(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池式のポータブルデバイスにおいて用いられる、負荷を放電するための装置であって、
第１の高閾値スイッチと、前記第１の高閾値スイッチに直列接続された第１の低閾値スイッチと、
を備え、
全体的な電磁干渉を減少させるために、
前記第１の高閾値スイッチ又は前記第１の低閾値スイッチが充電されている前記負荷に接続されており、かつ前記第１の高閾値スイッチ及び前記第１の低閾値スイッチが非アクティブである場合に、前記第１の高閾値スイッチがアクティブにされ、かつ前記第１の高閾値スイッチがアクティブにされた後に前記第１の低閾値スイッチがアクティブにされることにより、前記第１の高閾値スイッチと前記第１の低閾値スイッチとを通って流れる電流を介して前記負荷を放電するように、前記第１の高閾値スイッチ及び前記第１の低閾値スイッチは構成されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記第１の低閾値スイッチに接続されたグランドを更に備え、前記第１の低閾値スイッチは前記グランドと前記第１の高閾値スイッチとの間に接続されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
デジタル回路に近接して配置されたアナログ回路を更に備え、前記デジタル回路は、前記第１の高閾値スイッチと前記第１の低閾値スイッチとを含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記アナログ回路は、携帯電話用アナログ回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記アナログ回路は、遠隔計測用回路又は光学受光回路を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項６】
前記負荷に接続された第２の低閾値スイッチと、
第２の高閾値スイッチであって、前記第２の低閾値スイッチ及び当該第２の高閾値スイッチを通して前記負荷の充電を可能にする前記第２の低閾値スイッチに接続された第２の高閾値スイッチと、
を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記負荷は、オフチップ容量負荷を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記負荷は、回路からの入力負荷を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記アナログ回路及び前記デジタル回路が携帯電話内部に組み込まれていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１０】
電池式のポータブルデバイスにおいて用いられる信号ドライバであって、
第１の高閾値半導体スイッチと、
前記第１の高閾値半導体スイッチに直列接続された第１の低閾値半導体スイッチと、
第２の高閾値半導体スイッチと、
前記第２の高閾値半導体スイッチに直列接続された第２の低閾値半導体スイッチと、
を備え、
前記第１の高閾値半導体スイッチ又は前記第１の低閾値半導体スイッチが充電されている負荷に接続されており、かつ前記第１の高閾値半導体スイッチ及び前記第１の低閾値半導体スイッチが非アクティブである場合に、前記第１の高閾値半導体スイッチがアクティブにされ、かつ前記第１の高閾値半導体スイッチがアクティブにされた後に前記第１の低閾値半導体スイッチがアクティブにされることにより、前記第１の高閾値半導体スイッチと前記第１の低閾値半導体スイッチとを通って流れる電流を介して前記負荷を放電するように、前記第１の高閾値半導体スイッチ及び前記第１の低閾値半導体スイッチは構成され、
前記第２の高閾値半導体スイッチ又は前記第２の低閾値半導体スイッチが充電されていない前記負荷に接続されており、かつ前記第２の高閾値半導体スイッチ及び前記第２の低閾値半導体スイッチが非アクティブである場合に、前記第２の高閾値半導体スイッチがアクティブにされ、かつ前記第２の高閾値半導体スイッチがアクティブにされた後に前記第２の低閾値半導体スイッチがアクティブにされることにより、前記第２の高閾値半導体スイッチと前記第２の低閾値半導体スイッチとを通って流れる電流を介して前記負荷を充電するように、前記第２の高閾値半導体スイッチ及び前記第２の低閾値半導体スイッチは構成される
ことを特徴とする信号ドライバ。
【請求項１１】
前記負荷は、オフチップ容量負荷を含むことを特徴とする請求項１０に記載の信号ドライバ。
【請求項１２】
前記負荷は、回路からの入力負荷を含むことを特徴とする請求項１１に記載の信号ドライバ。
【請求項１３】
デジタル回路に近接して配置されたアナログ回路を更に備え、前記デジタル回路は、前記第１の高閾値スイッチと前記第１の低閾値スイッチとを含むことを特徴とする請求項１０に記載の信号ドライバ。
【請求項１４】
前記アナログ回路は、携帯電話用アナログ回路を含むことを特徴とする請求項１３に記載の信号ドライバ。
【請求項１５】
電池式のポータブルデバイスにおいて電磁干渉を減少させるために信号を駆動する方法であって、
第１の高閾値スイッチは第１の低閾値スイッチに直列接続されており、前記第１の高閾値スイッチ又は前記第１の低閾値スイッチは充電されている負荷に接続されており、前記第１の高閾値スイッチ及び前記第１の低閾値スイッチはスイッチオフされており、第２の高閾値スイッチは第２の低閾値スイッチに直列接続されており、前記第２の高閾値スイッチ又は前記第２の低閾値スイッチは前記負荷に接続されており、前記第２の高閾値スイッチ及び前記第２の低閾値スイッチはスイッチオフされている場合に、
前記第１の高閾値スイッチをスイッチオンする工程と、
前記第１の低閾値スイッチを続いてスイッチオンする工程と、
前記第１の高閾値スイッチと前記第１の低閾値スイッチとを通って流れる電流を介して前記負荷を放電する工程と、
前記第１の高閾値スイッチ及び前記第１の低閾値スイッチをスイッチオフする工程と、
第２の高閾値スイッチをスイッチオンする工程と、
第２の低閾値スイッチを続いてスイッチオンする工程と、
前記第２の高閾値スイッチと前記第２の低閾値スイッチとを通って流れる電流を介して前記負荷を充電する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記負荷は、オフチップ容量負荷を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記負荷は、回路からの入力負荷を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１の低閾値スイッチを通って流れる電流を介して前記第１の低閾値スイッチに接続される負荷を放電する工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２の低閾値スイッチを通って流れる電流を介して前記第１の低閾値スイッチに接続される負荷を充電する工程を更に含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明の属する技術範囲
本発明は、一般的にデジタル回路に関し、特に、限定する目的ではないが、小さな高調波成分を有する低電力信号ドライバに関する。
【０００２】
従来の技術
電子部品の初期の頃から、部品設計ではサイズが重要な要因である。エレクトロニクスと日常生活との統合が進み続けるのに伴って、部品サイズは電子デバイスの設計の重要な側面となっている。人々は、より小型のエレクトロニクスを要求しているが、これらのエレクトロニクスのサイズを大きくしてしまう機能を捨てることは望まない。実際、より小型の電子デバイスに対する要求は、これらのデバイスにおけるより多くの機能に対する要求と常に競い合っている。電子部品の設計者は、その結果、これらのエレクトロニクス中により多くの機能と部品を統合させる一方で、エレクトロニクスを最小化することを余儀なくされている。
【０００３】
回路設計の分野ほど小型化及び統合が重要となる分野は他にない。回路を小型化し、これらの回路中により多くの部品を配置することができるのは、様々な理由で有益である。このような小型化及び統合によって、例えば、製造コストの削減、デバイス全体のサイズの縮小、及び同じサイズのデバイス中により多くの機能を提供することになる。多くの電子デバイス、特に、携帯電話にとって、デジタル及びアナログ部品を統合することは同等に有益である。しかしながら、アナログ及びデジタル部品の統合は、進み続ける小型化と結びつく場合に、電磁適合性（EMC）の問題に至る。例えば、携帯電話では、高周波アナログ信号は、デジタル回路近傍、特に、信号ドライバ内部に含まれるようなデジタルスイッチング回路近傍で処理される。デジタル回路は、高周波アナログ信号を容易に妨害し、重大なEMC問題を引き起こしうる。
【０００４】
現在、デジタル及びアナログ部品の統合により生じるEMC問題は、多数の方法によって取り組まれているが、これらの１つとして、完全に満足のいくものはない。特に不十分なのは、半導体スイッチのEMCを取り囲むの従来の技術である。スイッチ、例えば、FET、MOS等を通るスイッチング電流は、アナログ回路近傍で、実質的な電磁干渉（EMI）の原因となりうる高調波を作り出す。
【０００５】
スイッチング回路によって生じるEMIに対処するための従来の技術は、スイッチング電流のレベルを減少させること、すなわち、低電力信号ドライバのような低電力回路を設計することによって集中している。例えば、平均スイッチング電流の減少は、スイッチング電流の高調波成分の絶対レベルで対応する減少を結果として生じる。更に、スイッチング電流を減少させることによって、及び、低電力回路を設計することによって、デジタル信号のエッジ速度が減少し、それによって更に高調波成分が減少する。
【０００６】
低電力回路の設計を通じてEMC問題を取り組むことに加え、エレクトロニクスの設計者は、感度の高い部品に電磁シールドを与える。このようなシールドは、ハウジング、スクリーン、又は他のあらゆる物体を含み、これらは通常は伝導性であり、シールドの片側から生じる電磁界のシールドのもう片側のデバイスへの影響を実質的に減少させる。
【０００７】
しかしながら、低電力回路及びシールドは共に、重大な欠点を示す。第１に、どちらの方法もEMIを防ぐには常に不十分である。他の場合には、これらの方法は、非常に精密に適用されなければならないので、回路全体の設計が危ぶまれる。回路は、非常に大規模で、遅く、及び／又は、費用がかかるので、製造できなくなる可能性もある。低EMIデジタルCMOS回路へのもう１つのアプローチは、従来の方式よりも高い電力消費を伴う。回路の解決法は、ECLのようなバイポーラ論理形式から取り入れ、いわゆる電流モードロジックとなる。このような論理回路は、入力信号が安定な場合でも、かなりの電流を運ぶ。従って、このようなシステムでは、EMIを減少させることは、高い電流消費に伴う非常に望ましくない影響、例えば、バッテリー切れ、過大な熱の発生等をもたらす。携帯電話技術などの多くの技術において、この高い電力消費は、EMIと同程度に受け入れがたいものである。
【０００８】
半導体スイッチは、最新の回路で非常に多く用いられるので（例えば、U.S. Patent No. 5,933,384を参照のこと）、EMC及び電力消費などのスイッチの特性が回路設計に重要である。電力消費に関しては、低閾値のスイッチは、高閾値のスイッチよりもスイッチがオフされたときにより多くの電流をリークする。名目上のオフスイッチを通した供給電圧からグランドへの電流のリークは、静的な電力消費となる。当業者によって、スイッチ１１０（図１に示される）はMOSFETを含むように図示されているが、MOSFETは図２に示す方式で動作する多くのタイプの半導体スイッチ（JFET、MESFET等）の１つに過ぎないことを理解されよう。
【０００９】
図１及び図２を参照すると、スイッチング回路１００は、電源１０５、低閾値電圧を持つ電解効果トランジスタ１１０（FET）、容量負荷１２０、及びグランド１３０を含む。また、入力１４０も示されている。入力１４０は、FET110を制御する入力電圧を受信するのに役立ち、それによってFET１１０をスイッチオンする。従って、入力１４０での電圧が閾値電圧と等しいか或いは閾値電圧を超えると、FET１１０はスイッチオンされ、電流が電源１０５からグランド１３０へ流れることができる。入力１４０での電圧が閾値電圧よりも低いと、FET１１０はオフする。理想的には、FET１１０がオフのときは、電源１０５からグランド１３０へ電流は全く流れない。しかしながら、一般的な関係は、スイッチオフの場合に、より低い閾値電圧を持つFETは、より高い閾値電圧を持つFETよりも多くの電流をリークするというものである。図２は、入力１４０に印加される入力電圧１５０（上図）の適用に依存する電流Ｉ１（下図）及び電流Ｉ１の対数（真ん中の図）を示す図である。時間ｔ１０１では、入力電圧１５０は、閾値レベル、例えば０ボルトよりも低く、FET１１０はオフである。この時点では、電流Ｉ１はゼロではないが、ゼロよりもどちらかと言えば若干高い。電流は、FET１１０を通ってリークする。リークの大きさは、FET110の特定のパラメータに依存する。一般的な関係は、この場合もやはり、より低い閾値電圧を持つFETは、より高い閾値電圧を持つFETよりも多くの電流をリークするというものである。
【００１０】
更に図２を参照すると、時間ｔ１０２では、入力１４０での入力電圧１５０は、FET１１０の閾値電圧が満たすべき条件と等しい。従って、時間ｔ１０２では、ＦＥＴ１１０がスイッチオンされる。次に、電流Ｉ１は、設計された出力レベルに向かって上昇する。リニアスケール（下図）では、電流Ｉ１は時間ｔ１０２で入力電圧が閾値電圧（Ｖｔｈ）に到達するまでは増大し始めないようにみえるが、対数スケール（真ん中の図）での電流プロットは、どの電圧レベルでも多少の電流が流れる（リークする）ことをはっきりと示している。印加電圧に関係して電流が流れる量は、FET１１０の閾値電圧によって決定される。重要なことは、電流Ｉ１は、ゲート電圧の単調な関数であることである。すなわち、実質的には、閾値より下では指数関数的であり、閾値よりも上では多項式的（１と２の間の指数を持つ）である。
【００１１】
高閾値FETは、低閾値FETよりもリークする電流が少ない。ここで、リーク電流と閾値電圧との関係は、１次に対して、以下のように表すことができる。すなわち、
【００１２】
【数１】
0004819275.tif 000002
ここで、"ＶＴ"は閾値電圧、"Ｖｔｈ"は熱電圧（thermal voltage）（室温で約２６ｍV）であり、"ｎ"は典型的には１と２の間の値を取る。従って、リーク電流は、閾値電圧が１００ｍV減少する毎に１／１０ずつ増加しうる。
【００１３】
高閾値FETは、不必要な電力消費を防ぐという点では有利だが、他の面では欠点がある。例えば、同じゲート・ソース間電圧では、高閾値FETは低閾値FETよりも低い駆動能力を与える。更に、高閾値FETは、低閾値FETよりもスイッチング速度が遅い。また、高閾値FETは、低閾値FETよりもスムーズにターンオンしない。また、低閾値FETを持つデバイス（一定の駆動能力に合わせて調節されたデバイスの幅を持つ）は、高閾値FETデバイスよりもスムーズにターンオンする。高閾値FETデバイスはスムーズににターンオンしにくいために、高閾値FETデバイスは、低閾値FETデバイスよりも多くの厄介な高調波及びEMC問題を生じる。スイッチの各々のタイプの有利な特性を利用するために、従来のシステムは、低閾値FETデバイス及び高閾値FETデバイスの組み合わせを利用する回路を用いている。これらのシステムでは、低閾値スイッチは、主要な回路として用いられている。これによって、低閾値スイッチに一般的に伴う速い応答時間が可能となる。高閾値スイッチは、使用されていない場合に、不必要なリークから低閾値スイッチを防ぐために用いられる。図３は、Shigematsu et al. によって"A I-V High-Speed MTCMOS Circuit Scheme for Power-Down Application Circuits" IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol.32, no.6, pp861-869, June 1997 に示される高調波成分に関係なく、電力消費を制限するために用いられるそのようなシステムを示す図である。図３では、供給電圧ライン３０２、仮想供給ライン３０５、仮想グランドライン３１０、及びグランドライン３５０を含む回路３００が示されている。当業者であれは、回路３００はドライバ回路ではなく、むしろ論理型回路であることが容易に理解されるだろう。ドライバ回路は、論理回路の駆動力が負荷に対して不十分である場合に用いられる。回路３００のスイッチは、この方式では用いられない。
【００１４】
回路３００は、各々入力３２５、３４５を有する高閾値ＭＯＳ３２０、３４０を含む。ＭＯＳ３２０は、電圧ライン３０２と仮想電圧ライン３０５との間に接続される。同様に、ＭＯＳ３４０は、グランド３５０と仮想グランド３１０との間に接続される。オンの場合には、ＭＯＳ３２０は、仮想電圧ライン３０５を電圧ライン３０２に接続し、ＭＯＳ３０４は仮想グランド３１０をグランド３５０に接続する。回路３００は、仮想電圧ライン３０５と仮想グランドライン３１０との間に接続される低閾値ＭＯＳ３３０のブロックも含む。低閾値ＭＯＳ３３０のブロックは、回路３００の論理機能を実行する。
【００１５】
回路３００は、低閾値ＭＯＳ３３０のブロックがスタンバイ状態の場合に、ごく僅かな量の電流をリークする間、低閾値ＭＯＳ３３０のブロックを用いるが、高いスイッチング速度を得るために用いられる。回路３００によって用いられる電流は、静的（リーク）電流と動的（スイッチング）電流からなる。スイッチング電流消費は、回路３００が実際の動作によって生じるのに対して、リーク電流はオーバーヘッドによって生じる。その他の全てが同じ場合は、低閾値ＭＯＳ３３０中のデバイスの閾値電圧が減少するときに、静的な電流が増大する。
【００１６】
動的な電流の平均値と比較して静的な電流の平均値が大きい場合での論理ブロックは、Shigematsu によるとシリアルスイッチの候補となる。そのようなブロックの例は、仮想電圧ライン３０５と３１０との間に多くのパスを持つブロックであるが、ここではこれらのパスの少数だけがスイッチング電流を同時に運ぶ。スイッチング電流の量が同量に減少される場合には（そのようなブロックはほとんど使われない）、更に小さいブロックも候補になりうる。ブロックが候補となるには、供給電圧が高閾値ＭＯＳ３２０及び３４０のようなスイッチによって接続が断たれる場合に誤動作が起きないように、システム全体の設計がブロックが一定期間は使用されないことも補償する必要がある。
【００１７】
高閾値スイッチ及び低閾値スイッチを組み合わせる従来のシステムは、省力化を最大限に発揮するための高閾値スイッチによって制御される低閾値スイッチの大きなブロックを含む論理回路にのみ役立つのに限られる。更に、高閾値スイッチ及び低閾値スイッチを組み合わせる従来のシステムは、スイッチング電流によって生じる高調波の問題に対処することに完全に失敗している。最後に、これらの従来のシステムは、容量負荷を駆動するための信号ドライバ中の電力消費及びＥＭＣに適切に対処することに失敗している。
【００１８】
従って、過大な電力消費、製造コストの増大及び／又はデバイスの性能の低下が生じることのない、一般的なアプリケーションを用いたデバイスが必要である。
【００１９】
発明の概要
本発明は、第１の実施形態によれば、従来技術の他の短所や欠陥を、小さいＥＭＩを発生する間にごく僅かな電力を消費する信号ドライバを提供することによって、上述の問題点を克服する。本発明は、容量負荷に接続された高閾値スイッチ及び低閾値スイッチを含む電子デバイスを提供する。高閾値スイッチ及び低閾値スイッチは、ＦＥＴやＭＯＳを含む様々なタイプの半導体スイッチを含む。更に、本発明に含まれる容量負荷は、オンチップ負荷とオフチップ負荷の両方を含む。このような負荷は、プリント基板、チップの入力等上の信号トレースを含みうる。
【００２０】
高閾値スイッチ及び低閾値スイッチは、容量負荷がスイッチを通して放電されうるような方法で接続される。更に、各スイッチは、低閾値スイッチがグランドと高閾値スイッチとの間に接続されるように配置されうる。あるいは、各スイッチは、高閾値スイッチがグランドと低閾値スイッチとの間に接続されるように配置されうる。本発明は、第２の低閾値スイッチ及び第２の高閾値スイッチをも含みうる。本発明は、もう一つの実施の形態によれば、各スイッチの近傍に配置されたアナログ回路を含みうる。このアナログ回路は、これに限られないが、携帯電話用回路、遠隔計測用回路又は光学受光回路を含みうる。
【００２１】
動作中では、本発明は、高閾値スイッチを最初にスイッチオンして、それにより第１の量の電流が高閾値スイッチ及び低閾値スイッチを通して流れるのを可能にすることによって、動作することができる。次に、低閾値スイッチがスイッチオンされ、それによって第２の量の電流が高閾値スイッチ及び低閾値スイッチを通して流れるのを可能にする。この第１の量の電流は、一般的には、低閾値スイッチの電流リークに等しい。
【００２２】
更にもう一つ実施の形態によれば、本発明は、携帯電話に係り、高閾値スイッチ、この高閾値スイッチに接続された低閾値スイッチ、及びこの高閾値スイッチに接続された容量負荷を含みうる。この携帯電話は、第２の高閾値スイッチに接続された第２の低閾値スイッチをも含みうる。
【００２３】
本発明のより完全な理解は、添付の図面と関連して理解される場合には、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲を参照することによって得られよう。
【００２４】
本発明の詳細な説明
以後図面を参照するが、図４−６ａを通して同様の符号は同様の部分を示し、本発明に係る例示的な信号ドライバの２つの実施の形態を開示する。
【００２５】
信号ドライバは、各種デジタル回路アーキテクチャを参照して詳細に記載されるが、当業者は、そのような信号ドライバは、例えば、携帯電話内部によく組み込まれるアナログ・デジタル混載回路を含むあらゆる回路で用いられうることを容易に理解できるであろう。
【００２６】
図４を参照すると、デジタル回路４３０とアナログ回路４２０とを含む携帯電話４００が示されている。信号ドライバ４４０（下に示される）は、近接するアナログ回路４２０上のＥＭＩを減少させるために、デジタル回路４３０内部に組み込まれる。信号ドライバ４４０は、スイッチング波形中の高調波成分を最小限にすることによってＥＭＩを減少させるためにデジタル回路４３０内に組み込まれる。信号ドライバ４４０は、スイッチング波形中の高調波成分を最小限にすることによって、ＥＭＩを減少させる特別なアーキテクチャ（図５及び図６を参照）を持つ。スイッチング波形の高調波成分、従ってＥＭＩは、信号ドライバ４４０に含まれる各種半導体スイッチの所定の閾値電圧レベルによって影響される。
【００２７】
前述のように、供給線又はグランド線と負荷を接続するために単独のＦＥＴスイッチを用いる如何なるドライバも、電力とＥＭＣの要求の間で妥協している。低閾値ＦＥＴは、図１に示すように、その高閾値相当物よりもＥＭＣ問題を生じにくいが、特に、ポータブルで、電池式の電子デバイスに対する増大する使用と設計の要求という観点から、容認できないレベルの電力損失も生じる。より小さなＥＭＣで、かつ、より低い電力損失のレベルは、図５及び図６にそれぞれ示される信号ドライバ５００及び６００を用いて実現されうる。
【００２８】
図５を参照すると、本発明に係る信号ドライバ５００の第１の実施の形態が示される。信号ドライバ５００は、電力供給５０５、負荷５１０、低閾値半導体スイッチ５１５（ＦＥＴ５１５）、高閾値半導体５２５（ＦＥＴ５２５）、グランド５４０を含み、これらの全ては直列に接続される。ＦＥＴ５１５及び５２５は、それぞれ入力線５２０及び５３０によって制御される。半導体スイッチは、例えば、ＦＥＴ、ＣＭＯＳ、及びＭＯＳ等を含む半導体スイッチの各種タイプが可能であることが理解されよう。
【００２９】
容量負荷５１０は、オフチップ負荷またはオンチップ負荷のどちらでもよい。例えば、容量負荷５１０は、パッケージ、回路基板上の信号トレース、メモリチップのような他のチップの入力等によって提供される負荷であってもよい。信号ドライバ５００は、従来のドライバよりも複雑なので、最良の結果は、信号ドライバ５００をオフチップ負荷のような大きな負荷のためのドライバとして用いることによって得られることが考えられる。図５ａを参照すると、信号ドライバ５００でのスイッチングに対する電流Ｉ５の応答を示すタイミング図が示される。ｔ５００では、電流Ｉ５は、ゼロまたはほとんどゼロである。ｔ５０１では、入力５３０は、電圧５６０によって引き上げられ、高閾値ＦＥＴ５２５は、スイッチオンされる。ＦＥＴ５２５がスイッチオンされるのに応じて、電流Ｉ５は、一般的に、低閾値ＦＥＴ５１５を通ってリークする電流（例えばサブスレショルド電流）の大きさに増大する。電流Ｉ５は、補助プルアップ回路（不図示）によって与えられるか、或いは、容量負荷から引き出されうる。容量負荷は、この場合にはゆっくりと放電し始める。
【００３０】
次に、ｔ５０２では、入力５２０は、電圧５７０によって引き上げられ、低閾値ＦＥＴ５１５がスイッチオンされる。その後、電流Ｉ５は、自由に流れることができる。当業者に理解されるように、低閾値ＦＥＴ５１５及び高閾値ＦＥＴ５２５の接続順序は、回路５００の動作が変わることなく変更されうる。例えば、低閾値ＦＥＴ５１５はグランド５４０側に接続され、高閾値ＦＥＴ５２５は容量負荷５１０側に接続されうる。
【００３１】
図５に示される回路５００は、一般的には、容量負荷を放電するために用いられるが、同様の回路は容量負荷を充電するために用いられうる。実際、図６に示す信号ドライバ６００は、本発明の原理に従って、容量負荷の充電と放電の両方を行う設計になっている。
【００３２】
図６を参照すると、本発明に係る信号ドライバ６００の第２の実施の形態が示される。信号ドライバ６００は、高閾値ＦＥＴ６１０及び６４０、低閾値ＦＥＴ６２０及び６３０、電源６０５、グランド６６０を含み、これらの全ては直列に接続される。前述のように、ＦＥＴ６１０、６２０、６３０、及び６４０は、例えば、ＦＥＴ、ＣＭＯＳ、及びＭＯＳ等を含む半導体スイッチの各種タイプが可能である。容量負荷６７０は、低閾値ＦＥＴ６２０と６３０との間に接続される。容量負荷６７０は、スイッチング電流となるごく僅かな高調波成分と共に充電されるか又は放電されうる。駆動された負荷は、実質的には容量性であるが、抵抗要素６８０を含みうる。
【００３３】
図６ａを参照すると、容量負荷６７０が放電している場合の電流Ｉ６ａの応答を示すタイミング図が示される。入力６１５での入力電圧は電圧６８５によって、入力６２５での入力電圧は電圧６９０によって、入力６３５での入力電圧は電圧６９５によって、入力６４５での入力電圧は電圧６９９によって示されている。時間ｔ６００では、入力６１５及び６２５での電圧は低い。入力が反転しているため、高閾値ＦＥＴ６１０（ｐＦＥＴ）及び低閾値ＦＥＴ６２０（ｐＦＥＴ）は、これに対応してスイッチオンされる。時間ｔ６００では、電圧６９５及び６９９は低い。従って、ＦＥＴ６３０及び６４０は、スイッチオフされる。時間ｔ６０１では、入力６１５及び６２５は、電圧６８５及び６９５によってそれぞれ引き上げられる。従って、ＦＥＴ６１０及び６２０は、スイッチオフされる。ＦＥＴ６１０及び６２０は、同時に又は所定の順序でスイッチオフされうる。
【００３４】
時間ｔ６０２では、高閾値ＦＥＴ６４０（ｎＦＥＴ）が電圧６９９を加えることによってスイッチオンされ、電流Ｉ６ａが流れ始める。電流量は、低閾値ＦＥＴ６３０のリークに制限される。
【００３５】
時間ｔ６０３では、低閾値ＦＥＴ６３０（ｎＦＥＴ）は、電圧６９５を加えることによってスイッチオンされ、次に、電流Ｉ６ａが完全に流れる。図示されていないが、当業者であれば電流Ｉ６ａは、容量負荷上の電荷が消失すると、電流Ｉ６ａが減少することが理解されよう。容量負荷６７０を放電することに起因する高調波成分は、従来の高閾値スイッチだけを用いるよりも少ないことも理解されよう。
【００３６】
図６ｂを参照すると、容量負荷６７０を充電している場合の電流Ｉ６ａの応答を示すタイミング図が示される。入力電圧６８５'、６９０'、６９５'、６９９'は、ＦＥＴ６１０、６２０、６３０、及び６４０の入力ラインにそれぞれ印加される。ＦＥＴ６３０及び６４０はある期間はオンであり、容量負荷６７０は完全に放電されると考えられる。
【００３７】
時間ｔ６０４では、ＦＥＴ６３０及び６４０は印加電圧６９５'及び６９９'によってそれぞれスイッチオフされる。ＦＥＴ６３６及び６４０は共に同時にスイッチオフされるように示されるが、これらは異なった時間にスイッチオフされうる。
【００３８】
次に、時間ｔ６０５では、電圧６８５'を印加することによって高閾値ＦＥＴ６１０がオンされ、電流Ｉ６ｂが低閾値ＦＥＴ６２０のリーク電流まで上昇する。
【００３９】
次に、時間ｔ６０６では、低閾値ＦＥＴ６２０は電圧６９５'を用いて入力６２５を引き下げることによってスイッチオンされる。次に、電流Ｉ６ｂは、その設計値まで増大し、容量負荷が素早く充電される。電流Ｉ６ｂを用いた容量負荷６７０を充電することに起因する高調波成分は、従来の高閾値スイッチだけを用いるよりも少ないであろう。
【００４０】
上述のもの以外にもデバイスゲートに対する波形を生成するために多数の回路の解決法が存在し、当業者であればそのような回路をこのような形態で容易に設計できることは、本発明の動作に対してはあまり重要でないことが理解されよう。
【００４１】
また、直列デバイスの接続順序（すなわち、どのデバイスがグランドに接続され、どれが負荷に接続されるということ）は、本発明にとってそれ程重要ではない。１つの特徴は、出力の移行は、高閾値デバイスが最初にオンされ、低閾値デバイスが次にオンされるというものである。単純なインバータドライバからより複雑な組み合わせゲートへの拡張は、当業者には明らかであろう。最も可能性の高いこのような拡張は、駆動信号がほとんど高くない場合にはデュアルの状態が適用されるが、より複雑な低閾値ゲートが単独の高閾値カットオフ・デバイスと組み合わせるというものである。バーストが起こるスイッチング動作の場合には、全ての高閾値デバイスをオンして、バーストの間中これらのデバイスをオンのままにしておくことが理に適っている（カットオフデバイスを動作させるためには一定の電力消費がある）。
【００４２】
前述のように、当業者は前述の発明は、電力を保持しつつＥＭＩを減少させるための信号ドライバを提供することが容易に理解できよう。この信号ドライバは、少なくとも１つの直列接続された半導体スイッチを含む。２つのスイッチのうちの１つは、低い閾値を持ち、もう１つのスイッチは高い閾値を持つ。２つのスイッチの１つに接続された容量負荷を放電するために、高閾値スイッチが最初にスイッチオンされる。次に、低閾値スイッチがスイッチオンされる。２つのスイッチをこの順序でオンすることによって、スイッチを通して流れる電流に、高調波成分がほとんど伝えられない。更に、直列の２つのスイッチは、不必要な電流リークを防ぐ。一般に同じような方式においては、開示された発明は、容量負荷を充電するのに用いられうる。
【００４３】
本発明の装置の好適な実施形態は、添付の図面に示され、前述の詳細な説明に記載されたが、本発明はこの中で開示された実施の形態に限られず、特許請求の範囲に示され、定義されるように、多数の配置転換、改良、及び置き換えが可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１（従来技術）は、低閾値半導体スイッチを示す図である。
【図２】  図２は（従来技術）、図１に示す低閾値半導体スイッチからの出力電流の変化を示すタイミング図である。
【図３】  図３は、図１及び図２に示す低閾値半導体スイッチ及び高閾値半導体スイッチの組み合わせを組み入れた従来の論理回路である。
【図４】  図４は、本発明に係る信号ドライバを組み入れた携帯電話を示す図である。
【図５】  図５は、図４に示す信号ドライバの第１の実施形態より詳細に示す図である。
【図５ａ】  図５ａは、図５に示す信号ドライバ内の半導体スイッチのスイッチングに対する電流応答を示すタイミング図である。
【図６】  図６は、図４に示す信号ドライバの第２の実施形態より詳細に示す図である。
【図６ａ】  図６ａは、容量負荷が低く駆動される場合での図６に示す信号ドライバの半導体スイッチのスイッチングに対する電流応答を示すタイミング図である。
【図６ｂ】  図６ｂは、容量負荷が高く駆動される場合での図６に示す信号ドライバの半導体スイッチのスイッチングに対する電流応答を示すタイミング図である。
【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５ａ】
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【図６】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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