JPH047914A - 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、アナログ／ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ
変換器という）の前段等に用いられ、スイッチのオン・
オフ動作によりサンプリングモードとホールドモードと
に切換えて、Ａ／Ｄ変換器等の信号処理を行うサンプル
・ホールド回路、特に多チャンネルの入力を有するサン
プル・ホールド回路に関するものである。

（従来の技術） 従来、この種の分野の技術としては、米山寿−著、７Ａ
／Ｄコンバータ入力門」　（昭和５８−９−２５）Ｐ、
１３４−１３７に記載されるものがあった。以下、その
構成を図を用いて説明する。

第２図は、上記文献に記載された従来のサンプル・ホー
ルド回路の一構成例を示す回路図であるる。

このサンプル・ホールド回路は、スイッチ部１０を有し
、そのスイッチ部１０の出力側のノードＮ１には、コン
デンサ１５の一端と出力端子１６とが接続されている。

スイッチ部１０は、アナログ入力信号Ｖｌｌ入力用の入
力端子１１及びアナログ入力信号Ｖ１２人力用の入力端
子１２を有し、入力端子１１がアナログスイッチ１３を
介して、入力端子１２がアナログスイッチ１４を介して
ノートへ１にそれぞれ共通接続されている。

次に動作を説明する。

まず、アナログスイッチ１３をオン、アナログスイッチ
１４をオフの状態で、入力端子１１に印加されている第
３図に示すようなアナログ入力信号Ｖｌｌによりコンデ
ンサ１５を充放電する。以下、これをサンプルモードと
いう（第３図の期間Ｓ〉。その後、アナログスイッチ１
３及びアナログスイッチ１４をオフにして、アナログ入
力信号Ｖｌｌ、Ｖ１２を切り離し、コンデンサ１５に充
放電された電圧を一定時間保持させる。以下、これをホ
ールドモードという（第３図の期間Ｈ）。

かくして、アナログ入力信号Ｖｌｌをサンプル・ホール
ドし、次に入力側のアナログスイッチ１３またはアナロ
グスイッチ１４をオンするまで、出力端子１６には、ア
ナログスイッチ１３．１４をオフする直前の値を出力信
号■０として保持することができる。この一定電圧に保
持された出力信号■０により、例えば出力端子１６に接
続されたＡ／Ｄ変換器は、アナログ量のディジタル化が
完了するまでの間、安定してＡ、／Ｄ変換することがで
きる。

Ａ／Ｄ変換がなされた後、アナログスイッチ１４をオン
′、アナログスイッチ１３をオフして、アナログ入力信
号Ｖ１２の電圧値のサンプル・ホールドを行い、さらに
アナログ入力信号Ｖ１２のＡ７・′Ｄ全変換行う。

この様にして、複数のアナログ入力を、１つのサンプル
・ホールド回路と１つのＡ／Ｄ変換とで時分割にディジ
タル化している。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成のサンプル・ホールド回路では
、次のような課題があった。

サンプル・ホールド回路は、所定のサンプル時間（アナ
ログスイッチ１３またはアナログスイッチ１４のオン時
間〉内にコンデンサ１５を所定のアナログ値に充放電し
なければならない。

１つの入力信号、例えばアナログ入力信号■１１をサン
プル・ホールドしてＡ／Ｄ変換する場合は、次のような
動作となる。即ち、入力がアナログ入力信号Ｖｌｌの１
チヤンネルのみのときは、サンプル・ホールドし、Ａ／
Ｄ変換し、その次もまた同一信号のアナログ入力信号Ｖ
ｌｌのサンプル・ホールド、Ａ／Ｄ変換となるため、ホ
ールドされている電圧値は次のサンプルモード時の電圧
値と近い値となっており、サンプルモード時の充放電時
間はさほどかからない。

しかし、複数の完全に独立したアナログ値を順にサンプ
ル・ホールド、Ａ／Ｄ変換を行う場合、コンデンサ１５
にホールドされている電圧値は、直前のチャンネルの電
圧値であり、選択されたチャンネルの所定のアナログ値
まで、所定の時間内に充放電するには、上記の１チヤン
ネルの場合と比較して、より多くの時間を要することに
なる。

具体的には、例えば０〜５ｖ間のアナログ入力をＡ／Ｄ
変換する場合を考える。

入力端子１１（チャンネル１）にＯｖが印加され、入力
端子１２（チャンネル２〉に５ｖが印加されている場合
、先ず、チャンネル１のサンプル・ホールド及びＡ／’
Ｄ変換した後、チャンネル２のサンプリングに移行する
。その際、コンデンサ１５は、ＯＶの状態になっており
、Ｏｖから５ｖまで、所定の時間内に充電しなければな
らないことになる。

ところが、チャンネル１のみのシステムの場合ならば、
直前のアナログ値と次のアナログ値の１回目のサン′プ
リン′グて゛、例えばＯｖ、２回目が０１ｖ、３回目が
０．２ｖ・・・・・・というように変化幅が小さいため
、上記の複数チャンネルの場合と比べ、サンプリングに
要する時間は、少なくて済む。

したがって、１チャンネル当りのサンプル時間を一定と
して、複数チャンネルを有するサンプル・ホールド回路
を考えると、直前のチャンネルのアナログ値が、次のチ
ャンネルのサンプリングに影響を与えることになる。こ
の現象を以下、クロストークという。

複数チャンネル有するシステムの場合、クロストークの
影響が出ないようにサンプル・ホールド時間を長くする
ことも考えられるが、単一千ャンネルのシステムと比べ
てスペックダウンすることになって好ましくない。また
、特にスイッチ部１０の入力側の信号源インピーダンス
が大きい場合は、充電または放電の時定数が大きいなめ
、サンプリング開始時のコンデンサ１５の値と伝達すべ
き所定電圧値との電位差が大きい場合、より充放電時間
がかかることになり、クロストークの影響は大きくなる
。

この様に、複数チャンネルを有するサンプル・ホールド
回路の場合、サンプリング開始前のコンデンサ１−５の
充放電状態に依存して、単一チャンネルの場合と比べ、
より多くのサンプリング時間をかけなければならなかっ
た。また、システム側からの要求でサンプリング時間を
長くことが不可能な場合は、Ａ／Ｄ変換精度が劣化する
という問題があった。

本発明は前記従来技術の持っていた課題として、クロス
トークが大きくなるという点について解決したサンプル
・ホールド回路を提供するものである。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前記課題を解決するために、サンプルモード
時に複数のアナログ入力信号Ｖｌｌの切換えを行い、ホ
ールドモード時に該各アナログ入力信号Ｖｌｌの切り離
しを行うスイッチ部と、前記サンプルモード時に前記ス
イッチ部の出力を入力し、前記ホールドモード時に該ス
イッチ部の出力を一定時間保持するためのコンデンサと
を、備えたサンプル・ホールド回路において、次のよう
な手段を講じたものである。

即ち、前記サンプルモード時前に、前記コンデンサに所
定の電圧を印加し、該コンデンサを所定の電圧に初期化
する電圧印加部を設けたものである。

（作用） 本発明は、以上のようにサンプル・ホールド回路を構成
したので、電圧印加部は、サンプルモード時前に、コン
デンサに対して所定の電圧を印加し、該コンデンサを所
定の電圧に初期化する。これにより、サンプリングのと
きは必ず前記所定の電圧から開始され、複数の異なる電
位のアナログ入力信号を順にサンプル・ホールドする際
、直前のアナログ入力信号の影響か排除できる。

したがって、前記課題を解決できるのである。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示すサンプル・ホールド回
路の構成ブロック図である。

このサンプル・ホールド回路は、スイッチ部５０を有し
、そのスイッチ部５０の出力側のノードＮ１０には、コ
ンデンサ６０の一端と出力端子６１とが接続されている
。スイッチ部１０は、アナログ入力信号Ｖ５１人力用の
入力端子５１及びアナログ入力信号Ｖ５２人力用の入力
端子５２を有し、入力端子５１がアナログスイッチ５３
を介して、入力端子５２がアナログスイッチ５４を介し
てノードＮＩＯにそれぞれ共通接続されている。

さらに、出力端子６１側のコンデンサ６０の一端には、
電圧印加部７０が接続されている。電圧印加部７０は、
出力端子６１側のコンデンサ６０の一端を所定の電圧に
設定するための回路であり、スイッチ７１と充放電回路
７２とで構成されている。

第４図は第１図中の充放電回路７２の具体回路例を示す
回路図である。

この図の示すように、充放電回路７２は、抵抗７２ａ、
７２ｂ及び演算増幅器７２ｃで構成されている。抵抗７
２ａ、７２ｂは、電源電位ＶＤＤとグランドＧＮＤ間に
直列接続され、その抵抗７２ａ、７２ｂの接続点が演算
増幅器７２ｃの正相入力端子に接続されている。さらに
、この演算増幅器７２ｃは、逆相入力端子と出力端子と
が互いに接続されたボルテージ・フォロア回路を構成し
ている。

第５図は第１図のタイムチャート、及び第６図はコンデ
ンサ６０における電圧値の変化を示す図である。これら
の図を参照しつつ、第１図の動作を説明する。なお、ア
ナログ入力信号Ｖ５１〉アナログ入力信号Ｖ５２とする
。

先ず、スイッチ７１をオンしく第５図の時間ｔ１）、充
放電回路７２により、例えば所定の基準電圧Ｖｆの１／
２レベルに強制的に充放電を行ってコンデンサ６０を時
間ｔ１内で初期化する（第６図の時間ｔｌ）。その初期
化の後、アナログスイッチ５３をオンしく第５図の時間
ｔ２）、アナログ入力信号Ｖ５１を入力させる。これに
より、出力端子６１の電圧が初期化後のコンデンサ６０
の電圧値から、所定のアナログ入力信号Ｖ５１のアナロ
グ値に変化し始める（第６図の時間ｔ２＞。

そして、アナログ入力信号Ｖ５１のサンプリング時間内
にサンプリングを完了し、その後、アナログスイッチ５
３をオフしく第５図の時間ｔ３）、ホールドモード状態
に入る。ホールドモードの間、Ａ／Ｄ変換を行う。これ
でアナログ入力信号■５１用チャンネルの一連のシーケ
ンスが終了し、アナログ入力信号Ｖ５２用チャンネルに
移行する。

アナログ入力信号Ｖ５１チャンネルのＡ／Ｄ変換期間が
終了した後、スイッチ７１をオンしく第５図の時間ｔ４
）、再びコンデンサ６０を初期化する（第６図の時間ｔ
４）。さらに、アナログスイッチ５３のオフ状態で、ア
ナログスイッチ５４をオンしく第５図の時間ｔ５）、ア
ナログ入力信号Ｖ５２の電圧で充放電する（第６図の時
間ｔ５）。続いて、アナログスイッチ５３．５４をオフ
状態にして（第５図の時間ｔ６）ホールドモードにしく
第６図の時間ｔ６）、出力端子６１に出力され保持され
ている電圧によりＡ／Ｄ変換を行う。

フリーランモードであれば、連続してアナログ入力信号
Ｖ５１、アナログ入力信号Ｖ５２、アナログ入力信号Ｖ
５１、・・・・・・と繰り返し変換を行う。

その際、第６図の示す時間ｔ３、時間ｔ６、時間ｔ９の
経過後の時間ｔ４、時間ｔ７、時間ｔｌ。

で、急速に初期化が行われ、前チャンネルのサンプリン
グ値がキャンセルされる。

本実施例は、次のような利点を有している。

（１）第７図に示すように、アナログ入力信号■５１の
サンプル・ホールド後（時間ｔｌｌ、ｔ１２）、アナロ
グ入力信号Ｖ５２のサンプリング移行時（時間ｔ１３）
に、アナログ入力信号Ｖ５ルベルからアナログ入力信号
Ｖ５２レベルへ直接、電圧レベルが変化している。この
場合、アナログ入力信号Ｖ５１が最大値、即ち基準電圧
Ｖｆレベルの入力が印加されており、アナログ入力信号
■３２が最小値、即ち〜′ｇレベルが印加されている場
合、基準電圧Ｖｆレベルから〜“ｇレベルまで放電（ま
た、逆にＶｇレベルから基準電圧Ｖｆレベルまで充電）
を所定の時間内に行う必要がある。

時間ｔ１４の最終電圧レベルに安定するまでの時間がサ
ンプリング期間中に終了しない場合は、実際のアナログ
入力信号Ｖ５１電圧値とサンプリング結果の電圧値との
差がクロストークとなり、誤差が発生することになる。

これに対して、本実施例のサンプル・ホールド回路は、
サンプリング開始前に、コンデンサ６０の初期化期間を
設け、所定の電圧に設定した後、サンプリングを実施す
るようにしたので、複数の異なる電位のアナログ入力信
号を順にサンプル・ホールドする際、直前のチャンネル
のアナログ入力信号の電圧レベルの影響を受けず、クロ
ストークが減少する。

（２）初期化期間の電圧設定をアナログ入力のほぼ中間
電圧、即ち、（入力可能最低電圧十入力可能最高電圧／
′２）程度の電圧とした場合、従来タイプと比べ、サン
プリング時の電圧変動幅は、約１７′２となるため、サ
ンプリング時間を短縮できる。特に、アナログ入力源（
信号源）のインピーダンスが高い場合には、サンプリン
グ時間がかがるため、サンプリング時間短縮の効果は非
常に大きいものとなる。

第８図は、本発明のサンプル・ホールド回路の適用例で
あり、第１図のサンプル・ホールド回路の出力端子６１
に、演算増福器８１及びディジタル／′アナログ変換器
８２等からなる逐次比較型Ａ／Ｄ変換器８０が接続され
た構成となっている。

データ収集システム、例えば自動車用コンピュータでは
、バッテリー電圧、エンジン温度、水温、及び車室内温
度等の多くのアナログ量をディジタル化して、マイクロ
コンピュータで処理する必要がある。その場合、通常、
各アナログ量に対してサンプル・ホールド回路及びＡ／
Ｄ変換器を用意すること行わず、第８図に示すように、
アナログスイッチ５３、アナログスイッチ５４・・・・
・・を各アナログ量に並列に接続し、時分割で選択され
たアナログ入力信号のＡ、／Ｄ変換ができるようにして
いる。

この様な場合に、本発明のサンプル・ホールド回路を用
いれば、上述したように、精度の優れたＡ／Ｄ変換が可
能となり、バッテリー電圧、エンジン温度、水温、及び
車室内温度等のアナログ量に対して的確なディジタル化
が可能になる。

なお、本発明は、図示の実施例に限定されず、種々の変
形が可能である。例えば上記実施例では、充放電回路７
２の具体回路例として第４図に示されるものを用いたが
、これに限定されず、例えば第９図に示されるようなＣ
ＭＯＳインバータ７２ｄのドレイン／ゲート間を短絡し
た回路等を用いてもよい。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、サンプリ
ング開始前に、コンデンサの初期化期間を設け、所定の
電圧に設定した後、サンプリングを実施するようにした
ので、複数の異なる電位の゛アナログ入力信号を順にサ
ンプル・ホールドする際、直前のアナログ入力信号の影
響を受けず、クロストークが減少する。このため、本発
明のサンプル・ホールド回路を複数チャンネルを有する
Ａ／″Ｄ変換システムに適用すれば、変換精度の優れた
Ａ／Ｄ変換が期待できる。

また、初期化期間におけるコンデンサに印加される電圧
の設定次第では、サンプリング時間の短縮も可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のサンプル・ホールド回路の構
成ブロック図、第２図は従来のサンプル・ホールド回路
の回路図、第３図は第２図のタイムチャート、第４図は
第１図中の充放電回路の具体回路例を示す回路図、第５
図は第１図のタイムチャート、第６図はコンデンサ６０
の電圧値の変化を示す図、第７図は初期化期間のないＡ
／Ｄ変５０・・・・・・スイッチ部、６０・・・・・・
コンデンサ、７０・・・・・・電圧印加部、Ｖ”５１．
Ｖ３２・・・・・・アナログ入力信号。 ５０；スイッナ告伜 １０：＠、圧印力り畜β

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 サンプルモード時に複数のアナログ入力信号の切換えを
   行い、ホールドモード時に該各アナログ入力信号の切り
   離しを行うスイッチ部と、 前記サンプルモード時に前記スイッチ部の出力を入力し
   、前記ホールドモード時に該スイッチ部の出力を一定時
   間保持するためのコンデンサとを、備えたサンプル・ホ
   ールド回路において、 前記サンプルモード時前に、 前記コンデンサに所定の電圧を印加し、該コンデンサを
   所定の電圧に初期化する電圧印加部を設けたことを特徴
   とするサンプル・ホールド回路。