JP2006121480A - Sample and hold circuit, and pipeline ad converter using the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample and hold circuit for switching a current depending on operation modes to reduce an average operation current, and a pipeline AD converter using the same. <P>SOLUTION: In the sample and hold circuit, a plurality of switches are controlled in first and second clocks, the switches each change over a capacity for applying negative feedback to an operational amplifier and a sampling capacity for sampling an input signal, input/output of the operational amplifier is short-circuited when the first clock is in an on-state, the difference between the potential of a summing node and an input voltage is charged into the sampling capacity, the switches are connected to a reference voltage for deciding an operation point when the second clock is in an on-state, and the difference is amplified based on a ratio of the sampling capacity and the feedback capacity and the amplified difference is outputted. The operation current of the amplifier is switched depending on the modes to reduce the average operation current source. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、スイッチドキャパシタを用いたサンプルホールド回路及びそれを用いたパイプラインAD変換器に関する。   The present invention relates to a sample hold circuit using a switched capacitor and a pipeline AD converter using the sample hold circuit.

図5に従来使用されている基本的なS/H(サンプルホールド)回路100を示す。S/H回路100の構成はオペアンプ101とスイッチSW101,SW102,SW103,SW104,SW105,SW106,SW107,SW108,SW109,SW110と容量CS100,CS101、Cf100,Cf101から成るスイチッドキャパシタ構成である。
VagがスイッチSW103を、またVipがSW101を介してキャパシタCS100の一方に接続され、他方の端子がオペアンプ101の第一の入力に接続される。
またVinがSW102を、またVagがSW104を介してキャパシタCS101の一方の端子に接続され、他方はオペアンプ101の第2の入力に接続されている。オペアンプ101の第1の出力はSW106を介して第1の入力に接続され、またこれと並列に直列接続されたSW107とキャパシタCf100が接続されている。オペアンプ101の第2の出力はSW110を介して第2の入力に接続され、またこれと並列に直列接続されたSW109とキャパシタCf101が接続されている。
ここで、SW101,SW102,SW105,SW106,SW108,SW110はクロック1(CK1)でON/OFF制御され、SW103,SW104,SW107,SW109はクロック2(CK2)でON/OFF制御される。
FIG. 5 shows a basic S / H (sample hold) circuit 100 conventionally used. The configuration of the S / H circuit 100 is a switched capacitor configuration including an operational amplifier 101, switches SW101, SW102, SW103, SW104, SW105, SW106, SW107, SW108, SW109, SW110 and capacitors CS100, CS101, Cf100, Cf101.
Vag is connected to switch SW103, Vip is connected to one side of capacitor CS100 via SW101, and the other terminal is connected to the first input of operational amplifier 101.
Further, Vin is connected to SW102 and Vag is connected to one terminal of capacitor CS101 via SW104, and the other is connected to the second input of operational amplifier 101. The first output of the operational amplifier 101 is connected to the first input via the SW 106, and the SW 107 and the capacitor Cf100 connected in series are connected in parallel with the first output. The second output of the operational amplifier 101 is connected to the second input via the SW 110, and the SW 109 and the capacitor Cf101 connected in series are connected in parallel with the second output.
Here, SW101, SW102, SW105, SW106, SW108, and SW110 are ON / OFF controlled with clock 1 (CK1), and SW103, SW104, SW107, and SW109 are ON / OFF controlled with clock 2 (CK2).

S/H回路100の動作を図6の動作タイミング波形を用いて説明する。図6に示す2相のノンオーバーラップのクロック(CK1,CK2)で各スイッチがON/OFF制御され、リセット(サンプル)モードとアンプ(ホールド)モードの2フェイズで動作する。
図6(A),(B)に示すように、リセットモードにおいて、CK1が“H”レベルのときCK2は“L”レベルで、SW101,SW102,SW105,SW106,SW108,SW110はON(ショート)となり、SW103,SW104,SW107,SW109はOFF(オープン)となる。
その結果、オペアンプ101の第1の入出力間と第2の入出力間はそれぞれショートされる。
リセットモードでオペアンプ101の入出力はショートされ、オペアンプ101は最も利得の高い動作点(Vag)にバイアスされる。入力電圧(Vip,Vin)は、このVagに対しサンプル容量CSにチャージされ、それぞれの容量CS(CS100,CS101)とCf(Cf100,Cf101)にチャージされる電荷量(片側のみの変化に着目)についてはそれぞれ次式のようになる。

Qcs=CS(Vip−Vag) ・・・(1)
Qcf=0 ・・・(2)
The operation of the S / H circuit 100 will be described using the operation timing waveform of FIG. Each switch is ON / OFF controlled by the two-phase non-overlapping clocks (CK1, CK2) shown in FIG. 6, and operates in two phases of a reset (sample) mode and an amplifier (hold) mode.
As shown in FIGS. 6A and 6B, in the reset mode, when CK1 is at “H” level, CK2 is at “L” level, and SW101, SW102, SW105, SW106, SW108, and SW110 are ON (short). Thus, SW103, SW104, SW107, and SW109 are turned off (open).
As a result, the first input / output and the second input / output of the operational amplifier 101 are short-circuited.
In the reset mode, the input / output of the operational amplifier 101 is short-circuited, and the operational amplifier 101 is biased to the operating point (Vag) having the highest gain. The input voltage (Vip, Vin) is charged in the sample capacitor CS with respect to this Vag, and the amount of charge charged in each of the capacitors CS (CS100, CS101) and Cf (Cf100, Cf101) (noting the change on one side only) For each, the following equation is obtained.

Qcs = CS (Vip−Vag) (1)
Qcf = 0 (2)

一方、アンプモードではオペアンプ101の入出力間のスイッチSW106、SW110はオフし、オペアンプ101は容量帰還型のアンプとなる。
図6(A),(B)において、CK1は“L”レベルになり、CK2は“H”レベルとなる。その結果、SW101,SW102,SW105,SW106,SW108,SW110はOFFされ、SW103,SW104,SW107,SW109はON(ショート)される。
入力のスイッチはVag(端子)に切り換えられ、それぞれの容量CS(CS100,CS101)とCf(Cf100,Cf101)にチャージされる電荷量は次式のようになる。

Qcs=0 ・・・(3)
Qcf=Cf(Von−Vag) ・・・(4)

リセットモードとアンプモードでトータル電荷量は一定なので、出力電圧Vonは、

Von=(CS/Cf)*(Vip−Vag)+Vag・・・(5)

となり、Vagを基準に入力電圧の差が容量比倍されて出力される。
On the other hand, in the amplifier mode, the switches SW106 and SW110 between the input and output of the operational amplifier 101 are turned off, and the operational amplifier 101 becomes a capacitive feedback amplifier.
6A and 6B, CK1 is at "L" level and CK2 is at "H" level. As a result, SW101, SW102, SW105, SW106, SW108, and SW110 are turned off, and SW103, SW104, SW107, and SW109 are turned on (shorted).
The input switch is switched to Vag (terminal), and the amount of charge charged in each of the capacitors CS (CS100, CS101) and Cf (Cf100, Cf101) is as follows.

Qcs = 0 (3)
Qcf = Cf (Von−Vag) (4)

Since the total charge amount is constant in the reset mode and the amplifier mode, the output voltage Von is

Von = (CS / Cf) * (Vip−Vag) + Vag (5)

Thus, the difference between the input voltages with respect to Vag is output after being multiplied by the capacitance ratio.

このようなスイッチドキャパシタタイプのオペアンプには図9にあるようなソースカップルペア入力の高利得オペアンプを用いる場合が多く、完全差動形式のため出力信号の中点電圧を検出して、所望の出力動作点Vagとなるようなコモン・モード・フィードバック(CMFB)を施すのが一般的である。
一方、昨今の低電圧化に伴い図7のような複数のトランジスタを縦積みにするのが非常に困難になってきている。
図7に示すように、PMOSトランジスタQ201のソースが電源VDDに接続され、ドレインがPMOSトランジスタQ202のソースに接続されている。またこのPMOSトランジスタQ201のゲートはバイアス(Bias3)に接続されている。PMOSトランジスタQ202のドレインはNMOSトランジスタQ203のドレインに接続され、ゲートはバイアス(Bias2)に接続されている。NMOSトランジスタQ203のソースはNMOSトランジスタQ204のドレインに接続され、ゲートはバイアス(Bias1)に接続されている。NMOSトランジスタQ204のゲートがVinに接続され、ソースはNMOSトランジスタQ208のソースに共通接続され、かつ電流源を構成するNMOSトランジスタQ209のドレインに接続され、NMOSトランジスタQ209のソースはグランドに接続されている。
Such a switched capacitor type operational amplifier is often a high-gain operational amplifier with a source-coupled pair input as shown in FIG. 9. Since it is a fully differential type, the midpoint voltage of the output signal is detected, and a desired operational amplifier is obtained. In general, common mode feedback (CMFB) is applied so that the output operating point Vag is obtained.
On the other hand, with the recent low voltage, it has become very difficult to vertically stack a plurality of transistors as shown in FIG.
As shown in FIG. 7, the source of the PMOS transistor Q201 is connected to the power supply VDD, and the drain is connected to the source of the PMOS transistor Q202. The gate of the PMOS transistor Q201 is connected to a bias (Bias3). The drain of the PMOS transistor Q202 is connected to the drain of the NMOS transistor Q203, and the gate is connected to the bias (Bias2). The source of the NMOS transistor Q203 is connected to the drain of the NMOS transistor Q204, and the gate is connected to the bias (Bias1). The gate of the NMOS transistor Q204 is connected to Vin, the source is commonly connected to the source of the NMOS transistor Q208, and is connected to the drain of the NMOS transistor Q209 constituting the current source, and the source of the NMOS transistor Q209 is connected to the ground. .

PMOSトランジスタQ205のソースが電源VDDに接続され、ドレインがPMOSトランジスタQ206のソースに接続されている。またこのPMOSトランジスタQ205のゲートはバイアス(Bias3)に接続されている。PMOSトランジスタQ206のドレインはNMOSトランジスタQ207のドレインに接続され、ゲートはバイアス(Bias2)に接続されている。NMOSトランジスタQ207のソースはNMOSトランジスタQ208のドレインに接続され、ゲートはバイアス(Bias1)に接続されている。NMOSトランジスタQ208のゲートがVipに接続され、ソースはNMOSトランジスタQ204のソースに共通接続されている。   The source of the PMOS transistor Q205 is connected to the power supply VDD, and the drain is connected to the source of the PMOS transistor Q206. The gate of the PMOS transistor Q205 is connected to a bias (Bias3). The drain of the PMOS transistor Q206 is connected to the drain of the NMOS transistor Q207, and the gate is connected to the bias (Bias2). The source of the NMOS transistor Q207 is connected to the drain of the NMOS transistor Q208, and the gate is connected to the bias (Bias1). The gate of the NMOS transistor Q208 is connected to Vip, and the source is commonly connected to the source of the NMOS transistor Q204.

NMOSトランジスタQ203とNMOSトランジスタQ207のドレインはCMFB(コモン・モード・フィード・バック)回路201にそれぞれ接続されるとともに、出力Vop、Vonに接続される。
また、CMFB回路201の出力は電流源用NMOSトランジスタQ209のゲートに接続され、電流量を制御する。その結果、出力端子Vop、Vonの電圧が一定となる。
The drains of the NMOS transistor Q203 and the NMOS transistor Q207 are connected to a CMFB (common mode feedback) circuit 201 and also to outputs Vop and Von.
The output of the CMFB circuit 201 is connected to the gate of the NMOS transistor Q209 for current source, and controls the amount of current. As a result, the voltages at the output terminals Vop and Von are constant.

上述したように、ソースカップルペア入力構成のオペアンプ200はMOSトランジスタを縦積みにしていて、その出力抵抗を大きくできるメリットがある反面、オペアンプ200の出力線形範囲を犠牲にする傾向にある。このため折り返し構成が採用されるケースがあるがトータルの電流効率としては悪くなる欠点を有する。   As described above, the source-coupled pair input operational amplifier 200 has MOS transistors vertically stacked and has an advantage of increasing the output resistance, but tends to sacrifice the output linear range of the operational amplifier 200. For this reason, there is a case where a folded configuration is adopted, but there is a drawback that the total current efficiency is deteriorated.

これに対し、ソース接地タイプの入力段を有するオペアンプを採用することで低電圧化に適したサンプルホールド回路300の回路構成例を図8に示す。
電圧源VDDに電流源I300の一方が接続され、他方はNMOSトランジスタQ300のドレインに接続される。NMOSトランジスタQ300のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW306が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW307とキャパシタCf300が接続されている。このキャパシタCf300とSW307の共通接続点はSW305を介してVagに接続されている。
また、電圧源VDDに電流源I301の一方が接続され、他方はNMOSトランジスタQ301のドレインに接続される。NMOSトランジスタQ301のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW308が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW309とキャパシタCf301が接続されている。このキャパシタCf301とSW309の共通接続点はSW310を介してVagに接続されている。
NMOSトランジスタQ300のゲートはキャパシタCS300に接続され、さらにSW301を介してVipに、またSW303を介してVagにそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタQ301のゲートはキャパシタCS301に接続され、さらにSW302を介してVinに、またSW304を介してVagにそれぞれ接続されている。
On the other hand, FIG. 8 shows a circuit configuration example of the sample hold circuit 300 suitable for lowering the voltage by adopting an operational amplifier having a common source type input stage.
One of the current sources I300 is connected to the voltage source VDD, and the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q300. The source of the NMOS transistor Q300 is connected to the ground, the SW306 is connected between the gate and the drain, and the SW307 and the capacitor Cf300 connected in series with this are connected in parallel. A common connection point of the capacitors Cf300 and SW307 is connected to Vag via SW305.
Further, one of the current sources I301 is connected to the voltage source VDD, and the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q301. The source of the NMOS transistor Q301 is connected to the ground, the SW308 is connected between the gate and the drain, and the SW309 and the capacitor Cf301 connected in series in parallel with this are connected. The common connection point of the capacitors Cf301 and SW309 is connected to Vag via SW310.
The gate of the NMOS transistor Q300 is connected to the capacitor CS300, and is further connected to Vip via SW301 and to Vag via SW303.
The gate of the NMOS transistor Q301 is connected to the capacitor CS301, and is further connected to Vin via SW302 and to Vag via SW304.

上述したように、ソース接地アンプ(Q300,Q301)を2つ用い、擬似差動形式にて動作する。入力段ペアを電流源にてバイアスしないことから1トランジスタ分、出力線形範囲が広く確保できる。更に負荷側からの電流源(I300,I301)によってバイアスされることで出力動作点が決まるので従来オペアンプのようなCMFB回路を必要としない。
しかしながら前述したソース接地を用いたオペアンプは周波数特性の兼ね合いからgm(トランス・コンダクタンス)が決まってしまうため、更なる低電力化を期待することはできない。
特開平9−306193号公報 特開2001−196909号公報 Daisuke Miyazaki et all, “A 10-b 30-MS/s LOW-POWER Pipelined CMOS A/D Converter Using a Pseudo differential Architecture” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT,VOL.38,NO2, p370-373, FEBRUARY 2003
As described above, two source-grounded amplifiers (Q300, Q301) are used and operate in a pseudo differential format. Since the input stage pair is not biased by the current source, a wide output linear range can be secured for one transistor. Further, since the output operating point is determined by being biased by the current source (I300, I301) from the load side, a CMFB circuit like a conventional operational amplifier is not required.
However, the above-mentioned operational amplifier using the grounded source determines gm (transformer conductance) from the balance of frequency characteristics, and therefore cannot expect further reduction in power.
JP-A-9-306193 JP 2001-196909 A Daisuke Miyazaki et all, “A 10-b 30-MS / s LOW-POWER Pipelined CMOS A / D Converter Using a Pseudo differential Architecture” IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUIT, VOL.38, NO2, p370-373, FEBRUARY 2003

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところはソース接地入力のオペアンプを低消費電力化したサンプルホールド回路及びそれを用いたAD変換器を提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a sample-and-hold circuit in which an operational amplifier having a common-source input has reduced power consumption and an AD converter using the same.

本発明は、第1の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第1の切り換え手段と、第1の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第2の切り換え手段と、第2の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第3の切り換え手段と、第2の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第4の切り換え手段と、前記第1と第2の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第1のキャパシタと、前記第3と第4の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第2のキャパシタと、前記第1と第2のキャパシタの出力が第1と第2の入力端子に接続され、増幅して第1と第2の出力端子から出力する第1の増幅器と、前記第1の入力端子と第1の出力端子間に接続された第5の切り換え手段と第3のキャパシタと、前記第2の入力端子と第2の出力端子間に接続された第6の切り換え手段と第4のキャパシタと、前記第1の増幅器の第1と第2の出力端子と基準電源間に接続された第1と第2の可変電流源と、前記第2の制御信号が供給され、該第2の制御信号が供給される期間、前記第1の増幅器の動作状態を固定する動作設定手段とを有する。   The present invention provides a first switching means that is supplied with a first reference signal and is turned on / off by a first control signal, and a first switching means that is supplied with a first input signal and is turned on / off by a second control signal. 2 switching means, a third switching means which is supplied with a second reference signal and is turned on / off by a first control signal, and an on / off action which is supplied with a second input signal and is supplied with a second control signal A fourth switching means, a first capacitor to which a signal from the first and second switching means is alternatively supplied by the first and second control signals, and the third and fourth A second capacitor to which a signal from the switching means is supplied alternatively by the first and second control signals, and outputs of the first and second capacitors to the first and second input terminals. A first amplifier connected, amplified and output from the first and second output terminals; A fifth switching means and a third capacitor connected between the first input terminal and the first output terminal, and a sixth switching connected between the second input terminal and the second output terminal. Means, a fourth capacitor, first and second variable current sources connected between first and second output terminals of the first amplifier and a reference power source, and the second control signal. And an operation setting means for fixing an operation state of the first amplifier during a period in which the second control signal is supplied.

本発明は、第1の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第1の切り換え手段と、第1の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第2の切り換え手段と、第2の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第3の切り換え手段と、第2の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第4の切り換え手段と、前記第1と第2の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第1のキャパシタと、前記第3と第4の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第2のキャパシタと、前記第1と第2のキャパシタの出力が第1と第2の入力端子に接続され、増幅して第1と第2の出力端子から出力するソース接地増幅器と、前記第1の入力端子と第1の出力端子間に接続された第5の切り換え手段と第3のキャパシタと、前記第2の入力端子と第2の出力端子間に接続された第6の切り換え手段と第4のキャパシタと、前記第1の増幅器の第1と第2の出力端子と基準電源間に接続された第1と第2の可変電流源と、前記第2の制御信号が供給され、該第2の制御信号が供給される期間、前記ソース接地増幅器の動作状態を固定する動作設定手段とを有する。   The present invention provides a first switching means that is supplied with a first reference signal and is turned on / off by a first control signal, and a first switching means that is supplied with a first input signal and is turned on / off by a second control signal. 2 switching means, a third switching means which is supplied with a second reference signal and is turned on / off by a first control signal, and an on / off action which is supplied with a second input signal and is supplied with a second control signal A fourth switching means, a first capacitor to which a signal from the first and second switching means is alternatively supplied by the first and second control signals, and the third and fourth A second capacitor to which a signal from the switching means is supplied alternatively by the first and second control signals, and outputs of the first and second capacitors to the first and second input terminals. Grounded source amplification that is connected, amplified, and output from the first and second output terminals And a fifth switching means and a third capacitor connected between the first input terminal and the first output terminal, and a sixth switch connected between the second input terminal and the second output terminal. Switching means, a fourth capacitor, first and second variable current sources connected between the first and second output terminals of the first amplifier and a reference power supply, and the second control signal And an operation setting means for fixing an operation state of the common-source amplifier during a period in which the second control signal is supplied.

本発明は、サンプリング周波数に等しく互いに重なり合わない第1及び第2のクロックで制御され、前記第1のクロックがオンの時点で導通状態となる第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチと、前記第2のクロックがオンの時に導通状態となる第7、第8、第9及び第10のスイッチと、オペアンプと該オペアンプに負帰還を施す容量と前記第3あるいは第4のスイッチを介して入力信号をサンプルする容量とを有し、前記第1及び第2のスイッチは前記オペアンプに負帰還を施す前記容量と並列に接続され、前記第1のクロックがオンの時に前記オペアンプの入出力をショートし、サミングノードの電位と入力電圧との差がサンプル容量にチャージされ、前記第2のクロックがオンの時に前記第9及び第10のスイッチに動作点を決定する参照電圧が供給され、前記サンプル容量にチャージされた電圧と前記参照電圧との差分が前記サンプル容量と帰還容量との比によって増幅し出力し、前記オペアンプが2組のソース接地入力段と2組の電流源から成り、それぞれの一方の組には前記第2のクロックで導通状態となるスイッチが挿入されており、前記第2のクロックに同期にしてバイアス電流値と入力トランジスタのゲート幅サイズが(n+1)倍[n>0,整数]とされることを特徴とする。   The present invention is controlled by first and second clocks that are equal to the sampling frequency and do not overlap each other, and the first, second, third, fourth, and second states that become conductive when the first clock is on. The fifth and sixth switches, the seventh, eighth, ninth, and tenth switches that are turned on when the second clock is on, the operational amplifier, the capacitance that applies negative feedback to the operational amplifier, and the third Or a capacitor for sampling an input signal through a fourth switch, wherein the first and second switches are connected in parallel with the capacitor for applying negative feedback to the operational amplifier, and the first clock is turned on. The input / output of the operational amplifier is short-circuited at the time, the difference between the potential of the summing node and the input voltage is charged to the sample capacitor, and the ninth and tenth switches operate when the second clock is on. And a difference between the voltage charged in the sample capacitor and the reference voltage is amplified by a ratio of the sample capacitor and the feedback capacitor, and the operational amplifier has two sets of common source input stages. And a pair of current sources, and a switch that is turned on by the second clock is inserted in each of the sets, and the bias current value and the gate of the input transistor are synchronized with the second clock. The width size is (n + 1) times [n> 0, integer].

本発明は、アナログ信号をデジタルコードに変換するAD変換器と、該AD変換器の出力するデジタルコードをアナログ値に変換数するDA変換器と、前記AD変換器に印加しているアナログ信号と前記DA変換器から出力されるアナログ信号との差分を2(a-1)[a:AD変換器の分解能]倍して出力するサンプルホールド回路とで構成されるAD変換サブブロックを複数個縦続接続したパイプライン型AD変換器であって、前記サンプルホールド回路は、サンプリング周波数に等しく互いに重なり合わない第1及び第2のクロックで制御され、前記第1のクロックがオンの時点で導通状態となる第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチと、前記第2のクロックがオンの時に導通状態となる第7、第8、第9及び第10のスイッチと、オペアンプと該オペアンプに負帰還を施す容量と前記第3あるいは第4のスイッチを介して入力信号をサンプルする容量と、前記第1及び第2のスイッチは前記オペアンプに負帰還を施す前記容量と並列に接続され、前記第1のクロックがオンの時に前記オペアンプの入出力をショートし、サミングノードの電位と入力電圧との差がサンプル容量にチャージされ、前記第2のクロックがオンの時に前記第9及び第10のスイッチに動作点を決定する参照電圧が供給され、前記サンプル容量にチャージされた電圧と前記参照電圧との差分が前記サンプル容量と帰還容量との比によって増幅し出力し、前記オペアンプが2組のソース接地入力段と2組の電流源から成り、それぞれの一方の組には前記第2のクロックで導通状態となるスイッチが挿入されており、前記第2のクロックに同期にしてバイアス電流値と入力トランジスタのゲート幅サイズが(n+1)倍[n>0,整数]とされることを特徴とする。 The present invention includes an AD converter that converts an analog signal into a digital code, a DA converter that converts the digital code output from the AD converter into an analog value, and an analog signal applied to the AD converter. A plurality of AD conversion sub-blocks composed of a sample-and-hold circuit that outputs the difference from the analog signal output from the DA converter multiplied by 2 (a-1) [a: resolution of the AD converter]. A connected pipeline type AD converter, wherein the sample and hold circuit is controlled by first and second clocks that are equal to a sampling frequency and do not overlap each other, and is in a conductive state when the first clock is turned on. First, second, third, fourth, fifth and sixth switches, and seventh, eighth, ninth and tenth switches which become conductive when the second clock is on, Oh A capacitor for applying negative feedback to the amplifier and the operational amplifier, a capacitor for sampling an input signal through the third or fourth switch, and the first and second switches in parallel with the capacitor for applying negative feedback to the operational amplifier. When the first clock is on, the input / output of the operational amplifier is short-circuited, the difference between the potential of the summing node and the input voltage is charged to the sample capacitor, and when the second clock is on, the first The reference voltage for determining the operating point is supplied to the ninth and tenth switches, and the difference between the voltage charged in the sample capacitor and the reference voltage is amplified by the ratio of the sample capacitor and the feedback capacitor and output, The operational amplifier is composed of two sets of a common source input stage and two sets of current sources, and a switch that is turned on by the second clock is inserted in each set. Are the in the synchronization with the second clock gate width size of the bias current value and the input transistor (n + 1) times [n> 0, integer, characterized in that it is a.

本発明のサンプルホールド回路は、増幅器の電流源と増幅用トランジスタのサイズを動作モードに応じてスイッチを用いて切り換え、動作電流を可変することとにより動作平均電流を削減することができる。
さらに、このサンプルホールド回路をパイプラインAD変換器に用いることにより、消費電流を削減できる。
The sample and hold circuit of the present invention can reduce the average operating current by changing the operating current by switching the size of the current source of the amplifier and the size of the amplifying transistor using a switch according to the operating mode.
Furthermore, the current consumption can be reduced by using this sample and hold circuit in a pipeline AD converter.

本発明のサンプルホールド回路10について図1と図2を参照して説明する。
電圧源VDDに電流源I1の一方が接続され、他方はNMOSトランジスタQ1のドレインに接続され、また電流源I1と並列に電流源I2とスイッチSW13が直列接続されている。電流源I2は電流源I1のn倍の電流を流す電流源である。NMOSトランジスタQ1のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW6が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW7とキャパシタCf1が接続されている。このキャパシタCf1とSW7の共通接続点はSW5を介してVagに接続されている。
擬似差動回路を構成するNMOSトランジスタQ1と並列にソース接地型NMOSトランジスタQ3が設けられ、このゲートがQ1のゲートと共通接続され、ドレインはSW11を介してQ1のドレインに接続されている。
また、電流源I3の一方が電圧源VDDに接続され、他方はNMOSトランジスタQ2のドレインに接続される。また電流源I3と並列に電流源I4とSW14が直列接続されている。電流I4は電流源I3のn倍の電流を流す電流源である。
NMOSトランジスタQ2のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW8が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW9とキャパシタCf2が接続されている。このキャパシタCf2とSW9の共通接続点はSW10を介してVagに接続されている。
NMOSトランジスタQ4もNMOSトランジスタQ3と同様に構成される。すなわち、NMOSトランジスタQ2と並列にソース接地型NMOSトランジスタQ4が設けられ、このゲートがQ2のゲートと共通接続され、ドレインはSW12を介してQ2のドレインにそれぞれ接続されている。
ここで、NMOSトランジスタQ3とQ4のゲート幅はNMOSトランジスタQ1とQ2のゲート幅のn倍に設定され、NMOSトランジスタQ1とQ2に流れるドレイン電流をI0とすると、n*I0のドレイン電流がそれぞれ流れる。
NMOSトランジスタQ1,Q3のゲートはキャパシタCS1に接続され、さらにSW1を介してVipに、またSW3を介してVagにそれぞれ接続されている。
NMOSトランジスタQ2,Q4のゲートはキャパシタCS2に接続され、さらにSW2を介してVinに、またSW4を介してVagにそれぞれ接続されている。
そして、NMOSトランジスタQ1とQ2の各ドレインが出力VonとVopにそれぞれ接続されている。
A sample and hold circuit 10 of the present invention will be described with reference to FIGS.
One of the current sources I1 is connected to the voltage source VDD, the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q1, and the current source I2 and the switch SW13 are connected in series in parallel with the current source I1. The current source I2 is a current source that supplies a current n times that of the current source I1. The source of the NMOS transistor Q1 is connected to the ground, SW6 is connected between the gate and drain, and SW7 and capacitor Cf1 connected in series are connected in parallel with this. The common connection point of the capacitors Cf1 and SW7 is connected to Vag via SW5.
A common source NMOS transistor Q3 is provided in parallel with the NMOS transistor Q1 constituting the pseudo-differential circuit, the gate is connected in common with the gate of Q1, and the drain is connected to the drain of Q1 via SW11.
One of the current sources I3 is connected to the voltage source VDD, and the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q2. A current source I4 and SW14 are connected in series in parallel with the current source I3. The current I4 is a current source that supplies a current n times that of the current source I3.
The source of the NMOS transistor Q2 is connected to the ground, the SW8 is connected between the gate and the drain, and the SW9 and the capacitor Cf2 connected in series are connected in parallel thereto. The common connection point of the capacitors Cf2 and SW9 is connected to Vag via SW10.
The NMOS transistor Q4 is configured similarly to the NMOS transistor Q3. That is, a common source NMOS transistor Q4 is provided in parallel with the NMOS transistor Q2, and its gate is commonly connected to the gate of Q2, and its drain is connected to the drain of Q2 via SW12.
Here, the gate widths of the NMOS transistors Q3 and Q4 are set to n times the gate width of the NMOS transistors Q1 and Q2, and if the drain current flowing through the NMOS transistors Q1 and Q2 is I0, the drain current of n * I0 flows. .
The gates of the NMOS transistors Q1 and Q3 are connected to the capacitor CS1, and further connected to Vip via SW1 and to Vag via SW3.
The gates of the NMOS transistors Q2 and Q4 are connected to the capacitor CS2, and are further connected to Vin via SW2 and to Vag via SW4.
The drains of the NMOS transistors Q1 and Q2 are connected to the outputs Von and Vop, respectively.

つぎに、図1に示した本発明の一実施形態例であるソース接地ペアを有するオペアンプを用いたサンプルホールド回路10についての基本動作を、図2に示したタイミング波形を用いて説明する。
リセットモードのとき、図2(A)において、CK1が“H”レベル、図2(B)のCK2が“L”レベルとなり、そのときの各スイッチは、それぞれSW1,SW2,SW5,SW6,SW8,SW10がONで、SW3,SW4,SW7,SW9,SW11,SW12,SW13,SW14がOFFとなる。
SW13,SW14はOFFしているので、NMOSトランジスタQ1,Q2の電流源はI0の電流値を有するI1とI3で、これがドレイン電流としてソースを介してグランドに流れる。
またSW11とSW12もOFFしているので、上述のようにNMOSトランジスタQ1とQ2のみが動作する。
NMOSトランジスタQ1とQ2の入出力端子のゲートとドレインはそれぞれショートされ、MOSダイオードとして動作する。
SW7とSW9はOFFになっているので、帰還キャパシタCf1とCf2にVag電圧が供給され、これらのキャパシタにプリチャージされる。
オペアンプの入力側において、SW1とSW2はONでショートしているので、Vipが入力キャパシタCS1に供給され、NMOSトランジスタQ1(MOSダイオード)のVgsに対して充電する。
一方、VinはSW2を介して入力キャパシタCS2に供給され、NMOSトランジスタQ2(MOSダイオード)のVgsに対して充電される。
Next, the basic operation of the sample-and-hold circuit 10 using the operational amplifier having the common source pair shown in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the timing waveform shown in FIG.
In the reset mode, in FIG. 2A, CK1 is at “H” level and CK2 in FIG. 2B is at “L” level, and the switches at that time are SW1, SW2, SW5, SW6, SW8, respectively. , SW10 is ON, and SW3, SW4, SW7, SW9, SW11, SW12, SW13, SW14 are OFF.
Since SW13 and SW14 are OFF, the current sources of the NMOS transistors Q1 and Q2 are I1 and I3 having a current value of I0, and this flows as a drain current to the ground through the source.
Since SW11 and SW12 are also OFF, only the NMOS transistors Q1 and Q2 operate as described above.
The gates and drains of the input / output terminals of the NMOS transistors Q1 and Q2 are short-circuited to operate as MOS diodes.
Since SW7 and SW9 are OFF, the Vag voltage is supplied to the feedback capacitors Cf1 and Cf2, and these capacitors are precharged.
Since SW1 and SW2 are ON and short-circuited on the input side of the operational amplifier, Vip is supplied to the input capacitor CS1 to charge Vgs of the NMOS transistor Q1 (MOS diode).
On the other hand, Vin is supplied to the input capacitor CS2 via SW2, and charged to Vgs of the NMOS transistor Q2 (MOS diode).

このように、本回路はサンプルホールドがリセットモードのとき、スイッチを切り換えて電流量を削減するとともにトランジスタのサイズ(ゲート幅)も1/(n+1)倍として、常に電流密度を等しくしている。
これは、電流値だけを変えトランジスタのサイズをそれに伴って変えないと、ゲート−ソース間の電圧Vgsの大きさが変わってしまい、入力コモン電圧の変化と等価になってしまう。その結果、ソース接地型アンプの入力段でこの変化分を増幅するため出力動作点がずれてしまう問題点が発生する。
このような問題を防止するため、本発明の構成において、電流源を切り換えたとき、電流密度が一定となるように、スイッチを設けてトランジスタのサイズを可変するようにした。
In this way, when the sample and hold is in the reset mode, this circuit switches the switch to reduce the amount of current, and the transistor size (gate width) is also 1 / (n + 1) times so that the current density is always equal.
If only the current value is changed and the size of the transistor is not changed accordingly, the magnitude of the gate-source voltage Vgs changes, which is equivalent to the change of the input common voltage. As a result, this change is amplified at the input stage of the common-source amplifier, so that the output operating point shifts.
In order to prevent such a problem, in the configuration of the present invention, when the current source is switched, a switch is provided to change the size of the transistor so that the current density becomes constant.

次に、図2(A)においてCK1が“L”レベル、図2(B)においてCK2が“H”レベルのアンプモード時について説明する。
このとき、SW1,SW2,SW5,SW6,SW8,SW10がOFF、SW3,SW4,SW7,SW9,SW11,SW12,SW13,SW14がONとなる。
SW13がONになっているので、電流源はI1とI2が合計された(1+n)*I0となり、これがソース接地NMOSトランジスタQ1,Q3に流れる。またSW14もONになっているので、I3とI4の合計された電流源(1+n)*I0のドレイン電流がNMOSトランジスタQ2,Q4に流れる。
NMOSトランジスタQ1,Q3とQ2,Q4の入出力端子のゲートとドレインはDC的にオープンになり、ダイオードから増幅器へ変化する。
VagはSW3を介して入力キャパシタCS1に供給される。そして、帰還キャパシタCf1には入力電圧VinからVagの電圧差がゲイン(Cf1/CS1)倍されて、その電圧に相当する電荷量とCf1にプリチャージされていた電荷が蓄積される。
同様に、VagはSW4を介して入力キャパシタCS2に供給される。帰還キャパシタCf2には、VinとVagの電圧差をゲイン(Cf2/CS2)倍した電圧に相当する電荷とCf2にプリチャージされていた電荷が蓄積される。
上述したように、アンプモードのとき、動作電流である電流源をリセットモードに比べて(1+n)倍とし、かつトランジスタのサイズもそれに伴って(1+n)倍としたため、高速動作させることができ、かつその際ゲート−ソース間のVgsを一定としたため、入力側のコモンモードに相当する同相電圧の変動を防止できた。
さらに、リセットモード時に動作電流をI0とし、アンプモード時に(1+n)*I0として、動作モードに応じて電流値を切り換えて、効率よく動作させることにより、平均動作電流を少なくすることができた。
Next, the amplifier mode in which CK1 is “L” level in FIG. 2A and CK2 is “H” level in FIG. 2B will be described.
At this time, SW1, SW2, SW5, SW6, SW8, and SW10 are OFF, and SW3, SW4, SW7, SW9, SW11, SW12, SW13, and SW14 are ON.
Since SW13 is ON, the current source becomes (1 + n) * I0 obtained by adding I1 and I2, and this flows to the common source NMOS transistors Q1 and Q3. Since SW14 is also ON, the drain current of the current source (1 + n) * I0 obtained by adding I3 and I4 flows to the NMOS transistors Q2 and Q4.
The gates and drains of the input / output terminals of the NMOS transistors Q1, Q3, Q2, and Q4 are DC open, and change from diodes to amplifiers.
Vag is supplied to the input capacitor CS1 via SW3. The voltage difference between the input voltage Vin and Vag is multiplied by a gain (Cf1 / CS1) in the feedback capacitor Cf1, and the charge amount corresponding to the voltage and the charge precharged in Cf1 are accumulated.
Similarly, Vag is supplied to the input capacitor CS2 via SW4. The feedback capacitor Cf2 stores a charge corresponding to a voltage obtained by multiplying the voltage difference between Vin and Vag by a gain (Cf2 / CS2) and a charge precharged in Cf2.
As described above, in the amplifier mode, the current source that is the operating current is (1 + n) times that of the reset mode, and the transistor size is also (1 + n) times that of the reset mode. At this time, since the gate-source Vgs is constant, it is possible to prevent the common-mode voltage fluctuation corresponding to the common mode on the input side.
Furthermore, the average operating current can be reduced by switching the current value in accordance with the operation mode and operating efficiently by setting the operation current to I0 in the reset mode and (1 + n) * I0 in the amplifier mode.

上述した実施形態例のサンプルホールド回路10はNMOSトランジスタを用いた例を示したが、これ以外にPMOSトランジスタで構成することもできるし、さらに絶縁ゲートを用いたFETで構成することができる。   Although the sample hold circuit 10 of the above-described embodiment has shown an example using an NMOS transistor, it can also be constituted by a PMOS transistor, or can be constituted by an FET using an insulated gate.

図3は本実施形態例のサンプルホールド回路をパイプラインAD変換器50に用いた他の実施形態例を示したものである。初段にはサンプルホールド(S/H)31が配置され、その後n−bit/stageのビットブロック(32A,32B,32C,32D,・・・)が分解能に応じて縦続接続される。各ビットブロックからAD変換したディジタルデータはエラー訂正/クロック発生回路33で足し合わされエラーコレクション後出力される。
n−bit/stageのビットブロック(32A,32B,32C,32D,・・・)の構成はn−bitADC41とDAC42、そして入力アナログ電圧InとDAC42から再生される出力電圧との差を2(n-1)倍に増幅するサンプルホールド回路44から成る。DAC、減算、増幅、ホールドはMDAC(Multiplying DAC)40と呼ばれる回路一つで実現することができ、パイプラインADC(変換器)には多用される。このMDAC40においても本発明のS/H回路は適用することができる。
FIG. 3 shows another embodiment in which the sample hold circuit of this embodiment is used in a pipeline AD converter 50. In FIG. A sample hold (S / H) 31 is arranged in the first stage, and then n-bit / stage bit blocks (32A, 32B, 32C, 32D,...) Are cascaded in accordance with the resolution. Digital data obtained by AD conversion from each bit block is added by the error correction / clock generation circuit 33 and output after error correction.
The n-bit / stage bit block (32A, 32B, 32C, 32D,...) has a difference between the n-bit ADC 41 and the DAC 42 and the input analog voltage In and the output voltage reproduced from the DAC 42 by 2 (n -1) It comprises a sample hold circuit 44 that amplifies the signal twice. DAC, subtraction, amplification, and hold can be realized by a single circuit called MDAC (Multipleing DAC) 40, and is often used for pipeline ADCs (converters). The S / H circuit of the present invention can also be applied to this MDAC 40.

次にこのパイプラインAD変換器50の動作について説明する。アナログ入力信号(Analog In)がサンプルホールド(S/H)回路31に入力されると、サンプリング期間、サンプルクロックに同期してアナログ信号をサンプリングする。次のタイミング(クロック)でサンプリングされたアナログ信号をホールドする。上述したように、スイッチドキャパシタを用いたS/H回路ではサンプリング(リセットモード)期間入力キャパシタCSに(Vip−Vag)が充電され、また帰還キャパシタCfにはVagが充電される。
リセットモードでは、S/H回路31のソース接地アンプの各NMOSトランジスタのドレインに流れる電流をアンプモード時の1/(1+n)倍に設定して、電流を少なくして低消費電力化している。また電流を減らしたことによるVgsの変動を抑えるため、動作トランジスタのサイズ(ゲート幅)も1/(1+n)倍に小さくした。
一方アンプモードのとき、入力キャパシタの電荷は帰還キャパシタCfに転送される。その結果、オペアンプの出力にはサンプリング電圧をゲイン倍した量とVagが加算された電圧が出力される。
アンプモードのとき、ソース接地型NMOSトランジスタの動作電流を、スイッチを切り換えて電流源にn倍の電流源を追加して(1+n)*I0に設定し、かつトランジスタのサイズ(ゲート幅)も(1+n)倍になるようにして、電流密度を一定にしてVgsを一定にしかつ高速動作させるようにした。この結果アンプの入力側の動作点の変動に関係するVgsは電流量を可変しても一定となるから、入力の同相変動は劣化しない。
Next, the operation of the pipeline AD converter 50 will be described. When the analog input signal (Analog In) is input to the sample hold (S / H) circuit 31, the analog signal is sampled in synchronization with the sample clock during the sampling period. The analog signal sampled at the next timing (clock) is held. As described above, in the S / H circuit using the switched capacitor, (Vip−Vag) is charged in the input capacitor CS during the sampling (reset mode) period, and Vag is charged in the feedback capacitor Cf.
In the reset mode, the current flowing through the drain of each NMOS transistor of the common source amplifier of the S / H circuit 31 is set to 1 / (1 + n) times that in the amplifier mode to reduce the current and reduce the power consumption. Further, the size (gate width) of the operating transistor was reduced to 1 / (1 + n) times in order to suppress the variation in Vgs due to the reduction in current.
On the other hand, in the amplifier mode, the charge of the input capacitor is transferred to the feedback capacitor Cf. As a result, a voltage obtained by adding the amount obtained by multiplying the sampling voltage by the gain and Vag is output to the output of the operational amplifier.
In the amplifier mode, the operating current of the common-source NMOS transistor is set to (1 + n) * I0 by switching the switch and adding an n-fold current source to the current source, and the transistor size (gate width) is also ( The current density was made constant, Vgs was made constant, and high-speed operation was performed so as to be 1 + n) times. As a result, Vgs related to the fluctuation of the operating point on the input side of the amplifier becomes constant even if the amount of current is varied, so that the common mode fluctuation of the input does not deteriorate.

S/H回路31でホールドされた信号はビットブロック32Aに入力され、所定の精度(ビット)でアナログ信号がディジタル信号に変換される。このAD変換器41のビット精度として、1.5ビット、2,3または4ビットなどがあり、各ビットブロックで精度は使い分けられる。
AD変換器41の構成はフラッシュ型構成が用いられ、パイプライン動作ができるように高速動作させている。そのため、比較器がビット数の2のべき乗−1に比例するので、できるだけビット数は少なくするようにしている。1.5ビットのとき2個、2ビットのとき3個、3ビットのとき7個、・・・となり、比較器の数が多くなるとチップ面積が大きくなるので、ビットブロックの段数とビット精度を考慮して決めている。
The signal held by the S / H circuit 31 is input to the bit block 32A, and the analog signal is converted into a digital signal with a predetermined accuracy (bit). The AD converter 41 has a bit precision of 1.5 bits, 2, 3 or 4 bits, and the precision is properly used for each bit block.
The AD converter 41 has a flash configuration and is operated at high speed so that a pipeline operation is possible. Therefore, since the comparator is proportional to the power of 2 minus the number of bits, the number of bits is made as small as possible. 2 for 1.5 bits, 3 for 3 bits, 7 for 3 bits, and so on. As the number of comparators increases, the chip area increases. Decided in consideration.

AD変換器41でディジタル信号に変換されたデータは、図3に示したエラー訂正/クロック発生回路33に供給されるとともに、MDA40を構成するDA変換器42に供給される。
DA変換器42でディジタル信号がアナログ信号に変換され減算器43に供給されて、ホールドされた入力アナログ信号と減算処理が行われる。すなわち、この減算器43から出力される信号は、入力アナログ信号から上位(32A)の信号を引いた差信号が出力される。この差信号はS/H44に供給され、そこで2の(n1−1)べき乗のゲイン倍してかつこの増幅した信号をホールドする。
次に、ビットブロック32AのS/H回路44でホールドされたアナログ信号を、次段のビットブロック32Bに供給し、32Aで説明した同じ動作をし、さらに細かい量子化を行う。以下、この動作をエラー訂正/クロック発生回路から出力されるクロックタイミングにしたがって繰り返す。
The data converted into a digital signal by the AD converter 41 is supplied to the error correction / clock generation circuit 33 shown in FIG. 3 and is also supplied to the DA converter 42 constituting the MDA 40.
The digital signal is converted into an analog signal by the DA converter 42 and supplied to the subtractor 43, and the held input analog signal is subtracted. That is, the signal output from the subtracter 43 is a difference signal obtained by subtracting the upper (32A) signal from the input analog signal. This difference signal is supplied to the S / H 44, where it is multiplied by a gain of (n1-1) to the power of 2, and this amplified signal is held.
Next, the analog signal held by the S / H circuit 44 of the bit block 32A is supplied to the bit block 32B at the next stage, performs the same operation as described in 32A, and performs further quantization. Thereafter, this operation is repeated according to the clock timing output from the error correction / clock generation circuit.

上述した、各ビットブロックはサンプルホールド機能を持つので、時間的に順次続く入力信号に対して、各ビットブロックが順次変換を行っており、高速な変換動作が可能になる。すなわち、たとえばビットブロック32AがAD変換動作を行っているとき、次段のビットブロック32Bはビットブロック32AがAD変換している信号の1つ前にサンプリングされたアナログ信号をAD変換していることになる。
このように、構成されたビットブロックの段数の数だけの時系列にサンプリングされたアナログ信号を同時にAD変換し、そのAD変換されたデータをクロックタイミングにしたがって、逐次ディジタルデータとしてエラー訂正/クロック発生回路33から取り出すことができる。
また、本発明の構成においては、上述したように、S/H回路のリセットモード時とアンプ(サンプリング)モード時のアンプの動作電流を切り換え、リセットモード時の動作電流を削減したことにより、低消費電力化ができた。
Since each bit block described above has a sample-and-hold function, each bit block sequentially converts an input signal that sequentially continues in time, and a high-speed conversion operation becomes possible. That is, for example, when the bit block 32A is performing an AD conversion operation, the bit block 32B at the next stage is AD converting the analog signal sampled immediately before the signal that the bit block 32A is AD converting. become.
In this way, analog signals sampled in time series corresponding to the number of stages of the configured bit block are simultaneously AD-converted, and the AD-converted data is sequentially subjected to error correction / clock generation as digital data according to the clock timing. The circuit 33 can be taken out.
Further, in the configuration of the present invention, as described above, the operation current of the amplifier in the reset mode and the amplifier (sampling) mode in the S / H circuit is switched to reduce the operation current in the reset mode. Power consumption has been reduced.

MDAC40(70)は図3に示したように、DA変換器42、減算器43とS/H回路44の機能を一つの回路で実現する。詳細な構成とその動作について図4を用いて説明する。
図4において、電圧源VDDに電流源I71の一方が接続され、他方はNMOSトランジスタQ71のドレインに接続される。またこの電流源I71と並列にSW79と電流源I73が直列接続されている。NMOSトランジスタQ71のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW72が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW73と帰還キャパシタCf71が接続されている。この帰還キャパシタCf71とSW73の共通接続点はSW71を介してVagに接続されている。
NMOSトランジスタ71と並列にゲートが共通接続されたソース接地NMOSトランジスタQ73が接続され、ドレインはSW77を介してNMOSトランジスタ71のドレインと接続されている。
As shown in FIG. 3, the MDAC 40 (70) realizes the functions of the DA converter 42, the subtractor 43, and the S / H circuit 44 by a single circuit. A detailed configuration and operation thereof will be described with reference to FIG.
In FIG. 4, one of the current sources I71 is connected to the voltage source VDD, and the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q71. Further, the SW 79 and the current source I 73 are connected in series with the current source I 71 in parallel. The source of the NMOS transistor Q71 is connected to the ground, the SW72 is connected between the gate and the drain, and the SW73 and the feedback capacitor Cf71 connected in series in parallel with this are connected. The common connection point of the feedback capacitors Cf71 and SW73 is connected to Vag via SW71.
A common source NMOS transistor Q73 having a common gate connected in parallel with the NMOS transistor 71 is connected, and the drain is connected to the drain of the NMOS transistor 71 via the SW77.

また、電流源I72の一方が電圧源VDDに接続され、他方はNMOSトランジスタQ72のドレインに接続される。またこの電流源I72と並列に直列接続されたSW80と電流源I74が接続されている。NMOSトランジスタQ72のソースがグランドに接続され、ゲートとドレイン間はSW74が接続され、またこれと並列に直列接続されたSW75と帰還キャパシタCf72が接続されている。この帰還キャパシタCf72とSW75の共通接続点はVagに接続されている。
NMOSトランジスタ72と並列にゲートが共通接続されたソース接地型NMOSトランジスタQ74が接続され、ドレインはSW78を介してNMOSトランジスタ72のドレインと接続されている。
NMOSトランジスタQ71のゲートは入力回路72A,72B,・・・,72Nに接続される。ゲートがたとえばこの入力回路72AのキャパシタCS72Aに接続され、さらにSW72AAを介して入力信号Vipと、またSW72AB,SW72ACを介して参照電圧VT,VBに接続されている。72B,・・・,72Nも同様に接続される。
NMOSトランジスタQ72のゲートは入力回路73A,73B,・・・,73Nに接続される。ゲートはたとえばこの入力回路73Aを構成するキャパシタCS73Aに接続され、さらにSW73Aを介してVinに、またSW73Bを介して参照電圧VB,SW73Cを介して参照電圧VTにそれぞれ接続されている。入力回路73B,・・・,73Nも同様に接続される。
NMOSトランジスタQ71,Q73とQ72,Q74の各ドレインが出力VonとVopにそれぞれ接続されている。
One of the current sources I72 is connected to the voltage source VDD, and the other is connected to the drain of the NMOS transistor Q72. In addition, a SW 80 and a current source I 74 connected in series with the current source I 72 are connected. The source of the NMOS transistor Q72 is connected to the ground, the SW74 is connected between the gate and the drain, and the SW75 and the feedback capacitor Cf72 connected in series are connected in parallel with this. The common connection point of the feedback capacitors Cf72 and SW75 is connected to Vag.
A common source NMOS transistor Q74 whose gate is commonly connected is connected in parallel with the NMOS transistor 72, and its drain is connected to the drain of the NMOS transistor 72 via SW78.
The gate of the NMOS transistor Q71 is connected to the input circuits 72A, 72B,. The gate is connected to, for example, the capacitor CS72A of the input circuit 72A, and further connected to the input signal Vip via SW72AA and to the reference voltages VT and VB via SW72AB and SW72AC. 72B,..., 72N are similarly connected.
The gate of the NMOS transistor Q72 is connected to the input circuits 73A, 73B,. For example, the gate is connected to a capacitor CS73A constituting the input circuit 73A, and further connected to Vin via SW73A, and to reference voltage VT via SW73B and reference voltages VB and SW73C. Input circuits 73B,..., 73N are similarly connected.
The drains of the NMOS transistors Q71, Q73 and Q72, Q74 are connected to the outputs Von and Vop, respectively.

入力回路72A,72B,・・・72N、73A,73B,・・・73Nに設けられたサンプル容量CS72,CS73AはビットブロックのADの分解能に応じて設けられ、ビットブロックのADのサーモメータコード出力に従って参照電圧VT,VBに接続される。   The sample capacitors CS72 and CS73A provided in the input circuits 72A, 72B, ... 72N, 73A, 73B, ... 73N are provided in accordance with the resolution of the AD of the bit block, and the thermometer code output of the AD of the bit block Are connected to the reference voltages VT and VB.

次に、MDAC70の動作について説明する。
リセットモードのとき、図2(A),(B)を参照すると、CK1が“H”レベル、CK2が“L”レベルとなる。そのときの各スイッチは、SW71,SW72,SW72AA,SW74,SW76,SW73AAがONで、SW72AB,SW72AC,SW73,SW73AB,SW73AC,SW75,SW77,SW78,SW79,SW80がOFFとなる。ただし、SW72AB,SW72AC,SW73AB,SW73ACはADC41で制御され、VTまたはVBのどちらか一方選択されるよう切り換え動作する。
そして、NMOSトランジスタQ71、Q72のみが動作し、かつその動作電流はI71とI72に設定され、NMOSトランジスタQ71とQ72の入出力端子のゲートとドレインはショートされ、MOSダイオードとして動作する。
SW71,SW72とSW74,SW76はONでショートしているので、SW71とSW76を介してSW97とCf71の共通接続点、SW75とCf72の共通接続点にVagがそれぞれ供給される。
またリセットモードの場合、SW72とSW74はONになっているので、帰還キャパシタCf71にVag電圧が供給され、VagがNMOSトランジスタQ71(MOSダイオード)のVgsに対して充電される。
一方、入力回路72AのスイッチSW72AAがONであるので、前段のビットブロックのMDAC(70)からの出力電圧が今度は入力電圧、たとえばVipとして供給される。このスイッチを介してサンプル容量キャパシタCS72Aに供給され、NMOSトランジスタQ71(MOSダイオード)のVgsに対して充電される。
しかし他の2個のSW(SW72AB,SW72AC)がOFFしているので、AD変換器のサーモメータコード出力に従うサーモ電圧(参照電圧源VB,VT)は供給されない。
Next, the operation of the MDAC 70 will be described.
In the reset mode, referring to FIGS. 2A and 2B, CK1 becomes “H” level and CK2 becomes “L” level. In each switch at that time, SW71, SW72, SW72AA, SW74, SW76, and SW73AA are ON, and SW72AB, SW72AC, SW73, SW73AB, SW73AC, SW75, SW77, SW78, SW79, and SW80 are OFF. However, SW72AB, SW72AC, SW73AB, and SW73AC are controlled by the ADC 41 and perform switching operation so that either VT or VB is selected.
Only the NMOS transistors Q71 and Q72 operate, the operating currents are set to I71 and I72, the gates and drains of the input and output terminals of the NMOS transistors Q71 and Q72 are shorted, and operate as a MOS diode.
Since SW71, SW72 and SW74, SW76 are ON and short-circuited, Vag is supplied to the common connection point of SW97 and Cf71 and the common connection point of SW75 and Cf72 via SW71 and SW76, respectively.
In the reset mode, since SW72 and SW74 are ON, the Vag voltage is supplied to the feedback capacitor Cf71, and Vag is charged with respect to Vgs of the NMOS transistor Q71 (MOS diode).
On the other hand, since the switch SW72AA of the input circuit 72A is ON, the output voltage from the MDAC (70) of the preceding bit block is supplied as an input voltage, for example, Vip. The voltage is supplied to the sample capacitor CS72A via this switch, and charged to Vgs of the NMOS transistor Q71 (MOS diode).
However, since the other two SWs (SW72AB, SW72AC) are OFF, thermovoltages (reference voltage sources VB, VT) according to the thermometer code output of the AD converter are not supplied.

つぎに、アンプモードの時、各SWの動作はリセット時のときと逆状態となる、その結果、SW71,SW72,SW72AA,SW73AA,SW74,SW76はOFFとなり、SW73,SW76,SW77,SW78,SW79,SW80はONとなり、NMOSトランジスタQ71,Q73とQ72,Q74の入出力端子のゲートとドレインはDC的にオープンになり、増幅動作状態となる。またSW72AB,SW72AC,SW73AB,SW73ACはADC41からの制御信号によりON/OFFされ、VTまたはVBのいずれかに一方と接続される。その結果、それぞれの入力キャパシタを介してリセット時にサンプルされた入力信号とVTあるいはVBとの変化分がオペアンプに伝達される。この変化分はMDAC70のゲイン倍(=CS72/Cf71、ここでCS72=CS72A+CS72B+・・・+CS72N)されて出力される。
このように、アンプモードのとき、電流源のI71とI73、I72とI74が同時に供給され、それぞれのアンプの動作電流が(1+n)*I0と設定されて、リセット期間の動作と比較して高速動作できるようにされている。
一方アンプを構成するNMOSトランジスタも、Q71とQ73、Q72とQ73がパラレルに接続され、電流密度を一定にしてVgsを一定にするとともに、上述の定電流源からの増加した電流を用いて、高速動作できるようにしている。
Next, in the amplifier mode, the operation of each SW is opposite to that at the time of resetting. As a result, SW71, SW72, SW72AA, SW73AA, SW74, SW76 are turned off and SW73, SW76, SW77, SW78, SW79 are turned off. , SW80 are turned on, and the gates and drains of the input / output terminals of the NMOS transistors Q71, Q73 and Q72, Q74 are opened in a DC manner, and are in an amplification operation state. SW72AB, SW72AC, SW73AB, and SW73AC are turned on / off by a control signal from the ADC 41 and connected to one of VT and VB. As a result, the change between the input signal sampled at reset and VT or VB is transmitted to the operational amplifier via the respective input capacitors. This change is multiplied by the gain of MDAC 70 (= CS72 / Cf71, where CS72 = CS72A + CS72B +... + CS72N) and output.
Thus, in the amplifier mode, the current sources I71 and I73, and I72 and I74 are simultaneously supplied, and the operating currents of the respective amplifiers are set to (1 + n) * I0, which is faster than the operation in the reset period. Has been made to work.
On the other hand, the NMOS transistors constituting the amplifier are also connected to Q71 and Q73, Q72 and Q73 in parallel, the current density is made constant and Vgs is made constant, and the increased current from the constant current source described above is used to increase the speed. It can be operated.

以下同様に、各ビットブロック間で同じ動作を繰り返し、クロックタイミングに同期してAD変換の動作を行う。   Similarly, the same operation is repeated between the bit blocks, and AD conversion is performed in synchronization with the clock timing.

このように、リセットモードではアンプの動作電流値を1/(1+n)倍に抑え、サンプルホールドの平均電流源を低減した。このとき、アンプの入力段のトランジスタサイズも同様に1/(1+n)倍にし、常にトランジスタの電流密度を等しくした。したがって、電流値だけを変えると入力トランジスタのゲート−ソース間電圧Vgsの大きさが変わり、入力コモン電圧と等価となり、ソース接地入力段のアンプはこの変化分を増幅動作するため出力動作点がずれてしまう問題を防止できた。
また、電流源および入力段トランジスタに挿入するスイッチは基本的に、ドレイン側あるいはソース側もどちらでも良いが、入力段トランジスタに関してソース側にスイッチを挿入するとこのスイッチのON抵抗がソースとグランド間に直列に入り、ソースに帰還抵抗が入り好ましくない。したがって、上述した入力段のアンプ構成においては、NMOSトランジスタQ73,Q74のスイッチはドレイン側に設けたほうが特性上良い。
Thus, in the reset mode, the operating current value of the amplifier is suppressed to 1 / (1 + n) times, and the average current source of the sample hold is reduced. At this time, the transistor size of the input stage of the amplifier was similarly 1 / (1 + n) times, and the current density of the transistors was always made equal. Therefore, changing only the current value changes the magnitude of the gate-source voltage Vgs of the input transistor, which is equivalent to the input common voltage, and the amplifier at the source-grounded input stage amplifies this change, so the output operating point shifts. Could prevent the problem.
In addition, the switch to be inserted into the current source and the input stage transistor may basically be either on the drain side or the source side. However, when the switch is inserted on the source side with respect to the input stage transistor, the ON resistance of the switch becomes between the source and the ground. It is not preferable because it enters in series and a feedback resistor enters the source. Therefore, in the amplifier configuration of the input stage described above, it is better in terms of characteristics that the switches of the NMOS transistors Q73 and Q74 are provided on the drain side.

上述した実施形態例のMDAC回路70はNMOSトランジスタを用いた例を示したが、これ以外にPMOSトランジスタで構成することもできるし、さらに他の絶縁ゲートFETで構成することができる。   Although the MDAC circuit 70 of the above-described embodiment has shown an example in which an NMOS transistor is used, it can also be constituted by a PMOS transistor, or can be constituted by another insulated gate FET.

このように、本発明のサンプルホールド回路は、オペアンプのバイアスを制御し、また動作モードに応じてトランジスタのサイズを可変することにより、オペアンプの平均動作電流を低減することができた。
さらに、このサンプルホールド回路をパイプラインAD変換器に用いることにより、消費電流を削減することができた。
As described above, the sample hold circuit of the present invention can reduce the average operating current of the operational amplifier by controlling the bias of the operational amplifier and changing the size of the transistor according to the operation mode.
Furthermore, the current consumption can be reduced by using this sample hold circuit in a pipeline AD converter.

本発明のサンプルホールド回路の構成示す全体ブロック構成図である。It is a whole block block diagram which shows the structure of the sample hold circuit of this invention. 図1に示したサンプルホールド回路を説明するための動作タイミング図である。FIG. 2 is an operation timing chart for explaining the sample hold circuit shown in FIG. 1. パイプラインAD変換器の構成を示す全体ブロック図である。It is a whole block diagram which shows the structure of a pipeline AD converter. 図3に示したパイプラインAD変換器に用いられるMDAC回路の構成を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of an MDAC circuit used in the pipeline AD converter shown in FIG. 3. 従来例のサンプルホールド回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the sample hold circuit of a prior art example. 図5に示したサンプルホールド回路の動作を説明するための動作タイミング図である。FIG. 6 is an operation timing chart for explaining the operation of the sample and hold circuit shown in FIG. 5. サンプルホールド回路に用いられる増幅器の回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the circuit structure of the amplifier used for a sample hold circuit. 従来例の他のサンプルホールド回路構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the other sample hold circuit structure of a prior art example.

符号の説明Explanation of symbols

10,31,44,100,200,300…サンプルホールド回路、32A,32D,32C,32D…ビットブロック、33…エラー訂正/クロック発生回路、40,70…MDAC(Multipliyng DAC)、41…AD変換器(ADC)、42…DA変換器(DAC)、50…パイプラインAD変換器,201…CMFB(コモンモード・フィードバック)回路。 10, 31, 44, 100, 200, 300 ... sample hold circuit, 32A, 32D, 32C, 32D ... bit block, 33 ... error correction / clock generation circuit, 40, 70 ... MDAC (Multiple DAC), 41 ... AD conversion (ADC), 42... DA converter (DAC), 50... Pipeline AD converter, 201... CMFB (common mode feedback) circuit.

Claims (16)

第1の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第1の切り換え手段と、
第1の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第2の切り換え手段と、
第2の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第3の切り換え手段と、
第2の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第4の切り換え手段と、
前記第1と第2の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第1のキャパシタと、
前記第3と第4の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第2のキャパシタと、
前記第1と第2のキャパシタの出力が第1と第2の入力端子に接続され、増幅して第1と第2の出力端子から出力する増幅器と、
前記第1の入力端子と第1の出力端子間に接続された第5の切り換え手段と第3のキャパシタと、
前記第2の入力端子と第2の出力端子間に接続された第6の切り換え手段と第4のキャパシタと、
前記増幅器の第1と第2の出力端子と基準電源間に接続された第1と第2の可変電流源と、
前記第2の制御信号が供給され、該第2の制御信号が供給される期間、前記増幅器の動作状態を固定する動作設定手段と
を有するサンプルホールド回路。
A first switching means which is supplied with a first reference signal and which is turned on / off by a first control signal;
A second switching means which is supplied with a first input signal and is turned on / off by a second control signal;
A third switching means which is supplied with a second reference signal and is turned on / off by the first control signal;
A fourth switching means which is supplied with a second input signal and is turned on / off by a second control signal;
A first capacitor to which a signal from the first and second switching means is alternatively supplied by the first and second control signals;
A second capacitor to which a signal from the third and fourth switching means is alternatively supplied by the first and second control signals;
An amplifier in which the outputs of the first and second capacitors are connected to the first and second input terminals and amplifies and outputs from the first and second output terminals;
A fifth switching means and a third capacitor connected between the first input terminal and the first output terminal;
A sixth switching means and a fourth capacitor connected between the second input terminal and the second output terminal;
First and second variable current sources connected between first and second output terminals of the amplifier and a reference power source;
A sample-and-hold circuit comprising: an operation setting unit configured to fix an operation state of the amplifier during a period in which the second control signal is supplied and the second control signal is supplied.
前記第5の切り換え手段と前記第3のキャパシタは直列接続されるとともに、前記第6の切り換え手段と前記第4のキャパシタも直列接続された
請求項1記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 1, wherein the fifth switching means and the third capacitor are connected in series, and the sixth switching means and the fourth capacitor are also connected in series.
前記第1と第2の可変電流源は第7と第8の切り換えスイッチを用いて電流値を切り換える複数の電流源を有する
請求項1記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 1, wherein the first and second variable current sources have a plurality of current sources that switch current values by using seventh and eighth changeover switches.
前記増幅器は第1トランジスタで構成され、該第1トランジスタと並列に第8の切り換えスイッチを介して第2のトランジスタを接続した
請求項1記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 1, wherein the amplifier includes a first transistor, and a second transistor is connected in parallel with the first transistor via an eighth changeover switch.
前記第1と第2のトランジスタはソース接地絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成した
請求項4記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 4, wherein the first and second transistors are source-grounded insulated gate field effect transistors.
前記第1のトランジスタに接続された第8の切り換えスイッチは前記第7または第8の切り換えスイッチと連動させ、前記第1または第2の制御信号に応じて切り換える
請求項4記載のサンプルホールド回路。
The sample hold circuit according to claim 4, wherein an eighth changeover switch connected to the first transistor is interlocked with the seventh or eighth changeover switch and is switched according to the first or second control signal.
前記第1と第2のトランジスタは前記第8の切り換えスイッチを切り換えたとき、電流密度を一定にする
請求項5記載のサンプルホールド回路。
The sample and hold circuit according to claim 5, wherein the first and second transistors maintain a constant current density when the eighth changeover switch is switched.
第1の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第1の切り換え手段と、
第1の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第2の切り換え手段と、
第2の基準信号が供給され第1の制御信号でオン・オフ動作する第3の切り換え手段と、
第2の入力信号が供給され第2の制御信号でオン・オフ動作する第4の切り換え手段と、
前記第1と第2の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第1のキャパシタと、
前記第3と第4の切り換え手段からの信号が前記第1と第2の制御信号により択一的に供給される第2のキャパシタと、
前記第1と第2のキャパシタの出力が第1と第2の入力端子に接続され、増幅して第1と第2の出力端子から出力するソース接地増幅器と、
前記第1の入力端子と第1の出力端子間に接続された第5の切り換え手段と第3のキャパシタと、
前記第2の入力端子と第2の出力端子間に接続された第6の切り換え手段と第4のキャパシタと、
前記第1の増幅器の第1と第2の出力端子と基準電源間に接続された第1と第2の可変電流源と、
前記第2の制御信号が供給され、該第2の制御信号が供給される期間、前記ソース接地増幅器の動作状態を固定する動作設定手段と
を有するサンプルホールド回路。
A first switching means which is supplied with a first reference signal and which is turned on / off by a first control signal;
A second switching means which is supplied with a first input signal and is turned on / off by a second control signal;
A third switching means which is supplied with a second reference signal and is turned on / off by the first control signal;
A fourth switching means which is supplied with a second input signal and is turned on / off by a second control signal;
A first capacitor to which a signal from the first and second switching means is alternatively supplied by the first and second control signals;
A second capacitor to which a signal from the third and fourth switching means is alternatively supplied by the first and second control signals;
A grounded-source amplifier in which outputs of the first and second capacitors are connected to first and second input terminals and amplified and output from the first and second output terminals;
A fifth switching means and a third capacitor connected between the first input terminal and the first output terminal;
A sixth switching means and a fourth capacitor connected between the second input terminal and the second output terminal;
First and second variable current sources connected between first and second output terminals of the first amplifier and a reference power source;
A sample hold circuit comprising: an operation setting unit configured to fix an operation state of the common-source amplifier during a period in which the second control signal is supplied and the second control signal is supplied.
前記第5の切り換え手段と前記第3のキャパシタは直列接続されるとともに、前記第6の切り換え手段と前記第4のキャパシタも直列接続された
請求項8記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 8, wherein the fifth switching means and the third capacitor are connected in series, and the sixth switching means and the fourth capacitor are also connected in series.
前記第1と第2の可変電流源は第7と第8の切り換えスイッチを用いて電流値を切り換える複数の電流源を有する
請求項8記載のサンプルホールド回路。
9. The sample and hold circuit according to claim 8, wherein the first and second variable current sources have a plurality of current sources that switch current values by using seventh and eighth changeover switches.
前記増幅器は第1の絶縁ゲート電界効果トランジスタで構成され、該第1の絶縁ゲート電界効果トランジスタと並列に第8の切り換えスイッチを介して第2の絶縁ゲート電界効果トランジスタを接続した
請求項8記載のサンプルホールド回路。
9. The amplifier includes a first insulated gate field effect transistor, and a second insulated gate field effect transistor is connected in parallel with the first insulated gate field effect transistor via an eighth changeover switch. Sample hold circuit.
前記第1の絶縁ゲート電界効果トランジスタに接続された第8の切り換えスイッチは前記第7または第8の切り換えスイッチと連動させ、前記第1または第2の制御信号に応じて切り換える
請求項11記載のサンプルホールド回路。
The eighth change-over switch connected to the first insulated gate field effect transistor is linked with the seventh or eighth change-over switch, and is switched according to the first or second control signal. Sample hold circuit.
前記第1と2の絶縁ゲート電界効果トランジスタは前記第8の切り換えスイッチを切り換えたとき、電流密度を一定にする
請求項11記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 11, wherein the first and second insulated gate field effect transistors have a constant current density when the eighth changeover switch is switched.
サンプリング周波数に等しく互いに重なり合わない第1及び第2のクロックで制御され、前記第1のクロックがオンの時点で導通状態となる第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチと、前記第2のクロックがオンの時に導通状態となる第7、第8、第9及び第10のスイッチと、
オペアンプと該オペアンプに負帰還を施す容量と前記第3あるいは第4のスイッチを介して入力信号をサンプルする容量とを有し、
前記第1及び第2のスイッチは前記オペアンプに負帰還を施す前記容量と並列に接続され、前記第1のクロックがオンの時に前記オペアンプの入出力をショートし、サミングノードの電位と入力電圧との差がサンプル容量にチャージされ、
前記第2のクロックがオンの時に前記第9及び第10のスイッチに動作点を決定する参照電圧が供給され、
前記サンプル容量にチャージされた電圧と前記参照電圧との差分が前記サンプル容量と帰還容量との比によって増幅し出力し、
前記オペアンプが2組のソース接地入力段と2組の電流源から成り、それぞれの一方の組には前記第2のクロックで導通状態となるスイッチが挿入されており、前記第2のクロックに同期にしてバイアス電流値と入力トランジスタのゲート幅サイズが(n+1)倍[n>0,整数]とされる
サンプルホールド回路。
First, second, third, fourth, fifth and sixth controlled by first and second clocks that are equal to the sampling frequency and do not overlap each other and become conductive when the first clock is on. And seventh, eighth, ninth, and tenth switches that are conductive when the second clock is on,
An operational amplifier, a capacity for applying negative feedback to the operational amplifier, and a capacity for sampling an input signal through the third or fourth switch,
The first and second switches are connected in parallel with the capacitor that performs negative feedback to the operational amplifier, and when the first clock is on, the input and output of the operational amplifier are short-circuited, and the potential of the summing node and the input voltage are Is charged to the sample volume,
A reference voltage for determining an operating point is supplied to the ninth and tenth switches when the second clock is on;
The difference between the voltage charged in the sample capacitor and the reference voltage is amplified by the ratio of the sample capacitor and the feedback capacitor and output,
The operational amplifier includes two sets of a common source input stage and two sets of current sources. A switch that is turned on by the second clock is inserted into each of the sets, and is synchronized with the second clock. A sample-and-hold circuit in which the bias current value and the gate width size of the input transistor are (n + 1) times [n> 0, integer].
前記オペアンプはソース接地入力段のスイッチがドレイン側に挿入されている
請求項14記載のサンプルホールド回路。
The sample-and-hold circuit according to claim 14, wherein the operational amplifier has a source-grounded input stage switch inserted on the drain side.
アナログ信号をデジタルコードに変換するAD変換器と、該AD変換器の出力するデジタルコードをアナログ値に変換数するDA変換器と、前記AD変換器に印加しているアナログ信号と前記DA変換器から出力されるアナログ信号との差分を2(a-1)[a:AD変換器の分解能]倍して出力するサンプルホールド回路とで構成されるAD変換サブブロックを複数個縦続接続したパイプライン型AD変換器であって、
前記サンプルホールド回路は、
サンプリング周波数に等しく互いに重なり合わない第1及び第2のクロックで制御され、前記第1のクロックがオンの時点で導通状態となる第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチと、
前記第2のクロックがオンの時に導通状態となる第7、第8、第9及び第10のスイッチと、オペアンプと該オペアンプに負帰還を施す容量と前記第3あるいは第4のスイッチを介して入力信号をサンプルする容量と、
前記第1及び第2のスイッチは前記オペアンプに負帰還を施す前記容量と並列に接続され、前記第1のクロックがオンの時に前記オペアンプの入出力をショートし、サミングノードの電位と入力電圧との差がサンプル容量にチャージされ、
前記第2のクロックがオンの時に前記第9及び第10のスイッチに動作点を決定する参照電圧が供給され、
前記サンプル容量にチャージされた電圧と前記参照電圧との差分が前記サンプル容量と帰還容量との比によって増幅し出力し、
前記オペアンプが2組のソース接地入力段と2組の電流源から成り、それぞれの一方の組には前記第2のクロックで導通状態となるスイッチが挿入されており、前記第2のクロックに同期にしてバイアス電流値と入力トランジスタのゲート幅サイズが(n+1)倍[n>0,整数]とされる
パイプラインAD変換器。
AD converter for converting analog signal to digital code, DA converter for converting digital code output from AD converter into analog value, analog signal applied to AD converter, and DA converter A pipeline in which a plurality of AD conversion sub-blocks consisting of a sample-and-hold circuit that outputs the difference from the analog signal output by 2 (a-1) [a: AD converter resolution] is cascaded Type AD converter,
The sample and hold circuit includes:
First, second, third, fourth, fifth and sixth controlled by first and second clocks that are equal to the sampling frequency and do not overlap each other and become conductive when the first clock is on. And the switch
The seventh, eighth, ninth, and tenth switches that are turned on when the second clock is on, the operational amplifier, the capacitor that applies negative feedback to the operational amplifier, and the third or fourth switch The capacity to sample the input signal;
The first and second switches are connected in parallel with the capacitor that performs negative feedback to the operational amplifier, and when the first clock is on, the input and output of the operational amplifier are short-circuited, and the potential of the summing node and the input voltage are Is charged to the sample volume,
A reference voltage for determining an operating point is supplied to the ninth and tenth switches when the second clock is on;
The difference between the voltage charged in the sample capacitor and the reference voltage is amplified by the ratio of the sample capacitor and the feedback capacitor and output,
The operational amplifier includes two sets of a common source input stage and two sets of current sources. A switch that is turned on by the second clock is inserted into each of the sets, and is synchronized with the second clock. A pipeline AD converter in which the bias current value and the gate width size of the input transistor are (n + 1) times [n> 0, integer].
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