TWI380312B - Sample-and-hold amplification circuits - Google Patents

Description

1380312 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於-種取樣_維持放大 關於-種可同時執行取樣 路’特別疋有 電路。 及、·隹持#作的取樣-維持放大 【先前技術】 第1圖係表示習知取樣·維持 示，取樣-維持放大電路1包括放大器10、直通=圖所 switch)Al-A6、Bl-B4 以及電容器 C1 古 # 關（Pass 及B1-B2愈電容号C1 C2 / C1_C4。直通開關AW n y以“ 成取樣-維持單元11。直通 開關=A6及Β3·Β4與電容器咖4形成取樣_維持單 =。直補Μ Α!·Α6根據取樣時脈信號cui 直通開關m-B4則是根據維持時脈信號cu2 取樣1脈㈣CL11與維持時脈信號CU2互為反相。 "而脈信號CU1被致能時，直通開關A1-A6 導通而直通開關m_B4關閉’且正輸入電 口壓= 分別儲存至電容器…，此時，取樣： 持早兀11及12皆執行取樣操作。當維持時脈信號CL12 破致能時，直通開目Α1·Α6關閉而直通關㈣ 通，，存的正輪人電壓Vlp與負輸人電壓Vin則輕合至 放大器10’此時，取樣_維持單元u及12皆執行 作。放大器10因此產生輸出電壓信號。每一取樣-維持= 元-次只執行取樣或維㈣作’換句話說’取樣與維持 0758-A33126TWF;MTKI-07-080 5 1380312 - 操作在此架構下無法同時執行。 【發明内容】 爲了解決先前技術的取樣-維持放大電路中無法同 時執行取樣與維持操作的技術問題，本發明提供了一種 取樣-維持放大電路，其可同時執杆取樣以及維持操作。 本發明提供一種取樣-維持放大電路，其包括放大 器、第一取樣-維持單元以及第二取樣-維持單元。放大器 鲁具有輸入端以及輸出端。第一與第二取樣-維持單元皆耦 接於放大器之輸入端與輸出端。當第一取樣-維持單元執 行取樣操作時，第二取樣-維持單元執行維持操作。當第 一取樣-維持單元執行維持操作時，第二取樣-維持單元則 執行取樣操作。 本發明另提供一種取樣-維持放大電路，其包括放大 器、第一取樣-維持單元以及第二取樣-維持單元。放大器 具有第一極性輸入端、第二極性輸入端、第一極性輸出 > 端以及第二極性輸出端。第一取樣-維持單元耦接於放大 器之第一極性輸入端與第二極性輸出端。第二取樣-維持 單元耦接於放大器之第二極性輸入端與第一極性輸出 端。當第一取樣-維持單元執行取樣操作時，第二取樣-維持單元執行維持操作。當第一取樣-維持單元執行維持 操作時，第二取樣-維持單元則執行取樣操作。 本發明之取樣-維持放大電路與先前技術相比較，其 有益效果包括：可同時執行取樣操作與維持操作。 0758-A33126TWF;MTKI-07-080 6 1380312 【實施方式】 |使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易 ^如^文特舉較佳實施例，並配合所_式，作詳細說 第2圖絲示根據本發明實施例 :的不意圖。如第2圖所示’取樣·維持放大電路 括放大器20、直通開關（pass SWltch)SA1_SA8盥sb i s刖 二及電容器CP1-CP8。放大器2G具有正輸人端in+、負 輸入端IN-、正輸出端0UT+以及負輸出端〇υτ_。、 直通開關从卜^^^於與電容器⑶丨及 形成取樣-維持單元21。取樣-維持單元21耦接於放 大态20之正輸入端IN+及負輸出端〇υτ_β參閱第2圖， 直通開關SA1耦接於節點Ν24與Ν2〇之間。電容器cpi 耦接於節點N20及N21之間。直通開關SA2與^容器 CP2並聯於節點N2!與共通電壓（c〇mm〇n v〇hage ) v⑽ 之間。直通開關SB1耦接於節點N21與放大器2〇之正 輸入端IN+之間。直通開關SB2耦接於節點N2〇與放大 器20之負輸出端out-之間。 直通開關SA3、SA4、SB3、SB4與電容哭CP3及 CP4形成取樣-维持單元22。取樣·維持單元22耦接於放 大益20之正輸入端JN+及負輸出端OUT-。參閱第2圖， 直通開關SB3 _接於節點N24與N22之間。電容写CP3 耦接於節點N22及N23之間。直通開關SB4與電容器 0758-A33126TWF;MTKI-07-〇8〇 7 1380312 之間。直通開關… =即: 器2〇之正輸入端驗之間。直通 ，SA4耦接於節點N22與放大器2〇之負輸出端〇υτ· 之間。 直通開關SA5、SA6、SB5、SB6與電容器cp5及 CP^成取樣維持單元24。取樣·維持單元24耦接於放 大器20之負輸入端ιΝ_及正輸出端〇uT+。直通開關

^从8、哪、咖與電容器CP7及⑽形成取樣-，准持早兀23。取樣-維持單元23耦接於放大器2〇之 入端IN-及正輸出端〇υτ+。 、月J 在此實施例中，直通開關SA1_SA8之導通/ 態是根據時脈信號CL21來決定，而直通開關sbi_s^ =導通/關閉狀態則是根據時脈信號CL22來決定。因 每一取樣-維持單元之操作與時脈信號CL21與cL22 關根據對應直通開關的時脈信號的時序配置， 持單元21與24可視為一組，稱為第一取樣_維持组I維 取樣-維持單元22肖23可另一組，稱一而 維持組。 乐—取樣- 在第—操作期間内，如第3a圖所示，直 SA1-SA8根據時脈信號⑽而導通，而^ SB1-SB8則根據時脈信號cL22而關閉，其中:。關 CL22^與日寸脈信號CL21互為反相。取樣-維持單唬 收當刖正輸人電壓Vip且將其儲存在電容器〇 接 取樣操作；取樣~維持單元24則接收當前請A電壓= 〇758-A33126TWF;MTKI-〇7-〇8〇 8 U80312 且將其儲存在電容器CP5以執行取樣操作 几22維持先前儲存在電容 鉍 ，’”持單 持操作，且將儲存在電容器CP3之前輪=執行維 至放大器20;取揭维姓。。 正輸入電壓耦合 器咖之負輪=持先前儲存在電容 …之前—負輸入電厂堅:=二將 輪出電壓。 尸7的先別的輸入電壓而產生 圖所之第二操作期間内’… 而直通開關SA1-SA8則根據 ;^⑽而導通， 容器⑶以執行取樣操作；取=二且將其儲存在電 一負輸入電壓Vin且將其 、、j寺早兀23則接收下 操作。取樣_料單元21料力CP7以執行取樣 ” CIM之正輸入電壓以執：：：：：期間内儲存於電 谷态CP1之正輪入電壓耦合至、：，且將儲存在電 24則維持在第一操作期間内 °。20’取樣-維持單元 電壓以執行維持操作，且將 ？電容器Cp5之負輸入 電壓輕合至放大器20。玫大哭電容器CP5之負輸入 及CP5的輸人電屢而產生輪出電=據錯存在電容器CP1 如上所述，當取樣-維持單=。 時，取樣-維持單元22及 1及24執行取樣操作 維持單元22…行取樣操::，持：維 0758-A33126TWF；MTKI-07-080 1380312 及24執行維持操作。藉由此架構 取樣-维持放大電路2可藉由二在取：=内’ 樣操作與維持操作。與第1圖之習知取樣-唯： 放大電路1比較起來，第2圖之每 I維持 :速:等於第1圖之每-取樣-維持單元的 了達到相同的取樣速率。

上述實施例所揭示的取樣'维持單元的具體結構僅 作為：例之用’任何所屬技術領域中具有通常知識者， 在]賣本赉明上述貫施例後，當可得知， 的具體結構當可具有其他選擇。 维持早兀 —第4a圖_表示時脈信號CL21與CL22之時序圖。在 此實施例中，根據時脈信號CL21與CL22之高邏輯位準 (即致能期間），對應的直通開關導通。根據第知圖， 時脈信號CL21與CL22沒有重疊（non-overiapping)。 此外’根據直通開關的類型，可將時脈信號CL21與CL22 反相。 在另一實施例中，直通開關SA2、SA3、SA6及SA7 的導通/關閉狀態是根據時脈信號CL21e而決定，而直通 開關SB卜SB4、SB5及SB8的導通/關閉狀態是根據時 脈信號CL22e而決定。時脈信號CL21、CL21e、CL22 及CL22e之時序圖如第4b圖所示。根據時脈信號CL21e 與CL22e之高邏輯位準（即致能期間）’對應的直通開 關導通。參閱第4b圖，時脈信號CL21與CL21e之致能 期間開始於時間點T40。時脈信號CL21 e之致能期間結 〇758-A33126TWF;MTKI-〇7-〇80 10 1380312 ，束於時間點T41，而時脈信號CL21之致能期間結束於時 間點T42，其中時間點T41早於時間點T42。時脈信號 CL22與CL22e之致能期間開始於時間點T43。時脈信號 CL22e之致能期間結束於時間點T44，而時脈信號CL22 之致能期間結束於時間點T45，其中時間點T44早於時 間點T45。 直通開關SB1、SA3、SB5及SA7可以第5a-5b圖 之開關電路來實施。參閱第5a圖，在一些實施例中，直 #通開關SB1、SA3、SB5及SA7之每一者以PMOS電晶 體50來實施，其基底（substrate )搞接於共通電壓Vcm。 舉例來說，假使直通開關SB1以電晶體50來實施，其閘 極G耦接於時脈信號CL22e (實際上，由於PMOS電晶 體的特性，是耦接於時脈信號CL22e之反相信號），其 源極S耦接於電容器CP1，以及其汲極D耦接於放大器 20之正輸入端IN+。由於源極S與汲極D之電壓接近於 共通電壓Vcm，將PMOS電晶體50之基底耦接至共通電 ® 壓Vcm而不是耦接至一般供應電壓VDD，可減少直通開 關SB1之導通電阻。 在另一些實施例中，如第5b圖所示，直通開關SB1、 SA3、SB5及SA7可以PMOS電晶體50來實施，其基底 選擇性地透過開關52而耦接至共通電壓Vcm或透過開 關51而耦接至供應電壓VDD。當電晶體50之基底耦接 至供應電壓VDD時，可抑制直通開關SB 1之漏電流 (leakage );而當電晶體50之基底輕接至共通電壓Vcm 0758-A33126TWF;MTKI-07-080 11 1380312 時，則可減少直通開關SB1之導通電阻。電晶體5〇 時’開關51導通；而電晶體5〇導通時，開關52導通。 更特別的是，PMOS電晶體50之閘極與開關51是受相 的信號所控制（例如時脈信號CL22e之反相信號）， 開關52則是受另一信號控制（例如時脈信號而 直通開關SB2、SA4、SB6以及SA8可以第6圖 開關電路來實施。如第6圖所示，在―些實施例中 通開關SB2、SA4、SB6以及从8之每一者包括傳輸閉 (transmisslon gate)，其以 pM〇s 電晶體 與 電晶體61來實現。傳輸_接於節點雖與對應輸出端 OOT之間。例如，假使直通_ SB2以此傳輸閘來實施， 即，N6G。則耦接於電容器cp卜且此對應之輸出端⑽τ 則疋放大器20之負輸出端OUT-。此外，PMOS電晶體 6〇之基底|禺接於節點蘭，且節點腕選擇性地透過開 =6 2麵接於供應電壓v D D或透過開關6 3 _接於對應之

2出端〇UT。§電晶體60之基底耦接於供應電壓VDD 广可抑制直通開關SB2之漏電流；而當電晶體6〇之基 &輕接至對應之輸出端0UT時，則可減少直通開關SB2 之導通電阻。 .田电晶體60與61關閉時，開關62導通而開關63 63 l $备電晶體6〇與61導通時’則開關62關閉而開關 曰無通。更特別的是’ PM〇s電晶體6〇之閘極與開關62 =4目同的信號所控制（例如時脈信號CL22之反相信 7U而NM〇S電晶體61之閘極與開關63則是受另一 758-A33126TWf；MTKI-07-080 12 4控制（例如時脈信穿 因此，筮^^ 琥CL22)。 實施例取樣·維持玫大電路2、 器20、取： 例中，取樣'維持放* 了至少兩 20具有輪==21以及取樣-维持單3包括放大 ，待單广及輪 :〜。取20之輪…:二。 ::广與輪心=i2:r放大器二 維持;:：’取樣-維持單元；二=:元， 取樣f執行維持操作時，取樣姻⑵:執: 2〇'^^ =輪入端！N+、負輸入端m维持正單;;23:放大器2〇 負輪出端ουτ_ 輪出^〇υτ+以及 正輪八端m+與負輸出：广接於放大器2。之 耦接於敌大^ a。取樣-維持單元23 間。當取揭1 „ 端队與正輸出端_+之 元23執行維持;t:二二作時’取樣-維持單 時，取樣執行維持操作 定本二較佳實施例揭露如上’然其並非用以限 、&圍，任何所屬技術領域中具有通常知識 :在不脫離本發明之精神和範圍内，當可做些許。 ”潤倚’因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利 0758-A33126TWF;MTKI-〇7-〇8〇 13 1380312 範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖表示習知取樣-維持放大電路示意圖。 第2圖表示根據本發明實施例之取樣-維持放大電 路示意圖。 第3a及3b圖表示在第一及第二操作期間之第2圖 之取樣-維持放大電路示意圖。 第4a圖表示第2圖之時脈信號CL21及CL22之時 序圖。 第4b圖表示第2圖之時脈信號CL2卜CL21e、CL22 及CL22e之時序圖。 第5a及5b圖表示第2圖之直通開關SB 1、SA3、 SB5及SA7之實施例示意圖。 第6圖表示第2圖之直通開關SB2、SA4、SB6及 SA8之實施例示意圖。 【主要元件符號說明】 1〜取樣-潍持放大電路； 10〜放大器； 11、12〜取樣-維持單元； A1-A6、B1-B4〜直通開關；C1-C4〜電容器； CL11、CL12〜時脈信號； 2〜取樣-維持放大電路； 20〜放大器； 21-24〜取樣-維持單元； SA1-SA8、SB1-SB8 〜直通開關； 0758-A33126TWF;MTKI-07-080 14 1380312 CP1-CP8〜電容器； CL21、CL21e、CL22、 N20-N24〜節點； 51、52〜開關； S〜源極； 60〜PMOS電晶體； 62、63〜開關； CL22e〜時脈信號； 50〜PMOS電晶體； G〜閘極； D〜没極； 61〜NMOS電晶體； N60、N61〜節點。

0758-A33126TWF;MTKI-07-080 15 [S3

Claims (1)

1380312

第097129651號申請專利範圍修正本 十、申請專利範圍： 1.一種取樣-維持放大電路，包括： 一放大器，具有一輸入端以及一輸出端； 一第一取樣-維持單元，耦接於該放 與該輸出端；以及 盗之該輸入知 第一取樣-維持單元，輕接於今放士。。 與該輸出端； 祕Μ放大R該輸入端 其中，第一取樣·維持單元與 ，乍與維持操作均由第-時脈信號第維持:二! 琥、第三時脈信號及第四時脈信號而決定；”二： 2與該第二時脈信號之致能期間開始於同：二： 該第一時脈信號之致能期間長於該 捋間且 期間；該第三時脈㈣與該第_脈;號之致能 始於同-時間’且該第四時脈信號之。期 致能期間:該第二時脈信號舆:第： 有重*’且該第四時脈信號與該第-時脈信= 當該第一取樣-維持單元執 取樣-維持單元執行—維持操作；以及’ $ 該第二 奸維持單^執行鄉㈣作時，驾-取奴-維持早凡則執行該取樣操作。 巧这第一 2,如申請專利範圍第I 路， '斤U之取樣-維持玫大電 其中，在一第一操作期間， 該第一取樣 維持單元接 0758-A33126TWF!(20J20628) 16 1380312 __ 第097129651號申請專利範圍修正本 1〇1年8月24日修正替換頁 收且儲存一當前輸入電壓，且該第二取樣_維^^將一-前一輸入電壓耦合至該放大器；以及 其中，在一第二操作期間，該第一取樣-維持單元將 在^第一操作期間所接收之該當前輸入電壓耦合至該放 大器，且該第二取樣-維持單元接收且儲存一下一輸入 壓。 3.如申請專利範圍第丨項所述之取樣-維持放大電 路’其中’該第-取樣維持單元與該第二取樣 之每一者包括： 之門一第一直通開關，耦接於一第一節點與一第二節點 第電谷益，耦接於該第二節點與一第三節點之 之間； ‘第二直通開關’輕接於該第三節點與—共通電堡 間； 第一電容器，耦接於該第三節點與該共通電壓之 评一f三直通開關^接於該第三節點與該放大器之 該輸入端之間；以及 一第四直通開關，輕接於 ― 該輸出端之間。 祕M —即點與該放大器之 4 ·如申请專利範圍第q 路，盆中項所述之取樣'維持放大電 路/、中，在該苐-取樣'維持單元中，該第 該第二直通開關、該第三直 通汗1關、 k開關及該第四直通開關之 0758-A33126TWF1 (20 Ϊ 20628) 17 1380312 1〇1年8月24日修正替換頁 第097129651號申請專利範圍修正本 導通/關：狀態分別由該第一時脈信 號、該第三時脈信號及該第四時脈信號而決定。 。 5. 如申請專利範圍第4項所述之取樣.維持放少恭 路’其中，在該第二取樣-維持單元中，該第一直电 該第二直通開關、該第三直通開關及該第四'：、 導通/關閉狀態分別對應由該第四時脈信號 = 信號、該第二時脈信號及該第一時脈信號而決定;^脈 6. 如申請專利範圍帛5.項所述之取樣

路，其中，該第一直通開關與該第二直通開關之 = 閉狀態根據該第一時脈信號而決定，且該第二、、奇 與該第四直ί開關之導通/關閉狀態根據與該 號相異之該第二時脈信號而決定；以及 ° 其中，在該第二取樣_維持單元中，該 與該第二直通開關之導通Λ 直通開關 而決定，…， 據該第二時脈信號 、疋且該第二直通開關與該第四直通開關夕道.s/ 閉狀態根據該第一時脈信號而決定。 ，k關 路二申㈡利=第3項所述之取樣，持放大電 ’、 以弟一直通開關為—電晶體，且兮φ θ _ 基底耦接於該共通電壓。 〜電日日體之 8, 如申請專利範圍第3項所述之 路’其中’該第三直通開關為—電晶體，且2放大電 基底選擇性地•接於一供應電壓與該共該電晶體之 9. 如申請專利範圍第3項所述之㈣者。 路’其中’該第四直通開關包含—物，且二： 〇758-A33126TWF1(2012062S) 18 HZ 第097129651號申請專利範圍修正本 具!二輸人節點與—輸㈣點，該輸 一印點，且該輸出節點轉 、以第 10 -锸Μ认獅择於該放大益之該輸出端。 .種取樣•維持放大電路，包括： 入端一放：器’具有一第—極性輸入端、-第二極性轸 入端、極性輸出端以及-第二極性輪出端；輸 第-取樣-維持單元’耦接於該放大器之 性輸入端與該第二極性輸出端；以及 極 -第二取樣’持單元，耦接於該放大器之 性輸入端與該第一極性輸出端； Μ第一極 其中，第一取樣-維持單 取樣操作與維持操作均由第一時：二第:元的 號、第三時脈信號及第四時脈信號而；；；： 信號與該第二時脈信號之致能期間開始於同時I 該第一時脈信號之致能期間長於 ^間’且 期間；該第三時脈^ ^、彳5就之致能 始間，且該第四時脈信號之致能期間長於二 三時脈信號之致能期間.兮笙± ^ 』负於該苐 信號沒有重疊； ㈣與該第—時脈 當該：：取樣·維持單元執行一取樣操作時 二 取維持單7C執行一維持操作；以及 Μ 11.如申睛專利範圍第1〇項所述之取樣·維持放大電 拘搂第-取樣·維持單元執行該維持操作時，节第二 取樣-維持單π則執行該取樣操作 X — 路 0758-A33I26TWFl(20120628) 19 1380312 - . 第097129651號申請專利範圍修正本 101年8月24 S修JL替換頁 . 其中，在一第一操作期間，該第一取樣-維持單元接 收且儲存一當前輸入電壓，且該第二取樣-維持單元將一 前一輸入電壓耦合至該放大器；以及 其中，在一第二操作期間，該第一取樣-維持單元將 在該第一操作期間所接收之該當前輸入電壓耦合至該放 大器，且該第二取樣-維持單元接收且儲存一下一輸入電 壓。 12. 如申請專利範圍第10項所述之取樣-維持放大電 φ 路，其中，該第一取樣-維持單元包括： 一第一直通開關，耦接於一第一節點與一第二節點 之間； 一第一電容器，耦接於該第二節點與一第三節點之 間； 一第二直通開關，耦接於該第三節點與一共通電壓 之間； 一第二電容器，耦接於該第三節點與該共通電壓之 • 間； 一第三直通開關，耦接於該第三節點與該放大器之 該第一極性輸入端之間；以及 一第四直通開關，耦接於該第二節點與該放大器之 該第二極性輸出端之間。 13. 如申請專利範圍第12項所述之取樣-維持放大電 路，其中，該第二取樣-維持單元包括： 一第一直通開關，耦接於一第一節點與一第二節點 0758-A33126TWF1 (20120628) 20 1380312

第097129651號申請專利範圍修正本 之間； 間； .第-電容器，輕接於該第二節點與—第三節點之 之間； 第二直通開關，麵接於該第三節點與一共通電壓 間 第二電容器，輕接於該第三節點與該共通電壓之 ★-第三直通開關’耦接於該第三節點與該放 該第二極性輸入端之間；以及 170 Μ::?,通開關，接於該第二節點與該放大器之 該弟極性輸出端之間。 二如申請專利範圍第13項所述之取樣·維持 路’其中’在該第一取樣-維持單元中， 該第二直通開關、該第三直通開關及該第四直之 :通:關，態分別由該第一時脈信號、該第二時脈信 1 、該第二時脈信號及該第四時脈信號而決定。 ° 15. 如申請專利範圍第14項所述之取樣-維持放大 二其V在該第二取樣'維持單元中’該第—直通開關、 該弟二直通開關、該苐三直通開關及該第四 導通/崎態分別由該第四時脈信號、該第三二： 號、該第二時脈信號及該第一時脈信號而決定。 ° 路 16. 如申請專利範圍第15項所述之取樣'維持放大雷 其中’在該第-取樣.維持單^中，該第—直通開關 0758-Α33126TWF1 (20120628) 21 1380312 第097129651號申請專利範圍修正本 與該f二直通開關之導通/關閉狀態根據時--號一 而決疋，且該第三直通開關與該第 MJ-- ^ 4,6. ^ 直通開關之導通/關 =1、根據與該弟-時脈信號相異之該第二時脈信號而 決疋，以及 料Hi=第二取樣.維持單元中，該第—直通開關 ”該弟一直相關之導通/_狀態根據該第：時脈信號 而決定，且該第三直通開關與該第四直 關 閉狀態根據該第一時脈信號而決定。 ®之等、/關 參 17·如申請專利範㈣15項所述之取樣·維持放大電 路，其中，該第二時脈信號與該第一時脈信號沒有重疊。 18·如申料㈣1G項所叙取樣·維持 路，更包括： H一維料元，_於㈣—純輸入端與 該第一極性輪出端；以及 -第四取樣·維持單元，麵接於該第二極 該第-極性輪出端； 磲興 其中，當該第一取樣'維持單元執行該取樣操作時， 該弟二取樣'特單元執行該料操作，而該第四 維持單元執行該取樣操作；以及 水 ”其第一取樣，持單元執行該維持操作時， 該弟二取I維持單元執行該取樣操作，而該第 維持單元執行該維持操作。 7 075S-A33126TWF] (20120628) 22