(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有するスイッチトキャパシタ回路において、
上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、
上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置することを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【請求項２】
上記非反転側配線には、上記非反転入力端子をリセットするための非反転側スイッチが接続されており、さらに、非反転側キャパシタが接続あるいは接続可能に形成されていると共に、
上記反転側配線には、上記反転入力端子をリセットするための反転側スイッチが接続されており、さらに、反転側キャパシタが接続あるいは接続可能に形成されていることを特徴とする請求項１記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項３】
差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子および反転入力端子をリセットするために、それぞれに接続された非反転側および反転側スイッチと、上記非反転入力端子および上記非反転側スイッチを接続する非反転側配線と、当該反転入力端子および上記反転側スイッチを接続する反転側配線とを有し、上記各スイッチを配置する領域が上記差動増幅器の両側に設けられたスイッチトキャパシタ回路において、
上記非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成し、
上記領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置し、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置することを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【請求項４】
上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、
上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置することを特徴とする請求項３記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項５】
上記各スイッチに接続されるキャパシタが配される領域よりも上記差動増幅器の近傍または略同じ距離に上記非反転側および反転側スイッチを配置することを特徴とする請求項３記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項６】
上記非反転側第１スイッチおよび反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、
上記反転側第１スイッチおよび非反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置することを特徴とする請求項３、４または５記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項７】
上記非反転側第１スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線と、上記反転側第２スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、
上記反転側第１スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線と、上記非反転側第２スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置することを特徴とする請求項６記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項８】
上記非反転側配線および反転側配線は、両者の中心線に対して、互いに線対称に配されていることを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６または７記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項９】
差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子および反転入力端子をリセットするために、それぞれに接続された非反転側および反転側スイッチと、上記非反転入力端子および上記非反転側スイッチを接続する非反転側配線と、当該反転入力端子および上記反転側スイッチを接続する反転側配線とを有するスイッチトキャパシタ回路において、
上記非反転側および反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、
当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えていることを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【請求項１０】
上記差動増幅器が配される領域の両側に、当該差動増幅器に近い方から順番に、キャパシタを配した領域、上記各スイッチのいずれかを配した領域、および、当該スイッチへクロック信号を供給するクロック信号配線を配した領域が、それぞれ設けられていることを特徴とする請求項２、３、４または９記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項１１】
差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有し、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、
上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、
上記非反転側配線のうち、上記第２非反転側キャパシタの端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間と、上記反転側配線のうち、上記第２反転側キャパシタの端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間とは、互いに並行に配置されていることを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【請求項１２】
差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線と、当該非反転側配線および反転側配線をそれぞれリセットするために、それぞれへ接続された非反転側および反転側スイッチとを有し、上記各スイッチを配置する領域が上記差動増幅器の両側に設けられていると共に、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、
上記非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成し、
上記領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置し、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置することを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【請求項１３】
上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置することを特徴とする請求項１２記載のスイッチトキャパシタ回路。
【請求項１４】
差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有し、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、
上記非反転側および反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、
当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えていることを特徴とするスイッチトキャパシタ回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、差動増幅器を含むスイッチトキャパシタ回路に関するものであり、特に、演算精度が高く、消費電力を低減可能または高速動作可能なスイッチトキャパシタ回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ノイズ耐性が高く、かつ、高精度の信号処理を実現するために、”Ａｎａｌｏｇ  ＭＯＳ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ”（１９８６年発行  ｐｐ５１３  〜  ５２４）には、図１７に示すスイッチトキャパシタ回路５０１の各部材の配置方法およびレイアウト方法が記載されている。
【０００３】
具体的には、図１８に示すように、当該スイッチトキャパシタ回路５０１では、差動増幅器ＡＭＰ５０１を形成する領域Ａ５０１と、クロック信号φを伝送するクロックラインが形成される領域Ａ５０４との間に、スイッチＳＷ５０１〜ＳＷ５０３が形成される領域Ａ５０３を配置している。さらに、上記両領域Ａ５０３およびＡ５０１の間には、キャパシタＣｆ５０１・Ｃｓ５０１を形成する領域Ａ５０２が配置されている。
【０００４】
当該構成では、大きなノイズ源となるクロックラインと、ノイズの影響を受けやすい差動増幅器ＡＭＰ５０１とが、キャパシタ（Ｃｓ５０１、Ｃｆ５０１）およびアナログスイッチ（ＳＷ５０１〜ＳＷ５０３）を挟んで分離されているので、差動増幅器ＡＭＰ５０１へのクロックノイズの影響を防止できる。さらに、複数のスイッチトキャパシタ回路５０１を上下方向（領域Ａ５０１から領域Ａ５０４への方向に直交する方向）に配置できるので、複数のスイッチトキャパシタ回路５０１からなる回路をコンパクトにレイアウトできる。
【０００５】
さらに、上記従来技術のスイッチトキャパシタ回路５０１では、図１９に示すように、差動増幅器ＡＭＰ５０１の反転入力端子Ｔ５０１ｍと、当該反転入力端子Ｔ５０１ｍをリセットするスイッチＳＷ５０１との間の配線Ｌ５０１を挟むように、接地レベルに保たれるガードラインＬｇ５０１・Ｌｇ５０１を配置している。これにより、ノイズが混入するとスイッチトキャパシタ回路５０１の演算精度が極端に低下する配線Ｌ５０１をノイズからシールドでき、スイッチトキャパシタ回路５０１の演算精度低下を防止できる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレイアウト方法だけでは、ハイインピーダンスとなる配線を全てシールドすることが難しく、十分に演算精度が高いスイッチトキャパシタ回路を実現することが難しいという問題を生ずる。
【０００７】
また、差動増幅器ＡＭＰ５０１の入力トランジスタのゲート、ゲート近傍の配線、および、アナログスイッチの接続部分などでは、上記ガードラインＬｇ５０１・Ｌｇ５０１を形成することが難しい。なお、上記反転入力端子Ｔ５０１ｍとスイッチＳＷ５０１とを結ぶ配線を、基板の厚み方向（上下方向）に挟むようにシールド層を設けると、シールド層用に新たな導体層が必要になり、スイッチトキャパシタ回路５０１の製造コストが増大してしまう。
【０００８】
さらに、差動増幅器ＡＭＰ５０１の両入力端子をシールドすると、各端子とグランドとの間の寄生容量が増大してしまう。この結果、入力キャパシタＣｓ５０１や積分キャパシタＣｆ５０１など、演算に用いるキャパシタの容量に比べて、上記寄生容量が無視できない値になり、セトリング特性が極端に劣化する虞れがある。特に、低消費電力で高速演算するためにキャパシタの容量を削減すると、セトリング特性が悪化する可能性が高くなる。したがって、上記演算に用いるキャパシタの容量を増大させる必要があり、消費電力の低減または高速動作と、演算精度向上とを両立させることが難しい。
【０００９】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、消費電力の低減または高速動作と演算精度の向上とを両立可能なスイッチトキャパシタ回路を実現することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有するスイッチトキャパシタ回路において、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置することを特徴としている。
【００１１】
当該構成によれば、非反転側配線に交差する信号線は、反転側配線にも交差しているので、信号線から寄生容量を介して非反転側配線への干渉と同一傾向の干渉が、信号線から寄生容量を介して反転側配線へ伝えられる。したがって、差動増幅器の差動演算によって、これらの干渉が互いに相殺され、これらの干渉がスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。
【００１２】
加えて、スイッチトキャパシタ回路では、信号処理の際、非反転側スイッチおよび反転側スイッチがオン／オフされるため、各スイッチのオン／オフを制御するクロック信号が必要になり、クロック信号からの差動増幅器へのノイズを抑えるためには、各スイッチと差動増幅器とを遠ざける方が望ましい。
【００１３】
一方、両者を遠ざけて配置すると、非反転側配線および反転側配線の配線長が長くなり、いずれの信号線にも交差しないように、各配線をレイアウトすることが難しくなってしまう。
【００１４】
これに対して、上記構成では、両配線を並行して配置し、一方に交差する信号線を他方にも交差させることで、信号線から各配線への干渉に起因する、スイッチトキャパシタ回路の演算精度低下を抑制している。したがって、レイアウトを困難にすることなく、クロックノイズに起因する演算精度低下を防止できる。
【００１５】
これらの結果、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００１６】
特に、両交差点の形状や、信号線と各配線との間の絶縁体の材質を調整するなどして、非反転側配線および信号線の間の寄生容量と、反転側配線および信号線の間の寄生容量とが略同一になるように設定すれば、信号線から両配線への干渉が略同一になり、さらに、演算処理に与える影響を低減できる。
【００１７】
また、上記構成に加えて、上記非反転側配線には、上記非反転入力端子をリセットするための非反転側スイッチが接続されており、さらに、非反転側キャパシタを接続あるいは接続可能に形成されていると共に、上記反転側配線には、上記反転入力端子をリセットするための反転側スイッチが接続されており、さらに、反転側キャパシタを接続あるいは接続可能に形成されていてもよい。
【００１８】
上記構成では、スイッチトキャパシタ回路の演算処理の際、非反転側キャパシタに接続された非反転側配線における電荷保存則と、反転側キャパシタに接続された反転側配線における電荷保存則に基づいて、スイッチトキャパシタ回路の出力が制御される。
【００１９】
ここで、例えば、配線を別々の方向に配置するなどして、配線の一方のみに信号線が交差している場合には、信号線と当該配線との間の寄生容量によって、当該配線に接続された入力端子の電荷のみが設計値から変化して、演算精度が低下する虞れがある。
【００２０】
ところが、上記構成では、両配線に信号線が交差するので、信号線と各配線との間の寄生容量によって、両入力端子の電荷は、設計値を基準に同じ方向へ変化する。したがって、差動増幅器の差動演算によって、両電荷の変化が相殺され、寄生容量に起因する演算精度低下を防止できる。
【００２１】
これにより、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００２２】
特に、反転側および非反転側のキャパシタが互いに同一容量に設定されている場合、両交差点の形状や、信号線と各配線との間の絶縁体の材質を調整するなどして、非反転側配線および信号線の間の寄生容量と、反転側配線および信号線の間の寄生容量とが略同一になるように設定すれば、寄生容量に起因する両電荷のズレが略同一になり、さらに、演算精度低下を抑制できる。なお、両電荷のズレは、理想的には、０にすることが望ましい。
【００２３】
一方、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子および反転入力端子をリセットするために、それぞれに接続された非反転側および反転側スイッチと、上記非反転入力端子および上記非反転側スイッチを接続する非反転側配線と、当該反転入力端子および上記反転側スイッチを接続する反転側配線とを有し、上記各スイッチを配置する領域が上記差動増幅器の両側に設けられたスイッチトキャパシタ回路において、以下の手段を講じたことを特徴としている。
【００２４】
すなわち、上記非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成している。また、上記領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置すると共に、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置している。
【００２５】
上記構成によれば、上記領域の一方（例えば、第１領域）に、非反転側スイッチを配し、他方（例えば、第２領域）に反転側スイッチを配置する構成と比べて、非反転側および反転側第１スイッチを互いに近く配置できると共に、非反転側および反転側第２スイッチを互いに近く配置できる。したがって、非反転側および反転側第１スイッチのマッチング精度が向上し、非反転側第１スイッチおよび非反転側配線を介して非反転入力端子へ与えられるクロックノイズは、反転側第１スイッチおよび反転側配線を介して反転入力端子へ与えられるクロックノイズと略同一になる。同様に、両第２スイッチのマッチング精度が向上するので、各第２スイッチおよび各配線を介して各入力端子へ与えられるクロックノイズは、略同一になる。
【００２６】
この結果、両入力端子へ与えられるクロックノイズは、差動増幅器による差動演算によって互いに相殺され、各スイッチを駆動するクロック信号に起因するクロックノイズがスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。これにより、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００２７】
特に、上記両第１スイッチ同士を互いに近接して配置し、上記両第２スイッチ同士を互いに近接して配置すれば、第１スイッチ同士のマッチング精度と第２スイッチ同士のマッチング精度とを向上できる。加えて、第１スイッチ同士で拡散領域を重ねると共に、第２スイッチ同士で拡散領域を重ねることで、それぞれのマッチング精度をさらに向上させることができる。
【００２８】
さらに、上記構成に加えて、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置してもよい。
【００２９】
当該構成によれば、信号線から、各配線との間の寄生容量を介して、それぞれの配線へ与えられる干渉は、略同一になるので、差動増幅器での差動演算によって、互いに相殺される。これにより、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を、さらに向上できる。また、同じ信号処理精度を達成するために必要なキャパシタ容量をさらに削減でき、消費電力をより低減できる。
【００３０】
また、両配線を並行に配する代わりに、上記各スイッチに接続されるキャパシタが配される領域よりも上記差動増幅器の近傍または略同じ距離に上記非反転側および反転側スイッチを配置してもよい。
【００３１】
当該構成では、差動増幅器の近傍に両スイッチが配されているので、両配線の配線長が短くなり、両配線と交差する信号線の数を削減できる。したがって、基板などと各配線との間の寄生容量を削減できると共に、信号線と配線との交差による寄生容量も削減できる。この結果、差動増幅器の両入力端子に付く寄生容量を削減でき、スイッチトキャパシタ回路のセトリング特性を改善できる。これにより、さらなる高精度化および低消費電力化を実現できる。
【００３２】
さらに、上記各構成に加えて、上記非反転側第１スイッチおよび反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、上記反転側第１スイッチおよび非反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置する方が望ましい。
【００３３】
当該構成によれば、上記各スイッチが差動増幅器を中心に線対称に配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキを抑えることができる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できる。
【００３４】
また、上記構成に加えて、上記非反転側第１スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線と、上記反転側第２スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、上記反転側第１スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線と、上記非反転側第２スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置する方が望ましい。
【００３５】
当該構成によれば、各スイッチと両入力端子との間の配線も差動増幅器を中心に線対称配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキをさらに低減できる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できる。
【００３６】
また、非反転側および反転側スイッチがそれぞれ２個ずつ並列に設けられているか否かに拘らず、上記各構成に加えて、上記非反転側配線および反転側配線は、両者の中心線に対して、互いに線対称に配されている方が望ましい。
【００３７】
当該構成によれば、両配線が両者の中心線に対して線対称配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキをさらに低減できる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できる。
【００３８】
特に、両配線を平行に配置した場合は、差動増幅器の両入力端子間に付く寄生容量の相違をさらに抑えることができる。また、平行配置に代えて、あるいは、加えて、例えば、第１スイッチ同士や第２スイッチ同士など、両配線の近傍に位置する部材も両配線の中心線を基準に線対称配置することで、差動増幅器の両入力端子間に付く寄生容量の相違をさらに抑制できる。したがって、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できる。
【００３９】
一方、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、当該差動増幅器の非反転入力端子および反転入力端子をリセットするために、それぞれに接続された非反転側および反転側スイッチと、上記非反転入力端子および上記非反転側スイッチを接続する非反転側配線と、当該反転入力端子および上記反転側スイッチを接続する反転側配線とを有するスイッチトキャパシタ回路において、上記非反転側および反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えていることを特徴としている。
【００４０】
当該構成によれば、反転信号線には、信号線を伝送される信号の反転信号が入力されているので、信号線から寄生容量を介して上記配線へ与えられる影響と、反転信号線から寄生容量を介して上記配線に与えられる影響とは、互いに打ち消し合う。したがって、反転信号線が無い場合に比べて、信号線から、配線に接続された入力端子への干渉を抑制でき、当該干渉がスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。この結果、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度を達成するために必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００４１】
また、上記各構成に加えて、上記差動増幅器が配される領域の両側に、当該差動増幅器に近い方から順番に、キャパシタを配した領域、上記各スイッチのいずれかを配した領域、および、当該スイッチへクロック信号を供給するクロック信号配線を配した領域が、それぞれ設けられていてもよい。当該構成によれば、クロック信号配線を差動増幅器から遠くに配置されているので、クロックノイズに起因する演算精度低下を抑制できる。
【００４２】
ところで、非反転側配線および反転側配線が、差動増幅器の非反転入力端子および反転入力端子に直接接続されていない場合でも、各配線が、それぞれ、キャパシタを介して各入力端子に接続されており、スイッチトキャパシタ回路が各配線での電荷保存則により演算処理するものであれば、直接接続されている場合と略同様に、演算精度低下を抑制できる。
【００４３】
具体的には、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有し、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記非反転側配線のうち、上記第２非反転側キャパシタの端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間と、上記反転側配線のうち、上記第２反転側キャパシタの端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間とは、互いに並行に配置されていることを特徴としている。
【００４４】
当該構成によれば、非反転側配線に交差する信号線は、反転側配線にも交差しているので、信号線から寄生容量を介して非反転側配線への干渉と同一傾向の干渉が、信号線から寄生容量を介して反転側配線へ伝えられる。ここで、各配線が、それぞれ、第２非反転側または第２反転側キャパシタを介して各入力端子に接続されており、スイッチトキャパシタ回路が各配線での電荷保存則により演算処理する。したがって、差動増幅器の差動演算によって、これらの干渉が互いに相殺され、これらの干渉がスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。
【００４５】
さらに、両配線を並行して配置し、一方に交差する信号線を他方にも交差させることで、信号線から各配線への干渉に起因する、スイッチトキャパシタ回路の演算精度低下を抑制しているので、レイアウトを困難にすることなく、演算精度低下を防止できる。
【００４６】
これらの結果、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００４７】
また、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線と、当該非反転側配線および反転側配線をそれぞれリセットするために、それぞれへ接続された非反転側および反転側スイッチとを有し、上記各スイッチを配置する領域が上記差動増幅器の両側に設けられていると共に、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、上記非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成し、上記領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置し、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置することを特徴としている。
【００４８】
上記構成によれば、非反転側および反転側配線を、差動増幅器の各入力端子に直接接続した上述の構成と同様に、両第１スイッチ同士のマッチング精度および両第２スイッチ同士のマッチング精度がそれぞれ向上する。したがって、非反転側第２スイッチ、非反転側配線および第２非反転側キャパシタを介して、非反転側入力端子へ与えられるクロックノイズの影響と、反転側第２スイッチ、反転側配線および第２反転側キャパシタを介して、反転側入力端子へ与えられるクロックノイズの影響とが互いに略同一となる。この結果、両者が差動増幅器による差動演算によって互いに相殺され、各スイッチを駆動するクロック信号に起因するクロックノイズがスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。
【００４９】
これにより、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００５０】
さらに、上記構成に加えて、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置する方が望ましい。当該構成によれば、信号線から上記両配線への干渉が、差動増幅器での差動演算によって、互いに相殺されるので、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度で比較すると、当該精度の達成に必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００５１】
また、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、上記課題を解決するために、差動増幅器と、一端が第１非反転側キャパシタに接続され、他端が、第２非反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の非反転入力端子に接続された非反転側配線と、一端が第１反転側キャパシタに接続され、他端が、第２反転側キャパシタを介して、上記差動増幅器の反転入力端子に接続された反転側配線とを有し、上記両配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路において、上記非反転側および反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えていることを特徴としている。
【００５２】
上記構成のスイッチトキャパシタ回路は、当該配線での電荷保存則により演算処理しているので、配線への干渉が演算精度低下に直結する。ところが、上述の反転信号線を有する構成と同様に、信号線から寄生容量を介して上記配線へ与えられる影響と、反転信号線から寄生容量を介して上記配線に与えられる影響とは、互いに打ち消し合うので、上記干渉に起因する演算精度低下を抑制できる。この結果、同一容量のキャパシタを使用した場合であっても、信号処理精度を向上できる。また、同じ信号処理精度を達成するために必要なキャパシタ容量を削減でき、消費電力を低減できる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
〔第１の実施形態〕
本発明の一実施形態について図１ないし図５に基づいて説明すると以下の通りである。すなわち、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１は、例えば、１０ビット２０ＭＳ／ｓパイプラインＡＤ変換器など、高精度（例えば、１０ビット以上）かつ高速演算が必要なアナログ回路で、特に好適に使用されるスイッチトキャパシタ回路であって、図２に示すように、差動入力かつ差動出力の差動増幅器ＡＭＰ１と、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐおよび反転入力端子Ｔ１ｍのそれぞれに関連して設けられた入力キャパシタＣｓｐ・Ｃｓｍ、積分キャパシタＣｆｐ・ＣｆｍおよびスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ〜ＳＷ４ｐ・ＳＷ４ｍとを備えている。上記各部材は、例えば、０．３５μｍルールなどのＣＭＯＳプロセスで基板上に集積して形成されている。
【００５４】
以下では、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１の特徴的な部材構成および配置を説明する前に、スイッチトキャパシタ回路１の全体的な回路構成および動作について簡単に説明する。
【００５５】
すなわち、上記差動増幅器ＡＭＰ１は、例えば、図３に示すように、ＮチャンネルのトランジスタＭ０・Ｍ１・Ｍ２、ＰチャンネルのトランジスタＭ３・Ｍ４、および、コモンモード制御電圧生成回路Ｃ１からなる差動増幅器である。上記トランジスタＭ１・Ｍ２は、差動入力対として動作しており、それぞれのゲートは、差動増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子Ｔ１ｍおよび非反転入力端子Ｔ１ｐに接続されている。また、両トランジスタＭ１・Ｍ２のソースは、互いに接続されると共に、上記トランジスタＭ０を介して接地されている。当該トランジスタＭ０は、コモンモード制御電圧生成回路Ｃ１から出力電圧ＶｏｐおよびＶｏｍによって決まるバイアス電圧ＶＢｎがゲートに印加されており、定電流源として動作する。
【００５６】
さらに、各トランジスタＭ１（Ｍ２）のドレインは、能動負荷として動作する上記トランジスタＭ３（Ｍ４）のドレインに接続されている。当該トランジスタＭ３（Ｍ４）は、ゲートに予め定められたバイアス電圧ＶＢｐが印加されており、上記トランジスタＭ０が供給する定電流の１／２の量の定電流を、トランジスタＭ１（Ｍ２）へ供給できる。また、トランジスタＭ３・Ｍ４のソースには、電源電圧Ｖｄｄが印加されている。さらに、上記トランジスタＭ１・Ｍ３の接続点は、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転出力端子Ｔ２ｐに接続されていると共に、トランジスタＭ２・Ｍ４の接続点は、反転出力端子Ｔ２ｍに接続されている。これにより、差動増幅器ＡＭＰ１は、非反転入力端子Ｔ１ｐと反転入力端子Ｔ１ｍとの電位差に応じたレベルの反転出力信号および非反転出力信号を、反転出力端子Ｔ２ｍおよび非反転出力端子Ｔ２ｐから出力できる。
【００５７】
一方、図２に示すように、上記積分キャパシタＣｆｐ（Ｃｆｍ）は、一端が差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐ（反転入力端子Ｔ１ｍ）に接続されていると共に、他端は、スイッチＳＷ３ｐ（ＳＷ３ｍ）を介して、反転出力端子Ｔ２ｍ（非反転出力端子Ｔ２ｐ）に接続されている。また、当該スイッチＳＷ３ｐ（ＳＷ３ｍ）は、基準電圧ＶＣＭＯが印加される電源端子ＴＰ１と反転出力端子Ｔ２ｍ（非反転出力端子Ｔ２ｐ）との一方をクロック信号φ３に応じて選択し、積分キャパシタＣｆｐ（Ｃｆｍ）に接続する。
【００５８】
また、上記反転出力端子Ｔ２ｍ（非反転出力端子Ｔ２ｐ）は、スイッチトキャパシタ回路１の出力端子ＴＯＵＴｍ（ＴＯＵＴｐ）に接続されると共に、クロック信号φ４により導通／遮断が制御されるスイッチＳＷ４ｐ（ＳＷ４ｍ）を介して、上記電源端子ＴＰ１に接続されている。
【００５９】
一方、非反転入力端子Ｔ１ｐ（反転入力端子Ｔ１ｍ）は、クロック信号φ１により導通／遮断が制御されるスイッチＳＷ１ｐ（ＳＷ１ｍ）を介して、基準電圧ＶＣＭＩが印加される電源端子ＴＰ２に接続されている。
【００６０】
さらに、入力キャパシタＣｓｐ（Ｃｓｍ）は、一端が上記非反転入力端子Ｔ１ｐ（反転入力端子Ｔ１ｍ）に接続されると共に、他端は、スイッチＳＷ２ｐ（ＳＷ２ｍ）を介して、スイッチトキャパシタ回路１の入力端子ＴＩＮｍ（ＴＩＮｐ）に接続されている。また、当該スイッチＳＷ２ｐ（ＳＷ２ｍ）は、基準電圧ＶＣＭＩＮが印加される電源端子ＴＰ３と入力端子ＴＩＮｍ（ＴＩＮｐ）との一方をクロック信号φ２に応じて選択し、入力キャパシタＣｓｐ（Ｃｓｍ）に接続する。
【００６１】
上記構成では、サンプリングフェーズにおいて、各スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ〜ＳＷ４ｐ・ＳＷ４ｍは、図２に示す状態となる。この状態では、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが導通しているので、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍには、基準電圧ＶＣＭＩが印加されると共に、例えば、漏れ電流などによって、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに蓄積された電荷が放出され、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍがリセットされる。
【００６２】
さらに、この状態では、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍが電源端子ＴＰ１側を選択しているので、各積分キャパシタＣｆｐ・Ｃｆｍの両端には、互いに同じレベルの基準電圧ＶＣＭＩ・ＶＣＭＯが印加され、それぞれに蓄積された電荷が放出される。
【００６３】
また、この状態では、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが導通すると共に、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍが入力端子ＴＩＮｍ・ＴＩＮｐ側を選択しているので、入力キャパシタＣｓｐには、反転入力信号ＶＩＮＭと基準電圧ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積され、入力キャパシタＣｓｍには、非反転入力信号ＶＩＮＰと基準電圧ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積される。なお、サンプリングフェーズでは、スイッチＳＷ４ｐ・ＳＷ４ｍが導通している。
【００６４】
サンプリングフェーズの終了時に、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断され、続いて、スイッチＳＷ４ｐ・ＳＷ４ｍが遮断される。さらに、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍがサンプリングフェーズとは逆の方を選択する。これにより、サンプリングフェーズが終了し、ホールドフェーズとなる。
【００６５】
ここで、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍの切り換え時には、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍの電荷が保存されるので、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへの寄生容量を無視して算出すると、スイッチトキャパシタ回路１の各端子ＴＩＮｐ、ＴＯＵＴｐ、ＴＩＮｍおよびＴＯＵＴｍの電圧ＶＩＮＰ、ＶＯＵＴＰ、ＶＩＮＭおよびＶＯＵＴＭは、各基準電圧（コモンモード電圧）ＶＣＭＩＮ＝ＶＣＭＩ＝ＶＣＭＯ＝０とすると、以下の式（１）および（２）に示すように、
ＶＩＮＰ・Ｃｓｍ  ＝  Ｃｆｍ・ＶＯＵＴＰ                      …（１）
ＶＩＮＭ・Ｃｓｐ  ＝  Ｃｆｐ・ＶＯＵＴＭ                      …（２）
となり、両入力キャパシタＣｓｐ・Ｃｓｍの容量が同じ値（Ｃｓ）であり、両積分キャパシタＣｆｐ・Ｃｆｍの容量が同じ値（Ｃｆ）とすると、以下の式（３）に示すように、
Ｃｓ・（ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）＝Ｃｆ・（ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）…（３）
となる。したがって、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへの寄生容量を無視して算出すると、スイッチトキャパシタ回路１は、差動信号の演算処理（この場合は、サンプルホールド処理）できる。
【００６６】
さらに、本実施形態では、寄生容量が存在しても、スイッチトキャパシタ回路１の演算に誤差がでないように、スイッチトキャパシタ回路１を構成する各部材や配線を配置している。
【００６７】
具体的には、図１に示すように、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１を集積する際、差動増幅器ＡＭＰ１が形成される領域Ａ１の両側に、キャパシタが形成される領域Ａ２１・Ａ２２が配され、これらの領域Ａ２１・Ａ１・Ａ２２の両側に、スイッチが形成される領域Ａ３１・Ａ３２が配されている。さらに、これらの領域Ａ３１・Ａ２１・Ａ１・Ａ２２・Ａ３２の両側には、クロック信号の配線が形成される領域Ａ４１・Ａ４２が設けられている。
【００６８】
本実施形態では、上記領域Ａ２１に差動増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子Ｔ１ｍに関連して設けられたキャパシタＣｓｍ・Ｃｆｍが設けられており、領域Ａ２２に、非反転入力端子Ｔ１ｐに関連して設けられたキャパシタＣｓｐ・Ｃｆｐが形成されている。また、差動増幅器ＡＭＰ１を基準に領域Ａ２１側の領域Ａ３１には、スイッチＳＷ２ｍ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ４ｍが形成されており、領域Ａ２２側の領域Ａ３２には、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ３ｐ・ＳＷ４ｐが形成されている。
【００６９】
上記構成では、非反転入力端子Ｔ１ｐ側の部材Ｃｓｐ・Ｃｆｐ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ３ｐ・ＳＷ４ｐと、反転入力端子Ｔ１ｍ側の部材Ｃｓｍ・Ｃｆｍ・ＳＷ２ｍ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ４ｍとが、差動増幅器ＡＭＰ１から見て反対側に配されているので、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに関連する部材を同じ側に配する構成に比べて、各部材を接続する配線間の交差を防止できる。
【００７０】
加えて、本実施形態では、図２に示すように、非反転入力端子Ｔ１ｐをリセットするためのスイッチＳＷ１ｐが、２つの互いに並列に接続されたスイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１２ｐから構成されており、スイッチＳＷ１１ｐが上記領域Ａ３１に、スイッチＳＷ１２ｐが領域Ａ３２に、それぞれ形成されている。同様に、スイッチＳＷ１ｍも、領域Ａ３１のスイッチＳＷ１１ｍと、領域Ａ３２のスイッチＳＷ１２ｍから構成されている。
【００７１】
さらに、上記両スイッチＳＷ１１ｍ・ＳＷ１２ｐは、差動増幅器ＡＭＰ１を中心に互いに線対称となる位置に配されており、同様に、上記両ＳＷ１１ｐ・ＳＷ１２ｍも互いに線対称に配されている。また、スイッチＳＷ１１ｐから非反転入力端子Ｔ１ｐまでの配線Ｌ１１ｐは、スイッチＳＷ１１ｍから反転入力端子Ｔ１ｍまでの配線Ｌ１１ｍと並行して配置されている。同様に、スイッチＳＷ１２ｐから非反転入力端子Ｔ１ｐまでの配線Ｌ１２ｐと、スイッチＳＷ１２ｍから反転入力端子Ｔ１ｍまでの配線Ｌ１２ｍとも互いに並行して配置されている。
【００７２】
また、本実施形態では、上記配線Ｌ１１ｍ・Ｌ１１ｐ（またはＬ１２ｍ・Ｌ１２ｐ）は、平行かつ近接して配置されている。一例として、上記両配線Ｌ１１ｍ・Ｌ１１ｐ（またはＬ１２ｍ・Ｌ１２ｐ）の間の距離は、０．２μｍ〜１００μｍ程度に設定されている。
【００７３】
さらに、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１は、複数のスイッチトキャパシタ回路１を、上記中心軸Ｘに沿った方向に、多段縦続して接続できるように構成されており、キャパシタの領域Ａ２１（Ａ２２）から出力端子ＴＯＵＴｐ（ＴＯＵＴｍ）を介して次段側への信号線は、次段側に、上記領域Ａ２１（Ａ２２）から入力端子ＴＩＮｐ（ＴＩＮｍ）を介して前段側への信号線ＳＬ１ｐ（ＳＬ１ｍ）は、前段側に、それぞれ延設されている。
【００７４】
ここで、２つに分離されているか否かに拘らず、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍを、中心軸Ｘを挟んで差動増幅器ＡＭＰ１の両側に設けると、上記次段側または前段側に接続される信号線の少なくとも一方（この例では、信号線ＳＬ１ｐおよびＳＬ１ｍ）は、スイッチＳＷ１ｐと非反転入力端子Ｔ１ｐとの間の配線およびスイッチＳＷ１ｍと反転入力端子Ｔ１ｍとの間の配線の少なくとも一方に交差して、交差点に寄生容量が生成される。
【００７５】
ところが、本実施形態では、上述したように、中心軸Ｘを挟むように、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが差動増幅器ＡＭＰ１の両側に設けられており、さらに、上記次段側または前段側に接続される信号線の少なくとも一方（この例では、信号線ＳＬ１ｐおよびＳＬ１ｍ）は、非反転入力端子Ｔ１ｐに接続される配線Ｌ１１ｐまたはＬ１２ｐと、反転入力端子に接続される配線Ｌ１１ｍ・Ｌ１２ｍとの双方に交差している。
【００７６】
上記構成では、信号線ＳＬ１ｐと配線Ｌ１１ｐおよび配線Ｌ１１ｍとの交差によって、それぞれ寄生容量Ｃ１１１ｐ・Ｃ１１１ｍが形成される。また、信号線ＳＬ１ｍと配線Ｌ１２ｐおよび配線Ｌ１２ｍとの交差によって、それぞれ寄生容量Ｃ１１２ｐ・Ｃ１１２ｍが形成される。したがって、図２に示す回路図は、これらの寄生容量も記載すると、図４に示すようになる。
【００７７】
ここで、本実施形態では、配線Ｌ１１ｐおよびＬ１１ｍを互いに並列に配置しているので、信号線ＳＬ１ｐおよび配線Ｌ１１ｐの間の寄生容量Ｃ１１１ｐと、信号線ＳＬ１ｐおよび配線Ｌ１１ｍの間の寄生容量Ｃ１１１ｍとは、同容量になる。この結果、信号線ＳＬ１ｐを伝送される信号（ＶＩＮＰ）が、配線Ｌ１１ｐを介して、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐへ与える影響と、配線Ｌ１１ｍを介して、差動増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子Ｔ１ｍへ与える影響とは、互いに等しくなる。同様に、寄生容量Ｃ１１２ｐおよび寄生容量Ｃ１１２ｍとは、同容量になり、信号線ＳＬ１ｍを伝送される信号（ＶＩＮＭ）が両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへ与える影響は互いに等しくなる。
【００７８】
具体的には、上記寄生容量を考慮すると、上述の式（１）および（２）は、以下の式（４）および式（５）に示すように、
0003628636.tif 000002
となる。なお、上記式（４）・式（５）において、ＶＩＮＰ２およびＶＩＮＭ２は、スイッチＳＷ１ｐおよびＳＷ１ｍが遮断された後のホールドフェーズにおける入力端子ＴＩＮｐおよびＴＩＮｍの電圧である。
【００７９】
ここで、上述したように、寄生容量Ｃ１１１ｐおよびＣ１１１ｍは、互いに同じ容量であり、寄生容量Ｃ１１２ｐおよびＣ１１２ｍも同じ容量である。したがって、上式（４）から式（５）を引いて、スイッチトキャパシタ回路１の入出力の関係式を導出すると、以下の式（６）に示すように、
Ｃｓ・（ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）＝Ｃｆ・（ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）…（６）
となり、上記寄生容量が演算結果（差動信号演算）に影響を与えなくなる。
【００８０】
なお、上記では、信号線ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍの場合を例にして説明したが、例えば、スイッチトキャパシタ回路１の両出力端子ＴＯＵＴｐ・ＴＯＵＴｍに接続される信号線など、他の信号線であっても、本実施形態では、両配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍの一方に電気的に接続されずに交差する場合、当該信号線を他方にも交差するように配置している。同様に、両配線Ｌ１２ｐ・Ｌ１２ｍの一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置されている。これにより、交差によって、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍの一方に付加される寄生容量は、他方に付加される寄生容量と同じになる。この結果、上述と同様に、寄生容量に起因する演算誤差を抑制できる。
【００８１】
また、本実施形態では、例えば、キャパシタの領域Ａ２１に配されたキャパシタＣｆｍと配線Ｌ１１ｐとを接続する配線ＳＬ２１ｐのように、両配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍの一方と電気的に接続された信号線であっても、他方に交差するように配置されている。さらに、本実施形態では、スイッチＳＷ１１ｐへの配線Ｌ１１ｐと、スイッチＳＷ１２ｍへの配線Ｌ１２ｍとが、中心軸Ｘを中心に線対称に配置されている。さらに、キャパシタＣｆｐなど、非反転入力端子Ｔ１ｐに関連して設けられ、中心軸Ｘの一方側に設けられた部材と、例えば、キャパシタＣｆｍなど、当該部材と同じ機能を有し、中心軸Ｘの他方側に設けられ、しかも、反転入力端子Ｔ１ｍに関連して設けられた部材とが、上記中心軸Ｘに互いに線対称に配置されている。また、中心軸Ｘの一方側の各部材に各配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍを接続する配線は、中心軸Ｘの他方側の各部材に各配線Ｌ１２ｍ・Ｌ１２ｐを接続する配線と、中心軸Ｘを中心にして線対称に配置されている。これらの結果、上記各配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍのいずれかに電気的に接続される信号線であっても、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへ与える影響を互いに同じにでき、差動増幅器ＡＭＰ１での演算によって、当該信号線からの干渉を相殺できる。
【００８２】
加えて、本実施形態では、配線Ｌ１１ｐおよびＬ１１ｍが平行かつ近接（例えば、０．３５μｍルールの場合で、０．２μｍ〜１００μｍなど）して配置されている。また、配線Ｌ１２ｐ・Ｌ１２ｍも平行かつ近接して配されている。したがって、それぞれが近接していない場合に比べて、それぞれへ混入する放射ノイズなどの影響を揃えることができる。また、材質の不均一などや、形状（例えば、配線幅など）のバラツキに起因する寄生容量のバラツキを抑制できる。また、それぞれが平行に配されているので、平行でない場合に比べて、形状（例えば、配線幅など）のバラツキに起因する寄生容量のバラツキを抑えることができる。
【００８３】
また、本実施形態では、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐをリセットするためのアナログスイッチ（ＳＷ１ｐ）をスイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１２ｐの２つに分割し、差動増幅器ＡＭＰ１の両側に配された領域Ａ３１・Ａ３２のそれぞれに配置している。同様に、反転入力端子Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｍも２つのスイッチＳＷ１１ｍ・ＳＷ１２ｍに分割し、それぞれ領域Ａ３１・Ａ３２に配されている。したがって、領域Ａ３１・Ａ３２の一方に、スイッチＳＷ１ｐを配し、他方にスイッチＳＷ１ｍを配する場合に比べて、スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍ間の距離を短縮できる。したがって、各スイッチの導通／遮断を制御するクロック信号φ１〜φ４…から、上記スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍを介して、上記両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへ、それぞれ混入するノイズ（例えば、チャージインジェクションやクロックフィールドスルーなど）を、互いに等しくすることができる。同様に、スイッチＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍを介して上記両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへ、それぞれ混入するノイズも互いに等しくなる。これらの結果、差動増幅器ＡＭＰ１での差動演算によってこれらのノイズが互いに相殺され、スイッチトキャパシタ回路１の演算誤差を低減できる。
【００８４】
特に、本実施形態では、領域Ａ３１に配されるスイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍを、例えば、拡散領域を重ねて配置するなどして近接して配置すると共に、領域Ａ３２に配されるスイッチＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍを近接して配している。また、拡散領域を重ねて配置しない場合でも、０．１μｍ〜２０μｍ程度の範囲に近接して配置する。これにより、スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍ同士のマッチング精度およびスイッチＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍ同士のマッチング精度を向上でき、スイッチトキャパシタ回路１の演算誤差を低減できる。
【００８５】
加えて、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１では、配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍを挟むように、例えば、接地電位など、安定な電位が印加されるガードラインＬｇ３１・Ｌｇ３１を配置している。同様に、配線Ｌ１２ｐ・Ｌ１２ｍを挟むように、ガードラインＬｇ３２・Ｌｇ３２が配されている。これにより、ハイインピーダンスとなり、しかも、ノイズが混入すると、スイッチトキャパシタ回路１の演算結果に影響を及ぼしやすい配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍを、ノイズから保護でき、スイッチトキャパシタ回路１の演算誤差を低減できる。
【００８６】
なお、図１では、配線Ｌ１１ｐまたはＬ１２ｐから非反転入力端子Ｔ１ｐに配線が引き込まれ、配線Ｌ１１ｍまたはＬ１２ｍから反転入力端子Ｔ１ｍに配線が引き込まれるように図示しているが、例えば、差動増幅器ＡＭＰ１の差動入力対（図３のトランジスタＭ１・Ｍ２）をコモンセントロイドに配置し、両トランジスタＭ１・Ｍ２の境界が、配線Ｌ１１ｍ（またはＬ１２ｍ）と配線Ｌ１１ｐ（またはＬ１２ｐ）の間にくるように、各部材を配置することで、配線を引き込むことなく、各入力端子Ｔ１ｐ（Ｔ１ｍ）を配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１２ｐ（Ｌ１１ｍ・Ｌ１２ｍ）に接続できる。
【００８７】
また、その際、トランジスタＭ１（Ｍ２）を、それぞれ、互いに並列な２つのトランジスタＭ１１・Ｍ１２（Ｍ２１・Ｍ２２）によって形成し、差動増幅器ＡＭＰ１の中心軸Ｘ（中心軸が複数ある場合は、配線Ｌ１１ｍに垂直な軸）を基準に、トランジスタＭ１１・Ｍ２１を線対称に、トランジスタＭ２２・Ｍ１２を線対称に配置してもよい。これにより、トランジスタＭ１１・Ｍ１２の間、すなわち、トランジスタＭ２１・Ｍ２２の間の領域で、配線Ｌ１１ｐから配線Ｌ１２ｐまでの配線と、配線Ｌ１１ｍから配線Ｌ１２ｍまでの配線とを交差して、入れ換えることができる。
【００８８】
なお、上記では、配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１２ｐの全域、すなわち、非反転入力端子Ｔ１ｐからスイッチＳＷ１１ｐの直前までに渡って並列配置し、配線Ｌ１１ｍ・Ｌ１２ｍの全域に渡って並列配置する場合を例にして説明したが、例えば、各端子ＴＩＮｐ、ＴＩＮｍ、ＴＯＵＴｐあるいはＴＯＵＴｍへの信号線など、ノイズとなる信号線が交差するまで、または、交差点近傍（１０μｍ程度）まで、並列配置していれば、略同様の効果が得られる。ただし、本実施形態のように、できるだけ長く、全域に渡って並列配置する方が、スイッチトキャパシタ回路１の演算精度をより向上できる。
【００８９】
また、上記では、オフセット補償しない場合を例にして説明したが、オフセット補償する場合であっても、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ、両スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍへの配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍ、および、各配線に交差する信号線を本実施形態と同様に配置することで、同様の効果が得られる。
【００９０】
より詳細には、本変形例に係るスイッチトキャパシタ回路１ａは、図２と略同様の構成であるが、非反転入力端子Ｔ１ｐをリセットするスイッチＳＷ１ｐは、当該非反転入力端子Ｔ１ｐと反転出力端子Ｔ２ｍとの間に設けられており、反転入力端子Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｍは、当該反転入力端子Ｔ１ｍと非反転出力端子Ｔ２ｐとの間に設けられている。また、スイッチＳＷ４ｐ・ＳＷ４ｍおよび電源端子ＴＰ２は、削除されている。
【００９１】
上記構成では、サンプリングフェーズにおいて、各スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ〜ＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍは、図５に示す状態となる。この状態では、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍがそれぞれ導通している。したがって、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐに蓄積された電荷は、反転出力端子Ｔ２ｍを介して放出され、当該端子Ｔ１ｐの電位は、上記入出力端子Ｔ１ｐ・Ｔ２ｍを短絡した場合の電圧Ｖｘｐにリセットされる。同様に、反転入力端子Ｔ１ｍに蓄積された電荷は、非反転出力端子Ｔ２ｐを介して放出され、当該端子Ｔ１ｍの電位は、上記入出力端子Ｔ１ｍ・Ｔ２ｐを短絡した場合の電圧Ｖｘｍにリセットされる。
【００９２】
ここで、入出力端子Ｔ１ｐおよびＴ２ｍが短絡され、入出力端子Ｔ１ｍおよびＴ２ｐが短絡されている。したがって、上記各電圧ＶｘｐおよびＶｘｍは、差動増幅器ＡＭＰ１の各出力端子Ｔ１ｍおよびＴ１ｐに現れるオフセット電圧を、それぞれＶｏｆｓｐおよびＶｏｆｓｍ、ゲインをＡとしたとき、以下の式（７）および（８）に示すように、
Ｖｘｐ＝Ａ／（Ａ＋１）・Ｖｏｆｓｐ                          …（７）
Ｖｘｍ＝Ａ／（Ａ＋１）・Ｖｏｆｓｍ                          …（８）
である。
【００９３】
さらに、この状態では、スイッチＳＷ２ｐがスイッチトキャパシタ回路１ａの反転入力端子ＴＩＮｍ側を選択し、スイッチＳＷ３ｐが基準電圧ＶＣＭＯ側を選択している。したがって、入力キャパシタＣｓｐには、入力電圧ＶＩＮＭと、上記電圧Ｖｘｐに応じた電荷が蓄積され、積分キャパシタＣｆｐには、上記電圧Ｖｘｐと基準電圧ＶＣＭＯとの差に応じた電荷が蓄積される。同様に、スイッチＳＷ２ｍがスイッチトキャパシタ回路１ａの非反転入力端子ＴＩＮｐ側を選択し、スイッチＳＷ３ｍが基準電圧ＶＣＭＯ側を選択しているので、入力キャパシタＣｓｍには、入力電圧ＶＩＮＰと、上記電圧Ｖｘｍに応じた電荷が蓄積され、積分キャパシタＣｆｍには、上記電圧Ｖｘｍと基準電圧ＶＣＭＯとの差に応じた電荷が蓄積される。
【００９４】
サンプリングフェーズの終了時に、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断される。さらに、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍがサンプリングフェーズとは逆の方を選択する。これにより、サンプリングフェーズが終了し、ホールドフェーズとなる。
【００９５】
ここで、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍの切り換え時には、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断されているので、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍの電荷が保存される。
【００９６】
したがって、サンプリングフェーズおよびホールドフェーズにおいて、上記両キャパシタＣｓｐ・Ｃｆｐに蓄積される電荷Ｑは、以下の式（９）および（１０）に示すように、
Ｑ＝Ｃｓｐ・（ＶＩＮＭ−Ｖｘｐ）＋Ｃｆｐ・（−Ｖｘｐ）        …（９）
Ｑ＝Ｃｓｐ・（−Ｖｘ２ｐ）＋Ｃｆｍ・（ＶＯＵＴＰ−Ｖｘ２ｐ）  …（１０）
となる。なお、上式（１０）のＶｘ２ｐは、ホールドフェーズにおける非反転入力端子Ｔ１ｐの入力電圧であり、以下の式（１１）に示すように、
−Ａ・（Ｖｘ２ｐ−Ｖｏｆｓｐ）＝ＶＯＵＴＭ                  …（１１）
である。
【００９７】
さらに、差動増幅器ＡＭＰ１のゲインＡが十分大きいとして、上記式（７）・式（９）〜式（１１）をまとめると、スイッチトキャパシタ回路１ａの入出力電圧ＶＩＮＭおよびＶＯＵＴＭは、以下の式（１２）に示すように、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに付加される寄生容量を無視して算出した場合、
ＶＯＵＴＭ  ＝  （Ｃｓｐ／Ｃｆｐ）・ＶＩＮＭ                …（１２）
となる。
【００９８】
同様に、差動増幅器ＡＭＰ１のゲインＡが十分大きいとすると、スイッチＳＷ１の入出力電圧ＶＩＮＰおよびＶＯＵＴＰは、以下の式（１３）に示すように、上記両寄生容量を無視して算出した場合、
ＶＯＵＴＰ  ＝  （Ｃｓｍ／Ｃｆｍ）・ＶＩＮＰ                …（１３）
となる。
【００９９】
この結果、スイッチトキャパシタ回路１ａの入出力電圧は、以下の式（１４）に示すように、
Ｃｓ・（ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）＝Ｃｆ・（ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）…（１４）
となり、差動増幅器ＡＭＰ１にオフセット電圧Ｖｏｆｓｐ・Ｖｏｆｓｍが発生する場合であっても、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに付加される寄生容量を無視すると、スイッチトキャパシタ回路１ａは、これらのオフセット電圧の影響を補償した正しい値を出力できる。
【０１００】
この場合でも、図１と同様に、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１１ｐ〜ＳＷ１２ｍ、それぞれへの配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍ、および、各配線に交差する信号線ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍなどを、本実施形態と同様に配置することで、同様の効果が得られる。
【０１０１】
〔第２の実施形態〕
上記第１の実施形態では、差動入力／差動出力型のスイッチトキャパシタ回路１を例にして説明した。これに対して、本実施形態では、シングルエンド入力／シングルエンド出力のスイッチトキャパシタ回路について、図６ないし図８を参照して説明する。
【０１０２】
すなわち、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１１は、オフセット補償するスイッチトキャパシタ回路であって、図６に示すように、図５のスイッチトキャパシタ回路１ａと略同様の構成を備えている。ただし、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１１は、シングルエンド入出力なので、入力端子ＴＩＮｍおよび出力端子ＴＯＵＴｍが省略されている。また、入力端子ＴＩＮｐの代わりに入力端子ＴＩＮが設けられ、出力端子ＴＯＵＴｐに代えて、出力端子ＴＯＵＴが設けられている。なお、スイッチトキャパシタ回路１１では、電源端子ＴＰ１・ＴＰ３も省略され、これらに接続されていた部材は接地されている。
【０１０３】
さらに、スイッチトキャパシタ回路１１では、図５に示す差動増幅器ＡＭＰ１に代えて、差動入力かつシングルエンド出力の差動増幅器ＡＭＰ２が設けられている。上記差動増幅器ＡＭＰ２は、例えば、図７に示すように、図３と略同様に接続されたトランジスタＭ０〜Ｍ５を備えている。ただし、差動増幅器ＡＭＰ２は、シングルエンド出力なので、トランジスタＭ３およびＭ１の接続点のみが出力端子Ｔ２に接続されている。また、両トランジスタＭ３・Ｍ４のゲートには、ゲートに予め定められたバイアス電圧ＶＢｐが印加される代わりに、トランジスタＭ４のドレインが接続されている。これにより、差動増幅器ＡＭＰ２は、非反転入力端子Ｔ１ｐと反転入力端子Ｔ１ｍとの電位差に応じたレベルの出力信号を出力端子Ｔ２から出力できる。
【０１０４】
さらに、本実施形態では、スイッチＳＷ１ｍは、反転入力端子Ｔ１ｍと出力端子Ｔ２との間に設けられており、スイッチＳＷ３ｍの３つの端子のうち、積分キャパシタＣｆｍ以外に接続された端子の一方は、差動増幅器ＡＭＰ２の出力端子ＴＯＵＴに接続され、他方は、接地されている。また、スイッチＳＷ２ｍの３つの端子のうち、入力キャパシタＣｓｍ以外に接続された端子の一方は、スイッチトキャパシタ回路１１の入力端子ＴＩＮに接続され、他方は、接地されている。
【０１０５】
一方、差動増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端子Ｔ１ｐは、スイッチＳＷ１ｐを介して接地されており、スイッチＳＷ３ｐの３つの端子のうち、積分キャパシタＣｆｐ以外に接続された両端子は、それぞれ接地されている。また、また、スイッチＳＷ２ｐの３つの端子のうち、入力キャパシタＣｓｐ以外に接続された両端子は、それぞれ接地されている。
【０１０６】
上記構成では、サンプリングフェーズにおいて、各スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ〜ＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍは、図６に示す状態となる。この状態では、スイッチＳＷ１ｐが導通しているので、差動増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端子Ｔ１ｐが接地されると共に、当該端子Ｔ１ｐに蓄積された電荷は、スイッチＳＷ１ｐの導通によって放出され、当該端子Ｔ１ｐがリセットされる。また、スイッチＳＷ１ｍが導通しているので、差動増幅器ＡＭＰ２の反転入力端子Ｔ１ｍに蓄積された電荷は、出力端子Ｔ２を介して放出され、当該端子Ｔ１ｍの電位は、上記入出力端子Ｔ１ｍ・Ｔ２を短絡した場合の電圧Ｖｘにリセットされる。なお、入出力端子Ｔ１ｍ・Ｔ２が短絡されているので、電圧Ｖｘは、差動増幅器ＡＭＰ２のオフセット電圧をＶｏｆｓ、ゲインをＡとしたとき、以下の式（１５）に示すように、
Ｖｘ＝Ａ／（Ａ＋１）・Ｖｏｆｓ                              …（１５）
である。
【０１０７】
さらに、この状態では、スイッチＳＷ２ｍがスイッチトキャパシタ回路１１の入力端子ＴＩＮ側を選択し、スイッチＳＷ３ｍが接地側を選択しているので、入力キャパシタＣｓｍには、入力電圧ＶＩＮと上記電圧Ｖｘとの差に応じた電荷が蓄積され、積分キャパシタＣｆｍには、上記電圧Ｖｘに応じた電荷が蓄積される。また、スイッチＳＷ２ｐおよびＳＷ３ｐは、接地側を選択しており、スイッチＳＷ１ｐが導通しているので、入力キャパシタＣｓｐおよび積分キャパシタＣｆｐは、それぞれ、両端電位が一致し、電荷が蓄積されない。
【０１０８】
サンプリングフェーズの終了時に、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断される。さらに、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍがサンプリングフェーズとは逆の方を選択する。これにより、サンプリングフェーズが終了し、ホールドフェーズとなる。
【０１０９】
ここで、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍの切り換え時には、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断されているので、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍの電荷が保存される。したがって、サンプリングフェーズおよびホールドフェーズにおいて、上記両キャパシタＣｓｍ・Ｃｆｍに蓄積される電荷Ｑは、以下の式（１６）および（１７）に示すように、
Ｑ  ＝  Ｃｓｍ・（ＶＩＮ−Ｖｘ）  ＋  Ｃｆｍ・（−Ｖｘ）    …（１６）
Ｑ  ＝  Ｃｓｍ・（−Ｖｘ２）＋Ｃｆｍ・（ＶＯＵＴ−Ｖｘ２）  …（１７）
となる。なお、上式（１６）および（１７）において、ＶｘおよびＶｘ２は、それぞれ、サンプリングフェーズおよびホールドフェーズにおける反転入力端子Ｔ１ｍの入力電圧であり、以下の式（１８ａ）および（１８ｂ）に示すように、
Ｖｘ＝Ｖｏｆｓ                                              …（１８ａ）
−Ａ・（Ｖｘ２−Ｖｏｆｓ）＝ＶＯＵＴ                        …（１８ｂ）
である。
【０１１０】
さらに、差動増幅器ＡＭＰ２  のゲインＡが十分大きいとして、上記式（１５）〜式（１８）をまとめると、スイッチトキャパシタ回路１１の入出力電圧ＶＩＮ、ＶＯＵＴは、以下の式（１９）に示すように、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに付加される寄生容量を無視して算出した場合、
ＶＯＵＴ  ＝  （Ｃｓｍ／Ｃｆｍ）・ＶＩＮ                      …（１９）
となる。
【０１１１】
さらに、本実施形態では、寄生容量が存在しても、スイッチトキャパシタ回路１１の演算に誤差がでないように、スイッチトキャパシタ回路１１を構成する各部材や配線を配置している。
【０１１２】
すなわち、図８に示すように、図１と同様に各領域Ａ１〜Ａ４２が配置されいる。また、差動増幅器ＡＭＰ２の非反転入力端子Ｔ１ｐ（反転入力端子Ｔ１ｍ）をリセットするスイッチＳＷ１ｐ（ＳＷ１ｍ）は、図１と同様に、それぞれ２つの互いに並列に接続されたスイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１２ｐ（スイッチＳＷ１１ｍ・ＳＷ１２ｍ）から構成されている。さらに、これらのスイッチＳＷ１１ｐ〜ＳＷ１２ｍと、それらに接続あるいは交差される配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍおよび信号線ＳＬ１ｐ〜ＳＬ２２ｍは、図１と同様に、配置されている。
【０１１３】
具体的には、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路１１でも、配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍが並列配置され、信号線ＳＬ１ｐが配線Ｌ１１ｐ・Ｌ１１ｍの双方に交差している。この結果、第１の実施形態と同様に、信号線ＳＬ１ｐが、寄生容量Ｃ１１１ｐ・Ｃ１１１ｍを介して、差動増幅器ＡＭＰ２の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへに与える影響を同一傾向かつ同じ量にできる。この結果、差動増幅器ＡＭＰ２での差動演算によって、当該信号線ＳＬ１ｐからの干渉を相殺できる。したがって、干渉に起因する演算誤差を抑制できる。
【０１１４】
また、差動増幅器ＡＭＰ２の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍがそれぞれ２つに分割され、領域Ａ３１・Ａ３２に配置されているので、分割しない場合に比べて、スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍを近接配置できると共に、スイッチＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍを近接配置できる。したがって、クロック信号φ１〜φ４…から、上記スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍを介して、上記両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍへ、それぞれ混入するノイズが略同じになる。また、スイッチＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍを介するノイズも略同一になる。これらの結果、差動増幅器ＡＭＰ２での差動演算によって、これらのノイズが互いに相殺され、スイッチトキャパシタ回路１１の演算誤差を低減できる。加えて、スイッチＳＷ１１ｐ・ＳＷ１１ｍ、並びに、ＳＷ１２ｐ・ＳＷ１２ｍがそれぞれ近接して配置されているので、それぞれのマッチング精度を向上でき、スイッチトキャパシタ回路１１の演算誤差を低減できる。
【０１１５】
加えて、本実施形態では、各部材間の距離や形成方法、あるいは、線対称配置などの配置方法も第１の実施形態と略同様なので、第１の実施形態と同様に、スイッチトキャパシタ回路１１の演算誤差を抑制できる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、入力電圧ＶＩＮの入力時に差動増幅器ＡＭＰ２の入出力間を短絡することで、オフセット電圧Ｖｏｆｓを補償可能なスイッチトキャパシタ回路１１について説明したが、オフセット補償しない場合であっても、差動増幅器ＡＭＰ２の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ、両スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍへの配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍ、および、各配線に交差する信号線を本実施形態と同様に配置することで、スイッチトキャパシタ回路１１の演算精度を向上できる。
【０１１７】
また、上記第１および第２の実施形態では、差動入力・差動出力の場合、シングルエンド入力・シングルエンド出力の場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、シングルエンド入力・差動出力の場合や、差動入力・シングルエンド出力の場合であっても、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ、両スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍへの配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍ、および、各配線に交差する信号線を本実施形態と同様に配置することで、同様の効果が得られる。
【０１１８】
〔第３の実施形態〕
本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路は、図２に示すスイッチトキャパシタ回路１の別のレイアウト配置である。本実施形態では、図９に示すように、スイッチトキャパシタ回路２１の各部材が図１と略同様に配置されているが、図１とは異なり、スイッチＳＷ１１ｐ〜ＳＷ１２ｍは、例えば、ＣＭＯＳ０．３５μｍルールの場合で、５μｍ〜１００μｍの程度など、キャパシタの領域Ａ２１（Ａ２２）よりも差動増幅器ＡＭＰ１の近く、または、同程度の距離に配置されていると共に、信号線ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍが各配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍと交差しないように配置されている。
【０１１９】
当該構成によれば、配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍに交差する配線を減らすことができ、これらとの間の寄生容量を削減できると共に、各配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍと接地レベルとの間の寄生容量をも削減できる。この結果、差動増幅器ＡＭＰ１の各入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍの負荷容量を削減でき、スイッチトキャパシタ回路２１の演算速度を向上できる。
【０１２０】
さらに、スイッチＳＷ１１ｐ〜ＳＷ１２ｍを近づけることによって、信号伝送用の信号線が、配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍに電気的に接続されずに交差することを防止できるので、当該信号線から、配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍへの干渉が存在せず、スイッチトキャパシタ回路２１の演算精度を向上できる。
【０１２１】
また、差動増幅器ＡＭＰ１（より厳密には、両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍ）から各スイッチＳＷ１１ｐないしＳＷ１２ｍまでの距離が、ＣＭＯＳ０．３５μｍルールの場合で、５μｍ以上に設定されてるので、クロック信号が、各スイッチＳＷ１１ｐないしＳＷ１２ｍおよび基板を介して、差動増幅器ＡＭＰ１へ与える干渉の程度を、演算精度が劣化しない程度に抑えながら、スイッチトキャパシタ回路２１の演算速度を向上できる。
【０１２２】
加えて、差動増幅器ＡＭＰ１とスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍとの距離、並びに、信号線ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍが各配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍに交差していない点を除くと、図１と同様にレイアウトされているので、マッチング精度の低下や非対称性に起因する演算誤差の低下を防止できる。
【０１２３】
なお、上記では、差動入力・差動出力の場合を例にして説明したが、差動入力・シングルエンド出力、シングルエンド入力・差動出力、あるいは、シングルエンド入出力の場合であっても、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ、両スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍへの配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍ、および、各配線に交差する信号線を本実施形態と同様に配置することで、同様の効果が得られる。
【０１２４】
〔第４の実施形態〕
本実施形態では、他のレイアウト方法として、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに接続された配線へ、信号線が交差する場合、その反転信号が伝送される信号線も交差するようにレイアウトすることで、信号線からの干渉を防止する構成について説明する。なお、当該構成は、図６に示すように、シングルエンドの入出力の場合や、図示しないシングルエンド入力・差動入力、差動入力・シングルエンド出力の場合にも適用できるが、以下では、一例として、第１の実施形態と同様、差動入力・差動出力のスイッチトキャパシタ回路の場合について説明する。
【０１２５】
すなわち、本実施形態に係るスイッチトキャパシタ回路３１は、図１０に示すように、図２に示すスイッチトキャパシタ回路１と略同様の回路構成であるが、スイッチＳＷ１ｐおよびＳＷ１ｍが、それぞれ１つのスイッチから構成されており、図１１に示すように、一方のスイッチＳＷ１ｐ）が領域Ａ３２に形成され、他方のスイッチＳＷ１ｍが領域Ａ３１に形成されている点が異なっている。
【０１２６】
また、これに伴い、図１に示す配線Ｌ１１ｐ〜Ｌ１２ｍに代えて、スイッチＳＷ１ｐと差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐとを接続する配線Ｌ１ｐと、スイッチＳＷ１ｍと差動増幅器ＡＭＰ１の反転入力端子Ｔ１ｍとを接続する配線Ｌ１ｍとが設けられている。
【０１２７】
さらに、本実施形態に係る配線Ｌ１ｍには、非反転入力信号ＶＩＮＰが印加される信号線ＳＬ１１ｐが交差するだけではなく、非反転入力信号ＶＩＮＰの反転信号としての反転入力ＶＩＮＭが印加される信号線ＳＬ１１ｍも交差している。同様に、配線Ｌ１ｐには、反転入力信号ＶＩＮＭが印加される信号線ＳＬ１２ｍが交差するだけではなく、反転入力信号ＶＩＮＭの反転信号としての非反転入力信号ＶＩＮＰを伝送する信号線ＳＬ１２ｐも交差している。
【０１２８】
これらの信号線ＳＬ１１ｐ・ＳＬ１１ｍ（あるいはＳＬ１２ｐ・ＳＬ１２ｍ）は、互いに近接して並列に配置されており、例えば、交差点近辺では、０．２μｍ〜１００μｍ程度の距離をおいて配されている。
【０１２９】
当該構成によれば、配線Ｌ１ｍと信号線ＳＬ１１ｐおよびＳＬ１１ｍとの間にそれぞれ形成される寄生容量をＣ１１２ｍおよびＣ１１１ｍ、配線Ｌ１ｐと、信号線ＳＬ１２ｍおよびＳＬ１２ｐとの間に、それぞれ形成される寄生容量をＣ１１２ｐおよびＣ１１１ｐとすると、図４と同じ回路図になり、上述の式（４）および式（５）が成立する。また、各信号線ＳＬ１１ｐ・ＳＬ１１ｍが互いに近接かつ並列に配されており、各信号線ＳＬ１２ｍ・ＳＬ１２ｐが互いに近接かつ並列に配されているので、寄生容量Ｃ１１２ｐおよびＣ１１１ｐの容量が略同様になり、寄生容量Ｃ１１２ｍおよびＣ１１１ｍの容量も略同様になる。したがって、上述の式（６）に示すように、寄生容量を考慮したとしても、差動増幅器ＡＭＰ１の差動演算によって、両信号線ＳＬ１２ｍ・ＳＬ１２ｐが配線Ｌ１ｐへ与える干渉は互いに相殺され、両信号線ＳＬ１１ｐ・ＳＬ１１ｍが配線Ｌ１ｍへ与える干渉は互いに相殺される。この結果、信号線の交差点での寄生容量に起因するスイッチトキャパシタ回路３１の演算誤差を削減できる。
【０１３０】
なお、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、差動増幅器ＡＭＰ１の非反転入力端子Ｔ１ｐをリセットするスイッチＳＷ１ｐが、差動増幅器ＡＭＰ１の一方側の領域Ａ３１のみに配置されており、反転入力端子Ｔ１ｍをリセットするスイッチＳＷ１ｍが差動増幅器ＡＭＰ１の他方側の領域Ａ３２に配置されているため、両スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍのマッチング精度は、第１の実施形態に比べて、低下しやすい。したがって、スイッチトキャパシタ回路の演算誤差のさらなる抑制が求められる場合には、第１の実施形態のように、各スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍを、それぞれ両側に配置する方が望ましい。
【０１３１】
ところで、上記各実施形態では、スイッチトキャパシタ回路において、ハイインピーダンスとなり、寄生容量による漏れが演算精度に直接影響を与えるノードとして、差動増幅器ＡＭＰ１（ＡＭＰ２）の両入力端子Ｔ１・Ｔ２を挙げ、これらのノードに交差する信号線による演算誤差や、これらのノードをリセットするためのスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ同士のマッチング精度低下に起因する演算誤差を抑制可能な各部材の配置について説明したが、これに限るものではない。
【０１３２】
例えば、図１２や図１３に示すスイッチトキャパシタ回路４１・５１の配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍのように、上記両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍにキャパシタを介して接続されたノードであっても、スイッチトキャパシタ回路が当該ノードでの電荷保存則を用いて演算処理する場合は、当該ノードに付加される寄生容量による漏れがスイッチトキャパシタ回路の演算精度に影響する。したがって、上述の各実施形態のように、当該ノードと信号線とを交差させたり、当該ノードをリセットするためのスイッチを配置することで、ある程度の効果が得られる。
【０１３３】
具体的には、図１２に示すスイッチトキャパシタ回路４１は、図５に示すスイッチトキャパシタ回路１ａと同様に、差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧を補償可能な回路であるが、スイッチトキャパシタ回路１ａとは異なり、入力キャパシタＣｓｐと非反転入力端子Ｔ１ｐとの間、および、入力キャパシタＣｓｍと反転入力端子Ｔ１ｍとの間に、差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧に応じた電荷を保持するキャパシタＣｃｐ・Ｃｃｍが設けられている。さらに、スイッチトキャパシタ回路４１は、入力キャパシタＣｓｐとキャパシタＣｃｐとの間のノード（配線Ｌ２ｐ）をリセットするスイッチＳＷ５ｐと、入力キャパシタＣｓｍとキャパシタＣｃｍとの間のノード（配線Ｌ２ｍ）をリセットするスイッチＳＷ５ｍとを備えており、各スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが導通すると、電源端子ＴＰ２および各スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍを介して、各ノードに、基準電圧ＶＣＭＩが印加される。
【０１３４】
当該構成のスイッチトキャパシタ回路４１では、サンプリングフェーズの間、図１２に示すように、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ・ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが導通し、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍがスイッチトキャパシタ回路４１の入力端子ＴＩＮｐ・ＴＩＮｍ側を選択する。また、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍは、基準電圧ＶＣＭＯが印加される電源端子ＴＰ１側を選択している。
【０１３５】
この状態では、図５に示すスイッチトキャパシタ回路１ａと同様、スイッチＳＷ１ｐが導通しているので、非反転入力端子Ｔ１ｐがリセットされ、非反転入力端子Ｔ１ｐの電位Ｖｘｐは、差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧Ｖｏｆｓｐに応じた値となる。さらに、スイッチＳＷ５ｐが導通して基準電位ＶＣＭＩが印加されるので、配線Ｌ２ｐがリセットされ、キャパシタＣｃｐには、電位Ｖｘｐと基準電位ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積される。同様に、反転入力端子Ｔ１ｍおよび配線Ｌ２ｍがリセットされると共に、反転入力端子Ｔ１ｍの電位Ｖｘｍは、差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧Ｖｏｆｓｍに応じた値となり、キャパシタＣｃｍには、電位Ｖｘｍと基準電位ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積される。なお、この状態では、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが導通しているので、オフセット電圧の多寡に拘らず、各入力キャパシタＣｓｐ・Ｃｓｍには、スイッチトキャパシタ回路４１の入力電圧ＶＩＮＭ・ＶＩＮＰに応じた電荷が蓄積され、両積分キャパシタＣｆｐ・Ｃｆｍに蓄積された電荷は、それぞれ放出される。
【０１３６】
一方、スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍが遮断された後、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが遮断されると、サンプリングフェーズが終了する。この状態では、各スイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ・ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが遮断されているので、各配線Ｌ１ｐ・Ｌ１ｍ・Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍは、それぞれフローティングノードとなり、電荷が保存される。さらに、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍが基準電圧ＶＣＭＩＮ側を選択し、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍがスイッチトキャパシタ回路４１の出力端子ＴＯＵＴｍ・ＴＯＵＴｐ側を選択する。
【０１３７】
この状態では、非反転入力端子Ｔ１ｐの電位は、配線Ｌ２ｐの電位からオフセット電圧Ｖｏｆｓｐを減算した電位となる。同様に、反転入力端子Ｔ１ｍの電位は、配線Ｌ２ｍの電位からオフセット電圧Ｖｏｆｓｍを減算した電位となる。したがって、オフセットが補償され、スイッチトキャパシタ回路４１の入出力電圧は、寄生容量を無視すると、以下の式（２０）に示すように、
Ｃｓ・（ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）＝Ｃｆ・（ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）…（２０）となる。
【０１３８】
また、図１３に示すスイッチトキャパシタ回路５１は、図１２に示すスイッチトキャパシタ回路４１の構成であるが、スイッチトキャパシタ回路５１では、差動増幅器ＡＭＰ１の入力電圧ＶｉｐおよびＶｉｍのコモンモード電圧と、出力電圧Ｖｏｐ・Ｖｏｍのコモンモード電圧とが互いに異なっている。これに伴い、本変形例に係るスイッチトキャパシタ回路５１には、スイッチＳＷ１ｐに代えて、キャパシタＣｃｆｐと、基準電圧ＶＣＭＩ２が印加される電源端子ＴＰ４または非反転入力端子Ｔ１ｐの一方を選択して、キャパシタＣｃｆｐの一端に接続するスイッチＳＷ６ｐと、基準電圧ＶＣＭＯが印加される電源端子ＴＰ１または出力端子Ｔ２ｍの一方を選択して、上記キャパシタＣｃｆｐの他端に接続するスイッチＳＷ７ｐとが設けられている。同様に、スイッチＳＷ１ｍに代えて、キャパシタＣｃｆｍ、スイッチＳＷ６ｍおよびＳＷ７ｍが設けられている。
【０１３９】
当該構成では、差動増幅器ＡＭＰ１およびキャパシタＣｃｆｐ・Ｃｃｆｍに注目すると、ホールドフェーズにおいて、スイッチＳＷ６ｐ・ＳＷ６ｍ・ＳＷ７ｐ・ＳＷ７ｍが、それぞれ基準電圧側を選択している。したがって、次のサンプリングフェーズの直前において、各キャパシタＣｃｆｐ・Ｃｃｆｍには、それぞれの両端電圧が、基準電圧ＶＣＭＩと基準電圧ＶＣＭＯとの差、すなわち、両コモンモード電圧の差になる量の電荷が蓄積されている。
【０１４０】
サンプリングフェーズになると、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍがそれぞれ導通すると共に、各スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・スイッチＳＷ６ｐ・ＳＷ６ｍ・ＳＷ７ｐ・ＳＷ７ｍが切り換えられる。ここで、差動増幅器ＡＭＰ１のゲインＡは、十分大きい。したがって、サンプリングフェーズにおいて、キャパシタＣｃｆｐ・Ｃｃｆｍの両端電圧は、それぞれ、差動増幅器ＡＭＰ１の入出力コモンモード電圧の差となり、キャパシタＣｃｐ・Ｃｃｍには、それぞれの両端電圧が、基準電圧ＶＣＭＩと差動増幅器ＡＭＰ１の入力コモンモード電圧との差に差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧を加えた電圧となる量の電荷が蓄積される。
【０１４１】
さらに、次のホールドフェーズになると、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが遮断されると共に、上記各スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍ・ＳＷ６ｐ・ＳＷ６ｍ・ＳＷ７ｐ・ＳＷ７ｍが切り換えられる。このとき、差動増幅器ＡＭＰ１の両入力端子Ｔ１ｐ・Ｔ１ｍに接続される配線に寄生容量が存在しないとすると、切り換えの前後で、キャパシタＣｃｐおよびＣｃｍに蓄積された電荷が保存され、それぞれの両端電圧が変化しない。したがって、両キャパシタＣｃｐおよびＣｃｍは、単なる電圧シフタとして機能し、基準電圧ＶＣＭＩと差動増幅器ＡＭＰ１の入力コモンモード電圧との差に差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧を加えた電圧だけ、入力側（配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍ側）に印加された電圧をシフトできる。
【０１４２】
この結果、差動増幅器ＡＭＰ１のオフセット電圧がキャンセルされ、差動増幅器ＡＭＰ１および両キャパシタＣｃｐ・Ｃｃｆは、オフセット電圧のない１つの差動増幅器として動作する。
【０１４３】
したがって、スイッチトキャパシタ回路５１全体の動作を説明すると、サンプリングフェーズにおいて、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが導通し、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍがスイッチトキャパシタ回路５１の入力端子ＴＩＮｍ・ＴＩＮｐ側を選択する。
【０１４４】
これにより、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍの電荷がそれぞれ放出され、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍがリセットされる。さらに、入力キャパシタＣｓｐには、入力電圧ＶＩＮＭと基準電圧ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積され、入力キャパシタＣｓｍには、入力電圧ＶＩＮＰと基準電圧ＶＣＭＩとの差に応じた電荷が蓄積される。
【０１４５】
また、サンプリングフェーズにおいて、スイッチＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍが基準電圧ＶＣＭＯ側を選択して、積分キャパシタＣｆｐ・Ｃｆｍに、基準電圧ＶＣＭＩと基準電圧ＶＣＭＯとの差、すなわち、両コモンモード電圧の差に応じた電荷がそれぞれ蓄積される。
【０１４６】
一方、サンプリングフェーズが終了すると、ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが遮断され、スイッチＳＷ２ｐ・ＳＷ２ｍ・ＳＷ３ｐ・ＳＷ３ｍが切り換えられる。このとき、キャパシタＣｓｐ・Ｃｆｐ・Ｃｃｐ間のノード（配線Ｌ２ｐ）の電荷、および、キャパシタＣｓｍ・Ｃｆｍ・Ｃｃｍ間のノード（配線Ｌ２ｍ）の電荷は、それぞれ保存される。また、上述したように、差動増幅器ＡＭＰ１および両キャパシタＣｃｐ・Ｃｃｆは、オフセット電圧のない１つの差動増幅器と見なすことができる。したがって、配線Ｌ２ｐおよびＬ２ｍの寄生容量を無視すると、スイッチトキャパシタ回路５１の入出力電圧は、以下の式（２１）に示すように、
Ｃｓ・（ＶＩＮＰ−ＶＩＮＭ）＝Ｃｆ・（ＶＯＵＴＰ−ＶＯＵＴＭ）…（２１）
となる。
【０１４７】
図１２および図１３のいずれの場合であっても、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍに付加される寄生容量による漏れがスイッチトキャパシタ回路の演算精度に影響するので、上述の各実施形態のように、当該ノードと信号線とを交差させたり、当該ノードをリセットするためのスイッチを配置することで、寄生容量による演算誤差を抑制できる。
【０１４８】
例えば、図１４では、図１３のスイッチトキャパシタ回路５１の各部材Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍ・ＳＬ２ｐ・ＳＬ２ｍ・ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍが、第１の実施形態の各部材Ｌ１ｐ・Ｌ１ｍ・ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍ・ＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍと同様に配置されている。
【０１４９】
具体的には、スイッチＳＷ５ｐが、領域Ａ３１に配されたスイッチＳＷ５１ｐと、領域Ａ３２に配されたスイッチＳＷ５２ｐとに分割されており、配線Ｌ２ｐが、スイッチＳＷ５１ｐに接続された配線Ｌ２１ｐと、スイッチＳＷ５２ｐに接続された配線Ｌ２２ｐとに分割されている。同様に、スイッチＳＷ５ｍが各領域Ａ３１・Ａ３２にそれぞれ配されたスイッチＳＷ５１ｍ・ＳＷ５２ｍに分割され、配線Ｌ２ｍが、配線Ｌ２１ｍ・Ｌ２２ｍに分割されている。また、各スイッチＳＷ５１ｐ・ＳＷ５２ｍが中心軸Ｘを中心に線対称に配され、各スイッチＳＷ５１ｍ・ＳＷ５２ｐも中心軸Ｘを中心に線対称に配される。さらに、配線Ｌ２１ｐ・Ｌ２１ｍが互いに並行して配され、配線Ｌ２２ｍ・Ｌ２２ｐも互いに並行して配されている。また、端子ＴＯＵＴｐへの信号線ＳＬ２ｐは、上記両配線Ｌ２１ｐ・Ｌ２１ｍの双方に交差し、端子ＴＯＵＴｍへの信号線ＳＬ２ｍは、上記両配線Ｌ２２ｐ・Ｌ２２ｍの双方に交差するように配置される。なお、図１４では、キャパシタアレイと各配線Ｌ２ｐ（Ｌ２ｍ）とが重ねて配置されており、引き出し線なしに、各キャパシタと配線とを接続できる。
【０１５０】
上記構成によれば、スイッチＳＷ５１ｐ・ＳＷ５１ｍ間のマッチング精度、並びに、スイッチＳＷ５２ｐ・ＳＷ５２ｍ間のマッチング精度を向上できるので、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍへ混入するクロックノイズの影響が互いに略同一になる。また、信号線ＳＬ２ｐが、両配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍに交差しているので、信号線ＳＬ２ｐと配線Ｌ２ｐとの間の寄生容量と、信号線ＳＬ２ｐと配線Ｌ２ｍとの間の寄生容量とが略同一になる。同様に、信号線ＳＬ２ｍと配線Ｌ２ｐおよび配線Ｌ２ｍとの間の寄生容量が、それぞれ略同一になる。したがって、各信号線から、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍへの干渉が略同一になる。これらの結果、差動増幅器ＡＭＰ１での差動演算によって、上記影響および干渉を互いに打ち消すことができ、スイッチトキャパシタ回路５１の演算精度を向上できる。
【０１５１】
また、図１３のスイッチトキャパシタ回路５１の各部材Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍ・ＳＬ２ｐ・ＳＬ２ｍ・ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍを、第３または第４の実施形態の各部材Ｌ１ｐ・Ｌ１ｍ・ＳＬ１ｐ・ＳＬ１ｍ・ＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍと同様に配置すると、図１５または図１６のようになる。
【０１５２】
図１５の構成では、第３の実施形態と略同様に、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍがそれぞれ２つに分割されており、スイッチＳＷ５１ｐ・ＳＷ５１ｍは、キャパシタの領域Ａ２１よりも差動増幅器ＡＭＰ１に近く、または、同程度の距離に配置されている。同様に、スイッチＳＷ５２ｐ・ＳＷ５２ｍは、例えば、ＣＭＯＳ０．３５μｍルールの場合で、５μ〜１００μｍの程度の距離など、キャパシタの領域Ａ２２よりも差動増幅器ＡＭＰ１側、あるいは、同程度の距離に配置されている。さらに、スイッチトキャパシタ回路５１の入力端子ＴＩＮｐ・ＴＩＮｍへの信号線ＳＬ２ｐおよびＳＬ２ｍは、上記配線Ｌ２ｐおよびＬ２ｍのいずれとも交差しないように配置されている。
【０１５３】
上記構成では、スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍを差動増幅器ＡＭＰ１に近づけることで、配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍに、信号線が交差しないように配置している。したがって、レイアウトを困難にすることなく、交差に起因するスイッチトキャパシタ回路５１の演算誤差を低減できる。さらに、差動増幅器ＡＭＰ１と、各スイッチＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍとの距離が５μｍ以上に設定されているので、クロック信号が、各スイッチＳＷ５１ｐないしＳＷ５２ｍおよび基板を介して、差動増幅器ＡＭＰ１へ与える干渉の程度を、演算精度が劣化しない程度に抑えながら、スイッチトキャパシタ回路５１の演算速度を向上できる。
【０１５４】
なお、図１４または図１５では、上記スイッチＳＷ６ｐ・ＳＷ６ｍが、第１または第３の実施形態と同様、スイッチＳＷ６１ｐ〜ＳＷ６２ｍに分割されている。
【０１５５】
また、図１６の構成では、第４の実施形態と略同様に、上記両配線Ｌ２ｐ・Ｌ２ｐの少なくとも一方（例えば、配線Ｌ２ｍ）に、例えば、端子ＴＩＮｐへの信号線ＳＬ１１ｐなどの信号線が交差する場合、その反転信号を伝送する反転信号線（例えば、端子ＴＩＮｍへの信号線ＳＬ１１ｍなど）も上記配線に交差するように配置される。これにより、信号線から配線への干渉と略同一の大きさで、向きが反対の干渉が、反転信号線から配線へ与えられる。この結果、両者からの干渉が相殺され、これらの干渉に起因するスイッチトキャパシタ回路５１の演算精度低下を防止できる。
【０１５６】
なお、上記第１ないし第４の実施形態では、差動増幅器（ＡＭＰ１・ＡＭＰ２）やアナログのスイッチ（ＳＷ１ｐ〜ＳＷ４ｍ）をＣＭＯＳプロセスで生成する場合を例にして説明したが、これに限るものではなく、バイポーラなど、他のプロセスで生成する場合でも同様の効果が得られる。また、上記各実施形態では、スイッチトキャパシタ回路の例として、サンプルホールド増幅型のスイッチトキャパシタ回路を説明したが、積分器など、他のスイッチトキャパシタ回路に本発明を適用した場合でも同様の効果が得られる。
【０１５７】
また、上記では、スイッチの領域Ａ３１・Ａ３２をキャパシタの領域Ａ２１・Ａ２２の外側に配した場合を例にして説明したが、上記領域Ａ３１および上記領域Ａ２１を上下方向に配置し、上記領域Ａ３２および上記領域Ａ２２を上下方向に配置すると共に、上記領域Ａ２１・Ａ３１と領域Ａ２２・Ａ３２とで、領域Ａ１を左右方向に挟むように配置してもよい。また、領域Ａ１の両側に領域Ａ２１・Ａ２２を配置し、例えば、上下方向など、領域Ａ１から領域Ａ２１またはＡ２２への方向とは直交する方向に、領域Ａ３１・Ａ３２を配置してもよい。このように、差動増幅器の領域からスイッチの領域への方向と、スイッチの領域からキャパシタの領域への方向とが異なるように配置する場合であっても、同様の効果が得られる。ただし、クロックラインの領域Ａ４１・Ａ４２は、最も外側に配置することが望ましい。
【０１５８】
なお、上記では、キャパシタ、スイッチおよびクロック信号線を配置する領域を、差動増幅器ＡＭＰ１（ＡＭＰ２）の両側などに２つずつ設けた場合について説明したが、１つずつ設けた場合であっても、第３の実施形態に記載したスイッチＳＷ１ｐ・ＳＷ１ｍ（ＳＷ５ｐ・ＳＷ５ｍ）の近接配置、あるいは、第４の実施形態に記載の反転信号線の配置は可能なので、ある程度の効果が得られる。さらに、この場合でも、第１および第２の実施形態に記載した配線Ｌ１ｐ・Ｌ１ｍ（Ｌ２ｐ・Ｌ２ｍ）のうち、少なくとも、差動増幅器ＡＭＰ１（ＡＭＰ２）側の端部から信号線との交差点近傍までの間、並列に配置することで、ある程度の効果が得られる。ただし、上記各実施形態のように、上記各領域を２つずつ設ける方が、マッチング精度を向上できるので、より演算精度を向上できる。
【０１５９】
また、上記では、図１４、図１５および図１６を参照して、図１３のスイッチトキャパシタ回路５１の配置について説明したが、図１２のスイッチトキャパシタ回路４１も、図１４、図１５および図１６と同様に配置することができ、これらと同様の効果を得ることができる。
【０１６０】
【発明の効果】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、差動増幅器の両入力端子への配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置する構成である。
【０１６１】
当該構成によれば、非反転側配線に交差する信号線は、反転側配線にも交差しているので、信号線から寄生容量を介して非反転側配線への干渉と同一傾向の干渉が、信号線から寄生容量を介して反転側配線へ伝えられる。したがって、差動増幅器の差動演算によって、これらの干渉を互いに相殺でき、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１６２】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記構成に加えて、上記非反転側配線には、上記非反転入力端子をリセットするための非反転側スイッチが接続されており、さらに、非反転側キャパシタを接続あるいは接続可能に形成されていると共に、上記反転側配線には、上記反転入力端子をリセットするための反転側スイッチが接続されており、さらに、反転側キャパシタを接続あるいは接続可能に形成されている構成である。
【０１６３】
上記構成では、両配線に信号線が交差するので、信号線と各配線との間の寄生容量によって、両入力端子の電荷は、設計値を基準に同じ方向へ変化する。したがって、差動増幅器の差動演算によって、両電荷の変化が相殺され、寄生容量に起因する演算精度低下を防止できる。この結果、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１６４】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、差動増幅器の両入力端子をそれぞれリセットする非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成すると共に、上記差動増幅器の両側に設けられたスイッチ配置用の領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置し、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置する構成である。
【０１６５】
上記構成によれば、上記領域の一方（例えば、第１領域）に、非反転側スイッチを配し、他方（例えば、第２領域）に反転側スイッチを配置する構成と比べて、非反転側および反転側第１スイッチを互いに近く配置できると共に、非反転側および反転側第２スイッチを互いに近く配置できる。したがって、非反転側および反転側第１スイッチのマッチング精度、並びに、非反転側および反転側第２スイッチのマッチング精度を向上できる。この結果、両入力端子へ与えられるクロックノイズを、差動増幅器による差動演算によって互いに相殺でき、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１６６】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記構成に加えて、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記両入力端子から上記両配線に上記信号線が交差するまでの間または交差点近傍までの間は、当該両配線を並行に配置する構成である。
【０１６７】
当該構成によれば、信号線から、各配線との間の寄生容量を介して、それぞれの配線へ与えられる干渉は、略同一になるので、差動増幅器での差動演算によって、互いに相殺される。これにより、スイッチトキャパシタ回路の演算精度をさらに向上できるという効果を奏する。
【０１６８】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記各スイッチに接続されるキャパシタが配される領域よりも上記差動増幅器の近傍または略同じ距離に上記非反転側および反転側スイッチを配置する構成である。
【０１６９】
当該構成では、差動増幅器の近傍に両スイッチが配されているので、両配線の配線長が短くなり、両配線と交差する信号線の数を削減できる。したがって、基板などと各配線との間の寄生容量を削減できると共に、信号線と配線との交差による寄生容量も削減できる。この結果、差動増幅器の両入力端子に付く寄生容量を削減でき、スイッチトキャパシタ回路のセトリング特性を改善でき、演算精度をさらに向上できるという効果を奏する。
【０１７０】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記各構成に加えて、上記非反転側第１スイッチおよび反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、上記反転側第１スイッチおよび非反転側第２スイッチを上記差動増幅器を中心に線対称に配置する構成である。
【０１７１】
当該構成によれば、上記各スイッチが差動増幅器を中心に線対称に配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキを抑えることができる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できるという効果を奏する。
【０１７２】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記構成に加えて、上記非反転側第１スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線と、上記反転側第２スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置すると共に、上記反転側第１スイッチおよび上記反転入力端子の間の反転側配線と、上記非反転側第２スイッチおよび上記非反転入力端子の間の非反転側配線とを上記差動増幅器を中心に線対称に配置する構成である。
【０１７３】
当該構成によれば、各スイッチと両入力端子との間の配線も差動増幅器を中心に線対称配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキをさらに低減できる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できるという効果を奏する。
【０１７４】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記各構成に加えて、上記非反転側配線および反転側配線は、両者の中心線に対して、互いに線対称に配されている構成である。
【０１７５】
当該構成によれば、両配線が両者の中心線に対して線対称配置されているので、差動増幅器の両入力端子間において、非対称配置に起因する寄生容量のバラツキをさらに低減できる。この結果、スイッチトキャパシタ回路のさらなる高精度化および低消費電力化を実現できるという効果を奏する。
【０１７６】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、差動増幅器の両入力端子および各入力端子をそれぞれリセットするスイッチの間を接続する非反転側および反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えている構成である。
【０１７７】
当該構成によれば、反転信号線には、信号線を伝送される信号の反転信号が入力されているので、信号線から寄生容量を介して上記配線へ与えられる影響と、反転信号線から寄生容量を介して上記配線に与えられる影響とは、互いに打ち消し合う。したがって、反転信号線が無い場合に比べて、信号線から、配線に接続された入力端子への干渉を抑制でき、当該干渉がスイッチトキャパシタ回路の演算処理に与える影響を低減できる。この結果、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１７８】
さらに、本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記各構成に加えて、上記差動増幅器が配される領域の両側に、当該差動増幅器に近い方から順番に、キャパシタを配した領域、上記各スイッチのいずれかを配した領域、および、当該スイッチへクロック信号を供給するクロック信号配線を配した領域が、それぞれ設けられている構成である。当該構成によれば、クロック信号配線を差動増幅器から遠くに配置されているので、クロックノイズに起因する演算精度低下を抑制できるという効果を奏する。
【０１７９】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、非反転側配線および反転側配線での電荷保存則により演算処理するスイッチトキャパシタ回路であって、当該両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置すると共に、上記非反転側配線のうち、第２非反転側キャパシタが接続された端部、すなわち、差動増幅器の非反転入力端子側の端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間と、上記反転側配線のうち、第２反転側キャパシタの端部、すなわち、差動増幅器の反転入力端子側の端部から上記信号線との交差点または交差点近傍までの間とは、互いに並行に配置されている構成である。
【０１８０】
当該構成によれば、非反転側配線に交差する信号線は、反転側配線にも交差しているので、信号線から寄生容量を介して非反転側配線への干渉と同一傾向の干渉が、信号線から寄生容量を介して反転側配線へ伝えられ、差動増幅器の差動演算によって、これらの干渉が互いに相殺される。この結果、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１８１】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、差動増幅器の非反転入力端子に第２非反転側キャパシタを介して接続された非反転側配線、並びに、差動増幅器の反転入力端子に第２反転側キャパシタを介して接続された反転側配線をそれぞれリセットする非反転側スイッチおよび反転側スイッチを、それぞれ、２つの互いに並列に接続された第１および第２スイッチから構成すると共に、上記差動増幅器の両側に設けられたスイッチ配置用の領域のうち、上記差動増幅器の一方側に設けられた第１領域に、上記非反転側および反転側第１スイッチを配置し、他方側に設けられた第２領域に、上記非反転側および反転側第２スイッチを配置する構成である。
【０１８２】
上記構成によれば、非反転側および反転側配線を、差動増幅器の各入力端子に直接接続した上述の構成と同様に、両第１スイッチ同士のマッチング精度および両第２スイッチ同士のマッチング精度がそれぞれ向上し、両入力端子へ印加されるクロックノイズの影響が、差動演算によって互いに相殺される。この結果、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１８３】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、上記構成に加えて、上記両配線の一方に交差する信号線は、他方にも交差するように配置する構成である。当該構成によれば、信号線から上記両配線への干渉が、差動増幅器での差動演算によって、互いに相殺されるので、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【０１８４】
本発明に係るスイッチトキャパシタ回路は、以上のように、差動増幅器の非反転入力端子に第２非反転側キャパシタを介して接続された非反転側配線、並びに、差動増幅器の反転入力端子に第２反転側キャパシタを介して接続された反転側配線の一方の配線に交差する信号線と、当該配線に交差し、上記信号線を伝送される信号の反転信号が入力される反転信号線とを備えている構成である。
【０１８５】
上記構成によれば、上述の反転信号線を有する構成と同様に、信号線から寄生容量を介して上記配線へ与えられる影響と、反転信号線から寄生容量を介して上記配線に与えられる影響とは、互いに打ち消し合う。この結果、演算精度の向上と、消費電力の削減または演算速度の向上とを両立できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図２】上記スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図３】上記スイッチトキャパシタ回路に設けられた差動増幅器の構成例を示す回路図である。
【図４】配線と信号線との交差による寄生容量も含めた場合の上記スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図５】上記スイッチトキャパシタ回路の変形例を示す回路図である。
【図６】本発明の他の実施形態を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図７】上記スイッチトキャパシタ回路に設けられた差動増幅器の構成例を示す回路図である。
【図８】上記スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１０】本発明の別の実施形態を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図１１】上記スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１２】上記各実施形態の変形例を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図１３】上記各実施形態の他の変形例を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図１４】上記各変形例を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１５】上記各変形例を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路の他のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１６】上記各変形例を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路のさらに他のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１７】従来技術を示すものであり、スイッチトキャパシタ回路を示す回路図である。
【図１８】上記スイッチトキャパシタ回路のレイアウト配置を示す説明図である。
【図１９】上記スイッチトキャパシタ回路において、ガードラインの形成方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１・１ａ・１１・２１・３１・４１・５１  スイッチトキャパシタ回路
Ａ１〜Ａ４２            領域
Ａ３１                  領域（第１領域）
Ａ３２                  領域（第２領域）
ＡＭＰ１・ＡＭＰ２      差動増幅器
Ｃｆｐ                  積分キャパシタ（非反転側キャパシタ）
Ｃｆｍ                  積分キャパシタ（反転側キャパシタ）
Ｃｓｐ                  入力キャパシタ（非反転側キャパシタ）
Ｃｓｍ                  入力キャパシタ（反転側キャパシタ）
Ｃｃｐ                  キャパシタ（非反転側キャパシタ）
ＣＣｍ                  キャパシタ（反転側キャパシタ）
Ｌ１１ｐ・Ｌ２１ｐ      配線（非反転側配線）
Ｌ１１ｍ・Ｌ２１ｍ      配線（反転側配線）
Ｌ１２ｐ・Ｌ２２ｐ      配線（非反転側配線）
Ｌ１２ｍ・Ｌ２２ｍ      配線（反転側配線）
Ｌ１ｐ・Ｌ２ｍ          配線（非反転側配線）
Ｌ１ｍ・Ｌ２ｍ          配線（反転側配線）
ＳＬ１１ｐ・ＳＬ１２ｍ  信号線
ＳＬ１１ｍ・ＳＬ１２ｐ  信号線（反転信号線）
ＳＬ１ｐ・ＳＬ２ｐ      信号線
ＳＬ１ｍ・ＳＬ２ｍ      信号線
ＳＷ１ｐ・ＳＷ５ｐ      スイッチ（非反転側スイッチ）
ＳＷ１ｍ・ＳＷ５ｍ      スイッチ（非反転側スイッチ）
ＳＷ１１ｐ・ＳＷ５１ｐ  スイッチ（非反転側第１スイッチ）
ＳＷ１１ｍ・ＳＷ５１ｍ  スイッチ（反転側第１スイッチ）
ＳＷ１２ｐ・ＳＷ５２ｐ  スイッチ（非反転側第２スイッチ）
ＳＷ１２ｍ・ＳＷ５２ｍ  スイッチ（反転側第２スイッチ）
Ｔ１ｐ                  非反転入力端子
Ｔ１ｍ                  反転入力端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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