(57)【要約】【課題】ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗および接合容量の変動を低減させたスイッチ装置。【解決手段】第１端子および第２端子の間に接続され、ゲート端子に与えられるゲート電圧に応じて第１端子および第２端子の間を電気的に接続または切断するメインスイッチと、第１端子側の第１分圧抵抗および第２端子側の第２分圧抵抗を含む分圧器を有し、メインスイッチを接続状態とする場合に、第１端子の電圧および第２端子の電圧に応じた電圧を出力する電圧出力部と、メインスイッチの接続状態において、電圧出力部の出力電圧に追従する電圧を出力するバッファと、バッファの出力電圧に応じた第１電圧をゲート端子に供給し、前記バッファの出力電圧に応じた第２電圧をメインスイッチのバルク端子に供給するスイッチ制御回路と、を備えるスイッチ装置を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端子および第２端子の間に接続され、ゲート端子に与えられるゲート電圧に応じて前記第１端子および前記第２端子の間を電気的に接続または切断するメインスイッチと、
前記第１端子側の第１分圧抵抗および前記第２端子側の第２分圧抵抗を含む分圧器を有し、前記メインスイッチを接続状態とする場合に、前記第１端子の電圧および前記第２端子の電圧に応じた電圧を出力する電圧出力部と、
前記メインスイッチの接続状態において、前記電圧出力部の出力電圧に追従する電圧を出力するバッファと、
前記バッファの出力電圧に応じた第１電圧を前記メインスイッチの前記ゲート端子に供給し、前記バッファの出力電圧に応じた第２電圧を前記メインスイッチのバルク端子に供給するスイッチ制御回路と、
を備えるスイッチ装置。
【請求項２】
前記電圧出力部は、前記メインスイッチを切断状態とする場合に、前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の間の中間端子に第１基準電位を供給する請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項３】
前記電圧出力部は、
前記第１端子および前記第１分圧抵抗の間、または、前記中間端子および前記第１分圧抵抗の間に設けられ、前記メインスイッチを接続状態とする場合に接続状態となり、前記メインスイッチを切断状態とする場合に切断状態となる第１サブスイッチと、
前記第２端子および前記第２分圧抵抗の間、または、前記中間端子および前記第２分圧抵抗の間に設けられ、前記メインスイッチを接続状態とする場合に接続状態となり、前記メインスイッチを切断状態とする場合に切断状態となる第２サブスイッチと、
を更に有する請求項２に記載のスイッチ装置。
【請求項４】
前記電圧出力部は、
前記メインスイッチを接続状態とする場合に前記第１端子の電圧および前記第２端子の電圧の平均電圧を出力し、
前記メインスイッチを切断状態とする場合に前記第１端子の電圧および前記第２端子の電圧のいずれかの電圧と、第１基準電位とに応じた電圧を出力する請求項１に記載のスイッチ装置。
【請求項５】
前記電圧出力部は、
一端が前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の間に接続され、他端から当該電圧出力部の出力電圧を出力する第１出力抵抗と、
一端が前記第１出力抵抗の他端に接続され、他端に前記第１基準電位が供給される第２出力抵抗と、
前記第２出力抵抗および前記第１基準電位の間に設けられ、前記メインスイッチを接続状態とする場合に切断状態となり、前記メインスイッチを切断状態とする場合に接続状態となる第３サブスイッチと、
を有する請求項４に記載のスイッチ装置。
【請求項６】
前記電圧出力部は、前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の間の中間点よりも第１端子側と、前記中間点よりも第２端子側との少なくとも一方に、サブスイッチを有し、
前記サブスイッチは、前記メインスイッチを接続状態とする場合に接続状態となり、前記メインスイッチを切断状態とする場合に切断状態となる請求項５に記載のスイッチ装置。
【請求項７】
前記電圧出力部は、
前記第１分圧抵抗および前記第２分圧抵抗の間の中間点よりも第１端子側に設けられる第１サブスイッチと、
前記中間点よりも第２端子側に設けられる第２サブスイッチと、
を有し、
前記メインスイッチを接続状態とする場合に、前記第１サブスイッチおよび前記第２サブスイッチは接続状態となり、
前記メインスイッチを切断状態とする場合において、
前記第１端子に電気信号が入力される場合、前記第１サブスイッチは接続状態となり、前記第２サブスイッチは切断状態となり、
前記第２端子に電気信号が入力される場合、前記第１サブスイッチは切断状態となり、前記第２サブスイッチは接続状態となる、請求項５に記載のスイッチ装置。
【請求項８】
前記第１基準電位は、前記メインスイッチのソース端子およびバルク端子の間に形成されるダイオードをオフ状態にする電位である請求項２から７のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項９】
前記スイッチ制御回路は、
前記メインスイッチを接続状態とする場合に、前記バルク端子に供給する前記第２電圧に０でないオフセット電圧を加えた前記第１電圧を前記ゲート端子に供給し、
前記メインスイッチを切断状態とする場合に、前記バルク端子に供給する前記第２電圧と同じ前記第１電圧を前記ゲート端子に供給する
請求項１から８のいずれか一項に記載のスイッチ装置。
【請求項１０】
前記メインスイッチは、ｎ型半導体スイッチであり、
前記オフセット電圧は、正の電圧である
請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１１】
前記メインスイッチは、基板面上のｐウェル内に設けられる請求項１０に記載のスイッチ装置。
【請求項１２】
前記メインスイッチは、ｐ型半導体スイッチであり、
前記オフセット電圧は、負の電圧である
請求項９に記載のスイッチ装置。
【請求項１３】
前記メインスイッチは、基板面上のｎウェル内に設けられる請求項１２に記載のスイッチ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スイッチ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチにおいて、レベルシフタを用いてゲート・ソース間電圧を略一定電圧に保ち、オン抵抗の変動を低減させることが知られていた（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１  米国特許第８００４３４０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＭＯＳＦＥＴ等の半導体スイッチは接合容量を有し、当該接合容量は入力信号の信号強度に応じて変動するので、信号に歪みが発生することがある。したがって、ＭＯＳＦＥＴのオン抵抗および接合容量の変動を低減させたスイッチ装置が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の第１の態様においては、第１端子および第２端子の間に接続され、ゲート端子に与えられるゲート電圧に応じて第１端子および第２端子の間を電気的に接続または切断するメインスイッチと、第１端子側の第１分圧抵抗および第２端子側の第２分圧抵抗を含む分圧器を有し、メインスイッチを接続状態とする場合に、第１端子の電圧および第２端子の電圧に応じた電圧を出力する電圧出力部と、メインスイッチの接続状態において、電圧出力部の出力電圧に追従する電圧を出力するバッファと、バッファの出力電圧に応じた第１電圧をゲート端子に供給し、バッファの出力電圧に応じた第２電圧をメインスイッチのバルク端子に供給するスイッチ制御回路と、を備えるスイッチ装置を提供する。
【０００５】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】スイッチ装置１００の構成例を示す。
【図２】本実施形態に係るスイッチ装置２００の構成例を示す。
【図３】本実施形態に係る電圧出力部２２０の構成例を示す。
【図４】本実施形態に係るバッファ２３０の構成例を示す。
【図５】本実施形態に係るスイッチ制御回路２４０の構成例を示す。
【図６】本実施形態に係るスイッチ装置２００の第１変形例を示す。
【図７】本実施形態に係るスイッチ装置２００の第２変形例を示す。
【図８】第２変形例のスイッチ装置２００のスイッチ制御回路２４０の構成例を示す。
【図９】本実施形態に係る電圧出力部２２０の第１変形例を示す。
【図１０】本実施形態に係るメインスイッチ２１０の各部における電圧波形の第１例を示す。
【図１１】本実施形態に係るメインスイッチ２１０の各部における電圧波形の第２例を示す。
【図１２】本実施形態に係る電圧出力部２２０の第２変形例を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【０００８】
図１は、スイッチ装置１００の構成例を示す。スイッチ装置１００は、半導体スイッチのゲート・ソース間電圧を略一定となるように制御して、当該半導体スイッチのオン抵抗を略一定の値に保つ。スイッチ装置１００は、第１端子１２、第２端子１４、第３端子１６、電源部２０、メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、第２サブスイッチ１１４、電流源１２０、インバータ１３０、論理レベルシフタ１４０、第３サブスイッチ１５０、およびレベルシフタ１６０を備える。
【０００９】
第１端子１２および第２端子１４は、メインスイッチ１１０の一端および他端にそれぞれ接続され、メインスイッチ１１０が接続状態の場合に、電気信号を伝送させる。第１端子１２および第２端子１４は、例えば、電気信号の送信元および送信先等が接続される。第１端子１２および第２端子１４の一方は、例えば、電気信号の入力端子として機能し、この場合、他方の端子は出力端子として機能する。
【００１０】
第３端子１６は、当該スイッチ装置１００を制御する制御信号を入力する。即ち、当該スイッチ装置１００は、第３端子１６に入力する制御信号に応じて、第１端子１２および第２端子１４の間を電気的に接続または切断させる。電源部２０は、予め定められた電圧を出力する。電源部２０は、当該スイッチ装置１００の電源電圧を供給してよく、この場合、当該スイッチ装置１００の各部へ電圧を供給する。
【００１１】
メインスイッチ１１０は、第１端子１２および第２端子１４の間に接続され、ゲート端子（Ｇ）に与えられるゲート電圧に応じて第１端子１２および第２端子１４の間を電気的に接続または切断する。メインスイッチ１１０は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴでよく、これに代えて、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。図１は、メインスイッチ１１０がｎチャネルのＭＯＳＦＥＴの例を示す。
【００１２】
メインスイッチ１１０は、一例として、ソース端子（Ｓ）が第１端子１２に接続され、ドレイン端子（Ｄ）が第２端子１４に接続される。メインスイッチ１１０のソース端子および／またはバルク端子（Ｂ）は、一例として、０Ｖ等のグラウンド（ＧＮＤ）電位に接続される。メインスイッチ１１０は、ゲート・ソース間電圧に応じて、ドレイン端子およびソース端子の間を電気的に接続または切断する。
【００１３】
第１サブスイッチ１１２は、第１端子１２およびメインスイッチ１１０のバルク端子の間に接続され、ゲート端子に与えられるゲート電圧に応じて第１端子１２およびメインスイッチ１１０のバルク端子の間を電気的に接続または切断する。第２サブスイッチ１１４は、メインスイッチ１１０のバルク端子および第２端子１４の間に接続され、ゲート端子に与えられるゲート電圧に応じてメインスイッチ１１０のバルク端子および第２端子１４の間を電気的に接続または切断する。
【００１４】
第１サブスイッチ１１２および第２サブスイッチ１１４は、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴでよく、これに代えて、ｐチャネルのＭＯＳＦＥＴでもよい。メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４のゲート端子は、同一極性のＭＯＳＦＥＴであることが望ましい。図１は、第１サブスイッチ１１２および第２サブスイッチ１１４がｎチャネルのＭＯＳＦＥＴの例を示す。一例として、第１サブスイッチ１１２のドレイン端子が第１端子１２に接続され、ソース端子がメインスイッチ１１０のバルク端子に接続される。また、第２サブスイッチ１１４のソース端子がメインスイッチ１１０のバルク端子に接続され、ドレイン端子が第２端子１４に接続される。
【００１５】
メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４のゲート端子は互いに接続され、略同一のゲート電圧が供給される。即ち、メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４は、制御信号に応じて、接続状態および切断状態のいずれかに切り換わる。したがって、第１端子１２および第２端子１４の間は、接続状態になると、メインスイッチ１１０を介した伝送路と、第１サブスイッチ１１２および第２サブスイッチ１１４を介した伝送路とが形成される。
【００１６】
電流源１２０は、予め定められた一定の電流を流す。インバータ１３０は、第３端子１６から入力する制御信号の論理を反転する。また、論理レベルシフタ１４０は、インバータ１３０の出力レベルをシフトさせる。第３サブスイッチ１５０は、メインスイッチ１１０のゲート端子およびグラウンド電位の間に接続され、論理レベルシフタ１４０の出力に応じてメインスイッチ１１０のゲート端子およびグラウンド電位の間を電気的に接続または切断する。第３サブスイッチ１５０は、一例として、ｎチャネルのＭＯＳＦＥＴである。
【００１７】
レベルシフタ１６０は、メインスイッチ１１０のゲート端子およびバルク端子の間に設けられ、電流の入力に応じて、メインスイッチ１１０のゲート端子およびバルク端子の間に予め定められた電位差を発生させる。ここで、予め定められた電位差は、メインスイッチ１１０を接続状態にするゲート・ソース間電圧以上の電位差である。即ち、レベルシフタ１６０が予め定められた電位差を発生させることに応じて、メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４は、接続状態に切り換わる。
【００１８】
レベルシフタ１６０は、一例として、一端がメインスイッチ１１０のゲート端子および電流源１２０に接続され、他端がメインスイッチ１１０のバルク端子に接続され、電流源１２０から入力する電流に応じて、一端および他端の間に、予め定められた電位差を発生させる。この場合、レベルシフタ１６０は、一端側が略０Ｖとなったことに応じて、電位差の発生を停止してよい。
【００１９】
例えば、インバータ１３０および論理レベルシフタ１４０は、メインスイッチ１１０を接続状態にする制御信号（一例としてハイ電位）に応じて、ロー電位の信号を第３サブスイッチ１５０のゲート電極に供給する。これにより、第３サブスイッチ１５０は、メインスイッチ１１０のゲート端子およびグラウンド電位の間を電気的に切断する。これにより、電流源１２０は、レベルシフタ１６０に略一定の電流を流すので、メインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４は、接続状態に切り換えることができる。
【００２０】
また、インバータ１３０および論理レベルシフタ１４０は、メインスイッチ１１０を切断状態にする制御信号（一例としてロー電位）に応じて、ハイ電位の信号を第３サブスイッチ１５０のゲート電極に供給する。これにより、第３サブスイッチ１５０は、メインスイッチ１１０のゲート端子およびグラウンド電位の間を電気的に接続して、メインスイッチ１１０のゲート電圧を略０Ｖにする。これにより、電流源１２０は、略一定の電流をグラウンドへと流すので、レベルシフタ１６０には電流が供給されず、メインスイッチ１１０のゲート・ソース間電圧は略０Ｖとなって切断状態となる。同様に、第１サブスイッチ１１２および第２サブスイッチ１１４は、切断状態になる。
【００２１】
以上のように、スイッチ装置１００は、制御信号に応じて、メインスイッチ１１０を接続状態および切断状態のいずれかに切り換えることができる。また、スイッチ装置１００は、メインスイッチ１１０のゲート・ソース間電圧を略一定の電圧にして接続状態とするので、第１端子１２または第２端子１４の電圧が変動しても、オン抵抗を略一定の値に保つことができる。
【００２２】
しかしながら、スイッチ装置１００は、第１端子１２および第２端子１４の間にメインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４を有し、第１端子１２および第２端子１４を電気的に接続する場合、これら複数のスイッチが接続状態となる。このようなメインスイッチ１１０、第１サブスイッチ１１２、および第２サブスイッチ１１４は、ＰＮ接合等によって形成したウェル領域上に、半導体基板と電気的に分離して形成されることが知られている。
【００２３】
この場合、第１端子１２および第２端子１４の負荷となるように、寄生的な接合容量が形成される。このような接合容量が存在すると、第１端子１２および第２端子１４の電位の変動に応じて、第１端子１２および第２端子１４に対する負荷容量が変動することになる。例えば、第１端子１２にアナログ信号が入力し、第２端子１４に接続した負荷によって当該アナログ信号を受信させた場合、当該アナログ信号の信号強度に応じて負荷容量が変動するので、受信したアナログ信号に歪みが生じて信号波形が劣化することがある。
【００２４】
また、スイッチ装置１００は、レベルシフタ１６０の他端が第１サブスイッチ１１２および第２サブスイッチ１１４のソース端子に接続されるので、伝送するアナログ信号に電流が流入することになる。ここで、レベルシフタ１６０に流れる電流は、電流源１２０が供給する電流であるが、当該電流源１２０に電気信号の高調波ノイズ等が重畳した場合、アナログ信号に当該高調波ノイズが混入し、アナログ信号の信号波形を劣化させてしまうこともある。
【００２５】
このような信号波形の劣化は、例えば、送信側の第１端子１２側にダンピング抵抗等を設けた場合に顕著となる。なお、このようなアナログ信号に重畳する歪みを低減させる目的で、ＭＯＳトランジスタのＷ／Ｌ比率を高くしてオン抵抗を下げることが知られている。ここで、Ｌはチャネル長であるが、チャネル長には下限があるので、Ｗであるチャネル幅を増加させることが知られている。
【００２６】
しかしながら、高音質なオーディオ信号を取り扱う場合、例えば、−１３０ｄＢ以下といった低歪みの信号伝送が要求されることがあり、トランジスタのＷ／Ｌ比率の調整で低歪み化を実現することは困難であった。また、電流源１２０から混入する高調波ノイズ等を低減させることは、困難であった。そこで、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、オン抵抗を低減させ、伝送する信号に重畳する歪みを低減させつつ、制御信号に応じた切り換え動作を確実に実行させる。このようなスイッチ装置２００について、次に説明する。
【００２７】
図２は、本実施形態に係るスイッチ装置２００の構成例を示す。スイッチ装置２００は、入力する電気信号の信号電圧に応じてゲート電圧を制御して、伝送する信号に重畳する歪みを低減させる。スイッチ装置２００は、第１端子２２と、第２端子２４と、第３端子２６と、メインスイッチ２１０と、電圧出力部２２０と、バッファ２３０と、スイッチ制御回路２４０と、を備える。
【００２８】
第１端子２２および第２端子２４は、メインスイッチ２１０の一端および他端にそれぞれ接続され、メインスイッチ２１０が接続状態の場合に、電気信号を伝送させる。第１端子２２および第２端子２４は、例えば、電気信号の送信元および送信先等が接続される。第１端子２２および第２端子２４の一方は、例えば、電気信号の入力端子として機能し、この場合、他方の端子は出力端子として機能する。
【００２９】
第３端子２６は、当該スイッチ装置２００を制御する制御信号を入力する。即ち、当該スイッチ装置２００は、第３端子２６に入力する制御信号に応じて、第１端子２２および第２端子２４の間を電気的に接続または切断させる。
【００３０】
メインスイッチ２１０は、第１端子２２および第２端子２４の間に接続され、ゲート端子（Ｇ）に与えられるゲート電圧に応じて第１端子２２および第２端子２４の間を電気的に接続または切断する。メインスイッチ２１０は、ＦＥＴ等の半導体スイッチである。メインスイッチ２１０は、一例として、ドレイン端子（Ｄ）が第２端子２４に接続され、ソース端子（Ｓ）が第１端子２２に接続される。メインスイッチ２１０は、ゲート・ソース間電圧に応じて、ドレイン端子およびソース端子の間を電気的に接続または切断する。また、メインスイッチ２１０は、バルク端子（バックゲート端子、Ｂ）を更に有する。
【００３１】
本実施形態において、メインスイッチ２１０は、ゲート端子がオン電位（ハイ電位）となることに応じて、ドレイン端子およびソース端子の間を電気的に接続する、ノーマリーオフのｎ形半導体スイッチの例を説明する。この場合、メインスイッチ２１０は、ｎチャネル型のＭＯＳＦＥＴであることが望ましい。また、メインスイッチ２１０は、半導体基板等の基板面上のｐウェル内に設けられることが望ましい。
【００３２】
電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に、第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧に応じた電圧を出力する。電圧出力部２２０は、例えば、第１端子２２、第２端子２４、および第３端子２６に接続され、第１端子２２の電圧、第２端子２４の電圧、および制御信号に応じた電圧を、バッファ２３０に供給する。
【００３３】
バッファ２３０は、メインスイッチ２１０の接続状態において、第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧の少なくとも一方に応じた電圧に追従する電圧を出力する。バッファ２３０は、電圧出力部２２０の出力電圧に追従した電圧を、スイッチ制御回路２４０に供給する。
【００３４】
スイッチ制御回路２４０は、バッファ２３０の出力電圧に応じた第１電圧をメインスイッチ２１０のゲート端子に供給する。また、スイッチ制御回路２４０は、バッファ２３０の出力電圧に応じた第２電圧をメインスイッチ２１０のバルク端子に供給する。スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に、メインスイッチ２１０のバルク端子に供給する第２電圧に０でないオフセット電圧を加えた第１電圧をメインスイッチ２１０のゲート端子に供給する。また、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に、メインスイッチ２１０のバルク端子に供給する第２電圧と同じ第１電圧をメインスイッチ２１０のゲート端子に供給する。
【００３５】
以上のスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０が伝送する電気信号の信号電圧に応じたゲート電圧を、メインスイッチ２１０のゲート電極に供給する。スイッチ装置２００がメインスイッチ２１０のゲート電極に供給するゲート電圧について、各部の詳細と共に次に説明する。
【００３６】
図３は、本実施形態に係る電圧出力部２２０の構成例を示す。電圧出力部２２０は、基準電位発生部３０、第１入力端子３２、第２入力端子３４、第３入力端子３６、中間端子３８、分圧器２２２、第１サブスイッチ２２４、第２サブスイッチ２２６、および第３サブスイッチ２２８を有する。
【００３７】
基準電位発生部３０は、当該スイッチ装置２００の基準となる第１基準電位を発生する。基準電位発生部３０は、例えば、メインスイッチ２１０をオフ状態にする電位を第１基準電位として発生する。第１基準電位は、メインスイッチ２１０のソース端子およびバルク端子の間に形成されるダイオードをオフ状態にする電位でよい。基準電位発生部３０は、メインスイッチ２１０が伝送させる電気信号の電圧範囲の下限値以下の電位を第１基準電位として発生する。基準電位発生部３０は、一例として、０Ｖを基準として振幅電圧が３Ｖの正弦波信号（３・ｓｉｎωｔ）を第１端子２２および第２端子２４の間を伝送する場合、−３Ｖ以下の電位を第１基準電位として発生する。ここで、第１基準電位をＶＯＦＦとする。
【００３８】
第１入力端子３２は、第１端子２２と接続され、メインスイッチ２１０のソース端子に入力する信号、または、ソース端子から出力する信号を入力する。第２入力端子３４は、第２端子２４と接続され、メインスイッチ２１０のドレイン端子に入力する信号、または、ドレイン端子から出力する信号を入力する。第３入力端子３６は、第３端子２６と接続され、制御信号を入力する。中間端子３８は、当該電圧出力部２２０の出力をバッファ２３０へと出力する。
【００３９】
分圧器２２２は、第１入力端子３２および第２入力端子３４の間に設けられる。分圧器２２２は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合、メインスイッチ２１０のソース端子の電圧およびドレイン端子の電圧を分圧する。分圧器２２２は、第１端子２２側の第１分圧抵抗２５２および第２端子２４側の第２分圧抵抗２５４を含む。
【００４０】
第１分圧抵抗２５２は、第１端子２２側に接続された分圧抵抗である。第１分圧抵抗２５２は、一端が第１入力端子３２側に接続され、他端が第２分圧抵抗２５４に接続される。ここで、第１分圧抵抗２５２の抵抗値をＲ１とする。第２分圧抵抗２５４は、第２端子２４側に接続された分圧抵抗である。第２分圧抵抗２５４は、一端が第１分圧抵抗２５２の他端に接続され、他端が第２入力端子３４側に接続される。ここで、第２分圧抵抗２５４の抵抗値をＲ２とする。
【００４１】
第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４は、略同一の抵抗値を有することが望ましい。この場合、分圧器２２２は、第１端子２２および第２端子２４の間の電圧を略１対１に分圧する。なお、中間端子３８は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間に接続され、分圧器２２２が分圧した結果をバッファ２３０へと出力する。
【００４２】
第１サブスイッチ２２４は、第１端子２２および第１分圧抵抗２５２の間に設けられ、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に接続状態となり、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に切断状態となる。即ち、第１サブスイッチ２２４は、第１分圧抵抗２５２の一端および第１入力端子３２を、第３入力端子３６から入力する制御信号に応じて、電気的に接続するか否かを切り換える。
【００４３】
第２サブスイッチ２２６は、第２端子２４および第２分圧抵抗２５４の間に設けられ、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に接続状態となり、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に切断状態となる。即ち、第２サブスイッチ２２６は、第２分圧抵抗２５４の他端および第２入力端子３４を、第３入力端子３６から入力する制御信号に応じて、電気的に接続するか否かを切り換える。
【００４４】
これに代えて、第１サブスイッチ２２４は、中間端子３８および第１分圧抵抗２５２の間に設けられてよい。即ち、第１サブスイッチ２２４は、第３入力端子３６から入力する制御信号に応じて、第１入力端子３２から入力する電気信号を中間端子３８に伝達するか否かを切り換える。同様に、第２サブスイッチ２２６は、中間端子３８および第２分圧抵抗２５４の間に設けられてもよい。即ち、第２サブスイッチ２２６は、第３入力端子３６から入力する制御信号に応じて、第２入力端子３４から入力する電気信号を中間端子３８に伝達するか否かを切り換える。
【００４５】
第３サブスイッチ２２８は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間と、基準電位発生部３０との間に接続され、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に接続状態となり、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に切断状態となる。即ち、第３サブスイッチ２２８は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間と、基準電位発生部３０とを、制御信号に応じて電気的に接続するか否かを切り換える。
【００４６】
例えば、第３サブスイッチ２２８は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間の中間端子３８に第１基準電位ＶＯＦＦを供給する。また、第３サブスイッチ２２８は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間と、基準電位発生部３０との間を電気的に切断する。これにより、分圧器２２２が分圧した電圧は、中間端子３８から出力される。この場合、中間端子３８から出力される電圧をＶＭとすると、電圧ＶＭは次式のように示すことができる。
（数１）
ＶＭ＝Ｖ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ２・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２  （接続状態）
ＶＭ＝ＶＯＦＦ              （切断状態）
【００４７】
ここで、第１端子２２の電圧をＶ１、第２端子２４の電圧をＶ２とした。また、Ｒ１＝Ｒ２とした。なお、第１サブスイッチ２２４、第２サブスイッチ２２６、および第３サブスイッチ２２８は、半導体スイッチであることが望ましい。
【００４８】
以上のように、電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を接続状態とする制御信号に応じて、分圧器２２２が分圧した電圧を中間端子３８からバッファ２３０に供給する。また、電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする制御信号に応じて、基準電位発生部３０の第１基準電位ＶＯＦＦを中間端子３８からバッファ２３０に供給する。バッファ２３０について、次に説明する。
【００４９】
図４は、本実施形態に係るバッファ２３０の構成例を示す。バッファ２３０は、電圧出力部２２０の中間端子３８からの電圧ＶＭに追従した電圧をスイッチ制御回路２４０へと出力する。バッファ２３０は、第４入力端子２３２と、第１出力端子２３４と、増幅部２３６と、を有する。
【００５０】
第４入力端子２３２は、電圧出力部２２０の中間端子３８に接続され、電圧出力部２２０の分圧器２２２の出力電圧を受け取る。第１出力端子２３４は、当該バッファ２３０の出力をスイッチ制御回路２４０へと出力する。
【００５１】
増幅部２３６は、入力する電気信号を増幅する。増幅部２３６は、略１倍の増幅率を有するバッファ増幅器でよい。これにより、当該バッファ２３０は、中間端子３８から出力される電圧ＶＭに追従した電圧を、スイッチ制御回路２４０に供給する。例えば、バッファ２３０は、メインスイッチ２１０を接続状態にさせる制御信号に応じて、分圧器２２２が分圧した電圧を供給する。また、バッファ２３０は、メインスイッチ２１０を切断状態にさせる制御信号に応じて、第１基準電位ＶＯＦＦを供給する。バッファ２３０は、入力信号の電圧を略１倍にして出力するボルテージフォロア回路でよい。また、バッファ２３０は、反転増幅回路を２段接続した回路でもよい。スイッチ制御回路２４０について、次に説明する。
【００５２】
図５は、本実施形態に係るスイッチ制御回路２４０の構成例を示す。スイッチ制御回路２４０は、第５入力端子４２と、第６入力端子４４と、第２出力端子４６と、第３出力端子４８と、電源部５２と、定電流回路２４２と、抵抗２４４と、第４サブスイッチ２４６と、を有する。
【００５３】
第５入力端子４２は、バッファ２３０の第１出力端子２３４に接続され、バッファ２３０の出力を受け取る。第６入力端子４４は、第３端子２６と接続され、制御信号を入力する。第２出力端子４６は、当該スイッチ制御回路２４０の第１の出力をメインスイッチ２１０のバルク端子へと出力する。スイッチ制御回路２４０は、例えば、第５入力端子４２および第２出力端子４６が接続され、バッファ２３０の出力電圧と略同一の電圧を、メインスイッチ２１０のバルク端子に第１の出力として供給する。
【００５４】
第３出力端子４８は、当該スイッチ制御回路２４０の第２の出力をメインスイッチ２１０のゲート端子へと出力する。電源部５２は、予め定められた電圧を出力する。電源部５２は、当該スイッチ装置２００の電源電圧を供給してよく、この場合、バッファ２３０等の各部へ電圧を供給する。なお、本実施形態において、スイッチ制御回路２４０がメインスイッチ２１０のゲート端子に供給する電圧を第１電圧とし、メインスイッチ２１０のバルク端子に供給する電圧を第２電圧とする。
【００５５】
定電流回路２４２は、予め定められた電流を流す。定電流回路２４２は、一端が電源部５２に接続され、他端から略一定の電流を出力する。定電流回路２４２は、トランジスタ等で構成されることが望ましい。
【００５６】
抵抗２４４は、定電流回路２４２からの電流が流れることにより、オフセット電圧を発生させる。抵抗２４４は、一端が第５入力端子４２および第２出力端子４６に接続され、他端が第３出力端子４８に接続される。抵抗２４４は、定電流回路２４２が流す電流の電流値に応じて、予め定められたオフセット電圧が一端および他端の間で発生するように、予め定められた抵抗値を有する。ここで、オフセット電圧の値をＶａとする。
【００５７】
なお、オフセット電圧Ｖａは、一例として、メインスイッチ２１０を接続状態に切り換えるゲート・ソース間の電圧（一例として、閾値電圧ＶＴ）以上の電圧に設定される。これにより、抵抗２４４に定電流回路２４２からの電流が流れると、抵抗２４４は、メインスイッチ２１０のゲート端子およびバルク端子の間にオフセット電圧Ｖａを供給する。なお、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０がｎ型半導体スイッチの場合、正電圧のオフセット電圧Ｖａを供給する。
【００５８】
第４サブスイッチ２４６は、定電流回路２４２および抵抗２４４の間に接続され、第６入力端子４４から入力する制御信号に応じて、定電流回路２４２からの略一定の電流を抵抗２４４に流すか否かを切り換える。即ち、第４サブスイッチ２４６は、定電流回路２４２の他端および抵抗２４４の他端を、電気的に接続するか否かを切り換える。第４サブスイッチ２４６は、半導体スイッチであることが望ましい。
【００５９】
第４サブスイッチ２４６は、例えば、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に定電流回路２４２および抵抗２４４の間を電気的に切断する。即ち、第４サブスイッチ２４６は、メインスイッチ２１０を切断状態にさせる制御信号に応じて、切断状態となるスイッチである。これにより、抵抗２４４は、オフセット電圧Ｖａを生じさせず、メインスイッチ２１０のゲート端子およびバルク端子の間を略０Ｖとする。
【００６０】
また、第４サブスイッチ２４６は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に定電流回路２４２および抵抗２４４の間を電気的に接続する。即ち、第４サブスイッチ２４６は、メインスイッチ２１０を接続状態にさせる制御信号に応じて、接続状態となるスイッチである。これにより、抵抗２４４は、オフセット電圧Ｖａを生じさせ、メインスイッチ２１０のゲート端子およびバルク端子の間にオフセット電圧Ｖａを供給する。
【００６１】
以上のように、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に中間端子３８からの電圧にオフセット電圧Ｖａを加えたゲート電圧（第１電圧）を当該メインスイッチ２１０のゲート端子に供給する。また、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に中間端子３８からの電圧にオフセット電圧Ｖａを加えないゲート電圧（第１電圧）を当該メインスイッチ２１０のゲート端子に供給する。
【００６２】
即ち、ゲート電圧をＶＧとすると、ＶＧは次式で示される。
（数２）
ＶＧ＝ＶＭ＋Ｖａ    （接続状態）
ＶＧ＝ＶＭ          （切断状態）
【００６３】
（数２）式に、（数１）式を代入することにより、次式を得る。
（数３）
ＶＧ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２＋Ｖａ    （接続状態）
ＶＧ＝ＶＯＦＦ                    （切断状態）
【００６４】
ここで、第１端子２２から第２端子２４へと電流Ｉが流れる場合、メインスイッチ２１０のオン抵抗ＲＯＮによる電圧降下Ｉ・ＲＯＮが生じるので、次式のように、第１端子２２の方が第２端子２４よりも電圧が高くなる。
（数４）
Ｖ１＝Ｖ２＋Ｉ・ＲＯＮ
【００６５】
この場合、第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧の平均電圧ＶＡＶＥは、次式のように算出される。
（数５）
ＶＡＶＥ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２＝Ｖ２＋Ｉ・ＲＯＮ／２
【００６６】
メインスイッチ２１０のゲート電圧ＶＧは、平均電圧ＶＡＶＥにオフセット電圧Ｖａが加わった電圧ＶＡＶＥ＋Ｖａとなる。この場合、第１端子２２側がドレイン端子、第２端子２４側がソース端子となるので、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、次式のように算出される。
（数６）
ＶＧＳ＝ＶＡＶＥ＋Ｖａ−Ｖ２＝Ｖａ＋Ｉ・ＲＯＮ／２
【００６７】
一方、第２端子２４から第１端子２２へと電流Ｉが流れる場合、メインスイッチ２１０のオン抵抗ＲＯＮによる電圧降下Ｉ・ＲＯＮが生じるので、次式のように、第２端子２４の方が第１端子２２よりも電圧が高くなる。
（数７）
Ｖ１＝Ｖ２−Ｉ・ＲＯＮ
【００６８】
この場合、第２端子２４側がドレイン端子、第１端子２２側がソース端子となるので、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、次式のように算出される。
（数８）
ＶＧＳ＝ＶＡＶＥ＋Ｖａ−Ｖ１＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２＋Ｖａ−Ｖ１
＝Ｖａ＋Ｉ・ＲＯＮ／２
【００６９】
（数８）式は（数６）式と同一なので、第１端子２２および第２端子２４の間を伝送する信号の方向に関わらず、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、閾値電圧ＶＴよりも大きい略一定の電圧となる。なお、オン抵抗ＲＯＮを考慮に入れた場合において、ゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、第１端子２２および第２端子２４の間を流れる信号電流Ｉが変化しても、Ｉ・ＲＯＮ／２の変動が生じる程度であり、略一定の電圧となることがわかる。
【００７０】
また、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に、第１基準電位ＶＯＦＦを当該メインスイッチ２１０のゲート端子およびバルク端子に供給する。第１基準電位ＶＯＦＦは、メインスイッチ２１０が伝送させる電気信号の電圧範囲の下限値以下の電位なので、第１端子２２および第２端子２４の電位と比較して、ゲート端子の電位は、等しいか小さくなる。即ち、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、０Ｖ以下となり、当該メインスイッチ２１０は切断状態を保持する。
【００７１】
即ち、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、入力する電気信号の信号強度が変動しても、制御信号に応じた切断状態および接続状態を安定に保つことができる。また、スイッチ装置２００は、ゲート・ソース間電圧ＶＧＳを略一定の電圧に保つので、オン抵抗の変動を低減させることができる。
【００７２】
また、スイッチ装置２００は、入出力端子となる第１端子２２および第２端子２４は、メインスイッチ２１０のバルク端子とは接続されない。したがって、定電流回路２４２に高調波ノイズ等が重畳しても、バルク端子を介して第１端子２２および第２端子２４の間の伝送路に当該高調波ノイズが混入することを防止できる。また、半導体基板等の基板面上のｐウェル上に当該メインスイッチ２１０が設けられ、接合容量が形成された場合でも、第１端子２２および第２端子２４は、当該接合容量が負荷となることを防止できる。
【００７３】
このように、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、高調波ノイズを低減させ、また、接合容量に基づく負荷容量の変動を低減させるので、伝送する電気信号に発生する歪みを低減させ、信号波形の劣化を防止できる。
【００７４】
以上の本実施形態に係るスイッチ装置２００は、第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧を分圧した電圧を、バッファ２３０に供給することを説明したが、これに限定されることはない。例えば、スイッチ装置に２００に入力する電気信号が、第１端子２２および第２端子２４のいずれから入力することが予め判明している場合、スイッチ装置２００は、当該電気信号が入力する側の端子の電圧をバッファ２３０に供給してよい。このようなスイッチ装置２００について次に説明する。
【００７５】
図６は、本実施形態に係るスイッチ装置２００の第１変形例を示す。第１変形例のスイッチ装置２００において、図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第１変形例のスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０を接続状態にする場合、第１端子２２から電気信号が入力する例を示す。この場合、スイッチ装置２００は、電気信号が入力する第１端子２２の電圧Ｖ１を、第３サブスイッチ２２８を介してバッファ２３０に供給する。
【００７６】
即ち、第１変形例の第３サブスイッチ２２８は、メインスイッチ２１０を接続状態にする制御信号に応じて、第１端子２２の電圧Ｖ１をバッファ２３０に供給するように切り換える。また、第１変形例の第３サブスイッチ２２８は、メインスイッチ２１０を切断状態にする制御信号に応じて、基準電位発生部３０が発生する第１基準電位ＶＯＦＦをバッファ２３０に供給するように切り換える。第１変形例の第３サブスイッチ２２８は、一例として、複数のｎチャネルのＭＯＳＦＥＴで構成される。
【００７７】
これにより、バッファ２３０は、第１端子２２の電圧Ｖ１または第１基準電位ＶＯＦＦをスイッチ制御回路２４０に供給する。スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を接続状態にする制御信号に応じて、第１端子２２の電圧Ｖ１をメインスイッチ２１０のバルク端子に供給し、第１端子２２の電圧Ｖ１にオフセット電圧Ｖａを加えたゲート電圧をゲート端子に供給する。これにより、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、閾値電圧ＶＴを超える略一定の電圧となり、オン抵抗の変動を低減させつつ接続状態を保つことができる。
【００７８】
また、スイッチ制御回路２４０は、メインスイッチ２１０を切断状態にする制御信号に応じて、第１基準電位ＶＯＦＦをメインスイッチ２１０のバルク端子およびゲート端子に供給する。これにより、電気信号が第１端子２２に入力しても、当該電気信号の電圧範囲の下限値以下の電位がゲート電圧としてメインスイッチ２１０のゲート端子に供給されるので、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳは、閾値電圧ＶＴ未満の電圧となる。したがって、メインスイッチ２１０は、切断状態を保つことができる。
【００７９】
以上の第１変形例のスイッチ装置２００は、図２に示すスイッチ装置２００と同様に、入出力端子となる第１端子２２および第２端子２４が、メインスイッチ２１０のバルク端子とは接続されない。即ち、第１変形例のスイッチ装置２００は、高調波ノイズを低減させ、また、接合容量に基づく負荷容量の変動を低減させるので、伝送する電気信号に発生する歪みを低減させ、信号波形の劣化を防止できる。なお、以上の本実施形態に係るスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０がｎ型半導体スイッチである例を説明したが、これに限定されることはない。メインスイッチ２１０は、ｐ型半導体スイッチでもよい。このようなスイッチ装置２００について、次に説明する。
【００８０】
図７は、本実施形態に係るスイッチ装置２００の第２変形例を示す。第２変形例のスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０がｐ型半導体スイッチである例を示す。この場合、メインスイッチ２１０は、ｐチャネル型のＭＯＳＦＥＴであることが望ましい。また、メインスイッチ２１０は、基板面上のｎウェル内に設けられることが望ましい。第２変形例のスイッチ装置２００において、図２に示された本実施形態に係るスイッチ装置２００の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。
【００８１】
第２変形例のスイッチ装置２００は、図２に示すスイッチ装置２００の概略構成と、略同一の概略構成である。スイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０の極性が異なるので、電圧出力部２２０の基準電位発生部３０は、図３で説明した第１基準電位とは異なる電位を発生させる。基準電位発生部３０は、例えば、メインスイッチ２１０が伝送させる電気信号の電圧範囲の上限値以上の電位を第１基準電位として発生する。また、スイッチ制御回路２４０も、対応して内部の回路構成が異なることになる。第２変形例のスイッチ制御回路２４０について、次に説明する。
【００８２】
図８は、第２変形例のスイッチ装置２００のスイッチ制御回路２４０の構成例を示す。第２変形例のスイッチ制御回路２４０は、図５に示すスイッチ制御回路２４０と同様に、第５入力端子４２と、第６入力端子４４と、第２出力端子４６と、第３出力端子４８と、定電流回路２４２と、抵抗２４４と、第４サブスイッチ２４６と、を有する。なお、第２変形例のスイッチ制御回路２４０は、電源部５２に代えて、第２基準電位５４を有する。第２基準電位５４は、メインスイッチ２１０が伝送させる電気信号の最低電位に対して当該メインスイッチ２１０にゲート電圧Ｖａを供給しうる電圧以下の電位である。
【００８３】
定電流回路２４２は、メインスイッチ２１０の極性が異なるので、図５に示すスイッチ制御回路２４０の定電流回路２４２とは逆向きの電流を流す。即ち、定電流回路２４２は、抵抗２４４から当該定電流回路２４２に向けた電流を流す。即ち、抵抗２４４に定電流回路２４２からの電流が流れると、抵抗２４４は、メインスイッチ２１０のゲート端子およびソース端子の間に負の電圧のオフセット電圧Ｖａを供給する。このように、スイッチ制御回路２４０は、制御信号に応じて負電圧のオフセット電圧Ｖａを供給するか否かを切り換えるので、ｐ型半導体スイッチのメインスイッチ２１０を接続状態および切断状態のいずれかに対応して切り換えることができる。
【００８４】
図９は、本実施形態に係る電圧出力部２２０の第１変形例を示す。第１変形例の電圧出力部２２０において、図３に示された本実施形態に係る電圧出力部２２０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第１変形例の電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧の平均電圧を出力する。また、第１変形例の電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧のいずれかの電圧と、第１基準電位ＶＯＦＦとに応じた電圧を出力する。
【００８５】
第１変形例の電圧出力部２２０は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間の中間点よりも第１端子２２側と、中間点よりも第２端子２４側との少なくとも一方に、サブスイッチを有する。なお、図９は、メインスイッチ２１０が接続状態になると第１端子２２から第２端子２４へと信号が伝送される例を説明する。当該信号は、一例として、振幅電圧が３Ｖの正弦波信号（３・ｓｉｎωｔ）である。この場合、図３で説明した第１サブスイッチ２２４はなくてよい。即ち、図９は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に第１端子２２の電圧と、第１基準電位ＶＯＦＦとに応じた電圧を出力する電圧出力部２２０の例を示す。電圧出力部２２０は、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４を更に備える。
【００８６】
第１出力抵抗３１２は、一端が第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間に接続され、他端から当該電圧出力部２２０の出力電圧を出力する。即ち、第１出力抵抗３１２は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間と、中間端子３８との間に接続される。また、第２出力抵抗３１４は、一端が第１出力抵抗３１２の他端に接続され、他端に第１基準電位ＶＯＦＦが供給される。即ち、中間端子３８は、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の間に接続される。
【００８７】
第１出力抵抗３１２の抵抗値Ｒ３および第２出力抵抗３１４の抵抗値Ｒ４は、略同一の値を有することが望ましい。また、第１分圧抵抗２５２の抵抗値Ｒ１および第２分圧抵抗２５４の抵抗値Ｒ２は、略同一の値を有することが望ましい。また、第１出力抵抗３１２の抵抗値Ｒ３および第２出力抵抗３１４の抵抗値Ｒ４は、それぞれ第１分圧抵抗２５２の抵抗値Ｒ１および第２分圧抵抗２５４の抵抗値Ｒ２よりも十分大きな値（例えば、数倍、十数倍、または数十倍以上）を有することが望ましい。本実施形態において、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の抵抗値が略同一の値であり、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の抵抗値が略同一の値であり、第１出力抵抗３１２の抵抗値Ｒ３および第２出力抵抗３１４の抵抗値Ｒ４がそれぞれ第１分圧抵抗２５２の抵抗値Ｒ１および第２分圧抵抗２５４の抵抗値Ｒ２よりも十分大きな値である例（Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４、Ｒ１＜＜Ｒ３、Ｒ２＜＜Ｒ４）を説明する。
【００８８】
第１変形例の電圧出力部２２０において、第３サブスイッチ２２８は、第２出力抵抗３１４および基準電位発生部３０との間に接続される。第３サブスイッチ２２８は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に切断状態となり、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に接続状態となる。即ち、第３サブスイッチ２２８は、第２出力抵抗３１４の他端と、基準電位発生部３０とを、制御信号に応じて電気的に接続するか否かを切り換える。ここで、第１基準電位ＶＯＦＦは、メインスイッチ２１０のソース端子およびバルク端子の間に形成されるダイオードをオフ状態にする電位である。
【００８９】
また、第１変形例の電圧出力部２２０において、第２サブスイッチ２２６は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に接続状態となり、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に切断状態となる。即ち、第１変形例の電圧出力部２２０は、例えば、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合、第２サブスイッチ２２６が接続状態になり、第３サブスイッチ２２８が切断状態となるので、分圧器２２２が分圧した電圧が中間端子３８から出力される。
【００９０】
ここで、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４が略同一の抵抗値の場合、（数１）式と同様に、中間端子３８から出力される電圧ＶＭは、次式のように第１端子２２の電圧および第２端子２４の電圧の平均電圧となる。
（数９）
ＶＭ＝Ｖ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ２・Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）
＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２  （接続状態）
【００９１】
また、第１変形例の電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合、第２サブスイッチ２２６が切断状態になり、第３サブスイッチ２２８が接続状態となるので、第１端子２２の電圧Ｖ１および第１基準電位ＶＯＦＦを各抵抗で分圧した電圧を出力する。第１分圧抵抗２５２の抵抗値Ｒ１、第２分圧抵抗２５４の抵抗値Ｒ２、第１出力抵抗３１２の抵抗値Ｒ３、および第２出力抵抗３１４の抵抗値Ｒ４の関係Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４、Ｒ１＜＜Ｒ３、Ｒ２＜＜Ｒ４から、中間端子３８から出力される電圧ＶＭは、次式のように示される。
（数１０）
ＶＭ＝Ｖ１・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）＋ＶＯＦＦ・Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）
＝（Ｖ１＋ＶＯＦＦ）／２  （切断状態）
【００９２】
以上の第１変形例の電圧出力部２２０を用いた場合、メインスイッチ２１０のゲート電圧ＶＧは、（数９）および（数１０）式を（数２）式に代入して、次式のように算出される。このようなゲート電圧ＶＧが供給されるメインスイッチ２１０の各部の電圧波形について次に説明する。
（数１１）
ＶＧ＝（Ｖ１＋Ｖ２）／２＋Ｖａ              （接続状態）
ＶＧ＝（Ｖ１＋ＶＯＦＦ）／２    （切断状態）
【００９３】
図１０は、本実施形態に係るメインスイッチ２１０の各部における電圧波形の第１例を示す。図１０の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。なお、図１０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする制御信号が供給された場合の、電圧波形の一例を示す。したがって、メインスイッチ２１０のゲート電圧ＶＧおよびバルク端子の電圧ＶＢは、中間端子３８からの電圧ＶＭに略等しい電圧となる。
【００９４】
また、メインスイッチ２１０のソース端子には、正弦波信号Ｖ１が供給されるので、ソース・ゲート間電圧ＶＳＧは、次式のように示される。
（数１２）
ＶＳＧ＝ＶＳＢ＝Ｖ１−ＶＭ＝（Ｖ１−ＶＯＦＦ）・Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）
【００９５】
ここで、ソース・バルク間電圧をＶＳＢとした。一例として、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の分圧比が１対１、第１基準電圧の値ＶＯＦＦが−３Ｖの場合、ソース・ゲート間電圧ＶＳＧは、０Ｖから＋３Ｖの間で振動する振幅１．５Ｖの正弦波信号となる。図１０において、このようなソース・ゲート間電圧ＶＳＧを一点鎖線で示す。なお、図１０は、第１端子２２に入力する電気信号Ｖ１を実線で示す。
【００９６】
また、メインスイッチ２１０のドレイン端子に入力する電圧をＶ２とすると、ソース・ドレイン間電圧ＶＳＤは、次式のように示される。
（数１３）
ＶＳＤ＝Ｖ１−Ｖ２
【００９７】
一例として、ソース端子に入力する電圧Ｖ２が０Ｖの場合、ソース・ドレイン間電圧ＶＳＤは、Ｖ１となる。即ち、ソース・ゲート間電圧ＶＳＧは、−３Ｖから＋３Ｖの間で振動する振幅３Ｖの正弦波信号となる。このようなソース・ゲート間電圧ＶＳＧは、図１０の実線の波形と略一致する。
【００９８】
また、メインスイッチ２１０のゲート・ドレイン間電圧ＶＧＤは、次式のように示される。ここで、バルク・ドレイン間電圧をＶＢＤとした。
（数１４）
ＶＧＤ＝ＶＢＤ＝−ＶＤＢ＝ＶＭ−Ｖ２
＝Ｖ１・Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）＋ＶＯＦＦ・Ｒ３／（Ｒ３＋Ｒ４）−Ｖ２
【００９９】
ゲート・ドレイン間電圧ＶＧＤは、一例として、−３Ｖから０Ｖの間で振動する振幅１．５Ｖの正弦波信号となる。このようなゲート・ドレイン間電圧ＶＧＤを、図１０の点線で示す。以上のように、スイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０を切断状態とする制御信号に応じて、当該メインスイッチ２１０のゲート・ドレイン間電圧ＶＧＤを０Ｖ以下にするので、当該メインスイッチ２１０を切断状態にすることができる。また、図１０に示すように、メインスイッチ２１０の端子間電圧ＶＳＧ、ＶＳＢ、ＶＳＤ、ＶＤＢ、およびＶＧＤの絶対値が、全て略５Ｖ以下の小信号となることがわかる。
【０１００】
以上のように、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０の切断状態において、第１基準電位を、第１端子２２に入力する電気信号の電圧範囲の下限値以下に設定する。そして、スイッチ装置２００は、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の分圧比を、第１端子２２に入力する電気信号の上限値の電圧となっても、メインスイッチ２１０のゲート電圧が切断状態における第２端子２４の電圧を超えない比率にする。
【０１０１】
また、スイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０の切断状態において、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の間の中間端子３８から出力する電圧の電圧範囲が、予め定められた電圧範囲（一例として、５Ｖ以下の小信号電圧範囲）となるように、第１出力抵抗３１２および第２出力抵抗３１４の分圧比を設定する。これにより、スイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０のゲート・ドレイン間電圧ＶＧＤを０Ｖ以下にしつつ、メインスイッチ２１０の端子間電圧を予め定められた電圧範囲内にすることができる。
【０１０２】
図１１は、本実施形態に係るメインスイッチ２１０の各部における電圧波形の第２例を示す。図１１の横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。なお、図１１は、メインスイッチ２１０を接続状態とする制御信号が供給された場合の、電圧波形の一例を示す。したがって、メインスイッチ２１０のゲート電圧ＶＧはＶ１＋Ｖａとなり、バルク端子の電圧ＶＢはＶ１となる。図１１において、メインスイッチ２１０のゲート電圧ＶＧの例を点線で示す。なお、図１１は、オフセット電圧Ｖａを略１Ｖとした例を示す。
【０１０３】
また、メインスイッチ２１０のソース端子に入力する電圧がＶ１なので、メインスイッチ２１０のゲート・ソース間電圧ＶＧＳはＶａとなり、メインスイッチ２１０は接続状態となる。これにより、第１端子２２および第２端子２４の間は導通となり、メインスイッチ２１０のオン抵抗が十分小さい場合、第２端子２４の電圧Ｖ２は、第１端子２２の電圧Ｖ１と略同一となる。即ち、第１端子２２の電圧Ｖ１、第２端子２４の電圧Ｖ２、およびバルク端子の電圧ＶＢは、図１１の実線で示すように、略同一の電圧信号となる。
【０１０４】
以上のように、メインスイッチ２１０のソース端子、ドレイン端子、およびバルク端子に入力する信号電圧は、Ｖ１と略等しくなるので、メインスイッチ２１０の端子間電圧ＶＳＢ、ＶＤＢ、およびＶＤＳは、略０Ｖとなる。また、−ＶＳＧは、オフセット電圧Ｖａと略等しくなる。即ち、メインスイッチ２１０の端子間電圧ＶＳＧ、ＶＳＢ、ＶＳＤ、ＶＤＢ、およびＶＧＤの絶対値が、全て略５Ｖ以下の小信号となることがわかる。したがって、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、メインスイッチ２１０を接続状態および切断状態にしても、メインスイッチ２１０の端子間電圧の絶対値を予め定められた値以下にすることができる。
【０１０５】
例えば、メインスイッチ２１０の耐圧は、第１端子２２に入力する電気信号の電圧範囲の上限値および下限値の差未満とすることができる。一例として、第１端子２２に０Ｖを基準とした振幅３Ｖの正弦波信号が入力する場合、メインスイッチ２１０は、正弦波信号の上限値（＋３Ｖ）および下限値（−３Ｖ）の差（６Ｖ）未満の耐圧にすることができる。即ち、本実施形態に係るスイッチ装置２００は、入力する電気信号が５Ｖ以下程度の小信号であれば、小信号用のメインスイッチ１１０を用いることができ、コストを低減させ、また、スイッチ装置２００を小型化することができる。
【０１０６】
以上の第１変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２から電気信号が入力する例を説明したが、これに限定されることはない。電圧出力部２２０は、第２端子２４から電気信号が入力してもよい。この場合、電圧出力部２２０は、第２端子２４側の第２サブスイッチ２２６に代えて、第１端子２２側の第１サブスイッチ２２４を有する。これにより、電圧出力部２２０は、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合に、第２端子２４の電圧と第１基準電位ＶＯＦＦとに応じた電圧を出力することができ、上述の説明と同様に、スイッチ装置２００を動作させることができる。
【０１０７】
以上のように、第１変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２および第２端子２４のいずれか一方から電気信号が入力することが予め判明している場合に、用いられることが好ましい。即ち、第１変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２および第２端子２４のうち電気信号が入力する側とは反対側に、サブスイッチが設けられればよく、電気信号が入力する側のサブスイッチは省略または常に接続状態でよい。
【０１０８】
これに対して、第１端子２２および第２端子２４の両方から電気信号が入力する場合、または、いずれから入力することが予め判明していない場合、電圧出力部２２０は、第１サブスイッチ２２４および第２サブスイッチ２２６の両方が設けられてよい。このような電圧出力部２２０を次に示す。
【０１０９】
図１２は、本実施形態に係る電圧出力部２２０の第２変形例を示す。第２変形例の電圧出力部２２０において、図９に示された第１変形例の電圧出力部２２０の動作と略同一のものには同一の符号を付け、説明を省略する。第２変形例の電圧出力部２２０は、第１サブスイッチ２２４および第２サブスイッチ２２６を有する。
【０１１０】
第１サブスイッチ２２４は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間の中間点よりも第１端子２２側に設けられる。第１サブスイッチ２２４は、第１端子２２側および第１分圧抵抗２５２の間に設けられてよく、これに代えて、第１分圧抵抗２５２および中間点の間に設けられてもよい。
【０１１１】
第２サブスイッチ２２６は、第１分圧抵抗２５２および第２分圧抵抗２５４の間の中間点よりも第２端子２４側に設けられる。第２サブスイッチ２２６は、第２端子２４側および第２分圧抵抗２５４の間に設けられてよく、これに代えて、第２分圧抵抗２５４および中間点の間に設けられてもよい。
【０１１２】
第１サブスイッチ２２４および第２サブスイッチ２２６は、メインスイッチ２１０を接続状態とする場合に、それぞれ接続状態となる。また、第３サブスイッチ２２８は、切断状態となる。これにより、第２変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２の電圧Ｖ１および第２端子２４の電圧Ｖ２の平均電圧を出力することができる。
【０１１３】
当該メインスイッチ２１０を切断状態とする場合において、第１端子２２に電気信号が入力される場合は、第１サブスイッチ２２４は接続状態となり、第２サブスイッチ２２６は切断状態となる。この場合、第２変形例の電圧出力部２２０は、図９で説明した第１変形例の電圧出力部２２０と同様の回路構成となり、図１０で説明したように、メインスイッチ２１０を切断状態にさせる電圧ＶＭを中間端子３８から出力できる。
【０１１４】
また、メインスイッチ２１０を切断状態とする場合において、第２端子２４に電気信号が入力される場合、第１サブスイッチ２２４は切断状態となり、第２サブスイッチ２２６は接続状態となる。この場合、第２変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２に電気信号が入力される場合で説明したように、電圧出力部２２０は、第２端子２４の電圧と第１基準電位ＶＯＦＦとに応じた電圧を出力することができ、メインスイッチ２１０を切断状態にさせる電圧ＶＭを中間端子３８から出力できる。
【０１１５】
以上のように、第２変形例の電圧出力部２２０は、第１端子２２および第２端子２４のうち、電気信号が入力される端子とは反対側のサブスイッチを切断状態とすることで、メインスイッチ２１０を切断状態にすることができる。これにより、電圧出力部２２０は、電気信号が入力される端子が切り換わっても、入力される電気信号に応じて切断状態にするサブスイッチを選択して、メインスイッチ２１０の状態を制御することができる。
【０１１６】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１１７】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１１８】
１２  第１端子、１４  第２端子、１６  第３端子、２０  電源部、２２  第１端子、２４  第２端子、２６  第３端子、３０  基準電位発生部、３２  第１入力端子、３４  第２入力端子、３６  第３入力端子、３８  中間端子、４２  第５入力端子、４４  第６入力端子、４６  第２出力端子、４８  第３出力端子、５２  電源部、５４  第２基準電位、１００  スイッチ装置、１１０  メインスイッチ、１１２  第１サブスイッチ、１１４  第２サブスイッチ、１２０  電流源、１３０  インバータ、１４０  論理レベルシフタ、１５０  第３サブスイッチ、１６０  レベルシフタ、２００  スイッチ装置、２１０  メインスイッチ、２２０  電圧出力部、２２２  分圧器、２２４  第１サブスイッチ、２２６  第２サブスイッチ、２２８  第３サブスイッチ、２３０  バッファ、２３２  第４入力端子、２３４  第１出力端子、２３６  増幅部、２４０  スイッチ制御回路、２４２  定電流回路、２４４  抵抗、２４６  第４サブスイッチ、２５２  第１分圧抵抗、２５４  第２分圧抵抗、３１２  第１出力抵抗、３１４  第２出力抵抗
【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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