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JPH025055B2 - - Google Patents
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JPH025055B2 - - Google Patents

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JPH025055B2
JPH025055B2 JP1035380A JP1035380A JPH025055B2 JP H025055 B2 JPH025055 B2 JP H025055B2 JP 1035380 A JP1035380 A JP 1035380A JP 1035380 A JP1035380 A JP 1035380A JP H025055 B2 JPH025055 B2 JP H025055B2
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field effect
terminal
gate
current
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Kyuichi Haruyama
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Original Assignee
Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/687Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being field-effect transistors

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  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電界効果トランジスタを用いた電流ス
イツチ回路に関するものであり、特に高精度を要
求されるアナログ電流の正確でかつ高速な電流ス
イツチ回路に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a current switch circuit using field effect transistors, and particularly to an accurate and high-speed current switch circuit for analog current that requires high precision.

第1図は差動型電流スイツチ回路の従来例であ
る。2は電流源であり、この電流源2の電流が電
流スイツチ1により制御端子6への制御信号に依
存して出力端子7又は8より出力され、出力状態
にない端子はオフ状態となる。電流スイツチ1は
ソースが共通接続された電界効果トランジスタ
(以下FETと略す)9,10より構成され、ゲー
ト接地FET9のゲートは、電源電圧を用いて所
定の電圧を発生する電圧源3(この電圧源は任意
のバイアス電圧発生回路でかまわない。)この出
力によりバイアスされ、ソース共通接続点は端子
4を介して電流源2の出力へ接続されている。ス
イツチFET10のゲートは制御端子6へ接続さ
れ、ゲート接地FET9のドレインは第1の出力
端子7へ接続され、スイツチFET10のドレイ
ンは第2の出力端子8へ接続されている。この第
2の出力端子8からはFET10のゲート電圧が
大振幅し高精度な出力電流が得られないため通常
電源端子等の任意の電流吸収部へ接続されてい
る。しかしながら特に高精度を必要としない場合
にはこの従来例は端子6に供給されるパルス状の
制御信号に依存して端子7,8から相補的な出力
電流の得られる電流スイツチとして動作する。
FIG. 1 shows a conventional example of a differential current switch circuit. 2 is a current source, and the current of this current source 2 is output from the output terminal 7 or 8 depending on the control signal sent to the control terminal 6 by the current switch 1, and the terminal that is not in the output state is turned off. The current switch 1 is composed of field effect transistors (hereinafter abbreviated as FETs) 9 and 10 whose sources are commonly connected, and the gate of the common gate FET 9 is connected to a voltage source 3 (this voltage (The source may be any bias voltage generating circuit.) It is biased by this output, and the source common connection point is connected to the output of the current source 2 via the terminal 4. The gate of the switch FET 10 is connected to the control terminal 6, the drain of the common gate FET 9 is connected to the first output terminal 7, and the drain of the switch FET 10 is connected to the second output terminal 8. Since the gate voltage of the FET 10 has a large amplitude and a highly accurate output current cannot be obtained from this second output terminal 8, it is normally connected to an arbitrary current absorbing section such as a power supply terminal. However, if particularly high precision is not required, this conventional example operates as a current switch in which complementary output currents are obtained from terminals 7 and 8 depending on a pulsed control signal supplied to terminal 6.

端子6に供給される制御信号のレベルが低く、
FET10がオフしFET9がオンし、出力端子7
から電流出力の得られるスイツチの“閉状態”に
於いて、電流源2はFET9とほぼ等価なFETで
あつてゲートが一定の電圧でバイアスされている
FETで構成されていると仮定すると、当業者に
とつては周知のとおり、その等価回路は第1図B
に示す概略回路で近似する事が出来る。すなわ
ち、FET9は電流源i9と出力インピーダンスr0
の並列回路として表わされ、電流源2は前述のよ
うにFET9とほぼ等価なFETで構成されている
ので、これは電流源i8と出力インピーダンスr0
の並列回路で表わされ、FET9および電流源2
の全体の等価回路はこれら二つの並列回路の直列
接続で示される。
The level of the control signal supplied to terminal 6 is low;
FET10 turns off, FET9 turns on, and output terminal 7
In the "closed state" of the switch where a current output is obtained from
Assuming that it is composed of FETs, the equivalent circuit is shown in Figure 1B, as is well known to those skilled in the art.
It can be approximated by the schematic circuit shown in . That is, FET9 is represented as a parallel circuit of current source i 9 and output impedance r 0 , and current source 2 is composed of a FET that is almost equivalent to FET9 as described above, so this is a parallel circuit with current source i 9 and output impedance r 0. Represented by a parallel circuit with output impedance r 0 , FET 9 and current source 2
The entire equivalent circuit of is shown by the series connection of these two parallel circuits.

ここで、第1図に示した従来例において出力端
子7の電圧V7が△V7だけ変化することによつて
生じる出力電流I7の変化量△I7について考察しよ
う。端子7の電圧が△V7だけ変化すると、端子
4の電圧V4が△V4だけ変化することは明らかで
ある。電圧源3から供給されるFET9のゲート
バイアスは一定であるとすると、端子4の電圧
V4の正の方向への変化はFET9のゲート・ソー
ス間電圧を小さくして電流源i9の電流を少なくす
るように変化させるから、電流源i9の電流は
gm・(−△V4)だけ変化する。出力電流I7の変化
量△I7は、電流源i9と出力インピーダンスr0との
並列回路に流れる電流の変化量と同じであるか
ら、 △I7=(△V7−△V4)/r0+gm・(−△V4)=
(△V7−△V4)/r0−gm・△V4 (1) となる。出力電流の変化量△I7は電流源i8と出力
インピーダンスr0との並列回路に流れる電流の変
化量とも同じになる。電流源2を構成するFET
のゲートバイアスは一定であり、またそのソース
はグランドに供給されているから、電流源i8の電
流は実質的に変化しない。したがつて、電流変化
量△I7は △I7=△V4/r0 (2) とも表わせる。(2)式から△I4を求めてこれを(1)式
に代入すると、 △I7=1/(2+gm・r0)r0・△V7 1/(gm・r0)r0・△V7 (3) となる。すなわち、第1図の従来例では、出力端
子7の電圧が△V7だけ変化すると、出力電流の
変化△I7は1/(gm・r0)r0となる。実験の結果、端 子7の電圧振幅(変動)に対して出力電流の変動
率は0.006%/Vであつた。端子7の電圧振幅を
10Vまで許容した場合の電流I7の変動は0.06%と
なり、10ビツト以上の高精度のD/A変換器へは
この従来回路は適用できない。10ビツトのD/A
変換器では概略0.05%以下までの電流値変動が許
容される。
Let us now consider the amount of change △I 7 in the output current I 7 that occurs when the voltage V 7 at the output terminal 7 changes by △V 7 in the conventional example shown in FIG. It is clear that if the voltage at terminal 7 changes by ΔV 7 , the voltage at terminal 4 V 4 changes by ΔV 4. Assuming that the gate bias of FET9 supplied from voltage source 3 is constant, the voltage at terminal 4 is
A positive change in V 4 causes the gate-source voltage of FET 9 to decrease and the current in current source i 9 to decrease, so the current in current source i 9 is
It changes by gm・(−△V 4 ). The amount of change in the output current I 7 △I 7 is the same as the amount of change in the current flowing in the parallel circuit of the current source i 9 and the output impedance r 0 , so △I 7 = (△V 7 − △V 4 ) /r 0 +gm・(−△V 4 )=
(△V 7 −△V 4 )/r 0 −gm・△V 4 (1). The amount of change in the output current ΔI 7 is also the same as the amount of change in the current flowing through the parallel circuit of the current source i 8 and the output impedance r 0 . FET that constitutes current source 2
Since the gate bias of is constant and its source is connected to ground, the current in current source i 8 does not substantially change. Therefore, the amount of current change △I 7 can also be expressed as △I 7 = △V 4 /r 0 (2). Obtaining △I 4 from equation (2) and substituting it into equation (1), △I 7 = 1/(2+gm・r 0 ) r 0・△V 7 1/(gm・r 0 ) r 0・△V 7 (3). That is, in the conventional example shown in FIG. 1, when the voltage at the output terminal 7 changes by ΔV 7 , the change in output current ΔI 7 becomes 1/(gm·r 0 )r 0 . As a result of the experiment, the fluctuation rate of the output current with respect to the voltage amplitude (fluctuation) at the terminal 7 was 0.006%/V. The voltage amplitude of terminal 7 is
When allowed up to 10V, the variation in current I7 is 0.06%, and this conventional circuit cannot be applied to a high-precision D/A converter of 10 bits or more. 10 bit D/A
The converter allows current value fluctuations of approximately 0.05% or less.

(3)式から、この回路の出力コンダクタンスは △I7/△V7=1/(gm・r0)r0 (4) となり、また出力インピーダンスは、 △V7/△I7=(gm・r0)r0 (5) となる。 From equation (3), the output conductance of this circuit is △I 7 / △V 7 = 1/(gm・r 0 ) r 0 (4), and the output impedance is △V 7 / △I 7 = (gm・r 0 ) r 0 (5).

さらに、この従来例では、電源電圧のほかにこ
の電源電圧から所定のバイアス電圧を発生する電
圧源3としてのバイアス回路を必要とし、このバ
イアス回路は外部から供給される独立の電圧源で
も良いし又集積回路内部に形成されるバイアス電
圧供給回路であつてもかまわないが、いずれにし
ても付加回路手段を必要としている。
Furthermore, this conventional example requires a bias circuit as a voltage source 3 that generates a predetermined bias voltage from the power supply voltage in addition to the power supply voltage, and this bias circuit may be an independent voltage source supplied from the outside. Alternatively, the bias voltage supply circuit may be formed inside the integrated circuit, but in any case, additional circuit means are required.

本発明の目的はスイツチオン状態において電流
出力端子の電圧変動に対する出力電流の変動を抑
えて安定化された出力電流を発生する電流スイツ
チ回路を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a current switch circuit that generates a stabilized output current by suppressing fluctuations in output current due to voltage fluctuations at a current output terminal in a switch-on state.

本発明の他の目的は、付加的なバイアス電圧源
を必要とせずに高性能な電流スイツチ回路を達成
する事にあり、さらに電界効果型トランジスタに
よるモノリシツク集積回路で構成するに適した電
流スイツチ回路を提供することにある。
Another object of the present invention is to achieve a high performance current switch circuit without the need for an additional bias voltage source, and which is suitable for construction in a monolithic integrated circuit using field effect transistors. Our goal is to provide the following.

本発明による電流スイツチ回路は、第1および
第2の電位端子、回路節点、前記第1の電位端子
と前記回路節点との間に接続され定電流を発生す
る定電流源、電流出力端子、前記回路節点と前記
電流出力端子との間に接続された第1の電界効果
トランジスタ、前記第1の電位端子と前記第1の
電界効果トランジスタのゲートとの間に接続され
前記回路節点に接続されたゲートを有する第2の
電界効果トランジスタ、制御信号入力端子、前記
第1の電位端子と前記第1の電界効果トランジス
タのゲートとの間に接続され前記制御信号入力端
子に接続されたゲートを有する第3の電界効果ト
ランジスタであつて、前記制御信号入力端子が第
1の電圧レベルをとるときは導通状態になつて前
記第1の電界効果トランジスタを遮断状態とせし
め前記制御信号入力端子が第2の電圧レベルをと
るときは遮断状態となる第3の電界効果トランジ
スタ、ならびに前記第2の電位端子と前記第1の
電界効果トランジスタのゲートとの間に接続され
前記回路節点に接続されたゲートを有する異なる
導電型の第4のトランジスタか又は前記第2の電
位端子と前記第1の電界効果トランジスタのゲー
トとの間に接続されたデイプレツシヨン型の第4
の電界効果トランジスタを備え、前記制御信号入
力端子が前記第2の電圧レベルをとるときは前記
第2の電界効果トランジスタは前記第4の電界効
果トランジスタとともに前記回路節点を入力とし
前記第1の電界効果トランジスタのゲートに出力
を供給する反転増幅器として働くことを特徴とす
る。
The current switch circuit according to the present invention includes first and second potential terminals, a circuit node, a constant current source connected between the first potential terminal and the circuit node and generating a constant current, a current output terminal, and the a first field effect transistor connected between a circuit node and the current output terminal; a first field effect transistor connected between the first potential terminal and a gate of the first field effect transistor and connected to the circuit node; a second field effect transistor having a gate, a control signal input terminal, a second field effect transistor having a gate connected between the first potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the control signal input terminal; In the field effect transistor of No. 3, when the control signal input terminal assumes a first voltage level, the field effect transistor becomes conductive, causing the first field effect transistor to be cut off, and the control signal input terminal enters a second voltage level. a third field effect transistor that is in a cut-off state when assuming a voltage level; and a gate connected between the second potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the circuit node. a fourth transistor of a different conductivity type or a depletion type fourth transistor connected between the second potential terminal and the gate of the first field effect transistor;
, and when the control signal input terminal assumes the second voltage level, the second field effect transistor and the fourth field effect transistor input the circuit node, and the first field effect transistor It is characterized by acting as an inverting amplifier that supplies the output to the gate of the effect transistor.

上記第2、第3および第4のトランジスタでな
る構成は論理集積回路で通常使用されているゲー
ト回路と等価であるから、そのようなゲート回路
を高精度電流スイツチに使用することができ、大
規模集積回路(LSI)等への適用が容易である。
さらに、この電流スイツチ回路は開状態に於いて
ほぼ理想的なオフ特性が得られ、一方閉状態に於
いては第1のトランジスタと第2および第4のト
ランジスタでなる反転増幅器と帰還ループが作用
して出力電流は安定化され、高精度なモノリシツ
クIC化アナログ回路、例えばデイジタルアナロ
グ変換器の達成を可能としている。
Since the configuration consisting of the second, third, and fourth transistors described above is equivalent to a gate circuit normally used in logic integrated circuits, such a gate circuit can be used in a high-precision current switch, and has a large It is easy to apply to large-scale integrated circuits (LSI), etc.
Furthermore, this current switch circuit has almost ideal off-characteristics in the open state, while in the closed state, the inverting amplifier and feedback loop consisting of the first transistor, second and fourth transistors operate. This stabilizes the output current, making it possible to create highly accurate monolithic IC analog circuits, such as digital-to-analog converters.

以下、本発明を図面により詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be explained in detail with reference to the drawings.

第2図に本発明の一実施例による電流スイツチ
回路を示す。同回路は定電流源2とスイツチ回路
20で構成され、定電流源2は接地と回路20の
節点44との間に接続されている。スイツチ回路
20は相補型MOS(CMOS)構成とされ、上記節
点44のほかに電流出力端子47、制御信号入力
端子46、ならびに第1および第2の電位端子6
2および61を有する。第1の電位端子62は接
地され、第2の電位端子61には電源電圧が与え
られている。電流出力端子47と節点44との間
に第1のNチヤンネルFET21のドレイン24
一ソース22電流路が接続され、FET21のゲ
ート23,31と第1の電位端子62の間に第2
のNチヤンネルFET53が接続さいる。FET5
3のゲート32は節点44(FET21のソース
22)に接続されている。FETのゲート23,
31と第1の電位端子62との間には第3のNチ
ヤンネルFET54も接続され、そのゲート33
は制御信号入力端子6に接続されている。FET
21のゲート23,31と第2の電位端子61と
の間には、回路手段としてのPチヤンネルFET
55,56が直列に接続されており、FET55
のゲートは端子46に、FET56のゲートは節
点44(FET53のゲート32)にそれぞれ接
続されている。
FIG. 2 shows a current switch circuit according to one embodiment of the present invention. The circuit is composed of a constant current source 2 and a switch circuit 20, and the constant current source 2 is connected between the ground and a node 44 of the circuit 20. The switch circuit 20 has a complementary MOS (CMOS) configuration, and in addition to the node 44, it has a current output terminal 47, a control signal input terminal 46, and first and second potential terminals 6.
2 and 61. The first potential terminal 62 is grounded, and the second potential terminal 61 is supplied with a power supply voltage. The drain 24 of the first N-channel FET 21 is connected between the current output terminal 47 and the node 44.
One source 22 current path is connected between the gates 23 and 31 of the FET 21 and the first potential terminal 62.
N-channel FET53 is connected. FET5
The gate 32 of No. 3 is connected to the node 44 (the source 22 of the FET 21). FET gate 23,
A third N-channel FET 54 is also connected between 31 and the first potential terminal 62, and its gate 33
is connected to the control signal input terminal 6. FET
Between the gates 23 and 31 of 21 and the second potential terminal 61, there is a P channel FET as a circuit means.
55 and 56 are connected in series, FET55
The gate of FET 56 is connected to terminal 46, and the gate of FET 56 is connected to node 44 (gate 32 of FET 53).

今、端子46への制御信号が第1の電圧レベル
としての高レベルをとるときは、FET55はオ
フ、FET54はオンとなるから、節点44のレ
ベルのいかんにかかわらずFET21のゲート2
3,31は低レベルとなりFET21はオフとな
る。この結果、電流出力端子47はオフ状態とな
り電流出力は得られない。一方、端子46への制
御信号が第2の電圧レベルとしての低レベルをと
ると、FET55はオン、FET54はオフとなる。
したがつて、FET21のゲート23,31への
レベルは節点44のレベルとFET53,56と
によつて制御される。仮にFET21がカツトオ
フの状態とすると、そのソース22、すなわち節
点44(FET53のゲート32)は低レベルと
なるので、FET56がオン、FET53がオフと
なり、FET23のゲート23,31を高レベル
とする。したがつて、FET21は導通状態とな
り、節点44のレベルが上昇する。このレベル上
昇はFET53,56の働きによつてFET21の
ゲート23,31のレベルを減少させることにな
る。このように、制御信号入力端子46が低レベ
ルのときは、FET53,56は共に導通し、か
つ節点44を入力とし、同入力の電圧変化に応答
してその変化とは反応方向の変化であつてかつそ
の変化を増幅した出力をFET21のゲート23
に出力する反転増幅器として働く。かかる反転増
幅器とFET21との帰還ループによつてFET2
1のゲートはこれを導通させるレベルであつてあ
る一定の電圧レベルに安定化される。したがつ
て、電流出力端子47からは同端子への電圧変化
に対し安定化された定電流を得ることができる。
Now, when the control signal to the terminal 46 takes a high level as the first voltage level, the FET 55 is turned off and the FET 54 is turned on, so regardless of the level of the node 44, the gate 2 of the FET 21 is
3 and 31 are at low level, and FET 21 is turned off. As a result, the current output terminal 47 is turned off and no current output is obtained. On the other hand, when the control signal to the terminal 46 takes a low level as the second voltage level, the FET 55 is turned on and the FET 54 is turned off.
Therefore, the level of FET 21 to gates 23 and 31 is controlled by the level of node 44 and FETs 53 and 56. If the FET 21 is in the cut-off state, its source 22, that is, the node 44 (gate 32 of the FET 53) is at a low level, so the FET 56 is turned on, the FET 53 is turned off, and the gates 23 and 31 of the FET 23 are set at a high level. Therefore, FET 21 becomes conductive, and the level at node 44 rises. This level increase causes the levels of the gates 23 and 31 of the FET 21 to decrease due to the action of the FETs 53 and 56. In this way, when the control signal input terminal 46 is at a low level, both the FETs 53 and 56 are conductive, and the node 44 is used as an input, and in response to a voltage change at the same input, the change is a change in the reaction direction. Then, the output that amplifies the change is sent to the gate 23 of FET 21.
It works as an inverting amplifier that outputs Through the feedback loop between the inverting amplifier and FET21, FET2
The gate of 1 is stabilized at a certain voltage level, which is the level that makes it conductive. Therefore, a constant current can be obtained from the current output terminal 47 that is stabilized against voltage changes to the terminal.

第3図に本発明の他の実施例を示す。第2図と
同一構成部は同じ番号で示してその説明は省略す
る。本実施例では、エンハンスメント・デイプレ
ツシヨン型NMOS(E/D NMOS)構成を用
いている。したがつて、FET21のゲート23,
31と第2の電位端子61との間に設けられる回
路手段はデイプレツシヨンFET57で構成され
ている。また電流源2もデイプレツシヨンFET
50で構成されている。
FIG. 3 shows another embodiment of the invention. Components that are the same as those in FIG. 2 are indicated by the same numbers, and their explanations will be omitted. In this embodiment, an enhancement depletion type NMOS (E/D NMOS) configuration is used. Therefore, the gate 23 of FET21,
The circuit means provided between 31 and the second potential terminal 61 is composed of a depletion FET 57. In addition, current source 2 is also a depression FET.
It consists of 50.

本実施例の回路動作は第2図のものと同等であ
るが、FET57がデイスプレツシヨン型である
ため制御信号入力端子46が高レベルのときも低
レベルのときも第2の電位端子61とFET21
のゲート23,31との間に電流路が形成されて
いるのに対し、第2図の実施例では制御信号入力
端子46が低レベルのときの第2の電位端子61
とFET21のゲート23,31との間に電流路
が形成される。
The circuit operation of this embodiment is the same as that of FIG. 2, but since the FET 57 is of the depression type, the second potential terminal 61 is connected to the control signal input terminal 46 both when the control signal input terminal 46 is at a high level and when it is at a low level. and FET21
In the embodiment shown in FIG. 2, a current path is formed between the gates 23 and 31 of the second potential terminal 61 when the control signal input terminal 46 is at a low level.
A current path is formed between the gates 23 and 31 of the FET 21 and the gates 23 and 31 of the FET 21.

第2図におけるFET53乃至56の回路部分
30はよく知られているようにCMOS構成の
NORゲートそのものであり、また第3図におけ
るFET53,54および57の回路部分も30
もE/D NMOS構成のNORゲートそのもので
ある。したがつて、第2図および第3図の回路
は、第4図Aに示すように、定電流源2とFET
21とNORゲート30とで示すことができる。
端子46が高レベルのときはNORゲート30の
出力は低レベルとなつてFET21を遮断状態と
せしめ、一方、端子46が低レベルのときは
NORゲート30はインバータとみることができ
る。しかしながら、前述したようにデイジタル的
な論理動作のインバータとして作用せずに、反転
増幅器として作用し、FET21のゲート23の
電圧レベルを安定化するのである。
The circuit portion 30 of FETs 53 to 56 in FIG. 2 has a CMOS configuration, as is well known.
This is the NOR gate itself, and the circuit portion of FETs 53, 54 and 57 in Figure 3 is also 30.
is also a NOR gate with an E/D NMOS configuration. Therefore, the circuits of FIGS. 2 and 3 are constructed using the constant current source 2 and the FET as shown in FIG.
21 and a NOR gate 30.
When terminal 46 is at a high level, the output of NOR gate 30 is at a low level, cutting off FET 21, while when terminal 46 is at a low level,
NOR gate 30 can be viewed as an inverter. However, as described above, it does not act as an inverter for digital logic operation, but rather acts as an inverting amplifier to stabilize the voltage level at the gate 23 of the FET 21.

第4図Bに本発明のさらに他の実施例を示す。
本実施例では、Pチヤンネル型のFETを第1の
FET121として用いており、そのソース12
2(節点144)はNANDゲート130の第1
入力132に接続され、ゲート123はNAND
ゲート130の出力131に接続されている。
NANDゲート130の第2の入力133は制御
信号入力端子146に接続されている。端子14
6が低レベルのときはNANDゲート130の出
力は高レベルとなりFET121はカツトオフと
なる。一方、端子146が高レベルのときは
NANDゲート130はその内部のトランジスタ
回路構成から明らかなように、節点144を入力
としFET121のゲート123を出力とする反
転増幅器として作用し、FET121のゲート電
圧を安定化して電流出力端子147に一定の電流
を出力している。
FIG. 4B shows still another embodiment of the present invention.
In this example, a P-channel FET is used as the first
It is used as FET121, and its source 12
2 (node 144) is the first node of the NAND gate 130.
connected to input 132, gate 123 is NAND
It is connected to the output 131 of the gate 130.
A second input 133 of NAND gate 130 is connected to control signal input terminal 146 . terminal 14
6 is at a low level, the output of the NAND gate 130 is at a high level, and the FET 121 is cut off. On the other hand, when terminal 146 is at high level,
As is clear from the internal transistor circuit configuration, the NAND gate 130 acts as an inverting amplifier with the node 144 as an input and the gate 123 of the FET 121 as an output. Outputting current.

以上説明した通り本発明の電流スイツチは路は
制御回路として従来から論理集積回路として実施
されて来た単純な論理ゲートを用いて構成されて
おりモノリシツク集積回路に適した回路手段とな
つており、さらに帰還バイバスされるため、電源
電圧から所定のバイアス電圧をつくり出す付加的
なバイアス回路を必要としない。
As explained above, the current switch of the present invention is constructed using a simple logic gate as a control circuit, which has conventionally been implemented as a logic integrated circuit, and is a circuit means suitable for a monolithic integrated circuit. Furthermore, since feedback bypass is performed, an additional bias circuit for creating a predetermined bias voltage from the power supply voltage is not required.

さらに本発明の大きな特長は、FET21がオ
ン状態に有る時の端子47から本発明の電流スイ
ツチ回路を見込む出力インピーダンスが非常に高
く、前述の従来例に比して約1桁の改善が遂され
ている事である。換言すれば、端子47の電圧変
化に対する出力電流の変化が従来例に比して極め
て小さくなる。すなわち、電流源2が前述と同じ
ようにFET21と同等のFETで構成されている
とすると、FET21が導通状態のときの等価回
路は第1図Bで表わされる。ただし、FET21
のゲートには固定バイアス電圧ではなくて反転増
幅器としてのNORゲート30によつてバイアス
されている。したがつて、反転増幅器のゲインを
−μ(>1)とし、出力端子47の電位変化△V0
にもとづく端子44の電位変化を△V1とすると、
電流源i9の電流変化は(−μ)・gm・(−V1)と
なる。gmはFET21のトランスコンダクタンス
である。したがつて、本発明による回路では、電
位変化△V0による出力電流の変化△I0は、(1)式、
(2)式と同じようにして次式(6),(7)で表わされる。
Furthermore, a major feature of the present invention is that when the FET 21 is in the on state, the output impedance looking into the current switch circuit of the present invention from the terminal 47 is extremely high, which is an improvement of about one order of magnitude compared to the conventional example described above. It is a fact that In other words, the change in the output current with respect to the voltage change at the terminal 47 is extremely small compared to the conventional example. That is, assuming that the current source 2 is constituted by an FET equivalent to the FET 21 as described above, the equivalent circuit when the FET 21 is in a conductive state is shown in FIG. 1B. However, FET21
The gate of is biased not by a fixed bias voltage but by a NOR gate 30 as an inverting amplifier. Therefore, the gain of the inverting amplifier is set to -μ (>1), and the potential change at the output terminal 47 is △V 0
If the potential change at the terminal 44 based on the equation is △V 1 , then
The current change of the current source i9 is (-μ)·gm·( -V1 ). gm is the transconductance of FET21. Therefore, in the circuit according to the present invention, the change in output current △I 0 due to the change in potential △V 0 is expressed by equation (1),
It can be expressed by the following equations (6) and (7) in the same way as equation (2).

△I0=(△V0−△V1)/r0+(−μ)・gm・(−
△V1) (6) △I0=△V1/r0 (7) (7)式から△V1を求めて(6)式に代入すると、 △I0=1/(2−μ・gm・r0)r0・△V0 1/−μ(gm・r0)r0・△V0 (8) となる。すなわち、出力端子47の電圧変化△
V0に対して出力電流の変化△I0は1/μ(gm・
r0)r0となり、(3)式から明らかなように従来回路
に比べ、NORゲート30による反転増幅器の効
果によつて出力電流の変化が非常に小さくなり、
安定化されている。
△I 0 = (△V 0 −△V 1 )/r 0 + (-μ)・gm・(-
△V 1 ) (6) △I 0 = △V 1 /r 0 (7) Calculating △V 1 from equation (7) and substituting it into equation (6), △I 0 = 1/(2−μ・gm・r 0 ) r 0・△V 0 1/−μ(gm・r 0 ) r 0・△V 0 (8). In other words, the voltage change at the output terminal 47 △
The change in output current △I 0 with respect to V 0 is 1/μ (gm・
r 0 ) r 0 , and as is clear from equation (3), the change in output current is extremely small compared to the conventional circuit due to the effect of the inverting amplifier by the NOR gate 30.
It has been stabilized.

(8)式から、この電流スイツチのオン状態での出
力コンダクタンス△I0/△V0および出力インピーダン ス(出力コンダクタンスの逆数)△V0/△I0は、それ ぞれ △I0/△V0=1/−μ・(gm・r0)・r0 (9) △V0/△I0=−μ・(gm・r0)・r0 (10) となる。したがつて、出力インピーダンスは約μ
倍、従来回路よりも改善されている。すなわち、
出力インピーダンスが高いほど電流源は、電流出
力端の電圧変化にかかわらず一定の出力電流を発
生する定電流源特性を示すのであるから、本発明
の回路は電流スイツチオンの状態は定電流特性を
示すように出力電流が安定される。
From equation (8), the output conductance △I 0 /△V 0 and the output impedance (reciprocal of the output conductance) △V 0 /△I 0 in the on state of this current switch are respectively △I 0 /△V 0 = 1/-μ・(gm・r 0 )・r 0 (9) △V 0 /△I 0 = −μ・(gm・r 0 )・r 0 (10). Therefore, the output impedance is approximately μ
It is twice as much improved as the conventional circuit. That is,
The higher the output impedance, the more the current source exhibits constant current source characteristics that generate a constant output current regardless of voltage changes at the current output terminal.The circuit of the present invention exhibits constant current characteristics when the current switch is on. The output current is stabilized.

NORゲート30による反転増幅器のゲインμ
を10倍以上に取る事が容易である。
Gain μ of inverting amplifier by NOR gate 30
It is easy to increase the amount by more than 10 times.

本発明者が行なつた実験に於いては出力電圧
V0の10V振幅に対して出力電流の変動は0.00375
%であり、変動率は0.000375%/Vとなつた。こ
の値は従来例に比して約16倍の改善が遂されてい
る。12ビツトD/A変換器での最少ビツト
(LSB)の値はフルスケール値に対して約0.025%
であり、1LSBに相当する誤差を許したとしても
従来例の出力振幅は約4Vに抑えられるが、本発
明の電流スイツチを用いた場合には約64Vの出力
振幅が許容される。
In experiments conducted by the inventor, the output voltage
Output current variation is 0.00375 for 10V amplitude at V 0
%, and the fluctuation rate was 0.000375%/V. This value has been improved by about 16 times compared to the conventional example. The least bit (LSB) value in a 12-bit D/A converter is approximately 0.025% of the full scale value.
Even if an error equivalent to 1LSB is allowed, the output amplitude in the conventional example is suppressed to about 4V, but when the current switch of the present invention is used, an output amplitude of about 64V is allowed.

第5図は本発明の電流スイツチ回路の他の実施
例であり制御回路は複合AND NOR回路で構成
されている。第1の制御端子241のレベルが高
レベルに有ると第2(242)、第3(246)の
端子のレベルのいかんにかかわらずゲート230
の出力231は低レベルとなり、FET221は
カツトオフする。よつて端子241は禁止入力端
子として動作する。端子241が低レベルで禁止
状態にない場合に第2の端子242のレベルが低
レベルに有ると第3端子246のレベルのいかん
にかかわらずゲート230は端子232を入力、
端子231を出力する反転増幅器として動作し
FET221は帰還バイアスされオン状態となる。
すなわち、端子242は強制駆動入力端子として
動作する。第1の入力端241が低レベルで、第
2の入力端242が高レベルに有る時には第3の
入力端子246のレベルの高低によりFET22
1のオンオフが制御される。よつて端子246は
ビツト入力端子(例えばD/A変換器等へ応用し
た場合)として動作する。
FIG. 5 shows another embodiment of the current switch circuit of the present invention, in which the control circuit is composed of a composite AND NOR circuit. When the level of the first control terminal 241 is at a high level, the gate 230
The output 231 of will be at a low level, and the FET 221 will be cut off. Therefore, the terminal 241 operates as an inhibit input terminal. When the level of the second terminal 242 is low while the level of the terminal 241 is low and there is no inhibition state, the gate 230 inputs the terminal 232 regardless of the level of the third terminal 246.
It operates as an inverting amplifier that outputs terminal 231.
The FET 221 is feedback biased and turned on.
That is, the terminal 242 operates as a forced drive input terminal. When the first input terminal 241 is at a low level and the second input terminal 242 is at a high level, the FET 22
1 is controlled on and off. Therefore, the terminal 246 operates as a bit input terminal (for example, when applied to a D/A converter, etc.).

第6図は相補出力を得るべく構成した本発明の
他の実施例である。制御端子346のレベルが高
レベルに有る場合にはNORゲート330の出力
331は低レベルとなりFET321はカツトオ
フする。一方インバータ325で反転された低レ
ベル信号が端子338に印加されたNORゲート
335は反転増幅器として動作し、FET322
は帰還バイアスされオン状態となり、よつて端子
348が出力状態、端子347がオフ状態とな
る。一方制御端子346のレベルが低レベルに有
る場合にはNORゲート330が反転増幅器とし
て動作し、FET321は帰還バイアスされオン
状態となる。一方インバーター325で反転され
た高レベル信号が端子338に印加されたNOR
ゲート335の出力は低レベルとなりFET32
2はカツトオフし、よつて端子348がオフ状
態、端子347が出力状態となり相補出力動作が
この実施例により可能となる。このように、相補
出力を可能としたこの実施例に於いても外部バイ
アス回路は必要とせず、単純な論理ゲートを用い
た構成となつており、しかも、オン状態に有る端
子から見込む出力インピーダンスは従来例に比し
て容易に1桁以上の改善が可能となつている。
FIG. 6 shows another embodiment of the invention configured to obtain complementary outputs. When the level of the control terminal 346 is at a high level, the output 331 of the NOR gate 330 becomes a low level and the FET 321 is cut off. On the other hand, the NOR gate 335 to which the low level signal inverted by the inverter 325 is applied to the terminal 338 operates as an inverting amplifier, and the FET 325
is feedback biased and becomes an on state, so that the terminal 348 becomes an output state and the terminal 347 becomes an off state. On the other hand, when the level of the control terminal 346 is at a low level, the NOR gate 330 operates as an inverting amplifier, and the FET 321 is feedback biased and turned on. On the other hand, a high level signal inverted by inverter 325 is applied to terminal 338.
The output of gate 335 becomes low level and FET 32
2 is cut off, so that terminal 348 is in the off state and terminal 347 is in the output state, making complementary output operation possible with this embodiment. In this way, even in this embodiment, which enables complementary outputs, no external bias circuit is required, and the configuration uses simple logic gates, and the output impedance expected from the terminals in the on state is Compared to the conventional example, an improvement of more than one order of magnitude is easily possible.

以上説明した通り本発明の電流スイツチ回路は
単純な構成でモノリシツク集積回路に適した構成
となつておりしかも従来のスイツチより高性能と
なつており当技術分野特にアナログ電流スイツチ
回路、A/D,D/A変換回路等の発展に大きく
寄与するものである。
As explained above, the current switch circuit of the present invention has a simple configuration suitable for monolithic integrated circuits, and has higher performance than conventional switches. This will greatly contribute to the development of D/A conversion circuits and the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図A,Bは従来の電流スイツチ回路を示す
図および電流源の等価回路図、第2図は本発明の
一実施例を示す回路図、第3図は本発明の他の実
施例を示す回路図、第4図Aは第2図、第3図の
構成をゲート回路を用いて示した回路図、第4図
Bは本発明のさらに他の実施例であつてゲート回
路を用いて示した回路図、第5図および第6図は
それぞれ本発明のさらに別の実施例であつてゲー
ト回路を用いて示した回路図である。 2……電流源、3……外部バイアス源、20…
…本発明の電流スイツチ。
1A and 1B are diagrams showing a conventional current switch circuit and an equivalent circuit diagram of a current source, FIG. 2 is a circuit diagram showing one embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the present invention. FIG. 4A is a circuit diagram showing the configuration of FIGS. 2 and 3 using a gate circuit, and FIG. 4B is a circuit diagram showing still another embodiment of the present invention using a gate circuit. The illustrated circuit diagrams, FIG. 5 and FIG. 6, are respectively circuit diagrams showing further embodiments of the present invention using gate circuits. 2...Current source, 3...External bias source, 20...
...Current switch of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1および第2の電位端子、回路節点、前記
第1の電位端子と前記回路節点との間に接続され
定電流を発生する定電流源、電流出力端子、前記
回路節点と前記電流出力端子との間に接続された
第1の電界効果トランジスタ、前記第1の電位端
子と前記第1の電界効果トランジスタのゲートと
の間に接続され前記回路節点に接続されたゲート
を有する第2の電界効果トランジスタ、制御信号
入力端子、前記第1の電位端子と前記第1の電界
効果トランジスタのゲートとの間に接続され前記
制御信号入力端子に接続されたゲートを有する第
3の電界効果トランジスタであつて、前記制御信
号入力端子が第1の電圧レベルをとるときは導通
状態になつて前記第1の電界効果トランジスタを
遮断状態とせしめ前記制御信号入力端子が第2の
電圧レベルをとるときは遮断状態となる第3の電
界効果トランジスタ、ならびに前記第2の電位端
子と前記第1の電界効果トランジスタのゲートと
の間に接続され前記回路節点に接続されたゲート
を有するとともに前記第2の電界効果トランジス
タとは反対の導電型を有する第4の電界効果トラ
ンジスタを備え、前記制御信号入力端子が前記第
2の電圧レベルをとるときは前記第2の電界効果
トランジスタは前記第4の電界効果トランジスタ
とともに前記回路節点を入力とし前記第1の電界
効果トランジスタのゲートに出力を供給する反転
増幅器として働くことを特徴とする電流スイツチ
回路。 2 第1および第2の電位端子、回路節点、前記
第1の電位端子と前記回路節点との間に接続され
定電流を発生する定電流源、電流出力端子、前記
回路節点と前記電流出力端子との間に接続された
第1の電界効果トランジスタ、前記第1の電位端
子と前記第1の電界効果トランジスタのゲートと
の間に接続され前記回路節点に接続されたゲート
を有する第2の電界効果トランジスタ、制御信号
入力端子、前記第1の電位端子と前記第1の電界
効果トランジスタのゲートとの間に接続され前記
制御信号入力端子に接続されたゲートを有する第
3の電界効果トランジスタであつて、前記制御信
号入力端子が第1の電圧レベルをとるときは導通
状態になつて前記第1の電界効果トランジスタを
遮断状態とせしめ前記制御信号入力端子が第2の
電圧レベルをとるときは遮断状態となる第3の電
界効果トランジスタ、ならびに前記第2の電位端
子と前記第1の電界効果トランジスタのゲートと
の間に接続されたデイプレツシヨン型の第4の電
界効果トランジスタを備え、前記制御信号入力端
子が前記第2の電圧レベルをとるときは前記第2
の電界効果トランジスタは前記第4の電界効果ト
ランジスタとともに前記回路節点を入力とし前記
第1の電界効果トランジスタのゲートに出力を供
給する反転増幅器として働くことを特徴とする電
流スイツチ回路。
[Scope of Claims] 1. A first and second potential terminal, a circuit node, a constant current source connected between the first potential terminal and the circuit node and generating a constant current, a current output terminal, and the circuit. a first field effect transistor connected between the node and the current output terminal; a gate connected between the first potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the circuit node; a second field effect transistor having a control signal input terminal; a third field effect transistor having a gate connected between the first potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the control signal input terminal; a field effect transistor, wherein when the control signal input terminal assumes a first voltage level, it becomes conductive, causing the first field effect transistor to be cut off; and when the control signal input terminal assumes a second voltage level. a third field effect transistor that is in a cutoff state when taking a level, and a gate connected between the second potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the circuit node; a fourth field effect transistor having a conductivity type opposite to that of the second field effect transistor, and when the control signal input terminal takes the second voltage level, the second field effect transistor 4. A current switch circuit characterized in that it functions as an inverting amplifier which takes the circuit node as an input and supplies an output to the gate of the first field effect transistor together with the fourth field effect transistor. 2 first and second potential terminals, a circuit node, a constant current source that is connected between the first potential terminal and the circuit node and generates a constant current, a current output terminal, the circuit node and the current output terminal a second field effect transistor having a gate connected between the first potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the circuit node; an effect transistor, a third field effect transistor having a control signal input terminal, a gate connected between the first potential terminal and the gate of the first field effect transistor and connected to the control signal input terminal; When the control signal input terminal assumes a first voltage level, the first field effect transistor becomes conductive and is cut off, and when the control signal input terminal assumes a second voltage level, the first field effect transistor is cut off. a fourth field effect transistor of depletion type connected between the second potential terminal and the gate of the first field effect transistor; When the terminal takes the second voltage level, the second
A current switch circuit characterized in that the field effect transistor functions together with the fourth field effect transistor as an inverting amplifier which receives the circuit node as an input and supplies an output to the gate of the first field effect transistor.
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