JP7111035B2 - スイッチトキャパシタアンプ - Google Patents
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Description
以下、本発明の第1実施形態について、図1から図4を参照して説明する。
スイッチトキャパシタアンプ(Switched Capacitor Amplifire :以下、「SCアンプ」と略称する)1は、例えばSOI(Silicon On Insulator)基板などに形成されるもので、内部に形成されるトランジスタなどの素子は電気的に絶縁された状態で設けることができる構成である。SCアンプ1は、入力端子Aに与えられる入力電圧Vinをサンプリングφ1の期間で取り込み、ホールドφ2の期間で出力端子Bに出力電圧Voutを出力する。
まず、図2に示すように、サンプリングφ1の期間では、入力端子Aに入力電圧Vinが与えられた状態で、これをサンプリング容量Csに取り込む。サンプリングφ1では、制御部4は、スイッチS1、S2A、S2Bをオン(on)し、スイッチS3をオフ(off)するように駆動制御する。図2中、スイッチS1、S2A、S2Bのソース-ドレイン間を太い点線で結んでいるのがオン状態であることを示している。
ΔV=(Ileak × Th)/Cs …(1)
また、本実施形態においては、SOI基板を用いトレンチ絶縁分離構成とすることで、隣接する素子との間に寄生バイポーラトランジスタ構造が無くなるので、MOSトランジスタのバックゲート電位が変動した場合でも、寄生バイポーラトランジスタに起因した誤動作を回避することができる。これにより、隣接するMOSトランジスタ間の間隔を誤動作回避のために広くする必要がなくなり、省スペース化を図ることができる。
図5は第2実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、第1実施形態と構成は同じであるが、制御部4による制御内容が異なる。すなわち、制御部4は、スイッチS1、S2A、S2BおよびスイッチS3を全て異なるタイミングでオン・オフ制御するように構成されている。
(1)サンプリングφ1の期間からホールドφ2の期間への移行時(時刻t1)の制御
(a)スイッチS2Aオフ(時刻t1a)→(b)スイッチS2Bオフ(時刻t1b)
→(c)スイッチS1オフ(時刻t1c)→(d)スイッチS3オン(時刻t1d)
(2)ホールドφ2の期間からサンプリングφ1の期間への移行時(時刻t2)の制御
(a)スイッチS3オフ(時刻t2a)→(b)スイッチS2Bオン(時刻t2b)
→(c)スイッチS2Aオン(時刻t2c)→(d)スイッチS1オン(時刻t2d)
図5(a)に示すように、サンプリングφ1の期間では、制御部4により、前述同様にしてスイッチS1、S2A、S2Bがオン、スイッチS3がオフ状態に制御されている。この状態で、サンプリング容量Csには入力電圧Vinによって充電され、出力電圧Voutは、図5(f)に示すように、Vcmすなわち0.7Vに保持されている。
この後、時刻t1に相当する時刻t1aでは、図5(c)に示すように、制御部4により、まずオン状態のスイッチS2Aがオフされ、サンプリング容量Csの電荷が流れる経路を遮断する。このとき、コンデンサC1はノードN1の電位がVcmとなる電圧に充電されている。この状態では、スイッチS2Aのソース・ドレイン間が共に電圧Vcmとなっており、且つバックゲートがVcmであるから、スイッチS2Aは、リーク電流を発生することがない。
この後、ホールドφ2の期間が経過した時刻t2に相当する時刻t2aでは、再びサンプリングφ1の期間となり、図5(e)に示すように、制御部4により、まずオン状態のスイッチS3がオフされる。これにより、サンプリング容量Csの一端子側は出力端子Bと切り離された状態となるが、図5(f)に示すように、出力電圧Voutは入力電圧Vinの電圧0.6Vのレベルが保持されている。
図5は第3実施形態を示すものである。この実施形態は、第2実施形態で説明したSCアンプ1を用いた回路例を示している。図示の回路はDAC(D/A変換回路)10の内部に設けられる2段の6ビットストリングラダーの中間バッファ回路として同じ構成の2個のSCアンプ1A、1Bを適用したものである。
図7は第4実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、SCアンプ1におけるリセット動作の制御内容について示している。リセット動作は、電源の瞬断があった場合や、起動時においてコンデンサC1の残存電荷で誤動作が発生しないようにするための処理である。
これにより、続くサンプリングφ1の期間での制御部4によるサンプリング動作を精度良く実施することができる。
図8から図10は第5実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態は、適用対象を積分形のSCアンプ11とした場合の構成を示している。
したがって、このような第5実施形態によっても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
図11は第6実施形態を示すもので、以下、第5施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、SCアンプ11におけるリセット動作の制御内容について示している。リセット動作は、電源の瞬断があった場合や、起動時においてC11の残存電荷で誤動作が発生しないようにするための処理である。
これにより、続くサンプリングφ1の期間での制御部14によるサンプリング動作を精度良く実施することができる。
図12は第7実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。第1実施形態では、SCアンプ1のスイッチS2AのバックゲートをノードN1に接続していたのに対して、この実施形態では、図12に示すように、SCアンプ1aのスイッチS2Aのバックゲートを基準電源3の基準電位Vcmの端子に接続する構成としている。
図13は第8実施形態を示すもので、以下、第5実施形態と異なる部分について説明する。第5実施形態では、SCアンプ11のスイッチS2AのバックゲートをノードN1に接続していたのに対して、この実施形態では、図13に示すように、SCアンプ11aのスイッチS2Aのバックゲートを基準電源13の基準電位Vcmの端子に接続する構成としている。
図14は第9実施形態を示すもので、以下、第1実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、SCアンプ1bにおいて、スイッチS2に代えてスイッチS2xを設ける構成としている。
図15は第10実施形態を示すもので、以下、第5実施形態と異なる部分について説明する。この実施形態では、SCアンプ11bにおいて、スイッチS2に代えてスイッチS2yを設ける構成としている。
なお、本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能であり、例えば、以下のように変形または拡張することができる。
Claims (7)
- サンプリング容量(Cs)と、
信号入力端子と前記サンプリング容量の一端子との間に接続された第1スイッチ(S1)と、
前記サンプリング容量の他端子が反転入力端子に接続され、出力端子が信号出力端子に接続される差動アンプ(2)と、
前記差動アンプの非反転入力端子に所定電圧を与える参照電源(3)と、
前記差動アンプの反転入力端子と前記信号出力端子との間に接続される第2スイッチ(S2)と、
前記第1スイッチおよび前記サンプリング容量の共通接続点と前記信号出力端子との間に接続される第3スイッチ(S3)と、
前記第1~第3スイッチをオン・オフ制御する制御部(4)とを備え、
前記第2スイッチは、第1および第2のMOSトランジスタ(S2A、S2B)の直列回路と、前記第1および第2のMOSトランジスタの共通接続点であるノード(N1)とグランドとの間に接続される電位保持容量(C1)を有し、前記第1のMOSトランジスタのバックゲートは前記ノードに接続されたスイッチトキャパシタアンプ。 - サンプリング容量(Cs)と、
信号入力端子と前記サンプリング容量の一端子との間に接続された第1スイッチ(S1)と、
前記サンプリング容量の他端子が反転入力端子に接続され、出力端子が信号出力端子に接続される差動アンプ(12)と、
前記差動アンプの非反転入力端子に所定電圧を与える参照電源(13)と、
前記差動アンプの反転入力端子と前記信号出力端子との間に接続された積分容量(Ch)と、
前記差動アンプの反転入力端子とグランドとの間に接続された第2スイッチ(S2)と、
前記第1スイッチおよび前記サンプリング容量の共通接続点とグランドとの間に接続される第3スイッチ(S3)と、
前記第1~第3スイッチをオン・オフ制御する制御部(14)とを備え、
前記第2スイッチ(S2)は、第1および第2のMOSトランジスタ(S2A、S2B)の直列回路および前記第1および第2のMOSトランジスタの共通接続点であるノードとグランドとの間に接続される電位保持容量(C11)とを有し、前記第1のMOSトランジスタのバックゲートは前記ノードに接続されたスイッチトキャパシタアンプ。 - サンプリング容量(Cs)と、
信号入力端子と前記サンプリング容量の一端子との間に接続された第1スイッチ(S1)と、
前記サンプリング容量の他端子が反転入力端子に接続され、出力端子が信号出力端子に接続される差動アンプ(12)と、
前記差動アンプの非反転入力端子に所定電圧を与える参照電源(13)と、
前記差動アンプの反転入力端子と前記信号出力端子との間に接続された積分容量(Ch)と、
前記差動アンプの反転入力端子とグランドとの間に接続された第2スイッチ(S2)と、
前記第1スイッチおよび前記サンプリング容量の共通接続点とグランドとの間に接続される第3スイッチ(S3)と、
前記第1~第3スイッチをオン・オフ制御する制御部(14)とを備え、
前記第2スイッチは、第1および第2のMOSトランジスタ(S2A、S2B)の直列回路および前記第1および第2のMOSトランジスタの共通接続点とグランドとの間に接続される電位保持容量(C11)とを有し、前記第1のMOSトランジスタのバックゲートは前記参照電源の所定電圧(Vcm)が与えられるスイッチトキャパシタアンプ。 - 前記制御部(4、14)は、サンプリング状態およびホールド状態を切り替える動作において、
前記サンプリング状態から前記ホールド状態に切り替えるときには、前記第1のMOSトランジスタをオフし、続いて前記第2のMOSトランジスタをオフし、続いて前記第1スイッチをオフした後に前記第3スイッチをオンし、
前記ホールド状態から前記サンプリング状態に切り替えるときには、前記第3スイッチをオフし、続いて前記第2のMOSトランジスタをオンし、続いて前記第1のMOSトランジスタをオンした後に前記第1スイッチをオンする請求項1から3のいずれか一項に記載のスイッチトキャパシタアンプ。 - 前記制御部(4、14)は、リセット動作時には、前記第1、第2のMOSトランジスタおよび前記第3スイッチを全てオンさせる請求項1から4のいずれか一項に記載のスイッチトキャパシタアンプ。
- サンプリング容量(Cs)と、
信号入力端子と前記サンプリング容量の一端子との間に接続された第1スイッチ(S1)と、
前記サンプリング容量の他端子が反転入力端子に接続され、出力端子が信号出力端子に接続される差動アンプ(2)と、
前記差動アンプの非反転入力端子に所定電圧を与える参照電源(3)と、
前記差動アンプの反転入力端子と前記信号出力端子との間に接続される第2スイッチ(S2x)と、
前記第1スイッチおよび前記サンプリング容量の共通接続点と前記信号出力端子との間に接続される第3スイッチ(S3)と、
前記第1~第3スイッチをオン・オフ制御する制御部(4x)とを備え、
前記第2スイッチは、
nチャンネル型の第1および第2のMOSトランジスタ(S2A、S2B)を直列接続した第1直列回路と、
前記第1および第2のMOSトランジスタの共通接続点とグランドとの間に接続される第1電位保持容量(C1)と、
pチャンネル型の第3および第4のMOSトランジスタ(S2C、S2D)を直列接続した状態で前記第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、
前記第3および第4のMOSトランジスタの共通接続点とグランドとの間に接続される第2電位保持容量(C2)とを有し、
前記第1および第2のMOSトランジスタのバックゲートは共にグランドに接続され、前記第3および第4のMOSトランジスタのバックゲートは共に電源端子に接続されたスイッチトキャパシタアンプ。 - サンプリング容量(Cs)と、
信号入力端子と前記サンプリング容量の一端子との間に接続された第1スイッチ(S1)と、
前記サンプリング容量の他端子が反転入力端子に接続され、出力端子が信号出力端子に接続される差動アンプ(12)と、
前記差動アンプの非反転入力端子に所定電圧を与える参照電源(13)と、
前記差動アンプの反転入力端子と前記信号出力端子との間に接続された積分容量(Ch)と、
前記差動アンプの反転入力端子とグランドとの間に接続された第2スイッチ(S2y)と、
前記第1スイッチおよび前記サンプリング容量の共通接続点であるノードとグランドとの間に接続される第3スイッチ(S3)と、
前記第1~第3スイッチをオン・オフ制御する制御部(14y)とを備え、
前記第2スイッチは、
nチャンネル型の第1および第2のMOSトランジスタ(S2A、S2B)を直列接続した第1直列回路と、
前記第1および第2のMOSトランジスタの共通接続点とグランドとの間に接続される第1電位保持容量(C11)と、
pチャンネル型の第3および第4のMOSトランジスタ(S2C、S2D)を直列接続した状態で前記第1直列回路と並列接続された第2直列回路と、
前記第3および第4のMOSトランジスタの共通接続点とグランドとの間に接続される第2電位保持容量(C12)とを有し、
前記第1および第2のMOSトランジスタのバックゲートは共にグランドに接続され、前記第3および第4のMOSトランジスタのバックゲートは共に電源端子に接続されたスイッチトキャパシタアンプ。
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