專利名稱：一種采樣保持電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流水線模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)中的采樣保持電路技術(shù)領(lǐng)域， 尤其涉及一種應(yīng)用增益補(bǔ)償技術(shù)的低功耗采樣保持電路，顯著的降低了采 樣保持電路對運算放大器增益的要求，減小了采樣保持電路的功耗。
背景技術(shù)：
隨著便攜式電子產(chǎn)品的市場擴(kuò)大，對電路的低功耗要求越來越高。如 圖1所示，圖1為傳統(tǒng)的采樣保持電路的結(jié)構(gòu)示意圖。Phi和ph2為兩相 不交疊時鐘，phle表示比phl下降沿稍微提前。在phl相，采樣電容Cs 底極板接輸入電壓Vin，上極板接運算放大器的反相輸入端，這時運算放 大器反相輸入端與輸出端接在一起成為一個單位增益結(jié)構(gòu)，運算放大器的 失調(diào)電壓在圖中由一個接在反相輸入端的電壓源Vos表示，假定運算放大 器的直流增益為Ao，并忽略其它非理想因素，這時輸出電壓為phle變?yōu)榈碗娖綍r采樣結(jié)束。在ph2相，采樣電容Cs上極板接運算 放大器反相輸入端，底極板接運算放大器輸出端，由電容的電荷保持不變 可得這時輸出電壓為已<formula>formula see original document page 3</formula>由運算放大器有限增益引起的輸出電壓的誤差為Vin/(1+A。)，近似與 運算放大器的直流增益成反比?？梢?，要設(shè)計一個高精度的采樣保持電路， 需要一個高直流增益的運算放大器。而一個高增益的運算放大器，通常需 要比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，功耗比較高。同時，由于每一個采樣相運算放大器都 要接成單位增益結(jié)構(gòu)復(fù)位，在保持相建立，當(dāng)輸入與共模電平相差較遠(yuǎn)時， 保持相建立需要經(jīng)歷大信號建立過程和小信號建立過程，影響建立速度。所以，改善樣采保持電路的結(jié)構(gòu)，用簡單的低增益運算放大器達(dá)到較 高的精度，從而顯著的降低采樣保持電路的功耗是很必要的。

發(fā)明內(nèi)容
(一) 要解決的技術(shù)問題 本發(fā)明的目的在于提供一種采樣保持電路的結(jié)構(gòu)，以對傳統(tǒng)的采樣保
持電路進(jìn)行改進(jìn)，在與傳統(tǒng)的采樣保持電路具有相同精度的同時，降低采 樣保持電路的功耗。
(二) 技術(shù)方案
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的
一種采樣保持電路，該采樣保持電路包括一運算放大器、 一采樣電容
Cs、 一附加電容C1、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3和第四開
關(guān)S4;
所述采樣電容Cs的上極板接運算放大器的反相輸入端，底極板接第 一開關(guān)S1，所述采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)S1和采樣電容Cs 接運算放大器的反相輸入端；
所述附加電容C1的上極板接運算放大器的同相輸入端，底極板接固 定電平，所述采樣保持電路的輸入電壓通過第四開關(guān)S4和附加電容Cl接 固定電平；
所述采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)Sl和第三開關(guān)S3接運算 放大器的輸出端，通過第一幵關(guān)S1、采樣電容Cs和第二開關(guān)S2接運算 放大器的輸出端，并通過第四幵關(guān)S4接運算放大器的同相輸入端。
上述方案中，所述第二開關(guān)S2接在運算放大器的反相輸入端與輸出 端之間，所述第四開關(guān)S4接在采樣保持電路的輸入與運算放大器的同相 輸入端之間。
上述方案中，在所述采樣保持電路的采樣階段，第一開關(guān)S1、第二開 關(guān)S2和第四開關(guān)S4閉合，第三開關(guān)S3斷開，所述采樣電容Cs的底極板 接采樣保持電路的輸入，運算放大器的反相輸入端與輸出端相連接，同相 輸入端與采樣保持電路的輸入相連接，從而使得采樣保持電路的輸出跟蹤輸入。
上述方案中，在所述采樣保持電路的保持階段，第一開關(guān)S1、第二開
關(guān)S2和第四開關(guān)S4斷開，第三開關(guān)S3閉合，運算放大器同相輸入端與 采樣保持電路的輸入斷開，附加電容C1上的電壓保持為上一相結(jié)束時的
電壓值，運算放大器的反相輸入端與運算放大器的輸出端斷開，采樣電容
Cs的底極板接到運算放大器的輸出端進(jìn)行保持。
(三)有益效果
上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果-
1、 利用本發(fā)明，由于采用簡單的低增益運算放大器結(jié)構(gòu)可以達(dá)到傳 統(tǒng)采樣保持電路采用高增益運算放大器的精度，從而在保證采樣保持電路 精度的情況下有效的降低了采樣保持電路的功耗。
2、 利用本發(fā)明，由于采樣保持電路的輸出在采樣相輸出跟蹤輸入， 保持相輸出僅經(jīng)歷小信號建立過程，所以有效的提高了采樣保持電路在保 持相的建立速度。
3、 利用本發(fā)明，由于運算放大器結(jié)構(gòu)簡單，有效的縮短了設(shè)計周期， 也大大減小芯片了面積，降低了成本。


圖1為傳統(tǒng)的采樣保持電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的采樣保持電路的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為采樣保持電路的時序關(guān)系示意圖。
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖2所示，圖2為本發(fā)明的采樣保持電路的結(jié)構(gòu)示意圖。該采樣保 持電路包括一運算放大器、 一采樣電容Cs、 一附加電容C1、第一開關(guān)S1、 第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4。
其中，采樣電容Cs的上極板接運算放大器的反相輸入端，底極板接第一開關(guān)Sl，采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)Sl和采樣電容Cs 接運算放大器的反相輸入端。附加電容C1的上極板接運算放大器的同相 輸入端，底極板接固定電平，采樣保持電路的輸入電壓通過第四開關(guān)S4 和附加電容Cl接固定電平。采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)Sl和 第三開關(guān)S3接運算放大器的輸出端，通過第一開關(guān)S1、采樣電容Cs和 第二開關(guān)S2接運算放大器的輸出端，并通過第四開關(guān)S4接運算放大器的 同相輸入端。
在所述采樣保持電路的采樣階段，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第四 幵關(guān)S4閉合，第三開關(guān)S3斷開，輸入電壓同時采樣到兩個電容的底極板 上，運算放大器的反相輸入端與輸出短接，使得輸出電壓跟蹤輸入電壓， 假定運算放大器的反相輸入端存在一個失調(diào)電壓Vos，運算放大器的直流 增益為Ao,這時的輸出電壓為
<formula>formula see original document page 6</formula>
所述采樣電容Cs的底極板接采樣保持電路的輸入，運算放大器的反 相輸入端與輸出端相連接，同相輸入端與采樣保持電路的輸入相連接，從 而使得采樣保持電路的輸出跟蹤輸入，同時運算放大器有限增益引起的電 壓誤差被存儲在采樣電容Cs和附加電容C1上。
由于在采樣相采樣保持電路的輸出跟蹤輸入，與傳統(tǒng)釆樣保持電路在 采樣相進(jìn)行復(fù)位相比，本發(fā)明的采樣保持電路在保持相運算放大器不經(jīng)歷 大信號建立，減小了運算放大器建立所需的時間。
在所述采樣保持電路的保持階段，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第四 開關(guān)S4斷開，第三開關(guān)S3閉合，由于兩個電容兩端的輸出電壓都保持不 變，可以計算出這時的輸出電壓
由運算放大器的有限增益引起的輸出電壓的誤差為Vin/(l+Ao)2，近似 與運算放大器直流增益的平方成反比，即這個采樣保持電路理論上可以達(dá)到傳統(tǒng)采樣保持電路采用增益為A 的運算放大器相同的精度。所以大大 降低了運算放大器設(shè)計的難度，使得運算放大器在增益、帶寬、功耗、擺 幅之間的折中比較容易。
運算放大器同相輸入端與采樣保持電路的輸入斷開，附加電容C1上 的電壓保持為上一相結(jié)束時的電壓值，運算放大器的反相輸入端與運算放
大器的輸出端斷開，采樣電容Cs的底極板接到運算放大器的輸出端進(jìn)行
保持，由于采樣相兩個電容上已經(jīng)存儲了由運算放大器有限增益引起的電 壓誤差，故保持相由運算放大器有限增益引起的輸出電壓的誤差大大減 小，與運算放大器增益的平方成反比。
采樣保持電路的時序如圖3所示，開關(guān)Sl的動作滯后于S2和S4。 S2與S4斷開后，在寄生電容可以忽略的情況下，Cs的底極板電荷保持不 變，Cs兩端的電壓也就固定，所以Sl的斷開和S3的閉合不會對最終輸 出電壓產(chǎn)生影響。
以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種采樣保持電路，其特征在于，該采樣保持電路包括一運算放大器、一采樣電容Cs、一附加電容C1、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4；所述采樣電容Cs的上極板接運算放大器的反相輸入端，底極板接第一開關(guān)S1，所述采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)S1和采樣電容Cs接運算放大器的反相輸入端；所述附加電容C1的上極板接運算放大器的同相輸入端，底極板接固定電平，所述采樣保持電路的輸入電壓通過第四開關(guān)S4和附加電容C1接固定電平；所述采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3接運算放大器的輸出端，通過第一開關(guān)S1、采樣電容Cs和第二開關(guān)S2接運算放大器的輸出端，并通過第四開關(guān)S4接運算放大器的同相輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其特征在于，所述第二開 關(guān)S2接在運算放大器的反相輸入端與輸出端之間，所述第四開關(guān)S4接在 采樣保持電路的輸入與運算放大器的同相輸入端之間。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其特征在于，在所述采樣 保持電路的采樣階段，第一開關(guān)Sl、第二開關(guān)S2和第四開關(guān)S4閉合， 第三開關(guān)S3斷開，所述采樣電容Cs的底極板接采樣保持電路的輸入，運 算放大器的反相輸入端與輸出端相連接，同相輸入端與采樣保持電路的輸 入相連接，從而使得采樣保持電路的輸出跟蹤輸入。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采樣保持電路，其特征在于，在所述采樣 保持電路的保持階段，第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2和第四開關(guān)S4斷開， 第三開關(guān)S3閉合，運算放大器同相輸入端與采樣保持電路的輸入斷開， 附加電容C1上的電壓保持為上一相結(jié)束時的電壓值，運算放大器的反相 輸入端與運算放大器的輸出端斷開，采樣電容Cs的底極板接到運算放大 器的輸出端進(jìn)行保持。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采樣保持電路，包括運算放大器、采樣電容Cs、附加電容C1、第一開關(guān)S1、第二開關(guān)S2、第三開關(guān)S3和第四開關(guān)S4；采樣電容Cs的上極板接運算放大器的反相輸入端，底極板接第一開關(guān)S1，采樣保持電路的輸入電壓通過第一開關(guān)S1和采樣電容Cs接運算放大器的反相輸入端；附加電容C1的上極板接運算放大器的同相輸入端，底極板接固定電平，采樣保持電路的輸入電壓通過第四開關(guān)S4和附加電容C1接固定電平；采樣保持電路的輸入電壓通過S1和S3接運算放大器的輸出端，通過S1、采樣電容Cs和S2接運算放大器的輸出端，并通過S4接運算放大器的同相輸入端。本發(fā)明有效的降低了采樣保持電路的功耗。
文檔編號G11C27/02GK101281792SQ20071006517
公開日2008年10月8日 申請日期2007年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月5日
發(fā)明者周玉梅, 鄭曉燕 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所