專(zhuān)利名稱(chēng)：數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電學(xué)領(lǐng)域的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的取樣/保持電路，特別是涉及一種在高頻輸入信號(hào)的狀況下仍可正常自動(dòng)歸零以確保信號(hào)處理準(zhǔn)確性的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路。
大多數(shù)的A/D(模擬量/數(shù)字量)轉(zhuǎn)換器內(nèi)部均采用SwitchedCapacitor Type的取樣/保持(S/H)電路，其電路構(gòu)造是如圖4所示，其包括有一運(yùn)算放大器90；一取樣電容91，是連接于運(yùn)算放大器90的負(fù)端輸入；第一取樣開(kāi)關(guān)SW1，是以負(fù)反饋形式連接于運(yùn)算放大器90的負(fù)端輸入與輸出端間；第二取樣開(kāi)關(guān)SW2，是連接于取樣電容91與信號(hào)輸入端Vin間；一保持開(kāi)關(guān)SW3，其一端是連接于運(yùn)算放大器90的輸出端，另端則連接至取樣電容91與第二取樣開(kāi)關(guān)SW2之間；以前述構(gòu)造的取樣/保持電路必須持續(xù)進(jìn)行自動(dòng)歸零，才能確保其處理信號(hào)的準(zhǔn)確性。惟其在處理高頻輸入信號(hào)時(shí)，卻存在有無(wú)法正常進(jìn)行自動(dòng)歸零的問(wèn)題，而影響其處理信號(hào)的準(zhǔn)確性。其形成的原因詳如以下所述首先針對(duì)該取樣/保持電路的工作原理提出說(shuō)明。當(dāng)該電路處于取樣模式，第一、第二取樣開(kāi)關(guān)SW1、SW2導(dǎo)通，保持開(kāi)關(guān)SW3關(guān)閉，由于運(yùn)算放大器90的負(fù)端輸入形同虛地，故維持在固定電位；此時(shí)取樣電容91之前的端點(diǎn)電壓Vx將等于信號(hào)輸入端Vin，故輸入電壓信號(hào)將對(duì)取樣電容91充電，而予以記錄。
俟切換到保持模式時(shí)，第一、第二取樣開(kāi)關(guān)SW1、SW2關(guān)閉，而保持開(kāi)關(guān)SW3導(dǎo)通，此時(shí)取樣電容91經(jīng)保持開(kāi)關(guān)SW3放電，而令輸出端Vo等于輸入電壓信號(hào)Vin，以達(dá)成信號(hào)的取樣/保持功能。
而在CCD相關(guān)應(yīng)用中，如掃瞄器、數(shù)碼相機(jī)等，其系統(tǒng)中已包含CDS(Correlated Double Sample)功能，故對(duì)于A/D轉(zhuǎn)換器而言，其輸入信號(hào)為一直流位準(zhǔn)，此在取樣/保持電路中的運(yùn)作尚不致構(gòu)成問(wèn)題。然而，運(yùn)用在影像(Video)系統(tǒng)(如TV-PC間的信號(hào)轉(zhuǎn)換)或更高速的應(yīng)用時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器的輸入經(jīng)常為高頻信號(hào)，在此狀況下，前述取樣/保持電路即無(wú)法正常的自動(dòng)歸零。其主要原因在于，高頻信號(hào)對(duì)取樣電容91充電時(shí)，將無(wú)法避免的產(chǎn)生一電流(如圖5箭頭所示)，而通過(guò)第一取樣開(kāi)關(guān)SW1，由于第一取樣開(kāi)關(guān)SW1閉路時(shí)仍存在阻抗，當(dāng)電流通過(guò)時(shí)將在兩端形成壓降，而導(dǎo)致自動(dòng)歸零動(dòng)作無(wú)法正常進(jìn)行。
由上述可知，既有的A/D轉(zhuǎn)換器中采用的取樣/保持電路，在輸入信號(hào)為高頻時(shí)，因電流通過(guò)取樣開(kāi)關(guān)形成壓降而無(wú)法自動(dòng)歸零，影響其處理信號(hào)的準(zhǔn)確性，故不適用于高頻信號(hào)處理，有關(guān)此一缺陷顯然有待進(jìn)一步檢討，并謀求解決之道。由此可見(jiàn)，上述現(xiàn)有的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的取樣/保持電路仍存在有缺陷，而丞待加以改進(jìn)。
有鑒于上述現(xiàn)有數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的取樣/保持電路存在的缺陷，本發(fā)明人基于豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專(zhuān)業(yè)知識(shí)，積極加以研究創(chuàng)新，經(jīng)過(guò)不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)反復(fù)試作樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出本發(fā)明。
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的取樣/保持電路存在的缺陷，而提供一種在輸入信號(hào)為高頻時(shí)仍可正常自動(dòng)歸零以確保信號(hào)處理準(zhǔn)確性的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路。
本發(fā)明的另一目的在于，提供一種可運(yùn)用于更高頻場(chǎng)合的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路。
本發(fā)明的主要目的是由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，主要是在一運(yùn)算放大器的輸入/輸出端間設(shè)有取樣電容、取樣開(kāi)關(guān)及保持開(kāi)關(guān)，其特征在于該運(yùn)算放大器的輸入端上設(shè)有一差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器一輸出端是與取樣電容連接，另一輸出端以另一電容與前述的取樣電容串接。
本發(fā)明的主要目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其中該取樣電容，是連接于運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入；該取樣開(kāi)關(guān)，是以負(fù)反饋形式連接于運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入與輸出端間；該保持開(kāi)關(guān)，其一端是連接于運(yùn)算放大器的輸出端，另端則連接于取樣電容的前端。
前述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其中該取樣電容的電容值為2PF。
本發(fā)明的另一目是由以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于該電路在一第一差動(dòng)放大器的輸入/輸出端間設(shè)有取樣電容、取樣開(kāi)關(guān)及保持開(kāi)關(guān)；又該第一差動(dòng)放大器的輸入端上設(shè)有第二差動(dòng)放大器，該第二差動(dòng)放大器一輸出端是與前述的取樣電容連接，另一輸出端以另一電容與前述取樣電容串接。
本發(fā)明的另一目的還可以通過(guò)以下技術(shù)措施來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。
前述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路。其中該取樣電容設(shè)有兩組，分別連接于第一差動(dòng)放大器的負(fù)、正端輸入上；該取樣開(kāi)關(guān)設(shè)有兩組，分別連接于第一差動(dòng)放大器的負(fù)端輸入/正端輸出間與正端輸入/負(fù)端輸出間；該保持開(kāi)關(guān)設(shè)有兩組，其一端分別連接于第二差動(dòng)放大器的正、負(fù)輸出，另端則連接于取樣電容的前端。
前述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其中所述的取樣電容的電容值為2PF。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和積極效果。由以上的技術(shù)方案可知，為達(dá)成前述的主要發(fā)明目的，本發(fā)明采取的主要技術(shù)手段是令前述取樣/保持電路在一運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入上設(shè)有一取樣電容，又以負(fù)反饋方式分別設(shè)有一取樣開(kāi)關(guān)及一保持開(kāi)關(guān)，其中該運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入是經(jīng)取樣電容與一差動(dòng)放大器的正端輸出連接；該差動(dòng)放大器的負(fù)端輸出又經(jīng)一電容連接至運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入。以前述電路設(shè)計(jì)使用于高頻場(chǎng)合時(shí)，可利用差動(dòng)放大器具有反相對(duì)稱(chēng)輸出的特性，將高頻輸入信號(hào)對(duì)取樣電容充電時(shí)產(chǎn)生的電流由差動(dòng)放大器導(dǎo)流掉，而可避免其通過(guò)取樣開(kāi)關(guān)形成壓降，而可確保取樣/保持電路能夠正常進(jìn)行自動(dòng)歸零動(dòng)作，以改善A/D轉(zhuǎn)換器處理高頻信號(hào)的準(zhǔn)確性。
另外，為達(dá)成前述的另一發(fā)明目的，本發(fā)明是令前述的差動(dòng)放大器為高頻的差動(dòng)放大器，又令前述輸出級(jí)的運(yùn)算放大器亦為一差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器的正端輸入/負(fù)端輸出間及負(fù)端輸入/正端輸出間分別設(shè)有取樣開(kāi)關(guān)及保持開(kāi)關(guān)，又在負(fù)、正端輸入上分別設(shè)有取樣電容，再通過(guò)另組電容與前一級(jí)的高頻差動(dòng)放大器的正、負(fù)端輸出連接。以前述電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可運(yùn)用于更高頻率的場(chǎng)合，其主要利用后一級(jí)差動(dòng)放大器消除前一級(jí)輸入信號(hào)正、反相間的誤差，而可達(dá)到改善高頻輸入信號(hào)處理準(zhǔn)確性的目的。
綜上所述，本發(fā)明本發(fā)明數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，在運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入上設(shè)有一取樣電容，又以負(fù)反饋方式分別設(shè)有一取樣開(kāi)關(guān)及一保持開(kāi)關(guān)，其中運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入經(jīng)取樣電容與一差動(dòng)放大器的正端輸出連接，該差動(dòng)放大器的負(fù)端輸出又經(jīng)一電容連接至運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入；以此結(jié)構(gòu)用于高頻時(shí)，可利用差動(dòng)放大器的反相對(duì)稱(chēng)輸出特性，將取樣電容充電時(shí)產(chǎn)生的電流由差動(dòng)放大器導(dǎo)流掉，可確保取樣/保持電路自動(dòng)歸零。由于本發(fā)明主要是在取樣/保持電路的取樣電容前端連接一差動(dòng)放大器，當(dāng)輸入信號(hào)為高頻時(shí)，其產(chǎn)生的電流將由差動(dòng)放大器導(dǎo)出回流，而不致在取樣開(kāi)關(guān)兩端形成壓降，造成無(wú)法自動(dòng)歸零的缺點(diǎn)，可確保信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。其不論在電路結(jié)構(gòu)上或功能上皆有較大的改進(jìn)，且在技術(shù)上有較大的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，而確實(shí)具有增進(jìn)的功效，從而更加適于實(shí)用，誠(chéng)為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1是本發(fā)明一較佳實(shí)施例的電路圖。
圖2是前述圖1電路的電流方向示意圖。
圖3是本發(fā)明又一較佳實(shí)施例的電路圖。
圖4是一種現(xiàn)有傳統(tǒng)取樣/保持電路的電路圖。
圖5是前述圖4電路的電流方向示意圖。
以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路其具體結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。
本發(fā)明數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其一較佳實(shí)施例的電路構(gòu)造，請(qǐng)參閱圖1所示，其包括有一運(yùn)算放大器10；一取樣電容11，是連接于運(yùn)算放大器10的負(fù)端輸入；一取樣開(kāi)關(guān)SW1，是以負(fù)反饋形式連接于運(yùn)算放大器10的負(fù)端輸入與輸出端間；一保持開(kāi)關(guān)SW3，其一端是連接于運(yùn)算放大器10的輸出端，另端則連接于取樣電容11的前端；一差動(dòng)放大器20，其負(fù)端輸入為信號(hào)輸入端Vin，其正端輸出是通過(guò)前述取樣電容11與運(yùn)算放大器10的負(fù)端輸入連接，又其負(fù)端輸出則經(jīng)另一取樣電容12連接至取樣電容11與運(yùn)算放大器10的負(fù)端輸入間。
在本實(shí)施例中，前述的兩取樣電容11、12的電容值為2PF。
以前述構(gòu)造的取樣/保持電路，其在取樣模式時(shí)，是令取樣開(kāi)關(guān)SW1導(dǎo)通，保持開(kāi)關(guān)SW3關(guān)閉，輸入信號(hào)Vin經(jīng)差動(dòng)放大器20對(duì)兩個(gè)取樣電容11、12充電，而完成取樣動(dòng)作；俟轉(zhuǎn)換至保持模式時(shí)，取樣開(kāi)關(guān)SW1關(guān)閉，保持開(kāi)關(guān)SW3導(dǎo)通，則取樣電容11經(jīng)保持開(kāi)關(guān)SW3向輸出端Vo放電，此時(shí)輸出信號(hào)Vo將等于輸入信號(hào)Vin，而完成保持動(dòng)作。
由于差動(dòng)放大器20輸出端具有反相對(duì)稱(chēng)的特性，當(dāng)前述取樣/保持電路的輸入信號(hào)為高頻時(shí)，在輸入信號(hào)對(duì)兩取樣電容11、12充電時(shí)所產(chǎn)生的電流，將可利用前述反相對(duì)稱(chēng)輸出特性由差動(dòng)放大器20完全導(dǎo)流掉，而不經(jīng)取樣開(kāi)關(guān)SW1，如圖2所示，高頻輸入信號(hào)對(duì)取樣電容11充電時(shí)，將產(chǎn)生一電流(如圖中方向箭頭所示)，由于本發(fā)明在前端設(shè)置了差動(dòng)放大器20，故電流并不會(huì)通過(guò)取樣開(kāi)關(guān)SW1，僅經(jīng)由取樣電容12由差動(dòng)放大器20導(dǎo)流掉，由于電流未經(jīng)過(guò)取樣開(kāi)關(guān)SW1，故不致在其兩端形成壓降，進(jìn)而可確保自動(dòng)歸零動(dòng)作正常執(zhí)行。
以前述的取樣/保持電路，可改善現(xiàn)有傳統(tǒng)電路無(wú)法處理高頻輸入信號(hào)的問(wèn)題，其可處理信號(hào)的頻率范圍約在2-4MHz，除此以外，以前述電路為基礎(chǔ)，可更換為具有理想高頻特性的差動(dòng)放大元件，其可處理信號(hào)的頻率可再提高，而為了防止前一級(jí)差動(dòng)放大器20正、負(fù)端輸出在極高頻狀態(tài)下出現(xiàn)偏移，影響信號(hào)處理的準(zhǔn)確性，前述的取樣/保持電路可進(jìn)一步調(diào)整設(shè)計(jì)成如圖3所示實(shí)施例的構(gòu)造，其是以一差動(dòng)放大器30取代原先的運(yùn)算放大器10，其正端輸入/負(fù)端輸出間及負(fù)端輸入/正端輸出間分別設(shè)有取樣開(kāi)關(guān)SW1、SW2及保持開(kāi)關(guān)SW3、SW4，又在負(fù)、正端輸入上分別設(shè)有取樣電容12、13，再通過(guò)另組取樣電容11、14與前一級(jí)差動(dòng)放大器20的正、負(fù)端輸出連接；當(dāng)前一級(jí)差動(dòng)放大器20的正、負(fù)端輸出產(chǎn)生偏移時(shí)，仍可導(dǎo)正其信號(hào)誤差，而維持信號(hào)處理的準(zhǔn)確性。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，主要是在一運(yùn)算放大器的輸入/輸出端間設(shè)有取樣電容、取樣開(kāi)關(guān)及保持開(kāi)關(guān)，其特征在于該運(yùn)算放大器的輸入端上設(shè)有一差動(dòng)放大器，該差動(dòng)放大器一輸出端是與取樣電容連接，另一輸出端以另一電容與前述的取樣電容串接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于該取樣電容，是連接于運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入；該取樣開(kāi)關(guān)，是以負(fù)反饋形式連接于運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入與輸出端間；該保持開(kāi)關(guān)，其一端是連接于運(yùn)算放大器的輸出端，另端則連接于取樣電容的前端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于所述的取樣電容的電容值為2PF。
4.一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于該電路在一第一差動(dòng)放大器的輸入/輸出端間設(shè)有取樣電容、取樣開(kāi)關(guān)及保持開(kāi)關(guān)；又該第一差動(dòng)放大器的輸入端上設(shè)有第二差動(dòng)放大器，該第二差動(dòng)放大器一輸出端是與前述的取樣電容連接，另一輸出端以另一電容與前述取樣電容串接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于該取樣電容設(shè)有兩組，分別連接于第一差動(dòng)放大器的負(fù)、正端輸入上；該取樣開(kāi)關(guān)設(shè)有兩組，分別連接于第一差動(dòng)放大器的負(fù)端輸入/正端輸出間與正端輸入/負(fù)端輸出間；該保持開(kāi)關(guān)設(shè)有兩組，其一端分別連接于第二差動(dòng)放大器的正、負(fù)輸出，另端則連接于取樣電容的前端。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路，其特征在于所述的取樣電容的電容值為2PF。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器的低動(dòng)態(tài)誤差取樣/保持電路,其在運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入上設(shè)有一取樣電容,又以負(fù)反饋方式分別設(shè)有一取樣開(kāi)關(guān)及一保持開(kāi)關(guān),其中運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入經(jīng)取樣電容與一差動(dòng)放大器的正端輸出連接,該差動(dòng)放大器的負(fù)端輸出又經(jīng)一電容連接至運(yùn)算放大器的負(fù)端輸入;以此結(jié)構(gòu)用于高頻時(shí),可利用差動(dòng)放大器的反相對(duì)稱(chēng)輸出特性,將取樣電容充電時(shí)產(chǎn)生的電流由差動(dòng)放大器導(dǎo)流掉,可確保取樣/保持電路自動(dòng)歸零。
文檔編號(hào)H03M1/66GK1297287SQ99123949
公開(kāi)日2001年5月30日 申請(qǐng)日期1999年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1999年11月18日
發(fā)明者王運(yùn)華 申請(qǐng)人:合邦電子股份有限公司