(57)【要約】【課題】トラックモード時の歪み特性を悪化させることなくアクイジション時間を短縮する。【解決手段】出力電圧を入力電圧に追従させるトラックモードと、出力電圧を保持するホールドモードとを切り替え可能なスイッチトエミッタフォロワ回路であって、ベースに入力電圧端子とスイッチを介して定電流源が接続され、エミッタに出力電圧端子と可変電流源とが接続され、コレクタに電源電圧が印加されるトランジスタと、一端に電源電圧が印加され、他端が出力電圧端子に接続された容量と、スイッチと可変電流源の電流値を制御する制御部とを備え、制御部は、ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に、スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、可変電流源の電流値を０から第１に切り替え、所定の時間経過後に、電流値を第１の値よりも大きな第２の値に切り替える。【選択図】図１
2011061278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を入力電圧に追従させるトラックモードと、出力電圧を保持するホールドモードとを切り替え可能なスイッチトエミッタフォロワ回路であって、
ベースに入力電圧端子とスイッチを介して定電流源が接続され、エミッタに出力電圧端子と可変電流源とが接続され、コレクタに電源電圧が印加されるトランジスタと、
一端に前記電源電圧が印加され、他端が前記出力電圧端子に接続された容量と、
前記スイッチと前記可変電流源の電流値を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に、前記スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記可変電流源の電流値を０から第１の値に切り替え、所定の時間経過後に、前記電流値を第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とするスイッチトエミッタフォロワ回路。
【請求項２】
出力電圧を入力電圧に追従させるトラックモードと、出力電圧を保持するホールドモードとを切り替え可能なスイッチトエミッタフォロワ回路であって、
ベースに入力電圧端子とスイッチを介して定電流源が接続され、エミッタに出力電圧端子と可変電流源とが接続され、コレクタに電源電圧が印加されるトランジスタと、
一端に前記電源電圧が印加され、他端が前記出力電圧端子に接続された容量と、
前記スイッチと前記可変電流源の電流値を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に、前記スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記可変電流源の電流値を０から第１の値に切り替え、所定の時間をかけて、前記電流値を第１の値よりも大きな第２の値に変化させることを特徴とするスイッチトエミッタフォロワ回路。
【請求項３】
請求項１または２に記載のスイッチトエミッタフォロワ回路を差動型に構成したことを特徴とするスイッチトエミッタフォロワ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、出力電圧を入力電圧に追従させるトラックモードと、出力電圧を保持するホールドモードとを切り替え可能なスイッチトエミッタフォロワ回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、バイポーラトランジスタを用いたスイッチトエミッタフォロワ回路の従来の構成を示す図である。本図において、Ｔｒ１・Ｔｒ２はｎｐｎ型トランジスタ、Ｒ１・Ｒ２は抵抗、Ｃ１・Ｃ２は容量、Ｉｃ１・Ｉｃ２は定電流源、ＳＷ１・ＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ４はスイッチ、Ｃｔｒはスイッチ制御回路を示している。スイッチトエミッタフォロワ回路には電源電圧Ｖｃｃが供給され、電圧Ｖｉｎを入力し、電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【０００３】
電圧Ｖｉｎの入力端子は、それぞれトランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のベースに接続されるとともに、抵抗Ｒ１・Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される。さらに、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２を介して定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２に接続される。また、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のコレクタには、電源電圧Ｖｃｃが印加される。
【０００４】
トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタは、それぞれ電圧Ｖｏｕｔの出力端子に接続されるとともに、スイッチＳｗ３・Ｓｗ４を介して定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２に接続される。容量Ｃ１・Ｃ２は、それぞれ一端に電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端は電圧Ｖｏｕｔの出力端子に接続される。
【０００５】
本図において、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２が開放され、スイッチＳｗ３・Ｓｗ４が閉じているとき、回路はエミッタフォロワを構成し、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに追従して変化する。すなわち、本回路は、トラックモードで動作する。
【０００６】
スイッチＳｗ１・Ｓｗ２が閉じられ、スイッチＳｗ３・Ｓｗ４が開放されると、定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２の電流が抵抗Ｒ１・Ｒ２を流れることによりトランジスタＴｒ１・Ｔｒ２はオフとなり、容量Ｃ１・Ｃ２に蓄積された電荷によって出力電圧Ｖｏｕｔが一定値となる。すなわち、本回路は、ホールドモードで動作する。
【０００７】
再びスイッチＳｗ１・Ｓｗ２が開放され、スイッチＳｗ３・Ｓｗ４が閉じられると、トラックモードに移行し、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに追従する。この際に、出力電圧Ｖｏｕｔが、入力電圧Ｖｉｎに等しくなるまでに時間を要し、この時間をアクイジション時間Ｔと称する。
【０００８】
アクイジション時間Ｔは、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタから見込んだインピーダンスと容量Ｃ１・Ｃ２に依存する。トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタから見込んだインピーダンスを、インダクタＬと抵抗Ｒの直列接続で表現するとき、ダンピングファクターζは、Ｌ、Ｒと容量Ｃ１・Ｃ２の容量値Ｃを用いて、
【数１】
2011061278.tif 000003
と表わされる。
【０００９】
ζ＜１の場合において、アクイジション時間Ｔを、ステップ応答の包絡線の誤差が最終値の１／Ｎになるまでの時間とするならば、非特許文献１に記載されているように、
【数２】
2011061278.tif 000004
と表わすことができる。数２中のωｎは、
【数３】
2011061278.tif 000005
で表わされる。
【００１０】
数１、数２、数３より、アクイジション時間Ｔは、
【数４】
2011061278.tif 000006
となる。非特許文献２に記載されているように、数４中のＬ、Ｒはそれぞれ、
【数５】
2011061278.tif 000007
である。数５中のＲｓは、抵抗Ｒ１・Ｒ２の抵抗値であり、Ｉは、定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２の電流値である。
【００１１】
数４、数５から分かるように、アクイジション時間Ｔを短くするためには、定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２の電流Ｉを小さくすればよい。ここで、非特許文献３に記載されているように、エミッタフォロワの３次高調波歪みＨＤ３は、入力周波数ｆｉｎ、入力振幅Ｐを用いて、
【数６】
2011061278.tif 000008
と表わされる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＭＡＴＬＡＢによる制御工学  足立修一著  東京電機大学出版局
【非特許文献２】システムＬＳＩのためのアナログ集積回路設計技術  下巻［原書第４版］Ｐ．Ｒ．グレイ、Ｐ．Ｊ．フルスト、Ｓ．Ｈ．レビス、Ｒ．Ｇ．メイヤー共著  浅田邦宏、永田穣  監修  培風館
【非特許文献３】William T.Colleran and A.A.Abidi. "A 10-b, 75-MHz Two-Stage Pipelined Bipolar A/D Converter," IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, VOL. 28, No.12 DECEMBER 1993, pp.1187-1199.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
以上から、アクイジション時間Ｔを短くするためには、定電流源の電流Ｉを小さくすればよいが、電流Ｉを小さくすることで、トラックモード時の歪み特性が悪化することが分かる。このように、定電流源の電流Ｉのみをパラメータとする場合、アクイジション時間とトラックモード時の歪み特性はトレードオフの関係にある。
【００１４】
そこで、本発明は、スイッチトエミッタフォロワ回路においてトラックモード時の歪み特性を悪化させることなく、アクイジション時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のスイッチトエミッタフォロワ回路は、出力電圧を入力電圧に追従させるトラックモードと、出力電圧を保持するホールドモードとを切り替え可能なスイッチトエミッタフォロワ回路であって、ベースに入力電圧端子とスイッチを介して定電流源が接続され、エミッタに出力電圧端子と可変電流源とが接続され、コレクタに電源電圧が印加されるトランジスタと、一端に前記電源電圧が印加され、他端が前記出力電圧端子に接続された容量と、前記スイッチと前記可変電流源の電流値を制御する制御部とを備え、前記制御部は、ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に、前記スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記可変電流源の電流値を０から第１の値に切り替え、所定の時間経過後に、前記電流値を第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることを特徴とする。
【００１６】
第１の値は、実施例のＡ×Ｉに相当する。ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に可変電流源の電流値を第１の値とすることで、アクイジション時間を短縮することができる。第２の値は、実施例のＩに相当する。所定の時間経過後に、前記電流値を第１の値よりも大きな第２の値に切り替えることで、トラックモード時の歪み特性の悪化を防ぐことができる。
【００１７】
なお、前記制御部は、ホールドモードからトラックモードへの切り替えの際に、前記スイッチをオフからオンに切り替えるとともに、前記可変電流源の電流値を０から第１の値に切り替え、所定の時間をかけて、前記電流値を第１の値よりも大きな第２の値に変化させるようにしてもよい。
【００１８】
いずれの場合も、スイッチトエミッタフォロワ回路を差動型に構成することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スイッチトエミッタフォロワ回路においてトラックモード時の歪み特性を悪化させることなく、アクイジション時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態のスイッチトエミッタフォロワ回路の構成を示す図である。
【図２】本実施形態のモード切替え時の制御手順を説明する図である。
【図３】本実施形態の動作波形を示す図である。
【図４】変形例のモード切替え時の制御手順を説明する図である。
【図５】変形例の動作波形を示す図である。
【図６】バイポーラトランジスタを用いたスイッチトエミッタフォロワ回路の従来の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態におけるスイッチトエミッタフォロワ回路の構成を示す図である。本例では、差動型の構成とし、図６と同じ構成については同じ名称を用いている。ただし、本発明は、差動型の構成には限定されない。本図において、Ｔｒ１・Ｔｒ２はｎｐｎ型トランジスタ、Ｒ１・Ｒ２は抵抗、Ｃ１・Ｃ２は容量、Ｉｃ１・Ｉｃ２は定電流源、Ｉｖ１・Ｉｖ２は可変電流源、ＳＷ１・ＳＷ２はスイッチ、Ｃｔｒはスイッチの切替と可変電流源の電流値を制御する制御部を示している。スイッチトエミッタフォロワ回路には電源電圧Ｖｃｃが供給され、電圧Ｖｉｎを入力し、電圧Ｖｏｕｔを出力する。
【００２２】
電圧Ｖｉｎの入力端子は、それぞれトランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のベースに接続されるとともに、抵抗Ｒ１・Ｒ２を介して電源電圧Ｖｃｃが印加される。さらに、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２を介して定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２に接続される。トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のコレクタには、電源電圧Ｖｃｃが印加される。
【００２３】
トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタは、それぞれ電圧Ｖｏｕｔの出力端子に接続されるとともに、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２に接続される。容量Ｃ１・Ｃ２の一端には電源電圧Ｖｃｃが印加され、他端は電圧Ｖｏｕｔの出力端子に接続される。
【００２４】
本回路において、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２が開放され、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２が電流を流すと、回路はエミッタフォロワを構成し、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに追従して変化する。すなわち、本回路は、トラックモードで動作する。
【００２５】
スイッチＳｗ１・Ｓｗ２が閉じられ、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２が電流を流さないと、定電流源Ｉｃ１・Ｉｃ２の電流が抵抗Ｒ１・Ｒ２を流れることによりトランジスタＴｒ１・Ｔｒ２はオフとなり、容量Ｃ１・Ｃ２に蓄積された電荷によって出力電圧Ｖｏｕｔが一定値となる。すなわち、本回路は、ホールドモードで動作する。
【００２６】
再びスイッチＳｗ１・Ｓｗ２が開放され、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２が電流を流すと、トラックモードに移行し、出力電圧Ｖｏｕｔは、入力電圧Ｖｉｎに追従する。
【００２７】
本実施形態では、上記の構成において、トラックモード時の歪み特性を悪化させることなく、ホールドモードからトラックモードに移行する際のアクイジション時間Ｔを短縮するために、制御部Ｃｔｒが、図２に示すような制御を行なうものとする。なお、制御部Ｃｔｒは、ハードウェア、ソフトウェアのいずれで実現してもよい。また、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２に組み込むようにしてもよい。
【００２８】
すなわち、ホールドモードからトラックモードに移行する際には、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオンからオフに切り替えるとともに、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値を、まず、０からＡ×Ｉに切り替える。ここで、０＜Ａ＜１とし、適切な値を定めておくようにする。
【００２９】
このように、本実施形態では、ホールドモードからトラックモードに移行する際に、電流値をＩよりも小さな値であるＡ×Ｉとすることで、アクイジション時間Ｔを短くすることができる。
【００３０】
その後、時間Ｔｄ後に、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＡ×ＩからＩに切り替える。時間Ｔｄについても適切な値を定めておくようにする。
【００３１】
このように、本実施形態では、トラックモードに切り替わった後に、電流値をＡ×Ｉより大きな値であるＩに切り替えることで、トラックモード時の歪み特性の悪化を防ぐことができる。
【００３２】
なお、トラックモードからホールドモードへの移行は、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフからオンに切り替えるとともに、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩから０に切り替えればよい。
【００３３】
このような制御を行なう結果、本実施形態のスイッチトエミッタフォロワの動作波形は図３に示すような形状となる。ここでは、入力電圧Ｖｉｎを正弦波とし、時刻ｔ０においてトラックモードでの動作を開始し、時刻ｔ１においてホールドモードに移行し、さらに、時刻ｔ２においてトラックモードに戻る場合を例にしている。
【００３４】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までのトラックモードでは、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩとし、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフとすることで、出力電圧Ｖｏｕｔを入力電圧Ｖｉｎに追従させている。
【００３５】
時刻ｔ１でホールドモードに移行するために、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値を０とし、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオンにする。これによって、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２がオフとなり、容量Ｃ１・Ｃ２に蓄積された電荷によって出力電圧Ｖｏｕｔは、時刻ｔ１時点の値を保持することになる。
【００３６】
時刻ｔ２でトラックモードに移行するために、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフとする。また、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値は、まず、Ｉよりも小さいＡ×Ｉとする。出力電圧Ｖｏｕｔは、アクイジション時間Ｔ後に、入力電圧Ｖｉｎに追従するようになる。そして時間Ｔｄ経過後に、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩに切り替える。
【００３７】
この結果、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２を流れる電流が変化するので、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタ・ベース間の電圧ＶＢＥが変化する。しかし、電圧ＶＢＥの変化はコモンモード電圧の変化として現れるため、差動の出力電圧Ｖｏｕｔには影響を与えない。
【００３８】
以上説明したように、本実施形態によれば、トラックモード時の歪み特性を悪化させることなくアクイジション時間を短縮することができる。
【００３９】
次に、本発明の変形例について説明する。トラックモード時の歪み特性を悪化させることなく、ホールドモードからトラックモードに移行する際のアクイジション時間Ｔを短縮するために、制御部Ｃｔｒは、図４に示すような制御を行なうようにしてもよい。
【００４０】
すなわち、ホールドモードからトラックモードに移行する際には、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオンからオフに切り替えるとともに、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値を、まず、０からＡ×Ｉに切り替える。ここで、０＜Ａ＜１とし、適切な値を定めておくようにする。
【００４１】
このように、変形例では、ホールドモードからトラックモードに移行する際に、電流値をＩよりも小さな値であるＡ×Ｉとすることで、アクイジション時間Ｔを短くすることができる。
【００４２】
その後、時間Ｔｄをかけて、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＡ×ＩからＩに戻していく。時間Ｔｄについても適切な値を定めておくようにする。
【００４３】
このように、変形例では、トラックモードに切り替わった後に、電流値をＡ×Ｉより大きな値であるＩに切り替えることで、トラックモード時の歪み特性の悪化を防ぐことができる。
【００４４】
なお、トラックモードからホールドモードへの移行は、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフからオンに切り替えるとともに、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩから０に切り替えればよい。
【００４５】
このような制御を行なう結果、変形例のスイッチトエミッタフォロワの動作波形は図５に示すような形状となる。ここでは、入力電圧Ｖｉｎを正弦波とし、時刻ｔ０においてトラックモードでの動作を開始し、時刻ｔ１においてホールドモードに移行し、さらに、時刻ｔ２においてトラックモードに戻る場合を例にしている。
【００４６】
時刻ｔ０から時刻ｔ１までのトラックモードでは、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩとし、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフとすることで、出力電圧Ｖｏｕｔを入力電圧Ｖｉｎに追従させている。
【００４７】
時刻ｔ１でホールドモードに移行するために、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値を０とし、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオンにする。これによって、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２がオフとなり、容量Ｃ１・Ｃ２に蓄積された電荷によって出力電圧Ｖｏｕｔは、時刻ｔ１時点の値を保持することになる。
【００４８】
時刻ｔ２でトラックモードに移行するために、スイッチＳｗ１・Ｓｗ２をオフとする。また、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値は、まず、Ｉよりも小さいＡ×Ｉとする。出力電圧Ｖｏｕｔは、アクイジション時間Ｔ後に、入力電圧Ｖｉｎに追従するようになる。そして時間Ｔｄをかけて、可変電流源Ｉｖ１・Ｉｖ２の電流値をＩに戻す。
【００４９】
この結果、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２を流れる電流が変化するので、トランジスタＴｒ１・Ｔｒ２のエミッタ・ベース間の電圧ＶＢＥが変化する。しかし、電圧ＶＢＥの変化はコモンモード電圧の変化として現れるため、差動の出力電圧Ｖｏｕｔには影響を与えない。
【００５０】
以上説明したように、変形例によっても、トラックモード時の歪み特性を悪化させることなくアクイジション時間を短縮することができる。
【符号の説明】
【００５１】
Ｃ１・Ｃ２…容量
Ｃｔｒ…制御部
Ｉｃ１・Ｉｃ２…定電流源
Ｉｖ１・Ｉｖ２…可変電流源
Ｒ１・Ｒ２…抵抗
Ｓｗ１・ＳＷ２・ＳＷ３・ＳＷ４…スイッチ
Ｔｒ１・Ｔｒ２…トランジスタ
Ｖｃｃ…電源電圧
【図１】
2011061278.tif 000009
【図２】
2011061278.tif 000010
【図３】
2011061278.tif 000011
【図４】
2011061278.tif 000012
【図５】
2011061278.tif 000013
【図６】
2011061278.tif 000014