(57)【要約】【課題】  サンプル時のフルフィードバックにおいては十分な帰還を掛け、オフセット電圧を小さくし、しかも十分な位相補正を施し、発振などの不安定な動作をなくす。またホールド（比較）時には十分な高速性能を発揮できるようにし、これらを動作状態において適宜切り換える。【解決手段】  アナログ入力信号をサンプリングするサンプル用スイッチ、アナログ入力電圧を保持するホールド用コンデンサ、保持されたアナログ入力電圧をアナログ出力電圧として出力するオペアンプを具えたサンプルホールド回路において、オペアンプの入力差動アンプ部の電流源を可変とするとともに、上記オペアンプの帰還回路にスイッチ手段を接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ入力信号をサンプリングするサンプル用スイッチ、アナログ入力電圧を保持するホールド用コンデンサ、保持されたアナログ入力電圧をアナログ出力電圧として出力するオペアンプを具えたサンプルホールド回路において、
オペアンプの入力差動アンプ部の電流源を可変とするとともに、上記オペアンプの帰還回路にスイッチ手段を接続したことを特徴とするサンプルホールド回路。
【請求項２】
アナログ入力信号をサンプリングするサンプル用スイッチ、アナログ入力電圧を保持するホールド用コンデンサ、保持されたアナログ入力電圧をアナログ出力電圧として出力するオペアンプを具えたサンプルホールド回路において、
オペアンプの入力差動アンプ部の電流源を可変として帯域幅を可変とするとともに、上記オペアンプの帰還回路にスイッチ手段を接続してサンプル時に閉じ、ホールド時に開放することを特徴とするサンプルホールド回路。
【請求項３】
アナログ入力信号をサンプリングするサンプル用スイッチ、アナログ入力電圧を保持するホールド用コンデンサ、保持されたアナログ入力電圧をアナログ出力電圧として出力するオペアンプを具えたサンプルホールド回路において、
オペアンプの入力差動アンプ部の電流源」を可変として帯域幅を可変とするとともに、上記オペアンプの帰還回路にスイッチ手段を接続し、サンプル時に帯域幅を狭くするとともに当該スイッチ手段を閉じ、ホールド時に帯域幅を広くするとともに当該スイッチ手段を開放することを特徴とするサンプルホールド回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アナログ入力電圧をサンプリングし、これをアナログ出力電圧として保持するサンプルホールド回路に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
AD変換器等においてはアナログ信号をデイジタル信号に変換する必要があり、その前段においてアナログ信号のサンプリングを行っている。サンプリングされた信号を一定時間保持する必要があり、そのためにサンプルホールド回路が用いられている。ＡＤ変換中に入力波形が変動するとＡＤ変換誤差が生じる。サンプルホールド回路の動作は、入力アナログ電圧の瞬間値をサンプル（標本化）し、これをホールド（記憶）することである。このサンプルホールド回路は、オペアンプとアナログスイッチ、電圧保持用のコンデンサで構成されている。サンプル／ホールド信号によってスイッチがＯＮの状態のときにサンプルモードとなり、スイッチがOFFのときにホールドモードとなる。
【０００３】
図３はサンプルホールド回路の動作を示す等価回路図である。（Ａ）のサンプル時はオペアンプはゲインが１のボルテージフォロアとなり、（Ｂ）のホールド時にはオペアンプのゲインは開放（オープンループ）となる。このように動作モードが切り替わる回路に用いるアンプ（増幅器）の動作は不安定になり易いので、安定化を図る手段が必要となる。特に、センサ回路の出力のような微小な信号を処理する場合には重大な問題となる。
【０００４】
動作が不安定となる状態を生じさせないために、アンプに十分な位相補正をかけておき、１倍のゲイン（クローズド・ループ）になったときにも安定な動作を得られるようにする。しかし、このようなアンプにおいては周波数特性が悪くなり、高速のサンプリング回路に使用することができない。図２と図３はサンプル時とホールド時のゲイン（利得）と位相特性を示すもので、（Ａ）がサンプル時、（Ｂ）がホールド時のものである。
【特許文献１】特開２０００−７６８８４号公報
【特許文献２】特開平９−３０６１９４号公報
【特許文献３】特開平６−１６２７９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の解決する課題は以下のとおりである。サンプル時の１倍アンプ（フルフィードバック）においては十分な帰還を掛け、オフセット電圧を小さくし、しかも十分な位相補正を施す。これによって、発振などの不安定な動作をなくす。またホールド（比較）時（無帰還時）には十分な高速性能を発揮できるようにするもので、これらを動作状態において適宜切り換えられるアンプを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、電流の切換によって帯域幅を調整するとともに、帰還回路のON−OFFを連動させることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、アナログ入力信号をサンプリングするサンプル用スイッチ、アナログ入力電圧を保持するホールド用コンデンサ、保持されたアナログ入力電圧をアナログ出力電圧として出力するオペアンプを具えたサンプルホールド回路において、オペアンプの電源電流を可変とするとともに、上記オペアンプの帰還回路にスイッチ手段を接続したことに特徴を有するものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明においては、差動アンプをゲインが１倍のボルテージフォロアとして使う場合と、オープンループとする高速コンパレータとして使う場合の２つのモードを単一の回路に持たせることができる。差動アンプの初段の電流源を動作モードによって切り換えることによって、位相補正量とスルーレートの双方において最適化が可能となり、発振の心配のないボルテージフォロアと高速なコンパレータを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明によるサンプルホールド回路の動作の要点を列記すると以下のようになる。
（１）アンプの位相補正量を動作モードによって切り換える機能を有する。
（２）位相補正用のコンデンサの容量を可変する機能を有する、あるいはアンプのオープンループゲインを制御する機能を有する。
（３）差動アンプの電流源を動作モードによって可変し、相互コンダクタンスGmを変えて位相補正コンデンサとの組み合わせでアンプのカットオフ周波数を変え、十分な位相補正を得る。
（４）動作モードがコンパレータモードになった場合は差動アンプの電流源を増加させ、十分なスルーレートを確保して高速のコンパレータを実現する。
【実施例】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。図１は本発明の実施例を示す回路図である。アナログ入力信号VinをオペアンプOPで増幅して出力信号VoutとしてＡＤ変換器等へ出力するものであり、出力側からスイッチS2を介してオペアンプOPの反転入力端子（―）にフィードバックされるとともに、オペアンプOPの電流源Vddは可変電流源となっている。スイッチS1がONとなるとコンデンサCに電化が蓄積されるサンプルモードとなり、スイッチS1がOFFとなるとホールドモードとなるのは従来のサンプルホールド回路と同様である。
【００１０】
本発明によるサンプルホールド回路においては、サンプルモードにおいてはスイッチS2がONとなっており、オペアンプOPの出力側からフィードバックが掛かってボルテージフォロアの状態となる。すなわち、図３〜図５の（A）の状態となっている。図３のホールドコンデンサにはVin１−Vrefのサンプルされた電圧が保持されている。図１のスイッチS1がOFFとなってホールトモードとなると、コンデンサに保持されたVin１−Vrefの電圧と、入力のVin2とVrefからVin2−Vin1がコンパレータの比較電圧となる。ホールドモードにおいては、図１のスイッチS2がOFFとされるとともに、スイッチＳ3によって入力差動アンプ部の電流源の電流量を増加させる。
【００１１】
図２は本発明によるサンプルホールド回路を集積化した集積回路の例を示す回路図である。図のM6とM7のMOS-FETの部分がオペアンプに相当する部分である。オペアンプの出力はコンデンサC1を介して得られるが、帯域幅はこの容量と相互コンダクタンスGmとで決定される。この相互コンダクタンスGmは電流によって決まるので、電流を可変とすることで帯域幅を調整することができる。
【００１２】
図2において、電源V4によってMOS-FETM25を動作させてMOS-FETM9をONさせるとオペアンプの電流源の電流がMOS-FETM1とM9の電流の和となる。このように電流源からの電流が大きくなると帯域幅が広がる。この電流源の切換とフィードバックのスイッチS2とのON-OFFを連動させることによって、それぞれのモードに最適な動作状態を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、センサ回路とＡＤ変換器間に使用されるサンプルホールド回路として、安定したサンプリング動作、高速のコンパレータ動作が実現できるだけでなく、サンプルホールド回路全般に広く利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例を示す回路のブロック図
【図２】本発明の実施例を示す回路図
【図３】サンプルホールド回路の動作を示すブロック図
【図４】その特性の説明図
【図５】その特性の説明図
【符号の説明】
【００１５】
OP：オペアンプ
S1、S2、S3：スイッチ
C：ホールドコンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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