DE69505958T2

DE69505958T2 - Schnelle differenziale abtast- und halteschaltung

Info

Publication number: DE69505958T2
Application number: DE69505958T
Authority: DE
Inventors: Jean-Charles F-92402 Courbevoie Cedex Grasset
Original assignee: Thomson SCF Semiconducteurs Specifiques
Current assignee: Teledyne e2v Semiconductors SAS
Priority date: 1994-03-16
Filing date: 1995-03-16
Publication date: 1999-04-15
Anticipated expiration: 2015-03-17
Also published as: US5786712A; EP0750782A1; EP0750782B1; DE69505958D1; WO1995025329A1; FR2717606B1; FR2717606A1

Description

Die Erfindung betrifft Tast- und Halteschaltungen für elektrische Analogsignale und insbesondere schnelle derartige Schaltungen.
Solche Tast- und Halteschaltungen werden beispielsweise bei der Verarbeitung von Signalen verwendet, die aus lichtempfindlichen Sonden vom Ladungstransfertyp kommen.
Ganz allgemein betrifft die Erfindung auch Tast- und Halteschaltungen in allen andersartigen Anwendungsfällen.
Die Herstellung von schnellen Tast- und Halteschaltungen erfolgt praktisch über Strukturen in offener Schleife, um möglichst gut die Eigenschaften der verwendeten Technologien zu nutzen. Dies gilt beispielsweise für die Technologie mit schnellen NPN-Bipolartransistoren.
Nach dem Stand der Technik, wie er beispielsweise aus der Patentschrift EP-A-0 394 506 hervorgeht, kennt man unter den schnellen Tast- und Halteschaltungen Strukturen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind. Hier handelt es sich um eine Differentialstruktur, in der die NPN-Transistoren T1 und T2 als Unterbrecher arbeiten.
Die Eingangssignale gelangen an die Basiselektroden B1 und B2 der Transistoren T1 und T2, und das Ausgangssignal wird zwischen den Emittern E1 und E2 der Transistoren T1 und T2 abgenommen.
Ein Kondensator C12 verbindet die Emitter E1 und E2. Die in Fig. 1 gezeigte Schaltung arbeitet gemäß zwei Phasen: Die eine ist eine Tastphase, in der jeder der beiden Transistoren T1 und T2, die dann mit Hilfe eines Stromgenerators Io zwischen ihren jeweiligen Emitter und der Masse der Schaltung polarisiert sind, stromführend ist. Die andere Phase ist die Haltephase. Die Stromquellen Io liefern dann keinen Strom und die Transistoren T1 und T2 sind gesperrt.
Wenn man in der Tastphase mit Vm die Vorspannung im Gleichtakt, die an jeder der beiden Basiselektroden B1 und B2 anliegt, mit + Ve/2 das an die Basis B1 angelegte variable Einganssignal und mit - Ve/2 das an die Basis B2 angelegte variable Eingangssignal bezeichnet, dann ergibt sich eine Gesamtspannung VB1 an der Basis B1 gemäß folgender Beziehung: VB1 = Vm + Ve/2 während die Gesamtspannung VB2 an der Basis B2 folgenden Wert hat: VB2 = Vm - Ve/2
Die Speicherkapazität C12 der Tast- und Halteschaltung verbindet die beiden Emitter E1 und E2.
Die Spannung VC12 an den Klemmen dieses Kondensators hat dann folgenden Wert: VC12 = VE1 - VE2 Hierbei bedeuten VE1 und VE2 die Spannungen am Emitter E1 bzw E2.
Weiter gilt bekanntlich:
VE1 = VBE1 + VE1 und VB2 = VBE2 + VE2
wobei VBE1 und VBE2 die Spannung zwischen Basis und Emitter des Transistors T1 bzw. T2 ist.
Die Spannung VC12 läßt sich dann folgendermaßen beschreiben: VC12 = VB1 - VB2 + (VBE2 - VBE1) oder: VC12 = Ve + (VBE2 - VBE1)
Im Betrieb mit schwachem Signal, das heißt, wenn die Amplitude des variablen Eingangssignals sehr klein gegenüber der Amplitude der Gleichvorspannungen ist, kann bekanntlich die Größe VBE2 - VBE1 vernachlässigt werden. Sobald jedoch die Amplitude des variablen Eingangssignals nicht mehr als gering gegenüber der Amplitude der Gleichspannungen betrachtet werden kann, kann diese Größe nicht mehr vernachlässigt werden.
Die Schaltung wird daher als nichtlinear bezeichnet.
In der Praxis beruht diese Nichtlinearität auf drei Ursachen:
Eine erste Ursache ist der sog. Early-Effekt, der in den Transistoren T1 und T2 auftritt. Die Spannung VBE jedes Transistors variiert unter der Wirkung der Modulation des Sättigungsstroms des Basis-Emitterübergangs des Transistors. Diese erste Ursache für die Nichtlinearität kann beseitigt werden, indem man eine bekannte sogenannte Kaskodeschaltung verwendet. Wie Fig. 1 zeigt, sind Transistoren TC1 und TC2, die durch geeignete an ihre Basiselektroden angelegte Spannungen Vo vorgespannt sind, mit dem jeweiligen Transistor T1 bzw T2 in Reihe geschaltet.
Eine zweite Ursache liegt darin, daß die Transistoren T1 und T2 nicht bei konstantem Strom, sondern bei einem dynamischen Strom arbeiten, der durch den Strom Ic durch den Kondensator C12 moduliert wird. Wie der Fachmann weiß, ergibt sich dann folgende Beziehung:
VBE2 - VBE1 = Ut Ln[(Io + Ic)/(Io - Ic)]
Hierbei gilt: Ic = C12 d(VC12)/dt
Ut ist das thermodynamische Potential (Ut = 25 mV bei der Temperatur von 300K). In der obigen Gleichung bedeutet Ln(X) den natürlichen Logarithmus der Größe X.
Eine dritte Ursache liegt in der Kombination der beiden erstgenannten Ursachen, die gemeinsam die Basisströme von T1 und T2 auf nichtlineare Weise veränderlich machen (Modulation des Basisstroms durch die Modulation von Ic, Modulation des Verstärkungsgrads des Transistors durch den Early-Effekt).
Gemäß dem Stand der Technik wird die zweite Ursache abgemildert, indem der Wert des Stroms Io vergrößert wird. So verringert sich der Einfluß des Stroms Ic.
Dieses Verfahren hat zahlreiche Nachteile.
Die Vergrößerung des Stroms Io führt zu einer Zunahme der in der Schaltung verbrauchten Leistung. Andererseits ergibt diese Zunahme des Stroms notwendigerweise eine Vergrößerung der Geometrie der Transistoren T1 und T2, damit diese mit vernünftigen Stromdichten arbeiten können. Die Basis-Emitterkapazität jedes der Transistoren T1 bzw T2 wird dadurch vergrößert. Im gesperrten Zustand kann dann ein nicht vernachlässigbarer Teil der an die Basis der Transi storen T1 und T2 angelegten variablen Spannung an den Emitter dieser Transistoren gelangen. Eine Störausgangsspannung läßt sich dann an den Klemmen des Kondensators C12 beobachten.
Die Erfindung weist diese Nachteile nicht auf.
Gegenstand der Erfindung ist eine differentielle Tast- und Halteschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transistor (T1, T2), die leitend oder nichtleitend gesteuert werden können, wobei das Ausgangssignal der Tast- und Halteschaltung an den Klemmen eines Ausgangskondensators (C12) abgenommen werden kann, der die Emitter (E1, E2) dieser Transistoren verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, um den Strom (Io) durch die Transistoren in deren leitendem Zustand während der Tastphasen trotz der Schwankungen des Stroms im Ausgangskondensator konstant zu machen.
Die Merkmale und Vorzüge der Erfindung werden nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels und der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine Tast- und Halteschaltung nach dem Stand der Technik.
Fig. 2 zeigt das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Tast- und Halteschaltung.
Die Fig. 3a und 3b zeigen schematisch eine Tast- und Halteschaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 4 zeigt schematisch die Tast- und Halteschaltung aus Fig. 3 in Verbindung mit einer ersten Verbesserung.
Fig. 5 zeigt schematisch die Tast- und Halteschaltung gemäß Fig. 3 in Verbindung mit einer zweiten Verbesserung.
Fig. 6 zeigt ein Detail der in Fig. 5 dargestellten Schaltung.
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen Elemente.
Fig. 1 wurde bereits beschrieben und wird nicht weiter behandelt.
Fig. 2 zeigt das Grundprinzip einer Tast- und Halteschaltung gemäß der Erfindung.
Diese Tast- und Halteschaltung beruht auf einer Differentialstruktur. Die Eingangssignale +Ve/2 und -Ve/2 sind an die Basiselektroden B1 und B2 der Transistoren T1 und T2 angelegt, und das Ausgangssignal läßt sich an den Klemmen des Kondensators C12 abgreifen, der die Emitter E1 und E2 dieser Transistoren T1 und T2 verbindet.
Wie oben sind auch hier zwei Transistoren TC1 und TC2 mit geeigneter Vorspannung mit je einem der Transistoren T1 und T2 in Reihe geschaltet, um eine Kaskodeschaltung zu bilden.
Eine Gleichtaktvorspannung Vm ist an jede der beiden Basiselektroden B1 und B2 angelegt.
Erfindungsgemäß werden die beiden Transistoren T1 und T2 aus zwei dynamischen Stromgeneratoren gespeist. Diese dynamischen Stromgeneratoren sind in die Schaltung so eingefügt, daß sie Ströme liefern, deren Veränderungen den Strom durch die Transistoren T1 und T2 konstant machen. Ein erster dynamischer Stromgenerator ist dem Transistor T1 zugeordnet. Er besteht aus einem Transistor T4, dessen Basiselektrode ein im Rhythmus des an die Basis des Transistors T2 angelegten Signals variierendes Signal empfängt und dessen Emitter an einen Konstantstromgenerator Io angeschlossen ist. Ein zweiter dynamischer Stromgenerator ist dem Transistor T2 zugeordnet. Er wird von einem Transistor T3 gebildet, dessen Basiselektrode ein im Rhythmus des an die Basis des Transistors T1 angelegten Signals variierendes Signal empfängt und dessen Emitter an einen Konstantstromgenerator gleichen Werts Io angelegt ist.
Vorzugsweise sind die Transistoren T3 und T4 an den Transistor T2 bzw. T1 über Transistoren TC3 und TC4 angeschlossen, die Kaskodeschaltungen bilden. So ist der Kollektor des Transistors T3 an den Emitter des Transistors TC3 angeschlossen, dessen Kollektor mit dem Emitter des Transistors T2 verbunden ist. In gleicher Weise ist der Kollektor des Transistors T4 mit dem Emitter des Transistors TC4 verbunden dessen Kollektor wiederum an den Emitter des Transistors T1 angeschlossen ist.
Ein Kondensator C34 vorzugsweise gleichen Werts wie der Speicherkondensator C12 verbindet die Emitter der Transistoren T3 und T4. Die Stromveränderungen ΔI, die in dem Kondensator C34 auftreten, haben also gleiche Amplitude, aber entgegengesetztes Vorzeichen wie die, die in dem Kondensator C12 auftreten, und die Transistoren T1 und T2 werden von einem konstanten Strom im wesentliche gleich Io durchflossen.
Wie oben angegeben, werden die Stromgeneratoren durch die an die Eingänge B1 und B2 der Tast- und Halteschaltung angelegten variablen Signale moduliert.
Um die Sättigung der Transistoren TC3 und TC4 zu verhindern, ist die Gleichtaktspannung, die an diese Transistoren angelegt wird, um eine Spannung V1 versetzt.
So verbindet ein Dipol D1 die Basis B1 des Transistors T1 mit der Basis B3 des Transistors TC3, und ein Dipol D2, der vorzugsweise dem Dipol D1 gleicht, verbindet die Basis B2 des Transistors T2 mit der Basis B4 des Transistors TC4. Die Dipole D1 und D2 können in Form eines Widerstands oder einer Serienschaltung von Dioden realisiert werden, wie dies weiter unten erläutert wird.
Um die Sättigung der Transistoren T3 und T4 zu vermeiden, sind die Gleichspannungen, die an die Basiselektroden der Transistoren TC3 und T3 angelegt werden, genauso versetzt wie die Gleichspannungen, die an die Basiselektroden der Transistoren TC4 und T4 gelangen. Hierzu sind der Kollektor und die Basis eines Transistors T5 mit der Basis des Transistors TC3 und der Emitter des Transistors T5 mit der Basis des Transistors T3 verbunden.
Entsprechend sind der Kollektor und die Basis eines Transistors T6 mit der Basis des Transistors TC4 und der Emitter des Transistors T6 mit der Basis des Transistors T4 verbunden.
Ein Stromgenerator, I1 verbindet die Basis jedes der Transistoren T3 und T4 mit der Masse der Schaltung, sodaß der Wert des Stroms festgelegt ist, der durch jeden der Dipole D1 und D2 fließt.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß keinerlei (positive oder negative) Rückkopplung erforderlich ist. So führen die Schaltungen, die erfindungsgemäß die Modulation der Ströme beseitigen können, die durch die Transistoren T1 und T2 fließen, zu keiner Einschränkung hinsichtlich der Geschwindigkeit und der Stabilität.
Ein anderer Vorteil der Erfindung liegt in der wesentlichen Vergrößerung der dynamischen Eingangsimpedanz der Tast- und Halteschaltung aufgrund der geringeren Schwankungen des Basisstroms der Schaltung. Daraus folgt, daß das Signal an den Eingang der Tast- und Halteschaltung nicht unbedingt mit sehr niedriger Impedanz angelegt werden muß.
Fig. 3a zeigt das Schaltbild einer Tast- und Halteschaltung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 3a sieht man alle Elemente der in Fig. 2 gezeigten Schaltung. In der Schaltung gemäß Fig. 3a fließt der Strom I1 des Stromgenerators, der die Basis des Transistors T3 mit Masse verbindet, nahezu vollständig durch den Transistor T7, dessen Basis an die Basis des Transistors T1, dessen Kollektor an den Emitter des Transistors TC1 und dessen Emitter an eine Klemme des Dipols D1 angeschlossen ist, die vorher (Fig. 2) an der Basis des Transistors T1 lag.
Entsprechend fließt der Strom I1 des Stromgenerators, der die Basis des Transistors T4 mit Masse verbindet, nahezu vollständig durch den Transistor T8, dessen Basis an die Basis des Transistors T2, dessen Kollektor an den Emitter des Transistors TC2 und dessen Emitter an eine Klemme des Dipols D2 angeschlossen ist, die vorher (Fig. 2) an der Basis des Transistors T2 lag.
Eine solche Vorrichtung hat den Vorteil, daß die Generatoren, die die Spannungen Vm und Ve beliefern, nicht nahezu den gesamten Strom I1 abgeben.
In Fig. 3a sind die Dipole D1 und D2 als je ein Widerstand R realisiert. Man kann jedoch auch Serienschaltungen von Dioden zur Bildung dieser Dipole verwenden. Es kann sich beispielsweise um eine Kette von Dioden, die aus in Leit- oder Sperrichtung geschalteten NPN-Transistoren gebildet werden, oder auch um eine Kette von Dioden handeln, bestehend aus in Leit- oder Sperrichtung geschalteten PNP- Transistoren gemäß Fig. 3b. Wie dies dem Fachmann bekannt ist, besitzt eine Kette von n in Serie geschalteten Dioden, die vom Strom I1 durchflossen werden, eine dynamische Impedanz von nUt/I1, wobei Ut das oben erwähnte thermodynamische Potential ist. Diese dynamische Impedanz kann auch relativ gering sein, wodurch die Reaktionsgeschwindigkeit der Schaltung begünstigt wird.
Fig. 4 zeigt das Schaltbild der Tast- und Halteschaltung gemäß Fig. 3a in Verbindung mit einer ersten Verbesserung.
Im Schaltbild von Fig. 4 erkennt man wieder die Elemente des Schaltbilds aus Fig. 3a. Es enthält zwei zusätzliche Transistoren T9 und T10 und zwei zusätzliche Stromgeneratoren 12. Die Basis des Transistors T7 ist dann nicht mehr mit der Basis des Transistors T1, sondern mit der Basis eines Transistors T9 verbunden, dessen Kollektor an den Emitter des Transistors TC1 und dessen Emitter einerseits an einen Stromgenerator I2 und andererseits an die Basis des Transistors T1 angelegt ist.
Im gleicher Weise ist die Basis des Transistors T8 dann nicht mehr mit der Basis des Transistors T2, sondern mit der Basis eines Transistors T10 verbunden, dessen Kol lektor an den Emitter des Transistors TC2 und dessen Emitter einerseits an einen Stromgenerator I2 und andererseits an die Basis des Transistors T2 angelegt ist.
Eine zeitliche Versetzung wird dann zwischen das an den Eingang der Tast- und Halteschaltung angelegte Signal, der nun durch die Basiselektroden der Transistoren T9 und T10 gebildet wird, und das an die Basiselektroden B1 und B2 der Transistoren T1 und T2 angelegte Signal eingeführt. Erfindungsgemäß sucht diese Zeitversetzung die Zeitverzögerung zu kompensieren, die durch die Korrekturvorrichtung hervorgerufen wird. Die Wirksamkeit der Korrektur wird dann dadurch verbessert, daß praktisch gleichzeitig die Ströme durch T1 und T2 variiert werden, die einerseits C12 und andererseits von TC3 und TC4 kommen.
Wie oben beschrieben, ermöglicht die Erfindung eine Verringerung der Nichtlinearität der Tast- und Halteschaltungen. So kann der Verzerrungsgrad beispielsweise für ein Signal Ve von 4 Volt (Spitze-Spitze) in einer Tast- und Halteschaltung der in Fig. 4 beschriebenen Art während der Tastphase den Wert von -75 dB bei der Frequenz von 50 MHz erreichen, während der Verzerrungsgrad einer bekannten Tast- und Halteschaltung bei sonst gleichen Bedingungen und bei dieser Frequenz nur -50 dB beträgt.
Fig. 5 zeigt das Schaltbild der Tast- und Halteschaltung aus Fig. 3a in Verbindung mit einer zweiten Verbesserung.
Dieses Schaltbild enthält auch zusätzliche Elemente, mit denen die Störkopplung verringert werden kann, die in der Haltephase zwischen dem Eingang und dem Ausgang der Tast- und Halteschaltung besteht.
Wie dies der Fachmann weiß, beruht diese Kopplung auf Störkapazitäten zwischen Basis und Emitter der Transistoren T1 und T2 im gesperrten Zustand. Um diesen Mangel zu beheben, wird gemäß dem Stand der Technik das an die Basis B1 des Transistors T1 angelegte Signal an den Emitter E2 des Transistors T2 über einen ersten Kondensator C1 gleichen Werts wie die Basis-Emitterkapazität des Transistors T2 angelegt, während das an die Basis B2 des Transistors T2 angelegte Signal an den Emitter E1 des Transistors T1 über einen zweiten Kondensator C2 gleichen Werts wie die Basis- Emitterkapazität des Transistors T1 gelangt. Die Spannungsänderungen in der Haltephase an den Klemmen des Kondensators C12 sind so konstruktionsbedingt beseitigt. In der Tastphase ist der Einfluß dieser zusätzlichen Kondensatoren vernachlässigbar.
Diese Lösung ist schwer zu verwirklichen auf Grund der kleinen Werte der Kondensatoren C1 und C2. Die verwendeten Kondensatoren sind dann MOS-Kondensatoren, deren Abstimmungen mit den Übegangskapazitäten der Transistoren, die sie kompensieren sollen, schwierig zu realisieren sind.
Die Erfindung weist diesen Mangel nicht mehr auf.
Erfindungsgemäß enthält die Tast- und Halteschaltung Mittel, mit denen die dynamische Restspannung, die an die Basiselektroden von T1 und T2 angelegt wird, wenn der Tast- und Haltekreis in der Haltephase ist, gegenüber den Veränderungen der Spannung Ve abgeschwächt ist.
Dies ergibt sich, indem die variablen Eingangsspannungen +ve/2 und -ve/2 an die Transistoren T1 und T2 über Unterbrecher T21 und T22 gekoppelt werden, die gesperrt sind, wenn der Tast- und Haltekreis sich in der Haltephase befindet, und indem die dynamische Impedanz an den Basiselektroden von T1 und T2 abgesenkt wird. Diese Änderung der Betriebsbedingungen ergibt sich durch Absenkung des statischen Potentials, das an die Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 gelangt, wenn man in die Haltephase übergeht, und zwar um einen gleichen Betrag an jeder der Basiselektroden unabhängig vom gespeicherten Wert der Spannung Ve. Daraus ergibt sich der Vorteil, daß die vorübergehende Veränderung der gespeicherten Spannung beim Übergang von der Tast- in die Haltephase und umgekehrt verringert wird.
Die Schaltungen, mit denen das Potential an den Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 verringert werden kann, werden unmittelbar beim Übergang von der Tast- in die Haltephase wirksam. Um ein besseres Verständnis des Betriebs der Tast- und Halteschaltung zu erlauben, enthält das Schaltbild aus Fig. 5 die Steuerschaltung, die den Übergang von der Tast- in die Haltephase erlauben. Diese Steuerschaltungen sind natürlich bei jeder Art von Tast- und Halteschaltungen vorhanden. Sie wurden nur in den obigen Figuren nicht dargestellt, um die Zeichnung zu vereinfachen sodaß dann nur die Tastphase der Tast- und Halteschaltung zu berücksichtigen ist.
Die Steuerschaltungen bestehen aus vier Transistoren T11, T12, T13, und T14.
Der Emitter des Transistors T3 ist an den Kollektor des Transistors T11 angeschlossen, dessen Emitter einerseits mit einem ersten Stromgenerator Io und andererseits mit dem Emitter des Transistors T13 verbunden ist, dessen Kollektor an die Schaltung angeschlossen ist, mit der die Störkopplungen verringert werden können, und dessen Basis eine Steuerspannung Vb empfängt.
Der Emitter des Transistors T4 ist seinerseits an den Kollektor des Transistors T12 angeschlossen, dessen Emitter einerseits mit einem zweiten Stromgenerator Io und andererseits mit dem Emitter des Transistors T14 verbunden ist, dessen Kollektor an die Schaltung angeschlossen ist, mit der die Störkopplungen verringert werden können, und dessen Basis eine Steuerspannung Vb empfängt. Die Basiselektroden der Transistoren T11 und T12 empfangen eine gleiche Steuerspannung Vp.
Ist die Differenz der Steuerspannungen Vb - Vp negativ, beispielsweise etwa - 300 mV, dann sind die Transistoren T11 und T12 leitend und die Transistoren T13 und T14 gesperrt. Wenn umgekehrt die Differenz der Steuerspannungen Vb - Vp positiv ist, beispielsweise größer oder gleich 300 mV, dann sind die Transistoren T13 und T14 leitend, die Tastschaltung ist gesperrt und die Schaltungen zur Verringerung der Störkopplungen sind aktiviert. Die Transistoren T11 und T12 sind gesperrt.
Gemäß Fig. 5 werden die variablen Eingangsspannungen +ve/2 und -ve/2 ebenso wie die Gleichtakt-Vorspannungen Vm nicht unmittelbar an die Basiselektroden B1 und B2 angelegt.
So besteht die Zuführungsschaltung für die variable Eingansspannung +ve/2 aus eine Zugangstransistor T23, aus zwei als Dioden geschalteten Transistoren T21 und T25 und aus zwei Stromgeneratoren I4 und I5.
Die Basis des Transistors T23 empfängt die variable Eingangsspannung +ve/2, sein Kollektor empfängt die Speisespannung +Vcc und sein Emitter ist mit dem Stromgenerator I4 verbunden.
Die Basis des Transistors T21 ist an die Basis des Transistors T1, sein Emitter ist an den Stromgenerator I4 und sein Kollektor ist an den Emitter des Transistors T25 angeschlossen, dessen Hasis an die Hasis des Transistors TC1 angeschlossen und dessen Kollektor an eine Klemme des Stromgenerators I5 angeschlossen, dessen andere Klemme die Speisespannung +Vcc empfängt.
Wie bereits oben erwähnt sind die Transistoren T21 und T25 als Dioden geschaltet. So sind die Basis und der Kollektor des Transistors T21 sowie die Basis und der Kollektor des Transistors T25 jeweils miteinander verbunden. Der Strom I5 hält die Diode T21 im leitenden Zustand.
Vorzugsweise ist der Strom I5 halb so groß wie der Strom I4. Der Transistor T25 seinerseits dient der Indexierung der Spannungsschwankungen, die am Transistor T1 auftreten, auf dem Kaskodetransistor TC1.
Eine gleichartige Schaltung wie die soeben beschriebene für die Zugangsschaltung der variablen Eingangsspannung +ve/2 existiert auch für die Zugangsschaltung der variablen Eingangsspannung -ve/2.
Diese Schaltung besitzt den gleichen Aufbau wie oben beschrieben und enthält außer zwei Stromgeneratoren I4 und I5 die Transistoren T24, T22 und T26, die den erwähnten Transistoren T23, T21 und T25 entsprechen.
Wie dies oben erwähnt wurde, werden die Schaltungen, mit denen die Störkopplungen verringert werden, aktiviert, wenn die Tast- und Halteschaltung in der Haltephase ist. In der Haltephase sind die Transistoren T13 und T14 leitend. Der Kollektor des Transistors T13 ist mit dem Emitter eines Transistors T15 verbunden, dessen Kollektor die Speisespannung +Vcc empfängt, während der Kollektor des Transistors T14 mit dem Emitter eines Transistors T16 verbunden ist, dessen Kollektor ebenfalls die Speisespannung +Vcc empfängt. Wenn also die Transistoren T13 und T14 leitend sind, dann leiten auch die Transistoren T15 und T16 und führen zu einer Verringerung des an ihren Emittern vorliegenden Potentials. Da die Emitter der Transistoren T15 und T16 mit je einer der Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 verbunden sind, verringern sich die an die Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 angelegten Spannungen ebenfalls. Die Verringerung der Spannung an den Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 führt dann zur Blockierung der Dioden T21 und T22 und zugleich zu einer Absenkung der Impedanzen an den Basiselektroden der Transistoren T1 und T2, indem die Transistoren T15 und T16 leitend werden.
Erfindungsgemäß werden die an die Basiselektroden der Transistoren T15 und T16 angelegten Spannungen ausreichend niedrig gewählt, um die Blockierung der Dioden T21 und T22 selbst dann zu gewährleisten, wenn die variablen Eingangssignale am unteren Ende des Betriebsbereichs liegen.
Die Schaltung, mit der die Spannung an die Basis des Transistors T15 angelegt wird, enthält einen Widerstand Ra1, einen als Diode geschalteten Transistor T19, einen Transistor T17, einen Stromgenerator I3 und einen Leseverstärker AL1.
In gleicher Weise enthält die Schaltung, mit der die Spannung an die Basis des Transistors T16 angelegt wird, einen Widerstand Ra2, dessen Wert vorzugsweise dem Wert des Widerstands Ra1 gleicht, einen als Diode geschalteten Transistor T20, einen Transistor T18, einen Stromgenerator I3 und einen Leseverstärker AL2.
Die Transistoren T17 und T18 bilden einen Differentialverstärker mit Einheitsverstärkungsgrad, der durch einen Widerstand Rd zwischen ihren Emittern degeneriert ist, wobei der Wert dieses Widerstands vorzugsweise doppelt so groß wie der Wert des Widerstands Ra1 ist.
Die Basis des Transistors T5 ist einerseits an den Emitter des Transistors T19 und andrerseits an den Kollektor des Transistors T17 angeschlossen. Die Basis des Transistors T19 ist mit dem eigenen Kollektor verbunden, der an eine erste Klemme des Widerstands Ra1 führt, dessen zweite Klemme die Spannung Va empfängt.
Der Emitter des Transistors T17 ist an den Stromgenerator 13 und seine Basis ist an den Ausgang des Leseverstärkers AL1 angeschlossen, dessen Eingang mit dem Emitter des Transistors T4 verbunden ist. Der Leseverstärker AL1 ist ein Pufferverstärker mit einer sehr hohen Eingangsimpedanz und mit Einheitsverstärkungsgrad.
Die Schaltung, mit der die Basisspannung an den Transistor T16 angelegt werden kann, besteht aus den gleichen Komponenten wie die Schaltung, mit der die Basisspannung an den Transistor T15 angelegt wird. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist der Aufbau dieser beiden Schaltungen identisch. Der Transistor T18 übernimmt die Aufgabe des Transistors T17, der Transistor T20 die des Transistors T19 und der Leseverstärker AL2 die des Lesevertärkers AL1.
Erfindungsgemäß ist der Potentialunterschied an den Basiselektroden der Transistoren T15 und T16 auf die an den Klemmen des Kondensators C34 gespeicherte Spannung indexiert. Daher gilt: VC34 = VE3 - VE4 = VB15 - VB16 Daraus folgt, daß die Schwankungen, die das Potential der Basiselektroden der Transistoren T1 und T2 beim Übergang von der Tast- in die Haltephase beeinflußt, praktisch gleich sind. Die Spannungsschwankungen am Ausgang der Tast- und Halteschaltung bei diesem Übergang von der Tast- in die Haltephase sind also vorteilhaft minimiert.
Wie oben erwähnt, werden die an die Basiselektroden der Transistoren T15 und T16 angelegten Spannungen ausreichend niedrig gewählt, um die Sperrung der Dioden T21 und T22 auch für die geringsten variablen Signale im Betriebsbereich zu gewährleisten. Das Gleichtaktpotential Va wird dann dementsprechend gewählt.
Wie Fig. 5 zeigt, sind die Stromgeneratoren 15 vom positiven Typ. Das an ihrem Ausgang vorliegende Potential, d. h. dort, wo ihre Last angeschlossen ist, ist niedriger als das Bezugspotential +Vcc. Diese Generatoren werden daher entweder durch einen PNP-Transistors realisiert, wie dies dem Fachmann bekannt ist, oder durch eine Schaltung, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist.
Die Schaltung gemäß Fig. 6 zeigt eine Alternative zum Stromgenerator I5 mit PNP-Transistoren
Sie enthält zwei Widerstände R1 und R2, einen Stromgenerator Iref und einen Differentialverstärker A, der NPN- Transistoren enthält.
Der Widerstand R2 verbindet den nicht invertierenden Eingang 2 des Verstärkers A mit dem Ausgang 1 des Verstärkers, während der Widerstand R1 den invertierenden Eingang des Verstärkers A mit dem Ausgang 1 verbindet. Der Stromgenerator Iref liegt zwischen dem invertierenden Eingang und Masse. Daher gilt: I5 = Iref R1/R2.
Die Schaltung aus Fig. 6 bildet den Stromgenerator I5. Der Ausgang 1 des Verstärkers A ist die Klemme des Stromgenerators I5, die die Speisespannung +Vcc empfängt, und der nicht invertierende Eingang des Verstärkers A ist die Klemme des Stromgenerators I5, die an den Kollektor des Transistors T25 angeschlossen ist.
Vorzugsweise ist der Verstärker A ein Verstärker in schneller Technologie mit ausschließlich NPN-Transistoren, wie er in der französischen Patentanmeldung 91 14 406 vom 21. November 1991 im Namen der Societe Thomson Composants Militaires et Spatiaux beschrieben ist.
Die Fig. 4 und 5 zeigen getrennt zwei mögliche Verbesserungen der erfindungsgemäßen Tast- und Halteschaltung. Selbstverständlich umfaßt die Erfindung auch eine Schaltung, die diese beiden Verbesserungen gemeinsam enthält.

Claims

1. Differentielle Tast- und Halteschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transistor (T1, T2), die leitend oder nichtleitend gesteuert werden können, wobei das Ausgangssignal der Tast- und Halteschaltung an den Klemmen eines Ausgangskondensators (C12) abgenommen werden kann, der die Emitter (E1, E2) dieser Transistoren verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel aufweist, um den Strom (Io) durch die Transistoren in deren leitendem Zustand während der Tastphasen trotz der Schwankungen des Stroms im Ausgangskondensator (C12) konstant zu machen.

2. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel aus zwei dynamischen Stromgeneratoren (T3, T4) und einem Kondensator (C34) bestehen, wobei die beiden dynamischen Stromgeneratoren durch einen Diferentialstrom moduliert werden, der aus dem Kondensator (C34) kommt und dessen Schwankungen mit entgegengesetztem Vorzeichen die Schwankungen des Stroms reproduzieren, die im Ausgangskondensator (C12) auftreten.

3. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster der beiden dynamischen Stromgeneratoren von einem dritten Transistor (T3) gebildet wird, dessen Kollektor an den Emitter (E2) des zweiten Transistors (T2) über einen ersten Kaskode-Transistor (TC3) angeschlossen ist und dessen Emitter mit einem ersten Konstantstromgenerator (Io) verbunden ist, wobei der erste dynamische Stromgenerator durch eine erste Modulationsschaltung moduliert wird, die einen ersten als Diode geschalteten Transistor (T5) enthält, dessen Basis mit seinem eigenem Kollektor sowie mit der Basis des ersten Kaskodetransistors (TC3) verbunden ist und dessen Emitter an die Basis des dritten Transistors (T3) und an einen zweiten Konstantstromgenerator (I1) angeschlossen ist, wobei der Kollektor des ersten als Diode geschalteten Transistors (T5) an den ersten Transistor (T1) über erste Mittel so angeschlossen ist, daß der durch den dritten Transistor (T3) fließende Strom im Rhythmus des an die Basis (B1) des ersten Transistors (T1) angelegten Signals moduliert wird, und daß ein zweiter der beiden dynamischen Stromgeneratoren von einem vierten Transistor (T4) gebildet wird, dessen Kollektor an den Emitter (E1) des ersten Transistors (T1) über einen zweiten Kaskode-Transistor (TC4) angeschlossen ist und dessen Emitter mit einem dritten Konstantstromgenerator (Io) verbunden ist, wobei der zweite dynamische Stromgenerator durch eine zweite Modulationsschaltung moduliert wird, die einen zweiten als Diode geschalteten Transistor (T6) enthält, dessen Basis mit seinem eigenem Kollektor sowie mit der Basis des zweiten Kaskodetransistors (TC4) verbunden ist und dessen Emitter an die Basis des vierten Transistors (T4) und an einen vierten Konstantstromgenerator (I1) angeschlossen ist, wobei der Kollektor des zweiten als Diode geschalteten Transistors (T6) an den zweiten Transistor (T2) über zweite Mittel so angeschlossen ist, daß der durch den vierten Transistor (T4) fließende Strom im Rhythmus des an die Basis (B2) des zweiten Transistors (T2) angelegten Signals moduliert wird.

4. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel von einem ersten Dipol (D1) gebildet werden, der den Kollektor des ersten als Diode geschalteten Transistors (T5) mit der Basis (B1) des ersten Transistors (T1) verbindet, und daß die zweiten Mittel von einem zweiten, dem ersten Dipol (D1) gleichenden Dipol (D2) gebildet werden, der den Kollektor des zweiten als Diode geschalteten Transistors (T6) mit der Basis (B2) des zweiten Transistors (T2) verbindet.

5. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel von einem ersten Dipol (D1) gebildet werden, der den Kollektor des ersten als Diode geschalteten Transistors (T5) mit dem Emitter eines Transistors (T7) verbindet, dessen Basis- und Kollektorelektroden an die Basis bzw. den Kollektor des ersten Transistors (T1) angeschlossen sind, und daß die zweiten Mittel von einem zweiten Dipol (D2) gebildet werden, der den Kollektor des zweiten als Diode geschalteten Transistors (T6) mit dem Emitter eines Transistors (T8) verbindet, dessen Basis- und Kollektorelektroden an die Basis bzw. den Kollektor des zweiten Transistors (T2) angeschlossen sind.

6. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Mittel von einem ersten Dipol (D1) gebildet werden, der den Kollektor des ersten als Diode geschalteten Transistors (T5) mit dem Emitter eines Transistors (T7) verbindet, dessen Basis an die Basis eines ersten zusätzlichen Transistors (T9) angeschlossen ist und dessen Kollektor mit dem Kollektor des ersten Transistors (T1) verbunden ist, wobei der Emitter des ersten zusätzlichen Transistors (T9) an einen Stromgenerator (12) und an die Basis des ersten Transistors (T1) angeschlossen ist, und daß die zweiten Mittel von einem zweiten Dipol (D2) gebildet werden, der den Kollektor des zweiten als Diode geschalteten Transistors (T6) mit dem Emitter eines Transistors (T8) verbindet, dessen Basis an die Basis eines zweiten zusätzlichen Transistors (T10) angeschlossen ist und dessen Kollektor mit dem Kollektor des zweiten Transistors (T2) verbunden ist, wobei der Emitter des zweiten zusätzlichen Transistors (T10) an einen Stromgenerator (12) und an die Basis des zweiten Transistors (T2) angeschlossen ist.

7. Tast- und Halteschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vor gesehen sind, um in der Haltephase die Amplitude des an die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors (T1, T2) angelegten dynamischen Signals (±Ve/2) verringern zu können, indem das statische Potential dieser Basiselektroden um einen gleichen Betrag unabhängig von der erwähnten Amplitude abgesenkt wird.

8. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, mit denen die Amplitude des an die Basiselektroden des ersten und des zweiten Transistors (T1, T2) angelegten dynamischen Signals in der Haltephase verringert werden kann, einen fünften Transistor (T15), der in der Haltephase der Tast- und Halteschaltung leitend ist, dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors (T1) und dessen Basis mit einer ersten Steuerschaltung verbunden ist, die eine auf die am Emitter des vierten Transistors (T4) entnommene Spannung indexierte Spannung liefert, und einen sechsten Transistor (T16) enthalten, der in der Haltephase der Tast- und Halteschaltung leitend ist, dessen Emitter an die Basis des zweiten Transistors (T2) und dessen Basis an eine zweite Steuerschaltung angeschlossen ist, die eine Spannung liefert, die auf die am Emitter des dritten Transistors (T3) abgenommene Spannung indexiert ist.

9. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuerschaltung von einem ersten Pufferverstärker (AL1) gebildet wird, dessen Eingang an den Emitter des vierten Transistors (T4) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors (T17) verbunden ist, dessen Emitter an einen Stromgenerator (13) und dessen Kollektor einerseits an die Basis des fünften Transistors (T15), der in der Haltephase der Tast- und Halteschaltung leitend ist, und andrerseits an den Emitter eines dritten als Diode geschalteten Transistors (T19) angeschlossen ist, dessen Basis mit seinem Kollektor ver bunden ist, der wiederum über einen Widerstand (Ra1) eine Gleichspannung (Va) empfängt, und daß die zweite Steuerschaltung von einem zweiten Pufferverstärker (AL2) gebildet wird, dessen Eingang an den Emitter des dritten Transistors (T3) angeschlossen ist und dessen Ausgang mit der Basis eines Transistors (T18) verbunden ist, dessen Emitter an einen Stromgenerator (13) und dessen Kollektor einerseits an die Basis des sechsten Transistors (T16), der in dervHaltephase der Tast- und Halteschaltung leitend ist, und andrerseits an den Emitter eines vierten als Diode geschalteten Transistors (T20) angeschlossen ist, dessen Basis mit seinem Kollektor verbunden ist, der wiederum über einen Widerstand (Ra2) die Gleichspannung (Va) empfängt, wobei die Emitter der Transistoren (T17, T18), deren Basiselektroden an die Ausgänge der Pufferverstärker (AL1, AL2) angeschlossen sind, miteinander über einen Widerstand (Rd) verbunden sind.

10. Tast- und Halteschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis (B1) des ersten Transistors (T1) an die Basis eines fünften als Diode geschalteten Transistors (T21) angeschlossen ist und daß die Basis (B2) des zweiten Transistors ((T2) mit der Basis eines sechsten als Diode geschalteten Transistors (T22) verbunden ist.

11, Tast- und Halteschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole (D1, D2) in Form eines Widerstands realisiert sind.

12. Tast- und Halteschaltung nach einem beliebigen der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dipole (D1, D2) durch eine Serienschaltung von Dioden gebildet werden.