JPH0212697A - サンプルホールド回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高速形のサンプルホールド回路に関するらの
であり、詳しくはサンプリングパルスの高速化に関する
ものである。

（従来の技術） サンプルホールド回路の一種に、被測定信号をダイオー
ドブリッジでサンプリングし、サンプリングされた被測
定信号をホールドコンデンサにホールドするように構成
されたものかある。

第６図は、従来のこのようなサンプルホールド回路の一
例を示す回路図である。第６図において、Ｄ、〜Ｄ４は
ダイオードブリッジＤＢを構成するダイオードである。

ＣＣ＋　、ＣＣ２は定電流源であり、定電流源ＣＣ＋の
一端はタイオードＤ、のアノードとＤ３のアノードとの
接続点にオ妾続かれ、定電流源ＣＣ２の一端はダイオー
ドＤ２のカッドとり、ｌＩのカソードとの接続点に接続
されている。

Ｔ　ｔｎは被測定信号Ｖ　Ａの入力端子であり、ダイオ
ードＤ１のカソードとＤ２のアノードとの接続点に接続
されるとともに抵抗器Ｒ１１ｌを介して共通電位点に接
続されている。Ｃ９はホールドコンデンサであり、一端
はタイオードＤ、のカソードとＤｄのアノードとの接続
点に接続され、他端は共通電位点に接続されている。Ｖ
ｐ、は正極性のパルス発生器であり、一端は共通を位点
に接続され、１ｔ！！端はダイオードＤ５を介してダイ
オードブリッジＤＢと定電流源ＣＣ１との接続点に接続
されている。なお、ダイオードＤ５のアノードはダイオ
ードブリッジＤＢと定電流源ＣＣ１との接続点に接続さ
れ、カソードはパルス発生器Ｖｐｌの出力端子に接続さ
れている。Ｖｐ２は負極性のパルス発生器であり、一端
は共通電位点に接続され、他端はダイオードＤ６を介し
てダイオードブリッジと定電流源ＣＣ２どの接続点に接
続されている。

なお、ダイオードＤ１！のカソードはダイオードブリッ
ジＤＢと定電流源ＣＣ２との接続点に接続され、アノー
ドはパルス発生器Ｖｐ２の出力端子に接続されている。

このような構成において、被測定信号Ｖ　ｉｒＬをサン
プリングするのにあたっては、ダイオードＤ５＋Ｄ６を
オフにしてダイオードブリッジＤＢをオンにする。これ
により、その時点での被測定信号Ｖｉｎの電位がホール
ドコンデンサＣｓにチャージされることになる。

ここで、説明を簡単にするなめに、ダイオードがオンに
なっているとき、そのＩｌｉ方向の電圧降下は０とする
。

まず、ホールド時にはパルス発生器ＶｐＩはダイオード
Ｄ５を介してダイオードブリッジＤＢに対して−Ｖａの
バイアスを与え、パルス発生器Ｖｐ２はダイオードＤ６
を介してタイオードブリッジＤ　Ｂに対して＋ｖＢのバ
イアスを与えている。

これにより、ダイオード１）５．Ｄ６はオンになってダ
イオードブリッジＤＢはオフになる。

サンプル時にはパルス発生器Ｖｐ、の出力信号は−ｖＢ
から正の方向にＶｐだけ変化し、パルス発生器Ｖｐ２の
出力信号は＋ＶＢから負の方向にＶｐだけ変化する。一
般にＶＢの値は、Ｖｐ　＝２Ｖａ になるように選定される。第７図は、ダイオードＤ５の
カソード側における電位Ｖ、の変化図である。なお、ダ
イオードＤＩ５のアノード側の電位■２は■１と逆極性
で同様に変化する。

電位■１が被測定信号Ｖ　ｒｒＬよりも高い電位になる
ことにより定電流源ＣＣＩからダイオードＤ５に流れて
いたバイアス電流がダイオードＤ、に流れ、電位■２が
被測定信号Ｖ　ｉｌｌよりも低い電位になることにより
ダイオードＤ６から定電流源ＣＣ２に流れていたバイア
ス電流がダイオードＤ２から流れる。ここで、被測定信
号Ｖ　ＬｒＬの絶対値がＶＧよりも充分小さいとすると
、ダイオードＤ！＋Ｌ）６は同時にオフになってダイオ
ードブリッジＤＢはオンになり、前述のようにその時点
での被測定信号Ｖ　ｉｒＬの電位がダイオードブリッジ
ＤＢを通してホールドコンデンサＣ６に充電されること
になる（トラック動作）、一方、電位Ｖ、、Ｖ２がパル
スの最大値から小さくなって′ｆｊ１．測定信号Ｖ　ｉ
ｎの電位よりも小さくなると、ダイオードＤ、　、　Ｄ
６は同時にオンになってダイオードブリッジＤＢはオフ
になり、ホールドコンデンサＣｓに充電された被測定信
号■己の電位はそのまま残ってホールドされる（ホール
ド動作）。

上記のサンプリングパルスの変化電圧ｖＰは許容できる
被Ｊｌ定信号Ｖ　ｉｌ’、の電圧を決定するが、原理的
には被測定信号Ｖ　ｉｒＬのピークツーピーク値は駆動
パルスｖＰのピークツーピーク値まで許容され、それ以
上の被測定信号Ｖ、几が入力されても出力電圧Ｖ（Ｉｌ
ｌの波形は歪んでしまう。また、マイクロ波までサンプ
リングする回路ではホールドコンデンサＣ９の容量は極
めて小さく選定されるので、そのサンプリング回路の帯
域は前述の電位Ｖ、の波形の立ち下がりの傾斜（電圧／
時間）によって決まることが多い。この傾斜を急峻にす
るに従って高い周波数の被測定信号Ｖ　ｉｌ’Ｌがサン
プリングできることになる。

従って、これら駆動パルスｖＰの値と傾斜の両方を望む
方向にするために、−殻内にはシリコンのステップリカ
バリダイオードが用いられている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、これらステップリカバリダイオードにも特性上
の限界かあり、入力電圧範囲や帯域は制限されることに
なる。

本発明は、このような点に着目したらのであつて、その
目的は、サンプリングパルスを高速化することにより、
広帯域特性を有し大きな入力電圧範囲を有するサンプル
ホールド回路を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明のサンプルホールド回路は、 互いに同時に逆極性で変化する駆動パルスに従ってオン
、オフ駆動されるダイオードブリッジで被側定信号をサ
ンプリングし、サンプリングされた被測定信号をボール
ドコンデンサにホールドするように構成されたサンプル
ボールド回路において、 前記駆動パルス源とダイオードブリッジとの間に共振回
路を接続し、これらダイオードブリッジと共振回路の接
続点には一端が被測定信号ボールド動作時の駆動パルス
の電位とほぼ等しい電位点に接続されたダイオードを接
続したことを特徴とする。

（実施例） 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路図であり、第６図
と同一部分には同一符号を付けている。第１図において
、−ｖｃ　、＋Ｖｃはバイアス電源であり、それぞれの
出力電位は各パルス発生器ＶｐＶＰ２のパルス発生前の
出力電位−ＶＢ　、　＋ＶＢと一致させておく、バイア
ス電源−Ｖｃの陰極側は共通電位点に接続されて陰４Ｉ
！側はダイオードＤ７を介してダイオードＤ５のカソー
ドに接続され、バイアス電源＋Ｖｃの陰極側は共通電位
点に接続されて陽極側はダイオードＤ１１を介してダイ
オードＤ６のアノードに接続されている。なお、ダイオ
ードＤ７のアノードはバイアス電源−ＶＢの陰＆側に接
続されてカソードはダイオードＤ。

のカソードに接続され、ダイオードＤ日のカソードはバ
イアス電源子ｖＢの陽極側に接続されてアノードはダイ
オードＤ６のアノードに接続されている。パルス発生器
ＶＰ＋　とダイオードＤ５の間にはパルス発生器ＶＰ＋
の内部抵抗Ｒ７と直列にコイルＬ、が接続されるととも
にコイルＬ１とダイオードＤ５．Ｄ７の接続点と共通電
位点との間にはコンデンサＣ７が接続されている。パル
ス発生器ＶＰ２とダイオードＤＢの間にはパルス発生器
ＶＰ２の内部抵抗Ｒ２と直列にコイルＬ２が接続される
とともにコイルＬ２とダイオードＤ６゜Ｄ、の接続点と
共通電位点との間にはコンデンサＣ２が１妾続されてい
る。ここで、コイルＬ１とコンデンサＣ７およびコイル
Ｌ２とコンデンサＣ２はそれぞれ共振回路を形成してい
る。

このように構成された回路の動作をパルス発生器ＶＰ＋
の系統について説明する。

第１図において、仮にダイオードＤ、のカソードとタイ
オードＩ）７のカソードがコイルＬ　、　とコンデンサ
Ｃ５の接続点から切り離されていて、パルス発生器ＶＰ
＋が第２図に示すようなステンプ状のパルスｖＰを出力
するものとすると、内部抵抗Ｒ１を無視した場合の出力
電圧Ｖ１は第２図の破線で示すように正弦波信号になる
。しかし、現実にはパルス発生器ＶＰＩの出力パルスｖ
Ｐには必ず立ち上がり時間が存在するので第３図（ａ）
に示すように単純化して考えると、出力電圧■。

は初期の変化が緩かな正弦波に近い波形で上昇する。こ
こで、共振回路を構成するコイルＬ１およびコンデンサ
Ｃ１の値を適切に選定することにより、出力電圧■、が
サンプリングパルスＶｐのピーク値＋Ｖａを越えて上昇
し、サンプリングパルスＶｐがピーク値＋Ｖａから下が
り始めて一定の時間が経過した時点で出力データＶ、が
最大値になるように設定できる。このときコイルＬ　ｉ
に流れるｔ、流１１．に着目すると、この電流ｉＬ＋は
コンデンサＣ７を充電するものでもあって出力電圧■１
が最大値に達した時点で０になり、出力電圧■１が下が
り始めると第３図（ｂ）のように負になって第１図に示
す電流ｉし＋の矢印とは逆の方向に流れることになる。

この時の電流ｉＬ＋はコンデンサＣ１を供給源とする。

さらに出力電圧Ｖ１が下かり続けて−Ｖｓよりも低い値
になるとダイオードＤ７がオンになってコンデンサＣ１
の電圧■、は変化しなくなるのでコンデンサＣ７からは
流れなくなる。しかし、インダクタンスはその電流ｉＬ
＋が変化しないように作用するので電流ｉＬＩは主とし
てダイオードＤ７１１Ｊ！Ｉから流れることになり、そ
の電流経路はバイアス電源−■Ｂ→ダイオードＤ７→コ
イルＬ、→内部抵抗Ｒ１→パルス発生器ＶＰＩとなる。

これにより、電流ｉＬ、は、ダイオードＤ７のオン抵抗
をＲＤとすると、Ｌ　＋　／　＜　Ｒｏ　＋Ｒ＋　）で
表される時定数を持った措数関数で最小値から変化する
ことになる。

なお、出力電圧Ｖ、はその後も多少は変化するのでコン
デンサＣ７からも少量の電流が流出するがその値は小さ
い。

−ｆｆｉには、第４図に示すような抵抗Ｒ，コイルＬお
よびコンデンサＣで形成されるローパスフィルタを経由
してパルスを供給すると波形が鈍って振動が長引くこと
から、サンプルホールド回路の駆動パルスなどのように
急峻な波形を必要とするパルス伝送系には不向きとされ
ていた。しかし、本発明では、このようなローパスフィ
ルタの共振現象に着目し、パルスの波高値を大きくする
とともに、そのことによってパルスの立ち下がり速度を
速くするようにした。実験例によれば、共振回路の素子
の値を適切に選定することにより、波高値を１．６倍に
でき、立ち下がり速度を２．７倍に改善できた。また、
振動が長引くことは、ダイオ−トＤ　ｖにより１発のパ
ルスのみで減衰されることも確認できた。

なお、上記の動作は第１図の上半分について説明したが
、下半分については上半分と逆極性の電流７を圧で同時
に独立に動作することになる。

また、上記の動作説明ではダイオードブリッジＤＢは接
続されていないものとしたが、ダイオードブリッジＤＢ
が接続されている場合には出力電位Ｖ１が被測定信号Ｖ
　ｉｎよりも低い時にバイアス電流がＣＣ，からダイオ
ードＤ５を介して共振回路の接続点に流入することが異
なるだけであり、バイアスを流を前述のｉＬ、よりも小
さく選定しておけば不都合を生じることはない。

また、バイアス電源−Ｖｃ　、　十ｖｃの出力電圧は正
確に−Ｖ９　、＋Ｖ３である必要はない。

また、バイアス電源として第５図のような構成を用いて
もよい、第５図において、ダイオードＤ７のアノードに
は定電流源ＣＣ３が接続されるとともにコンデンサＣ１
を介して共通電位点に接続されている。このような構成
おいて、パルス発生器ＶＰＩの出力パルスＶｐが到来す
るまでは定電流源ＣＣ３の出力電流はダイオードＤ７に
流れているが、出力パルスＶｐが到来して電圧■、が前
述第３図のように上昇するとダイオードＤ７がオフにな
って定電流源ＣＣ）の出力電流はコンデンサＣ１に流入
する。これにより、コンデンサＣコの電位は上がろうと
するが、パルス幅は１００ｔ）Ｓ〜２００１）Ｓと極め
て狭いのでコンデンサＣコの静電容量が数ρＦ程度であ
ればコンデンサＣ３の電位はほとんど上昇せず、第１図
の電圧源−ｖＢと同様の効果が得られる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれは、化成的簡単な構
成でサンプリングパルスを高速化することにより、広帯
域特性を有し大きな入力電圧範囲を有するサンプルホー
ルド回路が実現でき、実用上の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図および
第３図は第１図の動作を説明するための波形図、第４図
はローパスフィルタの説明図、第５図は本発明の他の実
施例を示す回路図、第６図は従来の回路の一例を示す回
路図、第７図は第６図の動作を説明するための波形図で
ある。 Ｄ１〜Ｄ８・・・ダイオード、Ｃｓ・・・ボールドコン
デンサ、０１〜Ｃ３・・・コンデンサ、Ｌ＋、Ｌ２・・
・インダクタンス、ＶＰ　＋　、ｖｐ　２・・・パルス
発生器、弔 図 弔 ？ 図 第３ 図 Ｖ＋　、　Ｖｐ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 互いに同時に逆極性で変化する駆動パルスに従つてオン
   、オフ駆動されるダイオードブリッジで被測定信号をサ
   ンプリングし、サンプリングされた被測定信号をホール
   ドコンデンサにホールドするように構成されたサンプル
   ホールド回路において、 前記駆動パルス源とダイオードブリッジとの間に共振回
   路を接続し、これらダイオードブリッジと共振回路の接
   続点には一端が被測定信号ホールド動作時の駆動パルス
   の電位とほぼ等しい電位点に接続されたダイオードを接
   続したことを特徴とするサンプルホールド回路。