JPH0847172A - 過渡電流低減法およびその回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 開状態スイッチの端子間の電位差を低減する
回路を得る。 【構成】 本回路は、２つの端子を有するスイッチを通
して電流を供給するための手段を含み、前記スイッチが
開いている時のスイッチ両端間の電位差を低減または除
去するための手段を含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気回路における過渡電
流の大きさおよび時間長の低減に関するものであって、
更に詳細には回路中のスイッチを閉じた時に発生する過
渡電流の低減に関する。

【０００２】

【従来の技術】過渡電流は、例えば電流源で以て電荷蓄
積装置へ電荷パルスを供給するための回路において重大
な問題である。そのような回路の例は、電流源をスイッ
チを介してコンデンサにつなぐような回路である。スイ
ッチを閉じた時にもし過渡電流が発生すれば、スイッチ
を、与えられた時間長、例えばＴだけ閉じておくとし
て、電流源からコンデンサへ供給される電荷量を正確に
予測することができなくなる。このような過渡電流は、
スイッチが開いている時の電流源出力とコンデンサ入力
間の電位差が、スイッチが閉じた時の定常状態におけ
る、すなわちそのような過渡電流が減衰してしまった後
のその電位差と異なる場合に生ずる。

【０００３】コンデンサへ供給される電荷量は過渡電流
を無視して見積もることはできる。定常状態において電
流源が一定の電流Ｉを供給すると仮定して、パルス長Ｔ
の中でコンデンサへ供給される電荷量ＱはＩＴで与えら
れる。このように、コンデンサに蓄えられる電荷量はス
イッチの閉じている時間間隔とともに直線的に増大す
る。過渡電流の影響は、コンデンサに蓄えられる電荷が
その時間間隔の初期において非線形に増大し、その時間
間隔中に供給される電荷の総量がＩＴよりも多くなると
いうことである。更に、過渡電流の大きさは、時間の関
数として見た場合、正確には知られないため、Ｑの真の
値は予測できない。

【０００４】明らかなように、”エラー”、すなわち過
渡電流の結果として電荷の１パルスの中でコンデンサに
蓄えられる過剰な電荷は、与えられた過渡電流に対して
パルス電荷が転送される時間間隔が短くなるほど重大な
ものになる。

【０００５】本発明は、２つの端子を有するスイッチを
通して電流を供給するための手段を含む電気回路を提供
し、前記回路はスイッチが開いている時のスイッチ両端
間の電位差を低減または除去するための手段を含み、前
記回路がそのようになっているため、前記スイッチが開
いた時、スイッチの２つの端子間に電荷の転送は起こら
ないようになる。

【０００６】電流を発生するための手段が電流源であ
り、前記回路が電荷蓄積手段を含み、その電荷蓄積手段
に対して、閉じた状態にあるスイッチを通して前記電流
源が電荷を供給するようになっていることが有利であ
る。

【０００７】前記スイッチ両端間の電位差を低減または
除去するための前記手段は、スイッチ両端間につながれ
た電圧フォロワー（ｆｏｌｌｏｗｅｒ）でよい。電圧フ
ォロワーの入力電圧が電荷蓄積手段上の電位に依存する
ことが有利である。好ましくは、電圧フォロワーは単位
利得の増幅器として動作するように接続された演算増幅
器である。

【０００８】電圧フォロワーが最初に述べたスイッチの
一方の端子へ第２のスイッチを介して接続され、前記第
２のスイッチが前記第１のスイッチが閉じている時は必
ず開くようになっていることが有利である。

【０００９】本発明は、更に、上述のような回路を含む
位相ロックループを提供する。

【００１０】本発明は、更に、回路を通し、スイッチを
通して電源から電流を供給する方法を提供し、その方法
は、前記スイッチが開いている間のスイッチ両端間の電
位差を低減または除去し、それによってスイッチが開い
たときにスイッチの２つの端子間に電荷の転送が起こら
ないようにすることを含んでいる。

【００１１】好ましくは、スイッチが閉じた時に、電流
源がスイッチを通して電荷蓄積手段へつながれ、その電
荷蓄積手段へ電荷を供給する。

【００１２】好ましくは、スイッチ両端間の電位差が、
スイッチ両端間に電圧フォロワーを接続することによっ
て低減または除去される。

【００１３】好ましくは、前記第１のスイッチが周期的
に開閉されて、それによって電流供給がパルス状に行わ
れる。

【００１４】好ましくは、本方法は電荷蓄積手段の電位
によって制御されるようになった電圧制御発振器を有す
る位相ロックループに使用される。

【００１５】本発明に従う第１および第２の回路につい
て、以下に図面を参照しながら説明するが、これらは単
に１つの例として示すものである。

【００１６】

【実施例】図１および図２を参照すると、第１の回路は
電流源１を含み、それはコンデンサ２の形の電荷蓄積装
置へ電荷を供給するように配置されている。電流源１は
ＰＭＯＳトランジスタ３の形の第１のスイッチを通して
コンデンサ２へつながれ、電荷は前記第１のスイッチが
閉じているときだけコンデンサ２へ供給される。この電
流源とコンデンサは、それぞれ第１と第２の基準電位に
保持される。

【００１７】本回路はまた演算増幅器４を含み、その中
では増幅器の反転入力が出力へつながれて、この増幅器
が単位利得の増幅器（すなわち、電圧フォロワーとして
動作する演算増幅器）として動作するようにされてい
る。この演算増幅器の出力は第２のＰＭＯＳトランジス
タ５の形の第２のスイッチへつながれ、この演算増幅器
と前記第２のスイッチとが直列になって前記第１のトラ
ンジスタ３の両端間につながれ、これによって電流源が
第２のスイッチを介して演算増幅器の出力へつながれる
ようになっている。このようにして、演算増幅器４の出
力は前記第１のスイッチの一方の端子と同じ電位とな
り、従って、前記第２のスイッチが閉じる時は、前記第
１のスイッチの２つの端子は互いに同じ電位にあること
になる。

【００１８】これら２個のトランジスタ３および５のド
レインは一緒に１つのノードへつながれ、それによって
これら２個のトランジスタは単極双投スイッチを構成し
ている。これを一般に参照符号６で示してある。

【００１９】トランジスタ３および５の状態、すなわち
これらのスイッチの状態は、それらのトランジスタのゲ
ートへ与えられる入力電圧信号によって制御される。こ
れらトランジスタはＰＭＯＳの、ノーマリーオフのトラ
ンジスタである。トランジスタ３および５の各々に対し
て、入力電圧が十分負である時（すなわち、電圧が”ｈ
ｉｇｈ”である時）は、そのトランジスタは導通し、従
って付随するスイッチは閉じることになる。入力電圧が
そのトランジスタに関するしきい値よりも低い時（すな
わち、電圧が”ｌｏｗ”の時）は、トランジスタ３また
は５はターンオフし、従って付随するスイッチは開く。

【００２０】この回路で、電流源によって供給される電
流の経路は２個のスイッチの設定によって決まる。第１
のスイッチが閉じて第２のスイッチが開いている時は、
電流は第１のスイッチを通ってコンデンサへ流れる。第
１のスイッチが開いて、第２のスイッチが閉じている時
は、電流は第２のスイッチを通って演算増幅器の出力へ
流れる。もし両方のスイッチが閉じていれば、一部の電
流がコンデンサへ流れて、残りの電流が演算増幅器へ供
給されることになろう。もし両方のスイッチが開いてい
れば、電流源の電圧は浮遊状態となろう。

【００２１】使用時には、２値的な周期的矩形波電圧の
入力信号が第１のトランジスタ３のゲートへ供給され
る。第２のトランジスタ５のゲートへ供給される第２の
入力信号は前記第１のトランジスタ３のゲートへ供給さ
れる前記信号を反転したものである。こうして、第２の
スイッチが閉じている時は、第１のスイッチは常に開く
ことになる（逆の場合はその逆になる）。従って、第１
のスイッチが開いている限り、第２のスイッチは閉じ
て、これによって第１のスイッチの２つの端子が同じ電
位に保たれることになる。

【００２２】前記入力信号に応答して、第１のスイッチ
は周期的に、入力信号の半周期に対応する時間間隔の
間、閉じることになる。このようにして、パルス状の電
荷がコンデンサへ供給される。

【００２３】第１のスイッチの内部抵抗が無視できると
仮定して、第１のスイッチが閉じた時は、第１のスイッ
チの２つの端子は互いに同じ電位にあることになる。ま
た、電圧フォロワーのおかげによっても、第１のスイッ
チの２つの端子は互いに同じ電位にあることになる。こ
のように、第１と第２のスイッチの動作の仕方のため
に、第１のスイッチを閉じることが電流源１とコンデン
サ２の入力との間の電位差に変化を与えず、従って過渡
電流は発生しない。

【００２４】上述の回路に変更を加えて、１つのスイッ
チが開くのと他方のスイッチが閉じるのとの間に遅延を
持たせることも可能である。実際には、そのことは第２
のスイッチが開いた後に、第１のスイッチの両端に小さ
い電位差が生じてくることを意味する。しかし、遅延時
間が数ピコ秒のオーダーになるように回路を設計するこ
とが可能である。

【００２５】図３を参照すると、第２の回路は、互いに
直列につながれたコンデンサ９と抵抗体１０の形の電荷
蓄積装置８へ電荷を供給するように配置された第１の電
流源７を含んでいる。電流源７は第１のスイッチ１１を
介して抵抗体１０へつながれ、電荷は第１のスイッチ１
１が閉じている時だけコンデンサ９へ供給される。

【００２６】第１の電流源７は第１の基準電位に保た
れ、コンデンサは第２の基準電位にある地点へつながれ
ている。

【００２７】本回路は、電荷蓄積装置８から電荷を取り
除くように配置された第２の電流源１２を含んでいる。
この第２の電流源１２は第２のスイッチ１３を介して抵
抗体１０へつながれ、電荷は第２のスイッチ１３が閉じ
ている時だけコンデンサ９から取り除かれる。第２の電
流源１２もまた第２の基準電位にある地点へつながれて
いる。

【００２８】本回路はまた、単位利得の増幅器として動
作するように接続された演算増幅器１４を含んでいる。
この増幅器１４の出力は第３のスイッチ１５へつなが
れ、この増幅器１４と第３のスイッチ１５とが直列にな
って第１のスイッチ１１の両端間につながれ、それによ
って第３のスイッチ１５が電流源７へつながれることに
なる。このようにして、第３のスイッチ１５が閉じた時
は、第１のスイッチ１１の２つの端子は同じ電位にな
る。

【００２９】同様に、演算増幅器１４の出力は第４のス
イッチ１６へつながれている。増幅器１４と第４のスイ
ッチ１６とは第２のスイッチ１３の両端間につながれ
て、それによって第４のスイッチが第２の電流源１２へ
つながれることになる。そのようにして、第４のスイッ
チが閉じている時は、第２のスイッチ１３の２つの端子
は同じ電位に保たれる。

【００３０】ここでも、この回路を通る電流源からの電
流経路は第４のスイッチの設定によって決まる。

【００３１】第１の電流源１１と、この第１の電流源へ
つながれた第１および第３のスイッチ１１および１５を
参照すると、第１のスイッチが開いて、第３のスイッチ
が閉じている時は、電流源からの電流は演算増幅器１４
の出力へ供給される。第１のスイッチ１１が閉じて第３
のスイッチ１５が開いている時は、電流はコンデンサ９
へ供給される。両方のスイッチ１１、１５が開くとき
は、電流源上の電圧は浮遊状態になろう。もし、両方の
スイッチ１１、１５が閉じる時は、電流源からの電流の
一部だけがコンデンサ９へ送られる。

【００３２】同様に、第２の電流源１２と、この第２の
電流源へつながれた第２および第４のスイッチ１３、１
６を参照すると、第２のスイッチ１３が開いて第４のス
イッチ１６が閉じている時は、演算増幅器１４の出力か
ら電流源へ電流が供給される。第２のスイッチ１３が閉
じて第４のスイッチ１６が開いている時は、電荷がコン
デンサから取り去られて第２の電流源１２へ電流が供給
される。第２のスイッチ１３と第４のスイッチ１６の両
方が開く時は、電流源上の電圧は浮遊状態になろう。も
し第２および第４のスイッチ１３、１６が両方ともに閉
じている時は、電流源へ供給される電流の一部がコンデ
ンサ９から取り出される。

【００３３】本回路はコンデンサとの間でパルス状に電
荷の供給と除去とを行うために用いられる。

【００３４】電荷パルスをコンデンサへ供給するため
に、まず、コンデンサ９を第２の電流源１２へつないで
いる第２のスイッチ１３が開かれ、それによってコンデ
ンサから電荷の除去が行われないようにされる。第３の
スイッチ１５が閉じられ、第１のスイッチ１１の両端子
が同じ電位になることが保証される。次に、ある時間間
隔に亘って、第１のスイッチ１１が閉じられ、第３のス
イッチ１５が開かれて、第１の電流源７がコンデンサへ
つながれて、ある量の電荷が供給される。第１のスイッ
チが閉じられた時、そのスイッチの２つの端子は同じ電
位にあるので、そうでなければ発生するであろう過渡電
流は抑制される。

【００３５】同様に、ある時間間隔に亘って第２のスイ
ッチ１３を閉じることによって、電荷パルスがコンデン
サから取り除かれる。まず、第１のスイッチを開いて第
１の電流源７からコンデンサ９へ電荷の供給が行われな
いことが保証される。次に、第４のスイッチ１６を閉じ
て第２のスイッチ１３の２つの端子が同じ電位にあるこ
とが保証される。最後に、ある時間間隔に亘って第２の
スイッチ１３を閉じ、第４のスイッチ１６を開いて、コ
ンデンサから電荷パルスの除去が行われる。

【００３６】上述の各回路は数多くの応用途を有する。
これらの回路は例えば位相ロックループやその他のアナ
ログ式の帰還回路に対して電圧の周期的な調節を行うこ
とによって適用される。この場合、電荷蓄積装置によっ
て、変化する電圧が提供される。

【００３７】以上の説明に関して更に以下の項を開示す
る。 （１）２つの端子を有するスイッチを通して電流を供給
するための手段を含む電気回路であって、前記スイッチ
が開いている時のスイッチ両端間の電位差を低減または
除去するための手段を含み、そのため、スイッチが開い
た時にスイッチの前記２つの端子間に電荷の転送が行わ
れないようになった回路。

【００３８】（２）第１項記載の回路であって、電流を
提供する前記手段が電流源であって、更に、前記スイッ
チが閉じた時に前記電源が電荷を供給する電荷蓄積手段
を含む回路。

【００３９】（３）第１項または第２項記載の回路であ
って、前記スイッチの両端間の電位差を低減または除去
するための前記手段が、前記スイッチの両端間につなが
れた電圧フォロワーを含んでいる回路。

【００４０】（４）第２項に依存する第３項記載の回路
であって、前記電圧フォロワーの入力電圧が電荷蓄積手
段上の電位に依存する回路。

【００４１】（５）第３項または第４項記載の回路であ
って、前記電圧フォロワーが、単位利得の増幅器として
動作するように接続された演算増幅器である回路。

【００４２】（６）第３項ないし第５項のうちの任意の
項記載の回路であって、前記電圧フォロワーが第２のス
イッチを介して前記最初に述べたスイッチの１つの端子
へつながれており、前記最初に述べたスイッチが閉じて
いる限り前記第２のスイッチが開くようになっている回
路。

【００４３】（７）第１項ないし第６項のうちの任意の
項記載の回路を含む位相ロックループ。

【００４４】（８）添付図面の図１および図２に示し、
本質的にそれらに関連してここに説明してきた電気回
路、あるいは添付図面の図３に示し、本質的にそれに関
連してここに説明してきた電気回路。

【００４５】（９）回路を通り、スイッチを通って電源
からの電流を供給する方法であって、前記スイッチが開
いている時に前記スイッチ両端間のあらゆる電位差を除
去または低減して、前記スイッチが開いた時に前記スイ
ッチの２つの端子間に電荷の転送が発生しないようにす
ることを含む方法。

【００４６】（１０）第９項記載の方法であって、前記
電流源が、前記スイッチが閉じた時に前記スイッチを通
して電荷蓄積手段へつながれ、それに対して電流を供給
するようになった方法。

【００４７】（１１）第９項または第１０項記載の、回
路を通して電流を供給する方法であって、前記スイッチ
両端間の電位差が前記スイッチの両端間に電圧フォロワ
ーを接続することによって低減または除去されるように
なった方法。

【００４８】（１２）第９項ないし第１１項のうちの任
意の項記載の、電流を供給する方法であって、前記第１
のスイッチを間隔を置いて周期的に開閉することによっ
て電流をパルス状に供給することを含む方法。

【００４９】（１３）第１０項または、第１０項に依存
する第１１項または第１２項記載の方法であって、電圧
制御発振器を有する位相ロックループ中に使用される時
に、電荷蓄積手段の電位が前記電圧制御発振器を制御す
るようになった方法。

【００５０】（１４）本質的に、添付図面の図１および
図２に関連してここに説明してきた方法、あるいは添付
図面の図３に関連してここに説明してきた方法。

【００５１】（１５）開状態スイッチの端子間の電位差
を低減するための回路。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の回路の模式図。

【図２】第１の回路の回路図。

【図３】第２の回路の回路図。

【符号の説明】

１ 電流源 ２ コンデンサ ３ 第１のスイッチ（ＰＭＯＳトランジスタ） ４ 演算増幅器 ５ 第２のスイッチ（ＰＭＯＳトランジスタ） ６ 単極双投スイッチ ７ 電流源 ８ 電荷蓄積装置 ９ コンデンサ １０ 抵抗体 １１ 第１のスイッチ １２ 第２の電流源 １３ 第２のスイッチ １４ 増幅器 １５ 第３のスイッチ １６ 第４のスイッチ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２つの端子を有するスイッチを通して電
   流を供給するための手段を含む電気回路であって、前記
   スイッチが開いている時のスイッチ両端間の電位差を低
   減または除去するための手段を含み、そのため、スイッ
   チが開いた時にスイッチの前記２つの端子間に電荷の転
   送が行われないようになった回路。
2. 【請求項２】 回路を通り、スイッチを通って電源から
   の電流を供給する方法であって、前記スイッチが開いて
   いる時に前記スイッチ両端間のあらゆる電位差を除去ま
   たは低減して、前記スイッチが開いた時に前記スイッチ
   の２つの端子間に電荷の転送が発生しないようにするこ
   とを含む方法。