(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024151119
(43)【公開日】2024-10-24
(54)【発明の名称】半導体装置、および、電子回路
(51)【国際特許分類】
H03K 17/687 20060101AFI20241017BHJP
【FI】
H03K17/687 G
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023064262
(22)【出願日】2023-04-11
(71)【出願人】
【識別番号】000233273
【氏名又は名称】ミネベアパワーデバイス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】山下 史哲
【テーマコード(参考)】
5J055
【Fターム(参考)】
5J055AX02
5J055BX05
5J055DX12
5J055DX13
5J055DX22
5J055GX01
5J055GX02
(57)【要約】
【課題】スイッチを高速動作させる。
【解決手段】高耐圧アナログスイッチ集積回路1は、信号入出力端子121,122の間を導通または非導通とするスイッチ回路12と、電源に接続されてスイッチ回路12を駆動する駆動回路11と、ソース端子が電源の負極性端子に接続され、ドレイン端子が信号入出力端子121に接続され、スイッチ回路12が非導通状態の場合にオンし、スイッチ回路12が導通状態の場合にオフするN型電界効果トランジスタQ1と、を備える。
【選択図】
図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第1、第2の信号入出力端子の間を導通または非導通とするスイッチ回路と、
電源に接続されて前記スイッチ回路を駆動する駆動回路と、
前記スイッチ回路が非導通状態の場合にオンして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを接続し、前記スイッチ回路が導通状態の場合にオフして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを遮断する第1の電界効果トランジスタと、
を備えることを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記第1の電界効果トランジスタは、N型であり、ソース端子が前記電源の負極性端子に接続され、ドレイン端子が前記第1の信号入出力端子に接続され、ゲート端子には前記駆動回路の駆動信号が反転して入力される、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記駆動回路の駆動信号を反転して前記第1の電界効果トランジスタのゲート端子に出力するインバータ、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第1の電界効果トランジスタは、P型であり、ドレイン端子が前記電源の負極性端子に接続され、ソース端子が前記第1の信号入出力端子に接続され、ゲート端子には前記駆動回路の駆動信号が入力される、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記スイッチ回路は、第2及び第3の電界効果トランジスタのソース端子を接続し、前記第2及び前記第3の電界効果トランジスタのドレイン端子をそれぞれ前記第1及び前記第2の信号入出力端子に接続して構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記スイッチ回路の前記第2及び前記第3のN型電界効果トランジスタのソース端子にドレイン端子が接続され、ソース端子が前記電源の負極性端子に接続されている第4のN型電界効果トランジスタ、
を更に備えることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第4のN型電界効果トランジスタは、前記スイッチ回路が前記第1及び前記第2の信号入出力端子の間に電気信号を伝送する場合にオフし、前記スイッチ回路が前記第1及び前記第2の信号入出力端子の間に電気信号を遮断する場合にオンする、
ことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第4のN型電界効果トランジスタのゲート端子には、前記駆動回路の駆動信号が反転して入力される、
ことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
第1、第2の信号入出力端子の間を導通または非導通とするスイッチ回路と、
電源に接続されて前記スイッチ回路を駆動する駆動回路と、
前記スイッチ回路が非導通状態の場合にオンして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを接続し、前記スイッチ回路が導通状態の場合にオフして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを遮断する第1の電界効果トランジスタと、
を備えることを特徴とする電子回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置、および、電子回路に関する。
【背景技術】
【0002】
図4は、従来の超音波診断装置用の高耐圧アナログスイッチ集積回路1Aの回路図である。
高耐圧アナログスイッチ集積回路1Aは、駆動回路11と、スイッチ回路12と、インバータ14と、N型電界効果トランジスタQ4と、ブリーダ抵抗151,152とを備えている。高耐圧アナログスイッチ集積回路1Aは、ロジック回路2などの入力信号に基づいて、スイッチ回路12の導通と非導通とを切り替える。これにより、送信回路3または受信回路4が接続される信号入出力端子122と、超音波振動子6が接続される信号入出力端子121との間の導通と非導通が切り替わる。
【0003】
なお、第2の信号入出力端子である信号入出力端子122と送信回路3との間にはスイッチ31が接続されている。信号入出力端子122と受信回路4との間にはスイッチ41が接続されている。これにより、送信回路3と受信回路4とを選択的に信号入出力端子122に接続可能である。
第1の信号入出力端子である信号入出力端子121には、容量性負荷である超音波振動子6が接続される。
【0004】
駆動回路11には、正極性端子112と負極性端子111とが接続されて動作する。正極性端子112には電源51が接続されており、正電圧が印加される。負極性端子111には電源53が接続されており、負電圧が印加される。
【0005】
ロジック回路2には、電源端子211が接続されて動作する。この電源端子211には電源52が接続されており、正電圧が印加される。駆動回路11には、ロジック回路2からの信号が入力され、この信号に基づきスイッチ回路12に駆動信号を出力して導通と非導通とを切り替える。
【0006】
オフアイソレーション回路のN型電界効果トランジスタQ4のソース端子は、内部の負極性の電源端子に接続され、ドレイン端子はN型電界効果トランジスタQ2,Q3のソース端子に接続される。第4のN型電界効果トランジスタであるN型電界効果トランジスタQ4のゲート端子には、インバータ14で反転した電圧信号が印加されて、スイッチ回路12とは相補的にオンオフを切り替える。
【0007】
高耐圧アナログスイッチ集積回路1Aにはオフアイソレーション回路を必ずしも具備する必要はない。しかし、オフアイソレーション回路において、N型電界効果トランジスタQ2,Q3からなるスイッチ回路12にオフアイソレーション用のN型電界効果トランジスタQ4を接続することで、スイッチ回路12が遮断状態のときに外部から信号入出力端子122,121に入力される信号の遮断性能を向上することができる。
【0008】
高耐圧アナログスイッチ集積回路1Aは、容量性負荷である超音波振動子6の残留電荷を放電する目的で、信号入出力端子121,122とグランド間にブリーダ抵抗151,152を備えている。ブリーダ抵抗151の一端は信号入出力端子121のノードに接続され、他端は端子153を介してグランドに接続される。ブリーダ抵抗152の一端は信号入出力端子121のノードに接続され、他端は端子153を介してグランドに接続される。
【0009】
駆動回路11は、ロジック回路2などの入力信号に基づいて、スイッチ回路12の導通と非導通とを切り替えるための駆動信号を生成する。スイッチ回路12は、N型電界効果トランジスタQ2,Q3のソース端子同士を接続し、N型電界効果トランジスタQ2のドレイン端子を信号入出力端子121に接続し、N型電界効果トランジスタQ3のドレイン端子を信号入出力端子122に接続して構成される。
【0010】
N型電界効果トランジスタQ2,Q3のゲート端子にHレベルの電圧を印加すると、信号入出力端子121,122の間は導通する。これにより、超音波信号の送信時には送信回路3の信号を超音波振動子6に出力し、超音波信号の受信時には超音波振動子6が受信した信号を受信回路4に出力する。
【0011】
N型電界効果トランジスタQ2,Q3のゲート端子にLレベルの電圧を印加すると、信号入出力端子121,122の間は非導通となる。
信号入出力端子121,122の間を信号が通過するときに、ブリーダ抵抗151,152を介してグランドにも信号が通過する。そのため、ブリーダ抵抗151,152の抵抗値が低い場合、超音波振動子6に印加される信号電圧が低下し、超音波エネルギーが減衰する。超音波エネルギーの減衰を抑えるため、ブリーダ抵抗151,152は高抵抗とする必要がある。
【0012】
ブリーダ抵抗151,152の高抵抗化により、容量性負荷である超音波振動子6の残留電荷の放電時間が長くなり、スイッチ回路12のオンオフ周期が制限される。これは、超音波振動子6の残留電荷を放電し切るまでオンできないためである。
特許文献1には、超音波エラストグラフィプローブで使用するための改良されたアナログスイッチが示されている。これにより、熱放散を低減できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0013】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
従来の高耐圧アナログスイッチ集積回路では、容量性負荷の残留電荷放電を目的とした抵抗を信号入出力端子とグランド間に設けている。しかし、抵抗での損失を低減するため高抵抗である必要があり、放電時間が長い。つまり、ブリーダ抵抗は、スイッチのオンオフ周期を制限し、動作速度を制約していた。
そこで、本発明は、スイッチを高速動作させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
前記した課題を解決するため、本発明の半導体装置は、第1、第2の信号入出力端子の間を導通または非導通とするスイッチ回路と、電源に接続されて前記スイッチ回路を駆動する駆動回路と、前記スイッチ回路が非導通状態の場合にオンして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを接続し、前記スイッチ回路が導通状態の場合にオフして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを遮断する第1の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする。
【0016】
本発明の電子回路は、第1、第2の信号入出力端子の間を導通または非導通とするスイッチ回路と、電源に接続されて前記スイッチ回路を駆動する駆動回路と、前記スイッチ回路が非導通状態の場合にオンして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを接続し、前記スイッチ回路が導通状態の場合にオフして前記第1の信号入出力端子と前記電源の負極性端子とを遮断する第1の電界効果トランジスタと、を備えることを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、スイッチを高速動作させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】第1実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路を示す図である。
【
図2】第2実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路を示す図である。
【
図3】第3実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路を示す図である。
【
図4】従来の高耐圧アナログスイッチ集積回路を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
図1は、第1実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路1を示す図である。
高耐圧アナログスイッチ集積回路1は、駆動回路11と、スイッチ回路12と、インバータ14と、N型電界効果トランジスタQ4とを備えている。高耐圧アナログスイッチ集積回路1は、シリコンチップに回路が集積された半導体装置である。
【0020】
高耐圧アナログスイッチ集積回路1には、ロジック回路2などの入力信号に基づいて、スイッチ回路12の導通と非導通とを切り替える。これにより、送信回路3または受信回路4が接続される信号入出力端子122と、超音波振動子6が接続される信号入出力端子121との間の導通と非導通が切り替わる。つまりスイッチ回路12は、第1の信号入出力端子である信号入出力端子121と、第2の信号入出力端子である信号入出力端子122の間を導通または非導通とする。
駆動回路11は、電源51と電源53に接続されてスイッチ回路12を駆動する。
【0021】
更に高耐圧アナログスイッチ集積回路1は、従来回路の課題に対し、
図4に示したブリーダ抵抗を廃してN型電界効果トランジスタQ1を追加している。追加のN型電界効果トランジスタQ1のソース端子は、内部の負極性の電源端子に接続する。N型電界効果トランジスタQ1のドレイン端子は、端子13に接続されている。この端子13を、高耐圧アナログスイッチ集積回路1の外側で信号入出力端子121に接続することで、N型電界効果トランジスタQ1がオンしたときに、超音波振動子6の残留電荷を放電する。追加のN型電界効果トランジスタQ1は、スイッチ回路12が非導通状態の場合にオンし、スイッチ回路12が導通状態の場合にオフする第1の電界効果トランジスタである。N型電界効果トランジスタQ1がオンすると、信号入出力端子121と負極性端子111とを接続する。N型電界効果トランジスタQ1がオフすると、信号入出力端子121と負極性端子111とを遮断する。
【0022】
スイッチ回路12は、第2の電界効果トランジスタであるN型電界効果トランジスタQ2のソース端子と、第3の電界効果トランジスタであるN型電界効果トランジスタQ3のソース端子を接続して構成される。スイッチ回路12は更に、第2の電界効果トランジスタであるN型電界効果トランジスタQ2のドレイン端子を信号入出力端子121に接続し、第3の電界効果トランジスタであるN型電界効果トランジスタQ3のドレイン端子を信号入出力端子122に接続して構成される。
【0023】
N型電界効果トランジスタQ1のゲート端子には、インバータ14の出力信号が入力される。追加のN型電界効果トランジスタQ1は、信号入出力端子121,122の間が導通状態ときにオフし、信号入出力端子121,122の間が非導通状態のときにオンする。これにより、追加のN型電界効果トランジスタQ1は、スイッチ回路12のN型電界効果トランジスタQ2,Q3に対して相補動作する。
【0024】
追加のN型電界効果トランジスタQ1のドレイン端子は、端子13を介して信号入出力端子122に接続されている。信号入出力端子122に容量性負荷である超音波振動子6を接続することで、好適に超音波振動子6の残留電荷を放電できる。
【0025】
送信回路3および受信回路4、ならびに負荷を接続する信号入出力端子121,122と、残留電荷を放電する端子13の間の接続に制限はなく、ユーザが任意に選択可能である。
【0026】
《本提案回路のメリット》
(1)信号入出力端子121,122の間を信号が通過するとき、追加のN型電界効果トランジスタQ1はオフ状態のため、従来のブリーダ抵抗151,152のような信号の通過による信号エネルギーの減衰が生じない。
【0027】
(2)信号エネルギーの減衰が生じないので、追加のN型電界効果トランジスタQ1のオン抵抗は、ブリーダ抵抗151と比較して低くしてよい。これにより、容量性負荷の残留電荷の放電速度が向上し、放電が完了してからスイッチ回路12をオンさせるまでの時間を短くすることができ、スイッチ回路12の高速動作が可能となる。
【0028】
(3)高耐圧アナログスイッチ集積回路1に高抵抗のブリーダ抵抗151,152を形成する必要が無く、製造工程を削減でき、製造コストを低減できる。
【0029】
図2は、第2実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路1Bを示す図である。
高耐圧アナログスイッチ集積回路1は、駆動回路11と、スイッチ回路12と、インバータ14と、P型電界効果トランジスタQ5とを備えている。高耐圧アナログスイッチ集積回路1Bは、シリコンチップに回路が集積された半導体装置である。
【0030】
高耐圧アナログスイッチ集積回路1Bは、従来回路の課題に対し、
図4に示したブリーダ抵抗を廃してP型電界効果トランジスタQ5を追加している。追加のP型電界効果トランジスタQ5のドレイン端子は、内部の負極性の電源端子に接続する。P型電界効果トランジスタQ5のソース端子は、端子13に接続されている。この端子13を、高耐圧アナログスイッチ集積回路1の外側で信号入出力端子121に接続することで、P型電界効果トランジスタQ5がオンしたときに、超音波振動子6の残留電荷を放電する。追加のP型電界効果トランジスタQ5は、スイッチ回路12が非導通状態の場合にオンし、スイッチ回路12が導通状態の場合にオフする第1の電界効果トランジスタである。
【0031】
《本提案回路のメリット》
(1)信号入出力端子121,122の間を信号が通過するとき、追加のP型電界効果トランジスタQ5はオフ状態のため、従来のブリーダ抵抗151,152のような信号の通過による信号エネルギーの減衰が生じない。
【0032】
(2)信号エネルギーの減衰が生じないので、追加のP型電界効果トランジスタQ5のオン抵抗は、ブリーダ抵抗151と比較して低くしてよい。これにより、容量性負荷の残留電荷の放電速度が向上し、放電が完了してからスイッチ回路12をオンさせるまでの時間を短くすることができ、スイッチ回路12の高速動作が可能となる。
【0033】
(3)高耐圧アナログスイッチ集積回路1に高抵抗のブリーダ抵抗151を形成する必要が無く、製造工程を削減でき、製造コストを低減できる。
【0034】
(4)オフアイソレーション回路のN型電界効果トランジスタQ4を省略する場合、第1実施形態のインバータ14が不要となり、製造工程を削減でき、製造コストを低減できる。
【0035】
図3は、第3実施形態の高耐圧アナログスイッチ集積回路1Cを示す図である。
高耐圧アナログスイッチ集積回路1Cは、駆動回路11と、第1の実施形態とは異なるスイッチ回路12aと、インバータ14と、N型電界効果トランジスタQ1,Q4とを備えている。高耐圧アナログスイッチ集積回路1Cは、シリコンチップに回路が集積された半導体装置である。
【0036】
スイッチ回路12aは、第2の電界効果トランジスタであるP型電界効果トランジスタQ6のドレイン端子と、第3の電界効果トランジスタであるP型電界効果トランジスタQ7のドレイン端子を接続して構成される。スイッチ回路12は更に、第2の電界効果トランジスタであるP型電界効果トランジスタQ6のソース端子を信号入出力端子121に接続し、第3の電界効果トランジスタであるP型電界効果トランジスタQ7のソース端子を信号入出力端子122に接続して構成される。このように、アナログスイッチの回路構成は任意のものであってもよく、限定されない。
【0037】
(変形例)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【0038】
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【0039】
1A,1,1B,1C 高耐圧アナログスイッチ集積回路 (半導体装置)
11 駆動回路
111 負極性端子
112 正極性端子
12,12a スイッチ回路
121 信号入出力端子 (第1の信号入出力端子)
122 信号入出力端子 (第2の信号入出力端子)
13 端子
14 インバータ
151 ブリーダ抵抗
152 ブリーダ抵抗
153 端子
2 ロジック回路
211 電源端子
3 送信回路
4 受信回路
51~53 電源
6 超音波振動子
Q1 N型電界効果トランジスタ (第1の電界効果トランジスタ)
Q2 N型電界効果トランジスタ (第2の電界効果トランジスタ)
Q3 N型電界効果トランジスタ (第3の電界効果トランジスタ)
Q4 N型電界効果トランジスタ (第4のN型電界効果トランジスタ)
Q5 P型電界効果トランジスタ (第1の電界効果トランジスタ)
Q6 P型電界効果トランジスタ (第2の電界効果トランジスタ)
Q7 P型電界効果トランジスタ (第3の電界効果トランジスタ)