JP2010055684A - Sample-and-hold circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、入力信号の電圧をサンプル・ホールドすることができるサンプルホールド回路に関する。 The present invention relates to a sample and hold circuit that can sample and hold a voltage of an input signal.
図2は従来のサンプルホールド回路の回路図である。このサンプルホールド回路2は、集積回路として形成される。サンプルホールド回路2は、オペアンプ4の反転入力端子IN−に一方端を接続されたキャパシタC1を有する。当該C1の一方端の電位は、スイッチ素子S1をオンすることにより、オペアンプ2の出力端子VOUTの電位vOSに設定可能である。S1をオンした状態でスイッチ素子S2をオンしてC1の他方端をサンプリング電圧の入力端子VINに接続すると、C1にはVINへの入力電位に応じた電荷が充電される。サンプリング時刻tSにてS1,S2をオフすると、C1は充電されている電荷を保持し、C1の他方端の電位は時刻tSにおける入力電位vHにホールドされる。このC1の他方端の電位vHは、スイッチ素子S3をオンすることでVOUTに取り出される。
FIG. 2 is a circuit diagram of a conventional sample and hold circuit. The sample and
集積回路にて、各スイッチ素子S1〜S3はMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタで構成することができ、ソース、ドレインをスイッチの両端とし、ゲート電圧によりソース−ドレイン間の電流の導通を制御する。
スイッチ素子S1,S2をオフし、スイッチ素子S3をオンしてホールド電圧vHをVOUTに出力している状態では、オペアンプ4の入力端子IN−に接続されたC1の一方端は基本的にはフローティングとなり、時刻tSにおける電位vOSとなる。すなわち、S1を構成するMOSトランジスタのソース−ドレイン間には電位差が存在する。そのため、S1をオフしている状態でも、そのMOSトランジスタのソース−ドレイン間にて電荷がドリフトしリーク電流が流れ得る。このリーク電流がC1の一方端側に蓄積された電荷量を変化させる結果、C1の他方端の電位が時刻tSにおける値vHからずれ、VOUTから出力されるホールド電圧に誤差を生じる。
In a state where the switch elements S 1 and S 2 are turned off, the switch element S 3 is turned on and the hold voltage v H is output to VOUT , one end of C 1 connected to the input terminal IN − of the
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、MOSトランジスタにおけるリーク電流に起因するホールド電圧の変化が低減されるサンプルホールド回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a sample-and-hold circuit in which a change in hold voltage caused by a leakage current in a MOS transistor is reduced.
本発明に係るサンプルホールド回路は、非反転入力端子を所定電位に接続された演算増幅器と、前記演算増幅器の反転入力端子とサンプリング電圧の入力端子との間に直列に接続されたホールドキャパシタと、前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に直列に接続されたスイッチ回路と、前記ホールドキャパシタと前記入力端子との間に直列に接続されたサンプリング電圧入力スイッチ素子と、前記サンプリング電圧入力スイッチ素子及び前記ホールドキャパシタの接続点と前記出力端子との間に接続されたホールド電圧出力スイッチ素子と、を有し、前記スイッチ回路が、前記反転入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、互いに同相でオン・オフ動作を行うMOSトランジスタである第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子と、前記第1のスイッチ素子と前記第2のスイッチ素子との接続点と、所定電位との間に直列に接続されたバッファキャパシタと、を有し、前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子が、前記サンプリング電圧入力スイッチ素子と同相でオン・オフ動作を行い、前記ホールド電圧出力スイッチ素子が、前記サンプリング電圧入力スイッチ素子のオフ期間内にオンして、前記ホールドキャパシタによりホールドされた電圧を前記出力端子へ出力するものである。 The sample hold circuit according to the present invention includes an operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a predetermined potential, a hold capacitor connected in series between the inverting input terminal of the operational amplifier and an input terminal of the sampling voltage, A switch circuit connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier, a sampling voltage input switch element connected in series between the hold capacitor and the input terminal, and the sampling voltage A hold voltage output switch element connected between a connection point of the input switch element and the hold capacitor and the output terminal, and the switch circuit is connected in series between the inverting input terminal and the output terminal. The first switch element and the second switch element are MOS transistors that are connected to each other and perform on / off operations in phase with each other. A switch capacitor, a connection point between the first switch element and the second switch element, and a buffer capacitor connected in series between a predetermined potential, the first switch element, The second switch element performs an on / off operation in phase with the sampling voltage input switch element, and the hold voltage output switch element is turned on within an off period of the sampling voltage input switch element, The held voltage is output to the output terminal.
スイッチ回路及びサンプリング電圧入力スイッチ素子をオフするサンプリング時刻tSでのホールドキャパシタの演算増幅器側の端子電位をvOSとすると、バッファキャパシタの第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子に接続された端子の電位もvOSに設定される。ホールド電圧出力スイッチ素子がオンすると、出力端子に、ホールドキャパシタの入力端子側の電位vHが取り出される。第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子のうち出力端子側のスイッチ素子(ここでは第2のスイッチ素子とする)の両端には電位差(vH−vOS)が印加されるが、第1のスイッチ素子の両端の電位は共にvOSとなる。すなわち、ホールドキャパシタに接続される第1のスイッチ素子のリーク電流が低減され、ホールドキャパシタの演算増幅器側の端子電位がサンプリング時刻tSで設定されたvOSからずれることが抑制される。その結果、出力端子の電圧もvHからずれることが抑制され、ホールド電圧の誤差の低減が図られる。 When the terminal potential on the operational amplifier side of the hold capacitor at the sampling time t S when the switch circuit and the sampling voltage input switch element are turned off is v OS , it is connected to the first switch element and the second switch element of the buffer capacitor. the potential of the terminal is also set to v OS. The hold voltage output switching element is turned on, the output terminal, the potential v H of the input terminal side of the hold capacitor is taken out. A potential difference (v H −v OS ) is applied to both ends of a switch element on the output terminal side (here, a second switch element) of the first switch element and the second switch element. The potentials at both ends of the switch element are both v OS . That is, the leakage current of the first switch element connected to the hold capacitor is reduced, and the terminal potential on the operational amplifier side of the hold capacitor is prevented from deviating from the v OS set at the sampling time t S. As a result, the voltage at the output terminal is also prevented from deviating from v H , and the hold voltage error can be reduced.
以下、本発明の実施の形態(以下実施形態という)について、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態であるサンプルホールド回路10の概略の回路図である。サンプルホールド回路10は、オペアンプ12、キャパシタC1(ホールドキャパシタ)、スイッチ回路14、スイッチ素子S2(サンプリング電圧入力スイッチ素子)、スイッチ素子S3(ホールド電圧出力スイッチ素子)を含み、集積回路として半導体チップ上に形成される。
FIG. 1 is a schematic circuit diagram of a sample and hold
オペアンプ12は、非反転入力端子(IN+)を接地電位GNDに接続され、反転入力端子IN−をキャパシタC1の一方端及びスイッチ回路14の一方端に接続される。オペアンプ12の出力端子は、サンプルホールド回路10の出力端子VOUTに接続される。
The
キャパシタC1は、上述のように一方端をオペアンプ12に接続され、他方端をスイッチ素子S2に接続される。
The capacitor C 1 has one end connected to the
スイッチ回路14は、オペアンプ12の入力端子IN−と出力端子VOUTとの間を断続を制御する機能を有し、スイッチ素子S11,S12と、キャパシタC2(バッファキャパシタ)と含んで構成される。スイッチ素子S11,S12は端子IN−と出力端子VOUTとの間に直列に接続される。スイッチ素子S11の一方端は端子IN−に接続され、スイッチ素子S12の一方端は出力端子VOUTに接続される。スイッチ素子S11,S12は互いに同相でオン・オフ動作を行うMOSトランジスタで構成される。キャパシタC2は、一方端をスイッチ素子S11,S12の接続点Aに接続され、他方端をGNDに接続される。
Configuration has a function of controlling the intermittent between the output terminal V OUT, the switch element S 11, S 12, includes a capacitor C 2 (buffer capacitor) -
スイッチ素子S2はC1の他方端とサンプルホールド回路10の入力端子VINとの間に直列に接続され、それらの間の断続を制御する。スイッチ素子S2はMOSトランジスタで構成され、スイッチ素子S11,S12と同相でオン・オフ動作を行う。
Switching element S 2 is connected in series between the input terminal V IN of the other end and a sample-and-
スイッチ素子S3はC1の他方端と出力端子VOUTとの間に直列に接続され、それらの間の断続を制御する。スイッチ素子S3はMOSトランジスタで構成され、スイッチ回路14及びスイッチ素子S2のオフ期間内にオンして、キャパシタC1によりホールドされた電圧を出力端子VOUTへ出力する。
Switching element S 3 are connected in series between the output terminal V OUT and the other end of the C 1, to control the intermittent therebetween. Switching element S 3 is composed of MOS transistors, and turned to the
サンプルホールド回路10は、サンプリング対象信号をVINに入力される。サンプリング動作では、S3はオフ状態とされ、S2及びスイッチ回路14(S11及びS12)をオン状態とする。スイッチ回路14がオン状態となることで、オペアンプ12の端子IN−の電位は、端子IN+と同電位となる。すなわち、端子IN−に接続されるC1の一方端の電位vOSはGNDに設定される。一方、C1の他方端の電位はVINへの入力電位vIに設定される。このときC1の充電電荷量をQで表すと、
Q=C1(vI−vOS)
となる。なお、上式中のC1はキャパシタC1の容量値を表している。例えば、VIN側のC1の電極に蓄積される電荷をQとすると、端子IN−側のC1の電極に蓄積される電荷は−Qとなる。
The
Q = C 1 (v I −v OS )
It becomes. Incidentally, C 1 in the above formula represents the capacitance value of the capacitor C 1. For example, if the charge accumulated in the C 1 electrode on the VIN side is Q, the charge accumulated in the C 1 electrode on the terminal IN − side is −Q.
サンプリング時刻tSにて、S2及びスイッチ回路14(S11及びS12)をオフ状態とすると、C1は充電された電荷を保持し、VIN側のC1の電位は時刻tSにおけるvIである電位vHにホールドされる。 When S 2 and the switch circuit 14 (S 11 and S 12 ) are turned off at the sampling time t S , C 1 holds the charged charge, and the potential of C 1 on the VIN side at time t S v is held to the potential v H is I.
ホールドされた電位vHを出力するために、S2及びスイッチ回路14(S11及びS12)のオフ状態にて、S3をオンし、C1のVIN側をVOUTに接続する。このとき、端子IN−側のC1の電極はスイッチ回路14のオフによりフローティング状態となっており、これに蓄積された電荷量(−Q)は基本的に変化しない。これに対応して、VIN側のC1の電極に蓄積された電荷量Qもサンプリング時刻tSでの値に保たれ、VOUTの出力電位はサンプリング時刻tSにおけるvHに維持される。
To output the held voltage v H, in the off state of the S 2 and the
なお、各スイッチ素子S11,S12,S2,S3のオン・オフの制御は、それらを構成するMOSトランジスタのゲートに制御回路(図示せず)から供給される制御信号により行われる。 The on / off control of each switch element S 11 , S 12 , S 2 , S 3 is performed by a control signal supplied from a control circuit (not shown) to the gates of the MOS transistors constituting them.
サンプルホールド回路10は、出力端子VOUTからオペアンプ12の端子IN−への帰還経路を上述スイッチ回路14を介して接続することで当該経路のリーク電流を抑制する。これにより、C1のIN−側端子の電位がサンプリング時刻tSでのvOSから変化しにくくなり、VOUTの出力電位が当初の値vHに好適に保たれる。これは、端子IN−と出力端子VOUTとの間の電位差(vH−vOS)が、S12及びC2によりバッファされ、端子IN−に接続されたS11の両端には直接には印加されず、S11を構成するMOSトランジスタのリーク電流が抑制されるからである。
Sample-and-
なお、S12及びC2は基本的にはRC積分回路と同様に機能し、S12のリーク電流により点Aの電位は当初のvOSからvHに向けて次第に変化し得る。その結果、S11に端子間電圧が生じてS11にもリーク電流が発生し得るが、その発生までの時間はS12及びC2における積分時定数に応じた期間遅延させることができ、VOUTの出力電位を従来よりも長時間にわたり良好に維持することが可能となる。 Note that S 12 and C 2 basically function in the same manner as the RC integration circuit, and the potential at point A can gradually change from the initial v OS to v H due to the leakage current of S 12 . As a result, the terminal voltage in S 11 may leak current is generated in S 11 occurs, the time until the generation can be time delayed corresponding to the integration time constant in S 12 and C 2, V It becomes possible to maintain the output potential of OUT better for a longer time than before.
10 サンプルホールド回路、12 オペアンプ、14 スイッチ回路、C1 キャパシタ(ホールドキャパシタ)、S2 サンプリング電圧入力スイッチ素子、,S3 ホールド電圧出力スイッチ素子、S11,S12 スイッチ素子、C2 バッファキャパシタ。 10 sample-and-hold circuit, 12 an operational amplifier, 14 a switch circuit, C 1 capacitor (holding capacitor), S 2 sampling voltage input switch element ,, S 3 hold voltage output switching element, S 11, S 12 switch elements, C 2 buffer capacitor.
Claims (1)
前記演算増幅器の反転入力端子とサンプリング電圧の入力端子との間に直列に接続されたホールドキャパシタと、
前記反転入力端子と前記演算増幅器の出力端子との間に直列に接続されたスイッチ回路と、
前記ホールドキャパシタと前記入力端子との間に直列に接続されたサンプリング電圧入力スイッチ素子と、
前記サンプリング電圧入力スイッチ素子及び前記ホールドキャパシタの接続点と前記出力端子との間に接続されたホールド電圧出力スイッチ素子と、
を有し、
前記スイッチ回路は、
前記反転入力端子と前記出力端子との間に直列に接続され、互いに同相でオン・オフ動作を行うMOSトランジスタである第1のスイッチ素子及び第2のスイッチ素子と、
前記第1のスイッチ素子と前記第2のスイッチ素子との接続点と、所定電位との間に直列に接続されたバッファキャパシタと、
を有し、
前記第1のスイッチ素子及び前記第2のスイッチ素子は、前記サンプリング電圧入力スイッチ素子と同相でオン・オフ動作を行い、
前記ホールド電圧出力スイッチ素子は、前記サンプリング電圧入力スイッチ素子のオフ期間内にオンして、前記ホールドキャパシタによりホールドされた電圧を前記出力端子へ出力すること、
を特徴とするサンプルホールド回路。 An operational amplifier having a non-inverting input terminal connected to a predetermined potential;
A hold capacitor connected in series between the inverting input terminal of the operational amplifier and the input terminal of the sampling voltage;
A switch circuit connected in series between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier;
A sampling voltage input switch element connected in series between the hold capacitor and the input terminal;
A hold voltage output switch element connected between a connection point of the sampling voltage input switch element and the hold capacitor and the output terminal;
Have
The switch circuit is
A first switch element and a second switch element which are connected in series between the inverting input terminal and the output terminal, and are MOS transistors which perform on / off operations in phase with each other;
A buffer capacitor connected in series between a connection point between the first switch element and the second switch element and a predetermined potential;
Have
The first switch element and the second switch element perform an on / off operation in phase with the sampling voltage input switch element,
The hold voltage output switch element is turned on during an off period of the sampling voltage input switch element, and outputs the voltage held by the hold capacitor to the output terminal;
A sample-and-hold circuit.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020184075A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 株式会社デンソー | Switched-capacitor amplifier |
US11688320B2 (en) | 2021-08-27 | 2023-06-27 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Gamma amplifier including track period, and gamma voltage generator having the same |
-
2008
- 2008-08-28 JP JP2008219187A patent/JP2010055684A/en active Pending
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WO2020184075A1 (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 株式会社デンソー | Switched-capacitor amplifier |
JP2020150439A (en) * | 2019-03-14 | 2020-09-17 | 株式会社デンソー | Switched capacitor amplifier |
JP7111035B2 (en) | 2019-03-14 | 2022-08-02 | 株式会社デンソー | switched capacitor amplifier |
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