JPS59117791A - サンプルホ−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】 本発明は一般に帰還形サンプルホールト電子回路に関し
、特に段の形態を成す複数の斯かる回路をトランスハー
サルフィルタ７λンクとして接続し、ＭＯＳ形集撰集積
回路込んだ装置に関する。

サンプリンクスイッチの機能を達成するだめのＭＯＳｈ
ランシスタに依存する帰還形サンプルホールト回路式ト
ランスｌ＼−サルフィルタバンクには、固定パターンノ
イスと電源ノイズとの両方の問題が存在している。

固定パターンノイスｉｄ、ＩＶＩＯＳトランシスタ・ス
イッチング・テ／＼イスの特性に由来するものである。

各サンプルホールト段においては、スイッチング制御信
号源からのスイッチングパルス列に応答して動作するＭ
ＯＳサンプリングスイッチを介して、保持キャ／くシタ
は信号に接続されている。信号追跡状態から信号保持状
態へ変化させるためのパルス列により、スイッチが導通
性のＯＮ状態から抵抗性のＯＦＦ状態に動作した場合に
は、保持キャパシタ上の電圧に影響を与えるスイッチン
グ電荷の貫通によって誤差が発生し、　六貫通電圧オフ
セット〃　として一般に言及されるような保持信号を誘
起する。与えられた回路におけるＭＯＳスイツチンクト
ランシスタのなかにわずかな変化があると、バンクの複
数段のなかに該当する貫通電圧オフセットの変化が生ず
るため、出力信号に固定パターンノイスが生する。

バンクの出力に接続されたいずれかの回路から保持キャ
パシタをＤＣ的に隔離するためには、保持キャパシタか
ら出力信号を取出さなければならないが、この目的で使
用されるハツファに対しては電源除去の問題が関係して
いる。保持キャパシタｆｌＭＯｓハツファトランシスタ
、通常はソースホロワのケートに接続されている。ハツ
ファトランシスタのトレーンは電源電圧レールに結合さ
れている。

この構成で、ハソファトランシスタのゲート・トレーン
間キャパシタンスは電源ノイズを保持キャパシタンスに
寄生的に結合している。

発明の要旨 本発明においては、サンプルホールト形トランスバーサ
ル・フィルタ・バンクの各段の帰還形サンプルホールト
回路部が２重帰還形サンプルボルト式のものである。一
対のＮチャネル形ハツファトランシスタのひとつ（ｄエ
ンハンスモート形であり、他はテブレションモート形で
あって、これらは保持キャパシタと電源供給レールとの
間の寄生的容量結合が事実上除去されるように二重帰還
形サンプルホールト部に接続されている。さらに、／＼
ツファトランシスタのひとつの寄生ケート・トレーン間
キャパシタンスが二重帰還形サンプルホールト部に対し
て結合キャパシタの機能を有するものであるように回路
素子が構成しである。二重帰還の特長が事実上、固定パ
タ−ンノイスを除去するものである反面、相補対称形バ
ッファトランジスタは電源ノイス除去性能を大幅に改善
するものである。

詳細な説明 第１図ハ、トランスバーサルフィルタ／＼ンク１０を示
す図である。フィルタバンク１０は高利得、高性能の増
幅器１２を備え、増幅器１２はその非反転入力１４にお
いて、単純なサンプルホールドスイッチとキャパシタと
の組合せからの信号を受信し、複数の相互接続された同
一の帰還サンプルホールド段１６により共用されている
。増幅器１２の出力１８は段１６の入力節点２２として
接続されている。増幅器１２の反転入力２０は段１６の
帰還節点２４に接続されている。段１６は順次、信号を
サンプルホールドし、出刃信号を出力節点２６に与え、
そこから信号は他の用途に供するため他の回路へと通過
してゆく。

段１６の順次動作はクロック信号源２８からのスイッチ
ングパルス列により制御されている。各段１６は特定の
段１６に関連した３つのスイッチングパルス列Ｔ１．Ｔ
２．Ｔ３を受信する。これらのパルス列Ｔ、　、　Ｔ２
．　Ｔ３の時間系列、ならびにそれらのパルス間隔Ｔ、
　、　Ｔ２．　Ｔ３については、フィルタバンク１０の
動作モートに関して、さらに詳細に後で論する。段１６
のひとつは、第２図に詳細に示しである。

段１６は二重帰還形サンプルホールド式のものであり、
第１および第２のサンプルホールド回路を備えている。

第２の回路は、動作中に誘起された誤差電圧を較正する
ように、第１の回路に相加したものである。斯かる構成
は米合衆国特許出願第４２６，２９３号に記載されてい
る。

入力節点２２（ｄＸｉＥｌのサンプルスイッチ３０から
成る第１のサンプルホールド分岐点に導びかれ、その後
＼＼サンプリングスイッチ〃は第１の保持キャパシタ３
２へ直列に接続され、さらにその後、　）＼保持キャパ
シタ〃の他の端子は接地されている。この第１の分岐点
と並列に、較正用サンプリングスイッチ３４から成立つ
第２の較正用分岐点かあシ、その後１＼較正スイツチ〃
　と較正用保持キャパシタ３６があって、さらにその後
、　Ｎ較正キャパシタ〃は入力節点２２と接地端子との
間に直列接続されている。サンプルホールドの第１の信
号は、サンプリンクスイッチ３０とホールトキャパシタ
３２との間の共通節点３８において得られる。サンプル
ホールドの較正信号は、較正スイッチ３４と較正キャパ
シタ３６との間の共通節点４０において得られる。

これらの保持信号節点３Ｂ、４０１′ｔ、一対のバッフ
ァトランジスタ４４．４６を含むバッファ４２に結合さ
れている。ひとつは、そのトレーンが電源供給レールＶ
ＤＤに接続され、そのケートが較正用共通節点４ｏに接
続されたデプレションモート形トランジスタ４４である
。他は、そのゲートが第１の共通節点３８に接続され、
そのソースが定電流源４７に接続されたエンハンスメン
トモート形バッファトランジスタ４６である。デプレシ
ョンモート形バッファトランジスタ４４のソースは、節
点４８においてエンハンスメントモード形トランジスタ
４６のトレーンに接続されている。両バッファトランジ
スタ４１．４６のバルク領域はけ、出力節点２６におい
てエンハンスメントモート形トランジスタ４６のソース
に接続されている。しかしながら、エンハンスメントモ
ード形トランジスタ４６のソースに接続する代りに、デ
プレションモート形トランジスタ４４は、そのバルクが
自身のソースに接続されている。

出力節点２６と増幅器１２の反転入力（→との間には、
帰還イネ−フルスイッチによって制御することができる
帰還線路が接続されている。サンプリンクスイッチ３０
、較正スイッチ３４、ならびに帰還イネ−フルスイッチ
５４はすべて単極、単投のＭＯＳトランジスタにより作
られた電子式スイッチである。図においては詳細を省略
して、段１６が容易によく理解できるように単純なスイ
ッチとして描いである。

段１６の３つのスイッチ３０．３４．５４の順次動作は
第３図のタイミンクタイアクラムにより示してあり、第
３図において縦軸は電圧を表わし、横軸は時間を表わす
。スイッチ３０．３４．５４はそれぞれクロック信号源
２８からの別々のスイッチングパルス列Ｔ、　、　Ｔ２
．　Ｔ３によシアトレスされている。Ｔ１〜Ｔ３　　に
関連したスイッチが閉している期間によりパルス列は照
合される。斯くして、Ｔ１は、期間Ｔ１　　に対してサ
ンプリンクスイッチ３０を閉じるように出力されたクロ
ック信号源２８からのパルス列を照合する。Ｔ２　　け
、期間Ｔ２　　に対して較正スイッチ３４を閉じるパル
ス列を照合する。Ｔ３ｔｒｉ、期間Ｔ３　　に対して帰
還イネ−フルスイッチ５４を閉じるパルス列を照合する
。タイミングタイアクラムに示すように、それぞれスイ
ッチ３０．３４．５４に関連した線Ｔｌ　＋　Ｔ２　＋
　Ｔ３は、パルス列めスイッチングパルスの高−低電圧
レベルを表わすものである。レベルが高レベルである場
合には、スイッチは閉じている。レベルが低レベルであ
る場合には、スイッチは開いている。段１６の全動作サ
イクル期間Ｔ３　には、帰還イネ−フルスイッチ５４は
閉じている。

この期間にはフィルタバンク１０の他のすべての段１６
の貫通イネ−フルスイッチ５４は開いていて、他の段は
事実上テイスエーフルされ、ているものと理解され、る
。最初に、第１の期間Ｔ１　にはサンプリンクスイッチ
３０を介して入力節点２２の電圧を保持キャパシタ３２
が追跡していて、この期間にはサンプリンクスイッチ３
０と較正スイッチ３４とは共に閉じている。

この第１の期間Ｔ１　　の終了時点で、サンプリンクス
イッチ３０は開くが、較正スイッチ３４は閉じた寸まで
ある。第２の期間Ｔ２　の終了時点では、較正スイッチ
３４も開く、このスイツチンクシーケンスが段１６の出
力に与える効果は、後で詳細に論する。

節点４８と第１の共通節点３８との間に接続された結合
キャパシタ５６は破線で示しであるが、これは結合キャ
パシタ５６が実際にはエンハンスモート形バッファトラ
ンジスタ４６のケート・トレーン間の寄生キャパシタン
スであるためである。出力信号における貫通電圧オフセ
ットを較正するための第２の期間Ｔ２　　においては、
このキャパシタンスが第１の共通節点３８と較正用共通
節点４０との間に結合を与えている。

第１のスイッチ期間Ｔ１　　の終了時点てサンプリンク
スイッチ３０が開くならは、保持キャパシタ３２上にオ
フセットを圧が誘起する。

これＩｒｊ、、ＭＯＳトランジスタの特性であるスイツ
チンク電荷貫通誤差から得られるものである。しかしな
がら、較正用共通節点４０からの較正信号が寄生的なケ
ート・トレーン結合キャパシタンス５６を介して保持キ
ャパシタ３２に結合されるように、第２の期間Ｔ２の残
りの期間に較正スイッチ３４は閉じたままである。結合
キャパシタ５６が大きさのはソ等しい保持キャパシタ３
２ならびに較正キャパシタ３６の両方よりかなシ小さい
と云う事実により、保持キャパシタ３２に対する較正キ
ャパシタ３６の結合が減せられている。

その結果、第２のスイッチ期間Ｔ２　の終了時点におい
て較正スイッチ３４が開き、電荷貫通誤差を発生させる
ならば、この誤差の保持キャパシタ３２における信号レ
ベルに対する影響が町々り減せられ、重要ではなくなっ
ている。　　　　　　　− 異なったＤＣレベルにおいて（は両方のバッファトラン
ジスタ４４．４６がバッファとして働らいているとは云
え、第１のスイッチ期間Ｔ１　　において（は、節点４
８と出力節点２６との両方における信号が入力節点２２
における信号に追従する、較正期間においては、デプレ
ションモート形バッファトランジスタ４４はソース節点
４８に対して利得が１０バツファであるとして機能し続
け、エンハンスモート形バッファトランジスタ４４のケ
ート・ドレーン間のオーバラップ領域は結合キャパシタ
５６として働らく。電源供給レールＶＤＤにおけるノイ
スの寄生結合は第１の保持キャパシタ３２よりも、むし
ろ較正キャパシタ３６に対するものである。その結果、
出力節点２６における斯かるノイスの段１６の出力信号
への影響は犬きく減せられる。何故ならば、デプレショ
ンモート形バッファトランジスタ４４、あるいはエンハ
ンスメントモート形バッファトランジスタ４６のケート
・トレーン間の寄生キャパシタンスは、典型的には較正
キャパシタ３６、あるいは保持キャパシタ３２の値のは
ソ１／３０　　倍も小さな値である。

第４図は、第３図の段をざらに詳細に示したものである
。スイッチ３０，３４．５４ばそわそれ、単一トクルス
イツ≠として機能する対称形トランジスタ構成を形作っ
ているたメ、並列に接続さね、た２個のエンハンスメン
トモートの相補対称形ＭＯＳトランジスタの組合せとし
て知られている。一対のトランジスタのＰチャネル部分
はインバータ５８を介して制御信号源パルスを受取る。

斯かる並列構成は、部分的にスイッチンク電荷の貫通を
消去し、単一トランジスタで非常に顕著な木ティ効果の
問題を減するものである。スイッチ３０．３４．５４Ｕ
それぞれ、クロック信号源２８からのそれぞれのスイツ
チンクパルス列Ｔ、　、　Ｔ２．　Ｔ３を受けるものと
して示しである。エンハンスメントモート形バッファト
ランジスタ４６のソースは、バイアス電源源４７に接続
されたものとして示しである。第４図におけるトランジ
スタのＮ＋〃、ならびに＼＼−〃の記号は、バルク領域
が正の電源端子、ならびに負の電源端子に接続さね、で
いるものとして示したものである。

（一般的考察） 帰還形サンプルホールド・トランスバーサル・フィルタ
・バンク１０の典型的な実際の応用では、増幅器に対す
る入力信号がオーテイオ周波あるいはそれ以上であり、
増幅器１２の入力１４の前の段１６に対する回路１３に
よって匈えられているような、到来信号をサンプルホー
ルドすることが忠告される。

これによって、較正キャパシタ３６が充電されていて、
較正の確度に影響している期間には、増幅器１２の出力
１８における信号レベルが大幅に変化するのを防いでい
る。十分に低い周波数の信号に対して、回路１３は省略
することができる。

上の議論はそれぞれ結合されているサンプルホールド段
１６のバンク１０を含むものであるとは云え、有用な低
オフセット電圧形帰還サンプルホールド機能を達成する
よう、増幅器１２に関連して単一段１６を使用すること
もできるものと理解しなけれは々らない。

第１および第２のサンプルホールド分岐点は適切なサン
プルホールドのサンプル構造のものとすることができる
が、バンク１０の段１６に対して記載したような単一の
サンプルスイッチ３０と保持キャパシタ３２とを特定に
構成したものである必要はない。

本発明による段１６の種々の接地電位節点は成る基準電
位レベルにあるが、すべて、これらの節点のレベルが同
一である必要性はない。事実、成る場合には、異なるレ
ベルである方が有利なこともある。

結合キャパシタ５６の蓄積キャパシタ３２に対する大き
さの比は、特定の回路応用に対して決定されている。与
えられた信号帯域幅に対して、較正量は演算増幅器１２
の性能特性、ならびにスイッチ３８．４０に許容ざわ。

ているスイッチング電荷貫通量に依存している。電話信
号に対する上記比の典型的な値は、２０〜６００間の値
であると期待できる。

電圧源手段の極性を逆にすれば、問題の回路の該当デバ
イスの極性性導電チャネルに関し、逆極性の導電性チャ
ネルのデバイスを使用して、上記回路を実現することが
できることは明らかである。

上記装置においては、サンプルホールド段１６の較正用
サンプルホールド分岐点は、デプレションモート形゛ト
ランジスタ４４の形態で利得が１のバッファによって第
１のサンプルホールド分岐点に結合されているが、斯か
るバッファされた結合（は、例えばＮチャネルエンハン
スメントモート形トランジスタ４６のドレーンヲ、駆動
するためのＰチャネルソースホロワ構成のような他の手
段によっても実施できる。このバッファは利得が１のも
のである必要はない。その理由は、バッファの損失は第
１の分岐点と較正用分岐点との間の結合を減ず、るよう
に、単に付加したものにすぎないためである。一般に、
このバッファは、エンハンスメントモート形トランジス
タ４６のドレーンにおけるインピータンスより低いイ直
の出力インピータンスを有し、ソース・トレーン間電圧
が低すぎるために活性動作領域から外れてエンハンスメ
ントモート形トランジスタ４６が動作する程度まで電圧
降下が大きくてはならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理によりサンプルホールド形トラ
ンスバーサルフィルタとして接続された複数の二重帰還
形サンプルホールド段を示す回路フロック系統図である
。 第２図は、第１図の二重帰還形サンプルホールド式トラ
ンスバーサルフィルタの一段を示す回路系統図である。 第３図は、第２図の段のスイッチのタイミンクシーケン
スをクラフ的に表わした図である。 第４図（ｄ　、スイッチの構造を詳細に示す第２図の段
の回路系統図である。 〔主要部分の符号の説明〕 １０　・フィルタバンク １２・・増幅器 １６・・サンプルホールド段 ２８・・・クロック信号源 ３０．３４・・・サンプリングスイッチ３２．３６・・
保持キャパシタ ４４．４６・トランジスタ ４７・・バイアス電圧源 ５４・・帰還イネ−フルスイッチ 出　願　人　　：　　ウェスターン　エレクトリックカ
ムパニー、インコーポレーテット Ｆｌθ２ ＦＩＧ、　Ｊ ５０９ 一

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、反転入力端子、非反転入力端子、ならびに出力端子
   を備えた増幅器と、 入力端子ならびに出力端子を備えたバッファと、信号入
   力端子と前記バッファの入力端子との間に接続されたサ
   ンブリンクスイッチと、 第１の側において前記バッファの入力端子に接続され、
   第２の側において基準電位点に接続された保持キャパシ
   タと、 前記バッファの出力端子に接続され、前記増幅器の入力
   端子に結合された帰還手段と を具備してなる回路において、 第１の側において前記増幅器の出力端子に接続された較
   正用スイッチと、 第１の側において基準電位点に接続され、第２の側にお
   いて前記較正用スイッチの第２の側に接続された較正用
   保持キャパシタと、 ケートが前記サンプリングスイッチの第２の側に接続さ
   れ、トレーン・ソース導電路がバイアス電流手段に接続
   されたエンノ＼ンスメントモートのトランジスタと、 前記較正用スイッチの第２の側を前記エンハンスメント
   モート形トランジスタのドレーンに結合するためのバッ
   ファ手段と、を具備してなることを特徴とするサンプル
   ホールド回路。 ２、特許請求の範囲第１項記載のサンプルホールド回路
   において、 前記バッファ手段はケートが前記較正用スイッチの第２
   の側に接続され、ドレーン・ソース間導電路がバイアス
   電流手段に接続されたデプレションモート形トランジス
   タである ことを特徴とするサンプルホールド回路。 ３８　　特許請求の範囲第２項記載のサンプルホ−ルト
   回路において、 前記第１および第２のトランジスタは同一の導電チャネ
   ル極性を有し、前記デプレションモート形トランジスタ
   はソースが前記エンハンスメントモート形トランジスタ
   のトレーンに接続され、トレーンが正の電圧源手段に接
   続されたものでちゃ、前記エンハンスメントトランジス
   タのソースは／＼イアス電流源手段と直列に負の電圧源
   手段に接続されたものである ことを特徴とするサンプルホールド回路。 ４、　特許請求の範囲第３項記載のサンプルホールド回
   路において、 増幅器の非反転入力端子に入る前に信号をサンプルホー
   ルドするための手段を具備したことを特徴とするサンプ
   ルホールド回路。