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Title:
ANALOG SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/153921
Kind Code:
A1
Abstract:
An analog switch (100) is constructed from metal oxide semiconductor (MOS) transistors and is comprised of a switch (102) for connecting an input terminal VIN (104) and the substrate potential of an NMOS transistor (101); a switch (103) which is operated in the inverse phase of the switch (102) and connects the substrate potential of the NMOS transistor (101) and ground VSS; and a voltage follower circuit (106) which has a high input impedance, is connected between the input terminal (104) and the switch (102), and suppresses the flow of input current from the input terminal (104). When the analog switch constructed from MOS transistors is repeatedly turned on and off, the flow of input current to the substrate can be suppressed.

Inventors:
INAGAKI YOSHITSUGU
OKA KOJI
OZEKI TOSHIAKI
OKUMOTO TAKESHI
Application Number:
PCT/JP2009/002409
Publication Date:
December 23, 2009
Filing Date:
June 01, 2009
Export Citation:
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Assignee:
PANASONIC CORP (JP)
INAGAKI YOSHITSUGU
OKA KOJI
OZEKI TOSHIAKI
OKUMOTO TAKESHI
International Classes:
H03K17/687; H03K17/00; H03K19/094; H03M1/12
Foreign References:
JP2000077992A2000-03-14
JP2005312004A2005-11-04
US4529897A1985-07-16
Attorney, Agent or Firm:
HAYASE, Kenichi (JP)
Ken-ichi Hayase (JP)
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Claims:
 アナログ信号を入力するためのアナログスイッチ入力端子と、
 該アナログスイッチ入力端子に入力されたアナログ信号をオン,オフするためのMOSトランジスタと、
 前記アナログスイッチ入力端子と前記MOSトランジスタの基板電位とを接続するための第1のスイッチと、
 前記第1のスイッチとは逆相で動作し、前記MOSトランジスタの基板電位とグランドとを接続するための第2のスイッチと、
 入力インピーダンスが高インピーダンスであり、前記アナログスイッチ入力端子と前記前記第1のスイッチとの間に接続され、前記入力端子から入力される電流の流れを抑制する抑制回路とを有する、
 ことを特徴とするアナログスイッチ。
 請求項1に記載のアナログスイッチにおいて、
 前記抑制回路はボルテージフォロア回路である、
 ことを特徴とするアナログスイッチ。
 請求項1に記載のアナログスイッチにおいて、
 前記抑制回路はソースフォロア回路である、
 ことを特徴とするアナログスイッチ。
 請求項3に記載のアナログスイッチにおいて、
 前記ソースフォロア回路は、該ソースフォロワ回路の出力をレベルシフトするためのレベルシフト回路を有し、
 前記第1のスイッチは該レベルシフト回路の出力に接続されている、
 ことを特徴とするアナログスイッチ。
 請求項1に記載のアナログスイッチにおいて、
 前記抑制回路は電圧ミラー回路である、
 ことを特徴とするアナログスイッチ。
 請求項1に記載のアナログスイッチを入力スイッチとして用いることを特徴とするサンプルホールド回路。
Description:
アナログスイッチ

 本発明は、アナログ/デジタル変換器やス イッチドキャパシタ回路等のアナログ回路に 用いられるアナログスイッチに関する。

 従来、アナログ回路に使用されるアナロ スイッチとして、低オン抵抗を実現し、入 信号の歪みを抑えるものが提案されている( 例えば、特許文献1参照)。このアナログスイ チは、MOSトランジスタから構成される。ま 、MOSトランジスタのオン状態で、基板バイ ス効果の影響を低減させるために、アナロ スイッチ入力とMOSトランジスタの基板電位 を接続するための第1のスイッチを有する。 さらに、MOSトランジスタのオフ状態で、MOSト ランジスタの基板電位をグランドに接続する ための第2のスイッチを有する。これら第1ス ッチと第2のスイッチとは、互いに逆相で動 作する。

 以下、上述の従来のアナログスイッチを アナログ/デジタル(A/D)変換を行う回路に使 する場合について図6を用いて説明する。

 図6は、NMOSトランジスタで構成したアナ グスイッチ500をサンプルホールド回路の入 スイッチとして用い、前記サンプルホール 回路をA/D変換器に接続した場合の構成を示 ている。

 図6に示されるように、サンプルホールド 回路510は、アナログスイッチ500と、スイッチ 507と、スイッチ508と、オペアンプなどからな るバッファアンプ509と、サンプリング容量Cs1 とを有する。アナログスイッチ500は、NMOSト ンジスタ501と、第1のスイッチ502と、第2のス イッチ503と、入力端子VIN504と、出力端子VOUT50 5と、寄生容量Cp5とを有する。

 NMOSトランジスタ501はドレイン(もしくは ース)が入力端子VIN504に、ソース(もしくはド レイン)が出力端子VOUT505に接続され、ゲート アナログスイッチ500をオン,オフするスイッ チ信号の入力端子となる。またスイッチ502は 、入力端子VIN504とNMOSトランジスタ501の基板 位との間に接続され、スイッチ503は、NMOSト ンジスタ501の基板電位とグランド(VSS)との に接続される。なお、NMOSトランジスタ501の 板電位とグランド(VSS)との間には寄生容量Cp 5が生じている。スイッチ502とスイッチ503と 互いに逆相で動作する。

 入力端子VIN504はアナログスイッチ入力端 であり、出力端子VOUT505はアナログスイッチ 出力端子である。

 図6において、サンプリング容量Cs1は一端 がアナログスイッチ500の出力端子VOUT505に接 され、他端がバッファアンプ509の一方の入 に接続される。バッファアンプ509の他方の 力はグランド(VSS)に接続され、スイッチ507は サンプリング容量Cs1の一端とバッファアンプ 509の出力との間に接続される。スイッチ508は サンプリング容量Cs1の他端とグランド(VSS)と 間に接続される。

 サンプルホールド回路510は、A/Dコンバー 511を有するA/D変換器512に接続される。スイ チ508は、NMOSトランジスタ501及びスイッチ502 と同相で動作し、スイッチ507は、NMOSトラン スタ501及びスイッチ502と逆相で動作する。

 以上のように構成されたアナログスイッ 500を有するサンプルホールド回路510の動作 ついて、図7を用いて説明する。図7は、NMOS ランジスタ501、スイッチ502、スイッチ503、 イッチ507、及びスイッチ508のオン/オフのタ イミングを示す図である。

 タイミングT1において、図示しないスイ チ信号源により“H”レベルのスイッチ信号 NMOSトランジスタ501のゲートに入力され、こ れにより、アナログスイッチ500はオンされる 。このとき、NMOSトランジスタ501とスイッチ50 2とはオン、スイッチ503はオフであり、入力 子VIN504から入力される入力信号が出力端子VO UT505から出力される。またタイミングT1にお て、スイッチ507はオフ、スイッチ508はオン あり、サンプリング容量Cs1及びバッファア プ509によって、アナログスイッチ500からの 力信号がサンプリングされて、サンプリン された信号が保持される。

 このタイミングT1で、入力端子VIN504から 入力電流が、NMOSトランジスタ501の基板電位 グランドVSSとの間にある寄生容量Cp5に流れ む。

 次に、タイミングT2において、図示しな スイッチ信号源により“L”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ501のゲートに入力さ れる。これにより、アナログスイッチ500はオ フされる。このとき、NMOSトランジスタ501と イッチ502とはオフ、スイッチ503はオンであ 、スイッチ507がオン、スイッチ508はオフさ る。またタイミングT2において、タイミング T1でサンプルホールド回路510に保持された信 が、A/D変換器512のA/Dコンバータ511に出力さ て、A/D変換が行われる。

 このタイミングT2で、NMOSトランジスタ501 基板電位に接続される寄生容量Cp5に充電さ ていた電荷はグランドVSSに向かって放電さ ることになる。

 以上のように、NMOSトランジスタ501、スイ ッチ502、スイッチ503、スイッチ507、及びスイ ッチ508のオン動作、オフ動作が繰り返される 。これらのスイッチの動作は、A/D変換器512の サンプリングクロックに同期している。

特開昭58-13027号公報(第5-7頁、第4図)

 上述した従来のアナログスイッチでは、 ナログスイッチを構成しているMOSトランジ タの基板電位を調整し、スイッチのオン抵 を低下させ、入力信号の歪みを低減するこ を目的としているが、入力端子からの入力 流の影響を考慮していないことから、前記 力電流により回路特性の劣化が生じるとい 問題がある。

 即ち、入力電流の値は、アナログスイッ がオン,オフを繰り返す周波数に依存し、そ の周波数が高くなると入力電流の値は大きく なり、周波数が低くなると小さくなる。この ため、前記周波数の変化によって、アナログ スイッチの入力電流の増大が起こり、このこ とが、アナログスイッチに接続される回路、 又は、アナログスイッチと同一基板上の回路 の特性を劣化させる原因になる。このため、 アナログスイッチに接続する回路、又はアナ ログスイッチと同一基板上の回路を設計する 際に、前記入力電流の値を考慮しなければな らず、それらの回路の設計が困難になる。

 以下、図6に示す従来のアナログスイッチ 500の問題について図8、図9を用いて具体的に 明する。

 図8は、アナログスイッチ500がオン状態の ときに入力端子VIN504から寄生容量Cp5へ流れる 電流の経路を示す図である。図9は、アナロ スイッチ500がオフ状態のときに寄生容量Cp5 らグランドVSSに放電される電流の経路につ て示す図である。

 図6のアナログスイッチ500では、NMOSトラ ジスタ501、スイッチ502、及びスイッチ503の ン動作、オフ動作が繰り返し行われるため 寄生容量Cp5に充電される入力端子VIN504から 入力電流の値と、寄生容量Cp5から放電され 電流の値は、スイッチ502、スイッチ503のオ 状態、オフ状態を切り替える周波数に比例 て大きくなる。

 図8に示すように、アナログスイッチ500が オン状態のときは、入力端子VIN504とNMOSトラ ジスタ501の基板電位とを接続するスイッチ50 2がオン状態になり、NMOSトランジスタ501の基 電位とグランドVSSとを接続するスイッチ503 オフ状態になる。よって、入力電流Ichgは、 NMOSトランジスタ501の基板電位とグランドVSS の間にある寄生容量Cp5に充電される。

 一方、図9に示すように、アナログスイッ チ500がオフ状態のとき、すなわち、スイッチ 502がオフ状態のとき、スイッチ503はオン状態 となる。この時、すでに、NMOSトランジスタ50 1の基板電位とグランドVSSとの間にある寄生 量Cp5には、アナログスイッチ500がオン状態 ときに、入力端子VIN504からの入力電流Ichgが 電されている。よって、アナログスイッチ5 00がオフ状態のときに、寄生容量Cp5からグラ ドVSSに向かって放電電流Idchgが流れる。

 このため、アナログスイッチ500のオン状 とオフ状態を繰り返す動作速度が速くなれ 、アナログスイッチ500のオン状態のときに 入力端子VIN504から流れ込む入力電流の値が きくなり、寄生容量Cp5により多くの電荷が 電されるので、アナログスイッチ500のオフ 態のときに、より多くの電流がグランドVSS 放電される。図6に示すように、アナログス イッチ500がA/D変換を行う回路に使用される場 合、寄生容量Cp5への電流の蓄積と、グランド VSSへの電流の放電は、A/D変換器512のサンプリ ングクロックに同期して繰り返されるので、 このことが、A/D変換器512により、例えば、映 像信号処理を行う際に、映像にノイズが発生 する原因となる。

 また、アナログスイッチ500、及び該スイ チに接続されるアナログ回路(ここでは、サ ンプルホールド回路510内の他の回路、A/D変換 器512)を、同一の半導体基板上で実現する場 、通常、それらのグランド電位は共通であ ため、寄生容量Cp5に充電される電流、及び 生容量Cp5から放電される電流によって、ア ログスイッチ500だけでなく、アナログスイ チ500と同一の半導体基板上のアナログ回路 回路特性も劣化する。

 以上のことから、本発明は、上記従来技 の課題を解決するために、MOSトランジスタ よって構成されるアナログスイッチにおい 、該アナログスイッチがオン状態とオフ状 を繰り返すときに、入力した電流が基板に れるのを抑えることが可能なアナログスイ チを得ることを目的とする。

 本発明のアナログスイッチは、アナログ 号を入力するためのアナログスイッチ入力 子と、該アナログスイッチ入力端子に入力 れたアナログ信号をオン,オフするためのMOS トランジスタと、前記アナログスイッチ入力 端子と前記MOSトランジスタの基板電位とを接 続するための第1のスイッチと、前記第1のス ッチとは逆相で動作し、前記MOSトランジス の基板電位とグランドとを接続するための 2のスイッチと、入力インピーダンスが高イ ンピーダンスであり、前記アナログスイッチ 入力端子と前記第1のスイッチとの間に接続 れ、前記入力端子から入力される電流の流 を抑制する抑制回路とを有することを特徴 する。

 また、本発明のアナログスイッチは、前 抑制回路がボルテージフォロア回路である とを特徴とする。

 また、本発明のアナログスイッチは、前 抑制回路がソースフォロア回路であること 特徴とする。

 また、本発明のアナログスイッチは、前 ソースフォロア回路が、該ソースフォロワ 路の出力をレベルシフトするためのレベル フト回路を有し、前記第1のスイッチは該レ ベルシフト回路の出力に接続されていること を特徴とする。

 また、本発明のアナログスイッチは、前 抑制回路が電圧ミラー回路であることを特 とする。

 また、本発明は、前記アナログスイッチ サンプルホールド回路の入力スイッチとし 用いることを特徴とする。

 本発明のアナログスイッチによれば、ア ログスイッチ入力端子と、MOSトランジスタ 、前記アナログスイッチ入力端子と前記MOS ランジスタの基板電位とを接続するための 1のスイッチと、前記第1のスイッチとは逆 で動作し、前記MOSトランジスタの基板電位 グランドとを接続するための第2のスイッチ 、入力インピーダンスが高インピーダンス あり、前記アナログスイッチ入力端子と前 前記第1のスイッチとの間に接続され、前記 入力端子から入力される電流の流れを抑制す る抑制回路とを有することから、低オン抵抗 を実現し、入力信号の歪み及び基板バイアス 効果の影響を低減させることができると共に 、前記アナログスイッチ入力端子からの入力 電流が基板に流れるのを抑えることができる 。その結果、アナログスイッチに接続される 回路、又は、アナログスイッチと同一基板上 の回路の設計を容易にすることができる。

 また、オン状態のときに、アナログスイ チ入力端子からの入力電流の流れを抑え、 フ状態のときに、グランドに電流が放電さ ないようにしたことにより、アナログスイ チと同一基板上の回路の特性の劣化を防ぐ とができる。

 また、本発明のアナログスイッチによれ 、前記抑制回路として、ボルテージフォロ 回路を使用することで、入力信号と、前記N MOSトランジスタの基板電位とを同電位にでき るので、アナログスイッチの歪みをより効果 的に低減できる。

 また、本発明のアナログスイッチによれ 、前記抑制回路として、ソースフォロア回 を使用することで、回路規模の増大を抑え ことができる。

 また、本発明のアナログスイッチによれ 、前記抑制回路として、前記第1のスイッチ に接続されたレベルシフト回路を有するソー スフォロア回路を用いることで、オン状態の ときに前記アナログスイッチ入力端子にかか る電圧と、前記MOSトランジスタの基板電圧と の差を小さくすることができる。

 また、本発明のアナログスイッチによれ 、前記抑制回路として、電圧ミラー回路を いることで、オン状態のときに前記アナロ スイッチ入力端子にかかる電圧と、前記MOS ランジスタの基板電圧との差を小さくする とができる。

 また、本発明のサンプルホールド回路に れば、前記アナログスイッチを入力スイッ とすることで、前記アナログスイッチの入 電流が原因で生じる回路特性の劣化を防ぐ とができる。その結果、前記アナログスイ チからの信号を前記サンプルホールド回路 サンプリングして、該サンプリング信号を A/D変換器を用いた、例えば、映像信号処理 用いる場合に、映像ノイズの発生を防ぐこ ができる。

図1は、本発明の実施の形態1に係るア ログスイッチの構成を示す図である。 図2は、本発明の実施の形態1に係るア ログスイッチのオン/オフのタイミングを示 図である。 図3は、本発明の実施の形態2に係るア ログスイッチの構成を示す図である。 図4は、本発明の実施の形態3に係るア ログスイッチの構成を示す図である。 図5は、本発明の実施の形態4に係るア ログスイッチの構成を示す図である。 図6は、従来のアナログスイッチの構成 を示す図である。 図7は、従来のアナログスイッチのオン /オフのタイミングを示す図である。 図8は、従来のアナログスイッチのオン 状態での入力電流の経路を示す図である。 図9は、従来のアナログスイッチのオフ 状態での放電電流の経路を示す図である。

 以下、本発明の実施の形態について図面 参照しながら説明する。

(実施の形態1)
 図1は、本発明の実施の形態1に係るアナロ スイッチの構成を示す図である。

 図1に示すアナログスイッチ100は、NMOSト ンジスタ101と、入力端子VIN104と、出力端子VO UT105と、入力インピーダンスが非常に高く、 力端子VIN104から入力される電流の流れを抑 する抑制回路と、該抑制回路の出力とNMOSト ランジスタ101の基板電位を接続するための第 1のスイッチ102と、NMOSトランジスタ101の基板 位とグランドVSSを接続するための第2のスイ ッチ103とを備える。

 NMOSトランジスタ101は入力端子VIN104に入力 されたアナログ信号をオン,オフするための のであり、ソース(もしくはドレイン)が入力 端子VIN104に、ドレイン(もしくはソース)が出 端子VOUT105に接続され、ゲートがアナログス イッチ100をオン,オフするためのスイッチ信 の入力端子となる。またスイッチ102は、前 抑制回路の出力とNMOSトランジスタ101の基板 位との間に接続され、スイッチ103は、NMOSト ランジスタ101の基板電位とグランド(VSS)との に接続される。NMOSトランジスタ101の基板電 位とグランド(VSS)との間には寄生容量Cp1が生 ている。また、スイッチ102とスイッチ103と 互いに逆相で動作する。前記抑制回路とし 、図1に示すアナログスイッチ100は、ボルテ ージフォロア回路106を備える。ボルテージフ ォロア回路106は、例えば、オペアンプで構成 する。

 本実施の形態1においては、アナログスイ ッチ100をサンプルホールド回路の入力スイッ チとして用い、前記サンプルホールド回路を A/D変換器に接続した場合について説明する。

 図1において、アナログスイッチ100はサン プルホールド回路110aに含まれ、サンプルホ ルド回路110aの出力はA/D変換器112に接続され 。

 サンプルホールド回路110aは、アナログス イッチ100と、サンプリング容量Cs1と、スイッ チ107と、スイッチ108と、バッファアンプ109と を備える。

 図1において、サンプリング容量Cs1は一端 がアナログスイッチ100の出力端子VOUT105に接 され、他端がバッファアンプ109の一方の入 に接続される。バッファアンプ109の他方の 力はグランド(VSS)に接続され、スイッチ107は サンプリング容量Cs1の一端とバッファアンプ 109の出力との間に接続される。スイッチ108は サンプリング容量Cs1の他端とグランド(VSS)と 間に接続される。

 また、A/D変換器112も従来例と同様に構成 れており、A/Dコンバータ111を有する。

 以上のように構成されるアナログスイッ 100を有するサンプルホールド回路110aの動作 について、図2を用いて説明する。

 図2は、NMOSトランジスタ101、スイッチ102 スイッチ103、スイッチ107、及びスイッチ108 のオン/オフのタイミングを示す図である。

 図2に示されるように、スイッチ102及びス イッチ108は、NMOSトランジスタ101と同相で動 し、スイッチ103及びスイッチ107は、NMOSトラ ジスタ101と逆相で動作する。

 まず、タイミングT1において、図示しな スイッチ信号源により“H”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れ、これにより、アナログスイッチ100がオン される。このとき、NMOSトランジスタ101とス ッチ102とはオン、スイッチ103はオフであり 入力端子VIN104から入力される信号が出力端 VOUT105から出力される。またタイミングT1に いて、スイッチ107はオフ、スイッチ108はオ であり、サンプリング容量Cs1及びバッファ ンプ109によって、アナログスイッチ100から 入力信号がサンプリングされて、サンプリ グされた信号が保持される。

 このタイミングT1で、入力端子VIN104から 流が、NMOSトランジスタ101の基板電位とグラ ドVSSとの間にある寄生容量Cp1に向かって流 込もうとする。しかし、入力端子VIN104とス ッチ102との間に、入力インピーダンスが非 に高い(≒無限大)ボルテージフォロア回路10 6が接続されているため、NMOSトランジスタ101 基板電位に接続される寄生容量Cp1に入力電 が流れ込むことはない。

 次に、タイミングT2において、図示しな スイッチ信号源により“L”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れる。これにより、アナログスイッチ100はオ フされる。このとき、NMOSトランジスタ101と イッチ102とはオフ、スイッチ103はオンであ 、スイッチ107がオン、スイッチ108がオフに る。またタイミングT2において、タイミング T1でサンプルホールド回路110aに保持された信 号が、A/D変換器112のA/Dコンバータ111に出力さ れて、A/D変換が行われる。

 このタイミングT2で、NMOSトランジスタ101 は、ボルテージフォロア回路106によって、 力端子VIN104から入力される入力信号と同位 で、基板電位が印加されるため、基板電位 印加により入力端子VIN104からの入力電流が ランドVSSに向かって放電されることはない

 すなわち、アナログスイッチ100がオフ状 になった場合でも、NMOSトランジスタ101の基 板電位に接続される寄生容量Cp1にはほとんど 電荷が保存されていないため、入力端子VIN104 からの入力電流がグランドVSSに向かって放電 されることはない。

 よって、アナログスイッチ100のオン動作 オフ動作が繰り返されても、入力端子VIN104 らの入力電流の寄生容量Cp1への充電と、寄 容量Cp1からグランドVSSへの放電を抑えるこ ができる。

 以上のように、本実施の形態1に係るアナ ログスイッチ100によれば、入力端子VIN104とス イッチ102との間に、入力インピーダンスが非 常に高いボルテージフォロア回路106を備える ことで、入力端子VIN104からの入力電流が基板 に流れるのを抑えることができる。その結果 、アナログスイッチ100に接続される回路、又 は、アナログスイッチ100と同一基板上にある 回路(ここでは、サンプルホールド回路)を設 する際に、入力電流の影響を考慮する必要 なくなり、回路設計を容易に行うことがで る。

 また、本実施の形態1に係るアナログスイ ッチ100によれば、オン状態のときに、入力端 子VIN104からの入力電流の流れを抑え、オフ状 態のときに、グランドVSSに電流が放電されな いようにしたことにより、アナログスイッチ 100と同一基板上に配置され、アナログスイッ チ100とグランド電位が共通である回路の特性 の劣化を防ぐことができる。

 また、本実施の形態1に係るサンプルホー ルド回路110aによれば、アナログスイッチ100 入力スイッチとして用いることで、アナロ スイッチ100の入力電流が原因で生じる回路 性の劣化を防ぐことができる。その結果、 ナログスイッチ100からの信号をサンプルホ ルド回路110aでサンプリングして、該サンプ ング信号を、A/D変換器112を用いた、例えば 映像信号処理に用いる場合に、映像ノイズ 発生を防ぐことができる。

 また、入力端子VIN104からの入力電流の流 を抑える抑制回路として、ボルデージフォ ア回路106を使用することで、入力信号と、N MOSトランジスタ101の基板電位とを同電位にで きるので、アナログスイッチ100の歪みの低減 効果も大きい。

(実施の形態2)
 次に、本発明の実施の形態2に係るアナログ スイッチについて図3を用いて説明する。

 図3は、本発明の実施の形態2に係るアナ グスイッチ200の構成を示す図である。図3に いて、アナログスイッチ200はサンプルホー ド回路110bに含まれ、サンプルホールド回路 110bの出力はA/D変換器112に接続される。

 本実施の形態2に係るアナログスイッチ200 は、入力端子VIN104からの入力電流の流れを抑 える抑制回路として、入力端子VIN104とスイッ チ102との間に、ソースフォロア回路206を備え る。その他の構成については、アナログスイ ッチ100と同様であることから、詳細な説明を 省略する。また、サンプルホールド回路110b 、アナログスイッチ200以外の構成について 、サンプルホールド回路110aと同様であるこ から、詳細な説明を省略する。

 図3において、ソースフォロア回路206は、 電源とグランドとの間に互いに直列に接続さ れた、NMOSトランジスタ207と電流源回路208と ら構成される。NMOSトランジスタ207はソース( もしくはドレイン)が電源に接続され、ゲー が入力端子VIN104に接続される。電流源回路20 8はNMOSトランジスタ207のドレイン(もしくはソ ース)とグランドとの間に接続され、これらNM OSトランジスタ207と電流源回路208との接続点 スイッチ102の一端が接続される。ソースフ ロア回路206の入力インピーダンスは、NMOSト ランジスタ207のゲート端子に接続されている ため、非常に高い(≒無限大)。

 以上のように構成されるアナログスイッ 200を有するサンプルホールド回路110bの動作 について説明する。

 まず、タイミングT1において、図示しな スイッチ信号源により“H”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れ、これにより、アナログスイッチ200がオン される。このとき、NMOSトランジスタ101とス ッチ102とはオン、スイッチ103はオフであり 入力端子VIN104から入力される信号が出力端 VOUT105から出力される。またタイミングT1に いて、スイッチ107はオフ、スイッチ108はオ であり、サンプリング容量Cs1及びバッファ ンプ109によって、アナログスイッチ200から 入力信号がサンプリングされて、サンプリ グされた信号が保持される。

 このタイミングT1で、入力端子VIN104から 流が、NMOSトランジスタ101の基板電位とグラ ドVSSとの間にある寄生容量Cp1に向かって流 込もうとする。しかし、入力端子VIN104とス ッチ102との間に、入力インピーダンスが非 に高い(≒無限大)ソースフォロア回路206が 続されているため、NMOSトランジスタ101の基 電位に接続される寄生容量Cp1に入力電流が れ込むことはない。

 次に、タイミングT2において、図示しな スイッチ信号源により“L”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れる。これにより、アナログスイッチ200がオ フされる。このとき、NMOSトランジスタ101と イッチ102とはオフ、スイッチ103がオンであ 、スイッチ107がオン、スイッチ108がオフに る。またタイミングT2において、タイミング T1でサンプルホールド回路110bに保持された信 号が、A/D変換器112のA/Dコンバータ111に出力さ れて、A/D変換が行われる。

 このタイミングT2で、NMOSトランジスタ101 は、ソースフォロア回路206によって、入力 子VIN104から入力される信号と同位相で、基 電位が印加されるため、基板電位の印加に り入力端子VIN104からの入力電流がグランドV SSに向かって放電されることはない。

 すなわち、アナログスイッチ200がオフ状 になった場合でも、NMOSトランジスタ101の基 板電位に接続される寄生容量Cp1にはほとんど 電荷が保存されていないため、入力端子VIN104 からの入力電流がグランドVSSに向かって放電 されることはない。

 よって、アナログスイッチ200のオン動作 オフ動作が繰り返されても、入力端子VIN104 らの入力電流の寄生容量Cp1への充電と、寄 容量Cp1からグランドVSSへの電流の放電を抑 ることができる。

 以上のように、本実施の形態2に係るアナ ログスイッチ200によれば、入力端子VIN104とス イッチ102との間に、入力インピーダンスが非 常に高いソースフォロア回路206を備えること で、入力端子VIN104からの入力電流が基板に流 れるのを抑えることができる。その結果、ア ナログスイッチ200に接続される回路、又は、 アナログスイッチ200と同一基板上の回路を設 計する際に、入力電流の影響を考慮する必要 がなくなり、回路設計を容易に行うことがで きる。

 また、本実施の形態2に係るアナログスイ ッチ200によれば、オン状態のときに、入力端 子VIN104からの入力電流の流れを抑え、オフ状 態のときに、グランドVSSに電流が放電されな いようにしたことにより、アナログスイッチ 200と同一基板上に配置され、グランド電位が 共通である回路の特性の劣化を抑えることが できる。

 さらに、入力端子VIN104からの入力電流の れを抑える抑制回路として、ソースフォロ 回路206を使用することにより、アナログス ッチの回路規模を小さくすることができ、 ストを削減することができる。

 なお、本実施の形態2では、ソースフォロ ア回路206として、NMOSトランジスタと電流源 路とで構成されたものについて説明したが 本発明のアナログスイッチのソースフォロ 回路はこれに限るものではなく、例えば、PM OSトランジスタで構成されるものでも良い。

(実施の形態3)
 次に、本実施の形態3に係るアナログスイッ チについて図4を用いて説明する。

 図4は、本発明の実施の形態3に係るアナ グスイッチ300の構成を示す図である。図4に いて、アナログスイッチ300はサンプルホー ド回路110cに含まれ、サンプルホールド回路 110cの出力はA/D変換器112に接続される。

 本実施の形態3に係るアナログスイッチ300 は、入力端子VIN104からの入力電流の流れを抑 える抑制回路として、入力端子VIN104とスイッ チ102との間に、ソースフォロア回路306を備え る。その他の構成については、アナログスイ ッチ200と同様であることから、詳細な説明を 省略する。また、サンプルホールド回路110c 、アナログスイッチ300以外の構成について 、サンプルホールド回路110aと同様であるこ から、詳細な説明を省略する。

 図4において、ソースフォロア回路306は、 電源とグランドとの間に互いに直列に接続さ れた、NMOSトランジスタ307及び電流源回路308 、電源とグランドとの間に互いに直列に接 された、PMOSトランジスタ309及びPMOSトランジ スタ310とを備える。なお、PMOSトランジスタ30 9及びPMOSトランジスタ310は、NMOSトランジスタ 307及び電流源回路308からなるソースフォロア 回路本体311の出力をレベルシフトするための レベルシフト回路312を構成する。

 NMOSトランジスタ307はドレイン(もしくは ース)が電源に接続され、ゲートが入力端子V IN104に接続され、ソース(もしくはドレイン) 電流源回路308を介してグランドに接続され 。PMOSトランジスタ309はソース(もしくはドレ イン)が電源に接続され、ゲートが図示しな 所定の電位に接続されて電流源回路となる PMOSトランジスタ310はソース(もしくはドレイ ン)がPMOSトランジスタ309のドレイン(もしくは ソース)に接続され、ゲートがNMOSトランジス 307と電流源回路308との接続点に接続され、 レイン(もしくはソース)がグランドに接続 れる。これらPMOSトランジスタ309とPMOSトラン ジスタ310との接続点にスイッチ102の一端が接 続される。ソースフォロア回路306の入力イン ピーダンスは、NMOSトランジスタ307のゲート 子に接続されているため非常に高い(≒無限 )。

 以上のように構成されるアナログスイッ 300を有するサンプルホールド回路110cの動作 について説明する。

 まず、タイミングT1において、図示しな スイッチ信号源により“H”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れ、これにより、アナログスイッチ300がオン される。このとき、NMOSトランジスタ101とス ッチ102とはオン、スイッチ103はオフであり 入力端子VIN104から入力される入力信号が出 端子VOUT105から出力される。またタイミングT 1において、スイッチ108がオンであり、サン リング容量Cs1及びバッファアンプ109によっ 、アナログスイッチ100からの入力信号がサ プリングされて、サンプリングされた信号 保持される。

 このタイミングT1で、入力端子VIN104から 流が、NMOSトランジスタ101の基板電位とグラ ドVSSとの間にある寄生容量Cp1に向かって流 込もうとする。しかし、入力端子VIN104とス ッチ102との間に、入力インピーダンスが非 に高い(≒無限大)ソースフォロア回路306が 続されているため、NMOSトランジスタ101の基 電位に接続される寄生容量Cp1に入力電流が れ込むことはない。

 次に、タイミングT2において、図示しな スイッチ信号源により“L”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れる。これにより、アナログスイッチ300はオ フされる。このとき、NMOSトランジスタ101と イッチ102とはオフ、スイッチ103はオンであ 、スイッチ107がオン、スイッチ108がオフに る。また、タイミングT2において、タイミン グT1でサンプルホールド回路110cに保持された 信号が、A/D変換器112のA/Dコンバータ111に出力 されて、A/D変換が行われる。

 このタイミングT2で、NMOSトランジスタ101 は、ソースフォロア回路306によって入力端 VIN104から入力される信号と同位相で、基板 位が印加されるため、基板電位の印加によ 入力端子VIN104からの入力電流がグランドVSS 向かって放電されることはない。

 すなわち、アナログスイッチ300がオフ状 になった場合でも、NMOSトランジスタ101の基 板電位に接続される寄生容量Cp1にはほとんど 電荷が保存されていないため、入力端子VIN104 からの入力電流がグランドVSSに向かって放電 されることはない。

 よって、アナログスイッチ300のオン動作 オフ動作が繰り返されても、入力端子VIN104 らの入力電流の寄生容量Cp1への充電と、寄 容量Cp1からグランドVSSへの電流の放電を抑 ることができる。

 また、実施の形態2に係るアナログスイッ チ200では、抑制回路としてソースフォロア回 路206を用いるため、アナログスイッチ200がオ ン状態のときに入力端子VIN104にかかる電圧と NMOSトランジスタ101の基板電圧との差が回路 成上の理由により大きくなるという問題が じるが、本実施の形態3に係るアナログスイ チ300では、ソースフォロア回路306が、PMOSト ランジスタ309及びPMOSトランジスタ310により 成され、スイッチ102に接続するレベルシフ 回路を有することで、上記問題を改善する とができる。

 以上のように、本実施の形態3に係るアナ ログスイッチ300によれば、入力端子VIN104とス イッチ102との間に、入力インピーダンスが非 常に高いソースフォロア回路306を備えること で、入力端子VIN104からの入力電流が基板に流 れるのを抑えることができる。その結果、ア ナログスイッチ300に接続される回路、又は、 アナログスイッチ300と同一基板上の回路を設 計する際に、入力電流の影響を考慮する必要 がなくなり、回路設計を容易に行うことがで きる。

 また、本実施の形態3に係るアナログスイ ッチ300によれば、オン状態のときに、入力端 子VIN104からの入力電流の流れを抑え、オフ状 態のときに、グランドVSSに電流が放電されな いようにしたことにより、アナログスイッチ 300と同一基板上に配置され、グランド電位が 共通である回路の特性の劣化を抑えることが できる。

 さらに、本実施の形態3に係るアナログス イッチ300によれば、ソースフォロア回路306が 、PMOSトランジスタ309及びPMOSトランジスタ310 より構成されるレベルシフト回路312を有す ことで、アナログスイッチ300がオン状態の きに入力端子VIN104にかかる電圧とNMOSトラン ジスタ101の基板電圧との差を小さくして、基 板バイアス効果の影響を抑えることができる 。

(実施の形態4)
 次に、本発明の実施の形態4について図5を いて説明する。

 図5は、本発明の実施の形態4に係るアナロ スイッチ400の構成を示す図である。
 図5において、アナログスイッチ400はサンプ ルホールド回路110dに含まれ、サンプルホー ド回路110dの出力はA/D変換器112に接続される

 本実施の形態4に係るアナログスイッチ400 は、入力端子VIN104からの入力電流の流れを抑 える抑制回路として、入力端子VIN104とスイッ チ102との間に、電圧ミラー回路406を備える。 その他の構成については、アナログスイッチ 100と同様であることから、詳細な説明を省略 する。また、サンプルホールド回路110dは、 ナログスイッチ400以外の構成については、 ンプルホールド回路110aと同様であることか 、詳細な説明を省略する。

 図5において、電圧ミラー回路406は、4つ MOSトランジスタ、すなわち、電源とグラン との間に互いに直列に接続された、PMOSトラ ジスタ407及びNMOSトランジスタ408と、電源と グランドとの間に互いに直列に接続された、 PMOSトランジスタ409及びNMOSトランジスタ410と ら構成される。

 PMOSトランジスタ407はソース(もしくはド イン)が電源に接続され、ゲートがドレイン( もしくはソース)に接続されている。NMOSトラ ジスタ408はドレイン(もしくはソース)がPMOS ランジスタ407のドレイン(もしくはソース) 接続され、ゲートが入力端子VIN104に接続さ 、ソース(もしくはドレイン)がグランドに接 続されている。PMOSトランジスタ409はソース( しくはドレイン)が電源に接続され、ゲート がPMOSトランジスタ407のゲートに接続されて る。NMOSトランジスタ410はドレイン(もしくは ソース)がゲートおよびスイッチ102の一端に 続され、ソース(もしくはドレイン)がグラン ドに接続される。

 電圧ミラー回路406の入力インピーダンス 、NMOSトランジスタ408のゲート端子に接続さ れているため非常に高いので(≒無限大)、ア ログスイッチ400がオン状態になったときに いても、NMOSトランジスタ101の基板電位に接 続される寄生容量Cp1に入力端子VIN104からの入 力電流が流れ込むことはない。また、電圧ミ ラー回路406を、図5に示すように、PMOSトラン スタとNMOSトランジスタとから構成すること で、入力端子VIN104にかかる電圧とNMOSトラン スタ101の基板電圧の差はほとんど発生しな 。

 以上のように構成されるアナログスイッ 400を有するサンプルホールド回路110dの動作 について説明する。

 まず、タイミングT1において、図示しな スイッチ信号源により“H”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れ、これにより、アナログスイッチ400がオン される。このとき、NMOSトランジスタ101とス ッチ102とがオン、スイッチ103はオフであり 入力端子VIN104から入力される信号が出力端 VOUT105から出力される。またタイミングT1に いて、スイッチ107はオフ、スイッチ108はオ であり、サンプリング容量Cs1及びバッファ ンプ109によって、アナログスイッチ100から 入力信号がサンプリングされて、サンプリ グされた信号が保持される。

 このタイミングT1で、入力端子VIN104から 流が、NMOSトランジスタ101の基板電位とグラ ドVSSとの間にある寄生容量Cp1に向かって流 込もうとする。しかし、入力端子VIN104とス ッチ102との間に、入力インピーダンスが非 に高い(≒無限大)電圧ミラー回路406が接続 れているため、NMOSトランジスタ101の基板電 に接続される寄生容量Cp1に入力電流が流れ むことはない。

 次に、タイミングT2において、図示しな スイッチ信号源により“L”レベルのスイッ 信号がNMOSトランジスタ101のゲートに入力さ れる。これにより、アナログスイッチ400はオ フされる。このとき、NMOSトランジスタ101と イッチ102とはオフ、スイッチ103がオンであ 、スイッチ107がオン、スイッチ108がオフに る。またタイミングT2において、タイミング T1でサンプルホールド回路110dに保持された信 号が、A/D変換器112のA/Dコンバータ111に出力さ れて、A/D変換が行われる。

 このタイミングT2で、NMOSトランジスタ101 は、電圧ミラー回路406によって、入力端子V IN104から入力される入力信号と同位相で、基 電位が印加されるため、基板電位の印加に り入力端子VIN104からの入力電流がグランドV SSに向かって放電されることはない。

 すなわち、アナログスイッチ400がオフ状 になった場合でも、NMOSトランジスタ101の基 板電位に接続される寄生容量Cp1にはほとんど 電荷が保存されていないため、入力端子VIN104 からの入力電流がグランドVSSに向かって放電 されることはない。

 よって、アナログスイッチ400のオン動作 オフ動作が繰り返されても、入力端子VIN104 らの入力電流の寄生容量Cp1への充電と、寄 容量Cp1からグランドVSSへの電流の放電を抑 ることができる。

 以上のように、本実施の形態4に係るアナ ログスイッチ400によれば、入力端子VIN104とス イッチ102との間に、入力インピーダンスが非 常に高い電圧ミラー回路406を備えたことから 、入力端子VIN104からの入力電流が基板に流れ るのを抑えることができる。その結果、アナ ログスイッチ400に接続される回路、又は、ア ナログスイッチ400と同一基板上の回路を設計 する際に、入力電流の影響を考慮する必要が なくなり、回路設計を容易に行うことができ る。

 また、本実施の形態4に係るアナログスイ ッチ400によれば、オン状態のときに、入力端 子VIN104からの入力電流の流れを抑え、オフ状 態のときに、グランドVSSに電流が放電されな いようにしたことにより、アナログスイッチ 400と同一基板上に配置され、グランド電位が 共通である回路の特性の劣化を抑えることが できる。

 また、本実施の形態4に係るアナログスイ ッチ400によれば、入力端子VIN104からの入力電 流の流れを抑える抑制回路として、電圧ミラ ー回路406を使用することから、入力端子VIN104 にかかる電圧とNMOSトランジスタ101の基板電 との差を小さくして、基板バイアス効果の 響を抑えることができる。

 なお、上記実施の形態1から4では、サン ルホールド回路110a~110dの出力をA/D変換器112 処理する場合について説明したが、サンプ ホールド回路の後段の回路は、A/D変換器に るものではない。サンプルホールド回路110a~ 110dの後段の回路は、A/D変換器以外の回路で 良い。

 また、上記実施の形態1から4では、サン ルホールド回路110a~110dの後段にA/D変換器112 設けられる場合について説明したが、サン ルホールド回路は、A/D変換器内に含まれる 成であっても良い。

 さらに、上記実施の形態1から4では、ス ッチ102、103と、スイッチ107、108をオン,オフ る信号については特に述べなかったが、こ らはアナログスイッチ内のNMOSトランジスタ をオン,オフするスイッチ信号によりオン,オ するようにしてもよく、これとは別に発生 たスイッチ信号によりオン,オフするように してもよい。

 また、上記実施の形態1から4では、アナ グスイッチを含むサンプルホールド回路が ングル構成である場合のみについて説明し いるが、本発明は、差動構成のサンプルホ ルド回路でも同様の効果が得られる。

 以上のように、本発明のアナログスイッ は、オン状態とオフ状態を高い周波数で繰 返す場合においても、基板に流れる入力電 を極めて小さく抑えることができるので、 精度で、高性能が要求される半導体集積回 、例えば、映像機器や携帯機器用の半導体 積回路、及びそれを用いたシステムなどに 適である。

 100、200、300、400、500 アナログスイッチ
 101、501 NMOSトランジスタ
 102、103、502、503 スイッチ
 104、504 入力端子
 105、505 出力端子
 106 ボルテージフォロア回路
 110a、110b、110c、110d、510 サンプルホールド 路
 206、306 ソースフォロア回路
 207、307、408、410 NMOSトランジスタ
 208、308 電流源回路
 309、310、407、409 PMOSトランジスタ
 311 ソースフォロア回路本体
 312 レベルシフト回路
 406 電圧ミラー回路
 Cp1、Cp5 寄生容量
 Cs1 サンプリング容量
 Ichg アナログスイッチ入力電流
 Idchg 寄生容量からの放電電流