[发明专利]取样电路与取样方法

说明书

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。

技术领域

本发明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(slew time)的取样电路与取样方法。

背景技术

请参阅图1，其为习知开关增压电路(Bootstrapped switch)的电路图。开关增压电路为常见的开关及取样电路(switching and sampling circuit)。出自IEEElectronics Letters之文献「Input switch configuration suitable for rail-to-rail operation of switched opamp circuits」(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NMOS 160的源极(source)与漏极(drain)。NMOS 160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NMOS 160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，NMOS 160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NMOS 160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：

因此第二阶段时NMOS 160的导通电阻为

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NMOS 160的栅极与源极之间耦接电容元件170，并使电容元件170在NMOS 160受栅极电压VDD开启之前预充电至VDD，使NMOS 160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。

发明内容

鉴于先前技术的不足，本发明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。