トランスミッションゲート

トランスミッションゲート（TG ）は、リレーに似たアナログゲートで、ほぼあらゆる電圧電位の制御信号によって両方向に導通したりブロックしたりすることができます。^[1]これはCMOSベースのスイッチで、PMOSは強い1を通過させますが、0は貧弱で、NMOSは強い0を通過させますが、1は貧弱です。PMOSとNMOSは同時に動作します。

原理的には、トランスミッション ゲートは 2 つの電界効果トランジスタ(FET)で構成されており、従来の個別の電界効果トランジスタとは異なり、基板端子 (バルク) は内部でソース端子に接続されていません。2 つのトランジスタ (n チャネル MOSFET と p チャネル MOSFET) は、互いに接続された 2 つのトランジスタのドレイン端子とソース端子に並列に接続されています。ゲート端子は NOT ゲート (インバータ) によって相互に接続され、制御端子を形成します。

ディスクリート FET とは異なり、サブストレート端子はソース接続に接続されていません。代わりに、サブストレート端子はそれぞれの電源電位に接続され、寄生サブストレート ダイオード (ソース/ドレインとサブストレート間) が常に逆バイアスされ、信号の流れに影響を与えないようにします。したがって、p チャネル MOSFET のサブストレート端子は正の電源電位に接続され、n チャネル MOSFET のサブストレート端子は負の電源電位に接続されます。

制御入力が論理ゼロ (負の電源電位) の場合、n チャネル MOSFET のゲートも負の電源電位になります。p チャネル MOSFET のゲート端子は、インバータによって正の電源電位になります。トランスミッション ゲートのどちらのスイッチング端子 (A または B) に電圧が印加されるかに関係なく (許容範囲内)、n チャネル MOSFET のゲート ソース電圧は常に負で、p チャネル MOSFET は常に正です。したがって、2 つのトランジスタはどちらも導通せず、トランスミッション ゲートはオフになります。

制御入力が論理 1 の場合、n チャネル MOSFET のゲート端子は正の電源電位になります。インバータによって、p チャネル MOSFET のゲート端子は負の電源電位になります。トランジスタのサブストレート端子はソース端子に接続されていないため、ドレイン端子とソース端子はほぼ等しく、トランジスタはゲート端子とこれらの導体の 1 つとの間の電圧差で導通を開始します。

トランスミッション ゲートのスイッチング端子の 1 つが負の電源電圧に近い電圧まで上昇し、N チャネル MOSFET に正のゲート ソース電圧 (ゲート - ドレイン間電圧) が発生してトランジスタが導通し、トランスミッション ゲートが導通します。トランスミッション ゲートのスイッチング端子の 1 つにおける電圧が正の電源電圧電位まで継続的に上昇するため、n チャネル MOSFET のゲート ソース電圧 (ゲート - ドレイン間電圧) が低下し、オフになり始めます。同時に、p チャネル MOSFET のゲート ソース電圧 (ゲート - ドレイン間電圧) が負に上昇し、それによってこのトランジスタが導通し、トランスミッション ゲートが切り替わります。

これにより、トランスミッション ゲートが全電圧範囲を通過することが実現されます。トランスミッション ゲートの遷移抵抗は、切り替える電圧に応じて変化し、2 つのトランジスタの抵抗曲線の重ね合わせに対応します。

トランスミッションゲートは、電子スイッチやアナログマルチプレクサを実装するために使用されます。信号が異なる出力（切り替えスイッチ、マルチプレクサ）に接続されている場合、複数のトランスミッションゲートをトランスミッションゲートとして使用して、導通またはブロック（単純なスイッチ）を行うことができます。4000シリーズと74シリーズの典型的な例は、4066 4ウェイ「双方向スイッチ」と呼ばれ、アナログ信号またはデジタル信号を処理でき、さまざまなメーカーから入手できます。^[2]

多くのミックスドシグナルシステムでは、アナログマルチプレクサを使用して複数のアナログ入力チャネルを単一のアナログ-デジタルコンバータにルーティングします。 ^{[3] [4] [5]}

従来の CMOS プルアップおよびプルダウン ネットワークの代わりに、トランスミッション ゲートを使用してロジック回路を構築できます。このような回路はよりコンパクトにできることが多く、シリコン実装では重要な考慮事項となります。

トランスミッション ゲートを使用して交流電圧 (例: オーディオ信号) を切り替える場合、負の電源電位は最低信号電位よりも低くする必要があります。これにより、負の電圧でもサブストレート ダイオードが非導通状態のままになります。トランスミッション ゲートはロジック電圧レベルに切り替えることができますが、レベル シフターを内蔵した特別なバージョンもあります。良い例として、オーディオ アンプへのアナログ入力を選択するためによく使用される 4053 標準チップには、レベル シフターにも電源を供給する別のグランド (ピン 8) と負のサブストレート接続 (ピン 7) があります。

• トライステートロジック
• アナログスイッチ

• ウルリッヒ・ティーツェ、クリストフ・シェンク：ハルブライター・シャルトゥング技術。 12. オーフラージュ、シュプリンガー、ベルリン/ハイデルベルク/ニューヨーク、2002 年、ISBN 3-540-42849-6。 
• Erwin Böhmer: Elemente der angewandten Elektronik。 15. オーフラージュ、ビューエグ＆ソーン・フェルラーク | GWV Fachverlage GmbH、ヴィースバーデン、2007、ISBN 978-3-8348-0124-1。 
• クラウス・フリッケ: デジタルテクニック。 6. オーフラージュ、ビューエグ＆ソーン・フェルラーク | GWV Fachverlage GmbH、ヴィースバーデン、2009 年、ISBN 978-3-8348-0459-4。