JPH0434239B2 - - Google Patents

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JPH0434239B2
JPH0434239B2 JP21668985A JP21668985A JPH0434239B2 JP H0434239 B2 JPH0434239 B2 JP H0434239B2 JP 21668985 A JP21668985 A JP 21668985A JP 21668985 A JP21668985 A JP 21668985A JP H0434239 B2 JPH0434239 B2 JP H0434239B2
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JP
Japan
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output
capacitor
switch
sample
hold circuit
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Tetsuya Iida
Takayoshi Igarashi
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Toshiba Corp
Toshiba Electronic Device Solutions Corp
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • G11C27/026Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element associated with an amplifier

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  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、例えば通信、オーデイオ、ビデオ
などの種々の分野に用いられるD/A変換器の出
力をサンプル・アンド・ホールドするためのサン
プル・アンド・ホールド回路に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来、この種のサンプル・アンド・ホールド回
路として、IEEE JOURNAL OF SOLID−
STATE CIRCUITS VOL.SC−18,No.6.DEC
1983 P717(Fig.1).“A Monolithic High−
Speed Sample−and−Hold Amplifier for
Digital Audio”RUDY J.VAN DE
PLASSCHE etalに第10図に示すような回路が
提案されている。第10図におけるオペアンプ1
1の非反転入力端(+)には、抵抗R1およびス
イツチS1を介して入力信号VINが供給される。
このオペアンプ11の出力はその反転入力端
(−)に帰還されるとともに、スイツチS3を介し
てオペアンプ12の反転入力端(−)に供給され
る。上記オペアンプ12の非反転入力端(+)は
接地されており、その出力がホールド用キヤパシ
タCHを介して反転入力端(−)に帰還される。
また、上記オペアンプ12の出力は、抵抗R2を
介して上記抵抗R1とスイツチS1との接続点に供
給される。上記抵抗R2とスイツチS1との接続点
と接地点間には、スイツチS2が設けられ、上記ス
イツチS1〜S3を選択的にオン/オフ制御すること
により、入力信号VINのサンプル・アンド・ホー
ルド出力を上記オペアンプ12の出力端から出力
信号VOUTとして得るようになつている。
上記のような構成において、スイツチS1,S3
オンすると、イマジナリ・シヨートにより各ノー
ドN1〜N3の電位V1〜V3は、「V1=V2=V3=接
地レベル」となり、この結果出力信号VOUTは、
「VOUT=−VIN」となる。すなわち、オペアンプ
12の出力端には入力信号の反転信号が現われ
る。次に、スイツチS1,S3がオフすると、ホール
ド用キヤパシタCHによりオペアンプ12の出力
は前の出力状態が維持される。この時、スイツチ
S2はオンしており、ノードN1の電位V1を安定化
している。
次に、上記第10図のサンプル・アンド・ホー
ルド回路を用いて、D/A変換器の出力をサンプ
ル・アンド・ホールドする場合について考える。
第11図に示すように、D/A変換器13の出力
インピーダンスをZ、スイツチS4がオフしてD/
A変換器13の出力端がオープン状態の時の出力
をVDAC、サンプル・アンド・ホールド回路14
の入力抵抗をRとすれば、スイツチSがオンして
D/A変換器13の出力端がサンプル・アンド・
ホールド回路14の入力端に接続された時、サン
プル・アンド・ホールド回路14の入力信号VIN
は、 VIN=R/(Z+R)・VDAC となる。すなわち、D/A変換器13の出力イン
ピーダンスZが大きくなればなるほど入力信号
VINが減衰する。従つて、「Z<<R」という条
件が必要であり、このためにはD/A変換器13
の出力インピーダンスZを下げるか、あるいはサ
ンプル・アンド・ホールド回路14の入力抵抗R
を大きくしなければならない。
しかし、D/A変換器13がキヤパシタ・アレ
イを用いた電荷再分布型の場合には、出力インピ
ーダンスZを下げることは不可能である。一方、
サンプル・アンド・ホールド回路14の入力抵抗
Rを大きくすることは、パターン面積の増大を招
き、高集積化が困難となりコストも上昇する。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、高出力インピ
ーダンスのD/A変換器の出力であつてもパター
ン面積を増大させることなく入力信号の減衰を防
止できるサンプル・アンド・ホールド回路を提供
することである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、上記の目的を
達成するために、サンプル・アンド・ホールド回
路の電圧利得をスイツチド・キヤパシタを用いて
設定し、サンプリング時の出力電圧をキヤパシタ
を用いてホールドするようにしている。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第1図はその基本構成を示すブロ
ツク図で、入力信号VINが供給されるスイツチド
キヤパシタ15の出力は、インピーダンス変換器
16によつてインピーダンス変換され、スイツチ
S5を介して増幅器17の入力端に供給される。こ
の増幅器17の出力は、ホールド用キヤパシタ
CHを介してその入力端に帰還されるとともに、
第2のスイツチドキヤパシタ18を介して上記イ
ンピーダンス変換器16の入力端に供給されるよ
うにして成る。
上記のような構成において、電圧利得
(VOUT/VIN)は、2つのスイツチドキヤパシタ
15,18によつて決定される。そして、スイツ
チS5がオンの時サンプルモードとなり、もし上記
電圧利得が−1に設定されていれば出力信号
VOUTは入力信号VINの反転信号となる。一方、ス
イツチS5がオフの時はホールドモードとなり、キ
ヤパシタCHにより出力信号VOUTのレベルが保持
される。
このような構成では、前記第10図の回路では
第2図aに示すように入力抵抗を考慮する必要が
あつたのに対し、第2図bに示すように基本的に
は入力抵抗が無限大であり、入力容量のみ考慮す
れば良い。従つて、電荷再分布型D/A変換器の
ように高出力インピーダンスのD/A変換器の出
力であつても、パターン面積を増大させることな
く入力信号の減衰を防止できる。このため、扱い
が容易であり、使用範囲を大幅に拡大できる。
第3図は、上記第1図の回路の具体的な構成例
を示している。第3図において、前記第1図ある
いは第10図と同一構成部には同じ符号を付して
いる。入力信号SINは、スイツチS11、キヤパシタ
C1およびスイツチS12を介してオペアンプ11の
非反転入力端(+)に供給される。上記スイツチ
S11とキヤパシタC1との接続点と接地点間には、
スイツチS21が、上記キヤパシタC1とスイツチS12
との接続点と接地点間には、スイツチS22がそれ
ぞれ接続される。上記オペアンプ11の出力端に
はその反転入力端(−)が接続されるとともに、
スイツチS3を介してオペアンプ12の反転入力端
(−)が接続される。このオペアンプ12の非反
転入力端(+)には接地点が接続され、その出力
端にはキヤパシタCHを介して反転入力端(−)
が接続される。また、上記オペアンプ12の出力
端には、スイツチS14、キヤパシタC2およびスイ
ツチS13をそれぞれ介して、オペアンプ11の非
反転入力端(+)が接続される。そして、上記ス
イツチS14とキヤパシタC2との接続点と接地点間
にはスイツチS24が、キヤパシタC2とスイツチS13
との接続点と接地点間にはスイツチS23が接続さ
れて成る。
上記のような構成において、スイツチS11
S12,S21,S22およびキヤパシタC1は、第1のス
イツチドキヤパシタ15を構成しており、スイツ
チS13,S14,S23,S24およびキヤパシタC2は、第
2のスイツチドキヤパシタ18を構成している。
そして、上記スイツチS11〜S14は第4図に示すク
ロツク1で、上記スイツチS21〜S24はクロツク2
で、上記スイツチS3はクロツク3でそれぞれ制
御され、各クロツク13が“1”レベルの時
各スイツチがオンするようになつている。
上記のような構成において、時刻t1以前の期間
T1ではスイツチS21〜S24がオン(スイツチS11
S14およびS3はオフ)しており、キヤパシタC1
C2に蓄積された電荷は放電される。次の時刻t2
スイツチS11〜S14がオンし(この時スイツチS21
〜S24,S3はオフ)、時刻t3にスイツチS3がオンす
ると、イマジナリ・シヨートにより各ノードN1
〜N3の電位V1〜V3は、「V1=V2=V3=接地レベ
ル」となり、キヤパシタC1には「Q=C1・VIN
なる電荷が蓄積される。同様にキヤパシタC2
も同一量の電荷が蓄積されるため、 Q=C1・VIN=C2(−VOUT) となり、電圧利得VOUT/VINは、 VOUT/VIN=−C1/C2 となる。次の時刻t4にスイツチS3がオフすると、
キヤパシタCHにより出力信号VOUTのレベルが保
持される。上記入力信号VIN、クロツク3および
出力信号VOUTの関係を第5図に示す。
なお、前記第3図の回路においては、インピー
ダンス変換器としてボルテージ・フオロワを用い
たが、第6図および第7図に示すようなソース・
フオロワを用いても良い。第6図においては、電
源VDDと接地点間にNチヤネル型MOSトランジス
タQ1,Q2を直列接続し、MOSトランジスタQ1
ゲートにスイツチドキヤパシタ15の出力電位
V1を供給して導通制御するとともに、MOSトラ
ンジスタQ2のゲートに所定のバイアスVBを印加
する。そして、上記MOSトランジスタQ1とQ2
の接続点からインピーダンス変換されたV2なる
電位を得る。
一方、第7図においては、電源VDDと接地点間
にPチヤネル型MOSトランジスタQ3,Q4を直列
接続し、MOSトランジスタQ3のゲートに所定の
バイアスVBを印加するとともに、MOSトランジ
スタQ4のゲートにスイツチドキヤパシタ15の
出力電位V1を供給して導通制御する。そして、
上記MOSトランジスタQ3とQ4との接続点からイ
ンピーダンス変換されたV2なる電位を得る。
第8図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、前記第3図においてはスイツチS21〜S24の一
端を接地していたのに対し、スイツチS21,S23
一端を接地し、スイツチS22,S24の一端には所定
の電圧VRを印加するようにしている。第8図に
おいて、前記第3図と同一構成部には同じ符号を
付してその詳細な説明は省略する。このような構
成では、キヤパシタC1,C2は完全には放電され
ず、出力信号VOUTにはVRなるバイアスが加わつ
た信号が得られる。
第9図は、さらにこの発明の他の実施例を示す
もので、スイツチドキヤパシタ15を負性抵抗と
して用いている。すなわち、クロツク2が“1”
レベルの時にスイツチS11,S12がオンして、キヤ
パシタC1の一端が接地された状態で入力信号VIN
により充電され、クロツク2が“1”レベルの
時(1は“0”レベル)スイツチS21,S22がオン
として充電された電荷をノードN1に供給する。
これによつて、スイツチドキヤパシタ15は負性
抵抗として働く。従つて、出力信号VOUTは入力
信号VINと同相となる。
〔発明の効果〕
以上説明したようにこの発明によれば、高出力
インピーダンスのD/A変換器であつてもパター
ン面積を増大させることなく入力信号の減衰を防
止できるサンプル・アンド・ホールド回路が得ら
れる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係わるサンプ
ル・アンド・ホールド回路の概略構成を示すブロ
ツク図、第2図は従来およびこの発明のサンプ
ル・アンド・ホールド回路を比較して説明するた
めの図、第3図は上記第1図の回路の具体的な構
成例を示す図、第4図および第5図はそれぞれ上
記第3図の回路の動作を説明するためのタイミン
グチヤート、第6図および第7図はそれぞれイン
ピーダンス変換器の他の構成例を示す図、第8図
および第9図はそれぞれこの発明の他の実施例に
ついて説明するための回路図、第10図および第
11図はそれぞれ従来のサンプル・アンド・ホー
ルド回路について説明するための図である。 VIN……入力信号、15……第1のスイツチド
キヤパシタ、16……インピーダンス変換器、S5
……スイツチ、17……増幅器、CH……ホール
ド用キヤパシタ、18……第2のスイツチドキヤ
パシタ、VOUT……出力信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力信号が供給される第1のスイツチドキヤ
    パシタと、この第1のスイツチドキヤパシタの出
    力が供給されるインピーダンス変換器と、このイ
    ンピーダンス変換器の出力がスイツチを介して供
    給される増幅器と、この増幅器の出力をその入力
    端に帰還するホールド用キヤパシタと、上記増幅
    器の出力を上記第1のスイツチドキヤパシタとイ
    ンピーダンス変換器との接続点に帰還する第2の
    スイツチドキヤパシタとを具備し、上記スイツチ
    はサンプル時にオン、ホールド時にオフするよう
    にして成り、上記増幅器の出力端から出力信号を
    得ることを特徴とするサンプル・アンド・ホール
    ド回路。 2 前記第1、第2のスイツチドキヤパシタはそ
    れぞれ、前記スイツチがオン状態の時各々の入出
    力端子間にキヤパシタが接続され、前記スイツチ
    がオフ状態の時上記キヤパシタに蓄積された電荷
    が放電されるようにして成ることを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載のサンプル・アンド・ホ
    ールド回路。 3 前記増幅器は、オペアンプから成ることを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載のサンプル・
    アンド・ホールド回路。 4 前記インピーダンス変換器は、ボルテージ・
    フオロワから成ることを特徴とする特許請求の範
    囲第1項記載のサンプル・アンド・ホールド回
    路。 5 前記インピーダンス変換器は、ソース・フオ
    ロワから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載のサンプル・アンド・ホールド回路。
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