JPS5911997B2 - 信号サンプリング回路 - Google Patents

信号サンプリング回路

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JPS5911997B2
JPS5911997B2 JP56081805A JP8180581A JPS5911997B2 JP S5911997 B2 JPS5911997 B2 JP S5911997B2 JP 56081805 A JP56081805 A JP 56081805A JP 8180581 A JP8180581 A JP 8180581A JP S5911997 B2 JPS5911997 B2 JP S5911997B2
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JP
Japan
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amplifier
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sampling
voltage
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JP56081805A
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ヒデキ・イワタ
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Tektronix Inc
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements
    • G11C27/024Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element
    • G11C27/026Sample-and-hold arrangements using a capacitive memory element associated with an amplifier
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03MCODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12Analogue/digital converters
    • H03M1/124Sampling or signal conditioning arrangements specially adapted for A/D converters

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  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、信号サンプリング回路、特に絶縁ゲート型ト
ランジスタを含むサンプリング手段を用いて入力信号に
おける2点間のレベル差信号を得る回路に関する。
10絶縁ゲート型トランジスタ(その代表的なものはM
OSトランジスタであるから、以下単にMOSトランジ
スタということにする。
)は、あらゆる形式の回路技術に広く使用される。一般
的にいえば、MOSトランジスタは、接合型電界効15
果トランジスタに比べた場合、ゲート及びドレイン間の
電極間キャパシタンスが小さく且つオン状態で順方向抵
抗が低いという利点がある。しかし、スイッチング又は
サンプリング回路に使用して、これらのMOSトランジ
スタをオフ状20態からオン状態に又はその逆に切換え
るとき、普通MOSトランジスタの電極間キャパシタン
スによつて発生するスパイクノイズを伴う欠点がある。
更に、スパイクノイズに関連して出力信号にはオフセッ
ト電圧が生じ、かかぬオフセット電圧は25MOSトラ
ンジスタと共に使用する装置の総合感度を減少させる。
スパイクノイズを補償してオフセット電圧を減らすため
、ディスクリート素子を使用するのが普通である。しか
し、これらの素子は、熱及び長時間の使用により不安定
となり平衡30を困難にする。従来技術において、MO
Sトランジスタに関連する上述の欠点は多くの方法で除
去された。
かかる方法の1つは、ウイリアム・カミンスキーの米国
特許第3646364号に記載される如く、抵35抗器
及び差動増幅器を用いて電極間キャパシタンスの作用を
平等に分布させ、その結果を零にすることである。他の
方法は、シンイチ・チヤシそのクql−他の米国特許第
3636378号に記載される如く、直並列型式の回路
を設けてスパイクノイズによるオフセツト電圧を除去す
ることである。
更に他の方法は、ダラス・エム・バウアの米国特許第3
564288号に記載される如く、基板とMOSトラン
ジスタの電極間で実効電流の導通を内部的に防止するこ
とである。前述の電極間キヤパシタンスによる帰還のた
め、MOSトランジスタは高周波で不安定になることも
また周知である。
従来技術において、これは共通のドレイン及びソースに
接続された同調端子(Tuningterminal)
を設けて克服された。それによつて電極間キヤパシタン
スは中和できる。本発明は、サンプリングされる入力信
号をサンプリングされた信号に直接関係するトリガパル
スに応じて2回サンプリングすることにより、MOSト
ランジスタ回路に関連する前述の欠点を克服している。
したがつて、本発明の1つの目的は、広周波数帯域且つ
広振幅範囲の入力信号における2点間のレベル差信号が
得られる信号サンプリング回路を提供することである。
本発明の他の目的は、簡単な回路構成で正確且つ高安定
度の信号サンプリング回路を提供することである。
以下、図面を参照しながら本発明を実施例に基き具体的
に説明する。
第1図において、サンプリングされる入力信号Inは、
入力端子Aと接地端子B間に印加され、高入力インピー
ダンス且つ低出力インピーダンスのバツフア増幅器5の
非反転…入力端子へ印加される。
増幅器5の出力端子は、その反転(ニ)入力端子に接続
されると共に、サンプリング手段の一部をなすMOSト
ランジスタ7の入力端、すなわちソース6に接続される
。MOSトランジスタ7のゲート8は後述の論理段25
で制御される励振パルス電圧gの電源に接続され、基体
電極vには一定バイアス電圧Vdが供給される。トレー
79は、比較的小容量のキヤパシタ10の非接地端と高
入力インピーダンスの増幅器11の非反転…入力端子と
に接続される。キヤパシタ10は、MOSトランジスタ
7のオフ期間中サンプリングされた信号レベル(すなわ
ちサンプル)の記憶に使用され、MOSトランジスタ7
の導電抵抗と共に高周波レスポンスを決める。したがつ
て、キヤパシタ10の値は、例えば70ピコフアラツド
位に小さくなければならない。更に、第1図には、上記
ゲート8とドレイン9の間に配置されたキヤバシタCg
d(点線)を示す。MOSトランジスタ7の電極間キヤ
パシタンスCgdは、負荷に励振パルス電圧Vgを静電
的に誘起する。キヤパシタCgdは普通約1ピコフアラ
ツドの極めて小さい値の浮遊容量であるため、励振パル
ス電圧gは普通微分されてスパイクノイズとなる。スパ
イクノイズ電圧の大きさは普通それぞれ異なるので、本
明細書の最初に述べたオフセツト電圧の原因となる。増
幅器11は、MOSトランジスタ7、キヤパシタ10と
次段との間のバツフアとして働く。次に、上記増幅器1
1の出力端子は、それぞれその増幅器11の反転(ニ)
入力端子に接続されると共に、低ドリフトの第1演算増
幅器12の非反転…入力端子及び低ドリフトの第2演算
増幅器13の非反転(ト)入力端子に接続される。
上記第1及び第2演算増幅器の出力端子は、それぞれ第
1スイツチ14及び第2スイツチ15に接続される。演
算増幅器12及び13は、上記増幅器11を通る入力信
号Vinを表わす電圧の増幅に使用され、且つ上記第1
及び第2スイツチ14,15とその前の回路との間のバ
ツフア増幅器として働く。スイツチ14及び15の他の
側は、他端が接地された誘電吸収の低いキヤパシタ16
及び17の一端とソースフオロワ18及び19とにそれ
ぞれ接続される。キヤパシタ16及び17は、それぞえ
第1及び第2記憶手段となる。スイツチ14及び15は
、普通のスイツチのように図示したが、実際の回路では
能動装置等を利用して電子的に行なつても良い。スイツ
チ14及び15は、第1増幅器12を通つて増幅された
電圧、又は第2増幅器13を通つて増幅された電圧の何
れをいつ出力増幅器24に加えるかを選択する。キヤパ
シタ16及び17は、それぞれスイツチ14及び15を
通る任意の増幅された電圧を記憶する。ソースフオロワ
18及び19の入力インピーダンスは高いので、キヤパ
シタ16及びキヤパシタ17の記憶時間は極めて長い。
更に、ソースフオロワ18及び19は、それぞれキヤパ
シタ16及び17で記憶された任意電圧に従つて出力増
幅器24を駆動する。ソースフオロワ18及び19の出
力端は、それぞれ上記第1演算増幅器12及び上記第2
演算増幅器13の反転(ニ)入力端子に接続される。ま
た、ソースフオロワ18及び19の出力端子は抵抗器2
0及び21に接続され、それら抵抗器の他端はそれぞれ
抵抗器22及び23に接続される。抵抗器20,21,
22及び23は同じ抵抗値を有し、その理由は後述する
。抵抗器20,22及び抵抗器21,23の接続点の間
には高利得の出力増幅器24が配置され、その非反転…
入力端子は抵抗器20,22の接続点に接続され、その
反転(ニ)入力端子は抵抗器21,23の接続点に接続
される。上記出力増幅器の出力端子は抵抗器23の他端
に接続され、出力端子Cと接地端子D間に出力電圧0u
tを与える。上記出力増幅器の出力端子Cは、A−Dコ
ンバータに接続される。前に述べたように、キヤパシタ
,.10の値は高周波の良好なレスポンスを得るため小
さい。しかし、キヤパシタ10は小さいので、記憶の継
続時間が短い。サンプル・ホールド回路は、代表的なA
一Dコンバータに対して約70ミリセコンド程度の十分
長い時間記憶する必要があるので、別の記憶手段16及
び17、したがつて別のサンプルが必要である。サンプ
リングは、トリガパルスに応じて行なわれる。
トリガパルスTgは、入力端子Eと接地端子F間で装置
に印加される。トリガパルスTgは論理F間で装置に印
加される。トリガパルスTgは論理段25を駆動し、論
理段25は、励振パルス電圧Vgのタイミングを匍脚す
ると共にスイツチ14及び15のタイミングを制御する
回路を有する。論理段25は、第2図に示したタイミン
グに従つて装置のタイミング匍脚を行なう任意の複数個
の回路でもよい。トリガ信号Tもまた論理段25で発生
され、出力電圧VOutをデジタル化するためA−Dコ
ンバータをトリガする。論理段25は、トリガパルスT
gの前縁.TO及び後縁T1において2回励振パルス電
圧gを発生する。
励振パルス電圧gは、MOSトランジスタ7のゲート8
に加えられMOSトランジスタ7をオフ状態にバイアス
する。つまり、入力信号は2回サンプリングされること
になる。スイツチ14及び15は、そのオフ期間中に閉
じるよう論理段25によつて制御される。いま時点T。
及びT1における入力信号の瞬時レベルをそれぞれVi
nO及びVinlとすると、1回目のサンプリンノCg
d グ時にキヤパシタ10にはVinO−Vg−が記ClO
憶され、2回目のサンプリング時にはVinlCgdg
−が記憶される。
ここに、ClOはギアパンClO.Cgd 夕10の容量である。
電圧VinO−ーは、閉ClOじたスイツチ14を経て
キヤパシタ16に記憶保持され、ソースフオロワ18を
介して出力増幅器24の非反転(1)十力端子に印加さ
れる。
電圧InlCgd一Vg− は、閉じたスイツチ15を
経てギアClOパンタ17に記憶保持され、ソースフオ
ロワ19を介して出力増幅器24の反転(ニ)入力端子
に印加される。
スイツチ14,15は、増幅器11、増幅器12,13
及びソースフオロア18,19が安定した後開かれる。
抵抗器20,21,22及び23は前述のように抵抗値
が等しいので、出力増幅器24は減算をCgd行ない、
その出力信号VOutは、VirlO−Vg−ClOC
gd 一(Inl−Vg−)=VinO−Vin,となる。
ClOこの0utは、2回目のサンプリングが終わつた
後で発生するトリガ信号VTと共にA−Dコンバータに
印加される。
よつて、A−Dコンバータに印加される出力電圧は、上
記スパイクノイズ、DCオフセツト電圧がなく且つ温度
変化にも無関係である。上記説明から明らかな如く、本
発明の信号サンプリング回路は下記の顕著な効果を有す
る。
(イ)単一の高速サンプリング手段を有するので、制御
信号によるノイズ成分は、両サンプリング時点において
実質的に等しく差信号には現われない。(ロ)絶縁ゲー
ト型トランジスタの出力端キヤパシタは数10PFの微
小容量であるので、時定数が小さく高速サンプリングが
可能である。
(ハ)ゲートドレイン間容量Cgdが大きく且つ出力端
キヤパシタ10が小さく、したがつてゲート匍脚信号の
漏洩が大きくても、時間的に続く2つのサンプリング出
力の差動構成により、これを効果的に相殺できる。
甲 構成全体が簡単であり、測定結果が正確且つ安定で
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例を示す略式回路図、第2図は第
1図のものの動作を説明するためのタイミング図である
。 1・・・・・・絶縁ゲート型トランジスタ、10・・・
・・・キヤパシタ、T,lO・・・・・・サンプリング
手段、14,15・・・・・・スイツチング素子、16
・・・・・・第1記憶手段、11・・・・・・第2記憶
手段、24・・・・・・減算手段、25・・・・・・匍
脚手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 信号路に直列接続された絶縁ゲート型トランジスタ
    及び該トランジスタの出力側に並列接続された微小キャ
    パシタを有する単一の高速サンプリング手段と、それぞ
    れ該高速サンプリング手段の出力側に接続されスイッチ
    ング素子を含む第1及び第2記憶手段と、該両記憶手段
    の両出力の差信号を得る減算手段と、上記絶縁ゲート型
    トランジスタのゲート及び上記両記憶手段の上記スイッ
    チング素子に時間的に関連付けられた制御信号を供給す
    る制御手段とを具え、上記制御信号は、制御しうる2時
    点で上記絶縁ゲート型トランジスタのゲートに印加され
    て対応する時点の入力信号の第1及び第2瞬時値をサン
    プリングすると共に、上記スイッチング素子を駆動して
    それぞれ上記第1及び第2瞬時値を記憶させることを特
    徴とする信号サンプリング回路。
JP56081805A 1973-05-16 1981-05-28 信号サンプリング回路 Expired JPS5911997B2 (ja)

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US00360876A US3820033A (en) 1973-05-16 1973-05-16 Mos-fet sample and hold system for digitizing high frequency signals
US360876 1999-07-23

Publications (2)

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JPS57133595A JPS57133595A (en) 1982-08-18
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