JPH0346916B2 - - Google Patents

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JPH0346916B2
JPH0346916B2 JP58200955A JP20095583A JPH0346916B2 JP H0346916 B2 JPH0346916 B2 JP H0346916B2 JP 58200955 A JP58200955 A JP 58200955A JP 20095583 A JP20095583 A JP 20095583A JP H0346916 B2 JPH0346916 B2 JP H0346916B2
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JP
Japan
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transistor
hold
capacitor
base
period
Prior art date
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Application number
JP58200955A
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Japanese (ja)
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JPS6095796A (en
Inventor
Koji Kaniwa
Yoshizumi Wataya
Shigeyuki Ito
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58200955A priority Critical patent/JPS6095796A/en
Publication of JPS6095796A publication Critical patent/JPS6095796A/en
Publication of JPH0346916B2 publication Critical patent/JPH0346916B2/ja
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

〔発明の利用分野〕 本発明は、サンプル・ホールド回路に係り、特
に、ホールド用コンデンサの容量が小さく、且つ
IC化に好適なサンプル・ホールド回路に関する。 〔発明の背景〕 一般にサンプル・ホールド回路(以下S&H回
路と記す。)は、第1図に示すような構成となつ
ている。第1図において、入力端子1より入力さ
れた信号10は、サンプリングパルス発生回路7
によつて作られたサンプリングパルス12に従つ
て、オン、オフするスイツチS1を介して出力端
子2に伝達される。スイツチS1がオンの期間
(サンプル期間)では、入力端子1の電位がその
まま出力端子2に伝達され、一方、スイツチS1
がオフの期間(ホールド期間)では、スイツチS
1がオフする直前の電位に相当する電荷が、ホー
ルドコンデンサC1にチヤージされ、出力端子2
はスイツチS1がオフする直前の電位に保たれ
る。今、一例として、入力信号10が第5図に示
した正弦波10であり、サンプリングパルス12
が同図に示したパルス12である場合には、出力
端子2に伝達される信号は、上記のパルス12の
立ち下がり部分で上記の入力正弦波10をホール
ドしたホールド信号14(第5図に波形を示す。)
のようになる。 ここで具体的な特にIC化に適したS&H回路
の場合について第2図及び第5図を用いてその動
作原理を説明する。第2図は、具体的なS&H回
路の一例を示した回路図である。 第2図において、入力端子1には入力信号10
(被サンプルホールド信号で、第5図に示した正
弦波10)が、端子4及び5には、スイツチング
トランジスタQ5,Q8及びQ6,Q7をそれぞ
れオン、オフするサンプリングパルス12とこれ
に対するDC電圧13が入力されている。今、サ
ンプリングパルス12がハイレベルの時(以下サ
ンプル期間と言う。)は、トランジスタQ5,Q
8がオン状態に、トランジスタQ6,Q7がオフ
状態になる。この状態では、第2図に示した回路
は、差動対トランジスタQ1,Q2と負荷抵抗
R1、及び定電流源I1の差動増幅器と、トランジ
スタQ4,Q8によるエミツタホロワの負帰還回
路とで構成される負の全帰還形増幅器となる。 負帰還形増幅器は、一般に第4図に示した構成
であり、その入出力特性は、 υ0=A(υi−βυ0) −(1) ここで υi:入力信号100 υ0:出力信号101 A:差動増幅器の利得 β:帰還回路103の帰還率 である。上記(1)式を変形すると、 υ0=A/1+βAυi −(2) となり、今、β=1、A≫1であれば、 υ0≒υi −(3) となる。 したがつて、第2図においてサンプル期間で
は、入力信号がそのまま出力信号となる。尚、こ
の第2図の回路における負荷抵抗R1の値は、差
動対トランジスタQ1及びQ2のコレクタ電流が
等しい場合に、入力端子1と出力端子2のDC電
位が等しくなるように、定電流電源I1の電流値と
の兼ね合いで決定されている。この状態における
トランジスタQ3及びQ4のベースの電位は、出
力端子2の電位E1にトランジスタのベース・エ
ミツタ間電圧を加算した電位E2になつている。 次に、第2図において、サンプリングパルス1
2がロウレベルの時(以下ホールド期間と言う。)
について説明する。この場合は、トランジスタQ
6,Q7がオン状態に、トランジスタQ5,Q8
がオフ状態になる。このため、トランジスタQ3
及びQ4のベース電位は、抵抗R1と定電流源I1
及びI2とによる電圧降下によつて、トランジスタ
Q2のベース電位(出力端子2の電位)E1に比
べて充分低い電位E3となる。これにより、トラ
ンジスタQ3,Q4は、しや断状態となりホール
ドコンデンサC1への電源ラインからの電荷の流
れ込みを防いでいる。又、トランジスタQ5のコ
レクタ電流は流れていないため、トランジスタQ
1,Q2もしや断状態となつており、ホールドコ
ンデンサC1にチヤージされている電荷の流れ出
しを防いでいる。したがつて、ホールド期間にお
いては出力端子2の電位E1は、第1図で説明し
たようにサンプリングパルス12が、ロウレベル
になる直前の電位にホールドされる事になる。 以上が、第2図に示したS&H回路の動作原理
である。しかしながら、上記S&H回路では、実
際の動作においては以下に説明するような問題点
がある。以下、その問題点について説明する。 一般にトランジスタには第3図に示す様に、ベ
ース・コレクタ間及びベース・エミツタ間に接合
容量C2及びC3が存在している。そして、前述
してきた第2図のS&H回路では、サンプル期間
からホールド期間に切り換わる過程で、トランジ
スタQ3及びQ4のベース電位をE2からE3に降
下する必要があつた。これらのために、第2図に
示したS&H回路におけるトランジスタQ2のベ
ースラインは等価的に、第6図に示す等価回路と
みなす事ができる。第6図において、コンデンサ
C4は、トランジスタQ2のベース・コレクタ間
容量とトランジスタQ3のベース・エミツタ間容
量とを直列に接続した時の容量と、トランジスタ
Q4のベース・エミツタ間容量とを並列に接続し
た時の容量である。 即ち、 C4=1/1/C2+1/C3+C3 =C2C3/C2+C3+C3 −(4) ここで C2:トランジスタのベース・コレク
タ間の容量 C3:トランジスタのベース・エミツタ間の容
量 である。電位E1は、ホールド期間直前のトラン
ジスタQ2のベース電位であり、電位E2はサン
プル期間のトランジスタQ3及びQ4のベース電
位、そして、電位E3はホールド期間のトランジ
スタQ3及びQ4のベース電位である。尚、スイ
ツチS2の端子Aは、第2図のS&H回路におけ
るトランジスタQ3及びQ4のベースラインに相
当している。 したがつて、上記S&H回路では、コンデンサ
C4のためにサンプル期間からホールド期間へ切
り換わる過程で、ホールドコンデンサC1にチヤ
ージしている電荷に変動が生じ、その結果、出力
端子2に現われるホールド電位はΔVだけ変化す
る事になる。このホールド電位の変化量ΔVは、
第6図の等価回路において、サンプリングパルス
12に従つて切り換わるスイツチS2によつてコ
ンデンサC4の一端(ホールドコンデンサC1に
接続されてない方)が、サンプル期間は電位E2
に、ホールド期間は電位E3になる事より、 ΔV=C4(E3−E2)/C1+C4=ΔQ/C1+C4 −(5) ここで C1:ホールドコンデンサの容量。 C4:前記式(4)で表わした容量。 E2:サンプル期間のトランジスタQ3,Q4
のベース電位。 E3:ホールド期間のトランジスタQ3,Q4
のベース電位。 ΔQ:ホールドコンデンサC1にチヤージされ
ている電荷の変化量。 で表わされる。今、E2>E3であるため、上記ホ
ールド電位の変化量ΔVは負の値となる。したが
つて、実際に出力端子2に現われるホールド電位
は、第5図の14に対して、同図15に示す波形
となつてしまい、正確な電位のホールドが困難と
なつている。 又特に、高い周波数の信号のサンプル・ホール
ドの場合や、ホールドコンデンサC1をIC内部
に設ける場合は、ホールドコンデンサC1の容量
を小さくせざるを得ないため、式(5)の分母が小さ
くなる事から明らかな様に、|ΔV|は増々大き
くなつてしまう。 〔発明の目的〕 本発明の目的は、上記の問題点を解決し、ホー
ルドコンデンサの値が小さい場合にでも正確なサ
ンプルホールドが可能であるIC化に好適なサン
プル・ホールド回路を提供することにある。 〔発明の概要〕 本発明は、サンプル・ホールド回路においてサ
ンプル期間からホールド期間に切り換わる過程に
おけるホールドコデンサにチヤージされている電
荷の変動を抑えるために、新たにコンデンサとス
イツチを設ける事により、ホールド電位を正確な
値に保つものである。 〔発明の実施例〕 以下本発明のサンプル・ホールド回路の原理を
第7図により説明する。 第7図は、前述の第6図(S&H回路のサンプ
ル期間からホールド期間に切り換わる過程におけ
る等価回路図。)に本発明を適用した場合の等価
回路図である。ホールドコンデンサC1、コンデ
ンサC4及びスイツチS2等は、第6図と同様の
構成であり、コンデンサC5、スイツチS3及び
電圧源E4、E5が新たに設けた回路である。 第7図において、スイツチS2は、サンプリン
グパルス発生回路7によつて作られたサンプリン
グパルス12に従つて、サンプル期間は電位E2
側に、ホールド期間は電位E3側に閉じられる。
一方スイツチS3も同様にして、サンプル期間は
電位E4側に、ホールド期間は電位E5側に閉じら
れる。これによつて、ホールドコンデンサC1に
チヤージされている電荷の変動量ΔQは、 ΔQ=C4(E3-E2)+C5(E5-E4) −(6) ここで C5:コンデンサの容量 で表わされる。したがつて出力端子2に現われる
ホールド電位の変化量ΔVは、 ΔV=ΔQ/C1+C4+C5 −(7) となる。今、ΔV=0即ち C4(E3−E2)=C5(E4−E5) −(8) となる様に、コンデンサC5及び電位E4、E5を
選定すれば、上式(6)及び(7)よりΔV=0となり正
確な電位を保つ事ができる。 本発明は以上に説明した手段によつてホールド
電位の変動をなくするものである。 尚、コンデンサC5は、実際のコンデンサでな
く、前記のコンデンサC4と同様にトランジスタ
の接合容量等でも良い事は明らかである。 第8図は本発明を適用したS&H回路の一実施
例である。第8図において、抵抗R2とトランジ
スタQ9、及び破線で囲まれた部分を除いた回路
は、前述の第2図と同様の回路でありここでの詳
細な説明は省略する。尚、トランジスタQ14,
Q15,Q16及び抵抗R3、R4、R5は、端子6
に与えられているバイアス電位15により定電流
源を構成している。 第8図においてサンプル期間は、トランジスタ
Q5及びQ8がオン状態であり、トランジスタQ
6及びQ7はオフ状態である。そのため、トラン
ジスタQ1とQ2のベース電位はほぼ等しくなつ
ており、トランジスタQ3及びQ4のベース電位
は、トランジスタQ2のベース電位E1にVBE(ト
ランジスタのベース・エミツタ間電圧)を加算し
た電位E2になつている。又、トランジスタQ1
のコレクタ電位(トランジスタQ9のエミツタ電
位)は、トランジスタQ5がオン状態であること
により、トランジスタQ1のコレクタ電流と抵抗
R2による電圧降下分だけ電源電圧+VCCより降下
した電位E4となつている。この状態における第
8図のS&H部分は、第7図に示した等価回路と
等しくなつている。ただし、コンデンサC4は式
(4)に示しているトランジスタQ2,Q3,Q4の
接合容量による合成容量であり、コンデンサC5
はトランジスタQ9のベース・エミツタ間接合容
量である。 一方、ホールド期間は、トランジスタQ6,Q
7がオン状態になり、トランジスタQ5,Q8が
オフ状態になつているため、トランジスタQ1か
らQ4はしや断状態となつている。このため、ト
ランジスタQ1のコレクタ電位は電源電圧+VCC
(=E5)であり、トランジスタQ3及びQ4のベ
ース電位は、トランジスタQ6,Q7のコレクタ
電流と抵抗R1による電圧降下分だけ電源電圧+
VCCより降下した電位E3となつている。この状態
における等価回路は、第7図において、スイツチ
S2がスイツチ端子D側に、スイツチS3がスイ
ツチ端子F側に閉じている場合である。 以上のサンプル期間からホールド期間に切り換
わる過程でコンデンサC4と、トランジスタQ3
及びQ4のベース電位の変化(E3−E2)による
ホールドコンデンサC1の電荷の変化量ΔQaは、 ΔQa=C4(E3−E2) −(9) であり、又、コンデンサC5と、トランジスタ
Q9のエミツタ電位の変化(E5−E4)によるホ
ールドコンデンサC1の電荷の変化量ΔQbは、 ΔQb=C5(E5−E4) −(10) である。本実施例のS&H回路では、上記ホー
ルドコンデンサC1の電荷の変化量がΔQa=−
ΔQbとなる様に、抵抗R2を選定する事により電
位E4を決定している。この抵抗R2と、電位E4
は、式(8)より、 E4=C4/C5(E3−E2)+E5 −(11) R2=E5−E4/IQ1 −(12) ここで、IQ1:サンプル期間に流れるトランジ
スタQ1のコレクタ電流。 である。これによつて、本S&H回路は、正確な
サンプル・ホールドが可能となつている。 尚、破線部100で囲まれた回路は、前記S&
H部分でホールドされた信号を、エミツタホロワ
で出力するものであり、トランジスタQ10,Q
11,Q12は、トランジスタQ13のベース電
流によるホールドコンデンサC1にチヤージされ
ている電荷の流れ出しを防ぐベース電流補償回路
である。以下第9図を用いて、上記ベース電流補
償の動作原理を説明する。 一般にトランジスタに流れるコレクタ電流IC
ベース電流IB、エミツタ電流IEの関係は、 IC=αIE=Ie−IB −(13) IC=α/1−αIB −(14) ここで、α:ベース接地トランジスタの電流伝
送比。 で表わされる。 第9図において、トランジスタQ12に流れ込
むベース電流IB0は、エミツタ電流I3によつて決
定され、このベース電流IB0はトランジスタQ1
0のベース電流IB0によつて供給されている。又、
トランジスタQ10のコレクタ電流は上記ベース
電流IB0によつて決定されており、これらの電流
の関係は、式(13)及び式(14)より、 I3=1/1−αNIBO −(15) I4=αp/1−αpIBO −(16) ここで、αN:ベース接地NPNトランジスタの
電流伝送比 αp:ベース接地PNPトランジスタの電流伝送
比 である。又、トランジスタQ12のエミツタ電流
I3はトランジスタQ13のコレクタ電流I3であ
り、トランジスタQ10のコレクタ電流I4はトラ
ンジスタQ11のエミツタ電流I4であるため、トラ
ンジスタQ13のベース電流IB1と、トランジス
タQ11のベース電流IB2は、式(13)から式
(16)により、 IB1=1/αNIB0 −(17) IB2=αpIB0 −(18) と表わされる。したがつて、トランジスタQ13
のベース電流IB1と、トランジスタQ11のベー
ス電流IB2との関係は、式(17)と式(18)より、 IB1/IB2=1/αN・αp−(19) となる。一般に、αN≒1,αp≒1であるため、
式(19)より、IB1≒IB2とみなすことができる。 このことにより、第8図におけるトランジスタ
Q13のベース電流は、トランジスタQ11のベ
ース電流によつて供給され、ホールドコンデンサ
C1にチヤージされている電荷の流れ出しを防止
することができる。 次に本発明を適用したもう一つの実施例につい
て、第10図を用いて説明する。 第10図において、スイツチング動作を行なう
トランジスタQ26,Q27と、接合容量を用い
てコンデンサとして使用しているトランジスタQ
9、及びトランジスタ32と抵抗13にて構成し
ている定電流源は、サンプル期間からホールド期
間へ切り換わる過程のホールドコンデンサC1に
チヤージされている電荷の変動を抑えるための回
路であり、波線100で囲まれた部分は、前述の
第8図と同様にホールド信号を出力させるベース
電流補償形のエミツタホロワである。端子1に
は、入力信号(被サンプル・ホールド信号)10
が入力され、端子4はサンプリングパルス12
が、端子5には上記サンプリングパルス12に対
する基準DC電圧が、そして、端子6には定電流
源を構成するトランジスタQ16,Q32,Q3
3のベース電位を与えるバイアス電圧が入力され
ている。以下、詳しい動作説明を行なう。 まず、サンプル期間(サンプリングパルス12
がハイレベルの期間)では、トランジスタQ2
4,G27がオン状態となり、トランジスタQ2
5,Q26がオフ状態になる。このため差動対ト
ランジスタQ21とQ22、抵抗R11、及びトラ
ンジスタQ24を介したトランジスタQ33と抵
抗R14より成る定電流源は差動増幅器を構成して
いる。そして、トランジスタQ22のベースとコ
レクタが接続されている事より、上記差動増幅器
は負の全帰還形増幅器となつている。このため、
入力端子1より入力される信号10は、そのまま
トランジスタQ22のベースライン(端子2)へ
伝達される事になる。又、この状態においては、
トランジスタQ25のコレクタ電流が流れていな
いため、トランジスタQ23のベースは、電流電
圧+VCCにほぼ等しい電位E2となつており、トラ
ンジスタQ23はダイオードとみることができ
る。 一方、トランジスタQ27のコレクタ電位は、
トランジスタQ27がオン状態であるため、トラ
ンジスタQ27のコレクタ電流と抵抗R2による
電圧降下分だけ電源電圧+VCCより降下した電位
E4になつている。 この状態における第10図に示したS&H部分
の等価回路は第7図に示した等価回路となる。た
だし、この場合、第7図のコンデンサC4はトラ
ンジスタQ23のベース・エミツタ間接合容量で
あり、コンデンサC5はトランジスタQ9のベー
ス・エミツタ間接合容量である。 次に、ホールド期間(サンプリングパルス12
がロウレベルの期間)では、トランジスタQ2
5,Q26がオン状態に、トランジスタQ24,
Q27がオフ状態になり、トランジスタQ21,
Q22はしや断状態となる。又、トランジスタQ
23のベース電位はトランジスタQ25がオン状
態であるため、このトランジスタQ25のコレク
タ電流と抵抗R12による電圧降下分だけ電源電
圧+VCCより降下した電位E3となる。ただし、こ
の時の電位E3は、トランジスタQ23をしや断
状態にする事によつて、電源ラインからホールド
コンデンサC1へ電荷が流れ込むのを防ぐため
に、トランジスタQ23のエミツタ電位よりも低
くなる様に設定している。 一方、トランジスタQ27は、オフ状態である
ためコレクタ電流は流れず、コレクタ電位(トラ
ンジスタQ9のエミツタ電位)は電源電圧+VCC
(=E5)となる。 この状態における等価回路は、第7図において
スイツチS2をスイツチ端子Dに、スイツチS3
をスイツチ端子Fに閉じた場合に等しくなる。 以上より、第10図に示したS&H回路のサン
プル期間からホールド期間に切り換わる過程にお
けるホールドコンデンサC1にチヤージされてい
る電荷の変動量ΔQCは、式(6)により、 ΔQC=C4(E3−E2)+C5(E5−E4)−(20) となる。第10図に示した実施例では、上式
(20)でΔQC=0とするために、C5=2×C4に
し、(E3−E2)=2×(E5−E4)となる様に抵抗
R2及びトランジスタQ32と抵抗R13よる成る
電流源の電流値を選定している。 以上説明した様に、ホールドコンデンサC1に
チヤージされている電荷の変動分ΔQを零にする
ことによりホールド電位の変動分ΔVを抑え正確
な電位をホールドする事が可能となつている。 尚、前述してきた二つのS&H回路では、ホー
ルドコンデンサC1における電荷の変化量ΔQを
零に抑える手段として、第8図のS&H回路では
抵抗R2の値を選択する事によつて、又第10図
のS&H回路では、抵抗R2及びトランジスタQ
9のベース・エミツタ間接合容量を選択する事に
よつて行なつてきた。このように、トランジスタ
Q9を常にしや断状態に保つ条件のもとに、上記
電荷の変化量ΔQを零にする手段は、式(8)の条件
を満足するならば任意に選ぶことができる。 又、特にIC化に際しては、コンデンサC5を
トランジスタのベース・エミツタ間接合容量と
し、コンデンサC4との比をとることによつて、
コンデンサC4,C5の絶対値バラツキに対して
も前記の電荷の変化量ΔQを零に抑えることを容
易に行なうことができる。 〔発明の効果〕 以上説明したように本発明を用いれば、ホール
ドコンデンサの容量に関係なく、正確に信号のサ
ンプル・ホールドが可能となり、特に、高い周波
数の信号のサンプル・ホールドや、IC内部にホ
ールドコンデンサを設けた場合のサンプル・ホー
ルド回路等で、ホールド用コンデンサとして小さ
い容量を用いる時にその効果は大である。
[Field of Application of the Invention] The present invention relates to a sample-and-hold circuit, and particularly to a sample-and-hold circuit in which the capacitance of a hold capacitor is small and
This article relates to a sample and hold circuit suitable for IC implementation. [Background of the Invention] Generally, a sample and hold circuit (hereinafter referred to as an S&H circuit) has a configuration as shown in FIG. In FIG. 1, a signal 10 inputted from an input terminal 1 is transmitted to a sampling pulse generation circuit 7.
The signal is transmitted to the output terminal 2 via the switch S1, which turns on and off according to the sampling pulse 12 generated by the sampling pulse 12 generated by the sampling pulse 12. During the period when switch S1 is on (sampling period), the potential of input terminal 1 is transmitted as is to output terminal 2;
During the period when is off (hold period), switch S
1 is charged to the hold capacitor C1 and output to the output terminal 2.
is maintained at the potential immediately before switch S1 is turned off. Now, as an example, the input signal 10 is the sine wave 10 shown in FIG.
is the pulse 12 shown in the figure, the signal transmitted to the output terminal 2 is the hold signal 14 (shown in Figure 5) that holds the input sine wave 10 at the falling edge of the pulse 12. (shows waveform)
become that way. Here, the operating principle of a specific S&H circuit particularly suitable for IC implementation will be explained with reference to FIGS. 2 and 5. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of a specific S&H circuit. In Fig. 2, the input terminal 1 has an input signal 10
(The sampled and held signal is a sine wave 10 shown in FIG. 5), but terminals 4 and 5 have a sampling pulse 12 that turns on and off switching transistors Q5, Q8 and Q6, Q7, respectively, and a DC voltage corresponding to the sampling pulse 12. 13 has been input. Now, when the sampling pulse 12 is at a high level (hereinafter referred to as the sampling period), the transistors Q5 and Q
8 is turned on, and transistors Q6 and Q7 are turned off. In this state, the circuit shown in Figure 2 consists of differential pair transistors Q1 and Q2 and a load resistor.
This is a negative full feedback amplifier consisting of a differential amplifier of R1 and constant current source I1, and an emitter follower negative feedback circuit of transistors Q4 and Q8. A negative feedback amplifier generally has the configuration shown in Figure 4, and its input/output characteristics are as follows: υ 0 = A(υ i −βυ 0 ) −(1) where υ i : input signal 100 υ 0 : output Signal 101 A: Gain of differential amplifier β: Feedback factor of feedback circuit 103. If the above equation (1) is transformed, υ 0 =A/1+βAυ i −(2), and now if β=1 and A≫1, υ 0 ≒υ i −(3). Therefore, in the sample period in FIG. 2, the input signal becomes the output signal as it is. Note that the value of the load resistor R1 in the circuit shown in FIG. It is determined based on the current value of I1. In this state, the base potential of the transistors Q3 and Q4 is equal to the potential E2 which is the sum of the potential E1 of the output terminal 2 and the base-emitter voltage of the transistors. Next, in FIG. 2, sampling pulse 1
2 is at low level (hereinafter referred to as the hold period).
I will explain about it. In this case, transistor Q
6, Q7 is on, transistors Q5, Q8
is turned off. For this reason, transistor Q3
And the base potential of Q4 is resistor R1 and constant current source I1
Due to the voltage drop caused by I2 and I2, the potential E3 becomes sufficiently lower than the base potential of the transistor Q2 (potential of the output terminal 2) E1. As a result, transistors Q3 and Q4 are turned off, preventing charges from flowing into the hold capacitor C1 from the power supply line. Also, since the collector current of transistor Q5 is not flowing, the transistor Q
1 and Q2 are now in a disconnected state, preventing the charge stored in the hold capacitor C1 from flowing out. Therefore, during the hold period, the potential E1 of the output terminal 2 is held at the potential immediately before the sampling pulse 12 becomes low level, as explained with reference to FIG. The above is the operating principle of the S&H circuit shown in FIG. However, the above S&H circuit has problems in actual operation as described below. The problems will be explained below. Generally, a transistor has junction capacitances C2 and C3 between its base and collector and between its base and emitter, as shown in FIG. In the S&H circuit of FIG. 2 described above, it was necessary to drop the base potential of transistors Q3 and Q4 from E2 to E3 in the process of switching from the sample period to the hold period. For these reasons, the baseline of the transistor Q2 in the S&H circuit shown in FIG. 2 can be equivalently regarded as the equivalent circuit shown in FIG. 6. In FIG. 6, capacitor C4 has the capacitance obtained when the base-collector capacitance of transistor Q2 and the base-emitter capacitance of transistor Q3 are connected in series, and the base-emitter capacitance of transistor Q4 is connected in parallel. This is the capacity when That is, C4=1/1/C2+1/C3+C3 =C2C3/C2+C3+C3 -(4) where C2: capacitance between the base and collector of the transistor C3: capacitance between the base and emitter of the transistor. Potential E1 is the base potential of transistor Q2 immediately before the hold period, potential E2 is the base potential of transistors Q3 and Q4 during the sample period, and potential E3 is the base potential of transistors Q3 and Q4 during the hold period. Note that terminal A of switch S2 corresponds to the baseline of transistors Q3 and Q4 in the S&H circuit of FIG. Therefore, in the above S&H circuit, during the process of switching from the sample period to the hold period due to the capacitor C4, the charge charged in the hold capacitor C1 fluctuates, and as a result, the hold potential appearing at the output terminal 2 is It will change by ΔV. The amount of change ΔV in this hold potential is
In the equivalent circuit of FIG. 6, one end of the capacitor C4 (the one not connected to the hold capacitor C1) is set to a potential E2 during the sampling period by the switch S2 which is switched in accordance with the sampling pulse 12.
Since the potential is E3 during the hold period, ΔV=C4(E3-E2)/C1+C4=ΔQ/C1+C4-(5) where C1: Capacity of the hold capacitor. C4: Capacity expressed by the above formula (4). E2: Transistor Q3, Q4 during sample period
base potential of E3: Hold period transistor Q3, Q4
base potential of ΔQ: Amount of change in the electric charge charged in the hold capacitor C1. It is expressed as Now, since E2>E3, the amount of change ΔV in the hold potential has a negative value. Therefore, the hold potential actually appearing at the output terminal 2 has a waveform shown in FIG. 15, as opposed to 14 in FIG. 5, making it difficult to hold the potential accurately. In addition, especially when sampling and holding high frequency signals or when installing the hold capacitor C1 inside the IC, the capacitance of the hold capacitor C1 must be made small, so the denominator of equation (5) becomes small. As is clear from the above, |ΔV| becomes larger and larger. [Object of the Invention] An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and provide a sample-and-hold circuit suitable for IC implementation that allows accurate sample-and-hold even when the value of the hold capacitor is small. be. [Summary of the Invention] The present invention provides a new capacitor and a switch in order to suppress fluctuations in the charge charged in the hold capacitor during the process of switching from the sample period to the hold period in the sample/hold circuit. This is to keep the hold potential at an accurate value. [Embodiments of the Invention] The principle of the sample-and-hold circuit of the present invention will be explained below with reference to FIG. FIG. 7 is an equivalent circuit diagram when the present invention is applied to the above-mentioned FIG. 6 (equivalent circuit diagram in the process of switching from the sample period to the hold period of the S&H circuit). Hold capacitor C1, capacitor C4, switch S2, etc. have the same configuration as in FIG. 6, and capacitor C5, switch S3, and voltage sources E4 and E5 are newly provided circuits. In FIG. 7, the switch S2 operates at a potential E2 during the sampling period according to the sampling pulse 12 generated by the sampling pulse generation circuit 7.
On the side, the hold period is closed to the potential E3 side.
On the other hand, the switch S3 is similarly closed to the potential E4 side during the sample period and to the potential E5 side during the hold period. As a result, the amount of variation ΔQ in the charge charged in the hold capacitor C1 is expressed as ΔQ=C4(E3-E2)+C5(E5-E4)-(6) where C5 is the capacitance of the capacitor. Therefore, the amount of change ΔV in the hold potential appearing at the output terminal 2 is as follows: ΔV=ΔQ/C1+C4+C5 −(7). Now, if we select capacitor C5 and potentials E4 and E5 so that ΔV = 0, that is, C4 (E3 - E2) = C5 (E4 - E5) - (8), then from equations (6) and (7) above, ΔV=0, and accurate potential can be maintained. The present invention eliminates fluctuations in the hold potential by the means described above. Note that it is clear that the capacitor C5 is not an actual capacitor, but may be a junction capacitance of a transistor or the like like the capacitor C4 described above. FIG. 8 shows an embodiment of an S&H circuit to which the present invention is applied. In FIG. 8, the circuit excluding the resistor R2, the transistor Q9, and the portion surrounded by the broken line is the same circuit as that in FIG. 2 described above, and detailed explanation thereof will be omitted here. In addition, the transistor Q14,
Q15, Q16 and resistors R3, R4, R5 are connected to terminal 6.
A constant current source is constituted by the bias potential 15 given to . In FIG. 8, during the sample period, transistors Q5 and Q8 are on, and transistor Q
6 and Q7 are in the off state. Therefore, the base potentials of transistors Q1 and Q2 are almost equal, and the base potential of transistors Q3 and Q4 is equal to the potential E2, which is the sum of the base potential E1 of transistor Q2 and V BE (base-emitter voltage of the transistor). ing. Also, transistor Q1
Since the transistor Q5 is in the on state, the collector potential of the transistor Q9 (emitter potential of the transistor Q9) is equal to the collector current of the transistor Q1 and the resistor.
The potential E4 is lower than the power supply voltage +V CC by the voltage drop caused by R2. The S&H portion in FIG. 8 in this state is equivalent to the equivalent circuit shown in FIG. However, capacitor C4 is expressed as
This is the combined capacitance due to the junction capacitance of transistors Q2, Q3, and Q4 shown in (4), and the capacitor C5
is the base-emitter junction capacitance of transistor Q9. On the other hand, during the hold period, transistors Q6 and Q
7 is in the on state, and the transistors Q5 and Q8 are in the off state, so that the transistors Q1 to Q4 are in the off state. Therefore, the collector potential of transistor Q1 is the power supply voltage +V CC
(=E5), and the base potential of transistors Q3 and Q4 is increased by the voltage drop due to the collector current of transistors Q6 and Q7 and resistor R1, which is equal to the power supply voltage +
The potential E3 is lower than V CC . The equivalent circuit in this state is the case in which the switch S2 is closed to the switch terminal D side and the switch S3 is closed to the switch terminal F side in FIG. In the process of switching from the sample period to the hold period, capacitor C4 and transistor Q3
The amount of change ΔQ a in the charge of hold capacitor C1 due to the change in the base potential of Q4 (E3 − E2) is ΔQ a = C4 (E3 − E2) − (9). The amount of change ΔQ b in the charge of the hold capacitor C1 due to the change in emitter potential (E5−E4) is ΔQ b =C5(E5−E4)−(10). In the S&H circuit of this embodiment, the amount of change in the charge of the hold capacitor C1 is ΔQ a =-
The potential E4 is determined by selecting the resistor R2 so that ΔQ b . This resistance R2 and potential E4
From equation (8), E4 = C4 / C5 (E3 - E2) + E5 - (11) R2 = E5 - E4 / IQ 1 - (12) where, IQ 1 : collector current of transistor Q1 flowing during the sample period . It is. This allows the present S&H circuit to perform accurate sample and hold. Note that the circuit surrounded by the broken line part 100 is the
The signal held in the H part is output by the emitter follower, and the transistors Q10 and Q
Reference numeral 11 and Q12 denote a base current compensation circuit that prevents the charge charged in the hold capacitor C1 from flowing out due to the base current of the transistor Q13. The operating principle of the base current compensation will be explained below using FIG. 9. Collector current I C that generally flows through a transistor,
The relationship between base current I B and emitter current I E is as follows: I C = αI E = I e −I B − (13) I C = α/1 − αI B − (14) Where, α: common base transistor Current transmission ratio. It is expressed as In FIG. 9, the base current I B0 flowing into the transistor Q12 is determined by the emitter current I3, and this base current I B0 flows into the transistor Q1
0 base current I B0 . or,
The collector current of transistor Q10 is determined by the base current I B0 , and the relationship between these currents is given by equations (13) and (14): I 3 =1/1−α N I BO −( 15) I 4p /1−α p I BO − (16) Here, α N : Current transmission ratio of the common base NPN transistor α p : Current transmission ratio of the base common PNP transistor. Also, the emitter current of transistor Q12
Since I3 is the collector current I3 of the transistor Q13, and the collector current I4 of the transistor Q10 is the emitter current I4 of the transistor Q11, the base current I B1 of the transistor Q13 and the base current I B2 of the transistor Q11 are calculated by formula (13). From equation (16), it is expressed as I B1 = 1/αNI B0 −(17) I B2 = α p I B0 −(18). Therefore, transistor Q13
The relationship between the base current I B1 of the transistor Q11 and the base current I B2 of the transistor Q11 is as follows from equations (17) and (18): I B1 /I B2 = 1/α N · α p − (19). In general, α N ≒1, α p ≒1, so
From equation (19), it can be considered that I B1 ≒ I B2 . As a result, the base current of the transistor Q13 in FIG. 8 is supplied by the base current of the transistor Q11, and it is possible to prevent the charge stored in the hold capacitor C1 from flowing out. Next, another embodiment to which the present invention is applied will be described using FIG. 10. In Figure 10, transistors Q26 and Q27 perform switching operations, and transistor Q is used as a capacitor using junction capacitance.
A constant current source constituted by 9, a transistor 32, and a resistor 13 is a circuit for suppressing fluctuations in the charge charged in the hold capacitor C1 during the process of switching from the sample period to the hold period, and is indicated by the dotted line 100. The part surrounded by is a base current compensation type emitter follower that outputs a hold signal as in FIG. 8 described above. Terminal 1 has an input signal (sampled/held signal) 10
is input, and terminal 4 receives sampling pulse 12
However, terminal 5 has a reference DC voltage for the sampling pulse 12, and terminal 6 has transistors Q16, Q32, Q3 constituting a constant current source.
A bias voltage giving a base potential of 3 is input. A detailed explanation of the operation will be given below. First, the sample period (sampling pulse 12
is at high level), transistor Q2
4, G27 turns on, transistor Q2
5, Q26 is turned off. Therefore, a constant current source consisting of a differential pair of transistors Q21 and Q22, a resistor R11, and a transistor Q33 and a resistor R14 via a transistor Q24 constitutes a differential amplifier. Since the base and collector of the transistor Q22 are connected, the differential amplifier is a negative full feedback amplifier. For this reason,
The signal 10 input from the input terminal 1 is transmitted as is to the base line (terminal 2) of the transistor Q22. Also, in this state,
Since no collector current flows through the transistor Q25, the base of the transistor Q23 is at a potential E2 approximately equal to the current voltage +V CC , and the transistor Q23 can be regarded as a diode. On the other hand, the collector potential of transistor Q27 is
Since transistor Q27 is in the on state, the potential is lower than the power supply voltage +V CC by the voltage drop due to the collector current of transistor Q27 and resistor R2.
It's becoming E4. The equivalent circuit of the S&H portion shown in FIG. 10 in this state becomes the equivalent circuit shown in FIG. However, in this case, capacitor C4 in FIG. 7 is the base-emitter junction capacitance of transistor Q23, and capacitor C5 is the base-emitter junction capacitance of transistor Q9. Next, hold period (sampling pulse 12
is low level), transistor Q2
5, Q26 is on, transistor Q24,
Q27 is turned off, and transistors Q21,
Q22 is in a state of discontinuation. Also, transistor Q
Since the transistor Q25 is on, the base potential of the transistor Q23 becomes a potential E3 lower than the power supply voltage +V CC by the voltage drop caused by the collector current of the transistor Q25 and the resistor R12. However, the potential E3 at this time is set to be lower than the emitter potential of the transistor Q23 in order to prevent charge from flowing from the power supply line to the hold capacitor C1 by turning off the transistor Q23. are doing. On the other hand, since transistor Q27 is in the off state, no collector current flows, and the collector potential (emitter potential of transistor Q9) is the power supply voltage + V CC
(=E5). The equivalent circuit in this state is shown in FIG. 7, with switch S2 connected to switch terminal D and switch S3 connected to switch terminal D.
It becomes equal when the switch terminal F is closed. From the above, the amount of variation ΔQ C in the charge charged in the hold capacitor C1 during the process of switching from the sample period to the hold period of the S&H circuit shown in FIG . −E2)+C5(E5−E4)−(20). In the example shown in Fig. 10, in order to set ΔQ C = 0 in the above equation (20), C5 = 2 x C4, and the resistance is set so that (E3 - E2) = 2 x (E5 - E4).
The current value of the current source consisting of R2, transistor Q32, and resistor R13 is selected. As explained above, by reducing the variation ΔQ of the charge charged in the hold capacitor C1 to zero, it is possible to suppress the variation ΔV of the hold potential and hold an accurate potential. In the two S&H circuits described above, the amount of change in charge ΔQ in the hold capacitor C1 is suppressed to zero by selecting the value of the resistor R2 in the S&H circuit shown in FIG. In the S&H circuit, resistor R2 and transistor Q
This has been done by selecting the base-emitter junction capacitance of 9. In this way, under the condition that the transistor Q9 is always kept in the inactive state, the means for reducing the charge change amount ΔQ to zero can be arbitrarily selected as long as the condition of equation (8) is satisfied. . Also, especially when integrated into an IC, by using the capacitor C5 as the base-emitter junction capacitance of the transistor and taking the ratio with the capacitor C4,
Even with variations in the absolute values of the capacitors C4 and C5, the amount of change in charge ΔQ can be easily suppressed to zero. [Effects of the Invention] As explained above, by using the present invention, it is possible to accurately sample and hold signals regardless of the capacity of the hold capacitor, and in particular, it is possible to sample and hold high frequency signals and to store signals inside an IC. This is particularly effective when a small capacitance is used as a hold capacitor in a sample/hold circuit where a hold capacitor is provided.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はS&H回路の原理図、第2図はS&H
回路の一例を具体的に示した回路図、第3図はト
ランジスタの接合容量を説明するための回路図、
第4図は負帰還形増幅器の等価回路図、第5図は
S&H回路図を説明する上での各端子の近似的信
号波形の具体的な一例を示した波形図、第6図は
第2図に示したS&H回路の等価回路図、第7図
は本発明のS&H回路の等価回路図、第8図は本
発明のS&H回路の一例を示す回路図、第9図は
ベース電流補償形のエミツタホロワの出力回路を
説明するための回路図、第10図は本発明のS&
H回路の一例を示す回路図である。 符号の説明、C1……ホールド用コンデンサ、S
1……サンプル用スイツチ、Q9……補償用トラ
ンジスタ。
Figure 1 is the principle diagram of the S&H circuit, Figure 2 is the S&H circuit.
A circuit diagram specifically showing an example of the circuit, FIG. 3 is a circuit diagram for explaining the junction capacitance of a transistor,
Figure 4 is an equivalent circuit diagram of a negative feedback amplifier, Figure 5 is a waveform diagram showing a specific example of approximate signal waveforms at each terminal to explain the S&H circuit diagram, and Figure 6 is a waveform diagram showing a specific example of approximate signal waveforms at each terminal. Fig. 7 is an equivalent circuit diagram of the S&H circuit of the present invention, Fig. 8 is a circuit diagram showing an example of the S&H circuit of the present invention, and Fig. 9 is a circuit diagram of the S&H circuit of the present invention. A circuit diagram for explaining the output circuit of the emitsuta follower, FIG. 10 is the S &
FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of an H circuit. Explanation of symbols, C1...Hold capacitor, S
1... Sample switch, Q9... Compensation transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 入力端子と、 入力端子にベースが接続された第1のトランジ
スタと、 出力端子と、 出力端子にベースが接続された第2のトランジ
スタと、 サンプル期間において第1および第2のトラン
ジスタのエミツタに対して電流を供給し、ホール
ド期間においてその電流供給を停止する定電流源
と、 出力端子に接続されたホールド用コンデンサ
と、 サンプル期間において第2のトランジスタのコ
レクタに発生する信号をそのベースに負帰還し、
ホールド期間においてその負帰還動作を停止する
負帰還トランジスタと、 出力端子に接続され、コンデンサとして動作す
る半導体素子とからなり、 この半導体素子の容量およびその印加電圧は、
第2のトランジスタおよび負帰還トランジスタに
よつて形成される容量によつて期間切換時にホー
ルド用コンデンサの電荷が変動するのを打消すよ
うに定められる、 ことを特徴とするサンプル・ホールド回路。 2 入力端子と、 入力端子にベースが接続された第1のトランジ
スタと、 出力端子と、 出力端子にベースが接続された第2のトランジ
スタと、 サンプル期間において第1および第2のトラン
ジスタのエミツタに対して電流を供給し、ホール
ド期間においてその電流供給を停止する定電流源
と、 出力端子に接続されたホールド用コンデンサ
と、 第2のトランジスタのベースとコレクタとを接
続する負帰還接続部と、 第2のトランジスタのコレクタ電流径路中に設
けられ、サンプル期間において導通し、ホールド
期間においてしや断する第3のトランジスタと、
出力端子に接続され、コンデンサとして動作する
半導体素子とからなり、 この半導体素子の容量およびその印加電圧は、
第2および第3のトランジスタによつて形成され
る容量によつて期間切換時にホールド用コンデン
サの電荷が変動するのを打消すように定められ
る、 ことを特徴とするサンプル・ホールド回路。
[Claims] 1: an input terminal; a first transistor having a base connected to the input terminal; an output terminal; a second transistor having a base connected to the output terminal; A constant current source that supplies current to the emitter of the second transistor and stops the current supply during the hold period, a hold capacitor connected to the output terminal, and a constant current source that supplies current to the emitter of the second transistor during the sample period. Negative feedback of the signal to its base,
It consists of a negative feedback transistor that stops its negative feedback operation during the hold period, and a semiconductor element that is connected to the output terminal and operates as a capacitor. The capacitance of this semiconductor element and the voltage applied to it are:
A sample-and-hold circuit, characterized in that the capacitor formed by the second transistor and the negative feedback transistor is configured to cancel fluctuations in the charge of the holding capacitor at the time of period switching. 2 an input terminal, a first transistor whose base is connected to the input terminal, an output terminal, a second transistor whose base is connected to the output terminal, and an emitter of the first and second transistors during the sample period. a constant current source that supplies current to the transistor and stops the current supply during the hold period, a hold capacitor connected to the output terminal, and a negative feedback connection that connects the base and collector of the second transistor; a third transistor provided in the collector current path of the second transistor, conductive during the sample period and depleted during the hold period;
It consists of a semiconductor element that is connected to the output terminal and operates as a capacitor, and the capacitance of this semiconductor element and the voltage applied to it are:
A sample-and-hold circuit, characterized in that the capacitance formed by the second and third transistors is designed to cancel out fluctuations in the charge of the holding capacitor at the time of period switching.
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