はユニポーラ動作に限定される。即ち、トラ
ンジスタ(ハ)及び0ネのソースが共に接地されている
ので、トランジスタ翰に供給される入力信号は正電位で
なければならない。スイッチング作用を行なうために、
制御電流■。triはオン及びオフに切替えられるので
、電源電流に大きな変動が現われる。その結果、重大な
電源ノイズが発生し、2次周辺路によす1アナログ信号
路が不安定になる。トランジスタ(イ)のゲート電圧変
動が、レベル・シフト回路(イ)を流れる電流を大きく
変化(5’J させるので、ソース−フォロワ・トランジスタ(ハ)を
流れる電流も逆極性で同様な量だけ変化する。
そして、トランジスタ(ハ)を流れる電流のこの変化に
よシ、スイッチを閉じた後にトランジスタ(ハ)のソー
ス電圧を安定化するのに要する時間が長くなる。最後に
、ソース0フオロワoトランジスタ(ハ)を流れる電流
が変化することによ)、そのソース電圧も変化する。こ
の電圧変化はトランジスタ(ハ)のゲート・ソース容量
を介して伝わシ、トランジスタ(イ)のソースにおける
アナログ信号を不安定にする。
したがって本発明の目的は、アナログ入力信号の極性に
制限−(なく、アナログ信号路の安定したアナログ・ス
イッチ回路の提供にある。
〔問題点を解決するための手段及び作用〕本発明によれ
ば、第1デイプレツシヨン(depletion)モー
ドMESFET(DFET)のソース及びドレインが、
スイッチの被制御電流路となる。第1DFET ノf 
−)−ソース電圧(Vg s )がこの第1 DFET
のピンチオフ電圧(V、)よりも高いが低いかに応じて
、このスイッチは開又は閉になる。ゲート及びソースが
相互接続された第2 DFETを介して、第1DFET
のゲート正電位源に接続する。第1 DFETのゲート
は更に第1回路ノードにも接続する。ソース・フォロワ
として接続した第3 DFETのドレインは、正電位源
に接続し、そのゲートは第1 DFETのソースに接続
する。第1ダイオード(単方向性導電素子)は、そのア
ノードを第1回路ノードに接続し、カソードを第2回路
ノードに接続する。
第2ダイオード(単方向性導電素子)は、そのカソード
を第2回路ノードに接続し、アノードを第3 DFET
のソースに接続する。少なくとも1個の付加ダイオード
を第1ダイオードと非並列(逆極性)に第1及び第2回
路ノード間に接続する。第1ダイオードの両端に接続さ
れた電流方向制御回路網に供給された制御信号の状態に
応じて、定電流源は第1ダイオード又は付加ダイオード
を介して電流を引込む。
第1/イオードを介して電流が引込まれると、はぼ等し
い電流が第2〆イオードを介しても引込まれる。その結
果、(第2及び第3 DFETの相対幅及び定電流源に
よシ引込まれる電流に応じて)第1 DFETのvgl
lは零又はそれ以下に維持されて、スイッチはオンする
。電流が付加ダイオードを介して引込まれると、この付
加ダイオードの電圧降下によシ、第1 DFETのvg
llがV、よシ低くなるので、スイッチはオフする。ソ
ース・フォロワは、第1DFETのソース電位を検知し
、第1 DFETのグー)−ソース接合が順バイアスに
なるのを防止するので、駆動回路及び被制御電流路間の
いかなるオーミック相互作用も防ぐ。
〔実施例〕
第1図は本発明の好適な実施例の回路図であ)、このス
イッチ回路はデイゾレション・モード電界効果トランジ
スタ(2)、(4)、(6)、(8)、αQ及び0φを
具えている。
ゲート・ソース電圧V□に対するドレイン電流IdのD
FET特性曲線を第2図に示す。この特性では、■ が
負のピンチオフ電圧vpを越える間にドレイン電流が流
れ、7g8がV、よシ高いと、7g8の増加に従ってド
レイン電流も増加する。
トランジスタ(2)をソース・フォロワとして接続する
ので、このトランジスタ(2)のソース電位はそのゲー
ト電位に追従する。
制御電圧φが高のとき(7が低のとき)、トランジスタ
(8)は導通し、トランジスタ←りは非導通である。な
お、トランジスタ(8)及びCLOは電流方向制御回路
として作用する。定電流源として作用するトランジスタ
α→によシ引込まれる電流■saは、トランジスタ(8
)を通過し、その一部はダイオード(第2単方向性導電
素子)α◆及びソース・フォロワ・トランジスタ(2)
を介して流れ、残りはダイオード(第1単方向性導電素
子)◇→及びプルアップ・トランジスタ(4)を介して
流れる。よって、トランジスタ(6)のゲートは、トラ
ンジスタ(2)のソース及びゲートと同じ電位である。
よって、トランジスタ(6)のゲートは、そのソースと
同電位であるので、トランジスタ(6)は導通し、スイ
ッチが閉じる。
制御信号φが低のとき、トランジスタ(8)は非道通で
、トランジスタcL時は導通なのでIIIがトランジス
タαりを介して流れ始める。トランジスタσ1に流れる
電流は、一方はダイオード列(第3単方向性導電素子α
→及びトランジスタ(2)で他方はトランジスタ(4)
に分流される。トランジスタ(2)のソースからの電流
路に挿入されたダイオードの電圧降下により、トランジ
スタ(6)のゲート電位をこのトランジスタのソース電
位よシも確実に低くする・ダイオード列α→のダイオー
ド数を選択することによシ、トランジスタ(6)のvg
、をV、よシ低くできるので、確実にトランジスタ(6
)をオフにし、スイッチを開く。
制御信号に影響されない単一の電流源(トランジスタ(
2))を利用することにより、アナログ・スイッチ素子
の状態に関係なく、Vdd及び70間の一定な静的電流
の流れを維持する。またこのことによシ、第3図の回路
と比較して大幅に電源ノイズが減る。トランジスタ(2
)及び(4)を流れる電流は、スイッチ状態と充分に独
立しているので、セットリング−タイムを短縮でき、ト
ランジスタ(2)のダ−ト・ソース容量の充放電による
信号路へのフィードスルーを最少にする。
第1図の回路は、rIN(入力)」及び「0UT(出力
)」で示したように電流路内に接続するのが望ましい。
即ち、IN端子を信号源に接続し、サンプル・ホールド
回路又は比較器の信号を受ける装置に出力端子を接続す
る。この接続方向が望ましい。その理由は、反対方向に
おいては、入力端子に接続されたトランジスタ(2)の
ゲートによシ、入力信号の電位が変化すると、このトラ
ンジスタ(2)のゲート電位も変化し、これら電位の変
化がトランジスタ(2)のソース、ダイオードα→及び
ダイオード列0→を介してトランジスタ(6)のゲート
に伝わり、更に容量的に出力ノードに伝わるので、トラ
ンジスタ(6)の状態が影響され、入力から出力にプロ
ーパイされるからである。図示した方向の場合、スイッ
チが開いたとき、トランジスタ(2)のゲート電位が基
本的には安定になり、入力信号の電位変化はトランジス
タ(6)の状態に影響しない。
第1図のスイッチ回路は、例えばアナログ・デジタル変
換器において、サンプル−ホールド回路による入力信号
の高速サンプリングの制御に利用してもよいし、比較器
に利用してもよい。かかる比較器における本発明のスイ
ッチ回路の利用例は、1985年4月26日出願の米国
特許出願第727,482号に示されている。
本発明は、第1図に示した特定のスイッチ回路に限定さ
れるものではなく、本発明の要旨を逸脱することなく種
々の変更が可能でちる。例えば、電位レベルを適当にシ
フトすることにより、この回路ハエンハンスメント・モ
ードMESFET (EFET)を用いても実現できる
。第1図に示したダイオードはダイオード接続接合トラ
ンジスタでも構成でき、またトランジスタ(2)及び(
6)がEFETならばトランジスタ(4)及び(ハ)は
DFETにできる。本発明は特にFETに適用できるが
、ソースに対しゲートを順バイアスにすると、電荷が被
制御電流路に注入されるので、この接合を順バイアスす
るのを避けることが望ましい。MO8素子では酸化層が
ゲートを基板から絶縁するのでこの問題は生じないが、
 JFET(pn接合を高める不純物が拡散されるか打
込まれる)又はMESFETにおいてはこの問題が生じ
る。
〔発明の効果〕
上述の如く本発明のアナログ番スイッチ回路によれば、
信号路の電位は駆動回路に影響されず、また電源ノイズ
も減少する。また入力信号の電位変化もスイッチ回路の
状態に影響を与えない。よって、信号路の安定したアナ
ログ・スイッチ回路が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の好適な実施例の回路図、第2図ハデイ
プレションーモード電界効果トランジスタの特性図、第
3図は従来のスイッチ回路の回路図である。 図において、(2)、(4)及び(6)は夫々第3.第
2及び第1電界効果トランジスタ、(8)及び0時は電
流方向制御回路、(6)は定電流源、α→、OQ及びa
椋は夫々第2゜第1及び第3単方向性導電素子である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ドレイン及びソースが入力端及び出力端となる第1電界
    効果トランジスタと、 ソース及びゲートが上記第1電界効果トランジスタのゲ
    ートに接続されドレインが電圧源に接続された第2電界
    効果トランジスタと、 ゲートが上記第1電界効果トランジスタのソースに接続
    され、ドレインが電圧源に接続された第3電界効果トラ
    ンジスタと、 定電流源と、 該定電流源の電流を第1端又は第2端に選択的に流し、
    該第2端が上記第1電界効果トランジスタのゲートに接
    続された電流方向制御回路と、該電流方向制御回路の第
    1端及び第2端間に接続された第1単方向性導電素子と
    、 上記第3電界効果トランジスタのソース及び上記電流方
    向制御回路の第1端間に接続された第2単方向性導電素
    子と、 上記電流方向制御回路の第1端及び第2端間に上記第1
    単方向性導電素子と逆極向に接続された少なくとも1個
    の第3単方向性導電素子とを備えたアナログ・スイッチ
    回路。
JP61097806A 1985-04-26 1986-04-26 アナログ・スイツチ回路 Granted JPS61293017A (ja)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/727,483 US4712025A (en) 1985-04-26 1985-04-26 Analog switch
US727483 1985-04-26

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS61293017A true JPS61293017A (ja) 1986-12-23
JPH0446487B2 JPH0446487B2 (ja) 1992-07-30

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