取样电路与取样方法技术

一种取样电路，用来取样一输入电压并产生一输出电压，包含：第一开关元件，具有一控制端，于导通时使该输出电压等于该输入电压；电容元件；第二开关元件，耦接该电容元件的第一端点与一第一参考电位；第三开关元件，耦接该电容元件的第二端点与一第二参考电位；第四开关元件，耦接该电容元件的第一端点与该控制端；第五开关元件，耦接该控制端与该第二参考电位；电压缓冲单元，具有大的输入阻抗，其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；以及第六开关元件，耦接该电容元件的第二端点与该电压缓冲单元的输出端。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术关于取样电路与取样方法，尤其关于提高取样准确度以及降低取样讯号的回转时间(slewtime)的取样电路与取样方法。
技术介绍
请参阅图1，其为习知开关增压电路(Bootstrappedswitch)的电路图。开关增压电路为常见的开关及取样电路(switchingandsamplingcircuit)。出自IEEElectronicsLetters之文献「Inputswitchconfigurationsuitableforrail-to-railoperationofswitchedopampcircuits」(1999/01,pp.8-9)即曾经对此电路作过探讨。开关增压电路100包含开关元件110、开关元件120、开关元件130、开关元件140、开关元件150、N型金氧半场效晶体管(以下简称NMOS)160以及电容元件170。开关增压电路100的输入VI及输出VO分别耦接NMOS160的源极(source)与漏极(drain)。NMOS160的栅极(gate)一方面透过开关元件150耦接至电压源V3，另一方面透过开关元件140耦接至电容元件170及开关元件110的其中一端。开关元件110的另一端耦接电压源V1。电容元件170的另一端透过开关元件120耦接至电压源V2，以及透过开关元件130耦接至NMOS160的源极与开关增压电路100的输入VI。电压源V1为高电压准位VDD，而电压源V2及电压源V3则耦接至地。基本上开关增压电路100的操作可以分为两阶段。第一阶段时，开关元件110、开关元件120及开关元件150导通且开关元件130及开关元件140不导通，此时电容元件170渐渐充电至VDD；另一方面，NMOS160因为其栅极耦接到地所以呈现关闭状态。第二阶段时，开关元件110、开关元件120及开关元件150不导通且开关元件130及开关元件140导通，此时NMOS160的栅极电压为输入电压VI加上电容元件170的跨压VDD。金氧半场效晶体管之导通电阻的公式为：Ron-1(VGS-Vth)μnCOXWL---(1)]]>因此第二阶段时NMOS160的导通电阻为Ron=1(VDD+VI-VI-Vth)1(VGS-Vth)μnVOXWL---(2)]]>可以发现导通电阻Ron不会随着输入电压VI变化，因此可以提升开关增压电路100的取样线性度。习知的开关增压电路100藉由在NMOS160的栅极与源极之间耦接电容元件170，并使电容元件170在NMOS160受栅极电压VDD开启之前预充电至VDD，使NMOS160在导通期间的栅极电压与输入电压VI相关，因此其导通电阻可以不随输入电压VI变化。然而此电容元件170也同时增加了开关增压电路100的电容性负载。更严重的是，在一个多位应用的电路中，当复数个开关增压电路100并联，此时前级电路将遭遇更大的电容性负载，这将影响前级电路的输出电压(即开关增压电路100的输入电压VI)的稳定度，例如相位边限(phasemargin)变差或是带宽下降，进而影响开关增压电路100的取样准确度。再者，由于电容性负载增加，开关增压电路100的取样讯号所需的回转时间亦会增加，导致开关增压电路100的取样线性度变差。
技术实现思路
鉴于先前技术的不足，本专利技术的一目的在于提供一种取样电路与取样方法，以提高取样准确度以及取样线性度。本专利技术揭露了一种取样电路，用来取样一输入电压并产生一输出电压，包含：一开关元件，具有一控制端，于一第一开关状态不导通，并于一第二开关状态导通使该输出电压等于该输入电压；一电容元件，耦接该开关元件；一第一开关元件组，耦接该电容元件；一第二开关元件组，耦接该电容元件；一电压缓冲单元，耦接该开关元件、该电容元件、该第一开关元件组及该第二开关元件组，具有大的输入阻抗，且其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；其中，在该第一开关状态时，该第一开关元件组导通，且该第二开关元件组不导通，使该电容元件充电以在其两端产生一电压差，且在该第二开关状态时，该第一开关元件组不导通，且该第二开关元件组导通，使该输入电压经由该电压缓冲单元及该电容元件耦接至该开关元件的该控制端，使该控制端的电压实质上等于或近似该输入电压与该电容元件的该电压差的总合。本专利技术另揭露了一种取样方法，用以取样一输入电压以产生一输出电压，该取样方法包含：提供一开关元件，该开关元件具有一控制端，并且于导通状态时使该输出电压等于该输入电压；提供一电容元件，该电容元件耦接该开关元件；提供一第一开关元件组，该第一开关元件组耦接该电容元件；提供一第二开关元件组，该第二开关元件组耦接该电容元件；提供一电压缓冲单元，该电压缓冲单元耦接该开关元件、该电容元件、该第一开关元件组及该第二开关元件组，具有大的输入阻抗，且其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；于一第一开关状态时，控制该第一开关元件组导通，且该第二开关元件组不导通，使该电容元件充电以在其两端产生一电压差；第一第二开关状态时，控制该第一开关元件组不导通，且该第二开关元件组导通，使该输入电压经由该电压缓冲单元及该电容元件耦接至该开关元件的该控制端，使该控制端的电压实质上等于或近似该输入电压与该电容元件的该电压差的总合。本专利技术另揭露了一种取样电路，用来取样一输入电压并产生一输出电压，包含：一第一开关元件，具有一控制端，于导通时使该输出电压等于该输入电压；一电容元件，具有一第一端点及一第二端点；一第二开关元件，耦接该电容元件的该第一端点与一第一参考电位；一第三开关元件，耦接该电容元件的该第二端点与一第二参考电位；一第四开关元件，耦接该电容元件的该第一端点与该控制端；一第五开关元件，耦接该控制端与该第二参考电位；一电压缓冲单元，具有大的输入阻抗，其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；以及一第六开关元件，耦接该电容元件的该第二端点与该电压缓冲单元的输出端。本专利技术的取样电路与取样方法能够使取样电路之输入端遭遇较小的电容性负载，因此相较于习知技术，本专利技术的取样电路与取样方法可以降低取样讯号的回转时间，因此可以提高取样准确度以及取样线性度。有关本专利技术的特征、实作与功效，兹配合图式作较佳实施例详细说明如下。附图说明[图1]为习知开关增压电路的电路图；[图2]为本专利技术取样电路的一实施例的电路图；[图3]为本专利技术电压缓冲单元2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取样电路，用来取样一输入电压并产生一输出电压，包含：一开关元件，具有一控制端，于一第一开关状态不导通，并于一第二开关状态导通使该输出电压等于该输入电压；一电容元件，耦接该开关元件；一第一开关元件组，耦接该电容元件；一第二开关元件组，耦接该电容元件；一电压缓冲单元，耦接该开关元件、该电容元件、该第一开关元件组及该第二开关元件组，具有大的输入阻抗，且其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；其中，在该第一开关状态时，该第一开关元件组导通，且该第二开关元件组不导通，使该电容元件充电以在其两端产生一电压差，且在该第二开关状态时，该第一开关元件组不导通，且该第二开关元件组导通，使该输入电压经由该电压缓冲单元及该电容元件耦接至该开关元件的该控制端，使该控制端的电压实质上等于或近似该输入电压与该电容元件的该电压差的总合。

【技术特征摘要】
1.一种取样电路，用来取样一输入电压并产生一输出电压，包含：
一开关元件，具有一控制端，于一第一开关状态不导通，并于
一第二开关状态导通使该输出电压等于该输入电压；
一电容元件，耦接该开关元件；
一第一开关元件组，耦接该电容元件；
一第二开关元件组，耦接该电容元件；
一电压缓冲单元，耦接该开关元件、该电容元件、该第一开关
元件组及该第二开关元件组，具有大的输入阻抗，且其输入端耦接
该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或近似的电压；
其中，在该第一开关状态时，该第一开关元件组导通，且该第
二开关元件组不导通，使该电容元件充电以在其两端产生一电压差，
且在该第二开关状态时，该第一开关元件组不导通，且该第二开关
元件组导通，使该输入电压经由该电压缓冲单元及该电容元件耦接
至该开关元件的该控制端，使该控制端的电压实质上等于或近似该
输入电压与该电容元件的该电压差的总合。
2.根据权利要求1所述的取样电路，其中该电压缓冲单元为一运算放
大器，具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，该非反相
输入端耦接该输入电压，该反相输入端耦接该输出端，该输出端耦
接至该电容元件。
3.根据权利要求1所述的取样电路，其中该电压缓冲单元包含：
一运算放大器，具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出
端，该非反相输入端耦接至地；
一第一电阻，一端耦接至该反相输入端，另一端耦接至该输入
电压；
一第二电阻，一端耦接至该反相输入端，另一端耦接至该输出
端；以及
一反相器，其输入端耦接至该运算放大器的该输出端，其输出
端耦接至该电容元件；
其中该第一电阻的电阻值与该第二电阻的电阻值相近或相等，
使该反相器的输出端的电压实质上等于或近似该输入电压。
4.根据权利要求1所述的取样电路，其中该电压缓冲单元包含：
一运算放大器，具有一反相输入端、一非反相输入端及一输出
端，该非反相输入端耦接至该输入电压；
一第一电阻，一端耦接至该反相输入端，另一端耦接至地；以
及
一第二电阻，一端耦接至该反相输入端，另一端耦接至该输出
端；
其中该第一电阻的电阻值大于该第二电阻的电阻值，以使该输
出端的电压与该输入电压近似或相等。
5.根据权利要求1所述的取样电路，其中该开关元件为一N型金氧半
场效晶体管，其源极耦接该输入电压，其漏极提供该输出电压，其
栅极为该控制端。
6.根据权利要求5所述的取样电路，其中该第一开关元件组包含：
一第一开关元件，耦接该电容元件的一第一端及一第一参考电
位；
一第二开关元件，耦接该电容元件的一第二端及一第二参考电
位；以及
一第三开关元件，耦接该N型金氧半场效晶体管的该栅极及该
第二参考电位；以及
该第二开关元件组包含：
一第四开关元件，耦接该电容元件的该第二端及该电压缓冲单
元；以及
一第五开关元件，耦接该N型金氧半场效晶体管的该栅极及该
电容元件的该第一端。
7.一种取样方法，用以取样一输入电压以产生一输出电压，该取样方
法包含：
提供一开关元件，该开关元件具有一控制端，并且于导通状态
时使该输出电压等于该输入电压；
提供一电容元件，该电容元件耦接该开关元件；
提供一第一开关元件组，该第一开关元件组耦接该电容元件；
提供一第二开关元件组，该第二开关元件组耦接该电容元件；
提供一电压缓冲单元，该电压缓冲单元耦接该开关元件、该电
容元件、该第一开关元件组及该第二开关元件组，具有大的输入阻
抗，且其输入端耦接该输入电压，输出端提供与该输入电压相等或
近似的电压；
于一第一开关状态时，控制该第一开关元件组导通，且该第二
开关元件组不导通，使该电容元件充电以在其两端产生一电压差；
第一第二开关状态时，控制该第一开关元件组不导通，且该第
二开关元件组导通，使该输入电压经由该电压缓冲单元及该电容元

\t件耦接至该开关元件的该控制端，使该控制端的电压实质上等于或
近似该输入电压与该电容元件的该电压差的总合。
8.根据权利要求7所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：江明澄，高立龙，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71