DE4218619A1 - Abtast- und haltekreis, pufferschaltung und abtast- und haltevorrichtung unter verwendung dieser schaltungen - Google Patents
Abtast- und haltekreis, pufferschaltung und abtast- und haltevorrichtung unter verwendung dieser schaltungenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Abtast- und Haltekreis,
eine Pufferschaltung und eine Abtast- und Haltevorrichtung
unter Verwendung dieser Schaltungen.
Fig. 7 zeigt einen Abtast- und Haltekreis, wie er z. B. in IEEE
International Solid-State Circuit Conference Digest of Techni
cal Papers 1990, S. 164 beschrieben ist. Der Abtast- und Halte
kreis nach Fig. 7 ist vom Differential-Typ und liefert eine
Ausgangsspannungsdifferenz entsprechend einer Eingangsspan
nungsdifferenz. Wie die Abbildung zeigt, sind Eingangsanschlüs
se 1 und 2 über Schaltvorrichtungen 101 und 102 mit einer posi
tiven Eingangsseite 301 und einer negativen Eingangsseite 302
einer Verstärkerschaltung 3 verbunden. Die positive Eingangs
seite 301 und die negative Eingangsseite 302 sind weiter über
Schaltvorrichtungen 103 und 104 mit einer positiven Ausgangs
seite 303 und einer negativen Ausgangsseite 304 der Differen
tialschaltung verbunden. Ein Kondensator 105 ist zwischen die
positive Ausgangsseite 303 und die negative Ausgangsseite 304
geschaltet.
Allgemein umfaßt der Betrieb eines Abtast- und Haltekreises
eine Abtastperiode, in der ein Ausgang dem Eingang folgt, und
eine Halteperiode, in dem der Ausgang am Ende der Abtastperiode
aufrecht erhalten wird. Zuerst wird der Betrieb der Differen
tialschaltung im allgemeinen beschrieben. Die Differential
schaltung liefert eine Potentialdifferenz entsprechend einer
Potentialdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen als Poten
tialdifferenz zwischen den Ausgangsanschlüssen. Wenn die
Potentiale auf der positiven und der negativen Eingangsseite
der Differentialschaltung mit Vi⁺ und Vi⁻ und die Potentiale
auf der positiven und negativen Ausgangsseite mit Vo⁺ und Vo⁻
bezeichnet sind, wird der Betrieb der Differentialschaltung
durch die folgenden Gleichungen (1) und (2) dargestellt:
Vo⁺ = Voc + (A/2) (Vi⁺ - Vi-) (1)
Vo- = Voc - (A/2) (Vi⁺ - Vi-) (2)
Wenn Vi⁺ = Vi- ist, sind die Spannungen auf der positiven und
negativen Ausgangsseite beide Voc ( im folgenden wird die Span
nung Voc als gleichphasige Ausgangsspannung bezeichnet). In den
Gleichungen (1) und (2) bezeichnet das Bezugszeichen A die Ver
stärkung der Ausgangspotentialdifferenz bezüglich der Eingangs
potentialdifferenz, d. h. die differentielle Verstärkung.
Im folgenden wird der Betrieb des herkömmlichen Abtast- und
Haltekreises nach Fig. 7 beschrieben. Dabei sei angenommen,
daß die differentielle Verstärkung A des Differentialkreises
auf etwa 1 gesetzt sei.
In der Abtastperiode sind die Schaltvorrichtungen 101 und 102
im EIN-Zustand (leitenden Zustand) und die Schaltvorrichtungen
103 und 104 sind im AUS-Zustand (Trennzustand). Daher folgt die
Ausgangspotentialdifferenz zwischen der positiven Ausgangsseite
303 und der negativen Ausgangsseite 304 in der Abtastperiode
der zwischen den Eingangsanschlüssen 1 und 2 anliegenden Ein
gangsspannungsdifferenz derart, daß sie gleich der Eingangs
spannungsdifferenz ist.
In der Halteperiode werden die Schaltvorrichtungen 101 und 102
ausgeschaltet, und die Schaltvorrichtungen 103 und 104 werden
eingeschaltet. Die Ausgangspotentialdifferenz des Differen
tialkreises 3 zum Zeitpunkt des Schaltens der Schaltvorrichtun
gen 101 bis 104 wird durch den Kondensator 105 aufrechterhal
ten. Danach wird die Ausgangspotentialdifferenz zwischen der
positiven der Ausgangsseite 303 und der negativen Ausgangsseite
304 in der Halteperiode aufrechterhalten, bis die Eingangspo
tentialdifferenz des Differentialkreises 3 sich ändert. In der
Halteperiode sind die positive Ausgangsseite 303 und die nega
tive Ausgangsseite 301 durch die Schaltvorrichtungen 103 und
104 verbunden, und die negative Ausgangsseite 304 und die nega
tive Eingangsseite 302 sind miteinander verbunden, und damit
ist der Ausgang des Differentialkreises 3 mit dessen Eingangs
seite positiv rückgekoppelt. Daher wird, wenn die differentiel
le Verstärkung A der Differentialschaltung 3 exakt 1 ist, die
Eingangspotentialdifferenz des Differentialkreises 3 nicht ver
ändert, und damit kann die Ausgangspotentialdifferenz aufrecht
erhalten werden.
In der Abtastperiode taucht beim herkömmlichen Abtast- und
Haltekreis das folgende Problem auf, wenn die differentielle
Verstärkung der Differentialschaltung 3 nicht exakt 1 ist. Es
sei beispielsweise angenommen, daß die Ausgangspotentialdiffe
renz der Differentialschaltung 3 zum Zeitpunkt des Schaltens
der Schaltvorrichtungen 101 und 104 1 und die differentielle
Verstärkung 1,01 sei. Es sei angenommen, daß die Differential
schaltung 3 eine Änderung im Eingangspotential binnen 5 ns
differentiell auf die Ausgangsseite übertrage, und es sei
weiter angenommen, daß es in den Schaltvorrichtungen 101 bis
104 und den anderen Abschnitten keine Verzögerung gebe. Die
Ausgangspotentialdifferenz der Differentialschaltung 3 zum
Zeitpunkt des Übergangs von der Abtastperiode in die
Halteperiode ist 1V. Diese Ausgangspotentialdifferenz wird auf
die Eingangsseite der Differentialschaltung 3 übertragen und um
die differentielle Verstärkung von 1,01 verstärkt, so daß die
Potentialdifferenz auf der Ausgangsseite der Differential
schaltung 3 nach dem Verstreichen von 5 ns 1,01 V wird. Diese
Ausgangspotentialdifferenz von 1,01V wird wieder auf die
Eingangsseite der Differentialschaltung 3 als Eingangspoten
tialdifferenz zurückgegeben. Daher nimmt nach dem Verstreichen
von weiteren 5 ns die Potentialdifferenz auf der Ausgangsseite
einen Wert von 1,0201 V an. Auf diese Weise wächst die im
Kondensator 105 gehaltene Potentialdifferenz mit zunehmender
Zeitdauer an, wie in Fig. 8 gezeigt. In Fig. 8 zeigen die
gepunkteten Linien 106′ und 107′ Potentialänderungen im idealen
Fall von A = 1, und die durchgezogenen Linien 106 und 107
zeigen Potentialänderungen, wenn A < 1 ist. Die gepunktete
Linie 106′ und die durchgezogene Linie 106 zeigen Potentiale
auf der positiven Ausgangsseite 103, und die gepunktete Linie
107′ und die durchgezogene Linie 107 zeigen Potentiale auf der
negativen Ausgansseite 304.
Wie oben beschrieben, gibt es bei dem in Fig. 7 gezeigten
herkömmlichen Abtast- und Haltekreis während der Halteperiode
eine positive Rückkopplung der Differentialschaltung 3, so daß
es unmöglich ist, anfangs die Verstärkung des Abtast- und
Haltekreises abweichend von 1 einzustellen, und sogar, wenn die
Verstärkung infolge von Abweichungen bei der Herstellung unge
wollt geringfügig von 1 abweicht, wird der Ausgang instabil.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 9 und 10 wird nun eine her
kömmliche Pufferschaltung unter Verwendung eines Emitterfolgers
beschrieben. Eine Emitterfolgerschaltung hat eine hohe Ein
gangsimpedanz und eine niedrige Ausgangsimpedanz und ist als
Einrichtung zur Verbesserung der Treibfähigkeit von Eingangs
signalen weitverbreitet. Die in den Fig. 9 und 10 gezeigte
Ausgangspufferschaltung enthält zwei Sätze von Emitterfolger
schaltungen. Eine Emitterfolgerschaltung enthält einen npn-Bi
polartransistor 203 und eine Konstantstromschaltung 205. Die
andere Emitterfolgerschaltung enthält einen npn-Bipolartran
sistor 204 und eine Konstantstromschaltung 206. Die Kollektoren
der Transistoren 203 und 204 sind mit der gleichen Stromversor
gung (Stromversorgungsspannung Vcc) verbunden. Der Emitter des
Transistors 2o3 ist mit der Konstantstromschaltung 205 verbun
den, und der Emitter des Transistors 204 ist mit der Konstant
stromschaltung 206 verbunden. Die Konstantstromschaltungen 205
und 206 haben die gleichen Stromwerte. Die Basis des Tran
sistors 203 ist mit einem Eingangsanschluß 201 und die Basis
des Transistors 204 ist mit dem Eingangsanschluß 202 verbunden.
Wie Fig. 9 zeigt, sind die Eingangsanschlüsse 201 und 202 der
Pufferschaltung 200 mit einer Spannungserzeugungsschaltung 199
mit hoher Ausgangsimpedanz verbunden. Die Spannungserzeugungs
schaltung 199 weist Ausgangsimpedanzen 197 und 198 auf, die
gleich sind und einen relativ hohen Widerstandswert haben. Wie
Fig. 10 zeigt, sind die Eingangsanschlüsse 201 und 202 mit
einer Spannungserzeugungsschaltung 180 unter Verwendung von
Kondensatoren verbunden. Die Spannungserzeugungsschaltung 180
weist Kondensatoren C1 und C2 auf, die die gleichen Kapazitäts
werte haben. Eine Elektrode des Kondensators C1 ist mit dem
Eingangsanschluß 201 und eine Elektrode des Kondensators C2 ist
mit dem Eingangsanschluß 202 verbunden. Die andere Elektrode
beider Kondensatoren C1 und C2 ist mit einer Bezugspo
tentialquelle, z. B. Masse verbunden. Die Kondensatoren C1 und
C2 werden durch einen von Außen angelegten Aufladestrom auf
geladen. Nach der Vollendung des Aufladens der Kondensatoren C1
und C2 werden die in den Kondensatoren C1 und C2 aufrechterhal
tenen Spannungen an die Basen der Transistoren 303 bzw. 204 an
gelegt.
Im folgenden wird der Betrieb der in den Fig. 9 und 10 ge
zeigten Pufferschaltung 200 beschrieben.
Da die Transistoren 203 und 204 den gleichen Emitterstrom ha
ben, haben die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 203 und
die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 204 den gleichen und
einen konstanten Wert. Daher erscheint die Potentialdifferenz
zwischen den Eingangsanschlüssen 201 und 202 der Pufferschal
tung 200 direkt als Potentialdifferenz zwischen den Ausgangs
knoten 207 und 208. Der Einfluß des Basisstroms Ib⁺, der durch
den Transistor 203 fließt, und des Basisstroms Ib⁻, der durch
den Transistors 204 fließt, wird im weiteren diskutiert.
Wie Fig. 9 zeigt, wird das Ausgangspotential der Spannungser
zeugungsschaltung 199, d. h. die Potentiale an den Eingangsan
schlüssen 201 und 202 der Pufferschaltung 200 durch Vx⁺ bzw.
VX- dargestellt, wenn die Basisströme der Transistoren 203 und
204 0 sind. Wie Fig. 9 zeigt, fließen über die Ausgangsimpe
danzen bzw. -widerstände 197 und 198 der Spannungserzeugungs
schaltung 199 Basisströme Ib⁺ und Ib⁻, die Spannungsabfälle
Ib⁺Φr und Ib-Φr verursachen. Wenn die Basisströme der Tran
sistoren 203 und 204 gleich sind, sind die Spannungsabfälle
ebenfalls gleich. Daher fallen die beiden Ausgangswerte der
Spannungserzeugungsschaltung 199 infolge des Einflusses der
Basisströme der Transistoren 203 und 204 ab. Die Potentialdif
ferenz wird jedoch nicht beeinflußt und bei (Vx⁺-V⁻) gehal
ten.
Wie Fig. 10 zeigt, verlieren während der Entladeperiode der
Kondensatoren C1 und C2, wenn von den Kondensatoren C1 und C2
Basisströme Ib⁺ und Ib⁻ fließen, die Kondensatoren C1 und C2
ihre Ladungen, und Spannungsverschiebungen (IbΦt/C) und
(Ib⁻; Φt/C) werden erzeugt. Das Bezugszeichen t stellt die vom
Beginn der Entladungsperiode der Kondensatoren C1 und C2 ver
strichene Zeitspanne dar. Wenn die Basisströme Ib⁺ und Ib⁻ der
Transistoren 203 und 204 die gleichen sind, sind die Ausgangs
spannungsverschiebungen zu einem beliebigen Zeitpunkt gleich.
Daher ist - unbeeinflußt durch die Ströme -, obgleich die bei
den Ausgangswerte der Spannungserzeugungsschaltung 180 infolge
des Einflusses der Basisströme der Transistoren 203 und 204 mit
fortlaufender Zeit niedriger werden, die Differenz immer
(Vx⁺-Vx⁻). Die Zeitabhängigkeit der beiden Ausgangsspannungen
der Spannungserzeugungsschaltung 180 in diesem Idealfall sind
durch die gepunkteten Linien 181′ und 182′ in Fig. 11 darge
stellt.
Wie oben beschrieben, wird die Ausgangspotentialdifferenz der
mit der Pufferschaltung 200 verbundenen Spannungserzeugungs
schaltung 199 oder 180, wenn die Basisströme der beiden Tran
sistoren 203 und 204 in der Pufferschaltung 200 dieselben sind,
nicht beeinflußt. Wenn jedoch in Bipolartransistoren der Emit
terstrom konstant ist, unterscheiden sich infolge eines soge
nannten Früheffekts ("Early Effect") die Basisströme etwas,
wenn die Kollektor-Basis-Spannungen unterschiedlich sind. Bei
der in Fig. 9 und 10 gezeigten herkömmlichen Pufferschaltung
200 sind die Kollektoren der Transistoren 203 und 204 gemeinsam
mit einer Stromversorgung mit einem konstanten Potential Vcc
verbunden. Wenn jedoch die Basisspannungen sich voneinander
unterscheiden, unterscheidet sich die Kollektor-Basis-Spannung
des Transistors 203 von derjenigen des Transistors 204. Genauer
gesagt gibt es, wenn die Basispotentiale der Transistoren 203
und 204 mit Vb⁺ und Vb⁻ und die Kollektor-Basis-Spannungen der
Transistoren 203 und 204 mit Vcb⁺ und Vcb- bezeichnet sind, die
folgenden Beziehungen:
Vcb⁺ = Vcc - Vb⁺ (3)
Vcb- = Vcc - Vb- (4).
Dementsprechend ist die Differenz zwischen den Kollektor-Basis-
Spannungen Vcb⁺ und Vcb⁻ dieser Transistoren durch
Vcb⁺ - Vcb- = Vb⁺ - Vb- (5)
dargestellt.
Allgemein unterscheidet sich, wenn an die Oberfläche eines pn-
Überganges eines Bipolartransistors unterschiedliche Spannungen
angelegt werden, wie durch die obige Gleichung ausgedrückt, die
Breite der in diesem Bereich erzeugten Verarmungsschicht, wie
bekannt ist. (Wenn die Sperrvorspannung groß ist, wird die Ver
armungsschicht dick, und wenn die Spannung klein ist, wird die
Verarmungsschicht dünner.) Infolge dieser Erscheinung unter
scheiden sich die Basisbreiten. Die Fig. 12 und 13 zeigen
schematisch diese Erscheinung. Wenn das Basispotential des Bi
polartransistors 203 in Fig. 12 höher als das Basispotential
des Bipolartransistors 204 in Fig. 13 ist, ist die Potential
differenz zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors
203 kleiner als die Potentialdifferenz beim Transistor 204. Da
her wird eine dünnere Verarmungsschicht (der schraffierte Ab
schnitt in der Abbildung) zwischen Kollektor und Basis des
Transistors 203 als diejenige des Transistors 204 erzeugt, und
entsprechend wird die Basisbreite WB⁺ des Transistors 203 grö
ßer als die Basisbreite WB⁻ des Transistors 204.
Wenn das Stromverteilungs-Verhältnis des Emitterstroms zu Basis
und Kollektor 1 : βF ist, ergibt sich der Wert F aus der fol
genden Gleichung (6) (vgl. Gleichung (1.48) in "Analysis and
Design of Analog Integrated Circuits" 2nd Edition John Wiley &
Sons):
βF = 1/[{WB²/(2 ÓbDn)} + (Dp/Dn) (WB/Lp) (NA/ND)] (6)
in Gleichung (6) stellen die Bezugszeichen Óp, Dn und NA die
Lebensdauer der Minoritätsladungsträger, den Diffusionskoeffi
zienten der Minoritätsladungsträger und die Störstellenkonzen
tration der Basis dar. Die Bezugszeichen LB, DP und ND bezeich
nen die Diffusionslänge der Minoritätsladungsträger, den Diffu
sionskoeffizienten und die Störstellenkonzentration am Emitter.
Wie aus Gleichung (6) deutlich wird, wird βF kleiner, wenn die
Basisbreite WB größer wird, und ein größerer Strom wird auf die
Basis verteilt. Der Basisstrom unterscheidet sich, wenn die
Kollektor-Basis-Spannungen sich unterscheiden, auch dann, wenn
die Emitterströme der Bipolartransistoren 203 und 204 die glei
chen sind.
Bei dem in Fig. 9 gezeigten herkömmlichen Beispiel, bei dem
die Spannungserzeugungsschaltung 199, die eine relativ hohe
Ausgangsimpendanz aufweist, mit der Pufferschaltung 200 ver
bunden ist, bei dem unterschiedliche Basisströme durch die
Emittelfolgertransistoren 203 und 204 fließen, erscheinen an
den Ausgangsimpendanzen 197 und 198 unterschiedliche Spannungs
abfälle, und damit unterscheidet sich die an der Eingangsseite
201, 202 auftretende Potentialdifferenz vom gewünschten Wert
(Vx⁺-Vx⁻). Bei dem herkömmlichen Beispiel nach Fig. 10, bei
dem eine Spannungserzeugungsschaltung 180, die mittels der an
den Kondensatoren C1 und C2 gehaltenen Spannung eine Ausgangs
spannung liefert, mit der Pufferschaltung 200 verbunden ist,
sind die Spannungsverschiebungen der Kondensatoren C1 und C2
unterschiedlich voneinander, die Potentialdifferenz an den
Eingangsanschlüssen 201 und 202 weicht vom gewünschten Wert
(Vx⁺-VX⁻) ab, und sie verändert sich mit fortlaufender Zeit
weiter. Die durchgezogenen Linien 181 und 182 in Fig. 11 zei
gen schematisch diese Erscheinung.
Wie oben beschrieben, gibt es bei dem herkömmlichen Abtast- und
Haltekreis nach Fig. 7 in der Halteperiode eine positive Rück
kopplung zur Differentialschaltung 3, so daß es unmöglich ist,
anfänglich die Verstärkung des Abtast- und Haltekreises anders
als 1 zu wählen, und wenn die Verstärkung infolge von Herstel
lungstoleranzen leicht von 1 abweicht, wird der Ausgang insta
bil.
Bei der in den Fig. 9 und 10 gezeigten herkömmlichen Puffer
schaltung 200 beeinflussen unterschiedliche Basisströme der
Transistoren 203 und 204 die Ausgangsspannungsdifferenz der
Spannungserzeugungsschaltung, wenn die mit der Pufferschaltung
verbundene Spannungserzeugungsschaltung eine relativ hohe Aus
gangsimpedanz aufweist oder wenn die Ausgangsspannung durch in
Kondensatoren gehaltene Spannungen geliefert wird.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Abtast- und
Haltekreis bereitzustellen, bei dem die Verstärkung beliebig
eingestellt werden kann und der einen stabilen Ausgang liefert.
Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, eine Pufferschaltung be
reitzustellen, bei der auch dann, wenn sie mit einer Spannungs
erzeugungsschaltung mit großer Ausgangsimpedanz verbunden ist
oder die mit ihr vebundene Spannungserzeugungsschaltung eine
durch die Spannungen in Kondensatoren gelieferte Ausgangsspan
nung abgibt, die Ausgangsspannungsdifferenz stabil ist. Weiter
ist es Aufgabe der Erfindung, eine einen solchen Abtast- und
Haltekreis und eine solche Pufferschaltung aufweisende, stabil
arbeitende Vorrichtung (insbesondere eine Emitterfolgereinrich
tung) bereitzustellen.
Der Abtast- und Haltekreis entsprechend der Erfindung weist
eine Differentialschaltung, eine erste und eine zweite Schalt
vorrichtung und einen ersten und einen zweiten Kondensator auf.
Die Differentialschaltung weist einen ersten und einen zweiten
Eingangsanschluß und einen ersten und einen zweiten Ausgangs
anschluß auf, wobei die Ausgangsspannungsdifferenz zwischen dem
ersten und dem zweiten Ausgangsanschluß sich entsprechend einer
Eingangsspannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten
Eingangsanschluß ändert. Die erste und zweite Schaltvorrichtung
werden während einer Abtastperiode eingeschaltet gehalten, und
sie werden während einer Halteperiode ausgeschaltet gehalten.
Eine Elektrode des ersten Kondensators ist über die erste
Schaltvorrichtung mit dem ersten Ausgangsanschluß der Differen
tialschaltung verbunden, und die andere Elektrode ist mit einer
Bezugsspannungsquelle verbunden. Eine Elektrode des zweiten
Kondensators ist über die zweite Schaltvorrichtung mit dem
zweiten Ausgangsanschluß der Differentialschaltung verbunden,
und die andere Elektrode ist mit der Bezugsspannungsquelle ver
bunden.
Die Pufferschaltung entsprechend der vorliegenden Erfindung
weist einen ersten und einen zweiten Bipolartransistor, eine
erste und eine zweite Konstantstromquelle und eine Kollektor
spannungssteuereinrichtung auf. Der erste Bipolartransistor
empfängt an seiner Basis ein erstes Analogsignal. Der zweite
Bipolartransistor empfängt an seiner Basis ein zweites Analog
signal. Die erste Konstantstromquelle ist mit dem Emitter des
ersten Bipolartransistors verbunden. Die zweite Konstantstrom
quelle ist mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors ver
bunden und weist etwa den gleichen Stromwert wie die erste
Konstantstromquelle auf. Die Kollektorspannungssteuereinrich
tung steuert die Kollektorspannungen des ersten und des zweiten
Bipolartransistors derart, daß die Kollektor-Basis-Spannung des
ersten Bipolartransistors immer dieselbe wie die Kollektor-
Basis-Spannung des zweiten Bipolartransistors ist.
Die Abtast- und Haltevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfin
dung enthält einen Abtast- und Haltekreis vom Differentialtyp
zum Abtasten und Halten einer Spannungsdifferenz zwischen zwei
ihr eingegebenen Analogsignalen und eine Pufferschaltung, die
zwei Sätze von Emitterfolgerschaltungen aufweist und zwei Ana
logsignale aufnimmt, die durch den Abtast- und Haltekreis ab
getastet und gehalten wurden, um zwei Analogsignale auszugeben,
die eine Spannungsdifferenz aufweisen, die der Spannungsdiffe
renz zwischen diesen Analogsignalen entspricht. Der Abtast- und
Haltekreis enthält eine Differentialschaltung, einen ersten und
einen zweiten Schalter und einen ersten und einen zweiten Kon
densator. Die Differentialschaltung weist einen ersten und ei
nen zweiten Eingangsanschluß und einen ersten und einen zweiten
Ausgangsanschluß auf, und die Ausgangsspannungsdifferenz zwi
schen dem ersten und dem zweiten Ausgangsanschluß ändert sich
in Abhängigkeit von der Eingangsspannungsdifferenz zwischen dem
ersten und dem zweiten Eingangsanschluß. Die erste und zweite
Schalteinrichtung werden in der Abtastperiode eingeschaltet und
in der Halteperiode ausgeschaltet gehalten. Eine Elektrode des
ersten Kondensators ist über die erste Schaltvorrichtung mit
dem ersten Ausgangsanschluß der Differentialschaltung verbun
den, und die andere Elektrode ist mit einer Referenzpotential
quelle verbunden. Eine Elektrode des zweiten Kondensators ist
über die zweite Schaltvorrichtung mit dem zweiten Ausgangsan
schluß der Differentialschaltung verbunden, und die andere
Elektrode ist mit der Referenzpotentialquelle verbunden. Die
Pufferschaltung enthält einen ersten und einen zweiten Bipolar
transistor, eine erste und eine zweite Konstantstromquelle und
eine Kollektorstromsteuereinrichtung. Die Basis des ersten Bi
polartransistors ist mit einer Elektrode des ersten Kondensa
tors verbunden. Die Basis des zweiten Bipolartransistors ist
mit einer Elektrode des zweiten Kondensators verbunden. Die
erste Konstantstromquelle ist mit dem Emitter des ersten Bipo
lartransistors verbunden. Die zweite Konstantstromquelle ist
mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors verbunden und
hat etwa den gleichen Stromwert wie die erste Konstantstrom
quelle. Die Kollektorstromsteuereinrichtung steuert die Kol
lektorspannungen des ersten und zweiten Bipolartransistors der
art, daß die Kollektor-Basis-Spannung des ersten Bipolartran
sistors immer dieselbe wie die Kollektor-Basis-Spannung des
zweiten Bipolartransistors ist.
Bei dem Abtast- und Haltekreis entsprechend der vorliegenden
Erfindung werden während des Überganges von der Abtastperoode
in die Halteperiode die erste und zweite Schaltvorrichtung aus
geschaltet gehalten, so daß der erste und zweite Kondensator
die Ausgangsspannung der Differentialschaltung halten. Demnach
sind während der Halteperiode der erste und zweite Kondensator
von der Differentialschaltung getrennt, und damit wird die Aus
gangsspannung stabil.
Bei der Pufferschaltung entsprechend der Erfindung werden die
Kollektorspannungen des ersten und des zweiten Bipolartransis
tors auch dann, wenn die Basispotentiale des ersten und des
zweiten Bipolartransistors nicht dieselben sind, durch die
Kollektorspannungssteuereinrichtung gesteuert, und damit sind
die Kollektor-Basis-Spannungen des ersten und des zweiten Bi
polartransistors immer dieselben. Damit sind die Basisspan
nungen des ersten und zweiten Bipolartransistors dieselben, und
daher wird die Ausgangsspannungsdifferenz der Spannungserzeu
gungsschaltung, die mit der Pufferschaltung verbunden ist,
nicht beeinflußt. Die Abtast- und Haltevorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung enthält den Abtast- und Haltekreis und
die Pufferschaltung, deren Funktion oben beschrieben wurde. Da
mit wird ihr stabiler Betrieb erreicht.
Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben
sich aus der Erläuterung von Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren.
Von den Figuren zeigen
Fig. 1 den Aufbau eines Abtast- und Haltekreises ent
sprechend einer Ausführungsform,
Fig. 2 den Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung ent
sprechend einer Ausführungsform,
Fig. 3 den Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung ent
sprechend einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 4 ein Schaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau
der in den Fig. 2 und 3 gezeigten Differential
schaltung 209 darstellt,
Fig. 5 ein Schaltbild, das ein weiteres Beispiel des Auf
baus der in den Fig. 2 und 3 dargestellten
Differentialschaltung 209 angibt,
Fig. 6 den Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung ent
sprechend einer weiteren Ausführungsform,
Fig. 7 den Aufbau eines herkömmlichen Abtast- und Halte
kreises,
Fig. 8 die Betriebsweise eines herkömmlichen Abtast- und
Haltekreises,
Fig. 9 den Aufbau einer herkömmlichen Pufferschaltung,
Fig. 10 den Aufbau einer herkömmlichen Pufferschaltung,
Fig. 11 den Betrieb einer Spannungserzeugungsschaltung
180, wie sie in Fig. 10 gezeigt ist,
Fig. 12 schematisch die Betriebszustände eines Transistors
203 aus den Fig. 9 und 10 und
Fig. 13 schematisch den Betrieb eines Transistors 204 aus
den Fig. 9 und 10.
Fig. 1 zeigt den Aufbau eines Abtast- und Haltekreises nach
einer Ausführungsform. Wie die Abbildung zeigt, sind Eingangs
anschlüsse 1 und 2 direkt mit einer positiven Eingangsseite 301
bzw. einer negativen Eingangsseite 302 einer Differential
schaltung 3 verbunden. Eine positive Ausgangsseite 303 und eine
negative Ausgangsseite 304 der Differentialschaltung 3 sind
über Schaltvorrichtungen 4 bzw. 5 mit einer Elektrode des Kon
densators 6 bzw. einer Elektrode des Kondensators 7 verbunden.
Die andere Elektrode des Kondensators 6 und diejenige des Kon
densators 7 sind mit einer Bezugsspannungsquelle (z. B. Masse)
verbunden. Ein Ausgang des Abtast- und Haltekreises 100 wird an
den Ausgangsknoten 8 und 9 bereitgestellt, die mit einer Elek
trode des Kondensators 6 bzw. einer Elektrode des Kondensators
7 verbunden sind. Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 1
gezeigten Abtast- und Halteschaltung 100 beschrieben. In der
Abtastperiode sind die Schaltvorrichtungen 4 und 5 eingeschal
tet. Damit wird die Potentialdifferenz an den Ausgangsknoten 8
und 9 in der Abtastperiode dieselbe wie die Ausgangspotential
differenz der Differentialschaltung 3, und sie folgt der Diffe
renz zwischen den an den Eingangsanschlüssen 1 und 2 angelegten
Eingangsspannungen. Wenn die Halteperiode beginnt, werden die
Schaltvorrichtungen 4 und 5 ausgeschaltet. Infolgedessen wird
die Ausgangspotentialdifferenz im Moment des Umschaltens der
Schaltvorrichtungen 4 und 5 durch die Kondensatoren 6 und 7 ge
halten. Da die Kondensatoren 6 und 7 von diesem Zeitpunkt an
durch die Schaltvorrichtungen 4 und 5 von der Differential
schaltung 3 getrennt sind, wird die Potentialdifferenz an den
Ausgangsknoten 8 und 9 auch dann nicht beeinflußt, wenn die
Eingangspotentialdifferenz der Differentialschaltung 3 sich
ändert und sich demzufolge die Ausgangspotentialdifferenz
ändert.
Die oben beschriebene Betriebsweise wird unabhängig von der
differentiellen Verstärkung der Differentialschaltung 3 rea
lisiert. Daher ist es, wenn die differentielle Verstärkung des
Abtast- und Haltekreises als Ganzes zu erhöhen ist, lediglich
erforderlich, die Verstärkung der Differentialschaltung 3 zu
erhöhen. Im Vergleich dazu war es beim herkömmlichen Abtast-
und Haltekreis nach Fig. 7 notwendig, die differentielle Ver
stärkung der Differentialschaltung 3 exakt bei 1 festzuhalten.
Damit sollten, wenn die differentielle Verstärkung des Abtast-
und Haltekreises als Ganzes zu erhöhen ist, Differentialver
stärker kaskadenartig neu mit der Ausgangsseite der Diffe
rentialschaltung 3 verbunden werden. Wenn eine Pufferschaltung
entsprechend der Erfindung, die nachfolgend beschrieben wird,
mit den Ausgangsknoten 8 und 9 des Abtast- und Haltekreises
nach Fig. 1 verbunden wird, können besonders stabile Ausgangs
werte geliefert werden.
Fig. 2 zeigt den Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung
entsprechend einer Ausführungsform. Die in Fig. 2 gezeigte
Abtast- und Haltevorrichtung enthält die in Fig. 1 gezeigte
Abtast- und Halteschaltung 100, die mit einer Pufferschaltung
300 verbunden ist. Der Aufbau des Abtast- und Haltekreises 100
ist vollständig derselbe wie derjenige des in Fig. 1 gezeigten
Abtast- und Haltekreises, und daher wird dessen Beschreibung
nicht wiederholt. Nachfolgend wird der Aufbau der Pufferschal
tung 300 beschrieben.
Die Pufferschaltung 300 weist - wie die herkömmliche Puffer
schaltung 200 nach Fig. 9 und 10 - npn-Bipolartransistoren 203
und 204 und Konstantstromschaltungen 205 und 206 mit dem glei
chen Stromwert auf. Die Pufferschaltung 300 enthält weiter eine
Differentialschaltung 209. Die Kollektoren der Transistoren 203
und 204 sind mit dem positiven Ausgangsanschluß 210 bzw. nega
tiven Ausgangsanschluß 211 der Differentialschaltung 209 ver
bunden. Die Basen der Transistoren 203 und 204 sind mit den
Eingangsanschlüssen 201 bzw. 202 verbunden. Der Emitter des
Transistors 203 ist mit der Konstantstromquelle 205 und dem
positiven Eingangsanschluß 207 der Differentialschaltung 209
verbunden. Der Emitter des Transistors 204 ist mit der Kon
stantstromquelle 206 und dem negativen Eingangsanschluß 208 der
Differentialschaltung 209 verbunden. Die Eingangsanschlüsse 201
und 202 der Pufferschaltung 300 sind mit den Ausgangsknoten 8
bzw. 9 des Abtast- und Haltekreises 100 verbunden.
Fig. 3 zeigt den Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung
nach einer weiteren Ausführungsform. Bei der in Fig. 3 ge
zeigten Abtast- und Haltevorrichtung ist eine Pufferschaltung
400 mit einem Abtast- und Haltekreis 100 verbunden. Der posi
tive Eingangsanschluß 207 der Differentialschaltung 209 in der
Pufferschaltung 400 ist mit der Basis des Transistors 203 und
dem Eingangsanschluß 201 verbunden. Der negative Eingangsan
schluß 208 der Differentialschaltung 209 ist mit der Basis des
Transistors 204 und dem Eingangsanschluß 202 verbunden. Der
verbleibende Aufbau der Abtast- und Haltevorrichtung nach Fig.
3 ist derselbe wie der in Fig. 2 gezeigten Abtast- und Halte
vorrichtung, und einander entsprechende Teile sind mit den
gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Daher wird deren Beschrei
bung nicht wiederholt.
Der Betrieb des Abtast- und Haltekreises nach Fig. 2 und 3
ist vollständig derselbe wie derjenige des in Fig. 1 gezeig
ten Abtast- und Haltekreises 100. Daher wird nachfolgend nur
der Betrieb der in Fig. 2 gezeigten Pufferschaltung 300 und
der in Fig. 3 gezeigten Pufferschaltung 400 beschrieben.
Wie die Fig. 2 und 3 zeigen, haben, da die Emitterströme der
Transistoren 203 und 204 dieselben sind, die Basis-Emitter-
Spannungen der Transistoren 203 und 204 denselben und einen
konstanten Wert. Daher erscheint die Potentialdifferenz
zwischen den Eingangsanschlüssen 201 und 202 direkt als die
Potentialdifferenz zwischen dem positiven Eingangsanschluß 207
und dem negativen Eingangsanschluß 208 der Differentialschal
tung 209. Die positiven und negativen Eingänge der Differen
tialschaltung 209 sind mit den Emittern der Transistoren 203
und 204 in Fig. 2 und direkt mit den Eingangsanschlüssen 201
und 202 in Fig. 3 verbunden. Daher ist bei der Pufferschal
tung 300 nach Fig. 2 oder der Pufferschaltung 400 nach Fig. 3
die Eingangspotentialdifferenz der Differentialschaltung 209
gleich der Potentialdifferenz zwischen den Eingangsanschlüssen
201 und 202. Zu diesem Zeitpunkt werden positive und negative
Ausgänge von der Differentialschaltung 209 entsprechend den
obigen Geichungen (1) und (2) angelegt.
Genauer gesagt gelten, wenn die Basispotentiale der Transisto
ren 203 und 204 durch Vb⁺ und Vb⁻ und die Kollektor-Basis-
Spannungen der Transistoren 203 und 204 durch Vcb⁺ und Vcb-
dargestellt sind, die folgenden Gleichungen:
Vcb⁺ = Voc + (A/2) (Vb⁺ - Vb-) - Vb⁺ (7)
Vcb- = Voc + (A/2) (Vb⁺ - Vb-) - Vn- (8)
Damit wird die Differenz zwischen den Kollektor-Basis-Span
nungen Vcb⁺ und Vcb⁻ der Transistoren 203 und 204 durch:
Vcb⁺ - Vcb- = (A - 1) (Vb⁺ - Vb-) (9)
dargestellt.
In den obigen Gleichungen (7) bis (9) stellt das Bezugszeichen
Voc die gleichphasige Ausgangsspannung der Differentialschal
tung 209 dar, und A stellt die differentielle Verstärkung der
Differentialschaltung 209 dar. Im Vergleich zur weiter oben an
geführten Gleichung (5) ist, wenn die differentielle Verstär
kung der Differentialschaltung 209 größer als 0 und kleiner als
2 ist, die Differenz zwischen der Kollektor-Basis-Spannung des
Transistors 202 und der Kollektor-Basis-Spannung des Tran
sistors 204 in der Pufferschaltung 300 oder 400 gemäß der Er
findung kleiner als bei der herkömmlichen Pufferschaltung 200.
Infolgedessen ist bei den Pufferschaltungen 300 und 400 auch
die Differenz zwischen den Basisströmen der Transistoren 203
und 204 kleiner. Daher sind in der Halteperiode die Verschie
bungen der Ausgangsspannungen der Kondensatoren 6 und 7 im
Abtast- und Haltekreis 100 etwa die gleichen. Infolgedessen
beeinflussen die Pufferschaltungen 300 und 400 die Ausgangs
potentialdifferenz der Abtast- und Halteschaltung 100 nicht,
was einen stabilen Ausgang der Abtast- und Halteschaltung 100
gewährleistet. Besonders wenn die differentielle Verstärkung A
der Differentialschaltung 209 nahe 1 ist, wird die Differenz
zwischen der Kollektor-Basis-Spannung des Transistors 203 und
der Kollektor-Basis-Spannung des Transistors 204 etwa 0, was
einen bemerkenswerten Effekt erbringt. Die Ausgänge von den
Pufferschaltungen 300 und 400 werden vom Emitter oder Kollektor
des Transistors 203 bzw. dem Emitter oder Kollektor des Tran
sistors 204, abgenommen.
In der Fachliteratur sind verschiedene Differentialschaltungen
209 mit der durch die obigen Gleichungen (1) und (2) darge
stellten Funktion beschrieben. Dazu zählt das erwähnte Werk
"Analysis and Design of Analog Integrated Circuits".
Fig. 4 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau der
in den Fig. 2 und 3 dargestellten Differentialschaltung 209
zeigt. Da eine solche Differentialschaltung 209 bekannt ist,
wird nur deren Betriebsweise kurz beschrieben. Wenn die Poten
tiale am positiven Eingangsanschluß 219 und dem negativen Ein
gangsanschluß 218 der Differentialschaltung 209 mit Vi⁺ und Vi⁻
bezeichnet sind, ist die Potentialdifferenz an beiden Enden des
Widerstandes r1 (mit dem Widerstandswert REE) etwa dieselbe wie
(Vi⁺-Vi⁻), und ein Strom (Vi⁺-Vi⁻)/REE fließt durch den
Widerstand r1. Daher ist der durch den Lastwiderstand r2 (mit
dem Widerstandswert RL), der mit dem Kollektor des Transistors
Q1 verbunden ist, fließende Strom der Ausgangsstrom I der Kon
stantstromschaltung 209a, die mit dem Emitter des Transistors
Q1 verbunden ist, plus dem Strom (Vi⁺-Vi⁻)/REE. Der zu einem
Lastwiderstand r3 (mit dem Widerstandswert RL), der mit dem
Kollektor des Transistors Q2 verbunden ist, fließende Strom ist
der Ausgangsstrom I der Konstantstromschaltung 209b, die mit
dem Emitter des Transistors Q2 verbunden ist, minus dem Strom
(Vi⁺-Vi⁻)/REE. Damit folgt die Basisspannung Vb3 des Tran
sistors Q3 und die Basisspannung Vb4 des Transistors Q4 den
Gleichungen
Vb3 = Vcc - IΦRL + (RL/REE) (Vi⁺ - Vi-) (10)
Vb4 = Vcc - IΦRL - (RL/REE) (Vi⁺ - Vi-) (11),
wobei das Potential auf der Stromversorgungsseite der Lastwi
derstände r2 und r3 Vcc ist.
Weiterhin sind, da infolge der Konstantstromschaltungen 205 und
206 (siehe Fig. 2 und 3) etwa derselbe Emitterstrom durch die
Transistoren Q3 und Q4 fließt, die Beträge der Spannungsver
schiebung längs Basis/Emitter der Transistoren Q3 und Q4 einan
der gleich. Dieser Verschiebungs-Betrag ist durch VBE darge
stellt. Das Potential Vo⁺ an der positiven Ausgangsseite 210
und das Potential Vo⁻ an der negativen Ausgangsseite 211 der
Differentialschaltung 209 werden jeweils dargestellt durch
Vo⁺ = Vcc - IΦRL - VBE + (RL/REE) (Vi⁺ - Vi-) (12)
Vo- = Vcc - IΦRL - VBE - (RL/REE) (Vi⁺ - Vi-) (13).
Die obigen Gleichungen (12) und (13) sind dieselben wie die
Gleichungen (1) und (2), wenn Voc = Vcc - IΦRL-VBE,
A=2rL/REE. Wenn der Wert REE als REE = 2RL eingestellt wird, wird
die differentielle Verstärkung A = 1.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform müssen, da die
Eingangsanschlüsse 207 und 208 der Differentialschaltung 209
direkt mit den Eingangsanschlüssen 201 und 202 der Pufferschal
tung 400 verbunden sind, die Eingangsströme in die Differen
tialschaltung 209 einander gleich sein.
Fig. 5 zeigt einen Aufbau, bei den Sourcefolgerschaltungen
209c und 209d mit MOS-Transistoren dem Eingangsteil der in
Fig. 4 gezeigten Schaltung hinzugefügt sind. Bei der in Fig.
5 gezeigten Differentialschaltung sind die Eingangsströme der
Eingangsanschlüsse 218 und 219 beide 0, und damit ist sie für
eine Ausführungsform wie die in Fig. 3 gezeigte brauchbar.
Fig. 6 zeigt einen Aufbau einer Abtast- und Haltevorrichtung
entsprechend einer weiteren Ausführungsform. Anstelle der
Differentialschaltung 209 in den oben beschriebenen Puffer
schaltungen 300 und 400 enthält hier eine Pufferschaltung 500
npn-Bipolartransistoren Q5 und Q6 und Konstantstromschaltungen
212 und 213. Der Emitter des Transistors Q5 ist mit dem Kollek
tor des Transistors 203 und der Konstantstromschaltung 212 ver
bunden, und seine Basis ist mit dem Emitter des Transistors 203
verbunden. Der Emitter des Transistors Q6 ist mit dem Kollektor
des Transistors 204 und der Konstantstromschaltung 213 verbun
den, und seine Basis ist mit dem Emitter des Transistors 204
verbunden. Die Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 sind mit
einer Bezugsspannungsquelle (z. B. Masse) verbunden. Die Aus
gangsstromwerte der Konstantstromschaltungen 212 und 213 sind
die gleichen, und sie werden größer als die Ausgangsstromwerte
der Konstantstromschaltungen 205 und 206 gewählt.
Nachfolgend wird der Betrieb der in Fig. 6 gezeigten Puffer
schaltung 500 beschrieben. Wie bei den Ausführungsformen nach
den Fig. 2 und 3 fließt infolge der Konstantstromschaltungen
205 und 206 der gleiche und konstante Strom zu den Emittern der
Transistoren 203 und 204. Daher sind die Basis-Emitter-Span
nungen der Transistoren 203 und 204 die gleichen und konstant.
Da der gleiche und konstante Strom infolge der Konstantstrom
schaltungen 212 und 213 zu den Emittern der Transistoren Q5 und
Q6 fließt, haben die Basis-Emitter-Spannungen der Transistoren
Q5 und Q6 den gleichen und einen konstanten Wert. Daher haben
die Kollektor-Emitter-Spannungen der Transistoren 203 und 204
den gleichen und einen konstanten Wert. Da die Basis-Emitter
Spannungen der Transistoren 203 und 204 den gleichen und einen
konstanten Wert haben, haben die Kollektor-Basis-Spannungen der
Transistoren 203 und 204 den gleichen und konstanten Wert. In
folgedessen werden die Basisströme der Transistoren 203 und 204
gleich, und damit beeinflussen sie nicht die Ausgangspotential
differenz des Abtast- und Haltekreises 100.
Obwohl die in den Fig. 2, 3 und 6 gezeigten Pufferschal
tungen 300, 400 und 500 mit dem Abtast- und Haltkreis 100 gemäß
der Erfindung verbunden sind, können sie auch mit einer Span
nungserzeugungsschaltung 199 mit hoher Ausgangsimpedanz wie
nach Fig. 9 verbunden sein, wobei der gleiche Effekt erreicht
wird.
Wie oben beschrieben, werden entsprechend der vorliegenden Er
findung die jeweiligen Ausgangsseiten einer Differentialschal
tung über Schalteinrichtungen mit Kondensatoren verbunden, wo
durch ein stabil arbeitender Abtast- und Haltekreis mit einer
beliebigen Verstärkung bereitgestellt werden kann.
Außerdem sind bei der vorliegenden Erfindung die Kollektorspan
nungen zweier Emitterfolgertransistoren in einer Pufferschal
tung durch Spannungssteuereinrichtungen derart gesteuert, daß
die Kollektor-Basis-Spannungen der Emitterfolgertransistoren
die gleiche werden und dadurch die Differenz der Eingangs
ströme der Basen der Emitterfolgertransistoren verringert wer
den kann. Dadurch wird eine Pufferschaltung bereitgestellt, bei
der auch dann, wenn eine Spannungserzeugungsschaltung ange
schlossen ist, die eine von den in einem Kondensator gehaltenen
Spannungen abgeleitete Ausgangsspannung liefert oder eine hohe
Ausgangsimpedanz aufweist, die Ausgangsspannungsdifferenz der
Spannungserzeugungsschaltung nicht beeinflußt ist.
Claims (12)
1. Abtast- und Haltekreis vom Differentialtyp zum Abtasten und
Halten einer Spannungsdifferenz zwischen zwei eingegebenen
Analogsignalen mit
einer ersten Differentialschaltung (3) mit einem ersten und zweiten Eingangsanschluß (301, 302) und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß (303, 304), bei der eine Differenz zwischen Ausgangsspannungen am ersten und zweiten Ausgangsan schluß entsprechend einer Differenz zwischen Eingangsspannungen am ersten und zweiten Eingangsanschluß verändert wird,
einer ersten und einer zweiten Schaltvorrichtung (4, 5), die in einer Abtastperiode eingeschaltet und in einer Halteperiode ausgeschaltet sind,
einem erstem Kondensator (6), dessen eine Elektrode über die erste Schalteinrichtung (4) mit dem ersten Ausgangsanschluß (303) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist und einem zweiten Kondensator (7), dessen eine Elektrode über die zweite Schalteinrichtung (5) mit dem zweiten Ausgangsanschluß (304) der ersten Differentialschaltung und dessen andere Elek trode mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist, wobei der erste und zweite Kondensator (6, 7) eine Ausgangsspannung der ersten Differentialschaltung (3) halten, wenn die erste und zweite Schalteinrichtung (4, 5) ausgeschaltet sind.
einer ersten Differentialschaltung (3) mit einem ersten und zweiten Eingangsanschluß (301, 302) und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß (303, 304), bei der eine Differenz zwischen Ausgangsspannungen am ersten und zweiten Ausgangsan schluß entsprechend einer Differenz zwischen Eingangsspannungen am ersten und zweiten Eingangsanschluß verändert wird,
einer ersten und einer zweiten Schaltvorrichtung (4, 5), die in einer Abtastperiode eingeschaltet und in einer Halteperiode ausgeschaltet sind,
einem erstem Kondensator (6), dessen eine Elektrode über die erste Schalteinrichtung (4) mit dem ersten Ausgangsanschluß (303) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist und einem zweiten Kondensator (7), dessen eine Elektrode über die zweite Schalteinrichtung (5) mit dem zweiten Ausgangsanschluß (304) der ersten Differentialschaltung und dessen andere Elek trode mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist, wobei der erste und zweite Kondensator (6, 7) eine Ausgangsspannung der ersten Differentialschaltung (3) halten, wenn die erste und zweite Schalteinrichtung (4, 5) ausgeschaltet sind.
2. Abtast- und Haltekreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich
net, daß die differentielle Verstärkung der Differentialschal
tung (3) auf einen beliebigen Wert gesetzt ist.
3. Pufferschaltung mit zwei Sätzen von Emitterfolgerschaltungen
zur Ausgabe zweier analoger Signale mit einer Spannungsdiffe
renz, die der Spannungsdifferenz zwischen zwei eingegebenen
analogen Signalen entspricht, mit
einem ersten Bipolartransistor (203), der mit seiner Basis das erste analoge Signal aufnimmt,
einem zweiten Bipolartransistor (204), der mit seiner Basis das zweite analoge Signal aufnimmt,
einer ersten Konstantstromquelle (205), die mit dem Emitter des ersten Bipolartransistors (203) verbunden ist,
einer zweiten Konstantstromquelle (206), die mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors (204) verbunden ist und etwa den gleichen Stromwert wie die erste Konstantstromquelle hat, und
einer Kollektorspannungssteuereinrichtung (209, 212, 213, Q5, Q6) zum Steuern der Kollektorspannungen des ersten und des zweiten Bipolartransistors derart, daß die Kollektor-Basis- Spannung des ersten Bipolartransistors konstant dieselbe wie die Kollektor-Basis-Spannung des zweiten Bipolartransistors ist.
einem ersten Bipolartransistor (203), der mit seiner Basis das erste analoge Signal aufnimmt,
einem zweiten Bipolartransistor (204), der mit seiner Basis das zweite analoge Signal aufnimmt,
einer ersten Konstantstromquelle (205), die mit dem Emitter des ersten Bipolartransistors (203) verbunden ist,
einer zweiten Konstantstromquelle (206), die mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors (204) verbunden ist und etwa den gleichen Stromwert wie die erste Konstantstromquelle hat, und
einer Kollektorspannungssteuereinrichtung (209, 212, 213, Q5, Q6) zum Steuern der Kollektorspannungen des ersten und des zweiten Bipolartransistors derart, daß die Kollektor-Basis- Spannung des ersten Bipolartransistors konstant dieselbe wie die Kollektor-Basis-Spannung des zweiten Bipolartransistors ist.
4. Pufferschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kollektorspannungssteuereinrichtung die Kollektorspannungen
des ersten und zweiten Bipolartransistors auf der Grundlage der
Emitterspannungen des ersten und zweiten Bipolartransistors
steuert.
5. Pufferschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Kollektorspannungssteuereinrichtung eine
zweite Differentialschaltung (209) zum Verändern der Differenz
zwischen der Kollektorspannung des ersten Bipolartransistors
und der Kollektorspannung des zweiten Bipolartransistors
entsprechend einer Differenz zwischen der Emitterspannung des
ersten Bipolartransistors und der Emitterspannung des zweiten
Bipolartransistors aufweist.
6. Pufferschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die differentielle Verstärkung der zweiten Differentialschal
tung (209) zu etwa 1 gewählt ist.
7. Pufferschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß die Kollektorspannungssteuereinrichtung
einen dritten Bipolartransistor (Q5), dessen Emitter mit dem
Kollektor des ersten Bipolartransistors (203), dessen Basis mit
dem Emitter des ersten Bipolartransistors und dessen Kollektor
mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist,
einen vierten Bipolartransistor (Q6), dessen Emitter mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204), dessen Basis mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors und dessen Kollektor mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist,
eine dritte Konstantstromquelle (212), die mit dem Kollektor des ersten Bipolartransistors (203) und dem Emitter des dritten Bipolartransistors (Q5) verbunden ist, und
eine vierte Konstantstromquelle (213), die mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204) und dem Emitter des vier ten Bipolartransistors (Q6) verbunden ist und annähernd den gleichen Stromwert wie die dritte Konstantstromquelle (212) hat, aufweist.
einen vierten Bipolartransistor (Q6), dessen Emitter mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204), dessen Basis mit dem Emitter des zweiten Bipolartransistors und dessen Kollektor mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist,
eine dritte Konstantstromquelle (212), die mit dem Kollektor des ersten Bipolartransistors (203) und dem Emitter des dritten Bipolartransistors (Q5) verbunden ist, und
eine vierte Konstantstromquelle (213), die mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204) und dem Emitter des vier ten Bipolartransistors (Q6) verbunden ist und annähernd den gleichen Stromwert wie die dritte Konstantstromquelle (212) hat, aufweist.
8. Pufferschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der erste und zweite Bipolartransistor (203, 204) npn-Bipolar
transistoren und der dritte und vierte Bipolartransistor (Q5,
Q6) pnp-Bipolartransistoren aufweisen.
9. Pufferschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kollektorspannungssteuereinrichtung die Kollektorspannungen
des ersten und zweiten Bipolartransistors (203, 204) auf der
Grundlage der Basisspannungen des ersten und zweiten Bipolar
transistors steuert.
10. Pufferschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kollektorspannungssteuereinrichtung eine dritte
Differentialschaltung (209) zum Verändern einer Differenz
zwischen der Kollektorspannung des ersten Bipolartransistors
(203) und der Kollektorspannung des zweiten Bipolartransistors
(204) entsprechend einer Differenz zwischen der Basisspannung
des ersten Bipolartransistors und der Basisspannung des zweiten
Bipolartransistors aufweist.
11. Pufferschaltung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn
zeichnet, daß die differentielle Verstärkung der dritten
Differential-schaltung (209) zu etwa 1 gewählt ist.
12. Abtast- und Haltevorrichtung mit
einem Abtast- und Haltekreis vom Differentialtyp (100) zum Ab tasten und Halten einer Differenz zwischen den Spannungen zweier angelegter analoger Signale und
einer Pufferschaltung (300, 400, 500), die zwei Sätze von Emitterfolgerschaltungen aufweist, die zwei analoge Signale, die durch den Abtast- und Haltekreis abgetastet und gehalten werden, aufnimmt und eine Spannungsdifferenz entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden analogen Signalen hat, wobei der Abtast- und Haltekreis aufweist:
eine erste Differentialschaltung (3) mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß (301, 302) und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß (303, 304), wobei eine Differenz zwischen den Ausgangsspannugen am ersten und zweiten Ausgangs anschluß entsprechend einer Differenz zwischen den Eingangs spannungen am ersten und zweiten Eingangsanschluß verändert wird,
eine erste und eine zweite Schaltvorrichtung (4, 5), die in einer Abtastpriode eingeschaltet und in einer Halteperiode aus geschaltet sind,
einen ersten Kondensator (6), dessen eine Elektrode über die erste Schalteinrichtung (4) mit dem ersten Ausgangsanschluß (303) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist, und
einen zweiten Kondensator (7), dessen eine Elektrode über die zweite Schaltvorrichtung (5) mit dem zweiten Ausgangsanschluß (304) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist, wobei der erste und zweite Kondensator (6, 7) eine Ausgangsspannung von der ersten Differentialschaltung (3) halten, wenn die erste und die zweite Schaltvorrichtung (4, 5) ausgeschaltet sind, und die Pufferschaltung aufweist:
einen ersten Bipolartransistor (203), dessen Basis mit einer Elektrode des ersten Kondensators (6) verbunden ist,
einen zweiten Bipolartransistor (204), dessen Basis mit einer Elektrode des zweiten Kondensators (7) verbunden ist,
eine erste Konstantstromquelle (205), die mit dem Emitter des ersten Bipolartransistors (203) verbunden ist,
eine zweite Konstantstromquelle (206), die mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204) verbunden ist und etwa den gleichen Stromwert wie die erste Konstantstromquelle (205) hat, und
eine Kollektorspannungssteuereinrichtung (209, 212, 213, Q5, Q6) zum Steuern der Kollektorspannungen des ersten und zweiten Bipolartransistors derart, daß die Kollektor-Basis-Spannung des ersten Bipolartransistors konstant die gleiche wie die Kollektor-Basis-Spannung des zweiten Bipolartransistors ist.
einem Abtast- und Haltekreis vom Differentialtyp (100) zum Ab tasten und Halten einer Differenz zwischen den Spannungen zweier angelegter analoger Signale und
einer Pufferschaltung (300, 400, 500), die zwei Sätze von Emitterfolgerschaltungen aufweist, die zwei analoge Signale, die durch den Abtast- und Haltekreis abgetastet und gehalten werden, aufnimmt und eine Spannungsdifferenz entsprechend der Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden analogen Signalen hat, wobei der Abtast- und Haltekreis aufweist:
eine erste Differentialschaltung (3) mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß (301, 302) und einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß (303, 304), wobei eine Differenz zwischen den Ausgangsspannugen am ersten und zweiten Ausgangs anschluß entsprechend einer Differenz zwischen den Eingangs spannungen am ersten und zweiten Eingangsanschluß verändert wird,
eine erste und eine zweite Schaltvorrichtung (4, 5), die in einer Abtastpriode eingeschaltet und in einer Halteperiode aus geschaltet sind,
einen ersten Kondensator (6), dessen eine Elektrode über die erste Schalteinrichtung (4) mit dem ersten Ausgangsanschluß (303) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit einer Bezugsspannungsquelle verbunden ist, und
einen zweiten Kondensator (7), dessen eine Elektrode über die zweite Schaltvorrichtung (5) mit dem zweiten Ausgangsanschluß (304) der ersten Differentialschaltung (3) und dessen andere Elektrode mit der Bezugsspannungsquelle verbunden ist, wobei der erste und zweite Kondensator (6, 7) eine Ausgangsspannung von der ersten Differentialschaltung (3) halten, wenn die erste und die zweite Schaltvorrichtung (4, 5) ausgeschaltet sind, und die Pufferschaltung aufweist:
einen ersten Bipolartransistor (203), dessen Basis mit einer Elektrode des ersten Kondensators (6) verbunden ist,
einen zweiten Bipolartransistor (204), dessen Basis mit einer Elektrode des zweiten Kondensators (7) verbunden ist,
eine erste Konstantstromquelle (205), die mit dem Emitter des ersten Bipolartransistors (203) verbunden ist,
eine zweite Konstantstromquelle (206), die mit dem Kollektor des zweiten Bipolartransistors (204) verbunden ist und etwa den gleichen Stromwert wie die erste Konstantstromquelle (205) hat, und
eine Kollektorspannungssteuereinrichtung (209, 212, 213, Q5, Q6) zum Steuern der Kollektorspannungen des ersten und zweiten Bipolartransistors derart, daß die Kollektor-Basis-Spannung des ersten Bipolartransistors konstant die gleiche wie die Kollektor-Basis-Spannung des zweiten Bipolartransistors ist.
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JP (1) | JPH0554689A (de) |
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