(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】P2024174731
(43)【公開日】2024-12-17
(54)【発明の名称】MOSスイッチを備える半導体集積回路
(51)【国際特許分類】
H03K 17/687 20060101AFI20241210BHJP
H03K 17/00 20060101ALI20241210BHJP
H03M 1/08 20060101ALN20241210BHJP
【FI】
H03K17/687 G
H03K17/00 D
H03M1/08 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】13
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023092715
(22)【出願日】2023-06-05
(71)【出願人】
【識別番号】000116024
【氏名又は名称】ローム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105924
【弁理士】
【氏名又は名称】森下 賢樹
(74)【代理人】
【識別番号】100133215
【弁理士】
【氏名又は名称】真家 大樹
(72)【発明者】
【氏名】齊藤 孝一
【テーマコード(参考)】
5J022
5J055
【Fターム(参考)】
5J022AA02
5J022BA02
5J022BA03
5J022CA07
5J022CA10
5J022CE01
5J022CF01
5J055AX25
5J055BX05
5J055CX24
5J055DX22
5J055DX43
5J055DX61
5J055DX72
5J055EY10
5J055EY21
5J055EZ10
5J055EZ24
5J055GX01
5J055GX04
(57)【要約】
【課題】MOSスイッチのクロックフィードスルーの影響を低減する。
【解決手段】MOSスイッチ100は、第1極性の第1メイントランジスタMM1と、両端が第1メイントランジスタMM1の第1端e1と接続された、第1極性の第1ダミートランジスタMD1を備える。スイッチ制御回路110は、第1メイントランジスタMM1のゲートに、制御信号CNTに応じた第1電圧V1を供給し、第1ダミートランジスタMD1のゲートに、第1電圧V1と逆相の第2電圧V2を供給する。スイッチ制御回路110は、第1電圧V1と第2電圧V2のスルーレートを調節可能に構成される。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
MOS(Metal Oxide Semiconductor)スイッチを備え、
前記MOSスイッチは、
第1極性の第1メインMOSトランジスタと、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第1端と接続された、前記第1極性の第1ダミーMOSトランジスタと、
前記第1メインMOSトランジスタのゲートに、制御信号に応じた第1電圧を供給し、前記第1ダミーMOSトランジスタのゲートに、前記第1電圧と逆相の第2電圧を供給し、前記第1電圧と前記第2電圧のスルーレートを調節可能に構成されたスイッチ制御回路と、
を備える、半導体集積回路。
【請求項2】
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第1極性の第2ダミーMOSトランジスタをさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を、前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、請求項1に記載の半導体集積回路。
【請求項3】
前記MOSスイッチは、
前記第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、
前記第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2メインMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第1電圧を前記第3ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、請求項1に記載の半導体集積回路。
【請求項4】
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、
前記第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第1電圧を前記第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、請求項3に記載の半導体集積回路。
【請求項5】
前記MOSスイッチは、
前記第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、
前記第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、
前記第2メインMOSトランジスタのゲートに、前記第2電圧と同相の第3電圧を供給し、前記第3ダミーMOSトランジスタのゲートに、前記第1電圧と同相の第4電圧を供給し、前記第3電圧と前記第4電圧のスルーレートを調節可能に構成される、請求項1に記載の半導体集積回路。
【請求項6】
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、
前記第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第4電圧を前記第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、請求項5に記載の半導体集積回路。
【請求項7】
前記スイッチ制御回路は、
前記制御信号に応じて、相補的な第1制御信号および第2制御信号を生成する論理回路と、
前記第1制御信号にもとづいて前記第1電圧を生成する第1ドライバと、
前記第2制御信号にもとづいて前記第2電圧を生成する第2ドライバと、
を含み、
前記第1ドライバと前記第2ドライバそれぞれの能力が制御可能に構成される、請求項1から6のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項8】
前記第1ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第1インバータ要素を含み、
前記第2ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第2インバータ要素を含む、請求項7に記載の半導体集積回路。
【請求項9】
前記論理回路は、前記第1制御信号と前記第2制御信号を実質的に同時に遷移させる、請求項7に記載の半導体集積回路。
【請求項10】
前記論理回路は、
前記制御信号を受ける入力ノードと、
前記第1制御信号が発生する第1出力ノードと、
前記第2制御信号が発生する第2出力ノードと、
入力が前記入力ノードと接続され、出力が前記第1出力ノードと接続された第1インバータと、
入力が前記入力ノードと接続された第2インバータと、
入力が前記第2インバータの出力と接続され、出力が前記第2出力ノードと接続された第3インバータと、
入力が前記第2出力ノードと接続され、出力が前記第1出力ノードと接続された第4インバータと、
入力が前記第1出力ノードと接続され、出力が前記第2出力ノードと接続された第5インバータと、
を含む、請求項8に記載の半導体集積回路。
【請求項11】
チョッパコンパレータ回路を備え、
前記チョッパコンパレータ回路は、
インバータと、
前記インバータの入力と出力の間に接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、請求項1から6のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項12】
スイッチドキャパシタ回路を備え、
前記スイッチドキャパシタ回路は、
キャパシタと、
前記キャパシタと接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、請求項1から6のいずれかに記載の半導体集積回路。
【請求項13】
サンプルホールド回路を備え、
前記サンプルホールド回路は、
キャパシタと、
前記キャパシタと接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、請求項1から6のいずれかに記載の半導体集積回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、MOS(Metal Oxide Semiconductor Field)スイッチを備える半導体集積回路に関する。
【背景技術】
【0002】
中分解能~高分解能(たとえば8ビット以上)のA/Dコンバータ(ADC:Analog Digital Converter)として、逐次比較型(SAR:Successive Approximation Register)が使用される。SAR-ADCは、入力電圧をサンプルホールドし、それを1回目のしきい値電圧と比較する。そして比較結果に応じて、2回目のしきい値電圧を決定し、再び比較を行う。この動作を繰り返すことにより、バイナリ探索によって、アナログ電圧がデジタル信号に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
SAR-ADCは、サンプルホールド回路や容量性D/Aコンバータ(CDAC)を備え、これらは、キャパシタとスイッチの組み合わせ(スイッチドキャパシタ回路)で構成される。スイッチは、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)を有するMOSスイッチで構成される。MOSスイッチには、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)スイッチ(トランスファゲートともいう)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor)スイッチあるいはPMOSスイッチ(P-channel Metal Oxide Semiconductor)などがある。
【0005】
MOSスイッチは、オンの状態で、両端の電圧が等しくなる。MOSFETは、寄生容量を有しており、ターンオフする際に、クロックフィードスルーやチャージインジェクションによって電荷の移動が発生する。そのため、MOSFETのターンオフによって、MOSスイッチの端子電圧が変化してしまう。クロックフィードスルーの影響は、MOSスイッチの一端が、ハイインピーダンスノードと接続されているときに顕著となる。
【0006】
クロックフィードスルーの影響を低減するために、MOSスイッチにダミースイッチを接続し、誤差電荷をキャンセルする手法が知られている。しかしながら従来のキャンセル手法を適用しても、この誤差電荷をゼロにすることは難しい。また回路素子の特性は、電源電圧依存性や温度依存性を持つため、高精度なオフセットキャンセルには限界がある。
【0007】
本開示は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、MOSスイッチのクロックフィードスルーの影響を低減した半導体集積回路の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示のある態様の半導体集積回路は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)スイッチを備える。MOSスイッチは、第1極性の第1メインMOSトランジスタと、両端が第1メインMOSトランジスタの第1端と接続された、第1極性の第1ダミーMOSトランジスタと、第1メインMOSトランジスタのゲートに、制御信号に応じた第1電圧を供給し、第1ダミーMOSトランジスタのゲートに、第1電圧と逆相の第2電圧を供給し、第1電圧と第2電圧のスルーレートを調節可能に構成されたスイッチ制御回路と、を備える。
【0009】
なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本開示の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【0010】
本開示のある態様によれば、MOSスイッチのクロックフィードスルーの影響を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】
図1は、比較技術に係る半導体集積回路の回路図である。
【
図2】
図2は、
図1のNMOSスイッチの動作を説明する図である。
【
図3】
図3は、実施形態に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図4】
図4は、第1電圧と第2電圧のスルーレートを説明する図である。
【
図6】
図6は、スイッチ制御回路の構成例を示す回路図である。
【
図7】
図7は、変形例1に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図8】
図8は、変形例2に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図9】
図9は、変形例3に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図10】
図10は、変形例4に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図11】
図11は、スイッチ制御回路の構成例を示す回路図である。
【
図12】
図12は、変形例5に係るMOSスイッチの回路図である。
【
図13】
図13は、チョッパコンパレータ回路を備える半導体集積回路の回路図である。
【
図14】
図14は、サンプルホールド回路を備える半導体集積回路の回路図である。
【
図15】
図15は、スイッチドキャパシタ回路を備える半導体集積回路の回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
(実施形態の概要)
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、1つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態(実施例や変形例)または複数の実施形態(実施例や変形例)を指すものとして用いる場合がある。
【0013】
一実施形態に係る半導体集積回路は、MOS(Metal Oxide Semiconductor)スイッチを備える。MOSスイッチは、第1極性の第1メインMOSトランジスタと、両端が第1メインMOSトランジスタの第1端と接続された、第1極性の第1ダミーMOSトランジスタと、第1メインMOSトランジスタのゲートに、制御信号に応じた第1電圧を供給し、第1ダミーMOSトランジスタのゲートに、第1電圧と逆相の第2電圧を供給し、第1電圧と第2電圧のスルーレートを調節可能に構成されたスイッチ制御回路と、を備える。
【0014】
この構成によると、メインMOSトランジスタと第1ダミートランジスタそれぞれに与えるゲート電圧のスルーレート(傾き)を最適化することで、クロックフィードスルーによる電荷移動の影響を低減することができる。
【0015】
一実施形態において、MOSスイッチは、両端が第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、第1極性の第2ダミーMOSトランジスタをさらに備えてもよい。スイッチ制御回路は、第2電圧を、第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給してもよい。
【0016】
一実施形態において、MOSスイッチは、第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、をさらに備えてもよい。スイッチ制御回路は、第2電圧を第2メインMOSトランジスタのゲートに供給し、第1電圧を第3ダミーMOSトランジスタのゲートに供給してもよい。
【0017】
一実施形態において、MOSスイッチは、両端が第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、をさらに備えてもよい。スイッチ制御回路は、第2電圧を第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、第1電圧を第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給してもよい。
【0018】
一実施形態において、MOSスイッチは、第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、をさらに備えてもよい。スイッチ制御回路は、第2メインMOSトランジスタのゲートに、第2電圧と同相の第3電圧を供給し、第3ダミーMOSトランジスタのゲートに、第1電圧と同相の第4電圧を供給し、第3電圧と第4電圧のスルーレートを調節可能に構成されてもよい。
【0019】
一実施形態において、MOSスイッチは、両端が第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、をさらに備えてもよい。スイッチ制御回路は、第2電圧を第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、第4電圧を第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給してもよい。
【0020】
一実施形態において、スイッチ制御回路は、制御信号に応じて、相補的な第1制御信号および第2制御信号を生成する論理回路と、第1制御信号にもとづいて第1電圧を生成する第1ドライバと、第2制御信号にもとづいて第2電圧を生成する第2ドライバと、を含んでもよい。第1ドライバと第2ドライバそれぞれの能力が制御可能に構成されてもよい。
【0021】
一実施形態において、第1ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第1インバータ要素を含んでもよい。第2ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第2インバータ要素を含んでもよい。
【0022】
一実施形態において、論理回路は、第1制御信号と第2制御信号を実質的に同時に遷移させてもよい。
【0023】
一実施形態において、論理回路は、制御信号を受ける入力ノードと、第1制御信号が発生する第1出力ノードと、第2制御信号が発生する第2出力ノードと、入力が入力ノードと接続され、出力が第1出力ノードと接続された第1インバータと、入力が入力ノードと接続された第2インバータと、入力が第2インバータの出力と接続され、出力が第2出力ノードと接続された第3インバータと、入力が第2出力ノードと接続され、出力が第1出力ノードと接続された第4インバータと、入力が第1出力ノードと接続され、出力が第2出力ノードと接続された第5インバータと、を含んでもよい。
【0024】
一実施形態において、半導体集積回路はチョッパコンパレータ回路を備えてもよい。チョッパコンパレータ回路は、インバータと、インバータの入力と出力の間に接続されたスイッチと、を備えてもよい。スイッチは上述のいずれかのMOSスイッチであってもよい。
【0025】
一実施形態において、半導体集積回路はスイッチドキャパシタ回路を備えてもよい。スイッチドキャパシタ回路は、キャパシタと、キャパシタと接続されたスイッチと、を備えてもよい。スイッチは上述のいずれかのMOSスイッチであってもよい。
【0026】
一実施形態において、半導体集積回路はサンプルホールド回路を備えてもよい。サンプルホールド回路は、キャパシタと、キャパシタと接続されたスイッチと、を備えてもよい。スイッチは上述のいずれかのMOSスイッチであってもよい。
【0027】
(実施形態)
本明細書において、「部材Aが、部材Bと接続された状態」とは、部材Aと部材Bが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Aと部材Bが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0028】
同様に、「部材Cが、部材Aと部材Bの間に接続された(設けられた)状態」とは、部材Aと部材C、あるいは部材Bと部材Cが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【0029】
はじめに、MOSスイッチにおけるクロックフィードスルーおよびチャージインジェクションの影響を説明する。
【0030】
図1は、比較技術に係る半導体集積回路10の回路図である。半導体集積回路10は、NMOSスイッチ12、キャパシタC1、ドライバ回路14を含む。NMOSスイッチ12の第1端には、定電圧V
Aが与えられ、低インピーダンスノードとなっている。第2端はキャパシタC1と接続され、ハイインピーダンスノードとなっている。ドライバ回路14は制御信号CNTに応じたゲート電圧Vgを、NMOSスイッチ12のゲートに供給する。
【0031】
図2は、
図1のNMOSスイッチ12の動作を説明する図である。時刻t
0より前において制御信号CNTはローレベルであり、NMOSスイッチ12のゲート電圧Vgは0Vであり、NMOSスイッチ12はオフ状態である。時刻t
0に制御信号CNTがハイレベルに遷移すると、NMOSスイッチ12のゲート電圧VgがV
DDに上昇し、NMOSスイッチ12がターンオンする。NMOSスイッチ12がターンオンすると、NMOSスイッチ12の第2端の電圧V
Bは、第1端の電圧V
Aと等しくなる。
【0032】
時刻t1に制御信号CNTがローレベルに遷移すると、NMOSスイッチ12のゲート電圧Vgが0Vに低下し、NMOSスイッチ12がターンオフする。理想的なスイッチでは、ターンオフ後において、他端の電圧VBは、電圧VAと等しい電圧レベルが維持されるが、実際のNMOSスイッチ12では、クロックフィードスルーによって、電荷移動が発生し、第2端の電圧VBは、電圧VAからずれてしまう。この電圧誤差ΔVは、MOSスイッチを利用するさまざまな回路において問題となる。
【0033】
以上がMOSスイッチで発生する問題である。以下では、かかる問題を解決可能な技術について説明する。
【0034】
図3は、実施形態に係るMOSスイッチ100の回路図である。MOSスイッチ100は、第1メイントランジスタMM1、第1ダミートランジスタMD1およびスイッチ制御回路110を備える。MOSスイッチ100は、半導体集積回路に形成される。ノード102と104が、MOSスイッチ100の入出力である。
【0035】
第1メイントランジスタMM1は、第1極性のMOSFETである。本実施形態において、第1極性はNチャンネルであり、MOSスイッチ100はNMOSスイッチである。第1メイントランジスタMM1の第1端e1はノード104と接続され、第2端e2はノード102と接続される。
【0036】
第1ダミートランジスタMD1は、第1メイントランジスタMM1と同じ第1極性のMOSFETであり、その両端が第1メイントランジスタMM1の第1端e1と接続される。
【0037】
スイッチ制御回路110は、第1メイントランジスタMM1のゲートに、制御信号CNTに応じた第1電圧V1を供給し、第1ダミートランジスタMD1のゲートに、第1電圧V1と逆相の第2電圧V2を供給する。スイッチ制御回路110は、第1電圧V1と第2電圧V2のスルーレートを調節可能に構成される。
【0038】
スイッチ制御回路110は、第1電圧V1を出力する第1ドライバ112と、第2電圧V2を出力する第1ドライバ114と、を含むことができる。第1ドライバ112と第2ドライバ114はそれぞれ、電流供給能力(出力インピーダンス)が可変に構成されている。
【0039】
図4は、第1電圧V1と第2電圧V2のスルーレートを説明する図である。第1ドライバ112の電流供給能力を高くすると、第1電圧V1のスルーレートは大きくなり、反対に、第1ドライバ112の電流供給能力を低くすると、第1電圧V1のスルーレートは小さくなる。第2電圧V2についても同様である。
【0040】
以上がMOSスイッチ100の構成である。続いてその動作を説明する。
【0041】
図5は、
図3のMOSスイッチ100の動作波形図である。
図1と同様に、MOSスイッチ100のノード102に定電圧V
Aが印加され、ノード104がハイインピーダンスノードであるとする。
【0042】
時刻t0より前において制御信号CNTはローレベルであり、第1メイントランジスタMM1のゲート電圧である第1電圧V1は0Vであり、第1メイントランジスタMM1はオフ状態である。第1ダミートランジスタMD1のゲート電圧である第2電圧V2は電源電圧VDDである。
【0043】
時刻t0に制御信号CNTがハイレベルに遷移すると、第1電圧V1がVDDに上昇し、第1メイントランジスタMM1がターンオンする。反対に、第1ダミートランジスタMD1のゲートに供給される第2電圧V2は0Vに遷移する。第1メイントランジスタMM1がオンすることにより、MOSスイッチ100のノード104の電圧VBは、ノード102の電圧VAと等しくなる。
【0044】
時刻t1に制御信号CNTがローレベルに遷移すると、第1電圧V1が0Vに低下し、第1メイントランジスタMM1がターンオフする。このとき、第1メイントランジスタMM1の寄生容量を介して、ノード104の電荷が、第1メイントランジスタMM1のゲートに移動する。
【0045】
一方で、第1ダミートランジスタMD1のゲートに供給される第2電圧V2は0VからVDDに上昇する。したがって、第1ダミートランジスタMD1では、ゲートからノード104に向かって電荷が移動する。
【0046】
ここで、MOSFETにおける寄生容量を介した電荷の移動量は、ゲート電圧のスルーレートの依存性を有している。具体的にはゲート電圧のスルーレートが大きければ、電荷の移動量は多くなり、ゲート電圧のスルーレートが小さければ、電荷の移動量は少なくなる。上述したように実施形態においては、第1電圧V1と第2電圧V2それぞれのスルーレートが調節可能となっている。したがって、第1メイントランジスタMM1において発生する電荷の移動量と、第1ダミートランジスタMD1において発生する電荷の移動量が等しくなるように、第1電圧V1、第2電圧V2のスルーレートそれぞれを最適化することにより、ノード104の電圧の誤差ΔVを0に近づけることができる。
【0047】
ここでは、第1メイントランジスタMM1および第1ダミートランジスタMD1をNチャンネルMOSFETとして説明したが、それらがPチャンネルMOSFETであるPMOSスイッチにも、同様の技術が適用できる。
【0048】
図6は、スイッチ制御回路110の構成例を示す回路図である。スイッチ制御回路110は、第1ドライバ112、第2ドライバ114、論理回路116を含む。論理回路116は、制御信号CNTに応じて、相補的な第1制御信号CNT1および第2制御信号CNT2を生成する。第1ドライバ112は、第1制御信号CNT1に応じた第1電圧V1を生成し、第2ドライバ114は、第2制御信号CNT2に応じた第2電圧V2を生成する。
【0049】
第1ドライバ112は、並列に接続された複数の第1インバータ要素113を含む。複数のインバータ要素113は個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能となっている。
図6の構成例では、各インバータ113の出力にスイッチ115が接続されており、スイッチ115がオンとなると、対応するインバータ113がイネーブル状態となり、スイッチ115がオフとなると、対応するインバータ113がディセーブル状態となる。
【0050】
たとえば複数のインバータ要素113のサイズは、バイナリで重み付けされていてもよいし、等しくてもよい。第1ドライバ112の電流供給能力、すなわち第1電圧V1のスルーレートは、オンであるスイッチ115の個数によって制御される。
【0051】
同様に、第2ドライバ114は、第1ドライバ112と同様に構成され、並列に接続された複数の第2インバータ要素117と、複数のスイッチ119と、を含む。第2ドライバ114の電流供給能力、すなわち第2電圧V2のスルーレートは、オンであるスイッチ119の個数によって制御される。
【0052】
最も簡易には、論理回路116は、1個のインバータINV1のみで構成することができる。ただし、その場合には、第1制御信号CNT1の方が、第2制御信号CNT2に比べて遅れることとなる。
【0053】
図6の論理回路116は、第1制御信号CNT1と第2制御信号CNT2が実質的に同時に遷移するように、すなわち遅延量が等しくなるように構成される。論理回路116は、第1インバータINV1~第5インバータINV5を含む。
【0054】
第1インバータINV1の入力は、入力ノードINと接続され、その出力は第1出力ノードOUT1と接続される。第2インバータINV2の入力は、入力ノードINと接続される。第3インバータINV3の入力は、第2インバータINV2の出力と接続され、その出力は、第2出力ノードOUT2と接続される。第4インバータINV4の入力は、第2出力ノードOUT2と接続され、その出力は第1出力ノードOUT1と接続される。第5インバータINV5の入力は、第1出力ノードOUT1と接続され、その出力は第2出力ノードOUT2と接続される。
【0055】
この構成によれば、第1制御信号CNT1と第2制御信号CNT2それぞれの、制御信号CNTに対する遅延量を揃えることができる。
【0056】
続いてMOSスイッチ100の変形例について説明する。
【0057】
(変形例1)
図7は、変形例1に係るMOSスイッチ100Aの回路図である。MOSスイッチ100Aは、
図3のMOSスイッチ100に加えて、第2ダミートランジスタMD2をさらに備える。第2ダミートランジスタMD2は、第1極性(Nチャンネル)のMOSFETであり、その両端が、第1メイントランジスタMM1の第2端e2、すなわちノード102と接続される。
【0058】
スイッチ制御回路110Aは、第2電圧V2を、第2ダミートランジスタMD2の第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する。この構成によれば、ノード102がハイインピーダンスノードである場合に、ノード102の電圧の変動を抑制できる。
【0059】
(変形例2)
図8は、変形例2に係るMOSスイッチ100Bの回路図である。MOSスイッチ100Bは、CMOSスイッチであり、
図3のMOSスイッチ100に加えて、第2メイントランジスタMM2、第3ダミートランジスタMD3を備える。
【0060】
第2メイントランジスタMM2は、第2極性であるPチャンネルMOSFETであり、第1メイントランジスタMM1と並列に接続されている。
【0061】
第3ダミートランジスタMD3は、第2極性であるPチャンネルMOSFETであり、第1ダミートランジスタMD1と並列に接続される。第3ダミートランジスタMD3も第1ダミートランジスタMD1と同様に両端間が結線される。
【0062】
スイッチ制御回路110Bは、第2電圧V2を第2メイントランジスタMM2のゲートに供給し、第1電圧V1を第3ダミートランジスタMD3のゲートに供給する。
【0063】
(変形例3)
図9は、変形例3に係るMOSスイッチ100Cの回路図である。MOSスイッチ100Cは、
図8のMOSスイッチ100Bに加えて、第2ダミートランジスタMD2および第4ダミートランジスタMD4をさらに備える。
【0064】
スイッチ制御回路110Cは、第2ダミートランジスタMD2のゲートに第2電圧V2を供給し、第4ダミートランジスタMD4のゲートに第1電圧V1を供給する。
【0065】
(変形例4)
図10は、変形例4に係るMOSスイッチ100Dの回路図である。MOSスイッチ100Dは、
図8のMOSスイッチ100Bと同様に、第1メイントランジスタMM1、第2メイントランジスタMM2、第1ダミートランジスタMD1、第3ダミートランジスタMD3を備えるが、スイッチ制御回路110Dの構成が異なっている。
【0066】
スイッチ制御回路110Dは、第1ドライバ112、第2ドライバ114に加えて、第3ドライバ120、第4ドライバ122を含む。スイッチ制御回路110Dは、第2メイントランジスタMM2のゲートに、第2電圧V2と同相の第3電圧V3を供給し、第3ダミートランジスタMD3のゲートに、第1電圧V1と同相の第4電圧V4を供給する。スイッチ制御回路110Dは、第3電圧V3と第4電圧V4のスルーレートを調節可能に構成される。
【0067】
図11は、スイッチ制御回路110Dの構成例を示す回路図である。スイッチ制御回路110Dは、
図6のスイッチ制御回路110に加えて、第3ドライバ120、第4ドライバ122をさらに備える。第3ドライバ120および第4ドライバ122は、第1ドライバ112および第2ドライバ114と同様に構成することができる。
【0068】
(変形例5)
図12は、変形例5に係るMOSスイッチ100Eの回路図である。MOSスイッチ100Eは、
図10のMOSスイッチ100Dと同様に、第2ダミートランジスタMD2および第4ダミートランジスタMD4を追加した構成を有する。
【0069】
スイッチ制御回路110Eは、第2電圧V2を第2ダミートランジスタMD2のゲートに供給し、第4電圧V4を第4ダミートランジスタMD4のゲートに供給する。
【0070】
(用途)
続いてMOSスイッチ(変形例を含む)の用途を説明する。
【0071】
図13は、チョッパコンパレータ回路200を備える半導体集積回路300aの回路図である。チョッパコンパレータ回路200は、インバータ202と、スイッチ204を備える。スイッチ204はインバータ202の入力ノードと出力ノードの間に接続される。チョッパコンパレータ回路200の前段には、キャパシタ302が接続されている。上述のMOSスイッチ100の構成は、スイッチ204に採用することができる。
【0072】
図14は、サンプルホールド回路210を備える半導体集積回路300bの回路図である。サンプルホールド回路210は、キャパシタ212と、スイッチ214を含む。上述のMOSスイッチ100の構成は、スイッチ214に採用することができる。
【0073】
図15は、スイッチドキャパシタ回路220を備える半導体集積回路300cの回路図である。この例では、スイッチドキャパシタ回路220は、容量型D/Aコンバータである。上述のMOSスイッチ100の構成は、スイッチSWに採用することができる。
【0074】
図13~
図15に示したチョッパコンパレータ回路、サンプルホールド回路、スイッチドキャパシタ回路(容量型D/Aコンバータ)はそれぞれ、逐次比較型A/Dコンバータ(SAR-ADC)の構成要素である。上述のMOSスイッチ100をSAR-ADCに用いると、クロックフィードスルーによる誤差電圧を低減できるため、変換精度を向上することができる。
【0075】
(付記)
本明細書には以下の技術が開示される。
【0076】
(項目1)
MOS(Metal Oxide Semiconductor)スイッチを備え、
前記MOSスイッチは、
第1極性の第1メインMOSトランジスタと、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第1端と接続された、前記第1極性の第1ダミーMOSトランジスタと、
前記第1メインMOSトランジスタのゲートに、制御信号に応じた第1電圧を供給し、前記第1ダミーMOSトランジスタのゲートに、前記第1電圧と逆相の第2電圧を供給し、前記第1電圧と前記第2電圧のスルーレートを調節可能に構成されたスイッチ制御回路と、
を備える、半導体集積回路。
【0077】
(項目2)
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第1極性の第2ダミーMOSトランジスタをさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を、前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、項目1に記載の半導体集積回路。
【0078】
(項目3)
前記MOSスイッチは、
前記第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、
前記第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2メインMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第1電圧を前記第3ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、項目1に記載の半導体集積回路。
【0079】
(項目4)
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、
前記第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第1電圧を前記第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、項目3に記載の半導体集積回路。
【0080】
(項目5)
前記MOSスイッチは、
前記第1メインMOSトランジスタと並列に接続された第2極性の第2メインMOSトランジスタと、
前記第1ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第3ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、
前記第2メインMOSトランジスタのゲートに、前記第2電圧と同相の第3電圧を供給し、前記第3ダミーMOSトランジスタのゲートに、前記第1電圧と同相の第4電圧を供給し、前記第3電圧と前記第4電圧のスルーレートを調節可能に構成される、項目1に記載の半導体集積回路。
【0081】
(項目6)
前記MOSスイッチは、
両端が前記第1メインMOSトランジスタの第2端と接続された、前記第2極性の第2ダミーMOSトランジスタと、
前記第2ダミーMOSトランジスタと並列に接続された前記第2極性の第4ダミーMOSトランジスタと、
をさらに備え、
前記スイッチ制御回路は、前記第2電圧を前記第2ダミーMOSトランジスタのゲートに供給し、前記第4電圧を前記第4ダミーMOSトランジスタのゲートに供給する、項目5に記載の半導体集積回路。
【0082】
(項目7)
前記スイッチ制御回路は、
前記制御信号に応じて、相補的な第1制御信号および第2制御信号を生成する論理回路と、
前記第1制御信号にもとづいて前記第1電圧を生成する第1ドライバと、
前記第2制御信号にもとづいて前記第2電圧を生成する第2ドライバと、
を含み、
前記第1ドライバと前記第2ドライバそれぞれの能力が制御可能に構成される、項目1から6のいずれかに記載の半導体集積回路。
【0083】
(項目8)
前記第1ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第1インバータ要素を含み、
前記第2ドライバは、並列に接続され、個別にイネーブル、ディセーブルが切り替え可能な複数の第2インバータ要素を含む、項目7に記載の半導体集積回路。
【0084】
(項目9)
前記論理回路は、前記第1制御信号と前記第2制御信号を実質的に同時に遷移させる、項目7または8に記載の半導体集積回路。
【0085】
(項目10)
前記論理回路は、
前記制御信号を受ける入力ノードと、
前記第1制御信号が発生する第1出力ノードと、
前記第2制御信号が発生する第2出力ノードと、
入力が前記入力ノードと接続され、出力が前記第1出力ノードと接続された第1インバータと、
入力が前記入力ノードと接続された第2インバータと、
入力が前記第2インバータの出力と接続され、出力が前記第2出力ノードと接続された第3インバータと、
入力が前記第2出力ノードと接続され、出力が前記第1出力ノードと接続された第4インバータと、
入力が前記第1出力ノードと接続され、出力が前記第2出力ノードと接続された第5インバータと、
を含む、項目8または9に記載の半導体集積回路。
【0086】
(項目11)
チョッパコンパレータ回路を備え、
前記チョッパコンパレータ回路は、
インバータと、
前記インバータの入力と出力の間に接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、項目1から10のいずれかに記載の半導体集積回路。
【0087】
(項目12)
スイッチドキャパシタ回路を備え、
前記スイッチドキャパシタ回路は、
キャパシタと、
前記キャパシタと接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、項目1から10のいずれかに記載の半導体集積回路。
【0088】
(項目13)
サンプルホールド回路を備え、
前記サンプルホールド回路は、
キャパシタと、
前記キャパシタと接続されたスイッチと、
を備え、
前記スイッチは前記MOSスイッチである、項目1から10のいずれかに記載の半導体集積回路。
【符号の説明】
【0089】
100 MOSスイッチ
MM1 第1メイントランジスタ
MM2 第2メイントランジスタ
MD1 第1ダミートランジスタ
MD2 第2ダミートランジスタ
MD3 第3ダミートランジスタ
MD4 第4ダミートランジスタ
V1 第1電圧
V2 第2電圧
V3 第3電圧
V4 第4電圧
110 スイッチ制御回路
112 第1ドライバ
114 第2ドライバ
116 論理回路