(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
追跡および保持増幅器であって、入力信号を受け取り、かつ受け取った入力信号を第２端子が保持キャパシタに接続されたｐｎ接合スイッチの第１端子へ転送する入力緩衝器と、トラックモードにおいては緩衝された前記入力信号を前記スイッチングｐｎ接合部を介して前記保持キャパシタに伝達し、ホールドモードにおいてはこの転送を阻止するようにｐｎ接合スイッチの前記第１端子へスイッチング信号を供給するための手段とを有し、ここに、前記ｐｎ接合スイッチの前記第２端子から前記入力緩衝器へのフィードバック接続と、トラックモードにおいては前記フィードバックを作動可能化し、ホールドモードにおいては前記フィードバックを作動不能化する手段とによって特徴付けられる増幅器。
【請求項２】
トラックモードにおいては前記フィードバックを作動可能化し、ホールドモードにおいては前記フィードバックを作動不能化する前記手段において、前記フィードバック接続内の第２ｐｎ接合スイッチと、前記第２ｐｎ接合スイッチへ前記スイッチング信号を供給する前記第２手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の追跡および保持増幅器。
【請求項３】
前記入力緩衝器と前記第２ｐｎ接合スイッチとの間の前記フィードバック接続の部分に接続されたクランピング手段によって特徴付けられる請求項２に記載の追跡および保持増幅器。
【請求項４】
前記第１ｐｎ接合スイッチの前記第２端子と前記フィードバック経路の安定性を増大させるための前記保持キャパシタとの間の抵抗性手段によって特徴付けられる請求項１に記載の追跡および保持増幅器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は入力信号を受け取り、かつ受け取った入力信号を保持キャパシタに接続されている第２端子を備えたｐｎ接合スイッチの第１端子に転送する入力緩衝器、及び、トラックモード中は緩衝された入力信号をスイッチングｐｎ接合を介して保持キャパシタへ転送し、ホールドモード中はこの転送を阻止するためにスイッチング信号をｐｎ接合スイッチの前記第１端子へ供給する手段を有する追跡および保持増幅器に関する。この種の追跡および保持増幅器については、「Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ」のＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ、Ｖｏｌ３２、Ｎｏ１２、１９９７年１２月、１８７６−１８８６頁に記載のＰ．Ｖｏｒｅｎｋａｍｐ及びＲ．Ｒｏｏｖｅｒｓによる論文「Ａ１２−ｂ、６０−Ｍｓａｍｐｌｅ／ｓ  Ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｆｏｌｄｉｎｇ  ａｎｄ  Ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｎｇ  ＡＤＣ」（１２―ｂ、６０―Ｍ標本／ｓカスケード式折返しおよび補間ＡＤＣ）から知られている。
【０００２】
追跡および保持増幅器は量子化オペレーションからサンプリングオペレーションを分離するためにアナログからデジタルコンバータの入力においてしばしば用いられる。今日のマルチステップ（多重段階）ＡＤアーキテクチャは同時には作動しない幾つかのコンパレータを有する。ただし、全てのコンパレータに同一アナログ値が見えることが必要である。追跡および保持増幅器の機能は全てのコンパレータにとって同一アナログ入力値が見えることを保証するために追跡および保持増幅器のサンプリング瞬間における入力信号の電圧レベルを決定し、或る特定の期間（時限）に亙ってこの値を維持することにある。更に、各コンパレータは、幾らかの遅延の後においてのみその正しいレベルに到達するように入力信号レベルを比較させる入力容量を有する。従って、追跡および保持増幅器が無ければ、特に信号周波数が比較的高い場合に、コンパレータは正しくない信号レベルを比較するはずである。追跡および保持増幅器は、後続する量子化にとって正しい信号レベルに到達するに充分な時間がコンパレータ入力に与えられるように正しい値において入力信号をサンプリングし、ホールドモードに亙ってこの値を維持する。
【０００３】
前述の従来技術による追跡および保持増幅器の欠点は、トラックモード中、比較的大きい電流が特に比較的高い信号周波数において保持キャパシタに流入することである。これらの比較的大きい電流はｐｎ接合スイッチを介して保持キャパシタンスに流入する。これは、大きい非線形信号歪み、ひいては正しくない信号サンプリングに帰着する。ｐｎ接合に起因する信号歪みはモデムの使用にとって大き過ぎる数十ミリボルトの値に容易に到達することがあり得る。この場合、全信号振幅は１Ｖを超過しない。
【０００４】
本発明は、その目的として、従来技術による追跡および保持増幅器のこの欠点を克服しなければならず、従って、本発明の追跡および保持増幅器はｐｎ接合スイッチの第２端子から入力緩衝器へのフィードバック接続、及び、トラックモード中にフィードバックを作動可能化し、またホールドモード期間中にフィードバックを作動不可能化するための手段を特徴とする。ｐｎ接合スイッチの第２端子から入力緩衝器へのフィードバックはこの第２端子における信号歪みを減少させ、また、ここでは歪みが有害でないｐｎ接合スイッチの第１端子へこの歪みを移動させる。ただし、入力信号はこのフィードバック経路を介して保持キャパシタンスに到達可能であるので、このフィードバックは増幅器の保持用フィードスルーに有害な影響を及ぼす。従って、ホールドモード中は、このフィードバックは無能化される。フィードバックは、たとえば、入力緩衝器を介して電流をカットオフ（遮断）することにより、ホールドモード中無能化され得る。ただし、これは、とりわけ、増幅器の入力インピーダンスが追跡および保持スイッチング信号と共に変動するという欠点を持つ。従って、本発明に従った好ましい配置構成は、トラックモード中にはフィードバックを作動可能化し、またホールドモード中にはフィードバックを無能化するための前記手段が前記フィードバック接続部内に第２ｐｎ接合スイッチ及び第２ｐｎ接合スイッチへスイッチング信号を供給するための第２手段を有することを特徴とする。
【０００５】
スイッチング信号をｐｎ接合スイッチへ供給するための前記第２手段は、入力緩衝器と第２ｐｎ接合スイッチとの間のフィードバック接続の一部に大きい電圧ジャンプ（跳躍）を生じさせることがあり得る。この電圧ジャンプは、第２ｐｎ接合スイッチの接合キャパシタンスを介して保持キャパシの電圧の妨害を生じさせることがあり得る。本発明の更なる目的はこの妨害を限定することにあり、従って、本発明の追跡および保持増幅器は更に、入力緩衝器と第２ｐｎ接合スイッチの間のフィードバック接続の部分に接続されたクランピング手段によって特徴付けられる。
【０００６】
本発明の他の目的は、第１ｐｎ接合スイッチの第２端子とフィードバック経路の安定性を増大するための保持キャパシタとの間の抵抗性手段によって特徴付けられる追跡および保持増幅器を提供することにある。
【０００７】
図１に示す従来の技術による追跡および保持増幅器は第１エミッタ結合トランジスタ対Ｔ１−Ｔ２および共通エミッタ電流電源Ｓ１を備えた入力緩衝器ＩＢを有する。トランジスタＴ２は相互接続されたそのコレクタ電極とベース電極およびコレクタ負荷電流電源２を有する。この有名な配置構成は、特に電源Ｓ１の電流が電源Ｓ２の電流の２倍である時に、トランジスタＴ１のベース電極に印加された入力信号電圧ＶｉをトランジスタＴ２のベース電極における実質的に同じ電圧へ伝達する。入力緩衝器の出力は、点Ｐの接続部を介して、スイッチングエミッタホロワトランジスタＴ３のベース電極に結合される。このトランジスタＴ３のエミッタ電極は保持キャパシタＣＨおよび出力緩衝器ＯＢの入力へ接続される。この出力緩衝器は共通エミッタ電流電源Ｓ３を備えた第２エミッタ結合トランジスタ対Ｔ４−Ｔ５を有する。トランジスタＴ５は相互接続されたそのコレクタ電極とベース電極およびコレクタ負荷電流電源Ｓ４を有する。更に、相互接続されたコレクタとベース電極を備えたＤＣシフトトランジスタＴ６はトランジスタＴ５のコレクタ電極と電流電源Ｓ４の間に挿入される。電流電源Ｓ４とＤＣシフトトランジスタＴ６の間の相互接続は追跡および保持増幅器の出力Ｏを構成する。
【０００８】
更に、本配置構成は共通エミッタ電流電源Ｓ５を備えた第３エミッタ結合トランジスタ対Ｔ７−Ｔ８を有する。トランジスタＴ７のコレクタ電極は、エミッタホロワトランジスタＴ３のベース電極へ接続され、また、トランジスタＴ８のコレクタ電極はトランジスタＴ３のエミッタ電極へ接続される。トランジスタＴ７およびＴ８のベース電極は、トラックモード中にトランジスタＴ８のベース電極をハイにし、かつトランジスタＴ７のベース電極をローにし、これとは逆に、ホールドモード中にトランジスタＴ８のベース電極をローにし、かつランジスタＴ７のそれをハイにする追跡および保持スイッチングパルスＴ／Ｈを受け取る。
【０００９】
作動に際して、トラックモード中に電流電源Ｓ５の電流はトランジスタＴ８を介してエミッタホロワトランジスタＴ３のエミッタ電極へ流入する。従って、入力緩衝器を介してトランジスタＴ３のベース電極に印加される信号電圧Ｖｉは低インピーダンスに現れ、また、１Ｖｂｅ接合電圧は保持キャパシタＣＨおよび出力緩衝器ＯＢの入力において低下方向にシフトする。入力緩衝器の場合と同様に、特に電源Ｓ３の電流が電源Ｓ４の電流の２倍である時には、トランジスタＴ５のベース（及びコレクタ）電圧がトランジスタＴ４のベース電圧に等しくなるように、トランジスタＴ４およびＴ５を流れる電流は等しい。緩衝された信号は、エミッタホロワトランジスタＴ３によって生じる下方への電圧シフトに関して補償し、トランジスタＴ６により１Ｖｂｅ接合電圧だけ上方にシフトされ、その後で増幅器の出力Ｏへ印加される。従って、トラックモード中に追跡および保持増幅器の出力信号は入力信号に実質的に等しい。
【００１０】
ホールドモード中には電源Ｓ５の電流はトランジスタＴ７を経て流れ、点Ｐの電圧を引き下げる。この時、トランジスタＴ３はスイッチオフ（遮断）され、トランジスタＴ４のベース電圧、ひいては、端子Ｏにおける出力電圧は、追跡モードの終端において達したレベルにおける保持キャパシタの電圧によって決定される。点Ｐにおける電圧降下はトランジスタＴ２のエミッタベース接合部をカットオフ方向にバイアスすることに留意されたい。従って、入力緩衝器の機能は、トラックモード中に入力におけるインピーダンスレベルを下げることは別として、点Ｐの電圧が下方に向かって引かれることを可能にするように、ホールドモード中に入力信号源から点Ｐを隔離することでもある。
【００１１】
図１に示す配置構成はそのベース電極が、出力電圧Ｖ０を出力する出力端子へ接続され、かつそのエミッタ電極が点Ｐへ接続されたクランピングトランジスタＴ９を追加的に有する。トラックモード中にクランピングトランジスタＴ９がカットオフされ、かつ作動不能であるように、点Ｐにおける電圧と、出力電圧Ｖ０を出力する出力端子における電圧は実質的に等しい。ただし、ホールドモード中に点Ｐが１Ｖｂｅ接合電圧よりも大きく引き下げられた場合には、トランジスタＴ９は導通状態となり、それによって点Ｐにおける降下電圧を１Ｖｂｅ接合電圧に限定する。点Ｐにおいて大き過ぎる電圧降下が生じると、トランジスタＴ３の寄生ベースエミッタキャパシタンスを介して出力電圧に大き過ぎる過渡パルスを生じるので、この対策が執られる。
【００１２】
図１に示す従来の技術による配置構成の欠点は、トラックモード中に、特に例えば２０ＭＨｚの比較的高い信号周波数において、信号の変動によって保持キャパシタＣＨに流入する大きい電流を生じることである。これらの大きい電流はエミッタホロワトランジスタＴ３を介して保持キャパシタへ流入し、それによって、このトランジスタの非線形ベースエミッタ接合部の両端に大きくかつ非線形電圧変動を発生させ、その結果、追跡および保持増幅器は実際には歪んだ信号レベルを標本採取（サンプリング）および保持することになる。
【００１３】
図１における対応する回路要素に同じ参照番号を使用する図２に示す配置構成は前述の歪みを回避することを意図するものである。この配置構成においては、フィードバックループがトランジスタＴ２のコレクタ電極からトランジスタＴ３のベースエミッタ接合部およびトランジスタＴ10を介してトランジスタＴ２のベース電極まで構成されるように、トランジスタＴ２のベース電極は、このトランジスタのコレクタ電極へ結合される代りに、トランジスタＴ10を介してトランジスタＴ３のエミッタ電極に結合される。入力緩衝器はＴ２のベース電圧を実質的に入力電圧に等しくすることを意図するものであるが、このフィードバックループはトランジスタＴ３のエミッタ電圧をトランジスタＴ２のベース電圧に実質的に等しくし、結果的に、トランジスタＴ３のエミッタ電圧が実質的に歪みの無い入力電圧を表すことを意図するものである。実際、この場合、トランジスタＴ３のエミッタベース接合に起因する歪みは、エミッタ電極の代わりに、このトランジスタのベース電極において現れる。
【００１４】
トランジスタＴ２のベース電極とトランジスタＴ３のエミッタ電極が相互に直接接続された場合には、ホールドモード中に問題が生じる。このモード期間中にはトランジスタＴ３がカットオフされ、その結果、その状態において、Ｔ２のベース電極は保持キャパシタＣＨの保持電圧に追従する。ホールドモード中に入力電圧Ｖｉが上昇すると、トランジスタＴ２のベースエミッタ接合部がブロックするが、入力電圧が低下すると、トランジスタＴ２のベースエミッタ接合は大きい電流を導通し、それによって保持キャパシタを（放）充電させ、その結果として保持電圧が歪むことになる。この望ましくない保持モードフィードスルーは、Ｔ３のエミッタ電極とＴ２のベース電極の間のフィードバック経路にｐｎ接合スイッチを挿入することによって阻止される。図２の配置構成において、このスイッチはトランジスタＴ10によって実現され、相互接続されたベース電極とコレクタ電極を備え、従ってダイオードとして作動する。このスイッチを操作するために、図２の配置構成は更にトランジスタＴ10のコレクタ／ベースに接続された電流電源Ｓ６、及び、第４エミッタ結合されたトランジスタ対Ｔ１１−Ｔ１２を有する。このトランジスタ対はエミッタ電流電源Ｓ７、トランジスタＴ１０のベース電極へ接続されたトランジスタＴ１１のコレクタ、及び、トランジスタＴ１０のエミッタ電極へ接続されたトランジスタＴ１２のコレクタ電極とを備える。トランジスタ対Ｔ７−Ｔ８の場合と同様に、トランジスタＴ１１およびＴ１２のベース電極は追跡および保持スイッチングパルスＴ／Ｈを受け取る。トラックモード中に電源Ｓ６の電流はトランジスタＴ１０およびＴ１２を流れ、その結果、トランジスタＴ１０のベースエミッタ接合部が導通する。他方、ホールドモード中に電源Ｓ７の電流が電源Ｓ６の電流よりも大きいことを条件に、電源Ｓ６の電流はトランジスタＴ１１を流れ、トランジスタＴ１０のベースエミッタ接合はカットオフされ、前述の望ましくない保持モードフィードスルーは阻止される。
【００１５】
図１の配置構成におけるトランジスタＴ３のベースエミッタ接合部の導通に起因する元の追跡モード歪みは、図２の配置構成におけるＴ１０のベースエミッタ接合部の導通に起因する同様の歪みによって置き換えられないことが観察されるはずである。その理由は、導通状態にあるＴ１０のベースエミッタ接合部を流れる電流は実質的にＤＣ電流だけであり、この接合部を流れるＡＣ信号電流は無視できる程度に過ぎない。
【００１６】
更に、ホールドモード中に導通状態にあるトランジスタＴ１１は点Ｑ、即ち、トランジスタＴ２とＴ１０のベース電極の相互接続部の電圧を引き下げることが観察される。この引き下げは、そのベース電極が、出力電圧Ｖ０を出力する出力端子へ接続され、かつそのエミッタ電極が点Ｑへ接続された更なるクランピングトランジスタＴ１３によって限定可能である。点Ｑにおけるこの電圧引き下げはトランジスタＴ１０だけでなくトランジスタＴ２もカットオフし、保持モードフィードスルーの更なる減少をもたらす。点Ｑにおける電圧引き下げが、全ての値の入力電圧Ｖｉに関してトランジスタＴ２をカットオフするに十分なだけ大きくない場合には、この引き下げは、クランピングトランジスタＴ１３のエミッタリードに適切な値の抵抗器（Ｒ１）を挿入することによって増大可能である。
【００１７】
スイッチ付きエミッタホロワトランジスタＴ３のエミッタ電極と保持キャパシタＣＨの間には更なる抵抗器Ｒ２が含まれる。この抵抗器の３つの機能を次に示す。
トランジスタＴ３のエミッタは、大きい保持キャパシタＣＨと共にＬＣループを構成する誘導インピーダンスを表す。抵抗器Ｒ２はこのＬＣループの望ましくないリンギングを排除する。
抵抗器Ｒ２はＫＴ／Ｃノイズを濾過し、保持キャパシタＣＨに到達させない。
抵抗器Ｒ２は、フィードバックループＴ３、Ｔ１０、Ｔ２から保持キャパシタＣＨを隔離する。これはこのフィードバックループの安定性を改良する。
【００１８】
図１および２において対応する要素には同じ参照番号を用いる代替配置構成を図３に示す。図２の配置構成と同様に、この場合にも、トランジスタＴ３のエミッタ電極からトランジスタＴ２のベース電極へのフィードバック接続を有するが、この配置構成においてはスイッチングトランジスタＴ１０が機能しない。ホールドモードにおいてフィードバックを作動不能にするために、入力緩衝器の電流電源Ｓ１は共通エミッタ電源Ｓ８を備えたエミッタ結合トランジスタ対Ｔ１４−Ｔ１５によって置き換えられる。トランジスタＴ１５のコレクタ電極はトランジスタ対Ｔ１−Ｔ２の共通エミッタ電極へ接続され、トランジスタＴ１４のコレクタ電極は正電源へ接続される。正電源とＴ1およびＴ２の共通エミッタの間には更なる電流電源Ｓ９が接続される。トランジスタ対Ｔ１４−Ｔ１５のベース電極は追跡および保持スイッチングパルスＴ／Ｈを受け取り、このパルスは、トラックモードにおいてＴ１３のベース電極をハイにし、ホールドモードにおいてＴ１４のベース電極をハイにする。
【００１９】
作動に際して、トラックモード中には、トランジスタＴ１５が導通し、トランジスタＴ１４がカットオフである状態において、Ｔ１およびＴ２の結合エミッタ電極は電源Ｓ８の電流から電源Ｓ９の電流を差し引いた電流を通す。Ｓ８の電流がＳ９の電流より大きい場合に、差電流は図１および２の配置構成における電源Ｓ１の電流と同じ機能を持ち、トランジスタＴ１およびＴ２は通常どおり入力信号を緩衝するように作動する。ホールドモードにおいて、トランジスタＴ１５はカットオフされ、トランジスタＴ１４は電源Ｓ８の電流を導通させる。この段階において、電源Ｓ９の電流はＴ１およびＴ２の２つのエミッタ電極の電位を上げ、それによって、これら２つのトランジスタをカットオフする。トランジスタＴ２がカットオフされた状態において、トランジスタＴ３のエミッタ電極からトランジスタＴ２へのフィードバックは不能化され、この接続部を通る保持モードフィードスルーが大幅に防止される。従って、図３の配置構成において、トランジスタＴ２は図２の配置構成におけるトランジスタＴ１０の機能を実施する。トランジスタＴ１の同時カットオフは保持モードフィードスルーの減少を援助する。
【００２０】
トランジスタ対Ｔ１−Ｔ２の共通エミッタ電極における電圧パルスの振幅を減少させるために、そのベース電極とコレクタ電極が相互接続されたクランピングトランジスタ（ダイオード）Ｔ１６が入力緩衝器Ｔ１−Ｔ２の共通エミッタと出力緩衝器Ｔ４−Ｔ５の共通エミッタの間に接続される。トラックモードにおいて、両方の共通エミッタは実質的に同じ電位、即ち入力信号電圧Ｖｉから１Ｖｂｅ接合電圧を差し引いた電位である。クランピングトランジスタＴ６は、ホールドモードにおいて導通し、Ｔ１およびＴ２のエミッタ電圧が入力信号電圧Ｖｉ以上に上昇することを防止する。図３の配置構成においては、トランジスタＴ５とＴ６の間に、出力電圧Ｖ０を出力する出力端子が接続され、この配置構成においてはトランジスタＴ１０が存在しないので、出力緩衝器の入力における電圧は、図２の配置構成における場合よりも高い１Ｖｂｅ接合電圧シフトである。
【００２１】
直流電源からの電力消費は後者（図３）の方が少ないので、実際には、図２の配置構成が図３の配置構成よりも好ましい。更に、図３の配置構成の欠点は、トランジスタＴ１は、トラックモード中には導通し、ホールドモード中にはカットオフされるので、この配置構成の入力インピーダンスが追跡と保持のスイッチングと共に変化することである。
【図面の簡単な説明】
本発明のこれら及び他の態様について、次に示す添付図面を参照しながら更に説明することとする。
【図１】  従来の技術において知られている追跡および保持増幅器の一実施形態を示す図である。
【図２】  本発明にかかる追跡および保持増幅器の第１実施形態を示す図である。
【図３】  本発明にかかる追跡および保持増幅器の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
Ｔ１〜Ｔ１５  トランジスタ
ＩＢ  入力緩衝器
Ｓ１〜Ｓ９  電源
Ｒ１〜Ｒ２  抵抗器
Ｖｉ  入力電圧
ＣＨ  保持キャパシタ
Ｖ０  出力電圧
【図１】
0004923308.tif 000002
【図２】
0004923308.tif 000003
【図３】
0004923308.tif 000004