模拟多路复用器及其选择信号生成方法

专利名称：模拟多路复用器及其选择信号生成方法
技术领域：
本发明涉及一种多路复用器，其根据控制信号选择和输出多个输 入信号中的一个。具体而言，本发明涉及一种模拟多路复用器，其在 宽带中选择模拟输入信号中的一个。
背景技术：
电视机具有若干模拟视频输入端子以及从接收到的诸如从调谐器
的输出、从DVD播放器的输出以及从个人计算机(PC)的输出的模拟 视频输入信号中进行选择的功能，以便其能够选择该若干输入信号之 一，并且根据所选择的信号显示图像。模拟多路复用器用于实现这样 的切换功能。
这种用于视频信号的模拟多路复用器要求具有从输入至输出的频 率特性，该频率特性覆盖用于模拟视频输入信号频带的足够宽频带。 此外，具有从非选择的视频输入端子的输入至输出的最小信号泄漏(串
扰)也是必要的。
图ll示出了在相关技术中的模拟多路复用器的电路图。如图ll中 所示的，模拟多路复用器9包括在输入信号之间执行切换的开关部件 AMUX9，以及放大和输出来自该开关部件AMUX9的输出的缓冲放大 器A9。
开关部件AMUX9包括第l至第n (n=2， 3， 4……)输入端子Il 至In，每个输入端子接收n个输入信号，g卩，第l至第n输入信号El至En 中的对应的一个；输出端子09，其输出选择的输入信号；第la至第na 开关Mla至Mna，第一lb至第nb开关Mlb至Mnb，以及第lc至第nc开关
7Mlc至Mnc，所有这些开关连接在第l至第n输入端子Il至In和输出端子 09之间；以及解码器DEC9，其根据从控制输入端子IS接收到的控制信 号SEL控制开关的接通/断开。缓冲放大器A9从开关部件AMUX9的输出 端子09接收输出信号Eo，将该接收到的信号放大至足以驱动连接至该 缓冲放大器输出端子OUT的负载的电平，并且输出该放大的信号。
在开关部件AMUX9中，第la至第na开关Mla至Mna、第lb至第nb 幵关Mlb至Mnb、以及第lc至第nc开关Mlc至Mnc是N沟道MOS晶体管。 第la至第na开关Mla至Mna的漏电极连接至各第l至第n端子Il至In，并 且第lb至第nb开关Mlb至Mnb的源电极连接至输出端子09。第la至第na 的开关Mla至Mna的源电极共同连接至各第lb至第nb开关Mlb至Mnb的 漏电极，并且它们也连接至各第lc至第nc开关Mlc至Mnc的漏电极。所 有第lc至第nc开关Mlc至Mnc的源电极接地。
第la至第na开关Mla至Mna、第lb至第nb开关Mlb至Mnb以及第lc 至第nc开关Mlc至Mnc的栅电极分别连接至解码器DEC9的第la至第na 解码输出Sla至Sna、第lb至第nb解码输出Slb至Snb、以及第lc至第nc 解码输出Slc至Snc。
当第k(l^k芸n)输入信号Ek要被选择时，开关部件AMUX9被控 制为使得第Ka开关Mka和第Kb开关Mkb同时被接通，并且第Kc开关 Mkc也同时被断开。第Ka开关Mka和第Kb开关Mkb位于第K输入端子Ik 和输出端子09之间，并且当被接通时，它们连接在第K输入端子Ik和输 出端子09之间。
同时，位于非选择的第i输入端子和输出端子09之间的所有第ia(1 ^i^n， i,k)开关Mia和第ib开关Mib被解码器DEC9断开。当每个第ia 开关Mia和第ib开关Mib的电极对处于断开状态时，如图12中所示，在 它们之间存在电容。因此，非选择的第i输入端子Ii通过这些电容连接至 输出端子09。图12示出了在第la至第na开关Mla至Mna、第lb至第nb开关Mlb至 Mnb以及第lc至第nc开关Mlc至Mnc中使用的N沟道MOS晶体管的电极 之间的电容。端子G、端子D、端子S和端子B分别代表栅电极、漏电极、 源电极和基板电极。此外，符号Cgd、 Cgs、 Cgb、 Cdb、以及Csb分别 代表在栅极和漏极之间的电容、在栅极和源极之间的电容、在栅极和 基板之间的电容、在漏极和基板之间的电容以及在源极和基板之间的 电容。由于非选择的第i输入端子Ii通过在第ia开关Mia的源极和漏极之 间的电容以及在第ib开关Mib的源极和漏极之间的电容连接至输出端子 09，通过这些电容，引起从非选择的第i输入端子Ii至输出端子09的串 扰。为了减少这种串扰，连接在第ia开关Mia的源电极和第ib开关Mib 的漏电极的公共连接点和接地地之间的第ic开关Mic被接通，从而从非 选择的第i输入端子Ii至输出端子09的信号路径通过穿过该路径的中间 的低电阻接地。
接下来，下文解释模拟多路复用器9的频率特性。在开关部件 AMUX9中，N沟道MOS晶体管用于第la至第na开关Mla至Mna、第lb 至第nb开关Mlb至Mnb以及第lc至第nc开关Mlc至Mnc。在N沟道晶体 管中，从栅电极的中心来看的源电极侧上的结构与也从栅电极的中心 来看的漏电极侧上的结构对称。因此，在电极对之间的所有电容中， 栅极-漏极电容Cgd等于栅极-源极电容Cgs，并且漏极-基板电容Cdb等于 源极-基板电容Csb。因此，当被接通时，第la至第na开关Mla至Mna、 第lb至第nb开关Mlb至Mnb以及第lc至第nc开关Mlc至Mnc中的每一个 的等效电路能够被画成如图13中所示，并且当被断开时，其等效电路 可以画成如图14中所示。
图13示出当该开关被接通时的等效电路。端子D和S之间的电阻R 代表当N沟道MOS晶体管处于接通状态时，其漏极和源极之间的接通电 阻。第一电容C1和第二电容C2可以由下列等式(1)和(2)表示，等 式(1)和(2)包括图12中所示的源极-基板电容Csb和栅极-源极电容CgS。应注意的是，当开关被接通时，在栅极和基板之间生成的沟道在 栅极与基板之间进行屏蔽，因此，栅极-基板电容Cgb不存在。因此，
第一电容Cl和第二电容C2不包括栅极-基板电容Cgb项。
q《力(1)
c:冲，(2)
图14示出当开关被断开时的等效电路。第三电容C3和第四电容C4 能够由以下等式(3)和(4)表示，等式(3)和(4)包括图12中所 示的源极-基板电容Csb和栅极-基板电容Cgb。
(3)
+ cgfe
(4)
在图11中所示的模拟多路复用器9中，处于接通状态的开关和处于 断开状态的开关能够分别由图13和14中所示的等效电路所代替。因此， 当在第k输入端子Ik处接收的第k输入信号Ek被选择并被输出时，输出信 号Eo能够由以下等式(5)表示。
五= U3__五+_巧,"一r巧__^￡
° 1-,.//广("-l).//2, -r/f4 * 1-r//3-1),//2, —「仏^ ' (5)
' 〖4
在等式(5)中，右侧的第一项代表在输出信号Eo中所包含的选择 的第k输入信号Ek的分量。与第k输入信号Ek相乘的系数表示从第k输入 端子Ik至输出端子09和至缓冲放大器输出端子OUT的频率特性。同时， 右侧的第二项代表从输入至第i输入端子的非选择的第i输入信号Ei所 得出的分量，其也包含在输出信号Eo中。gp，它表示串扰分量。与第i 输入信号Ei (i^k)相乘的系数表示串扰分量的频率特性。应注意的是， 在等式(5)的右侧所包含的系数分别由以下等式(6) 、 (7) 、 (8) 和(9)表示。
10<formula>formula see original document page 11</formula>
在等式(6) 、 (7) 、 (8)和(9)中的符号(O是角频率，并且其
它常量通过使用在图13、 14中所示的电阻R、第一电容C1、第. C2、第三电容C3以及第四电容C4由以下等式来表示。
电容
<formula>formula see original document page 11</formula>在输入数11=2的情形下，通过使用等式(5)的数值计算获得的相 关技术中的模拟多路复用器9的频率特性和串扰分量的频率特性分别 在图15和16中示出。用作在数值计算中的参数的数值是从在N沟道MOS 晶体管的端子之间的电气特性提取的，并且在下面示出。"=謹 n = 2
图15示出在输入数11=2情形下的模拟多路复用器9的频率特性。在 图15中基于w(x的角频率(c)/coa)被用作变量，并且图15示出其中电压 增益随着角频率的增加而下降的低通特性。图16示出在输入数t^2的情 形下的模拟多路复用器9的串扰的频率特性。在图16中，基于cocc的角频 率(co/cocO被用作变量，并且图16示出串扰电平随着角频率的增加而 增加的高通特性。
接下来，图17示出随着输入数"n"增加，在模拟多路复用器9中的 频率特性的变化。在图17中，输入数"n"用作变量，并且图17示出了 下述角频率的变化，在由模拟多路复用器9表现的低通特性中，在该角 频率，通过增益(pass gain)降低了3dB (下文简称为"截止角频率")。 在该图中，角频率被表示为基于(oa的角频率(co/(oa)。截止角频率随 着输入数"n"的增加而降低。
例如，日本未审査专利申请公开No.8-293775 (专利文献l)公开 了一种模拟开关，该模拟开关能够最小化从在非选择的侧上的输入模 拟信号至选择的侧上的输出信号的串扰量，从而以高精度输出模拟信 号。在专利文献l中所公开的模拟开关中，两个开关串行设置在输入和 输出之间。
在相关技术中的模拟多路复用器9中，两个开关的接通电阻串行连 接在选择的输入端子Ik和输出端子09之间。此外，与输入端子的数目 相同的数目的开关的源电极共同连接至输出端子09 (即，与输入端子 的数目相同的数目的开关的所有源电极连接至输出端子09)。因此， 模拟多路复用器9变成由连接至两个开关的接通电阻和输出端子09的所有开关的源极-基板电容所构成的低通电路。而且，在该模拟多路复 用器中，连接至输出端子的所有开关的源极-基板电容随着输入端子的 数目的增加而增加。结果，低通电路的截止频率被降低。

发明内容
如上所述，本发明者发现了下述问题，即就频带而言，难以扩展 模拟多路复用器的频率特性。
本发明的实施例的一个示例性方面是一种模拟多路复用器，该模 拟多路复用器包括多个输入端子；至少一个参考电压输入端子；第 一输出端子；第二输出端子；包括多个开关的第一开关部件，所述多 个开关连接在各个输入端子和第一输出端子之间，并且被构造成基于 控制信号，在多个输入端子中的一个和第一输出端子之间建立传导状 态；包括多个开关的第二开关部件，所述多个开关连接在各个输入端 子和第二输出端子之间，并且被设置成非传导状态；包括至少一个开 关的第三开关部件，所述至少一个开关连接在参考电压输入端子和第 一输出端子之间，并且被设置成非传导状态；包括至少一个开关的第 四开关部件，所述至少一个开关连接在参考电压输入端子和第二输出 端子之间，并且被设置成传导状态；以及输出部件，其输出第一输出 端子和第二输出端子之间的差分电势。
在具有上述构造的模拟多路复用器中，由于在输入和输出之间仅 存在一个开关，因此与其中多个开关被设置在输入和输出之间的模拟 多路复用器相比，能够提高低通电路的截止频率。此外，第一输出端 子能够输出第一输出信号，该第一输出信号包含来自选择的输入端子 的输入信号和串扰分量，并且第二输出端子能够输出第二输出信号， 该第二输出信号包含与第一输出信号中所包含的串扰分量相同的串扰 分量。通过由输出部件输出第一输出信号和第二输出信号之间的差， 该模拟多路复用器能够输出从其去除了串扰分量的信号。以这种方法， 能够在频带方面扩展模拟多路复用器的频率特性。本发明的另一示例性方面是模拟多路复用器，该模拟多路复用器 包括多个输入端子；至少一个参考电压输入端子；第一输出端子； 第二输出端子；包括开关的第一开关电路部件，其中每个开关各自连 接在第一输出端子与多个输入端子中的一个之间，该第一开关电路部 件被构造成生成第一输出信号，所述第一输出信号包含由开关基于控 制信号选择的输入信号和在多个输入端子和第一输出端子之间以及在 至少一个参考电压输入端子和第一输出端子之间引起的串扰分量，并 且将生成的第一输出信号输出至第一输出端子；第二开关电路部件， 该第二开关电路部件通过使用在多个输入端子和第二输出端子之间以
及在至少一个参考电压输入端子和第二输出端子之间引起的串扰分 量，生成包含与在第一输出信号中所包含的串扰分量相同的分量的第 二输出信号，并且将该生成的第二输出信号输出至第二输出端子；以 及输出部件，其输出第一输出端子和第二输出端子之间的差分电势。
本发明实施例的另一示例性方面是生成模拟多路复用器的选择信 号的方法，该模拟多路复用器包括多个输入端子、至少一个参考电压 输入端子、第一输出端子以及第二输出端子，该方法包括基于控制 信号通过开关选择输入信号，开关中的每一个各自连接在第一输出端 子和多个输入端子中的一个之间；生成第一输出信号，该第一输出信 号包含选择的输入信号和多个输入端子和第一输出端子之间以及至少 一个参考电压输入端子和第一输出端子之间引起的串扰，并且将生成 的第一输出信号输出至第一输出端子；通过使用在多个输入端子和第 二输出端子之间以及在至少一个参考电压输入端子和第二输出端子之 间引起的串扰分量，生成包含与在第一输出信号中所包含的串扰分量 相同的分量的第二输出信号，并且将生成的第二输出信号输出至第二 输出端子；以及输出第一输出端子和第二输出端子之间的差分电势。
本发明能够在频带方面扩展模拟多路复用器的频率特性。
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从下面结合附图的对某些示例性实施例的描述，上述和其他示例 性方面、优势和特性将更加明显，其中
图l是根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器的电路图2是示出根据示例性实施例的图1中所示的模拟多路复用器的输 入-输出频率特性的曲线图3是示出根据示例性实施例的图1中所示的模拟多路复用器的输 入数和截止频率之间关系的曲线图4是示出根据另一示例性实施例的图1中所示的模拟多路复用器 的输入-输出频率特性的曲线图5是示出根据另一示例性实施例的图1中所示的模拟多路复用器 的输入数和截止频率之间的关系的曲线图6是根据本发明的另一示例性实施例的模拟多路复合器的电路
图7是示出图6中所示的模拟多路复用器的输入-输出频率特性的 曲线图8是示出图6中所示的模拟多路复用器的输入数和截止频率之间 的关系的曲线图9是根据本发明的另一示例性实施例的模拟多路复用器的电路
图10是示出图9中所示的模拟多路复用器的输入-输出频率特性的 曲线图ll是相关技术中的模拟多用复用器的电路图； 图12是图ll中所示的N沟道MOS晶体管的端子之间的电容的电路
图13是示出处于接通状态的图ll中所示的N沟道MOS晶体管的等
效电路的电路图14是示出处于断开状态的图ll中所示的N沟道MOS晶体管的等
效电路的电路图；图15是示出图ll中所示的模拟多路复用器的输入-输出频率特性 的曲线图16是示出图11中所示的模拟多路复用器中的串扰的频率特性的 曲线图；以及
图17是示出图11中所示的模拟多路复用器的输入数和截止频率之 间的关系的曲线图。
具体实施例方式
下文将结合附图解释本发明的示例性实施例。为了阐明本解释， 在下文描述和附图中做了适当的省略和简化。在附图中将相同的符号 赋予具有相同结构或功能的组件和等效部件，并且适当地省略对它们 的解释。
根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器包括多个输入端子 和两个输出端子(第一和第二输出端子)，并且只有一个用于切换输 入的开关被连接在输入端子中的每一个和第一输出端子之间。此外， 设置了分别连接在各个输入端子和第二输出端子之间、第一输出端子 和参考电压输入端子之间、以及第二输出端子和参考电压输入端子之
间的虚(dummy)开关电路，从而输出第一输出端子和第二输出端子 之间的差分电压。
下文将参考根据图l中所示的示例性实施例的模拟多路复用器l的 结构，解释根据本发明的示例性方面的模拟多路复用器的细节。根据 本发明的示例性方面的模拟多路复用器包括多个输入端子Il至In (n^ 2)，至少一个参考电压输入端子REF、第一输出端子Ol、以及第二输 出端子02。模拟多路复用器还包括第一至第四开关部件11至14和输出 部件(缓冲放大器A1)。第一开关部件ll包括多个开关，所述多个开 关被连接在各个输入端子Il至In和第一输出端子01之间，并且被构造成 基于控制信号在多个输入端子Il至In中的一个和第一输出端子之间建 立传导状态。第二开关部件12包括多个开关，所述多个开关连接在各个输入端子Il至In和第二输出端子02之间，并且被设置成非传导状态。 第三开关部件13包括连接在至少一个参考电压输入端子REF和第一输 出端子Ol之间的至少一个开关，并且被设置成非导电状态。第四开关 部件14包括在至少一个参考电压输入端子REF和第二输出端子02之间 连接的至少一个开关，并且被设置成传导状态。
利用上述第一至第四开关部件11至14的结构，第一输出端子Ol将 第一输出信号Eol输出至第一输出端子Ol，其中第一输出信号Eol包括 从在多个输入端子Il至In处的输入信号选择的输入信号，以及来自多个 输入端子Il至In的串扰分量。第二输出端子02输出包含与第一输出信号 Eol中的串扰分量相同的分量的第二输出信号Eo2。此外，输出部件输 出第一输出端子01和第二输出端子02之间的差分电势。利用上述结构， 从模拟多路复用器的输入至输出的频率特性在频带方面得到扩展。
图l是根据本发明的实施例的模拟多路复用器的电路图。根据本发 明的示例性实施例的模拟多路复用器1包括开关部件AMUX1，开关部 件AMUX1执行在输入信号之间的切换；以及缓冲放大器A1 (输出部 件)，缓冲放大器A1从开关部件AMUX1接收输出，并且放大和输出接 收的输出。
开关部件AMUX1包括第l至第n (n=2， 3， 4…)输入端子I1至 In，每个输入端子接收n个输入信号中对应的一个，S卩，第l至第n输入 信号El至En;被固定在接地电势的参考电压输入端子REF;第一输出 端子Ol;第二输出端子02;连接在输入端子Il至In和第一输出端子Ol 之间的第lx至第nx开关Mlx至Mnx;连接在输入端子Il至In以及第二输 出端子02之间的第lx至第nx虚开关MDlx至MDnx;连接在参考电压输 入端子REF和第一输出端子Ol之间的第ly虚开关MDly;连接在参考电 压输入端子REF和第二输出端子02之间的第ly开关Mly;以及根据从控 制输入端子IS接收到的控制信号SEL控制开关的接通/断开的解码器DEC1。
缓冲放大器Al从开关部件AMUXl的第一输出端子Ol接收第一输 出信号Eol，并且从第二输出端子02接收第二输出信号Eo2，生成来自 第一输出端子01的输出和来自第二输出端子02的输出之间的差分电压 Eol-Eo2，将该差分电压放大到足以驱动连接至缓冲放大器输出端子 OUT的负载的电平，并且输出该放大的差分电压。
在开关部件AMUX1中，第lx至第nx开关Mlx至Mnx、第lx至第nx 虚开关MDlx至MDnx、第ly虚开关MDly以及第ly开关Mly是N沟道 MOS晶体管。第lx至第nx开关Mlx至Mnx的漏电极以及各个第lx至第nx 虚开关MDlx至MDnx的漏电极共同连接到对应的第l至第n输入端子Il 至In。而且，第ly虚开关MDly以及第ly开关Mly的漏电极共同连接至 参考电压输入端子REF。第lx至第nx开关Mlx至Mnx的源电极和第ly虚 开关MDly的源电极都共同连接到第一输出端子01。第lx至第nx虚开关 MDlx至MDnx的源电极和第ly开关Mly的源电极都共同连接到第二输 出端子02。第lx至第nx开关Mlx至Mnx的栅电极连接至解码器DECl的 对应的第lx至第nx解码输出Slx至Snx，并且第lx至第nx虚开关MDlx至 MDnx的栅电极连接至解码器DECl的对应的第lx至第nx钳位输出CLlx 至CLnx。第ly开关Mly和第ly虚开关MDly的栅电极分别连接至解码器 DECl的第ly解码输出Sly和第ly钳位输出CLly。
接下来，下文解释在选择第k (l芸k^n)输入信号Ek的情形下， 图l中所示的根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l的操作。 通过使用符号"i" (lSi^n， i-k)来表示非选择的输入信号、输入 端子、开关等。解码器DECl的第lx至第nx解码输出Slx至Snx被控制为 使得第kx开关Mkx被接通，同时，所有第ix开关Mix被断开。第kx开关 Mkx位于第k输入端子Ik和第一输出端子Ol之间，并且当被接通时，其 连接在第k输入端子Ik和第一输出端子Ol之间。第ix开关Mix连接至非 选择的第i输入端子。而且，第lx至第nx虚开关MDlx至MDnx、第ly虚开关MDly以及 第ly开关Mly构成虚开关电路，其中无论输入如何切换，接通/断开状 态被恒定地固定。此外，第lx至第nx虚开关MDlx至MDnx、第ly虚开 关MDly以及第ly开关Mly由第lx至第nx钳位输出CLlx至CLnx、第ly 钳位输出CLly以及解码器DECl的第ly解码输出Sly控制为使得它们分 别恒定地处于断开状态、断开状态和接通状态。
在根据图l中所示的本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l 中，处于接通状态的第kx开关Mkx和第ly开关Mly中的每一个能够被图 13中所示的等效电路所替代。而且，处于断开状态的第ix开关Mix、第 lx至第nx虚开关MDlx至MDnx以及第ly虚开关MDly中的每一个能够 由图14中所示的等效电路所替代。利用这些替代，当在第k输入端子Ik 处接收的第k输入信号Ek被选择并且被输出时，来自第一输出端子Ol 的输出信号Eol和来自第二输出端子02的输出信号Eo2分别由以下等式 (16)和(17)表示。
(16)
(17)
在这些等式中，通过在等式(6)和(7)中用"n"替代"n-l"， 获得等式(16)和(17)的右侧的系数，并且分别表达为以下等式(18) 和(19)。
1 + -a
2,"
1 + _/如/&^)'{1 + 如"
1 + _/.(w/a>a).{l + ".(ft^/ )}
(18)
(19)
在等式(16)中，在右侧的第一项代表来自第一输出端子Ol的输
19出信号Eol中所包含的选择的第k输入信号Ek的分量。与Ek相乘的系数 表示从第k输入端子Ik至第一输出端子01的频率特性。而且，在等式 (16)的右侧的第二项是从非选择的第i输入信号Ei得出的并且包含在 第一输出端子01处的输出信号Eol中的分量，并且其代表串扰分量。与 Ei相乘的系数表示串扰分量的频率特性。等式(17)的右侧与等式(16) 的右侧第二项相同，因此与在第一输出端子01的输出信号Eol中所包含 的串扰分量相同。如可以从这一点所理解的，如以下等式(20)中所 示，至缓冲放大器输出端子OUT的输出信号Eol-Eo2不包含任何串扰分
五。,-五。2^A."-(20)
图2示出了在输入数n-2的情形下，通过使用等式(20)的数值计
算所获得的根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l的频率特 性。而且，图2也示出了通过数值计算获得的图11中所示的模拟多路复 用器9的频率特性。在该数值计算中用作参数的值与用于在图ll所示的 模拟多路复用器9的频率特性的数值计算中所使用的那些相同，并且如 下所示。
=諸 々=瞎 "=2
图2是频率特性的曲线图，其中基于(oa的角频率(co/coa)被用作
变量。在该图中，实线代表根据本发明的示例性实施例的模拟多路复 用器l的频率特性，并且虚线代表图11中所示的模拟多路复用器9的频 率特性。在图2中，与图11中所示的模拟多路复用器9的频率特性相比， 在根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l中的角频率的增加 引起的电压增益的降低较小。从该事接下来，图3示出了随着输入数"n"的增加，根据本发明的示例
性实施例的模拟多路复用器l中的频率特性的变化。此外，图3也示出 了图11中所示的模拟多路复用器9的频率特性。在图3中输入数"n"被 用作变量，并且图3示出了根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用 器1和图11中所示的模拟多路复用器9表现的低通特性中的截止角频率
的变化。在图中，角频率被表示为基于OKX的角频率(CO/OKX)。实线代
表根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l的截止角频率，并且 虚线代表图11中所示的模拟多路复用器9的截止角频率。在从输入数 "n"为2的点至输入数"n"为10的点的范围中，根据本发明的实施例 的模拟多路复用器1的截止角频率是图11中所示的模拟多路复用器9的 截止角频率的1.8倍。从该事实可以理解，根据本发明的示例性实施例 的模拟多路复用器l的频率特性在频带方面得到了扩展。
如上文已经解释的，根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用 器1的开关部件AMUX1生成包含输入信号和串扰分量的第一输出端子 Ol处的输出，以及生成仅包含串扰分量的第二输出端子02处的输出， 并且通过使用这两个输出，去除串扰分量。应注意的是，串扰分量是 在第一输出端子Ol处从非选择的输入至输出引起的分量。具体而言， 开关部件AMUX1设置有虚开关电路和第二输出端子02，生成与在第一 输出端子Ol处引起的串扰分量相同的分量，并且将该生成的分量输出 至第二输出端子02。缓冲放大器A1能够通过去掉在来自第一输出端子 01和第二输出端子02的输出之间的差分电压来抵消串扰分量。
以这种方法，通过提供下述虚开关电路，该虚开关电路由分别连 接在输入端子和第二输出端子之间、第一输出端子和参考电压输入端 子之间、以及第二输出端子和参考电压输入端子之间的开关构成，能 够使输入端子和第一输出端子之间引起的串扰分量等于输入端子和第 二输出端子之间引起的串扰分量。通过输出第一输出端子和第二输出 端子之间的差分电压，在第一输出端子处引起的串扰分量被第二输出 端子中引起的串扰分量抵消，因此，能够这样构造从而在输出电压中不包含任何串扰分量。
此外，由于本发明的本示例性实施例具有使得串扰分量被抵消的 结构，因此根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器l的开关部件 AMUX1能够通过仅使用一个位于输入和输出之间的开关，来选择输入
信号。具体而言，在图11中所示的模拟多路复用器9的开关部件AMUX9 中，两个串联的开关连接在输入和输出之间，并且另一开关设置在这 两个串联的开关的公共连接点和接地之间。在开关部件AMUX9中，当 未选择输入时，在输入和输出之间连接的两个串联的开关均被断开， 并且设置在这两个开关的公共连接点和接地之间的开关被接通，从而 串扰分量被直接连接至接地。根据本发明的本示例性实施例的模拟多 路复用器l不需要这种直接连接功能，因此，能够通过仅使用一个开关 来选择输入信号。
此外，由于通过在选择的输入和输出之间连接一个开关，实现根 据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器l，在选择的输入和输出
之间引起的电阻是对应于一个开关的接通电阻。例如，假设使用相同 的开关，并且设置相同数目的输入端子，在输入端子和输出端子之间 连接的开关的接通电阻能够被降低至与在图ll中所示的模拟多路复用 器9中的输入和输出之间串联的两个开关相对应的接通电阻的1/2。因
此，由选择的输入和输出之间的电阻和源极-基板电容形成的低通电路 的截止频率，变为图11所示的模拟多路复用器9的截止频率的大约二 倍，其中所述源极-基板电容与开关的源电极关联，所述开关的数目与 连接至输出的输入的数目相同。因此，能够在频带方面扩展模拟多路 复用器的频率特性。
接下来解释根据本发明的另一示例性实施例的模拟多路复用器。 通过在图l中所示的模拟多路复用器中将用作第lx至第nx开关Mlx至 Mnx、第lx至第nx虚开关MDlx至MDnx、第ly虚开关MDly以及第ly开关Mly的N沟道MOS晶体管中的每一个替换成P沟道MOS晶体管，从而 形成模拟多路复用器2。以下也参考图l，解释本发明的该实施例的构 造。此外，在假设用模拟多路复用器2替换图1中的模拟多路复用器1的 情况下，进行以下说明。将相同符号分配至与根据先前示例性实施例 的模拟多路复用器l的块相同的块，并且省略对它们的解释。此外，即 使对于被P沟道MOS晶体管替代的开关，也分配与图l中相同的符号。
P沟道MOS晶体管具有与N沟道MOS晶体管的电极之间的电容相 同的电极之间的电容，即，栅极-漏极电容Cgd、栅极-源极电容Cgs、栅 极-基板电容Cgb、漏极-基板电容Cdb以及源极-基板电容Csb。因此，处 于接通状态的其等效电路对应于在图13中所示的等效电路，并且处于 断开状态的等效电路对应于在图14中的等效电路。与根据先前示例性 实施例的模拟多路复用器l类似，从根据本发明的该实施例的模拟多路 复用器2的输入至输出的频率特性由上述等式(20)来表示。此外，还 与先前实施例类似的是，其输出不包含任何串扰分量。
图4示出了在输入数是二的情形下，通过使用等式(20)的数值计 算获得的频率特性。此外，图4也示出了通过数值计算获得的图11中所 示的模拟多路复用器9的频率特性。由于将晶体管开关从N沟道MOS晶 体管替换成P沟道MOS晶体管，因此用作数值计算中的参数的值是从在 P沟道MOS晶体管的端子之间的电气特性提取的，并且如下所示。
/ = oj
M = 2
图4是频率特性曲线图，其中基于(D(x的角频率(《/coa)被用作变 量。在图中，实线代表根据本发明的该实施例的模拟多路复用器2的频 率特性，并且虚线代表图11中所示的模拟多路复用器9的频率特性。在 图4中，由在根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器2中的角
23频率的增加引起的电压增益的降低，小于图ll中所示的模拟多路复用 器9的频率特性。从该事实可以理解，根据本发明的本示例性实施例的 模拟多路复用器2的频率特性相对于图11中所示的模拟多路复用器9的 频率特性，得到了改善。
接下来，图5示出了随着输入数"n"的增加，根据本发明的本示 例性实施例的模拟多路复用器2的频率特性中的变化。此外，图5还示 出了在图11中所示的模拟多路复用器9的频率特性。在图5中，输入数
"n"被用作变量，并且图5示出了根据本发明的本示例性实施例的模 拟多路复用器2和图11中所示的模拟多路复用器9表现出的低通特性中 的截止角频率的变化。在该图中，角频率被表示为基于coa的角频率
(co/(oa)。实线表示根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器2 的截止角频率，并且虚线表示图11中所示的模拟多路复用器9的截止角 频率。在从输入数"n"为2的点至输入数"n"为10的点的范围内，根 据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器2的截止角频率是图11 中所示的模拟多路复用器9的截止角频率的1.8倍。从该事实可以理解的 是，根据本发明的本示例性实施例的频率特性在频带方面得到了扩展。
如上所述，由于将P沟道MOS晶体管用于根据本发明的本示例性实 施例的模拟多路复用器2，因此在电极之间的它们的接通电阻值和电容 值与根据先前示例性实施例的模拟多路复用器l中所使用的N沟道MOS
晶体管的那些不同。然而，如在根据先前示例性实施例的模拟多路复 用器l的情形中一样，该频率特性仍能够得到改善。
此外，如果源电极和漏电极均被变成接近栅电极的电势的值，则 使用N沟道晶体管的开关(包括虚开关)被断开。因此，输入信号电压 的范围被限制在低于栅极电压的电压。相反，使用P沟道晶体管的开关 在高于栅极电压的输入信号电压范围内能够被接通/断开。因此，该描 述的第二示例性实施例能够在描述的第一示例性实施例中不能处理的 电压范围内处理输入信号。此外，通过将由P沟道MOS晶体管构成的开关和由N沟道MOS晶体 管构成的开关并联连接，能够形成开关部件。具体而言，在图l中所示 的开关部件AMUX1中包含的开关和虚开关中的每一个能够被通过将 由P沟道MOS晶体管构成的开关和由N沟道MOS晶体管构成的开关并 联连接形成的开关来替换。在由N沟道MOS晶体管构成的开关被断开的 输入电压范围内，由P沟道MOS晶体管构成的开关被接通/断开，而在 由P沟道MOS晶体管构成的开关被断开的输入电压范围内，由N沟道 MOS晶体管构成的开关被接通/断开。以这种方式，与描述的第一示例 性实施例的模拟多路复用器l相比，能够扩展输入电压范围。
接下来，在下面解释根据本发明的另一示例性实施例的模拟多路 复用器。图6是根据本发明的另一示例性实施例的模拟多路复用器的电 路图。通过将在描述的第一示例性实施例的模拟多路复用器l中用作开 关和虚开关的所有N沟道MOS晶体管替换为继电器，从而形成根据本发 明的本示例性实施例的模拟多路复用器3。通过将用作第lx至第nx开关 Mlx至Mnx、第lx至第nx虚开关MDlx至MDnx、第ly虚开关MDly以及 第ly开关Mly的N沟道MOS晶体管分别替换成第lx至第nx继电器RLlx 至RLnx、第lx至第nx虚继电器RLDlx至RLDnx、第ly虚继电器RLDly 以及第ly继电器RLly，从而形成图6中所示的模拟多路复用器3。应注 意的是，将相同的符号分配给与根据描述的第一示例性实施例的模拟 多路复用器l的块相同的块，并且省略对它们的描述。
在连接点之间断开(open)和闭合(close)的继电器[sl]具有连接 点之间以及连接点和壳体之间的电容，并且在假定第一电容C1是连接 点和壳体之间的电容，第二电容C2[s2]是在连接点之间的电容，并且电 阻R是连接点的接触电阻的情况下，其处于连接点被闭合的状态中的等 效电路与图13中所示的等效电路相同。此外，在假定第三电容C3是在 连接点和机架之间的电容，并且第四电容C4是在连接点之间的电容的
25情况下，其处于连接点被断开的状态中的等效电路与图14中所示的等 效电路相同。利用如上所述的原因，在连接点之间断开和闭合的继电
器的等效电路与被用作N沟道MOS晶体管的等效电路的图13和14中所
示的等效电路相似。
由于该事实，如在根据描述的第一示例性实施例中的模拟多路复 用器l的情形相似，根据本发明的本示例性实施例的模拟多路模拟器3 的频率特性能够由上述等式(20)表示。此外，在缓冲放大器端子OUT 处的输出中不包含任何串扰分量。
图7示出了在输入数为二的情形下，通过数值计算获得的频率特 性。此外，图7也示出了通过数值计算获得的图11中所示的模拟多路复 用器9的频率特性。从连接点之间的电容、连接点和壳体之间的电容以 及连接点之间的电阻计算的以下数值被用作数值计算中的参数。
^ = 03 /i = 2
图7是频率特性的曲线图，其中基于coa的角频率(co/coa)被用作 变量。在图中，实线代表根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复 用器3的频率特性，并且虚线代表图ll中所示的模拟多路复用器的频率 特性。在图7中，虽然根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器 3的频率特性的曲度(curvature)与图11中所示的模拟多路复用器9的频 率特性的弯曲形状不同，但是在或低于切断频率的通带中，本实施例 的电压增益高于图11中所示的模拟多路复用器9的电压增益。从该事实 可以理解，根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器3的频率特 性相对于图11中所示的模拟多路复用器9的频率特性得到了改善。
接下来，图8示出了随着输入数"n"的增加，根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器3的频率特性的变化。此外，图8也示出
了图U中所示的模拟多路复用器9的频率特性。图8中，输入数"n" 被用作变量，并且图8示出了根据本发明的本示例性实施例的模拟多路 复用器3和图U中所示的模拟多路复用器9表现的低通特性中的截止角 频率的变化。在该曲线图中，角频率被表示为基于(oa的角频率(co/coa)。 实线代表根据本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器3的截止角 频率，并且虚线代表图11中所示的模拟多路复用器9的截止角频率。在 从输入数"n"为2的点至输入数"n"为10的点的范围内，根据本发明 的本示例性实施例的模拟多路复用器3的截止角频率是图11中所示的 模拟多路复用器的截止角频率的1.8倍。从该事实可以理解的是，根据 本发明的本示例性实施例的模拟多路复用器3的频率特性在频带方面 得到了扩展。
如上所述，在根据本发明的本实施例的模拟多路复用器3中使用继
电器的开关中与电极关联的接通电阻值和电容值不与描述的第一示例 性实施例的模拟多路复用器l中使用的N沟道MOS晶体管的相同。然而， 该频率特性仍能够如在描述的第一示例性实施例的模拟多路复用器l
的情形一样得到改善。
此外，在连接点之间断开和闭合的继电器能够处理具有在该继电
器能够断开和闭合的电压范围内的任何电压的输入信号。总之，它能 够处理高于能够被由N沟道MOS晶体管或P沟道MOS晶体管构成的开
关处理的电压范围的电压，因此，它能够处理既不能被上述本发明的 第一示例性实施例处理也不能被第二示例性实施例处理的输入电压范 围。
虽然已经结合特定电路构造解释了上述示例性实施例，但本发明 不限于上述构造。也可以采用除上述示例性实施例以外的任何构造，
只要被假设为具有通过图1中所示的第一至第四开关部件11至14实现
的功能的开关电路部件具有能够实现以下功能的构造。
例如，开关电路部件可以由第一开关电路部件和第二开关电路部 件构成。第一开关电路部件包括开关，其中的每一个连接在多个输入 端子的对应的一个和第一输出端子之间。该第一开关电路部件连接在 输入端子和第一输出端子之间以及在参考电压输入端子和第一输出端 子之间。第一开关电路部件生成第一输出信号，该第一输出信号包含 由开关基于控制信号所选择的输入信号以及在多个输入端子和第一输 出端子之间以及参考电压输入端子和第一输出端子之间引起的串扰分 量，并且将生成的第一输出信号输出至第一输出端子。第二开关电路 部件连接在多个输入端子和第二输出端子之间以及在参考电压输入端 子和第二输出端子之间。通过使用在多个输入端子和第二输出端子之
间以及在参考电压输入端子和第二输出端子之间引起的串扰分量，第 二开关电路部件生成第二输出信号，该第二输出信号包含与第一输出 信号中所包含的串扰分量相同的分量，并且将该生成的第二输出信号 输出至第二输出端子。应注意的是，参考电压端子的数目可以是一个 或多于一个。
唯一的要求是，在第一开关电路部件和第二开关电路部件之间的 串扰分量变成相同，并且在第一开关电路部件中一个开关位于输入端子中的每一个和第一输出端子之间。如果这些要求被满足，可以通过 除了上述示例性实施例以外的任何构造，实现第一开关电路部件和第 二开关电路部件。在描述的第一示例性实施例中，如图l中所示的方面， 其中，第一开关电路部件由第一开关部件11和第三开关部件13实现， 并且第二开关电路部件由第二开关部件12和第四开关部件14实现。
应注意的是，不仅N沟道MOS晶体管，而且P沟道MOS晶体管，或 甚至N沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管的并联电路能够用作在用 于在根据本发明的示例性实施例的模拟多路复用器中使用的开关。此 外，在连接点之间机械地断开和闭合的继电器也可以被用作开关。
如到目前为止已经描述的，在根据本发明的示例性实施例中，位 于多个输入端子中的每一个和输出端子之间并且被用于切换输入的开 关的数目是一。此外，提供了由分别连接在各个输入端子和第二输出 端子、第一输出端子和参考电压输入端子之间以及第二输出端子和参 考电压输入端子之间的开关所构成的虚电路，以输出第一输出端子和 第二输出端子之间的差分电压，从而消除在输出处引起的串扰分量。 因此，能够在频带方面扩展输入和输出之间的频率特性。
此外，本领域的技术人员能够根据需要组合上述示例性实施例。
应注意的是，本发明不限于上述示例性实施例。在不脱离本发明 范围的情况下，本领域的技术人员能够容易地对上述示例性实施例的 每个组件进行修改、增加、和变换。
虽然已经结合几个示例性实施例对本发明进行了描述，但是本领 域的技术人员应当了解，在本申请的权利要求的精神和范围内，能够 利用各种修改实践本发明，并且本发明不限于上述示例。
此外，权利要求的范围不受上述示例性实施例的限制。此外，应注意的是，本申请人的目的是涵盖所有权利要求元素的 等价内容，即使在以后的审査期间进行了修改。
权利要求
1.一种模拟多路复用器，包括多个输入端子；至少一个参考电压输入端子；第一输出端子；第二输出端子；第一开关部件，所述第一开关部件包括多个开关，所述多个开关连接在各个输入端子和所述第一输出端子之间，并且被构造成基于控制信号，在所述多个输入端子中的一个和所述第一输出端子之间建立传导状态；第二开关部件，所述第二开关部件包括多个开关，所述多个开关连接在各个输入端子和所述第二输出端子之间，并且被设置成非传导状态；第三开关部件，所述第三开关部件包括至少一个开关，所述至少一个开关连接在所述参考电压输入端子和所述第一输出端子之间，并且被设置成非传导状态；第四开关部件，所述第四开关部件包括至少一个开关，所述至少一个开关连接在所述参考电压输入端子和所述第二输出端子之间，并且被设置成传导状态；以及输出部件，所述输出部件输出所述第一输出端子和第二输出端子之间的差分电势。
2. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中 所述第一输出端子将包含来自所述多个输入端子的一个选择的输入信号和串扰分量的第一输出信号输出至所述第一输出端子；以及所述第二输出端子输出包含与所述串扰分量相同的分量的第二输 出信号。
3. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中，如果所述多个输入端子的数目是"n"，其中n》2，贝IJ:所述第一开关部件包括n个开关，所述n个开关中的每一个各自连 接在所述输入端子中的一个和所述第一输出端子之间；以及所述第二开关部件包括n个开关，所述n个开关中的每一个各自连 接在所述输入端子中的一个与所述第二输出端子之间。
4. 根据权利要求2所述的模拟多路复用器，其中，如果所述多个 输入端子的数目是"n"，其中ti》2，贝lj:所述第一开关部件包括n个开关，所述n个开关中的每一个各自连 接在所述输入端子中的一个与所述第一输出端子之间；以及所述第二开关部件包括n个开关，所述n个开关中的每一个各自连 接在所述输入端子中的一个与所述第二输出端子之间。
5. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由N沟道MOS晶体管形成。
6. 根据权利要求2所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由N沟道MOS晶体管形成。
7. 根据权利要求3所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由N沟道MOS晶体管形成。
8. 根据权利要求4所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由N沟道MOS晶体管形成。
9. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由P沟道MOS晶体管形成。
10. 根据权利要求2所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由P沟道MOS晶体管形成。
11. 根据权利要求3所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由P沟道MOS晶体管形成。
12. 根据权利要求4所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四幵关部件 中包括的开关由P沟道MOS晶体管形成。
13. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中通过并联连接N 沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管形成所述第一开关部件、所述第二 开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件中包括的每一个 开关。
14. 根据权利要求2所述的模拟多路复用器，其中通过并联连接N 沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管形成所述第一开关部件、所述第二 开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件中包括的每一个 开关。
15. 根据权利要求3所述的模拟多路复用器，其中通过并联连接N 沟道MOS晶体管和P沟道MOS晶体管形成所述第一开关部件、所述第二 开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件中包括的每一个 开关。
16. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由继电器形成。
17. 根据权利要求2所述的模拟多路复用器，其中在所述第一开关 部件、所述第二开关部件、所述第三开关部件以及所述第四开关部件 中包括的开关由继电器形成。 .
18. 根据权利要求l所述的模拟多路复用器，还包括m个类型的阻 抗，m^1，其中所述输入端子中的每一个通过所述m个类型的阻抗之一接收输入信号；所述至少一个参考电压输入端子包括m个参考电压输入端子，所 述m个参考电压输入端子中的每一个通过不同类型的阻抗连接至接地；所述第三开关部件包括在所述m个参考电压输入端子和所述第一 输出端子之间连接的m个开关；以及所述第四开关部件包括在所述m个参考电压输入端子和所述第二 输出端子之间连接的m个开关。
19. 一种模拟多路复用器，包括多个输入端子； 至少一个参考电压输入端子；第一输出端子； 第二输出端子；第一开关电路部件，所述第一开关电路部件包括开关，所述开关 中的每一个各自连接在所述多个输入端子中的一个和所述第一输出端子之间，所述第一开关电路部件被构造成生成第一输出信号，所述第 一输出信号包含由所述开关基于控制信号选择的输入信号和在所述多 个输入端子和所述第一输出端子之间以及在所述至少一个参考电压输 入端子和所述第一输出端子之间引起的串扰分量，并且将生成的第一输出信号输出至所述第一输出端子；第二开关电路部件，所述第二开关电路部件通过使用在所述多个 输入端子和所述第二输出端子之间以及在所述至少一个参考电压输入 端子和所述第二输出端子之间引起的串扰分量生成第二输出信号，所 述第二输出信号包含与在所述第一输出信号中包含的所述串扰分量相同的分量，并且将生成的第二输出信号输出至所述第二输出端子；以 及输出部件，所述输出部件输出所述第一输出端子和所述第二输出 端子之间的差分电势。
20. —种生成模拟多路复用器的选择信号的方法，所述模拟多路 复用器包括多个输入端子、至少一个参考电压输入端子、第一输出端 子以及第二输出端子，所述方法包括通过开关基于控制信号选择输入信号，所述开关中的每一个各自 连接在所述多个输入端子中的一个和所述第一输出端子之间；生成第一输出信号，所述第一输出信号包括选择的输入信号以及 在所述多个输入端子与所述第一输出端子之间以及在所述至少一个参 考电压输入端子与所述第一输出端子之间引起的串扰分量，并且将生 成的第一输出信号输出至所述第一输出端子；通过使用在所述多个输入端子和所述第二输出端子之间以及在所 述至少一个参考电压输入端子和所述第二输出端子之间引起的串扰分量生成第二输出信号，所述第二输出信号包含与所述第一输出信号中 包含的所述串扰分量相同的分量，并且将生成的第二输出信号输出至 所述第二输出端子；以及输出所述第一输出端子和所述第二输出端子之间的差分电势。
全文摘要
提供一种模拟多路复用器及其选择信号生成方法。该模拟多路复用器能够扩展模拟多路复用器的频率特性，其包括多个输入端子；参考电压输入端子；第一输出端子；第二输出端子；多个开关(M1x至Mnx)，其每个各自连接在多个输入端子中的一个与第一输出端子间并基于控制信号在输入端子中的每个与第一输出端子间建立传导状态；多个虚开关(MD1x至MDnx)，连接在输入端子与第二输出端子间并被设置成非传导状态；虚开关(MD1y)，连接在参考电压输入端子与第一输出端子间并被设置成非传导状态；开关(M1y)，连接在参考电压输入端子和第二输出端子间并被设置成传导状态；缓冲放大器，输出第一输出端子和第二输出端子间的差分电势。
文档编号H03K17/693GK101567681SQ20091013211
公开日2009年10月28日 申请日期2009年4月17日 优先权日2008年4月25日
发明者东邦彦 申请人:恩益禧电子股份有限公司