JPH03219724A - トラック/ホールド回路 - Google Patents

トラック/ホールド回路

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JPH03219724A
JPH03219724A JP1301359A JP30135989A JPH03219724A JP H03219724 A JPH03219724 A JP H03219724A JP 1301359 A JP1301359 A JP 1301359A JP 30135989 A JP30135989 A JP 30135989A JP H03219724 A JPH03219724 A JP H03219724A
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誠 今村
Hidehiro Chiyuuma
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、トラック/ホールド回路においてアクイジシ
ョンのタイミングのずれにより発生ずるホールド波形の
歪の低減に関するものである。
〈従来の技術〉 第7図は従来のトラック/ホールド回路(以下′「/H
回路とも呼ぶ)の具体例を示す構成回路図である。1は
トラック/ホールドアンプ(T/Hアンプとも呼ぶ)、
SWl、SW2はT/Hアングの反転入力端子と共通電
位点(以下コモンと呼ぶ)の間に直列に接続する第1.
第2のF E T”スイッチ、CHはT/Hアンプ1の
出力端子とFETETスイツチI、SW2の接続点との
間に接続するホールドキャパシタ、R3はホールドキャ
パシタCHとT/Hアンプ1の出力端子の間に接続する
ダンピング用抵抗、SW3.SW4はT/Hアングの反
転入力端子とコモンの間に直列に接続する第3.第4の
FETスイ・yチ、3はT/H入力電圧V が印加され
る入力端子、R1は入力端n 子3とFETETスイツチ3.SW4の接続点との間に
接続する抵抗、R2はSW3.SW4の前記接続点とT
/Hアンプ1の出力端子の間に接続するR1と等しい値
(ゲイン1の場合)の抵抗である。4はT/Hアング1
の出力端子が接続する本T/H回路の出力端子である。
FETスイッチSW1〜SW4はD−MOS  FET
スイッチで構成され、SW2,5W3(7)ゲートはT
 / Hり。
ツクで、SWI、SW4のゲートはその反転クロックで
駆動されている。これらのクロックは外部の回路で発生
される。
トラックモードではFETスイッチSW2  SW 3
 ハオン、FETXイッチSWI 、SW4はオフとな
り、T / 8回路は反転増幅器を構成し、入力電圧■
inは一1@のゲインで出力される。ボルドモードとな
り、FETスイッチSWI、SW4かオン、FETスイ
ッチSW2.SW3がオフになるとホールドキャパシタ
ClにはSW2がオフしたタイミングにおける反転出力
信号の電圧値が保持される。なおFETスイッチSW4
がオンとなるのでT/H入力電圧■ioによる大刀電流
はコモンへ流れ、T / H出力voutと分離される
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記の回路では入力信号電圧V1oの周
波数が高くなると、ホールドキャパシタC1を充電する
電流が大きくなり、FETスイッチSW2のオン抵抗で
生ずる電圧降下でホールドするタイミングが変調を受け
、再現波形に高調波歪が発生していた。
以下にこの現象を詳しく説明する。第7図の′■゛/H
回路ではSW2にD−MOS  スイッチを使用してい
る。D−MOS  スイッチにはゲートとドレイン間に
容量Cgdが存在し、その容量には電圧依存性がある。
すなわちゲート・トレイン間電圧V が増加するとCg
dも増加する。トラック・(Jd モードで入力信号の周波数が高くなるとホールドキャパ
シタC1を充電する電流が大きくなり、SW2のオン抵
抗で生ずる電圧ドロップが変化する。
ゲート電圧は例えば5■で一定であるが、電圧ドロップ
によりトレイン電圧が変化するとv、dが変化し、した
がってCgdも変化する。Cgdがドレイン電圧の変化
により変動すると、SW2のゲート駆動回路の出力抵抗
との間で生じるCR時定数が変化し、SWIがオフする
タイミングすなわちデータアクイジションのタイミング
が変調を受ける。
このようにしてホールドされたデータを再現した信号波
形は入力信号■。の波形に対して高調波歪を含んだもの
となってしまう、第8図はこの様子を示すもので、(A
)は入力信号V とトラックn モード時のCHに流れる電流Iの位相関係を示す。
(B)はアクイジションタイミングのずれを示し、V 
Qd、 Cgdが最大となる時にCR時定数が最大とな
り、アクイジションタイミングがΔt1だけ遅れるが、
Vga、 Cgdが最小となる時は、CR時定数が最小
となり、アクイジションタイミングがΔt2だけ進んで
いる。(C)は理想波形(点線二人力波形)と再現波形
(’l’ / H回路出力をA/D変換した後の波形)
を比較しており、再現波形か高調波歪を含んでいること
が示されている。
本発明は上記の問題を解決するなめになされたもので、
データ・アクイジションのタイミングが変調を受けずに
一定なトラック/ホールド回路を実現することを目的と
する。
く課題を解決するだめの手段〉 本発明に係るトラック/ホールド回路は少なくとも出力
段を共通としてトラック動作とホールド動作を行うトラ
ック/ホールドアンプと、このトラック/ホールドアン
プの出力端子にその一端が接続し、少なくともホールド
動作の際にその他端が前記トラック/ホールドアンプの
反転入力端子に接続するホールドキャパシタと、このホ
ールドキャパシタの他端とコモンの間に接続するFET
スイッチと、前記ホールドキャパシタの他端の電圧に対
応する電圧を入力するレベルシフト回路と、このレベル
シフト回路の出力に対応する電圧で前記FETスイッチ
をオンにする駆動回路とを備えたことを特徴とする。
く作用〉 トラックモードにおいて、レベルシフト回路および駆動
回路によりFETスイッチのゲート端子の電位はF B
 ’r’スイッチのドレイン端子の電位と等しく変化す
るので、FETスイッチのゲート・ドレイン間における
電圧および容量は一定となる。
したがってデータ・アクイジションのタイミングも一定
一となる。
〈実施例〉 以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明に係るトラック/ホールド回路の第1の
実施例で反転型のものを示す構成回路図である。ここで
第7図と同じ部分は同一の記号を付して説明を省略する
。C1はT / Hアンプ1の出力端子にその一端が接
続する第2のキャパシタ、SW5はキャパシタC1の他
端とコモンの間に接続するモニタ用の第5のD−MOS
  FETスイッチ、5はFETスイッチSW5のドレ
イン端子の電圧を入力して5vシフトするレベルシフト
回路、6はレベルシフト回路5の出力電圧を’T’ T
 Lレベルの電源電圧とし]゛/Hクロック(トラック
モードとホールドモードのタイミングを決めるクロック
。)と同期したクロックにより駆動されるD形フリップ
フロップ(A−CMO8)である。
FETスイッチSW2のゲートはフリップフロップ6の
出力により駆動され、SW5のゲートは常に5Vが印加
されてオンとなっている。FE’rスイッチSW2とS
W5、キャパシタCHと01の特性はそれぞれ等しいも
のを用いる。
上記の構成のトラック/ホールド回路の動作を次に説明
する。トラックモードにおいて、FETスイッチSW2
.SW3はオンとなり、1゛/H出力として入力信号■
1oと符号が逆で等倍の信号が出力される。このときF
ETスイッチSW2にはホールドキャパシタCoを充電
する電流Iが流れ、F E TスイッチSW2のドレイ
ン電圧はそのオン抵抗(数100Ω)による電圧降下で
変動する。
C1とC1、SW2とSW5がそれぞれ同一特性の素子
なので、FETスイッチSW5のドレイン電圧もSW2
と全く同じ変化をする。FETスイッチSW5のドレイ
ン電圧はレベルシフト回路5で+5■シフトされ、レベ
ルシフト回路5からは+5v中心の交流信号がフリップ
フロラ16の電源端子Vssに供給される。T/Hクロ
ックと同期したクロック入力により、フリップフロップ
6の出力QかHighとなる時はレベルシフト回路5の
出力かそのまま出力されるので、SW2がオンのときは
SW2のゲートとドレイン間の電位差は常に5Vと一定
になる。フリップフロップ回路6の出力がLowのとき
はコモンレベルが出力されSW2がオフになる。上記の
ようにトラックモトでFETスイッチSW2のVgdが
一定なので、FETスイッチSW2のCgdも一定とな
り、スイッチング時のCR時定数も一定となり、データ
アクイジションのタイミングが入力信号に拘らず一定と
なる。
第2図は第1図のトラック/ホールド回路の第1の変形
例である。第1図と異なるのは、レベルシフト回路5の
出力をフリップフロラ16の電源に供給する代りに、差
動スイッチ7の電源に供給するようにした点である。タ
ロツクで駆動されるD形フリップフロップ6の出力が差
動スイッチ7のスイッチング入力となっている。ここで
1゛/Hクロツクに対し差動スイッチ6のスイッチング
の分の遅れがSW2のオンオフ信号に生じるが、全体の
タイミングを調整すると問題とならない、また第2図の
点線のように、フリップフロップ回路6のQ出力とその
反転出力をそれぞれT/H出力の反転出力およびT/H
出力とすることにより、外部回路を簡素化することがで
きる。
第3図は第1図のトラック/ホールド回路の第2の変形
例で、レベルシフト回路5の入力をSW2のドレイン端
子から直接取るものを示す構成回路図である。レベルシ
フト回路5がT/H回路6に影響を与えない理想的なも
の、すなわち、入力インピーダンス中■、バイアス電流
キ0て゛あれば実現することができる。キャパシタC1
およびFETスイッチSW5を省略できるので回路が簡
単となり、F B ’I’スイッチSW2とSW5、キ
ャパシタCHと01の間のミスマツチングによる誤差が
生じない。
第4図は本発明に係るトラック/ホールド回路の第2の
実施例で非反転型のものを示す構成回路図である。第1
図と同じ部分は同一の記号を付しである。10は2つの
入力段101,102およびその出力か接続する出力段
を有し、入力段101.102に供給する動作電流を切
換えることにより入力段101,102のうちいずれか
一方を選択する′T” / H増幅器で、第1の入力段
101の非反転入力端子に入力信号V1oか印加され、
反転入力端子が出力段103の出力端子に接続している
。ここで入力段1ot、102の初段はF B ’T’
の差動回路で構成されている。ホールドキャパシタCH
は第2の人力段102の反転入力端子と]゛/H増篇器
10の出力段103の出力端子との間に接続され、タン
ピンク抵抗R3はホールドキャパシタCHと出力段10
3の間に挿入され、FETスイッチSW2は入力段10
2の反転入力端子とコモンの間に接続されて前記動作電
流の切換と連動してそのオンオフが制御される。SW6
は入力段102の非反転入力端子とコモンの間に接続さ
れ、SW2と連動してそのオンオフが制御されるFET
スイッチ、C2はFETスイッチSW6と並列に接続さ
れるホールドキャパシタCHと同一容量のキャパシタで
、FETスイッチSW2がスイッチング時に発生するペ
デスタル電圧を補償するためのもの、11は一端が負電
圧源■3−に接続しT/H増幅器10の入力段101ま
たは102に動作電流を供給するための定電流源、2は
定電流源11の他端を入力段101(T側)、102(
H側)のいずれか一方に切換えて接続する電流スイッチ
である。
ブートストラップ回路は第1図の場合と同様に、F E
 ’!’スイッチSW5のドレイン電圧をレベルシフ1
−回路5で5V (TTLレベルの場合)レベルシフト
した後、その出力をフリップフロップ6の電源■ に供
給し、T/Hクロックと同期するりS ロックでフリップフロップ回路6を駆動し、フリップフ
ロップ回路6の出力でスイッチSW2.SW6を駆動し
ている。
次にその動作を説明する。
(a)トラックモード時 トラックモードでは、第1図において、FBTスイッチ
SW2.SW6がオンとなり、電流スイッチ2は1゛側
へ接続する。入力信号Vinは入力段101と出力段1
03を組合せたゲイン1のトラックアンプを通り、入力
信号■ と等倍のT/H出n 力が4に現れる。このときF E TスイッチSW2に
はホールドキャパシタCHを充電する電流Iが流れ、F
ETスイッチSW2のドレイン電圧はそのオン抵抗(数
100Ω)による電圧降下で変動する。CとC,SW2
とSW5がそれぞれ同■1 一特性の素子なので、FETスイッチSW5のドレイン
電圧もSW2のトレイン電圧と全く同じ変化をする。そ
の結果、第1図の場合と同様にゲト・ドレイン間電圧■
gdが一定(ここでは5V)となる。
(b)ホールドモード時 ホールドモードでは同一のタイミングでスイッチSW2
.SW6がオフ、電流スイッチ2はH側へ倒れる。スイ
ッチSW2がオフするとホールドキャパシタCIにはそ
の時点での交流信号(入力信号)の電圧値が保持される
すなわち<a)で述べたように、SW2のゲート・ドレ
イン間電圧が一定となるので、SW2のゲート・ドレイ
ン間容量Cgdが一定となり、スイッチング時定数の変
化によって生じるホールドタイミングの変化がなくなり
、波形歪を低減することができる。
第5図は上記のトラック/ホールド回路につき実験によ
り得られた、有効ビット数の周波数特性を示す図で、従
来例と比べて全周波数帯域にわたり精度が改善されてい
る。
第6図は上記のトラック/ホールド回路につき実験によ
り得られた2次高調波歪の周波数特性である。高調波歪
が高域で大幅に改善されていることがわかる。
なお第4図の非反転形トラック/ホールド回路において
、第2図の場合と同様にレベルシフト回路5の出力を差
動スイッチ7の電源に接続してもよい。
また第4図の非反転形トラック/ホールド回路において
、第3図の場合と同様にSW2のドレイン端子の電圧を
高入力インピーダンスの増幅器を介して直接ブートスト
ラップ回路で帰還してもよい。
また上記各実施例のトラック/ホールド回路は少なくと
もその出力段か共通に用いられているのでFETスイッ
チSW2に掛かる交流振幅が比較的小さくなり、これを
ブートストラップ回路でさらに小さくできるので、高分
解能AD変換器に使用する場合に特に効果がある。また
構成も簡単になる。
〈発明の効果〉 以−Lの説明から明らかなように、本願発明によれば、
スイッチ・オン抵抗による電圧降下をブトストラップ回
路で打消すことにより、データ・アクイジションのタイ
ミングが変調を受けずに一定なトラック/ホールド回路
を簡単な構成で実現することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る1〜ラック/糸−ルド回路の第1
の実施例を示す構成回路図、第2図は本発明に係るトラ
ック/ホールド回路の第1の変形例を示す構成回路図、
第3図は本発明に係るトラック/ホールド回路の第2の
変形例を示す構成回路図、第4図は本発明に係るトラッ
ク/ホールド回路の第2の実施例を示す構成回路図、第
5図および第6図は第4図のトラック/ホールド回路の
特性曲線図、第7図は従来例のトラック/ホールド回路
を示す構成回路図、第8図は第7図装置の動作を説明す
るための図である。 1.10・・・トラック/ホールドアンプ、4・・・出
力端子、5・・・レベルシフト回路、6・・・Dフリッ
プフロップ、7・・・差動スイッチ、103・・・出力
段、CH・・・ホールドキャパシタ、SW2・・・F 
E ’r’スイ第1図 第2図 ゼ55 図 入7)I’H1’JlIR(/4z) lど πK lρθに 改χに 入n周yL数(Hz> 弔 図 T/)−I T/H

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 少なくとも出力段を共通としてトラック動作とホールド
    動作を行うトラック/ホールドアンプと、このトラック
    /ホールドアンプの出力端子にその一端が接続し、少な
    くともホールド動作の際にその他端が前記トラック/ホ
    ールドアンプの反転入力端子に接続するホールドキャパ
    シタと、このホールドキャパシタの他端とコモンの間に
    接続するFETスイッチと、 前記ホールドキャパシタの他端の電圧に対応する電圧を
    入力するレベルシフト回路と、 このレベルシフト回路の出力に対応する電圧で前記FE
    Tスイッチをオンにする駆動回路とを備えたことを特徴
    とするトラック/ホールド回路。
JP1301359A 1989-10-12 1989-11-20 トラック/ホールド回路 Expired - Lifetime JP2833070B2 (ja)

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