JPS636957B2 - - Google Patents

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JPS636957B2
JPS636957B2 JP55132932A JP13293280A JPS636957B2 JP S636957 B2 JPS636957 B2 JP S636957B2 JP 55132932 A JP55132932 A JP 55132932A JP 13293280 A JP13293280 A JP 13293280A JP S636957 B2 JPS636957 B2 JP S636957B2
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JP
Japan
Prior art keywords
mos transistor
input signal
distortion
gate
power supply
Prior art date
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Expired
Application number
JP55132932A
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English (en)
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JPS5760593A (en
Inventor
Shinichi Oohashi
Isao Akitake
Tsutomu Noda
Takao Arai
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP55132932A priority Critical patent/JPS5760593A/ja
Publication of JPS5760593A publication Critical patent/JPS5760593A/ja
Publication of JPS636957B2 publication Critical patent/JPS636957B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C27/00Electric analogue stores, e.g. for storing instantaneous values
    • G11C27/02Sample-and-hold arrangements
    • 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

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  • Amplifiers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、PCMオーデイオ装置に用いられる
高精度(14〜16ビツト)、高速(10μsec以下)の
DAコンバータ、ADコンバータ用のサンプルホ
ールド回路に関し、詳しくはその歪率低減を図つ
たものである。
第1図は、従来のサンプルホールド回路であ
る。図において1は入力信号、2はNチヤネル
MOSトランジスタでサンプリング用スイツチと
して用いられる。3はホールド用コンデンサ、4
は出力端子、5aはMOSトランジスタ2のゲー
ト駆動用電源、5bはMOSトランジスタ2のサ
ブストレート電極のバイアス電源である。入力信
号1はMOSトランジスタ2のサンプリング期間
(ON)中にホールド用コンデンサ3を充電する。
出力端子4には、コンデンサ3の端子電圧がホー
ルド信号として取出される。
この従来回路においては、一般に歪が発生し問
題となる。第2図はオーデイオ信号用サンプルホ
ールド回路の歪率の一例である。これは第1図の
回路を用いMOSトランジスタ2を略20KHzで開
閉させ、ホールド用コンデンサ3を略200PFとし
た場合である。第2図からわかるように、歪率は
略1KHzを超えると急激に増加する。すでに一般
的にこれらの歪率に関する公知のものとして挙げ
られている原因の第1は、MOSトランジスタ2
のオン抵抗RONとホールド用コンデンサ3の容量
CHとで形成する時定数RON・CHが、サンプリング
周期に較べて過大なため、ホールド用コンデンサ
3の端子に現われるホールド電圧は、入力電圧に
一致せず誤差を生ずることである。公知の第2の
原因は、ホールド用コンデンサ3の端子電圧を受
けて増巾、出力する第1図には省略して示したバ
ツフアーアンプのスリユーレイト(Slew rate)
の不足、直線性の不足等によるものである。しか
し、これらの公知の原因を解析して予測される歪
率に較べて、第2図に示す歪率は過大であり、他
の未知の原因が関与していることが予想された。
本発明の目的は、サンプルホールド回路の歪率
に関する未知の原因を解明し、それに対して対策
を立て歪率低減を図つたサンプルホールド回路を
提供することにある。
発明者らは、第1図の基本的回路を用いて、新
たな歪率の原因を解明し、その改善索を提供し得
た。すなわち、前述の時定数RON・CHやバツクア
ンプのスリユーレイト等の不足という原因以外
に、MOSトランジスタ2の各種電極間静電容量、
すなわちドレインおよびソースとゲート間容量お
よびサブストレート電極間容量等の非直線性およ
びMOSトランジスタ内部抵抗の非直線性等が原
因となつていることがわかつた。
第3図および第4図を用いてこれらの電極間容
量を説明する。第3図はNチヤネルMOSトラン
ジスタ2の原理的断面図である。6はP型シリコ
ンサブストレート(基板)、7はサブストレート
電極、8および9はN型拡散部分、10および1
1は、夫々N型拡散部分8および9にコンタクト
されたアルミニユーム電極でソースおよびドレイ
ン電極を構成する。12はゲート電極である。1
3はアルミニユーム電極10,11とシリコン部
6とを絶縁するために設けられた酸化シリコン
(SiO2)膜である。
図示された静電容量14および15は、N型拡
散部分8及び9とP型シリコンサブストレート6
間の接合容量であり、周知のように、第4図に示
すような可変容量ダイオード特性を示す。これが
第1の歪率劣化原因である。この接合容量14及
び15は、回路的には第1図に示すように等価的
に接続される。第1図において入力信号1はこれ
らの接合容量14および15に印加され、その電
圧に応じて各静電容量値を変化させる。接合容量
14および15のバイアス電源5bの内部インピ
ーダンスを無視すれば、等価的にホールド用コン
デンサ3に、また接合容量15は入力信号1にそ
れぞれ並列に接続されるので、ホールド用コンデ
ンサ3は等価的に非直線静電容量となる。前述の
ようにホールド容量の充電時定数CH・RONが不足
すると歪が発生するが、これが非直線性を示す
と、歪率はさらに劣化するのである。一般に高
速、高精度サンプルホールド回路では、この充電
時定数を充分に少さく設計することは困難なの
で、上記の歪の発生は避けられない場合が多い。
また、MOSトランジスタ2の代りにバイポーラ
トランジスタを用いた場合でも、14,15に相
当する接合容量はコレクタおよびエミツタとベー
ス間に存在するので同様の歪は発生し、本発明の
効果的な適用が必要とされかつ可能なのである。
歪発生の第2の原因は、MOSトランジスタ2
のオン抵抗RON電圧依存性(非直線)である。す
なわち、NチヤネルのMOSトランジスタ2では、
その内部抵抗(ドレインとソース間)は第5図の
曲線16の如く変化する。したがつて、17に示
す如き矩形波を第1図のゲート用駆動源5として
ゲート電極12に印加すれば、その負のピークで
は大きな内部抵抗ROFFを示しMOSトランジスタ
2はOFF状態になる。正のピークではRONを示
し、ON状態となる。しかし、第1図にて、入力
信号1が印加されている場合は、ドレインおよび
ソース電圧は入力信号1の電圧と相似的に変化す
るので、これらとゲート間のNetの電圧は5aの
矩形波電圧と入力電圧の和が印加されたことにな
る。したがつて、第5図の矩形波17は入力電圧
によつて揺すられることになる。この結果、RON
は入力電圧に応じて変化するので、充電時定数
RON・CHも変化し、歪が発生することになる。
歪発生の第3の原因は、ゲート容量の非直線性
である。第3図において、18〜20は、ゲート
電極12が、酸化シリコン膜13を介して、ソー
ス、サブストレートおよびドレインとの間に形成
する静電容量で、これらをケント容量(MOS容
量)と呼ぶ。ゲート容量の一部は等価的にホール
ド用コンデンサ3に並列に入るので、そこには入
力電圧成分が充電されることになる。一方、ゲー
ト容量は周知のように電圧依存性を示し、ゲート
電極12には17のような大振巾矩形波の正と負
のピーク値に対応して異なつた値を示す。したが
つて充電時定数CH・RONを変化せしめ、前述と同
様の理由で歪発生を伴うのである。
以上、3種数の歪発生因子につき説明したが、
何れも充電時定数CH・RONの変動が原因であつ
た。したがつてこれらの歪の除去索を抜本的に考
えてみると、接合容量およびゲート容量に関して
は、これらに充電された入力信号電荷が容量値が
変動する際、ホールド用コンデンサ3に向かつて
流出したり流入したりしてホールド用コンデンサ
3の端子電圧に変化せしめることが原因であるか
ら、接合容量およびゲート容量に入力信号電荷が
たまらないようにすればよいことがわかる。RON
についは、ゲートとドレインおよびソース間に入
力信号電圧成分が印加されないようにすればこれ
を一定に保ち得、歪の原因とはならないことがわ
かる。
第6図は本発明の原理的構成図である。第1図
の従来回路と異なり、ゲート電極(ゲート駆動用
電源5a)およびサブストレート電極(バイアス
電源5b)に入力信号が印加されている。ホール
ド用コンデンサ3は、MOSトランジスタ2を介
して入力信号1がサンプリング充電される結果、
ホールド用コンデンサ3の端子電圧は入力電圧と
ほぼひとしい。したがつてMOSトランジスタ2
の4個の電極端子間の何れの間にも入力電圧成分
は印加されることはない。即ち、前述の歪の原因
が除去されたのである。
第7図は本発明の効果を示す実験結果である。
曲線21は第1図の従来例における歪率である。
曲線22は第6図に示す本発明による歪率で、略
1桁近い改善が行われている。曲線23は第6図
においてゲート駆動用電源5aの一端に入力信号
を接続せず接地した場合、曲線24は同様にサブ
ストレートバイアス電源5bの正極側を入力信号
を接続せず接地した場合である。何れも曲線22
と21の中間的歪率を示し、一部歪率の補償が行
われたことを示している。
曲線22において、入力信号周波数が略3KHz
以上で歪率が増大している原因は、前述したホー
ルド用コンデンサ3の充電時定数RON・CHが充分
小さくないことや、出力端子4からの信号を取り
だすために接続される第8図のバツフアアンプ2
5のスリユーレイト等が不足するためで、さら
に、RONの少いMOSトランジスタや、高性能のバ
ツフアアンプを用いれば自動的に改善される筋合
のものである。また、周波数15KHz附近に現われ
る歪率の一時的減少は、第8図に示した出力例に
接続された低域通過フイルタ26の影響によるも
のである。第8図は第6図の具体的回路例であ
る。27,28は入力信号1を交流的にサブスト
レート電極に接続するためのコンデンサ及び抵
抗、29,30は入力信号1とゲート駆動用(信
号)電源5aを分圧、加算するための抵抗、31
は該加算によつてゲートに印加されるべき入力信
号振巾の減衰を補うための増巾器である。
以上、本発明の原理回路(第6図)、その具体
的回路(第8図)および歪率の測定結果(第7
図)により、本発明の効果を説明した。最近では
IC技術の進歩により、MOSトランジスタ2の替
りに一般にC−MOSトランミツシヨンゲート
(Transmission gate)が用いられる傾向がみら
れる。第9図はこれを用いた第6図に対応する回
路である。2′はCMOS化のためMOSトランジス
タ2と並列に接続されたPチヤネルMOSトラン
ジスタ、5a′は5aと逆位相のMOSトランジス
タ2′のゲート駆動用電源、5b′は5bとは逆極
性のサブストレートバイアス電源である。かかる
接続においては、MOSトランジスタ2′と2は同
時に開閉動作を行う。この際、MOSトランジス
タ2と2′の特性は相補的なのでそれらの非直線
は互に打ち消され、結果的に歪率が少くなる。た
とえば第5図に関連して説明したオン抵抗が入力
信号電圧で揺すられて発生する歪成分は、互に打
ち消され減少する。しかし、かかる打ち消し作用
は、素子特性がばらつくため完全に行われること
はなく、従つて前述した本発明の効果は依然とし
て確認されるのである。
第10図は本発明の他の実施例である。第6図
乃至第9図ではゲートおよびサブストレート電極
に入力信号1を重畳して印加したが、ホールド用
コンデンサ3の端子電圧も入力信号1とほぼ等し
いので、この重畳すべき電圧としてホールド電圧
を用いてもよい。第10図は第6図と比べてサブ
ストレート電極に増巾器25の出力より減衰又は
バツフアー増巾回路32を介して入力信号電圧成
分を印加した場合である。
第11図は第10図とは逆にゲート電極に増巾
器25の出力を減衰回路またはバツフアー増巾回
路32′を介して入力信号成分を印加した場合で
ある。
第12図はゲート電極およびサブストレート電
極の双方に増巾器25の出力を減衰回路またはバ
ツフアー増巾回路32および32′を介して入力
信号成分を印加した場合である何れの回路構成も
第7図の曲線22に示す効果にほぼひとしい効果
が得られる。
以上、本発明の効果は半導体スイツチング素子
を用いた際に各種電極間静電容量並に、オン抵抗
等の非直線によつて発生する歪成分を除去出来る
ということに要約される。
なお、第6図、第8図乃至第12図等において
ケントおよびサブストレート端子に印加すべき入
力信号電圧成分は、厳密に入力振巾と等しい必要
はなく、その大きさが異つていると本発明の効果
が多少減少はするが依然として存在し、歪率の改
善目標レベルに応じ適宜設定出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は公知のサンプルホールド回路、第2図
は第1図の歪率測定結果例を示す図、第3図は第
1図に用いられるMOSトランジスタの断面図、
第4図は第3図における接合容量の電圧依存特性
図、第5図は第3図におけるチヤネル抵抗の電圧
依存特性図とゲート駆動波形図、第6図は本発明
の原理的回路図、第7図は本発明の効果を示す歪
率測定結果を示す図、第8図は本発明の具体的回
路図、第9図はC−MOS素子を用いた本発明の
原理的回路図、第10図乃至第12図は本発明の
他の具体的実施例の回路図である。 1:入力信号、2:MOSトランジスタ、3:
ホールド用コンデンサ、4:出力端子、5a,5
a′:ゲート駆動用電源、5b,5b′:バイアス電
源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 入力信号が供給される入力端子と、出力信号
    を発生する出力端子と、サブストレート電極及び
    ゲート電極を有するMOSトランジスタと; MOSトランジスタのゲート電極に接続された
    ゲート駆動用電源と; MOSトランジスタのサブストレート電極に接
    続されたバイアス電源と; MOSトランジスタの出力端子に接続されたホ
    ールド用コンデンサと; MOSトランジスタの入力端子に供給された入
    力信号と出力端子に発生する入力信号のいずれか
    一方を、MOSトランジスタのサブストレート電
    極に供給する第1の供給手段と;を備えたサンプ
    ルホールド回路において、 MOSトランジスタの入力端子に供給された入
    力信号を、MOSトランジスタのゲート電極に供
    給する第2の供給手段を備えていることを特徴と
    するサンプルホールド回路。 2 入力信号が供給される入力端子と、出力信号
    を発生する出力端子と、サブストレート電極及び
    ゲート電極を有するMOSトランジスタと; MOSトランジスタのゲート電極に接続された
    ゲート駆動用電源と; MOSトランジスタのサブストレート電極に接
    続されたバイアス電源と; MOSトランジスタの出力端子に接続されたホ
    ールド用コンデンサと; MOSトランジスタの入力端子に供給された入
    力信号と出力端子に発生する入力信号のいずれか
    一方をMOSトランジスタのサブストレート電極
    に供給する第1の供給手段と;を備えたサンプル
    ホールド回路において、 MOSトランジスタの出力端子に発生した出力
    信号を、MOSトランジスタのゲート電極に供給
    する第2の供給手段を備えていることを特徴とす
    るサンプルホールド回路。
JP55132932A 1980-09-26 1980-09-26 Sample holding circuit Granted JPS5760593A (en)

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JPS5760593A JPS5760593A (en) 1982-04-12
JPS636957B2 true JPS636957B2 (ja) 1988-02-13

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0728990Y2 (ja) * 1990-05-19 1995-07-05 高島屋日発工業株式会社 自動車用内装材

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JPS5760593A (en) 1982-04-12

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