Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPH0315378B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPH0315378B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0315378B2
JPH0315378B2 JP2996682A JP2996682A JPH0315378B2 JP H0315378 B2 JPH0315378 B2 JP H0315378B2 JP 2996682 A JP2996682 A JP 2996682A JP 2996682 A JP2996682 A JP 2996682A JP H0315378 B2 JPH0315378 B2 JP H0315378B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mos
mos fet
fet
voltage
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP2996682A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS58147234A (en
Inventor
Eiji Masuda
Kenji Matsuo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority to JP2996682A priority Critical patent/JPS58147234A/en
Priority to DE8383101780T priority patent/DE3360366D1/en
Priority to EP83101780A priority patent/EP0088291B1/en
Priority to US06/469,971 priority patent/US4518880A/en
Publication of JPS58147234A publication Critical patent/JPS58147234A/en
Publication of JPH0315378B2 publication Critical patent/JPH0315378B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/14Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • H03K17/145Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature in field-effect transistor switches

Landscapes

  • Electronic Switches (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はアナログ信号を伝達するMOS
FETを用いたMOS FETスイツチ回路に関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 集積化されたアナログ−デイジタル変換回路等
のアナログICの発展に伴い、これらICに内蔵さ
れる電圧比較回路としても高性能のものが要求さ
れる。この電圧比較回路に特に要求される特性と
しては、高速応答性、オフセツトレスおよび高分
解能の3つがあり、これらの特性は相互に関連し
ている。 第1図はMOS FETにより構成されたチヨツ
パ形あるいはオートゼロサンプルドデータ形電圧
比較回路に用いられる、従来の増幅回路の構成図
である。この増幅回路はPチヤネルMOS FET
11とNチヤネルMOS FET12とからなるC
−MOSインバータ13の入力端および出力端間
を、NチヤネルMOS FET14を用いたMOS
FETスイツチ回路15で接続し、さらにC−
MOSインバータ13の入力端側には結合容量1
6を設けるようにしたものである。そして上記容
量16の入力端には入力信号INが供給されるよ
うになつているとともに、C−MOSインバータ
13からは出力信号OUTが出力されるようにな
つている。また、上記MOS FETスイツチ回路
15を構成するNチヤネルMOS FET14のゲ
ート電極には、このMOS FET14をスイツチ
制御するための信号Sが供給されるようになつて
いて、さらにこのMOS FET14のバツクゲー
ト電極にはこの増幅回路に供給される電源電圧
VDD(正極性電圧)、接地電圧VSS(基準電圧)のう
ち一方の電圧VSSが供給されるようになつている。
このような構成でなる増幅回路では、まず、
MOS FET14のゲート電極に供給される制御
信号SがVDDレベルに設定されることによつてこ
のMOS FET14がオンされる。MOS FET
4がオンされることによりC−MOSインバータ
13の入力力端電圧がその回路しきい値電圧に設
定され、これによつてC−MOSインバータ13
の動作点が設定される。次に、信号SがVSSレベ
ルに設定されることによつてMOS FET14か
オフされ、この状態で入力信号INがC−MOSイ
ンバータ13で増幅される。このような増幅回路
は回路構成が簡単であり、しかも集積化するのに
適しているので、基本的な増幅回路ユニツトとし
て広い応用範囲を有している。また、この原理に
基づく電圧比較回路をアナログ−デイジタル変換
回路に応用した例としては、たとえば
「“Monolithic Expandable 6 Bit 20MHz
CMOS/SOS A/D Converter”
ANDREW G.F.DINGALL、IEEE J.Solid−
State Circuit、vol SC−14、926〜932頁、
Dec.1979」を参照されたい。 上記文献に記載されているアナログ−デイジタ
ル変換回路では高速変換特性が要求され、したが
つて最も動作速度が遅い回路部分の一つである前
記第1図に示すような増幅回路の動作速度が問題
となつてくる。すなわち、上記アナログ−デイジ
タル変換回路に高速変換特性を持たせようとする
ならば、前記増幅回路内のMOS FETスイツチ
回路15をオンさせてC−MOSインバータ13
の動作点が安定するまでの時間を短かくする必要
がある。ところが、従来の技術では、前記MOS
FETスイツチ回路15は単にMOS FET14を
トランスフアゲートとして用いているだけなの
で、そのバツクゲート電極には接地電圧VSSが供
給されている。このため、入力信号INの電圧が
高くなると、いわゆるバツクゲートバイアス効果
の影響によつて、MOS FET14のオン抵抗が
高くなり、したがつて、C−MOSインバータ
3が動作点に設定されるまでの時間が長くかかる
という欠点がある。また、MOS FETのしきい
値電圧は製造プロセス上ばらつきを生じるので、
従来技術においてしきい値電圧が絶対値で高い方
にばらつくと、前記MOS FET14のオン抵抗
も高くなり、したがつて、この場合にもC−
MOSインバータ13が動作点に設定されるまで
の時間が長くかかる欠点がある。 ところで上記欠点を排除するための他の従来技
術では、MOS FETスイツチ回路15を構成す
るMOS FET14のオン抵抗を下げるためにそ
のチヤネル幅を増加することが行なわれている。
しかしながら、前記MOS FETスイツチ回路
5を構成するMOS FET14では、ゲート電極
とソース電極およびドレイン電極との間に発生す
る寄生容量を介して、そのソース、ドレイン側に
制御信号Sのフイードスルー現象による漏れが起
こり、これによつてC−MOSインバータ13
入出力端両側にオフセツト電圧を生ぜしめるもの
であるが、MOS FET14のチヤネル幅を増加
すると上記寄生容量の値も増加し、この結果、上
記オフセツト電圧も増加することになる。したが
つて、MOS FET14のチヤネル幅を増加させ
るという従来技術では、チヨツパ形あるいはオー
トゼロサンプルドデータ形電圧比較回路としての
最も重要な特性の一つであるオフセツトレス特性
が損なわれる。したがつて、この種を用途に用い
られる前記MOS FET14のチヤネル軸すなわ
ち素子寸法はできるだけ小さくすることが好まし
い。 一方、前記MOS FET14の素子寸法を最小
にして実際に製造した場合、ゲート電極に供給さ
れる制御信号SのVDDレベルが5Vの時、オン抵抗
は、10KΩないし100KΩに達するのが通常であ
り、特に前記C−MOSインバータ13の動作点
電圧が2.5V程度の場合のオン抵抗は高くなり、
100KΩ近辺にまで達することもまれではない。
したがつて、前記MOS FET14の素子寸法を
最小にすると、動作点設定に要する時間が長くか
かり、高速動作を実現することはできない。さら
に前記したようにMOS FETのしきい値電圧は
製造プロセス上±0.3V程度ばらつき、特にNチ
ヤネルMOS FETの場合にはしきい値電圧が高
い方向にばらつくと、上記オン抵抗はさらに増大
することになる。たとえば、第2図は、チヤネル
幅Wとチヤネル長Lとの比W/Lがマスク上で
6/7のNチヤネルMOS FETのゲート電極に
5.0Vの電圧を供給した場合の、入力電圧(ソー
ス電極あるいはドレイン電極への供給電圧)対オ
ン抵抗の特性図である。第2図において、しきい
値電圧Vth=1.0Vで入力電圧が2.5Vの時のオン抵
抗は約28KΩであり、入力電圧が2.5Vの時にしき
い値電圧がVthが低い方へ0.3Vずれるとオン抵抗
は19KΩ、高い方へ0.3Vずれると65KΩとなる。
すなわち、しきい値電極圧が同じだけばらついた
場合、低い方へばらつくよりも高い方へばらつく
方がオン抵抗の増加の割合が大きいことがわか
る。 〔発明の目的〕 したがつて、この発明の目的は、オン抵抗が低
くかつ、MOS FETのしきい値電圧が製造プロ
セス上ばらついてもオン抵抗を常にほぼ一定値に
近ずけることができるMOS FETスイツチ回路
を提供することにある。 〔発明の概要〕 この発明に係るMOS FETスイツチ回路では、
供給される電源電圧と接地電圧との間の値を持ち
かつMOSスイツチ内のMOS FETのしきい値電
圧に応じた値のバイアス電圧を発生するバイアス
発生回路を設け、このバイアス電圧を上記MOS
スイツチのMOS FETのバツクゲート電極に供
給するようにしたものである。 〔発明の実施例〕 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説
明する。第3図はこの発明の一実施例回路の構成
図であり、前記第1図の従来回路と対応する箇所
には同一符号を付する。図においてPチヤネル
MOS FET11とNチヤネルMOS FET12と
でC−MOSインバータ(反転増幅手段)13
構成し、このインバータ13の入力端および出力
端間をNチヤネルMOS FET(MOSスイツチ)1
4で接続し、さらにC−MOSインバータ13
入力端側には結合容量16を設ける。そして上記
容量16の入力端には入力信号INが供給される
ようになつているとともに、C−MOSインバー
13からは出力信号OUTが出力されるように
なつている。また、上記NチヤネルMOS FET
14のゲート電極には、このMOS FET14を
スイツチ制御するための信号Sが供給されるよう
なつている。さらに上記C−MOSインバータ
3に与えられる電源電圧VDD、接地電圧VSSそれ
ぞれの印加点間にPチヤネルMOS FET21と
NチヤネルMOS FET22のソース・ドレイン
間を直列接続し、両FETのドレイン共通接続点
をバイアス電圧出力端23としてさらにこのバイ
アス電圧出力端23にPチヤネルMOS FET2
1とNチヤネルMOS FET22の両ゲート電極
を接続してバイアス発生回路24を構成する。ま
た、上記バイアス発生回路24のバイアス電圧出
力端23を上記NチヤネルMOS FET14のバ
ツクゲート電極に接続する。 すなわち、第3図に示す実施例回路は、C−
MOSインバータ13の入出力端間をMOSスイツ
チとしてのNチヤネルMOS FET14で接続し、
このMOS FET14のバツクゲート電極にバイ
アス発生回路24からの接地電圧VSS以上のバイ
アス電圧を常に供給するようにしたものである。 上記構成でなる実施例回路において、バイアス
発生回路24はC−MOSインバータの入出力端
間を短絡した如き回路構成となつているため、そ
のバイアス電圧出力端23における電圧は、次の
(1)式で表わせるC−MOSインバータとしての回
路しきい値電圧Vthcに等しい。 ここで、 Vthp:PチヤネルMOS FET21のしきい値
電圧 Vthp:NチヤネルMOS FET22のしきい値
電圧 であり、さらにKp、KNはPチヤネルMOS FET
21およびNチヤネルMOS FET22のドレイ
ン電流IDSの係数で、 Kp=1/2・Wp/Lp・εpx/tpx・μp ……(2) KN=1/2・WN/LN・εpx/tpx・μN ……(3) である。またここで、 Wp、WN:PチヤネルMOS FET21および
NチヤネルMOS FET22の各チヤネルMOS
FET22の各チヤネル幅 Lp、LN:PチヤネルMOS FET21およびN
チヤネルMOS FET22の各チヤネル長 tpx:ゲート絶縁膜の厚さ εpx:ゲート絶縁膜の誘電率 μp、μN:正孔および電子の各実効移動度であ
る。 上記(1)〜(3)式から明らかなように、C−MOS
インバータとしての回路しきい値電圧Vthc、す
なわちバイアス発生回路24のバイアス電圧出力
端23の電圧として、PチヤネルMOS FET2
1およびNチヤネルMOS FET22のチヤネル
幅、チヤネル長の設定によつて、VDDとVSSの間
の値を持つ電圧を得ることができる。すなわち、
MOSスイツチとしてのNチヤネルMOS FET1
4のバツクゲート電極にはVSS以上のバイアス電
圧が供給され、これによつてこのMOS FET1
4の見かけ上のしきい値電圧は従来よりも低下す
ることになり、したがつて、このMOS FET1
4のオン抵抗は従来よりも十分に低い値とするこ
とができる。 ところで、上記MOS FET14のバツクゲー
ト電極に供給される電圧は、オン抵抗のみを考え
れば高ければ高い程好ましく、VDDそのものの値
に設定すればよいが、反面消費電流の点で問題が
生じる。これはMOSスイツチとして用いられる
NチヤネルMOS FET14のバツクゲート電極
とソース電極およびドレイン電極それぞれの間に
は、バツクゲート電極側をP導電型層とするPN
接合が構造上発生し、いまMOS FET14のバ
ツクゲート電極にVDDそのものを供給すると、バ
ツクゲート電極からソース電極あるいはドレイン
電極に向つて流れる電流が常に生じることになつ
て消費電流が極めて大きくなつてしまう。したが
つて、上記NチヤネルMOS FET14のバツク
ゲート電極に供給されるとバイアス電圧は、消費
電流を考慮して、VDDとVDDとの間の値を持つ電
圧に設定する必要がある。 さらに第3図に示す回路を集積化する場合、
MOSスイツチであるNチヤネルMOS FET14
とバイアス発生回路24内のNチヤネルMOS
FET22は同一プロセスで製造されるため、そ
れぞれのしきい値電圧は所定のしきい値電圧に対
して同一方向にばらつく。そこでいま、たとえば
MOS FET14のしきい値電圧が高い方にばら
つき、この結果、そのオン抵抗が所定値よりも高
くなつたとすると、MOSFET22のしきい値電
圧も高い方にばらつき、前記(1)式で表わされるバ
イアス発生回路24からのバイアス電圧は高くな
る。するとMOS FET14の実質的なしきい値
電圧は下げられるため、このMOS FET14の
オン抵抗は下げられる。 一方、上記とは逆に、MOS FET14のしき
い値電圧が低い方にばらつき、そのオン抵抗が所
定値よりも低くなつた場合(増幅回路にとつてオ
ン抵抗が低くなることは好ましいことではある
が)、MOS FET22のしきい値電圧も低い方向
にばらつき、前記(1)式で表わされるバイアス発生
回路24からのバイアス電圧は低くなる。したが
つて、この場合、MOS FET14の実質的なし
きい値電圧は上げられるため、このMOS FET
14のオン抵抗は上げられる。すなわち、バイア
ス発生回路24からのバイアス電圧をMOS
FET14のバツクゲート電極に供給することに
より、MOS FET14のオン抵抗をほぼ常に一
定値に近ずけることができ、特にしきい値電圧が
高くなつた場合のMOS FET14のオン抵抗の
上昇を防止することができる。 第4図は上記実施例回路における、MOS
FET14とバイアス発生回路24の部分の具体
的な素子構造を示す断面図である。図においてN
型の半導体基板101に二つのウエル領域10
2,103が形成され、この一方のウエル領域
102内にはMOS FET14のソース、ドレイ
ンとなる一対のN+が型領域104,105と、
このウエル領域102すなわちMOS FET1
4のバツクゲート電極に対してコンタクトをとる
ための +型領域106が設けられる。さらに他
方のウエル領域103内には、バイアス発生回
24を構成する一方のMOS FET22のソー
ス、ドレインとなる一対のN+型領域107,1
08と、このウエル領域103に対してコンタ
クトをとるための +型領域109が設けられ、
基板101にはバイアス発生回路24を構成する
他方のMOS FET21のソース、ドレインとな
る一対の +型領域110,111が設けられる。
そして、上記一対のN+型領域104,105上
にまたがつてMOS FET14のゲート電極11
2が設けられ、このゲート電極112には信号S
が供給される。また、上記一対のN+型領域10
7,108上にまたがつてMOS FET22のゲ
ート電極113が、一対の +型領域110,1
11上にまたがつてMOS FET21のゲート電
極114がそれぞれ設けられ、この両ゲート電極
113,114は共にバイアス電圧出力端23に
接続される。さらにこの出力端23には前記N+
型領域107、前記 +型領域110が接続され、
出力端23は前記 +型領域106に接続される。
前記 +型領域111は電源電圧VDD印加点に接
続され、前記N+型領域108および前記 +型領
域109は接地電圧VSS印加点に接続される。 第5図は前記第2図に示す特性図の場合と同様
に、MOSスイツチとなるNチヤネルMOS FET
14のチヤネル幅Wとチヤネル長Lとの比W/L
をマスク上で6/7に設定しそのゲート電極に
5.0Vの電圧を供給し、かつバイアス発生回路
4内のPチヤネルMOS FET21W/Lをマス
ク上で6/42に、NチヤネルMOS FET22の
W/Lをマスク上で35/7にそれぞれ設定して
MOS FET14のバツクゲート電極に供給され
るバイアス電圧が約1.2V〜1.5Vとなるようにし
た場合の、入力電圧対オン抵抗の特性図である。
第5図から明らかなように、入力、電圧が2.5V
でかつMOS FET14のしきい値電圧Vthが
0.7V、1.0V、1.3Vの時でそれぞれ15KΩ、18K
Ω、25KΩのオン抵抗値となつている。これらの
値は、前記第2図の場合の19KΩ、28KΩ、65K
Ωに比較して大幅に低減化されていることは著明
である。また、MOS FET14のしきい値電圧
が製造プロセスばらついた場合でも、オン抵抗の
ばらつきは従来に比較して大幅に改善されてい
る。また、この第5図におけるオン抵抗の値は前
記バイアス電圧が1.2V〜1.5Vの場合であるが、
前記バイアス発生回路24内のP、N両チヤネル
のMOS FET21,22の素子寸法の設定を変
更することによつて、たとえば2.0V〜2.5Vに上
昇させることもできる。そして、このバイアス電
圧を高めることによつて、上記MOS FET14
のオン抵抗をさらに低下させることができるとと
もに、しきい値電圧のばらつきに対してもその影
響をより小さくすることができるが、前記したよ
うにこのバイアス電圧の値は消費電流を考慮して
決定されるべきである。 第6図ないし第8図はそれぞれこの発明の他の
実施例を示すものであり、前記バイアス発生回路
24の他の例の構成図である。第6図に示すもの
はVDD印加点とバイアス電圧出力端23との間に
定電流源回路31を接続し、またバイアス電圧出
力端23とVSS印加点との間に抵抗32と前記
MOS FET14と同一チヤネルすなわちNチヤ
ネルのMOS FET33のドレイン、ソース間を
直列接続し、さらにこのMOS FET33のゲー
ト電極をバイアス電圧出力端23に接続するよう
にしたものである。このような構成でなるバイア
ス発生回路では、定電流回路31の出力電流I、
抵抗32の抵抗値RおよびMOS FETの素子寸
法それぞれに応じたVDDとVSSの間の値を持つバ
イアス電圧が出力される。また、この回路におい
て抵抗32が存在しないと仮定し、MOS FET
33のしきい値電圧をVthN33、バイアス電圧を
Voとすると、I、 Vth33、Vo間には次のよう
な比例式が成立する。 I∝K(Vo−Vth332 ……(4) K:比例定数 上記(4)式は、MOS FET33のしきい値電圧
Vth33が高くなるとバイアス電圧Voも高くなり、
これは反対にVth33が低くなるとVoも低くなるこ
とを示している。したがつて、このバイアス発生
回路からのバイアス電圧を用いても、第3図回路
内のバイアス発生回路24の時と同様に、製造プ
ロセス上のしきい値電圧のばらつきに対して
MOS FET14のオン抵抗をほぼ一定値に近ず
けることができる。なお、抵抗32はMOS
FET33のドレイン、ソース間電圧に一定の電
圧を加算せしめたバイアス電圧Voを得るために
設けられている。 第7図に示す回路はVDD印加点とバイアス電圧
出力端23との間に負荷抵抗41を接続し、また
バイアス電圧出力端23とVSS印加点との間に前
記MOS FET14と同一チヤネルの、すなわち
NチヤネルのMOS FET42のドレイン、ソー
ス間を接続し、さらにこのMOS FET42のゲ
ート電極をバイアス電圧出力端23に接続するよ
うにしたものである。このような構成でなるバイ
アス発生回路では、負荷抵抗41の抵抗値と
MOS FET42の素子寸法に応じた、VDDとVSS
との間の値を持つバイアス電圧が出力される。ま
た、この回路において、出力されるバイアス電圧
をVo′、MOS FET42のしきい値電圧をVth42
とするとVo′とVth42との間には次のような比例
式が成立する。 Vo′∝1/K′VthN42 ……(5) K′:比例定数 上記(5)式は、MOS FET42のしきい値電圧
Vth42とバイアス電圧Vo′とが比例していること
を表わすものであり、したがつて、この回路を用
いても、製造プロセツ上のしきい値電圧のばらつ
きに対してMOS FET14のオン抵抗をほぼ一
定値に近ずけることができる。 ところで、上記第6図および第7図に示すバイ
アス発生回路ではいずれかの場合でも、出力され
るバイアス電圧はNチヤネルMOS FET33ま
たは42のしきい値電圧に応じて変化するもので
あつたが、MOS FET14のしきい値電圧のば
らつきを考慮せず、そのオン抵抗か単に低くなれ
ばよいような場合には、第8図に示すようなバイ
アス発生回路も使用可能である。すなわち、第8
図に示す回路は、VDD印加点とVSS印加点との間
に2個の抵抗51,52を直列接続して、その直
列接続点であるバイアス電圧出力端23から上記
2個の抵抗51,52の抵抗比に応じて分割され
た一定バイアス電圧を得るようにしたものであ
る。したがつて、この回路で得られるバイアス電
圧を前記MOS FET14のバツクゲート電極に
供給することにより、MOS FET14のオン抵
抗を従来よりも十分に低い値とすることができ
る。 第9図はこの発明の応用例回路の構成図であ
る。この回路は信号反転増幅用のC−MOSイン
バータ61,62,63それぞれ、これら各イン
バータの入出力端間を短絡して動作点を設定する
ためのNチヤネルMOS FET64,65,66
それぞれおよび結合容量67,68,69それぞ
れからなる増幅回路717273をカスケー
ド接続して、全体として高いゲインを持つ増幅回
路を構成するようにしたものである。また、上記
増幅回路のうち、初段の増幅回路77内のMOS
FET64のバツクゲート電極には、C−MOSイ
ンバータの入出力端間を短絡して構成されるバイ
アス発生回路74からのバイアス電圧Vo1が供給
され、中間段の増幅回路72内のMOS FET6
5のバツクゲート電極には、同じくC−MOSイ
ンバータの入出力端間を短絡して構成されるバイ
アス発生回路75からのバイアス電圧Vo2が供給
され、さらに終段の増幅回路73内のMOS
FET66のバツクゲート電極には、同じくC−
MOSインバータの入出力端間を短絡して構成さ
れるバイアス発生回路76からのバイアス電圧
Vo3が供給される。そして、各C−MOSインバ
ータ61,62,63および各バイアス発生回路
74,75,76に供給される電源電圧VDDがた
とえば5.0Vの場合に、上記バイアス電圧Vo1
Vo2,Vo3として2.0V〜2.5V、1.5V〜2.0V、1.2V
〜1.5Vがそれぞれ得られるように各バイアス発
生回路74,75,76内の素子寸法比が設定さ
れる。なお、MOS FET64,65,66のゲ
ート電極には制御信号Sが供給される。このよう
な構成でなる回路では、入力信号INに近い側の
増幅回路ほど小さい電圧の信号を取り扱うため、
それだけ動作点設定用のMOS FETのオン抵抗
値を小さくして動作速度を高める必要がある。こ
のため、入力信号INに最も近い初段の増幅回路
71内のMOS FET64のバツクゲート電極に
最も高いバイアス電圧を供給するようにして、全
体として高速でしかもオフセツトレス特性を有す
る電圧比較回路が構成可能な増幅回路としてい
る。 なお、この発明は上記実施例に限定されるもの
ではなく、たとえば第3図において、C−MOS
インバータ13の入出力端間を接続するMOSス
イツチはNチヤネルMOS FET14である場合
について説明したが、これはPチヤネルMOS
FETを用いてもよく、Pチヤネルのものを用い
る場合には前記各バイアス発生回路の電源電圧
VDDと接地電圧VSSとの関係を逆にする必要があ
る。また、さらにSOS CMOSプロセスを用いる
ならば、第10図に示すように、MOSスイツチ
としてNチヤネルMOS FET81とPチヤネル
MOS FET82を並列接続したMOSスイツチを
用いることもでき、この場合のバイアス発生回路
としてたとえば入出力端間が短絡されたC−
MOSインバータを用いるならば図示の如き構成
となる。すなわち、NチヤネルMOS FET81
のバツクゲート電極にバイアス電圧を与えるため
のバイアス発生回路83は、VDD印加点とVSS
加点との間にPチヤネルMOS FET84とNチ
ヤネルMOS FET85が直列接続され、かつ両
ゲート電極がそのドレイン共通接続点に接続され
る如き構成となる。他方、PチヤネルMOS
FET82のバツクゲート電極にバイアス電圧を
与えるためのバイアス発生回路86は、VSS印加
点とVDD印加点との間にPチヤネルMOS FET8
7とNチヤネルMOS FET88が直列接続され、
かつ両ゲート電極がそのドレイン共通接続点に接
続される如き構成となる。 前記した実施例または応用例は、いずれの場合
でもこの発明をアナログ−デイジタル変換回路の
電圧比較回路に適用したものであつたが、次にこ
の発明をスイツチド・キヤパシタ積分回路に応用
した例について説明する。 第11図は、従来技術によるスイツチド・キヤ
パシタ積分回路の回路構成図である。すなわち、
この回路はφ1のタイミングでMOS FET201
をオンさせて、入力信号INにより容量202に
電荷を充電し、次にφ2のタイミングでMOS
FET203をオンさせて容量202の放電を行
なう。つまり、二つのMOS FET201,20
3は抵抗素子として働き、この抵抗素子を通つた
信号が容量204および演算増幅器205からな
る回路で積分されるものであり、その詳細な動作
は「J.T.Caves et al;Sampled Analog
Filtering.Using Swithed Caoacitors as
Resistor Equiva lerts、IEEE J of Solid−
State−Circuits、Vol、SC−12、No.6、Dec、
1977、P592〜P599」を参照されたい。 この積分回路において抵抗素子として働く二つ
のMOS FET201,203では、その抵抗が
問題となつてくる。すなわち、一般にオン抵抗が
大きくなると、積分回路の容量比の減少を意味
し、特性が劣化してくる。そこで二つのMOS
FET201,203の素子寸法は大きい程望ま
しいわけであるが、前記電圧比較回路の場合と同
様に、MOS FET特有のゲート・ソース間、ゲ
ート・ドレイン間の寄生容量によるクロツク信号
のフイードスルーによる悪影響があるため、
MOS FET201,203の寸法を小さくせざ
るを得ない。そこで第12図に示すように、上記
従来のスイツチド・キヤパシタ積分回路にこの発
明を応用して、MOS FET201のバツクゲー
ト電極にチヤネルMOS FET206およびN
チヤネルMOS FET207からなるバイアス発
生回路208で得られるバイアス電圧Vg1を供給
し、またMOS FET205のバツクゲート電極
チヤネルMOS FET209およびNチヤネ
ルMOS FET210からなるバイアス発生回路
211で得られるバイアス電圧Vg2を供給するこ
とによつて、MOS FET201,205のオン
抵抗を小さくするようにしたものであり、φ1
φ2の切換期間内に電荷の充放電は完了される。
また、MOS FET201,205の素子寸法は
最小にでき、この結果、フイードスルーの影響は
最小限におさえることが可能となり、高集積化を
実現できる。 〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、オン抵
抗が低く、かつMOS FETのしきい値電圧が製
造プロセス上ばらついてもオン抵抗を常にぼぼ一
定値に近ずけることができるMOS FETスイツ
チ回路を提供することができる。
[Detailed Description of the Invention] [Technical Field of the Invention] This invention relates to a MOS that transmits analog signals.
Regarding MOS FET switch circuit using FET. [Technical background of the invention and its problems] With the development of analog ICs such as integrated analog-to-digital conversion circuits, high performance voltage comparison circuits are required to be built into these ICs. There are three characteristics particularly required of this voltage comparator circuit: high-speed response, offset resistance, and high resolution, and these characteristics are interrelated. FIG. 1 is a configuration diagram of a conventional amplifier circuit used in a chopper-type or auto-zero sampled data-type voltage comparator circuit configured with MOS FETs. This amplifier circuit is a P channel MOS FET
C consisting of 11 and N channel MOS FET12
- A MOS using an N-channel MOS FET 14 is connected between the input terminal and output terminal of the MOS inverter 13 .
Connect with FET switch circuit 15 , and further connect with C-
A coupling capacitor 1 is provided on the input end side of the MOS inverter 13 .
6 is provided. An input signal IN is supplied to the input terminal of the capacitor 16, and an output signal OUT is output from the C-MOS inverter 13. Further, a signal S for controlling the switch of this MOS FET 14 is supplied to the gate electrode of the N-channel MOS FET 14 constituting the MOS FET switch circuit 15, and furthermore, a signal S for controlling the switch of this MOS FET 14 is supplied to the back gate electrode of this MOS FET 14. is the power supply voltage supplied to this amplifier circuit
One of the voltages V DD (positive polarity voltage ) and the ground voltage V SS (reference voltage) is supplied.
In an amplifier circuit with such a configuration, first,
This MOS FET 14 is turned on by setting the control signal S supplied to the gate electrode of the MOS FET 14 to the V DD level. MOS FET 1
4 is turned on, the input terminal voltage of the C-MOS inverter 13 is set to the circuit threshold voltage, and thereby the C-MOS inverter 13
The operating point of is set. Next, the signal S is set to the V SS level to turn off the MOS FET 14, and in this state the input signal IN is amplified by the C-MOS inverter 13 . Since such an amplifier circuit has a simple circuit configuration and is suitable for integration, it has a wide range of applications as a basic amplifier circuit unit. In addition, as an example of applying a voltage comparison circuit based on this principle to an analog-to-digital conversion circuit, for example, “Monolithic Expandable 6 Bit 20MHz
CMOS/SOS A/D Converter”
ANDREW GFDINGALL, IEEE J.Solid−
State Circuit, vol SC-14, pp. 926-932,
Please refer to ``Dec.1979''. The analog-to-digital conversion circuit described in the above document requires high-speed conversion characteristics, and therefore the operating speed of the amplifier circuit shown in FIG. 1, which is one of the circuit parts with the slowest operating speed, is a problem. It's coming. That is, if the analog-to-digital conversion circuit is to have high-speed conversion characteristics, the C-MOS inverter 13 is turned on by turning on the MOS FET switch circuit 15 in the amplifier circuit.
It is necessary to shorten the time it takes for the operating point to stabilize. However, in the conventional technology, the MOS
Since the FET switch circuit 15 simply uses the MOS FET 14 as a transfer gate, the ground voltage V SS is supplied to its back gate electrode. Therefore, when the voltage of the input signal IN increases, the on-resistance of the MOS FET 14 increases due to the influence of the so-called back gate bias effect, and therefore the C-MOS inverter 1
The disadvantage is that it takes a long time to set the operating point. In addition, the threshold voltage of MOS FETs varies due to the manufacturing process, so
In the prior art, when the threshold voltage varies toward a higher absolute value, the on-resistance of the MOS FET 14 also increases, and therefore, in this case as well, C-
There is a drawback that it takes a long time until the MOS inverter 13 is set to the operating point. By the way, in another conventional technique for eliminating the above-mentioned drawbacks, the channel width of the MOS FET 14 constituting the MOS FET switch circuit 15 is increased in order to lower its on-resistance.
However, the MOS FET switch circuit 1
In the MOS FET 14 constituting the MOS FET 5, leakage of the control signal S occurs on the source and drain sides due to the feedthrough phenomenon through the parasitic capacitance generated between the gate electrode and the source and drain electrodes. - An offset voltage is generated on both sides of the input and output terminals of the -MOS inverter 13 , and as the channel width of the MOS FET 14 is increased, the value of the parasitic capacitance is also increased, and as a result, the offset voltage is also increased. Therefore, in the conventional technique of increasing the channel width of the MOS FET 14, the offset stress characteristic, which is one of the most important characteristics of a chopper type or auto-zero sampled data type voltage comparison circuit, is impaired. Therefore, it is preferable that the channel axis, that is, the element size, of the MOS FET 14 used for this type of application be made as small as possible. On the other hand, when the MOS FET 14 is actually manufactured with the element dimensions minimized, the on-resistance typically reaches 10KΩ to 100KΩ when the VDD level of the control signal S supplied to the gate electrode is 5V. In particular, when the operating point voltage of the C-MOS inverter 13 is about 2.5V, the on-resistance becomes high.
It is not uncommon for the resistance to reach around 100KΩ.
Therefore, if the element dimensions of the MOS FET 14 are minimized, it will take a long time to set the operating point, making it impossible to achieve high-speed operation. Furthermore, as mentioned above, the threshold voltage of MOS FETs varies by about ±0.3V due to the manufacturing process, and especially in the case of N-channel MOS FETs, if the threshold voltage varies in the higher direction, the above-mentioned on-resistance will further increase. become. For example, in Figure 2, the gate electrode of an N-channel MOS FET with a ratio W/L of channel width W to channel length L of 6/7 is shown on the mask.
It is a characteristic diagram of input voltage (supply voltage to a source electrode or drain electrode) versus on-resistance when a voltage of 5.0V is supplied. In Figure 2, when the threshold voltage Vth = 1.0V and the input voltage is 2.5V, the on-resistance is approximately 28KΩ, and when the input voltage is 2.5V, the threshold voltage shifts by 0.3V toward the lower Vth. The on-resistance is 19KΩ, and if it is shifted by 0.3V to the higher side, it becomes 65KΩ.
That is, it can be seen that when the threshold electrode pressure varies by the same amount, the on-resistance increases at a higher rate when it varies higher than when it varies lower. [Object of the Invention] Therefore, an object of the present invention is to provide a MOS that has a low on-resistance and can always keep the on-resistance close to a constant value even if the threshold voltage of the MOS FET varies due to the manufacturing process. Our goal is to provide FET switch circuits. [Summary of the invention] In the MOS FET switch circuit according to the present invention,
A bias generation circuit that generates a bias voltage having a value between the supplied power supply voltage and the ground voltage and a value corresponding to the threshold voltage of the MOS FET in the MOS switch is provided, and this bias voltage is applied to the MOS switch.
It is designed to be supplied to the back gate electrode of the switch's MOS FET. [Embodiment of the Invention] An embodiment of the invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 is a block diagram of a circuit according to an embodiment of the present invention, and parts corresponding to those of the conventional circuit shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. In the figure, P channel
MOS FET 11 and N-channel MOS FET 12 constitute a C-MOS inverter (inverting amplification means) 13 , and an N-channel MOS FET (MOS switch) 1 is connected between the input terminal and output terminal of this inverter 13 .
4, and a coupling capacitor 16 is further provided on the input end side of the C-MOS inverter 13 . An input signal IN is supplied to the input terminal of the capacitor 16, and an output signal OUT is output from the C-MOS inverter 13 . In addition, the above N-channel MOS FET
A signal S for controlling the switch of this MOS FET 14 is supplied to the gate electrode of the MOS FET 14. Furthermore, the above C-MOS inverter 1
The sources and drains of P-channel MOS FET 21 and N-channel MOS FET 22 are connected in series between the application points of power supply voltage V DD and ground voltage V SS applied to 3, and the common drain connection point of both FETs is connected to the bias voltage output terminal. As 23, a P channel MOS FET 2 is further connected to this bias voltage output terminal 23.
A bias generation circuit 24 is configured by connecting the gate electrodes of the MOS FET 1 and the N-channel MOS FET 22. Further, the bias voltage output terminal 23 of the bias generation circuit 24 is connected to the back gate electrode of the N-channel MOS FET 14. That is, the embodiment circuit shown in FIG.
Connect the input and output terminals of the MOS inverter 13 with an N-channel MOS FET 14 as a MOS switch,
A bias voltage higher than the ground voltage V SS is always supplied from the bias generation circuit 24 to the back gate electrode of the MOS FET 14. In the embodiment circuit having the above configuration, the bias generation circuit 24 has a circuit configuration in which the input and output terminals of a C-MOS inverter are short-circuited, so that the voltage at the bias voltage output terminal 23 is as follows.
It is equal to the circuit threshold voltage Vthc as a C-MOS inverter expressed by equation (1). Here, Vthp: Threshold voltage of P-channel MOS FET21 Vthp: Threshold voltage of N-channel MOS FET22, and Kp and KN are P-channel MOS FET21 threshold voltages.
Kp = 1/2・Wp/Lp・ε px /t px・μp ……(2) K N = 1/2・W N / L N・ε px /t px・μ N ...(3). Here, Wp, W N :Each channel MOS of P channel MOS FET21 and N channel MOS FET22
Each channel width of FET22 Lp, L N : P channel MOS FET21 and N
Each channel length of the channel MOS FET 22 t px : Thickness of gate insulating film ε px : Dielectric constant μp of gate insulating film, μ N : Effective mobilities of holes and electrons. As is clear from the above equations (1) to (3), C-MOS
As the circuit threshold voltage Vthc as an inverter, that is, the voltage at the bias voltage output terminal 23 of the bias generation circuit 24 , the P channel MOS FET 2
By setting the channel width and channel length of the 1- and N-channel MOS FETs 22, a voltage having a value between V DD and V SS can be obtained. That is,
N-channel MOS FET1 as a MOS switch
A bias voltage higher than V SS is supplied to the back gate electrode of MOS FET 1.
The apparent threshold voltage of MOS FET 1 is lower than that of the conventional one.
The on-resistance of No. 4 can be set to a sufficiently lower value than the conventional one. Incidentally, considering only the on-resistance, the voltage supplied to the back gate electrode of the MOS FET 14 is preferably higher, and may be set to the value of V DD itself, but on the other hand, a problem arises in terms of current consumption. This means that between the back gate electrode and each of the source and drain electrodes of the N-channel MOS FET 14 used as a MOS switch, there is a PN layer with a P conductivity type layer on the back gate electrode side.
A junction occurs due to the structure, and if V DD itself is supplied to the back gate electrode of the MOS FET 14, a current will always flow from the back gate electrode to the source or drain electrode, resulting in extremely large current consumption. Therefore, the bias voltage supplied to the back gate electrode of the N-channel MOS FET 14 needs to be set to a voltage between V DD and V DD in consideration of current consumption. Furthermore, when integrating the circuit shown in Figure 3,
N-channel MOS FET14 which is a MOS switch
and N-channel MOS in the bias generation circuit 24
Since the FETs 22 are manufactured using the same process, their respective threshold voltages vary in the same direction with respect to a predetermined threshold voltage. So now, for example
If the threshold voltage of MOS FET 14 fluctuates toward the higher side, and as a result, its on-resistance becomes higher than a predetermined value, the threshold voltage of MOSFET 22 also fluctuates toward the higher side, and the bias expressed by equation (1) above increases. The bias voltage from generation circuit 24 becomes high. Then, since the actual threshold voltage of the MOS FET 14 is lowered, the on-resistance of the MOS FET 14 is lowered. On the other hand, contrary to the above, if the threshold voltage of the MOS FET 14 varies towards the lower side and its on-resistance becomes lower than a predetermined value (lower on-resistance is a good thing for an amplifier circuit) However, the threshold voltage of the MOS FET 22 also varies in the lower direction, and the bias voltage from the bias generation circuit 24 expressed by the above equation (1) becomes lower. Therefore, in this case, the effective threshold voltage of MOS FET 14 is increased, so this MOS FET
The on-resistance of 14 is increased. That is, the bias voltage from the bias generation circuit 24 is
By supplying it to the back gate electrode of the FET 14, the on-resistance of the MOS FET 14 can almost always be kept close to a constant value, and an increase in the on-resistance of the MOS FET 14 can be prevented especially when the threshold voltage becomes high. Can be done. Figure 4 shows the MOS in the above embodiment circuit.
2 is a cross-sectional view showing a specific element structure of a portion of the FET 14 and the bias generation circuit 24. FIG. In the figure, N
Two P- well regions 10 are formed on a type semiconductor substrate 101.
2 and 103 are formed, and in one of the P well regions 102, a pair of N + type regions 104 and 105 which become the source and drain of the MOS FET 14 are formed.
This P well region 102, that is, MOS FET1
A P + type region 106 is provided for making contact with the back gate electrode of No. 4. Furthermore, in the other P well region 103, a pair of N + type regions 107, 1 which become the source and drain of one MOS FET 22 constituting the bias generation circuit 24 are provided.
08 and a P + type region 109 for making contact with this P well region 103,
A pair of P + -type regions 110 and 111 are provided on the substrate 101 to serve as the source and drain of the other MOS FET 21 constituting the bias generation circuit 24 .
Then, the gate electrode 11 of the MOS FET 14 is placed over the pair of N + type regions 104 and 105.
2 is provided, and this gate electrode 112 is provided with a signal S
is supplied. In addition, the pair of N + type regions 10
The gate electrode 113 of the MOS FET 22 extends over the pair of P + type regions 110,1
A gate electrode 114 of the MOS FET 21 is provided over the MOS FET 11 , and both gate electrodes 113 and 114 are connected to the bias voltage output terminal 23 . Furthermore, this output terminal 23 has the above-mentioned N +
The type region 107 and the P + type region 110 are connected,
The output end 23 is connected to the P + type region 106 .
The P + type region 111 is connected to a power supply voltage V DD application point, and the N + type region 108 and the P + type region 109 are connected to a ground voltage V SS application point. Figure 5 shows an N-channel MOS FET that becomes a MOS switch, similar to the characteristic diagram shown in Figure 2 above.
Ratio W/L of channel width W and channel length L of 14
Set it to 6/7 on the mask and connect it to the gate electrode.
Supplying 5.0V voltage and bias generation circuit 2
Set the W/L of P-channel MOS FET21 in 4 to 6/42 on the mask, and the W/L of N-channel MOS FET22 to 35/7 on the mask.
FIG. 3 is a characteristic diagram of input voltage versus on-resistance when the bias voltage supplied to the back gate electrode of MOS FET 14 is set to be approximately 1.2V to 1.5V.
As is clear from Figure 5, the input voltage is 2.5V
And the threshold voltage Vth of MOS FET14 is
15KΩ and 18K at 0.7V, 1.0V, and 1.3V, respectively
The on-resistance value is 25KΩ. These values are 19KΩ, 28KΩ, and 65K in the case of Figure 2 above.
It is obvious that the resistance is significantly reduced compared to Ω. Further, even when the threshold voltage of the MOS FET 14 varies during the manufacturing process, the variation in on-resistance is significantly improved compared to the conventional method. Also, the on-resistance value in FIG. 5 is when the bias voltage is 1.2V to 1.5V, but
By changing the element dimensions of the P and N channel MOS FETs 21 and 22 in the bias generation circuit 24, the voltage can be increased to, for example, 2.0V to 2.5V. By increasing this bias voltage, the MOS FET 14
In addition to further lowering the on-resistance of the bias voltage, it is also possible to further reduce its influence on variations in the threshold voltage, but as mentioned above, the value of this bias voltage is determined by taking into account the current consumption. It should be. 6 to 8 show other embodiments of the present invention, and are configuration diagrams of other examples of the bias generating circuit 24. In FIG. In the circuit shown in FIG. 6, a constant current source circuit 31 is connected between the V DD application point and the bias voltage output terminal 23, and a resistor 32 and the above-mentioned resistor are connected between the bias voltage output terminal 23 and the V SS application point.
The drain and source of a MOS FET 33 of the same channel as the MOS FET 14, that is, an N channel, are connected in series, and the gate electrode of this MOS FET 33 is further connected to the bias voltage output terminal 23. In the bias generation circuit having such a configuration, the output current I of the constant current circuit 31,
A bias voltage having a value between V DD and V SS is output depending on the resistance value R of the resistor 32 and the element dimensions of the MOS FET. Also, assuming that the resistor 32 does not exist in this circuit, the MOS FET
The threshold voltage of 33 is Vth N33 , and the bias voltage is
Assuming Vo, the following proportional equation holds between I, Vth 33 and Vo. I∝K (Vo−Vth 33 ) 2 ...(4) K: proportionality constant The above formula (4) is the threshold voltage of MOS FET33.
As Vth 33 increases, the bias voltage Vo also increases,
This shows that, on the contrary, when Vth 33 decreases, Vo also decreases. Therefore, even if the bias voltage from this bias generation circuit is used, it will not be affected by variations in threshold voltage due to the manufacturing process, as in the case of the bias generation circuit 24 in the circuit shown in FIG.
The on-resistance of the MOS FET 14 can be kept close to a constant value. Note that the resistor 32 is a MOS
It is provided to obtain a bias voltage Vo, which is a constant voltage added to the voltage between the drain and source of the FET 33. In the circuit shown in FIG. 7, a load resistor 41 is connected between the V DD application point and the bias voltage output terminal 23, and a load resistor 41 on the same channel as the MOS FET 14 is connected between the bias voltage output terminal 23 and the V SS application point. That is, the drain and source of an N-channel MOS FET 42 are connected, and the gate electrode of this MOS FET 42 is connected to the bias voltage output terminal 23. In the bias generation circuit having such a configuration, the resistance value of the load resistor 41 and
V DD and V SS according to the element dimensions of MOS FET42
A bias voltage having a value between is output. In addition, in this circuit, the output bias voltage is Vo′, and the threshold voltage of MOS FET 42 is Vth 42
Then, the following proportional equation holds between Vo′ and Vth 42 . Vo'∝1/K'Vth N42 ...(5) K': Constant of proportionality The above equation (5) is the threshold voltage of MOS FET42.
This shows that Vth 42 and bias voltage Vo' are proportional. Therefore, even if this circuit is used, the on-resistance of MOS FET 14 can be adjusted against variations in threshold voltage due to the manufacturing process. It is possible to approach a nearly constant value. Incidentally, in either case in the bias generation circuit shown in FIGS. 6 and 7, the output bias voltage varies depending on the threshold voltage of the N-channel MOS FET 33 or 42. If the on-resistance of the MOS FET 14 simply needs to be lowered without considering variations in the threshold voltage of the MOS FET 14, a bias generation circuit as shown in FIG. 8 can also be used. That is, the eighth
The circuit shown in the figure connects two resistors 51 and 52 in series between a V DD application point and a V SS application point, and connects the two resistors 51 and 52 from the bias voltage output terminal 23, which is the series connection point. , 52 to obtain a constant bias voltage divided according to the resistance ratio. Therefore, by supplying the bias voltage obtained by this circuit to the back gate electrode of the MOS FET 14, the on-resistance of the MOS FET 14 can be made sufficiently lower than that of the conventional one. FIG. 9 is a configuration diagram of an applied example circuit of the present invention. This circuit consists of C-MOS inverters 61, 62, and 63 for signal inversion and amplification, and N-channel MOS FETs 64, 65, and 66 for shorting the input and output terminals of each of these inverters to set the operating point.
Amplifying circuits 71 , 72 , and 73 each having coupling capacitances 67, 68, and 69 are connected in cascade to form an amplifying circuit having a high gain as a whole. Furthermore, among the above amplifier circuits, the MOS in the first stage amplifier circuit 77
The back gate electrode of the FET 64 is supplied with a bias voltage Vo 1 from a bias generation circuit 74 configured by shorting the input and output terminals of a C-MOS inverter, and the bias voltage Vo 1 in the intermediate stage amplifier circuit 72 is supplied to the back gate electrode of the FET 64.
A bias voltage Vo 2 from a bias generation circuit 75, which is also configured by shorting the input and output terminals of a C-MOS inverter, is supplied to the back gate electrode of No.
The back gate electrode of FET66 also has C-
Bias voltage from the bias generation circuit 76 configured by shorting the input and output terminals of the MOS inverter
Vo 3 is supplied. When the power supply voltage V DD supplied to each C-MOS inverter 61, 62, 63 and each bias generation circuit 74, 75, 76 is, for example, 5.0V, the bias voltage Vo 1 ,
2.0V~2.5V, 1.5V~2.0V, 1.2V as Vo 2 , Vo 3
The element size ratio in each bias generation circuit 74, 75, 76 is set so that a voltage of 1.5V to 1.5V can be obtained. Note that a control signal S is supplied to the gate electrodes of the MOS FETs 64, 65, and 66. In a circuit configured like this, the amplifier circuit closer to the input signal IN handles a signal with a smaller voltage.
Accordingly, it is necessary to reduce the on-resistance value of the MOS FET for setting the operating point and increase the operating speed. Therefore, by supplying the highest bias voltage to the back gate electrode of the MOS FET 64 in the first-stage amplifier circuit 71 that is closest to the input signal IN, the amplifier can construct a voltage comparator circuit that is fast as a whole and has offset characteristics. It is a circuit. Note that the present invention is not limited to the above embodiment; for example, in FIG.
Although we have explained the case where the MOS switch connecting between the input and output terminals of the inverter 13 is an N-channel MOS FET 14, this is a P-channel MOS
FET may be used, and if a P-channel one is used, the power supply voltage of each bias generation circuit is
The relationship between V DD and ground voltage V SS must be reversed. Furthermore, if the SOS CMOS process is used, as shown in Figure 10, an N-channel MOS FET81 and a P-channel MOS FET81 are used as MOS switches.
It is also possible to use a MOS switch in which MOS FETs 82 are connected in parallel, and in this case, the bias generation circuit is, for example, a C-
If a MOS inverter is used, the configuration will be as shown in the figure. In other words, N-channel MOS FET81
The bias generation circuit 83 for applying a bias voltage to the back gate electrode of the transistor has a P channel MOS FET 84 and an N channel MOS FET 85 connected in series between a V DD application point and a V SS application point, and both gate electrodes are connected to their drains. The structure is such that it is connected to a common connection point. On the other hand, P channel MOS
A bias generation circuit 86 for applying a bias voltage to the back gate electrode of the FET 82 connects the P channel MOS FET 8 between the V SS application point and the V DD application point.
7 and N channel MOS FET88 are connected in series,
The structure is such that both gate electrodes are connected to the common drain connection point. In each of the embodiments or application examples described above, the present invention was applied to a voltage comparator circuit of an analog-to-digital converter circuit.Next, an example will be described in which the present invention is applied to a switched capacitor integrating circuit. do. FIG. 11 is a circuit diagram of a switched capacitor integration circuit according to the prior art. That is,
This circuit uses MOS FET201 at the timing of φ1 .
is turned on, the capacitor 202 is charged with the input signal IN, and then the MOS is turned on at the timing of φ2 .
The FET 203 is turned on to discharge the capacitor 202. In other words, two MOS FET201, 20
3 acts as a resistive element, and the signal passing through this resistive element is integrated by a circuit consisting of a capacitor 204 and an operational amplifier 205. Its detailed operation is described in "JTCaves et al; Sampled Analog
Filtering.Using Swithed Caoacitors as
Resistor Equiva lerts, IEEE J of Solid−
State-Circuits, Vol, SC-12, No. 6, Dec.
1977, P592-P599. The resistance of the two MOS FETs 201 and 203, which act as resistance elements in this integrating circuit, becomes a problem. That is, in general, when the on-resistance increases, it means a decrease in the capacitance ratio of the integrating circuit, and the characteristics deteriorate. So two MOS
Although it is desirable that the element dimensions of FETs 201 and 203 be larger, as in the case of the voltage comparison circuit described above, there is an adverse effect due to the feedthrough of the clock signal due to the parasitic capacitance between the gate and source and between the gate and drain, which is unique to MOS FETs. For,
The dimensions of MOS FETs 201 and 203 have to be reduced. Therefore, as shown in FIG. 12, by applying the present invention to the conventional switched capacitor integration circuit, a P channel MOS FET 206 and an N
A bias voltage Vg 1 obtained by a bias generation circuit 208 consisting of a channel MOS FET 207 is supplied, and a bias voltage Vg 2 obtained by a bias generation circuit 211 consisting of a P channel MOS FET 209 and an N channel MOS FET 210 is supplied to the back gate electrode of the MOS FET 205. The on-resistance of MOS FETs 201 and 205 is reduced by supplying φ 1 ,
Charging and discharging of the charge is completed within the switching period of φ2 .
Furthermore, the element dimensions of the MOS FETs 201 and 205 can be minimized, and as a result, the influence of feedthrough can be minimized, and high integration can be achieved. [Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the on-resistance is low, and even if the threshold voltage of the MOS FET varies due to the manufacturing process, the on-resistance can always be kept close to a constant value. We can provide MOS FET switch circuits.

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

第1図は従来の増幅回路の構成図、第2図は
MOS FETをMOSスイツチとして用いた時のそ
の特性図、第3図はこの発明の一実施例の構成
図、第4図はその一部分の素子構造を具体的に示
す断面図、第5図は上記実施例回路内のMOSス
イツチの特性図、第6図ないし第8図はそれぞれ
この発明の他の実施例に係るバイアス発生回路の
構成図、第9図はこの発明の応用例の構成図、第
10図はこの発明の変形例の構成図、第11図は
従来のスイツチド・キヤパシタ積分回路の構成
図、第12図はこの発明をスイツチド・キヤパシ
タ積分回路に応用した応用例の構成図である。 11,21,82,84,87……Pチヤネル
MOS FET、12,14,22,33,42,
64,65,66,81,85,88……Nチヤ
ネルMOS FET、13,61,62,63……
C−MOSインバータ、16,67,68,69
……結合容量、24,74,75,76,83,
86……バイアス発生回路、31……定電流源回
路、32,51,52……抵抗、41……負荷抵
抗。
Figure 1 is a configuration diagram of a conventional amplifier circuit, and Figure 2 is a diagram of a conventional amplifier circuit.
A characteristic diagram when a MOS FET is used as a MOS switch. Figure 3 is a configuration diagram of an embodiment of the present invention. Figure 4 is a cross-sectional view specifically showing the element structure of a part of it. Figure 5 is the above-mentioned diagram. 6 to 8 are respectively diagrams showing the configuration of bias generation circuits according to other embodiments of the present invention. FIG. 9 is a diagram showing the configuration of an application example of the present invention. FIG. 10 is a block diagram of a modified example of the present invention, FIG. 11 is a block diagram of a conventional switched capacitor integrating circuit, and FIG. 12 is a block diagram of an application example in which the present invention is applied to a switched capacitor integrating circuit. 11, 21, 82, 84, 87...P channel
MOS FET, 12, 14, 22, 33, 42,
64, 65, 66, 81, 85, 88...N channel MOS FET, 13, 61, 62, 63...
C-MOS inverter, 16, 67, 68, 69
...coupling capacitance, 24,74,75,76,83,
86... Bias generation circuit, 31... Constant current source circuit, 32, 51, 52... Resistor, 41... Load resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ゲート電極、バツクゲート電極を有する少な
くとも一つのMOS FETからなるMOSスイツチ
と、 上記MOSスイツチ内のMOS FETと同一の基
板内に形成され、上記MOSスイツチ内のMOS
FETと同一チヤネルのMOS FET及びこれとは
逆チヤネルMOS FETからなる相補型MOSイン
バータの入出力端間を短絡して構成され、電源電
圧と基準電圧との間の値を持ちかつ上記MOSス
イツチ内のMOS FETのしきい値電圧に応じた
値のバイアス電圧を発生するバイアス発生手段
と、 上記バイアス電圧を上記MOSスイツチ内の
MOS FETのバツクゲート電極に供給する手段
と を具備したことを特徴とするMOS FETスイツ
チ回路。 2 ゲート電極、バツクゲート電極を有する少な
くとも一つのMOS FETからなるMOSスイツチ
と、 電源電圧印加点または基準電圧印加点とバイア
ス電圧出力端との間に挿入される負荷手段及び上
記MOSスイツチ内のMOS FETと同一の基板内
に形成され、ゲート電極が上記バイアス電圧出力
端に接続されかつ上記バイアス電圧出力端と上記
基準電圧印加点または上記電源電圧印加点との間
に挿入され上記MOSスイツチ内のMOS FETと
同一チヤネルのMOS FETとから構成され、電
源電圧と基準電圧との間の値を持ちかつ上記
MOSスイツチ内のMOS FETのしきい値電圧に
応じた値のバイアス電圧を発生するバイアス発生
手段と、 上記バイアス電圧を上記MOSスイツチ内の
MOS FETのバツクゲート電極に供給する手段
と を具備したことを特徴とするMOS FETスイツ
チ回路。 3 前記負荷手段が定電流発生手段である特許請
求の範囲第2項記載のMOS FETスイツチ回路。 4 前記負荷手段が抵抗である特許請求の範囲第
2項記載のMOS FETスイツチ回路。
[Scope of Claims] 1. A MOS switch consisting of at least one MOS FET having a gate electrode and a back gate electrode, and a MOS switch formed in the same substrate as the MOS FET in the MOS switch, and a MOS switch in the MOS switch.
It is constructed by short-circuiting the input and output terminals of a complementary MOS inverter consisting of a MOS FET on the same channel as the FET and a MOS FET on the opposite channel. a bias generating means for generating a bias voltage of a value corresponding to the threshold voltage of the MOS FET;
1. A MOS FET switch circuit comprising means for supplying a signal to a back gate electrode of a MOS FET. 2. A MOS switch consisting of at least one MOS FET having a gate electrode and a back gate electrode, a load means inserted between a power supply voltage application point or a reference voltage application point and a bias voltage output terminal, and a MOS FET in the MOS switch. The MOS switch is formed in the same substrate as the MOS switch, and has a gate electrode connected to the bias voltage output terminal and inserted between the bias voltage output terminal and the reference voltage application point or the power supply voltage application point. It consists of a FET and a MOS FET on the same channel, and has a value between the power supply voltage and the reference voltage and is above
A bias generating means for generating a bias voltage having a value corresponding to the threshold voltage of the MOS FET in the MOS switch;
1. A MOS FET switch circuit comprising means for supplying a signal to a back gate electrode of a MOS FET. 3. The MOS FET switch circuit according to claim 2, wherein the load means is constant current generating means. 4. The MOS FET switch circuit according to claim 2, wherein the load means is a resistor.
JP2996682A 1982-02-26 1982-02-26 Mosfet switch circuit Granted JPS58147234A (en)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2996682A JPS58147234A (en) 1982-02-26 1982-02-26 Mosfet switch circuit
DE8383101780T DE3360366D1 (en) 1982-02-26 1983-02-23 Mos switch circuit
EP83101780A EP0088291B1 (en) 1982-02-26 1983-02-23 Mos switch circuit
US06/469,971 US4518880A (en) 1982-02-26 1983-02-25 MOS Switch circuit with consistent low on resistance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2996682A JPS58147234A (en) 1982-02-26 1982-02-26 Mosfet switch circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS58147234A JPS58147234A (en) 1983-09-02
JPH0315378B2 true JPH0315378B2 (en) 1991-02-28

Family

ID=12290707

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2996682A Granted JPS58147234A (en) 1982-02-26 1982-02-26 Mosfet switch circuit

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS58147234A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2555046Y2 (en) * 1991-05-30 1997-11-19 関西日本電気株式会社 Output buffer circuit
JP6116149B2 (en) * 2011-08-24 2017-04-19 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS58147234A (en) 1983-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4100502A (en) Class B FET amplifier circuit
US4843265A (en) Temperature compensated monolithic delay circuit
TWI454032B (en) Charging circuit
US4518880A (en) MOS Switch circuit with consistent low on resistance
JPH0347013B2 (en)
JPS603249B2 (en) Complementary comparator/inverter circuit with low power consumption
JPH08316746A (en) Switched-capacitor introduction type device for low-voltage differential amplifier
JPH0520924B2 (en)
JPH0381324B2 (en)
JPH11163647A (en) Switched capacitor circuit
US4940910A (en) Temperature compensated monolithic delay circuit
JPH0315378B2 (en)
US12206429B2 (en) Switched capacitor circuit
JPH10270956A (en) Operational amplifier phase compensation circuit and operational amplifier using the same
JPH0612856B2 (en) Amplifier circuit
JP3047828B2 (en) Comparator circuit
JPH0618306B2 (en) Operational amplifier circuit
JP2858507B2 (en) Semiconductor device
JPS63217718A (en) Logic circuit
JPS61196172A (en) Chopper type comparator
KR0149307B1 (en) Operational amplifier with fast settling time
JP2787867B2 (en) Constant current circuit
CN121012449A (en) Cascaded amplifier circuit module based on complementary parameter amplifier
JPS60213118A (en) Voltage comparation circuit
JPS5935211B2 (en) voltage comparison circuit