JPS59215112A - スイツチド・キヤパシタ回路 - Google Patents

スイツチド・キヤパシタ回路

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JPS59215112A
JPS59215112A JP8912383A JP8912383A JPS59215112A JP S59215112 A JPS59215112 A JP S59215112A JP 8912383 A JP8912383 A JP 8912383A JP 8912383 A JP8912383 A JP 8912383A JP S59215112 A JPS59215112 A JP S59215112A
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capacitor
analog switch
switched capacitor
turned
switch
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JP8912383A
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Yuji Izawa
井沢 裕司
Kazumasa Matsui
松井 一征
Tatsuji Matsuura
達治 松浦
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H19/00Networks using time-varying elements, e.g. N-path filters
    • H03H19/002N-path filters

Landscapes

  • Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、演算増幅器、コンデンサ、およびスイッチ回
路で構成され、各コンデンサに蓄積した電荷を充放電さ
せることによシ信号の演算を行なうスイッチド・キャパ
シタ回路に関するものである。
〔発明の背景〕
本発明の目的を明らかにするため、従来のスイッチド・
キャパシタ回路を高速に動作させる場合に、演算精度を
著しく低下させる要因となったクロック・フィードスル
という現象について、例を用いて説明する。
第1図は従来のスイッチド・キャパシタ回路の例を示す
回路図、第2図はその動作を説明するためのタイムチャ
ートである。
第1図において、演算増幅器1の反転入力端子と出力端
子の間に積分用コンデンサ2が接続されこれら両端子の
一方を選択するアナログスイッチ14.15を介してリ
セット用コンデンサ3が接続されている。一般的な増幅
、遅延の動作では、これらの容量を等しく設定する。一
方、入力用コンデンサ4の両端にはアナログスイッチ1
0〜13が接続されており、それぞれ入力端子かグラン
ド、非反転入力端子かグランドを選択的に接続する構成
になっている。
第2図において、各々のアナログスイッチを制御する信
号φ1.φ2と、入力用コンデンサ4の両端および出力
端子の電位の関係をV、、V2゜■。utにより示す。
タイムスロッ)Tlでは入力用コンデンサ4に、入力電
圧V+++とその容量の積に等しい電荷が充電され、リ
セット用コンデンサ3には、出力電圧V。lとその容量
の積で決まる電荷が蓄積される。次のタイムスロッ)T
2では、アナログスイッチ14.15がそれぞれオン、
オフの状態とな9、積分用コンデンサ2に蓄積されてい
る電荷を打ち消すのと同時に、入力用コンデンサ4より
極性の反転した電荷がアナログスイッチ12を介して注
入される。このとき、入力用コンデンサ4、積分用コン
デンサ2の容量をそれぞれCi、Ofとすれば、このス
イッチド・キャパシタ回路の利得Gは となる。
以上の基本動作の説明では、アナログスイッチは理想的
な特性をもつものとしたが、実際には電界効果型トラン
ジスタ(NMO8あるいはCMO8>が使用されること
が多い。これらのトランジスタはオフ抵抗が高く、集積
回路化するのに有利な素子ではあるが、例えばチャネル
電荷やゲート・4一ス間のオーバーラツプ容量など、演
算精度を著しく低下させかねない要因も存在する。この
ようなアナログスイッチの素子特性に起因する問題を総
称して、ここではクロックフィードスルと呼んでいる。
その典型的な一例を、先にあげたスイッチド・キャパシ
タ回路の部分を単純化して説明する。
第3図(I)il−1:、第1図の入力用コンデンサ4
の周辺を抜き出したものである。ここで第2図のタイム
スロソ)Tlの後半における電荷の挙動を第3図(ID
を用いて説明する。なお、図はアナログスイッチにNM
O8を使用した場合であり、この状態でオフとなるトラ
ンジスタは省略している。10−a、10−b、そして
13−a、  13−bFi。
NMOSトランジスタ10.13−の寄生容量である。
まだ4−a、4−1)は入力用コンデンサ4および配線
等によシ生じる寄生容量である。
タイムスロットT1の後端、制御信号φlのHigh 
カラL OWへの変化に伴い、トランジスタ10.13
のソース、ドレイン間の抵抗は、オン時の抵抗値から極
めて高いオフ時の抵抗値へと推移する。このときトラン
ジスタio、iaのゲート電惨から寄生容量10−a、
 10−b、および13−a、13−bを介してソース
、ドレイン側に負の電荷が誘起される。このうち演算精
度を低下させるのは、10−bおよび13− aがらの
成分である。とくに前者については、入力電圧vI11
に依存する特性をもつため、後者の単なるオフセットと
見なせる場合に比べると、はるかに有害であシ、利得誤
差等への影響が無視できない。
一方、NMO8のソース、ドレイン間に生じるチャネル
にも電子が存在し、このトランジスタがオフになる際、
ソース、ドレイン側に分かれて流れ出るために、これも
演算精度を低下させる要因となる。
以上のようなりロックフィードスルの現象は、スイッチ
ド・キャパシタ回路の動作が高速化されるほど大きな障
害となる。この理由は、高速動作ではスイッチとコンデ
ンサで決まる時定数を小さくする必要がアシ、コンデン
サに対するスイッチのサイズを大きく設定せざるを得な
いためである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、クロックフィードスルの影響を除去な
いしは軽減し、演算精度の高いスイッチド・キャパシタ
回路を実現することにある。
〔発明の概要〕
上記の目的を達成するため、本発明では、コンデンサの
両端のアナログ・スイッチのうち固定電位(たとえば、
接地あるいは演算増幅器による仮相接地端子)に接続さ
せた方を先にオフした後に変動電位(たとえば、信号入
力あるいは演算増幅器出力)に接続させた方をオフする
ことにょシ、コンデンサに変動電位成分を含むクロック
フィードスル電荷が充電されないようにしている。この
ように変動電位成分を含むクロックフィードスル電荷が
コンデンサに充電されなければ、利得誤差が生じなくな
シ、スイッチドキャパシタ回路の演算精度が向上する。
〔発明の実施例〕
以下、本発明の一実施例を第4図、第5図を用いて詳細
に説明する。第4図(I)に示す回路は先に第3図によ
り説明したものにはソ等しく、相違する点は、NMOS
トランジスタ10.13の制御用にそれぞれφ1−9φ
l+という異なる信号が与えられていることである。第
5図はこれらφ1−1φ1+。
φ2の制御信号の位相関係を示したタイムチャートチあ
る。図より明らかなように、φ1−9φlやの立ち下が
シに時間差TDが設けられており、トランジスタ13の
オフとなった後、コンデンサ4の一方の端子はハイイン
ピーダンスの状態になる。
時間差TDは、φl−が立ち下がってからトランジスタ
13がオフになるまでの時間よシ大きければ良い。第4
図(IDはこの状態を示したものであシ、寄生容量13
−aによるクロックフィードスルーは当然存在するが、
その両端に生ずる電位差は入力電圧VI、、に依存しな
いので、一定の値になる。
またNMOSトランジスタ13のチャネル電荷も固定し
た量である。いまこれらの電荷量をまとめてQcとし、
入力コンデンサ4およびその両端の寄生容量4−a、4
−b)値ヲ’c t’LツレCi 、 Ci−a、C1
−1)とする。NMO8)−j7ジスタ13のクロック
フィードスルを含め入力コンデンサ4に蓄積される電荷
Q1は となる。第2項は誤差成分であるが、この値は言うまで
もなく入力電圧vIIlに依存しない。また、Qcのう
ち、寄生容量13−aに起因する成分はタイムスロット
T2においてトランジスタ12による逆相成分によシ相
殺される余地も残されている。
なお、トランジスタ10によるクロックフィードスルは
、トランジスタ12を通して読み出す場合、演n誤差を
生じさせる要因にはならない。その理由は、入力用コン
デンサ4・と寄生容量4−bノ接続ノードの全電荷量Q
Tは、トランジスタ10のオン・オフにかかわりなく QT =  CI Vl−+Q c という一定の値に保存されているためである。以上の説
明では、アナログスイッチにNMO8のトランジスタを
用いたが、0MO8その他の素子を用いても同様の効果
を得ることは明らかである。
次に第4図に示す基本回路を組み込んだ第2の実施例に
ついて説明する。第6図はその回路図、第一図はその動
作を示すタイムチャートである。
第6図は従来例の説明に用いた第1図に基本的には同じ
構成であるが、NMo5トランジスタ10゜130制御
信号にそれぞれφ1++  φl−という立ち下がりの
位相が異なる信号が与えられている。これらの関係は第
7図に明らかである。本実施例の演算増幅器はシングル
エンドの構成となっているが、これを平衡形演算増幅器
に置き換えても同様の効果を得ることが可能である。そ
の例を第3の実施例として第8図に示す。前実施例と異
なる点は、入出力が差動で与えられるのと、リセット用
コンデンサ23.24の接続法である。一般的な増幅、
遅延の動作を行なう場合、帰還ループ内にある積分用コ
ンデンサ21.22と、このリセット用コンデンサの容
量値を等しく設定し、互いに異なる極性の電荷が打ち消
し合うように、アナログスイッチ27〜30.31〜3
4を動作させる。
その際、クロックフィードスルの影響を軽減するために
、アナログスイッチ29.34と28゜31に第7図に
示したような信号φ1−+  φl+を与えることは、
これまでの実施例と同じである。この例の場合、クロッ
クフィードスル量は平衡形のいずれのチャンネルにも同
一に現われるので、平衡量力として見ると打ち消され、
次段に影響を与えないという利点がある。
なお、これまでの説明では演算増幅器を1個だけ含むス
イッチドキャパシタ回路について説明してきたが、本発
明が多数の演算増幅器を含む一段のスイッチドキャパシ
タ回路に適用できることは明らかである。また、第2.
5.7図の制御信号φ】 (あるいはφ1゜)とφ2に
おいて、両者が共にローレベルになる期間が無いように
示しているが、一般には、立ち下がシと立ち上がりの間
に両者が共にローレベルになる期間があっても良い。
〔発明の効果〕
以上3つの実施例で示したように、本発明によれば、ス
イッチド・キャパシタ回路を特に高速動作させる場合に
、演算誤差を低下させるクロックフィードスルという現
象に対し、回路規模をほとんど増大させることなく、そ
の影響を除去ないしは軽減することが可能となる。
なお、これらの実施例以外に、不平衡形出力を平衡形に
、あるいは平衡形出力を不平衡形に変換するスイッチド
・キャパシタ回路においても、第4図に示した考え方を
導入することもできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の背景となる公知例を示したスイッチド
・キャパシタ回路の接続図、第2図はその動作を説明す
るためのタイムチャート、第3図はクロックフィードス
ルの機構を明らかにするだめの回路図、第4図は、本発
明の第1の実施例の基本動作を説明するだめの回路図、
第5図はそのタイムチャート、第6図は第2の実施例の
回路図、第7図はそのタイムチャート、第8図は第3の
実施例の回路図である。 1・・・シングルエンド演算増幅器、2・・・積分用コ
ンデンサ、3・・・リセット用コンデンサ、4川入カ用
コンfンt、4−a、4−b・・・入力用コンデンサお
よび配線の引き廻しによる寄生容量、10〜15・・・
アナログスイッチ(NMO8)ランジスタ)、10−a
、 10−b、 1.3−a、  13−b・・−ゲー
ト・ソースあるいはゲート・ドレイン間容量、20・・
・平衡形差動演算増幅器、21.22・・・積分用コン
デンサ、23.24・・・リセット用コンデンサ、25
.26・・・入力用コンデンサ、27〜42某 1 口 ′$ 2 図 ’7/1T21 第 3 図 を丁) 第 5 図 ’     Tt      ’      12’1 第 6 口 Y7 図 開 8 図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1゜コンデンサと前記コンデンサの両端にアナログスイ
    ッチが接続されたスイッチド・キャパシタ回路であって
    、前記コンデンサに接続されたアナログスイッチのうち
    、少なくとも第1のアナログスイッチが前記コンデ、ン
    サの一方の端子を変動電位に選択的に接続し、第2のア
    ナログスイッチが前記コンデンサの他方の端子を固定電
    位に選択的に接続し、かつ前記の選択的な接続が、第1
    と第2のアナログスイッチが共にオンの状態から第2の
    アナログスイッチがオフとなった後に第1のアナログス
    イッチがオフとなるようになされることを特徴とするス
    イッチド・キャパシタ回路。 2、特許請求の範囲、第1項記載のスイッチド・キャパ
    シタ回路を1つ以上含み、固定電位側のアナログスイッ
    チを介して演算増幅器の仮想接地端子に前記スイッチド
    ・キャパシタ回路が選択的に接続されていることを特徴
    とするスイッチド・キャパシタ回路。
JP8912383A 1983-05-23 1983-05-23 スイツチド・キヤパシタ回路 Expired - Lifetime JPH0691419B2 (ja)

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JPH0691419B2 JPH0691419B2 (ja) 1994-11-14

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