一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路的制作方法
【专利摘要】一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，它的辅助采样部分消除采样和保持电路上主要采样部分产生的失真。该电路的辅助采样部分的抵消失真适当地大于主要采样部分产生的失真。然后，辅助采样部分的失真减小以至于抵消失真适当地等于主要采样部分的失真。最后，辅助采样部分上抵消失真从主要采样部分的失真中减去，以至于所有的失真基本上被抵消，从而保留了输入信号的真正部分。
【专利说明】一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路
【技术领域】:
[0001]本发明涉及采样和保持电路。更特别地是，本发明涉及的电路和方法是消除采样和保持电路产生的谐波失真。
【背景技术】:
[0002]采样和保持电路被广泛地用于采样电压并保持在一个恒定的水平，以至于另一个电路，如连接到采样和保持电路的模数转换器，能够测量到该电压。在许多采样和保持电路中，然而，电路元件产生的谐波失真限制了输入信号的有用电压范围，限制了输入信号的有用频率范围，并且需要一个电路设计者在电路中使用更昂贵的器件，来消除失真，否则会由低劣的元件产生失真。MOS场效应管的阈值，体效应，开关比和进程的变化，引起采样和保持电路开关中的非线性电阻特性，从而产生的失真。这种失真由采样和保持电路开关中的寄生电容产生，电荷通过其他采样和保持电路的开关注入到一些调制的开关中，在输入电源负载中的非线性负载电流是由采样和保持电路中半导体结开关和端电阻引起。
【发明内容】
:
[0003]综上所述，本发明提供的电路和方法的目的是为了消除采样和保持电路产生的谐
波失真。
[0004]本发明提供的电路和方法的另一个目的是为了消除采样和保持电路产生的谐波失真，该谐波失真是由采样和保持电路开关中的非线性电阻特性引起。
[0005]本发明提供的电路和方法的另一个目的是为了消除采样和保持电路产生的谐波失真，该谐波失真是由采样和保持电路开关中的寄生电容引起。
[0006]本发明提供的电路和方法的另一个目的是为了消除采样和保持电路产生的谐波失真，该谐波失真是由注入到采样和保持电路调制开关中的电荷引起。
[0007]本发明提供的电路和方法的进一步目的是为了消除采样和保持电路产生的谐波失真，该谐波失真是由非线性负载电流引起，在输入电源负载中的非线性负载电流是由采样和保持电路中半导体结开关和端电阻引起。
[0008]本发明提供的电路和方法的另一个进一步目的是为了消除采样和保持电路产生的谐波失真，该谐波失真是采样和保持电路开关中的端电阻引起。
[0009]本发明的技术解决方案:
[0010]根据本发明，本发明的上述目的是通过消除采样和保持电路产生的谐波失真实现的。更特别的是，本发明的电路和方法中，采样和保持电路包含一个辅助采样部分，产生失真来抵消主要采样部分产生的失真。
[0011]为了消除主要采样部分产生的失真，首先，电路的辅助采样部分产生抵消失真，比主要采样部分产生的失真大。当辅助采样部分产生较大的失真时，辅助采样部分采样的信号以一个尺寸比例等于主要采样部分的被保留。辅助采样部分失真和采样信号的大小被减小，以至于抵消失真在大小上等于主要采样部分的失真，因此，辅助采样部分采样的信号比主要采样部分采样的信号小。
[0012]最后，辅助采样部分的采样信号和消除失真由主要采样部分的采样信号和消除失真去除，因此，基本上所有的失真和一部分的采样信号被消除了。在这种方式中，谐波失真是由辅助采样部分的失真抵消的。
[0013]对比专利文献:CN2101345U无源式电源电流谐波失真抑制器91215965.0【专利附图】
【附图说明】:
[0014]本发明的目的将在下面作详细地描述，附图将对本发明的优点作进一步的描述。部分器件的参考字符已在图中标明。
[0015]图1是一个已知的采样和保持电路的示意图；
[0016]图2是一个采样和保持电路示意图，它包含一个辅助采样部分，产生抵消失真；
[0017]图3是一个已知的差分采样和保持电路的示意图；
[0018]图4是一个差分采样和保持电路的示意图，它包含两个辅助采样部分，每个都产生抵消失真；
[0019]图5是一个失真消除采样和保持电路示意图，其中，它使用每个主要采样部分和辅助采样部分的单输入转向开关而不是输入转向开关；
[0020]图6是一个采样和保持电路示意图，每个主要采样部分和辅助采样部分的单输入转向开关栅极中失真的消除都是基于自举电容；
[0021]图7是一个采样和保持电路示意图，它包含一个辅助采样部分，其中容性负载通过输入转向开关对的寄生电容来消除主要采样部分产生的失真；
[0022]图8是一个采样和保持电路示意图，其中，辅助采样部分的采样时间通过级联取样点的使用改进；
[0023]图9是一个采样和保持电路示意图，其中，辅助采样部分的采样时间进一步通过保持第一级联取样点上的输入转向开关接通改进；
[0024]图10是一个采样和保持电路示意图，其中，主要采样部分的基电阻用转向开关电阻来代替，从而更好地匹配辅助采样部分的采样时间；
[0025]图11是一个采样和保持电路示意图，其中，另一个转向开关对和电阻被纳入辅助采样部分，产生抵消失真，与输入电源电阻产生的失真对应；
[0026]图12是一个差分采样和保持电路的示意图，注入开关电荷的失真由主要采样部分的采样开关的调制引起，并通过使用相应辅助采样部分的采样开关来抵消失真；
[0027]图13是一个失真抵消的采样和保持电路示意图，它使用双极型晶体管；
[0028]图14是一个失真抵消的采样和保持电路示意图，它使用二极管电桥；
[0029]图15是一个失真抵消的采样和保持电路示意图，它使用一个双极型晶体管和二极管电桥的组合；
[0030]图16是一个采样和保持电路示意图，在主要采样部分中，由于输入转向开关对的开关电阻漏源极，消除了失真。
【具体实施方式】:
[0031 ] 本发明的电路和方法是消除采样和保持电路产生的谐波失真。[0032]如图1所示，一个已知的采样和保持电路100。电路100包括反相器组102，控制电路100的时间，以响应保持输入端134的保持信号；主要采样部分104跟踪和保持信号输入端136的电压，以至于该电压可以在信号输出端138处被测量。反相器组102由六个反相器106、108、110、112、114和116组成。主要采样部分104由输入转向开关对118 (通过输入转换开关120和122形成)、基电阻124、基电容126、接地转向开关128、采样电容130和采样开关132组成。如图所示，开关120、122、128和132是MOS场效应管，然而，J型场效应管、双极型晶体管和其他适合的开关装置可以用于实现电路100。虽然没有显示在图1中，开关122、128和132的所有N沟道MOS场效应管的基底都连接到接地端140。
[0033]如图所示，反相器106、108、110、112、114和116分别与每个反相器输出端串联连接，以驱动下一个反相器的输入端。第一反相器106的输入端通过保持输入端134驱动。保持输入134是一个高电平输入，当从低电平过渡到高电平并保持住，引起电路100采集和保持信号输入端136处的电压，以至于信号输入端可以在信号输出端138处被测量到。反相器106、112、114和116的输出端用于接通和断开采样开关132、输入转向开关120、122和接地转向开关128。
[0034]如上所述，主要采样部分采样的输入信号是通过信号输入端136接收。信号输入端136连接到开关120的源极和开关122的漏极。开关120和122的栅极分别连接到反相器112和114的输出端。开关120连接到正电压电源142处，防止开关的漏极或源极的传导。开关120的漏极和开关122的源极一起连接到基电阻124的一端。基电阻124的另一端连接到基电容126的一端、接地转向开关128的漏极和采样电容130。基电容126的另一端和开关128的源极连接到接地端140。开关128的栅极连接到反相器116的输出端。采样电容130的另一端连接到采样开关132的漏极和信号输出端138。最后，采样开关132的栅极连接到反相器106的输出端。
[0035]在操作中，采样和保持电路100的行为如下。当保持输入端134是低电平时，开关120和122的栅极分别通过反相器112和114由低电平和高电平驱动。这导致开关120和122接通。同时，保持输入端134是低电平，开关128和132的栅极分别由低电平和高电平驱动，分别导致开关128和132断开和接通。由于开关120、122、128和132的这些状态，采样电容130充电和放电，以响应信号输入端136的电压变化。
[0036]在保持输入端134从低电平转换为高电平后，采样开关132断开，导致采样电容130上的电荷不变。当开关132断开时，基电阻124和基电容126耦合采样电容130到输入转向开关120、122和信号输入端136。反相器108、110、112和114造成传输延迟，输入转向开关120和122被断开，导致采样电容130与信号输入端136更孤立。最后，接地转向开关128接通，通过采样电容130上的电压提供接地参考电压，它可以在信号输出端138处被检测。
[0037]如上所述，本发明的电路和方法，用来消除采样和保持电路的一个或多个主要采样部分产生的失真，如图1所示。主要采样部分104上的失真源包括输入转向开关对118的非线性电阻特性和寄生电容，采样开关132上的注入调制电荷，非线性负载电流，通过转向开关对118的半导体结和接地转换开关128，由流过输入电源电阻电流引起。
[0038]图2显示了一个采样和保持电路200，根据本发明的原理，该采样和保持电路200包括辅助采样部分204，用来抵消由主要采样部分104的输入转向开关对118的非线性电阻特性引起的谐波失真。如图所示，电路200包括反相器组102，主要采样部分104和由信号输入端136驱动的辅助米样部分204,差分放大器244驱动信号输入端138并且差分放大器244由主要采样部分104和辅助采样部分204驱动。反相器组102的元件和主要采样部分104大致与图1电路100描述的相同。
[0039]辅助采样部分204的器件的选择对应于主要采样部分104，因此，基本与主要采样部分104的元件类似(例如，采样开关232的操作大致与主要采样部分104的采样开关132相同)。然而，这些元件的尺寸与主要采样部分104的元件不同。虽然电路200用基电阻124与224和基电容126和226表明，本发明可使用这些类型装置的一种或两种。
[0040]为了使电路200的辅助采样部分204消除主要采样部分104产生的失真，辅助采样部分204元件用来产生与主要采样部分104比例相等的失真，而只产生一个输出信号比例小于主要采样部分104产生的输出信号。为了实现它，先通过一些因素，增加辅助采样部分204的失真，而维持输出信号的大小恒定。在失真增加后，失真和输出信号都通过相同的因素减小，来产生比例相同的失真和较小的输出信号。
[0041]这种方法可以通过选择合适的辅助采样部分204的输入转向开关220、222，基电容226和采样电容230，对应于主要采样部分104中的元件。首先，增加辅助采样部分204产生的失真，增加输出信号的大小，输入转向开关220和222比主要采样部分104的输入转向开关120和122小。此外，基电容226和采样电容230的总电容大于主要采样部分104的基电容126和米样电容130的总电容。然后，减小辅助米样部分204的失真和输出信号，以至于该失真和输出信号与主要米样部分104的结合,米样电容230小于主要米样部分104的采样电容130。此外，差分放大器244负输入端的增益比正输入端的小，从而减小辅助采样部分204的失真，以至于它与差分放大器244中消除失真时间相匹配。
[0042]例如，辅助采样部分204的输入转向开关220和222是主要采样部分104的输入转向开关120和122大小的1/4。基电容226和采样电容230的总电容与主要采样部分104中的总电容一致，主要采样部分104产生的失真是辅助采样部分204的4倍。采样电容230的大小是采样电容130的1/4。采样电容230的输出信号的大小是采样电容130的1/4。
[0043]因为辅助采样部分204中输入转向开关220和222产生的失真是主要采样部分104中输入转向开关120和122产生的四倍，采样电容230的失真等于采样电容130，因此被消除了。然而，辅助采样部分204的输出信号是主要采样部分104的1/4，以至于主要采样部分104的输出信号不能被消除。因此，当输出信号和采样电容130和230的失真输入到差分放大器244时，采样电容130和230的所有失真被消除，而只有1/4的输出信号被消除。
[0044]为了补偿输出信号的损耗，选择辅助采样部分204的元件，它可以通过增加采样电容130的大小来增加主要采样部分104的输出信号。例如,增加主要采样部分104中1/3大小的采样电容130，以导致当1/4的输出信号损耗掉时，剩余的输出信号和电路中对应的
信号一样大。
[0045]为了平衡主要采样部分104和辅助采样部分204的采样时间，选择基电阻124和224，使得RC时间常数相匹配。这些时间常数近似为输入开关转向开关对118和218(当接通时)与基电阻124和224的阻值和乘以基电容126和226与采样电容130和230的电容和。因此，在上面的例子中，因为主要和辅助采样部分的总电容是相等的，每个基电阻124和224被选择，以至于输入转向开关对118和218与基电阻124和224的阻值和等于相应主要和辅助采样部分的阻值。
[0046]选择基电阻224，以至于基电阻124中的任何增益误差被消除。基电阻224的影响大于基电阻124,米样电容130大于米样电容230。这样,基电阻224产生的抵消失真大于基电阻124产生的失真。当这种失真的大小随后通过采样电容230减小时，抵消失真的大小与基电阻124产生的失真相同。
[0047]一个已知的差分采样和保持电路300，如图3所示。电路300包括反相器组102，控制电路300的时间；正主要采样部分104和负主要采样部分354跟踪和保持信号正输入端346和负输入端348的电压，以至于该电压可以在正信号输出端350和负信号输出端352处被测量。反相器组102和正主要采样部分104基本与图1所述的电路相同，除了主要采样部分104的输入和输出设计变为346和350。负主要采样部分354包含输入转向开关对368 (通过输入开关370和372形成)，基电阻374，基电容376，接地转向开关378，采样电容380和采样开关382。
[0048]在操作中，每个正主要采样部分104和负主要采样部分354基本与图1中的电路100的主要采样部分104相同。电路300中正主要采样部分104和负主要采样部分354的源极失真与图1中电路100中主要采样部分104相同。为了补偿这些源极失真，辅助采样部分以与电路200同样的方式被添加到电路300中。
[0049]图4表示差分采样和保持电路400，包括一个辅助采样部分，用来消除谐波失真。如图所示，电路400包括反相器组102，正主要采样部分104和负主要采样部分354，正辅助采样部分481和负辅助采样部分483。反相器组102，正主要采样部分104和负主要采样部分354的元件基本与图3所述的相同。正辅助采样部分481基本与图2中的采样部分204相同，除了采样开关232被去除。同样的，负辅助采样部分483包含输入转向开关对484(由输入开关486和488形成)，基电阻490，基电容192，接地转向开关494和采样电容496。
[0050]正辅助米样部分481接收正信号输入端346的输入信号。正信号输入端346连接到输入转向开关220的源极和输入转向开关222的漏极，同样地，输入端136连接到图2采样部分204中输入转向开关220的源极和输入转向开关222的漏极。采样电容230的输出端连接到负信号输出端352 (而不是图2中放大器244的负输入端)。负辅助采样部分483的元件与正辅助采样部分481大致相同，除了负辅助采样部分483的输入端接收负信号输入端348，采样电容496连接到正信号输出端350而不是负信号输出端352。
[0051]在操作中，电路400基本上与图2中的电路200相同，除了两个主要采样部分104和354与两个辅助采样部分481和483被互相替代。因此，当保持输入端134是低电平时，采样电容130和230追踪正信号输入端346的输入信号，采样电容380和496追踪负信号输入端348的输入信号。在输入端134转换为高电平并保持时,米样部分104和481米样和保持输入端346的信号,米样部分483和354米样和保持输入端348的信号。然后米样部分104和483的信号组合起来，采样部分481和354的信号也组合起来，然后组合的信号通过正信号输出端350和负信号输出端352输出。
[0052]如上所述的图2的电路200，每个辅助采样部分481和483的元件可能会产生谐波失真，消除主要采样部分104和354的谐波失真，没有完全消除相应的输出信号。
[0053]图5表示一个图2电路200变化的电路500。电路500使用一个主要采样部分502的单一输入转换开关122和一个辅助采样部分504的单一输入转换开关222，而不是输入转向开关对118和218。除了输入转换开关120与220和图2中它们各自连接的电路200，电路500元件的连接方式基本与图2电路200相同。因为开关120和220 (图2中)是从电路500中去除，与输入转换开关120与220相比，由于输入转换开关122与222的非线性电阻，电路500具有更严重的失真。然而，通过去除开关120和220，寄生电容也被去除了。虽然开关120和220已从电路500中去除，开关122和222也从电路500中去除。
[0054]图6表示一个图5电路500变化的电路600，并且进一步是图2电路200的变化。开关122和222的栅极连接到图5中反相器114的输出端，这些栅极可以通过开关602连接到电容606。电容606由电源604充电，然后与电源604断开连接，再连接到开关122和222的栅极，并且通过开关602连接到输入端136，直到电充满。除了这些不同，电路600的元件基本与图2中电路200和图5中电路500相同。通过使用一个电容来驱动开关122和222的栅极，开关的栅极和沟道间的电压是固定的，导致每个设备导通电阻线性度的提高。
[0055]图7表示一个图2电路200另一变化的电路700，由于寄生电容和电阻的非线性，它消除了主要采样部分104的输入转向开关对118产生的失真。如图所示，电路700包括一个辅助采样部分702的容性负载704。容性负载704由两个开关706和708形成，开关706的漏极连接到开关708的源极；开关706的源极和开关708的漏极连接到开关220的漏极、开关222的源极和基电阻224的一端；开关706的栅极连接到负电压源710 ;开关706和开关708的栅极连接到正电压源142。除了容性负载704的元件和连接，电路700的元件基本和图2所述的电路200相同。开关706和708是优选的尺寸，以至于辅助采样部分702上产生的失真增加。这样,差分放大器244将来自主要采样部分104和辅助开关部分702输出结合起来，由于非线性电阻和寄生电容产生的失真被消除了。
[0056]图8表示一个图2电路200另一变化的电路800，它的级联采样点用于辅助采样部分802，来减小辅助采样部分802的采样时间。如图所示，电路800包括反相器组102，主要采样部分104，辅助采样部分802和差分放大器244。反相器组102主要采样部分104和差分放大器244的元件与上述的基本相同。辅助采样部分802包含一级电路803和二级电路811和采样开关232。一级电路803包含输入转向开关对804(由输入开关806和808形成)和基电容810。二级电路811基本与图4中的采样部分481相同。
[0057]辅助采样部分802的输入来自信号输入端136。信号输入端136连接到输入转向开关806的源极和输入转向开关808的漏极。开关804和808的栅极分别连接到反相器112和114的输出端。开关804的漏极和开关808的源极连接到基电容810的一端，输入转向开关220的源极和输入转向开关222的漏极。基电容810的另一端连接到接地端140。开关220和222的栅极分别连接到反相器112和114的输出端。开关220的漏极和开关222的源极连接到基电容226的一端，接地转向开关228的漏极和采样电容230的一端。电容226的另一端和开关228的源极连接到接地端140。开关228的栅极连接到反相器116的输出端。采样电容230的另一端连接到采样开关232的漏极和差分放大器244的负输入端。最后，开关232的栅极连接到反相器106的输出端，开关232的源极连接到接地端140。
[0058]在操作中，辅助采样电路802和800的操作如下。当保持输入134是低电平时，反相器112驱动开关806和220的栅极，反相器114驱动开关808和222的栅极，导致开关806、220、808和222接通。同样当保持输入134是低电平时，开关228和232的栅极被反相器116和106驱动，导致开关228和232分别断开和接通。由于开关220、222、228、232、806和808的状态，基电容226与810和采样电容230追踪信号输入端136的电压。
[0059]当输入端134由低电平转为高电平并保持时，开关232断开，固定采样电容230中的电荷。在开关232断开时，基电容226和810耦合采样电容230到输入转向开关对218与804和信号输入136上。然后开关220、222、806和808断开，进一步将采样电容230与信号输入136隔离开。最后，开关228接通，连接采样电容230的一端到接地端140，从而提供米样电容230的参考电压,可以在差分放大器244的输入端被测量。
[0060]为了消除输入转向开关对118上的非线性电阻变化产生的失真，辅助采样部分802产生一个抵消失真，大于主要采样部分104产生的失真。然后，抵消失真的一部分从主要采样部分104产生的失真中被减去，以至于主要采样部分104产生的所有失真被去除。辅助采样部分802产生的失真通过减小输入转向开关对804的尺寸被增大。对于减小的尺寸，输入转向开关对804的导通电阻被增加。导通电阻的增加导致辅助采样部分802的采样时间增加。
[0061]通过在辅助采样部分802中使用多级联采样点电路803和811，辅助采样部分802的采样时间比辅助采样部分204 (图2中)的采样时间短。例如，在图2中的电路，输入转向开关对218的失真是选择输入转向开关对118的四倍，基电阻124和224电阻值为零，基电容226和采样电容230的结合电容等于基电容126和采样电容130的，辅助采样部分204的采样时间增加到主要采样部分104的四倍。换句话说，如果输入转向开关对118的导通电阻是R，输入转向开关对218的导通电阻是4R。如果主要采样部分104和辅助采样部分204的总电容是C，主要采样部分104的采样时间是常数R*C，并且对应0.01%采样精度的采样时间是In (0.0001) *R*C=9.2RC，其中辅助采样部分204的采样时间是常数4RC，并且对应
0.01%采样精度的采样时间是In (0.0001)*4R*C=36.8RC。
[0062]在图8的电路800中，选择合适的输入转向开关对218与804和电容226、230与810的值，使辅助采样部分802的采样时间比辅助采样部分204(图2中)的采样时间短。继续上面的例子，合适的输入转向开关对218与804的失真是输入转向开关对812的两倍，弓丨起开关对各自具有2R和4R的导通电阻。合适的电容226、230与810的电容分别为0.25C，
0.25C和0.5C，导致辅助采样部分802具有的总电容为C。然而，由于级电路803具有RC的采样时间和级电路811具有2RC的采样时间，辅助采样部分802是RC和2RC的两倍，组合在一起产生比辅助采样部分204快的任意精度设定时间。
[0063]虽然电路800是由两个级电路803和811表示，更多的级电路可以用来提高辅助米样部分802的米样时间。
[0064]电路800的一个变化进一步缩短了具有级联采样点的辅助采样部分的采样时间，如图9的电路900所示。在辅助采样部分904的一级电路906上，输入转向开关806和808的栅极并没有连接到反相器112和114的输出端，输入转向开关806和808的栅极各自连接到负电压电源710和正电压电源142处，以至于开关806和808总是接通。在这种方式中，辅助采样部分904的采样时间几乎缩短到了二级电路811的采样时间。
[0065]电路800的另一个变化，平衡主要采样部分和辅助采样部分的采样时间，如图10的电路100所示。在这一变化中，转向开关对电阻1004用于主要采样部分1002而不是基电阻124。通过使用转向开关对电阻1004，采样时间的平衡不受制造过程变化、温度和其他二级效应的影响。
[0066]采样转向开关对电阻1004由开关1006和1008形成，代替从采样电容130到采样开关132的漏极和差分放大器的正输入的连接。这些开关使开关1006的漏极和开关1008的源极连接到采样电容130的输出端。开关1006的栅极和开关1008连接到正电压电源142上，开关1008的栅极连接到负电压电源710上。开关1006的源极和开关1008的漏极连接到采样开关132的漏极和差分放大器244的正输入端。采样转向开关对电阻1004是最好的选择，以至于主要采样部分1002的采样时间等于辅助采样部分802的采样时间。
[0067]图2电路200的另一变化是在采样电路的输入电源电阻上，消除非线性负载电流产生的失真，如图11所示。在一个图2的采样和保持电路中，非线性负载电流可由输入转向开关的半导体结产生，如开关120、122、220和222。这些非线性负载电流可能引起对应的非线性，电压降，当信号通过信号源电路的输入电源电阻时，采样信号失真。这个失真同样出现在图2的主要采样部分104和辅助采样部分204。因此，这种失真不能通过辅助采样部分204的使用去除，因为更小尺寸的采样电容230在差分放大器244的负输入端引起相对大小的失真，该失真比差分放大器244的正输入端小。
[0068]为了消除这种输入电源电阻的失真，辅助采样部分204上的失真必须在接收采样电容230之前增加，然后采样电容230的失真减小。如图11的电路1100所示，辅助采样部分1104包括一个转向开关对1106来实现这一目标。转向开关对1106可用来在基电阻224上产生类似的非线性负载电流，从而在辅助采样部分1104上产生辅助的输入电源电阻失真。开关对1106由转向开关1108和1110形成。开关1108的源极和漏极与开关1110的源极和漏极连接在一起，并且连接到基电阻224的一端和电容226的一端。转向开关1108和1110的栅极各自连接到接地端140和正电压电源142上。开关1108连接到正电压电源142 上。
[0069]如图所示，电路1110包括反相器组102，输入电源电阻1102，主要采样部分104和差分放大器244。输入电源电阻1102由一个外部取样电路引起。除了转向开关对1106的元件和连接，反相器组102，主要采样部分104，辅助采样部分1104和差分放大器244的元件基本与上述相同。
[0070]选择适当大小的基电阻224和转向开关对1106，以在辅助采样部分1104中产生适当的失真量。在电路1100中，基电阻224用来产生失真，同时将采样电容230耦合到输入转向开关对218上。电路1100中的基电阻224和转向开关对1106的大小由下面的关系决定:
[0071]辅助寄生因素=(C130/C230)*主要寄生因素，其中C130和C230是采样电容130和230的电容值，主要寄生因素和辅助寄生因素被定义为:主要寄生因素=R1102*(CS120+CD122+CD120+CS122+CD128)+RONl18*(CD120+CS122+CD128)+R124*CD128+R1102*(CS220+CD222+CD220+CS222+CS1108+CD1110+CD1108+CS1110+CD228)，辅助寄生因素=Rl 102* (CS220+CD222+CD220+CS222+CS1108+CD1I10+CD1108+CS1I10+CD228)+Rl102*(CS120+CD122+CD120+CS122+CD128)+R0N218*(CD220+CS222+CS1108+CD1I10+CD1108+CS1I10+CD228)+R224*(CS1108+CD1110+CD1108+CS1110+CD228)，其中 R1102, RONl 18, R0N218,和 R224 分别是输入电源电阻1102的电阻，开关118和218的导通电阻，基电阻224的电阻，⑶120，CS120，⑶122，CS122, CD128, CD220, CS220, CD222, CS222, CD228, CD1108, CS1108, CD1110, CSlllO 分别是开关120源极和漏极的电容，开关122源极和漏极的电容，开关128漏极的电容，开关220源极和漏极的电容，开关222源极和漏极的电容，开关228漏极的电容，开关1108的源极和漏极的电容和开关1110的源极和漏极的电容。
[0072]图4电路400的变化，消除采样电容130和380上的失真，如图所示，并不是仅仅分别使用主要采样部分104、354和辅助采样部分481、483上的一个单一采样开关132、382，图12中每个采样部分104、1202、1204和354包含各自的采样开关132、1206、1208和382。这样，采样电容130和380上的失真被消除。与采样开关132和382 —样，采样开关1206和1208的栅极连接到反相器106的输出端，开关1206和1208的漏极连接到采样电容230和496的一端，开关1206和1208的源极连接到接地端140。
[0073]将采样电容130和380的输出信号和失真分别与采样电容496和230的组合起来，将电路1200中的开关1212和1210组合起来。开关1212的漏极连接到采样开关1208的漏极和采样电容496的一端，采样开关1212的源极连接到采样开关132的漏极，采样电容130的一端、信号输出端350和开关1212的栅极连接到反相器116的输出端。开关1210的漏极连接到采样开关1206的漏极和采样电容230的一端，采样开关1210的源极连接到采样开关382的漏极，采样电容380的一端、信号输出端352和开关1210的栅极连接到反相器116的输出端。这样，在同一时间，接地转向开关128、228、494和378分别给采样电容130,230,496和380通过一个参考，组合开关1212和1210，来将采样电容130上的信号和失真与米样电容196的组合起来，同样，将米样电容380上的信号和失真与米样电容230的组合起来。
[0074]图13表示采样和保持电路1300的一个BJT的变化，包含本发明的失真消除的特性。如图所示，电路1300包括主要采样部分1301，辅助采样部分1303和加法放大器1305。主要采样部分1301和辅助采样部分1303接收来自信号输入端1307的输入信号，采样和保持信号以响应电流源1321、1323、1355和1357，并且采样信号输出到加法放大器1305。在将主要米样部分1301和辅助米样部分1303的米样信号做加法后,加法放大器1305驱动信号输出端1309。
[0075]主要采样部分1301包括电桥1311，电流源1321、1323和采样电容1325。电桥1311由四个二极管连接的BJT1313、1315、1317和1319形成。因此，主要采样部分1301可由二极管或其他设备实现。BJT1313和1315的集电极连接到电流源1321。BJT1313发射极连接到信号输入端1307上和BJT1317的集电极。BJT1315的发射极连接到BJT1319的集电极、采样电容1325的一端和加法放大器1305的正输入端。BJT1317和1319的发射极连接到电流源1323的输入端。采样电容1325的一端连接到接地端140。
[0076]辅助采样部分1303包含电桥1329，电流源1355、1357和采样电容网络1347。电桥 1329 由八个二极管连接的 BJT1331、1333、1335、1337、1339、1341、1343 和 1345 形成。BJT1331和1333的集电极连接到电流源1355的输出端。BJT1335和1337的集电极连接到BJT1331和1333的发射极。BJT1335的发射极连接到信号输入端1307和BJT1339的集电极，BJT1337的发射极连接到BJT1341的集电极和采样电容网络1347的输入端。BJT1339和1341的发射极连接到BJT1343和1345的集电极，BJT1343和1345的发射极连接到电流源1357的输入端。
[0077]采样电容网络1347包括三个电容1349、1351和1353。电容1349的一端连接到BJT1337的发射极，BJT1341的集电极和电容1351的一端。电容1349的另一端连接到电容1353的一端和接地端140。电容1351和1353的另一端连接到加法放大器1305的负输入端。
[0078]每个BJT1313、1315、1317、1319、1331、1333、1335、1337、1339、1341、1343 和 1345都是相同的类型和大小，以确保相同的导通电阻和电容的寄生效应。虽然电桥1311和1329分别包含四个和八个BJT，但其他数目的BJT也可以被实现。虽然电流源1321和1323与电流源1355和1357不同，但电流源1321、1323、1355和1357提供的电流是相同的。
[0079]在操作中，电路1300的表现如下。输入信号由信号输入端1307提供。电流源1321、1323、1355和1357接通，同时使电容1325和电容网络1347追踪信号输入端1307的电压。当电流源1321、1323、1355和1357断开时，反向偏置电压替代电流源1321、1323、1355和1357，电容1325和电容网络1347的电压固定不变。因为电桥1329的BJT是电桥1311的两倍，电桥1329产生两倍的失真，而从信号输入端1307通过的信号大小不变。虽然电桥1329产生的失真是电桥1311的两倍，只有一半的失真和采样信号通过电容网络1347输出。然后这些电压通过信号输出端1309被组合和输出，加法放大器1305产生一个输出信号。
[0080]图14表明了一个采样和保持电路1400的二极管电桥的变化，包含本发明的失真消除的特性。如图所示，电路1400包括主要采样部分1401和辅助采样部分1419，它们都是由信号输入端136驱动并由保持输入端134控制。电路1400也包括加法放大器1450，驱动信号输出端138，并且加法放大器1450由主要采样部分1401和辅助采样部分1419驱动。
[0081]主要采样部分1401包含二极管电桥1404，相同的电流源1402与1416和采样电容1418。二极管电桥1404由四个二极管1406、1408、1410和1412形成。电流源1402的输入端连接到二极管1406和1408的阳极。二极管1406的阴极连接到信号输入端136和二极管1410的阳极。二极管1408的阴极连接到二极管1412的阳极，采样电容1418的一端和加法放大器1450的正输入端1454。二极管1410和1412的阴极连接到电流源1416的输入端，它的输出端连接到负电压电源710处。最后，采样电容1418的另一端连接到接地端140 上。
[0082]辅助采样部分1419包含二极管电桥1422和1436，与电流源1402和1416相同的电流源1420、1432、1434和1446，与采样电容1418相同的采样电容1448。二极管电桥1422 和 1436 分别包含四个二极管 1424、1426、1428、1430 和二极管 1438、1440、1442、1444。二极管电桥1422和1436与二极管电桥1404相同。二极管电桥1422和1436分别由电流源1420和1434驱动，而不是电流源1402 ; 二极管电桥1422和1436由电流源1432和1446驱动，而不是电流源1416 ;二极管电桥1420的输出端驱动二极管电桥1436的输入端，二极管电桥1436的输出端连接到接地采样电容1448和加法放大器1450的负输入端1452。
[0083]在操作中，当电流源1402和1416在保持输入端134的控制下接通时，主要采样部分1401的采样电容1418追踪信号输入端136的电压。当电流源1402和1416随后断开时，米样电容1418上的电压保持在信号输入端136的电压处。同样,在辅助米样部分1419中，当电流源1420、1432、1434和1446接通时，采样电容1448的电压追踪输入信号136的电压；当电流源1420、1432、1434和1436断开时，采样电容1448上的电压保持住。因为相同的采样电容1418与1448和两倍数目相同的二极管电桥1422和1436用于辅助采样部分1419，辅助采样部分1419产生两倍的失真，该失真在主要采样部分1401上产生。这个抵消的失真被减小到与主要采样部分1401接收到的失真相同。如图所示，在加入主要采样部分1401的信号和失真时,加法放大器1450的负输入端1452将失真和信号分为一半。在这种方式中，由二极管电桥产生的失真在加法放大器1450中被去除，而仅仅一半的输出信号被消除了。
[0084]虽然两个二极管电桥1422和1436与二极管电桥1404相同，每个二极管电桥具有四个二极管，如图14所示，任何数量、类型、大小的二极管也可以用于本发明中。例如，如果三个二极管电桥与主要米样部分1401的二级管电桥相同,加法放大器1450的负输入端1452平分输入到加法放大器1450的信号。同样，虽然电路1400由两个相同的电容器1418和1448表示，其他数量、类型、大小的二极管也可以用于本发明中。类似地，虽然电流源1402、1416、1420、1432、1434和1446都相同，不同类型的电流源可用于电流源对1402和1416、1420 和 1432、1434 和 1446。
[0085]图15表示电路1500中组合的BJT和二极管变化，包含本发明的失真消除的特性。如图所示，电路1500包括主要采样部分1401和辅助采样部分1503和加法放大器1524。主要采样部分1401基本与图14所述的主要采样部分1401相同。然而，辅助采样部分1503使用BJT，二极管和电阻，来控制辅助采样部分1503产生的失真。
[0086]辅助采样部分1503包括相同的电流源1502与1523，电桥1501和与采样电容1418相同的采样电容1448。电桥1501包含电阻1504、1506、1512、1514、1516与1522，二极管1530、1532、1534 与 1536，和 BJT1508、1510、1518 和 1520。电流源 1502 的输入端连接到正电压电源142，电流源1502的输出端连接到BJT1508和1510的发射极。BJT1508的基极连接到电阻1504和1512的一端。BJT1510的基极连接到电阻1506的一端和电阻1512的另一端。电阻1504的另一端连接到BJT1508的集电极和二极管1530的阳极。电阻1506的另一端连接到BJT1510的集电极和二极管1532的阳极。二极管1530的阴极连接到信号输入端136和二极管1534的阳极。二极管1534的阴极连接到电阻1514的一端和BJT1518的集电极。二极管1532的阴极连接到接地采样电容1448，加法放大器1524的负输入端1526和二极管1536的阳极。二极管1536的阴极连接到电阻1516的一端和BJT1520的集电极。电阻1514的另一端和电阻1522的一端连接到BJT1518的基极。电阻1516和1522的另一端连接到BJT1520的基极。BJT1518和1520的发射极连接到电流源1523的输入端，电流源1523的输出端连接到负电压电源710。
[0087]在操作中，电桥1501产生失真，该失真由电阻1504、1506、1512、1514、1516与1522的值决定。如图15中的标签“RF”和“RG”所示，电阻1504、1506、1514和1516具有相同的值，电阻1512和1522具有相同的值。电桥1501产生的失真与电桥1401产生的失真成RG/(RG+RF)+1比例。因此，辅助采样部分1503产生的失真和采样信号量由加法放大器1524去除，该加法放大器1524由RG和RF的值控制。
[0088]图16表不图2电路200变化的一个电路1600,由于输入转向开关对的开关线性和非线性电阻，电路1600消除了失真。如图所示，电路1600包括主要和辅助采样部分1602和1604的输入转向开关对1622和1624，而不是输入转向开关对1602和1604。输入转向开关对1622的开关120具有源极电阻1606和漏极电阻1610。输入转向开关对1622的开关122具有漏极电阻1608和源极电阻1612。输入转向开关对1624的开关220具有源极电阻1614和漏极电阻1618。输入转向开关对1624的开关222具有源极电阻1620和漏极电阻1616。除了将开关对1622和1624替换图2中的开关对118和218，电路1600的元件和连接基本与图2电路200相同。
[0089]为了消除开关120和122的非线性电阻，电路1600的晶体管布局是最好的，以至于电阻 1614、1616、1618 和 1620 与电阻 1606、1608、1610 和 1612 相同，开关 220 和 222 的电导或大小与开关120和122相同。这种关系可以通过以下公式说明:(W120/L120) / (W220/L220)=(W122/L122)/(W222/L222)=R1614/R1606=R1618/R1610=R1616/R1608=R1620/R1612=G120/G220=G122/G222。
[0090]W120, W122, W220 和 W222 是开关 120,122,220 和 222 的沟道宽度，L120, L122, L220和 L222 是开关 120、122、220 和 222 的沟道长度，R1606, R1610, R1608, R1612, R1614,R1618，R1616和R1620是开关120、122、220和222源极与漏极的线性端电阻。如果开关120、122、220和222的寄生栅极、源极和漏极电容被忽略，这种关系可以通过以下公式说:(W120/L120)/(W220/L220)=(W122/L122)/(W222/L222)=(R1614+R1618)/(R1606+R1610)=(R1616+R1620)/(R1608+R1612)=G120/G220=G122/G222。
[0091]提供与开关120和122的线性端电阻相同的开关220和222的线性端电阻，当失真被结合在一起时，线性端电阻相同的开关220和222产生相应的失真。
[0092]本发明可根据其描述实行，为了说明起见，本发明的目的不受限制，本发明的权利受权利要求说明书的限制。
【权利要求】
1.一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:该电路包括一个辅助采样部分，消除谐波失真，对应于上述主要采样部分产生的采样谐波失真的一部分，其中，上述的辅助采样部分包含至少一个输入开关装置，当输入信号用于至少一个输入开关装置的输出端时，产生一部分的消除谐波失真，以接收输入端的输入信号；一种组合电路，将采样失真和抵消的谐波失真组合起来，以至于上述抵消的谐波失真抵消至少一部分的采样谐波失真，而仅仅消除上述一部分的输出信号。
2.根据权利要求1所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:辅助采样部分产生上述抵消的谐波失真，以至于抵消的谐波失真比上述至少一部分的采样谐波失真大，然后，降低抵消的谐波失真，以至于抵消的谐波失真基本上等于至少一部分的采样谐波失真；辅助采样部分进一步包括一个采样电容电路，采样上述至少一个输入开关装置的输出端提供的输入信号；上述的至少一个输入开关装置包含一个输入转向开关、一个二极管连接的晶体管桥、一个二极管电桥；上述的至少一个输入开关装置的电桥包含一个晶体管和一个电阻；上述采样电容电路包含一个单一电容器；上述采样电容电路包含一个电容器网络。
3.根据权利要求2所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:上述的至少一个输入开关装置产生消除谐波失真，以至于通过相应主要采样部分上的至少一个输入开关装置的较小尺寸，使抵消的谐波失真比上述至少一部分的采样谐波失真大；上述采样电容电路减少抵消的谐波失真，通过比相应主要采样部分上的采样电容电路还小电容，使抵消的谐波失真基本上等于至少一部分的采样谐波失真。
4.根据权利要求2所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:辅助采样部分通过主要采样部分上较大的总电容，产生抵消的谐波失真；辅助采样部分进一步包括一个基电阻，用来连接至少一个输入开关装置的输出端到采样电容电路上，其中该基电阻的大小与对应的主要采样部分上的基电阻具有大致相同的尺寸；辅助采样部分还包括一个电容性负载，连接到至少一个输入开关装置的输出端，其中由于辅助采样部分中的寄生电容,该电容负载造成失真；由于主要采样部分上的寄生电容,辅助采样部分基本上消除了一部分的失真；辅助 采样部分还包括多个级联采样点，一个额外的开关装置，连接到上述至少一个输入开关装置的输出端，产生失真；由于输入电源电阻，基本上消除了至少一部分的失真；由于上述主要采样部分上至少一个输入开关装置的端电阻，上述至少一个输入开关装置的端电阻产生失真，抵消了至少一部分的失真。
5.根据权利要求1所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:上述方法包括接收至少一个输入开关装置输入端的信号；在辅助采样部分的至少一个输入开关装置上产生抵消失真，对应于主要采样部分产生的一部分采样失真；控制输入信号应用于至少一个输入开关装置的输出端；将采样失真和抵消的谐波失真组合起来，以至于上述抵消的谐波失真抵消至少一部分的采样谐波失真，而仅仅消除上述一部分的输出信号。
6.根据权利要求2所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:由于辅助采样部分比主要采样部分具有较大的总电容，抵消的谐波失真比上述至少一部分的采样谐波失真大；由于采样电容电路具有比相应主要采样部分上采样电容更小的电容，减少抵消的谐波失真，以至于抵消的谐波失真基本上等于至少一部分的采样谐波失真。
7.根据权利要求2所述的一种消除采样和保持电路中谐波失真的电路，其特征是:该方法连接电容性负载到至少一个输入开关装置的输出端，其中，由于辅助采样部分上的寄生电容，电容性负载产生失真；由于主要采样部分上的寄生电容，辅助采样部分基本上消除了至少一部分的失真。`
【文档编号】H03M1/06GK103634004SQ201310617664
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】李志鹏 申请人:苏州贝克微电子有限公司