JP2012133853A - Sample-hold circuit - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample-hold circuit by which a S/N ratio is improved.SOLUTION: The sample-hold circuit is provided with: an input terminal for inputting an input voltage; a plurality of capacitances for holding a sampling voltage based on the input voltage; a plurality of input switches respectively connected between the input terminal and the plurality of capacitances; and an output terminal for outputting hold voltages of the plurality of capacitances. The circuit is arranged to have a constitution so that the input voltage is sampled by the plurality of capacitances at different timings according to the plurality of input switches and the hold voltage of the plurality of capacitances is equalized and output to the output terminal.

Description

本発明は、入力電圧をサンプリングし、そのサンプリング電圧に基づいた電圧をホールド出力するサンプルホールド回路に関する。   The present invention relates to a sample and hold circuit that samples an input voltage and holds and outputs a voltage based on the sampled voltage.

近年、携帯通信機器などで、データ信号を保持する為に、サンプルホールド回路が使われている。この様なサンプルホールド回路としては、入力電圧に応じた電荷を、スイッチで充放電することによりサンプリングし、ホールド出力するものが、よく知られている。
(例えば、特許文献1参照)。
In recent years, sample hold circuits are used in portable communication devices and the like to hold data signals. As such a sample and hold circuit, a circuit that samples and holds a charge according to an input voltage by charging and discharging with a switch is well known.
(For example, refer to Patent Document 1).

図3は、従来のサンプルホールド回路を示す構成図である。従来のサンプルホールド回路は、スイッチ301と、容量302を備えている。サンプルホールド回路、スイッチ301がオン状態のときには、入力電圧Vsに応じた電荷を、容量302にサンプリングする。そして、スイッチ301がオフ状態のときに、そのサンプリング電圧Vsをホールド出力する。   FIG. 3 is a block diagram showing a conventional sample and hold circuit. The conventional sample and hold circuit includes a switch 301 and a capacitor 302. When the sample and hold circuit and the switch 301 are in the ON state, the charge corresponding to the input voltage Vs is sampled in the capacitor 302. When the switch 301 is off, the sampling voltage Vs is held and output.

特開平11−224496号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-224496

しかし入力電圧は、本来必要な信号成分のみならず、不要なノイズ成分、例えば熱雑音などが重畳されることが多い。この為、従来のサンプルホールド回路は、S/N比が悪くなってしまうという問題点があった。   However, in many cases, the input voltage is superimposed not only with the originally required signal component but also with an unnecessary noise component such as thermal noise. For this reason, the conventional sample and hold circuit has a problem that the S / N ratio is deteriorated.

本発明は、上記の様な問題点を解決するために考案されたものであり、S/N比を向上させたサンプルホールド回路を実現するものである。   The present invention has been devised to solve the above-described problems, and realizes a sample-and-hold circuit having an improved S / N ratio.

本発明のサンプルホールド回路は、入力電圧をサンプリングし、そのサンプリング電圧に基づいた電圧をホールド出力するサンプルホールド回路であって、前記サンプルホールド回路は、複数の容量と複数のスイッチを備え、前記複数のスイッチが互いに他と異なるタイミングにて、オンオフ制御される、ことを特徴とするサンプルホールド回路、とした。   The sample and hold circuit of the present invention is a sample and hold circuit that samples an input voltage and outputs a voltage based on the sampled voltage. The sample and hold circuit includes a plurality of capacitors and a plurality of switches. The sample-and-hold circuit is characterized in that the switches are controlled to be turned on and off at different timings from each other.

本発明のサンプルホールド回路によれば、入力電圧に重畳される不要なノイズ成分の影響を少なくしホールド出力することが出来、S/N比を向上させたサンプルホールド回路を提供することが出来る。   According to the sample-and-hold circuit of the present invention, it is possible to provide a sample-and-hold circuit that can reduce the influence of an unnecessary noise component superimposed on the input voltage and can perform a hold output and improve the S / N ratio.

本実施形態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 this embodiment. 本実施形態のサンプルホールド回路の入力電圧のサンプリングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the sampling of the input voltage of the sample hold circuit of this embodiment. 従来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 conventional sample hold circuit.

図1は、本実施形態のサンプルホールド回路を示す回路図である。
本実施形態のサンプルホールド回路は、スイッチ101と、スイッチ102と、スイッチ103と、容量104と、容量105を備えている。入力端子INは、スイッチ101を介して容量104の一方の端子に接続され、スイッチ102を介して容量105の一方の端子に接続される。出力端子OUTは、容量104の一方の端子に接続され、スイッチ103を介して容量105の一方の端子に接続される。容量104と容量105の他方の端子は、接地端子に接続される。スイッチ101から103は、例えばMOSスイッチで構成される。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a sample and hold circuit of the present embodiment.
The sample hold circuit of this embodiment includes a switch 101, a switch 102, a switch 103, a capacitor 104, and a capacitor 105. The input terminal IN is connected to one terminal of the capacitor 104 through the switch 101 and is connected to one terminal of the capacitor 105 through the switch 102. The output terminal OUT is connected to one terminal of the capacitor 104 and is connected to one terminal of the capacitor 105 through the switch 103. The other terminals of the capacitors 104 and 105 are connected to the ground terminal. The switches 101 to 103 are composed of, for example, MOS switches.

以下に、本実施形態のサンプルホールド回路の動作について説明する。ここで、電圧Vsは信号成分、電圧V1及びV2はノイズ成分である。   The operation of the sample and hold circuit of this embodiment will be described below. Here, the voltage Vs is a signal component, and the voltages V1 and V2 are noise components.

先ず、第一のタイミングでスイッチ101がオン、スイッチ102とスイッチ103がオフされる。入力端子INの入力電圧Vinは、電圧Vs+V1なる値として容量104に保持される。次に、第二のタイミングでスイッチ102がオン、スイッチ101とスイッチ103がオフされる。入力端子INの入力電圧Vinは、電圧Vs+V2なる値として容量105に保持される。即ち、スイッチ101とスイッチ102は、異なるタイミングで入力電圧Vinを容量104と容量105にサンプリングする。   First, at the first timing, the switch 101 is turned on, and the switch 102 and the switch 103 are turned off. The input voltage Vin at the input terminal IN is held in the capacitor 104 as a value of voltage Vs + V1. Next, the switch 102 is turned on and the switches 101 and 103 are turned off at the second timing. The input voltage Vin of the input terminal IN is held in the capacitor 105 as a value of voltage Vs + V2. That is, the switch 101 and the switch 102 sample the input voltage Vin into the capacitor 104 and the capacitor 105 at different timings.

次に、スイッチ103がオン、スイッチ102とスイッチ103がオフされる。即ち、容量104と容量105がショートされ、即ち並列接続されるので、出力端子OUTには、容量104の電圧と容量105の電圧が平均された電圧Voutが出力される。   Next, the switch 103 is turned on, and the switch 102 and the switch 103 are turned off. That is, since the capacitor 104 and the capacitor 105 are short-circuited, that is, connected in parallel, the voltage Vout obtained by averaging the voltage of the capacitor 104 and the voltage of the capacitor 105 is output to the output terminal OUT.

ここで、容量104の容量値をC104、容量105の容量値をC105とすると、電圧Voutは以下の式(1)で求められる。   Here, when the capacitance value of the capacitor 104 is C104 and the capacitance value of the capacitor 105 is C105, the voltage Vout is obtained by the following equation (1).

Vout=
{C101×(Vs+V1)+C102×(Vs+V2)}/(C101+C102)=
Vs+{(C101)×V1+(C102)×V2}/(C101+C102)・・・(1)
C101=C102であるとすれば、式(1)は下記の通り表記できる。
Vout =
{C101 × (Vs + V1) + C102 × (Vs + V2)} / (C101 + C102) =
Vs + {(C101) × V1 + (C102) × V2} / (C101 + C102) (1)
Assuming that C101 = C102, Equation (1) can be expressed as follows.

Vout=Vs+(V1+V2}/2・・・(2)
電圧V1及びV2は異なるタイミングでサンプリングされたノイズ成分であるから、これをサンプリング回数2で除算している第2項は、ノイズ成分を時間平均したものである。
Vout = Vs + (V1 + V2} / 2 (2)
Since the voltages V1 and V2 are noise components sampled at different timings, the second term obtained by dividing the voltages V1 and V2 by the number of times of sampling 2 is a time-averaged noise component.

図2は、本実施形態のサンプルホールド回路の入力電圧のサンプリングの一例を示す図である。入力電圧Vinは、信号成分の電圧Vsに不要なノイズ成分の電圧Vnが重畳されている。電圧Vnは、様々な無秩序なノイズ成分、例えば熱雑音や外来ノイズなどに起因するものである。従って、充分に時間平均すれば値をゼロに近づけることが出来る。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of sampling of the input voltage of the sample and hold circuit of the present embodiment. In the input voltage Vin, an unnecessary noise component voltage Vn is superimposed on a signal component voltage Vs. The voltage Vn is caused by various disordered noise components such as thermal noise and external noise. Therefore, if the time average is sufficiently performed, the value can approach zero.

上述の本実施形態のサンプルホールド回路の動作説明において、第一のタイミングがt1であり、第二のタイミングがt2である。図から入力電圧Vinは、第一のタイミングt1で電圧Vs+V1であり、第二のタイミングt2で電圧Vs+V2ある。そして、これらのホールドした電圧を、図示しない第三のタイミングで、出力端子OUTに式(2)で示される電圧Voutで出力する。ここで、ノイズ成分である式(2)の第2項は、充分に時間平均すれば値がゼロになるので、電圧Voutは信号成分である電圧Vsに近い値となる。   In the above description of the operation of the sample and hold circuit of this embodiment, the first timing is t1 and the second timing is t2. From the figure, the input voltage Vin is the voltage Vs + V1 at the first timing t1, and the voltage Vs + V2 at the second timing t2. Then, these held voltages are output to the output terminal OUT at the third timing (not shown) at the voltage Vout represented by the expression (2). Here, since the value of the second term of the expression (2), which is a noise component, becomes zero when sufficiently time-averaged, the voltage Vout becomes a value close to the voltage Vs, which is a signal component.

以上説明したように、本実施形態のサンプルホールド回路は、二つの容量104と105を備えて、入力電圧Vinを異なるタイミングでサンプルホールドし、平均して出力することにより、入力電圧Vinに重畳される不要なノイズ成分Vnの影響を少なくすることが出来る。即ち、S/N比を向上させたサンプルホールド回路を提供することが可能である。   As described above, the sample-and-hold circuit of the present embodiment includes the two capacitors 104 and 105, samples and holds the input voltage Vin at different timings, and outputs the averaged output voltage so as to be superimposed on the input voltage Vin. It is possible to reduce the influence of unnecessary noise component Vn. That is, it is possible to provide a sample hold circuit with an improved S / N ratio.

なお、本実施形態のサンプルホールド回路では、二つの容量103及び104と、それに対応したスイッチ102及び103を備えた構成として説明したが、三つ以上の容量とスイッチを備えても良い。また、スイッチ103で容量104と容量105をショートすることにより、ホールドした電圧を時間平均したが、この形態に限定されるものではない。例えば、スイッチ103を備えず、容量103と容量104の電圧をそれぞれマイコンに入力し、マイコンで平均化計算をしても良い。 また、各スイッチをMOSスイッチであるとして説明したが、この形態に限定されるものではない。   In the sample and hold circuit according to the present embodiment, the two capacitors 103 and 104 and the switches 102 and 103 corresponding to the capacitors 103 and 104 have been described. However, three or more capacitors and switches may be provided. In addition, the held voltage is time-averaged by short-circuiting the capacitor 104 and the capacitor 105 with the switch 103, but the present invention is not limited to this mode. For example, the switch 103 may not be provided, and the voltages of the capacitor 103 and the capacitor 104 may be input to a microcomputer, and averaging calculation may be performed by the microcomputer. Moreover, although each switch was demonstrated as a MOS switch, it is not limited to this form.

また、複数のサンプルホールドのタイミングを発生する手段は、特に限定されるものではない。例えば、入力されたクロック信号を分周するカウンタ回路が発生してもよく、また例えば、複数の遅延回路を備え、入力されたパルス信号から複数の遅延回路が発生してもよい。   Further, means for generating a plurality of sample and hold timings is not particularly limited. For example, a counter circuit that divides the input clock signal may be generated, or, for example, a plurality of delay circuits may be provided, and a plurality of delay circuits may be generated from the input pulse signal.

101、102、103、301 スイッチ
104、105、302 容量
101, 102, 103, 301 Switch 104, 105, 302 Capacity

Claims (2)

入力電圧を入力する入力端子と、
前記入力電圧に基づいたサンプリング電圧をホールドする複数の容量と、
前記入力端子と前記複数の容量との間に夫々接続された複数の入力スイッチと、
前記複数の容量のホールド電圧を出力する出力端子と、を備えたサンプルホールド回路であって、
前記複数の容量は、前記複数の入力スイッチによって異なるタイミングで入力電圧をサンプリングし、
前記複数の容量のホールド電圧の平均化処理を行って前記出力端子に出力する、ことを特徴とするサンプルホールド回路。
An input terminal for inputting an input voltage;
A plurality of capacitors for holding a sampling voltage based on the input voltage;
A plurality of input switches respectively connected between the input terminal and the plurality of capacitors;
An output terminal for outputting a hold voltage of the plurality of capacitors, a sample hold circuit comprising:
The plurality of capacitors sample input voltages at different timings by the plurality of input switches,
A sample-and-hold circuit that averages hold voltages of the plurality of capacitors and outputs the result to the output terminal.
更に、前記出力端子と前記複数の容量との間に夫々接続された複数の出力スイッチを備え、
前記複数の出力スイッチによって前記複数の容量を並列接続して、ホールド電圧の平均化処理をする、ことを特徴とする請求項1に記載のサンプルホールド回路。
And a plurality of output switches respectively connected between the output terminal and the plurality of capacitors.
2. The sample and hold circuit according to claim 1, wherein the plurality of capacitors are connected in parallel by the plurality of output switches and the hold voltage is averaged.
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