CN1127804C - 数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路 - Google Patents
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Abstract
一种数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，主要是在一运算放大器的输入/输出端间设有取样电容、取样开关及保持开关，该运算放大器的输入端上设有一差动放大器，该差动放大器一输出端是与取样电容连接，另一输出端以另一电容与前述的取样电容串接；该取样电容，是连接于运算放大器的负端输入；该取样开关，是以负反馈形式连接于运算放大器的负端输入与输出端间；该保持开关，其一端是连接于运算放大器的输出端，另端则连接于取样电容的前端。以此结构用于高频时，可利用差动放大器的反相对称输出特性，将取样电容充电时产生的电流由差动放大器导流掉，可确保取样/保持电路自动归零。
Description
技术领域
本发明涉及一种电学领域的数字模拟转换器的取样/保持电路，特别是涉及一种在高频输入信号的状况下仍可正常自动归零以确保信号处理准确性的数字模拟转换器(数模转换器)的低动态误差取样/保持电路。
背景技术
大多数的A/D(模拟量/数字量)转换器内部均采用SwitchedCapacitor Type的取样/保持(S/H)电路，其电路构造是如图4所示，其包括有：
一运算放大器90；
一取样电容91，是连接于运算放大器90的负端输入；
第一取样开关SW1，是以负反馈形式连接于运算放大器90的负端输入与输出端间；
第二取样开关SW2，是连接于取样电容91与信号输入端Vin间；
一保持开关SW3，其一端是连接于运算放大器90的输出端，另端则连接至取样电容91与第二取样开关SW2之间；
以前述构造的取样/保持电路必须持续进行自动归零，才能确保其处理信号的准确性。惟其在处理高频输入信号时，却存在有无法正常进行自动归零的问题，而影响其处理信号的准确性。其形成的原因详如以下所述：
首先针对该取样/保持电路的工作原理提出说明。当该电路处于取样模式，第一、第二取样开关SW1、SW2导通，保持开关SW3关闭，由于运算放大器90的负端输入形同虚地，故维持在固定电位；此时取样电容91之前的端点电压Vx将等于信号输入端Vin，故输入电压信号将对取样电容91充电，而予以记录。
俟切换到保持模式时，第一、第二取样开关SW1、SW2关闭，而保持开关SW3导通，此时取样电容91经保持开关SW3放电，而令输出端Vo等于输入电压信号Vin，以达成信号的取样/保持功能。
而在CCD相关应用中，如扫瞄器、数码相机等，其系统中已包含CDS(Correlated Double Sample)功能，故对于A/D转换器而言，其输入信号为一直流位准，此在取样/保持电路中的运作尚不致构成问题。然而，运用在影像(Video)系统(如TV-PC间的信号转换)或更高速的应用时，A/D转换器的输入经常为高频信号，在此状况下，前述取样/保持电路即无法正常的自动归零。其主要原因在于，高频信号对取样电容91充电时，将无法避免的产生一电流(如图5箭头所示)，而通过第一取样开关SW1，由于第一取样开关SW1闭路时仍存在阻抗，当电流通过时将在两端形成压降，而导致自动归零动作无法正常进行。
由上述可知，既有的A/D转换器中采用的取样/保持电路，在输入信号为高频时，因电流通过取样开关形成压降而无法自动归零，影响其处理信号的准确性，故不适用于高频信号处理，有关此一缺陷显然有待进一步检讨，并谋求解决之道。由此可见，上述现有的数字模拟转换器的取样/保持电路仍存在有缺陷，而丞待加以改进。
有鉴于上述现有数字模拟转换器的取样/保持电路存在的缺陷，本发明人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的数字模拟转换器的取样/保持电路存在的缺陷，而提供一种在输入信号为高频时仍可正常自动归零以确保信号处理准确性的数字模拟转换器(数模转换器)的低动态误差取样/保持电路。
本发明的另一目的在于，提供一种可运用于更高频场合的数字模拟转换器(数模转换器)的低动态误差取样/保持电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，主要是在一运算放大器的输入/输出端间设有取样电容、取样开关及保持开关，其特征在于：该运算放大器的输入端上设有一差动放大器，该差动放大器一输出端是与取样电容连接，另一输出端以另一电容与前述的取样电容串接；该取样电容，是连接于运算放大器的负端输入；该取样开关，是以负反馈形式连接于运算放大器的负端输入与输出端间；该保持开关，其一端是连接于运算放大器的输出端，另端则连接于取样电容的前端。
前述的数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其中的取样电容的电容值为2PF。
本发明解决其技术问题还可采用如下技术方案：
一种数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其特征在于：该电路在一第一差动放大器的输入/输出端间设有取样电容、取样开关及保持开关；该第一差动放大器的输入端上设有第二差动放大器，该第二差动放大器一输出端是与前述的取样电容连接，另一输出端以另一电容与前述取样电容串接；该取样电容设有两组，分别连接于第一差动放大器的负、正端输入上；该取样开关设有两组，分别连接于第一差动放大器的负端输入/正端输出间与正端输入/负端输出间；该保持开关设有两组，其一端分别连接于第二差动放大器的正、负输出，另端则连接于取样电容的前端。
前述的数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其中的取样电容的电容值为2PF。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上的技术方案可知，为达成前述的主要发明目的，本发明采取的主要技术手段是令前述取样/保持电路在一运算放大器的负端输入上设有一取样电容，又以负反馈方式分别设有一取样开关及一保持开关，其中：该运算放大器的负端输入是经取样电容与一差动放大器的正端输出连接；该差动放大器的负端输出又经一电容连接至运算放大器的负端输入。以前述电路设计使用于高频场合时，可利用差动放大器具有反相对称输出的特性，将高频输入信号对取样电容充电时产生的电流由差动放大器导流掉，而可避免其通过取样开关形成压降，而可确保取样/保持电路能够正常进行自动归零动作，以改善A/D转换器处理高频信号的准确性。
另外，为达成前述的另一发明目的，本发明是令前述的差动放大器为高频的差动放大器，又令前述输出级的运算放大器亦为一差动放大器，该差动放大器的正端输入/负端输出间及负端输入/正端输出间分别设有取样开关及保持开关，又在负、正端输入上分别设有取样电容，再通过另组电容与前一级的高频差动放大器的正、负端输出连接。以前述电路结构设计，可运用于更高频率的场合，其主要利用后一级差动放大器消除前一级输入信号正、反相间的误差，而可达到改善高频输入信号处理准确性的目的。
综上所述，本发明本发明数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，在运算放大器的负端输入上设有一取样电容，又以负反馈方式分别设有一取样开关及一保持开关，其中运算放大器的负端输入经取样电容与一差动放大器的正端输出连接，该差动放大器的负端输出又经一电容连接至运算放大器的负端输入；以此结构用于高频时，可利用差动放大器的反相对称输出特性，将取样电容充电时产生的电流由差动放大器导流掉，可确保取样/保持电路自动归零。由于本发明主要是在取样/保持电路的取样电容前端连接一差动放大器，当输入信号为高频时，其产生的电流将由差动放大器导出回流，而不致在取样开关两端形成压降，造成无法自动归零的缺点，可确保信号处理的准确性。其不论在电路结构上或功能上皆有较大的改进，且在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
附图说明
本发明的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本发明一较佳实施例的电路图。
图2是前述图1电路的电流方向示意图。
图3是本发明又一较佳实施例的电路图。
图4是一种现有传统取样/保持电路的电路图。
图5是前述图4电路的电流方向示意图。
具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。
本发明数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其一较佳实施例的电路构造，请参阅图1所示，其包括有：
一运算放大器10；
一取样电容11，是连接于运算放大器10的负端输入；
一取样开关SW1，是以负反馈形式连接于运算放大器10的负端输入与输出端间；
一保持开关SW3，其一端是连接于运算放大器10的输出端，另端则连接于取样电容11的前端；
一差动放大器20，其负端输入为信号输入端Vin，其正端输出是通过前述取样电容11与运算放大器10的负端输入连接，又其负端输出则经另一取样电容12连接至取样电容11与运算放大器10的负端输入间。
在本实施例中，前述的两取样电容11、12的电容值为2PF。
以前述构造的取样/保持电路，其在取样模式时，是令取样开关SW1导通，保持开关SW3关闭，输入信号Vin经差动放大器20对两个取样电容11、12充电，而完成取样动作；
俟转换至保持模式时，取样开关SW1关闭，保持开关SW3导通，则取样电容11经保持开关SW3向输出端Vo放电，此时输出信号Vo将等于输入信号Vin，而完成保持动作。
由于差动放大器20输出端具有反相对称的特性，当前述取样/保持电路的输入信号为高频时，在输入信号对两取样电容11、12充电时所产生的电流，将可利用前述反相对称输出特性由差动放大器20完全导流掉，而不经取样开关SW1，如图2所示，高频输入信号对取样电容11充电时，将产生一电流(如图中方向箭头所示)，由于本发明在前端设置了差动放大器20，故电流并不会通过取样开关SW1，仅经由取样电容12由差动放大器20导流掉，由于电流未经过取样开关SW1，故不致在其两端形成压降，进而可确保自动归零动作正常执行。
以前述的取样/保持电路，可改善现有传统电路无法处理高频输入信号的问题，其可处理信号的频率范围约在2-4MHz，除此以外，以前述电路为基础，可更换为具有理想高频特性的差动放大元件，其可处理信号的频率可再提高，而为了防止前一级差动放大器20正、负端输出在极高频状态下出现偏移，影响信号处理的准确性，前述的取样/保持电路可进一步调整设计成如图3所示实施例的构造，其是以一差动放大器30取代原先的运算放大器10，其正端输入/负端输出间及负端输入/正端输出间分别设有取样开关SW1、SW2及保持开关SW3、SW4，又在负、正端输入上分别设有取样电容12、13，再通过另组取样电容11、14与前一级差动放大器20的正、负端输出连接；
当前一级差动放大器20的正、负端输出产生偏移时，仍可导正其信号误差，而维持信号处理的准确性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (4)
1、一种数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，主要是在一运算放大器的输入/输出端间设有取样电容、取样开关及保持开关，其特征在于：
该运算放大器的输入端上设有一差动放大器，该差动放大器一输出端是与取样电容连接，另一输出端以另一电容与前述的取样电容串接；
该取样电容，是连接于运算放大器的负端输入；
该取样开关，是以负反馈形式连接于运算放大器的负端输入与输出端间；
该保持开关，其一端是连接于运算放大器的输出端，另端则连接于取样电容的前端。
2、根据权利要求1所述的数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其特征在于所述的取样电容的电容值为2PF。
3、一种数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其特征在于：
该电路在一第一差动放大器的输入/输出端间设有取样电容、取样开关及保持开关；
该第一差动放大器的输入端上设有第二差动放大器，该第二差动放大器一输出端是与前述的取样电容连接，另一输出端以另一电容与前述取样电容串接；
该取样电容设有两组，分别连接于第一差动放大器的负、正端输入上；
该取样开关设有两组，分别连接于第一差动放大器的负端输入/正端输出间与正端输入/负端输出间；
该保持开关设有两组，其一端分别连接于第二差动放大器的正、负输出，另端则连接于取样电容的前端。
4、根据权利要求3所述的数字模拟转换器的低动态误差取样/保持电路，其特征在于所述的取样电容的电容值为2PF。
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