JPH06101237B2 - サンプル・ホールド回路 - Google Patents

サンプル・ホールド回路

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JPH06101237B2
JPH06101237B2 JP62234563A JP23456387A JPH06101237B2 JP H06101237 B2 JPH06101237 B2 JP H06101237B2 JP 62234563 A JP62234563 A JP 62234563A JP 23456387 A JP23456387 A JP 23456387A JP H06101237 B2 JPH06101237 B2 JP H06101237B2
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transistor
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switch
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成嘉 林
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Rohm Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、たとえば、差動増幅器の入出力端子間に設
置したホールド用キャパシタに、サンプル・ホールドす
べき入力信号を加えてそのサンプル・ホールドを行うサ
ンプル・ホールド回路に関する。
〔従来の技術〕
従来、サンプル・ホールド回路には、第5図に示すよう
に、増幅手段としてたとえば、差動増幅器2の負入力端
子とその出力端子との間にホールド用キャパシタ4、差
動増幅器2の負入力端子側にサンプリング信号SHで制御
されるスイッチ6を設置するとともに、抵抗8、10によ
って帰還回路を構成したものがある。この場合、差動増
幅器2の正入力端子側には、バイアス回路から特定の正
電圧からなるバイアス電圧VBが加えられている。
このようなサンプル・ホールド回路では、入力端子12に
サンプル・ホールドすべき入力信号VINが加えられ、ス
イッチ6はサンプリング信号SHによって一定の時間間隔
で導通状態に制御される。そこで、サンプリング時、キ
ャパシタ4のホールド電圧と、入力信号VINとが突き合
わされてレベル比較が行われ、その大小関係からキャパ
シタ4は充電状態または放電状態となる。この結果、サ
ンプリング時の入力信号VINがサンプリングされるとと
もに、次のサンプリング時までホールド電圧としてホー
ルド用キャパシタ4に保持される。この結果、そのホー
ルド電圧が出力端子14からサンプル・ホールド出力電圧
VOUTとして取り出されるのである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、このサンプル・ホールド回路では、従来、ス
イッチ6がバイポーラトランジスタによって構成された
場合、その回路構成が複雑になり、しかも、応答速度が
遅くなるなどの欠点があった。
また、スイッチ6にC−MOSスイッチを用いたもので
は、サンプル・ホールド回路の応答速度が抵抗8、10お
よびホールド用キャパシタ4によって決定されるので、
抵抗8、10の抵抗値およびホールド用キャパシタ4の容
量値を大きくすることができないため、サンプル・ホー
ルドの精度が低く、また精度を高めるために抵抗8、10
の抵抗値およびホールド用キャパシタ4の容量値を大き
くすると、応答速度が遅くなるという欠点があった。
そこで、この発明は、バイポーラトランジスタで構成の
簡略化を実現するとともに、サンプル・ホールドの応答
速度の高速化および高精度化を図ったものである。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明のサンプル・ホールド回路は、第1図に例示す
るように、定電流を流し出す第1の定電流源22と、定電
流を引き込む第2の定電流源26と、前記第1の定電流源
に直列に接続されてサンプリング信号により開閉する第
1のスイッチ20と、前記第2の定電流源に直列に接続さ
れて前記サンプリング信号により開閉する第2のスイッ
チ24と、前記第1のスイッチを介して前記第1の定電流
源に直列に接続され、ベースにサンプル・ホールドすべ
き入力信号を受けて導通し、前記第1の定電流源からの
定電流の電流経路を成す第1のトランジスタ16と、前記
第2のスイッチを介して前記第2の定電流源に直列に接
続され、ベースにサンプル・ホールドすべき入力信号を
受けて導通し、前記第2の定電流源が定電流を引き込む
電流経路を成す第2のトランジスタ18と、ベースに前記
第1のスイッチを介して前記第1の定電流源が接続され
るとともに、一定のバイアス電圧が設定され、前記第1
のスイッチが導通したとき、前記第1のトランジスタの
非導通時に前記第1の定電流源からベース電流が供給さ
れる第3のトランジスタ30と、この第3のトランジスタ
に第1及び第2の抵抗34、36からなる直列回路を介して
直列に接続され、ベースに前記第2のスイッチを介して
前記第2の定電流源が接続されるとともに一定のバイア
ス電圧VBが設定され、前記第2のスイッチが導通したと
き、前記第2のトランジスタの非導通時に前記第2の定
電流源によってベース電流が供給される第4のトランジ
スタ32と、前記第1及び第2の抵抗の接続点から逆相入
力が加えられるとともに、正相入力側に一定のバイアス
電圧が設定され、出力側に前記入力信号が加えられる差
動増幅器2と、この差動増幅器の逆相入力側と出力側と
の間に接続されて前記第3のトランジスタを通して充電
回路、前記第4のトランジスタを通して放電回路が形成
され、ホールド電圧と前記入力信号のレベルとの大小関
係から充電状態又は放電状態に置かれて前記サンプリン
グパルスに同期して入力信号のレベルを前記ホールド電
圧として保持するホールド用キャパシタ4とを備えたこ
とを特徴とする。
〔作用〕
サンプル・ホールドすべき入力信号VINは、ホールド用
キャパシタ4に保持されているホールド電圧VHと突き合
わされて、その差電圧が第1および第2のトランジスタ
16、18に加えられる。また、スイッチ20、24は、サンプ
リング信号SHによって導通区間(サンプリング時間
TSH)が制御される。
サンプリング時間TSHにおいて、入力信号VINのレベルが
ホールド電圧VHより大きいとき(正の差電圧+ΔV)、
第1のトランジスタ16が非導通となり、第3のトランジ
スタ30に定電流源22から定電流Iが流れる。この定電流
Iに応じてトランジスタ30が導通してホールド用キャパ
シタ4の充電回路を構成し、トランジスタ30を通じてホ
ールド用キャパシタ4が充電される。この充電によっ
て、ホールド電圧VHが入力信号VINのレベルと等しい値
になる。
また、サンプリング時間TSHにおいて、入力信号VINのレ
ベルがホールド電圧VHより小さいとき(負の差電圧−Δ
V)、第2のトランジスタ18が非導通となり、第4のト
ランジスタ32に定電流源26から定電流Iが流れる。この
定電流Iに応じてトランジスタ32が導通してホールド用
キャパシタ4の放電回路を構成し、トランジスタ32を通
じてホールド用キャパシタ4を放電させる。この放電に
よって、ホールド電圧VHが入力信号VINのレベルと等し
い値になる。
このようなサンプリング信号SHに応じたトランジスタ3
0、32の導通に応じて、ホールド電圧VHと入力信号VINの
大小関係に基づくホールド用キャパシタ4の充放電によ
り、ホールド用キャパシタ4には、サンプリング時間T
SHにおける入力信号VINが保持されるのである。
〔実施例〕
第1図は、この発明のサンプル・ホールド回路の実施例
を示す。
第1の入力端子12には、増幅手段としてたとえば、差動
増幅器2の負入力、出力端子間に接続されたホールド用
キャパシタ4に保持すべき入力信号VINが加えられ、第
1および第2のトランジスタ16、18のベースには、抵抗
8を通して入力信号VINが加えられるとともに、ホール
ド用キャパシタ4に保持されているホールド電圧VHが抵
抗10を通して加えられる。すなわち、トランジスタ16、
18のベースには、入力信号VINとホールド電圧VHとが突
き合わされて、抵抗8、10の比率に応じた両者の差電圧
±ΔV(=VIN−VH)が加えられる。この場合、トラン
ジスタ16はPNP型トランジスタ、トランジスタ18はNPN型
トランジスタを以て構成されており、入力信号VINのレ
ベルがホールド電圧VHより大きいとき(+ΔV)には、
トランジスタ16が非導通、入力信号VINのレベルがホー
ルド電圧VHより小さいとき(−ΔV)にはトランジスタ
18が非導通となる。
トランジスタ16のエミッタ側には、第1のスイッチ20を
介して第1の定電流源22が設置され、また、トランジス
タ18のエミッタ側には、第2のスイッチ24を介して第2
の定電流源26が設置されている。各スイッチ20、24は、
第2の入力端子28に加えられるサンプリング信号SHのサ
ンプリング時間TSHで接点a2、b2側に閉じられる。
そして、トランジスタ16のエミッタには第3のトランジ
スタ30のベース、トランジスタ18のエミッタには第4の
トランジスタ32のベースがそれぞれ接続され、各トラン
ジスタ30、32は、それぞれエミッタ側に抵抗34、36を介
在させて直列に接続されている。また、トランジスタ30
のコレクタは正電源Vccに接続されているとともに、ト
ランジスタ32のコレクタは接地され、各トランジスタ3
0、32のベースには、抵抗38、40の接続点を通じて一定
のバイアス電圧VBが電圧源から加えられている。この場
合、トランジスタ30はNPN型トランジスタ、トランジス
タ32はPNP型トランジスタを以て構成されている。
抵抗34、36の中間接続点には、差動増幅器2の負入力端
子およびホールド用キャパシタ4が接続され、ホールド
用キャパシタ4のホールド電圧VHがサンプル・ホールド
出力として出力端子14から取り出される。
このようなサンプル・ホールド回路において、入力端子
12に入力信号VIN、入力端子28にサンプリング信号SHが
加えられると、スイッチ20、24は、サンプリング信号SH
によって開閉が制御され、サンプリング時間TSHに、接
点a1、b1側から接点a2、b2側に閉じられる。
サンプリング時間TSHにおいて、入力信号VINのレベルが
ホールド電圧VHより大きいとき(正の差電圧+ΔV)、
トランジスタ16が非導通となり、トランジスタ30のベー
スに定電流源22から定電流Iが流れる。この定電流Iに
応じてトランジスタ30が導通してホールド用キャパシタ
4の充電回路を成し、トランジスタ30を通じてホールド
用キャパシタ4が充電される。この充電によって、ホー
ルド電圧VHが入力信号VINのレベルと等しい値になる。
また、サンプリング時間TSHにおいて、入力信号VINのレ
ベルがホールド電圧VHより小さいとき(負の差電圧−Δ
V)、トランジスタ30に代わってトランジスタ32が非導
通となり、定電流源26に定電流Iがトランジスタ32から
引き込まれる。この定電流Iに応じてトランジスタ32が
導通してホールド用キャパシタ4の放電回路を成し、ト
ランジスタ32を通じてホールド用キャパシタ4を放電さ
せる。この放電によって、ホールド電圧VHが入力信号V
INのレベルと等しい値になる。
このようなサンプリング信号SHによるトランジスタ30、
32の導通に応じて、ホールド電圧VHと入力信号VINの大
小関係に基づくホールド用キャパシタ4の充放電によ
り、ホールド用キャパシタ4には、サンプリング時間T
SHにおける入力信号VINが保持されるのである。
次に、このサンプル・ホールド回路の動作を第2図に示
した動作波形を参照して説明する。
入力端子12に第2図のAに示す入力信号VIN、入力端子2
8に第2図のBに示すサンプリング信号SHが加えられた
場合、サンプリング信号SHのパルス幅がサンプリング時
間TSHとなる。
そして、抵抗8、10からなる帰還回路のため、トランジ
スタ16、18のベースには、第2図のCに示すように、入
力信号VINに対応してサンプリング時間TSHでバイアス電
圧VBとなる差電圧±ΔVが生じる。この差電圧±ΔVの
値は、入力信号VIN、ホールド電圧VHおよび抵抗8、10
の抵抗比によって定まる。
また、サンプリング信号SHによって、スイッチ20が接点
a1側から接点a2側に閉じ、同時に、スイッチ24が接点a1
側から接点a2側に閉じる。このようなサンプリング動作
に応じて、トランジスタ30のベース(D点)には、第2
図のDに示すように、バイアス電圧VBを基準にして正方
向に立ち上がる電圧が発生し、トランジスタ32のベース
(E点)には、第2図のEに示すように、バイアス電圧
VBを基準にして負方向に降下する電圧が発生する。ま
た、第1および第2の抵抗34、36の中間接続点(F点)
には、第2図のFに示すバイアス電圧VBが発生する。
そして、サンプリング時間TSHにおいて、入力信号VINと
ホールド電圧VHとの差電圧±ΔVに応じてトランジスタ
16、18の導通が制御される結果、ホールド電圧VHが入力
信号VINに到達するまで、トランジスタ30、32を通じて
充電状態または放電状態が維持される。
この結果、出力端子14には、第2図のGに示すように、
サンプリング信号SHに対応して、入力信号VINがサンプ
ル・ホールドされ、入力信号VINとは逆位相関係 にあるサンプル・ホールド出力電圧VOUTが取り出される
のである。
したがって、このようなサンプル・ホールド回路では、
トランジスタ30、32およびトランジスタ16、18などから
なる回路が、第5図に示した従来のサンプル・ホールド
回路のスイッチ6とは異なり、バッファ回路を成してホ
ールド用キャパシタ4の充電または放電を定電流源22、
26の定電流Iを基準にしてトランジスタ16、18を通じて
行うので、ホールド用キャパシタ4の充放電時間の短縮
化を図ることができる。
そして、トランジスタ30、32は、バイポーラトランジス
タを以て構成できるが、その場合、単に、2素子のトラ
ンジスタで構成できるので、回路構成が簡単であるとと
もに、サンプル・ホールド動作を高精度に行うことがで
きる。
この発明のサンプル・ホールド回路において、他の実施
例としてたとえば、第3図に示すように、差動増幅器2
の負入力端子側に振動防止用インピーダンスとしてたと
えば、抵抗41を挿入すれば、回路のループゲインを調整
でき、リンギングを防止できる。
また、この発明のサンプル・ホールド回路では、第4図
に示すように、差動増幅器2がトランジスタ42、44、4
6、48、定電流源50および抵抗52、54を以て構成された
場合、その負入力端子側のトランジスタ42側にベース電
荷吸収防止回路3を設置してもよい。差動増幅器2の定
電流源50に定電流Iが流れると、トランジスタ42には、
その2分の1の定電流I/2が流れ、そのベース電流は、
その電流増幅率βで除算した値I/2βとなる。
そこで、ベース電荷吸収防止回路3では、トランジスタ
42と等価なトランジスタ420を設置して定電流源56を以
て定電流I/2を流し、そのときのベース電流I/2βを検出
し、この電流I/2βをトランジスタ58、60からなる第1
のカレントミラー回路61、トランジスタ62、64からなる
第2のカレントミラー回路65を通じてトランジスタ42の
ベースに流すことにより、トランジスタ42に流れるベー
ス電流I/2βを補償する。この結果、ホールド用キャパ
シタ4からトランジスタ42のベースにベース電流として
吸収される電荷を防止でき、より精度の高いサンプル・
ホールドを実現することができる。
なお、各実施例の差動増幅器2は、演算増幅器など他の
増幅手段に置換しても同様の効果が期待できる。
〔発明の効果〕
この発明によれば、従来のスイッチに代えてバッファ構
成となるスイッチング回路を以て入力信号とホールド電
圧との比較、その比較に基づくホールド用キャパシタの
充放電を行わせるので、充放電時間の短縮化とともに、
バイポーラトランジスタを以て回路構成の簡略化を図
り、精度の高いサンプル・ホールドを実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明のサンプル・ホールド回路の実施例を
示す回路図、第2図は第1図に示したサンプル・ホール
ド回路の各部の動作波形を示す図、第3図は第1図に示
したサンプル・ホールド回路の変形例を示す回路図、第
4図は差動増幅器におけるトランジスタのベース電荷吸
収防止回路を付加したサンプル・ホールド回路の具体的
な実施例を示す回路図、第5図は従来のサンプル・ホー
ルド回路を示す回路図である。 2……差動増幅器 4……ホールド用キャパシタ 16……第1のトランジスタ 18……第2のトランジスタ 20……第1のスイッチ 22……第1の定電流源 24……第2のスイッチ 26……第2の定電流源 30……第3のトランジスタ 32……第4のトランジスタ 34……第1の抵抗 36……第2の抵抗

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】定電流を流し出す第1の定電流源と、 定電流を引き込む第2の定電流源と、 前記第1の定電流源に直列に接続されてサンプリング信
    号により開閉する第1のスイッチと、 前記第2の定電流源に直列に接続されて前記サンプリン
    グ信号により開閉する第2のスイッチと、 前記第1のスイッチを介して前記第1の定電流源に直列
    に接続され、ベースにサンプル・ホールドすべき入力信
    号を受けて導通し、前記第1の定電流源からの定電流の
    電流経路を成す第1のトランジスタと、 前記第2のスイッチを介して前記第2の定電流源に直列
    に接続され、ベースにサンプル・ホールドすべき入力信
    号を受けて導通し、前記第2の定電流源が定電流を引き
    込む電流経路を成す第2のトランジスタと、 ベースに前記第1のスイッチを介して前記第1の定電流
    源が接続されるとともに、一定のバイアス電圧が設定さ
    れ、前記第1のスイッチが導通したとき、前記第1のト
    ランジスタの非導通時に前記第1の定電流源からベース
    電流が供給される第3のトランジスタと、 この第3のトランジスタに第1及び第2の抵抗からなる
    直列回路を介して直列に接続され、ベースに前記第2の
    スイッチを介して前記第2の定電流源が接続されるとと
    もに一定のバイアス電圧が設定され、前記第2のスイッ
    チが導通したとき、前記第2のトランジスタの非導通時
    に前記第2の定電流源によってベース電流が供給される
    第4のトランジスタと、 前記第1及び第2の抵抗の接続点から逆相入力が加えら
    れるとともに、正相入力側に一定のバイアス電圧が設定
    され、出力側に前記入力信号が加えられる差動増幅器
    と、 この差動増幅器の逆相入力側と出力側との間に接続され
    て前記第3のトランジスタを通して充電回路、前記第4
    のトランジスタを通して放電回路が形成され、ホールド
    電圧と前記入力信号のレベルとの大小関係から充電状態
    又は放電状態に置かれて前記サンプリングパルスに同期
    して入力信号のレベルを前記ホールド電圧として保持す
    るホールド用キャパシタと、 を備えたことを特徴とするサンプル・ホールド回路。
JP62234563A 1987-09-18 1987-09-18 サンプル・ホールド回路 Expired - Lifetime JPH06101237B2 (ja)

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