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JP2003008408A - ヒステリシスコンパレータ回路 - Google Patents

ヒステリシスコンパレータ回路

Info

Publication number
JP2003008408A
JP2003008408A JP2001185739A JP2001185739A JP2003008408A JP 2003008408 A JP2003008408 A JP 2003008408A JP 2001185739 A JP2001185739 A JP 2001185739A JP 2001185739 A JP2001185739 A JP 2001185739A JP 2003008408 A JP2003008408 A JP 2003008408A
Authority
JP
Japan
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transistor
terminal
comparator circuit
switch
output
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP2001185739A
Other languages
English (en)
Inventor
Satoru Machiya
悟 町屋
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Olympus Corp
Original Assignee
Olympus Optical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Olympus Optical Co Ltd filed Critical Olympus Optical Co Ltd
Priority to JP2001185739A priority Critical patent/JP2003008408A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 基準電圧とヒステリシス幅をそれぞれ独立に
設定することが可能で、ヒステリシス幅が電源電圧に依
存しないヒステリシスコンパレータ回路を提供する。 【解決手段】 一端を基準電圧入力端子4に接続した第
1の抵抗R1 の他端と、一端が電源VDDに接続された第
1の電流源10の他端とをスイッチ手段5の第1の入力端
子7に接続し、一端を基準電圧入力端子4に接続した第
2の抵抗R2 の他端と、一端が接地された第2の電流源
11の他端とをスイッチ手段の第2の入力端子8に接続
し、信号入力端子2から入力電圧をコンパレータ回路1
の非反転入力端子に印加すると共に該コンパレータ回路
の反転入力端子にスイッチ手段の出力端子6を接続し、
コンパレータ回路の出力信号をスイッチ手段の制御端子
9に入力して、スイッチ手段の切替え制御を行うように
ヒステリシスコンパレータ回路を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、コンパレータ回
路に関し、特に、基準電圧及びヒステリシス幅を任意に
設定することが可能なヒステリシスコンパレータ回路に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、例えばA/D・D/A変換回
路や速度制御など様々な分野において、入力電圧を2値
化するコンパレータ回路が用いられている。図7に示す
構成のものが、コンパレータ回路1の基本構成であり、
非反転入力端子に入力された入力電圧Vinと反転入力端
子に入力された基準電圧Vref との比較により、出力信
号Vo のレベルをHレベル(VDD)、又はLレベル(G
ND)に切り替えるものである。この構成のコンパレー
タ回路は、Vin>Vref のとき、出力信号Vo にHレベ
ルを出力し、Vin<Vref のとき、出力信号Vo にLレ
ベルを出力するという動作をする。
【0003】しかし、この構成のコンパレータ回路にお
いては、図8に示すように、入力電圧Vinがノイズを伴
っていたり、図9に示すように、入力電圧Vinが低い周
波数で基準電圧Vref 付近を通過する場合、入力電圧V
inが基準電圧Vref を短時間に何度も通過することによ
り、出力信号Vo がHレベル/Lレベルを繰り返す、い
わゆるチャタリングを生じてしまい、信号の誤検出の可
能性があり、入力電圧を正確に2値化することができな
いという問題がある。そのため、ヒステリシス特性を持
たせたコンパレータ回路が一般的に用いられている。
【0004】図10に、従来のヒステリシスコンパレータ
回路の構成を示す。このヒステリシスコンパレータ回路
は、コンパレータ回路1の出力端子と非反転入力端子と
の間に帰還抵抗Rf を接続し、更に非反転入力端子に入
力抵抗Re を接続したものである。このように構成され
たヒステリシスコンパレータ回路で、Vin≫Vref の時
は、Vo ≒VDD(電源電圧)であり、このときコンパレ
ータ回路1の出力電圧Vo が反転する入力電圧Vinは、
次式(1)で表される。 Vin=Vref −(VDD−Vref )×Re /Rf ・・・・・・・・(1) このときの基準電圧Vref に対するヒステリシス幅は、
次式(2)で表される。 −(VDD−Vref )×Re /Rf ・・・・・・・・・・・・・・(2)
【0005】同様に、Vin≪Vref の時は、Vo ≒0V
であり、このときコンパレータ回路1の出力電圧Vo が
反転する入力電圧Vinは、次式(3)で表される。 Vin=Vref +Vref ×Re /Rf ・・・・・・・・・・・・・(3) このときの基準電圧Vref に対するヒステリシス幅は、
次式(4)で表される。 Vref ×Re /Rf ・・・・・・・・・・・・(4)
【0006】このときのヒステリシス特性を図11に示
す。このようにコンパレータ回路にヒステリシス特性を
持たせることにより、図12に示すように入力電圧にノイ
ズがのっている場合でも、入力電圧は正確に2値化され
る。
【0007】但し、入力電圧には振幅の大小、周波数の
高低、ノイズの大小など様々な条件の信号が入力される
ので、入力電圧を誤検出せず、正確に2値化するために
は、入力電圧の状態に応じたヒステリシス幅を設定する
必要がある。更に、入力電圧のDCレベルに応じて、基
準電圧Vref を自由に設定できることが望ましい。
【0008】例えば、入力電圧の周波数が高い時には、
ノイズと入力電圧の周波数が近づき、基準電圧Vref 付
近でのチャタリングは少なくなるが、入力電圧の振幅に
対してヒステリシス幅の割合が大きくなると、出力信号
Vo にパルスの抜けが発生する可能性があり、これを防
ぐためにヒステリシス幅を小さくする必要がある。一
方、入力電圧の周波数が低い時には、ノイズの周波数で
チャタリングを起こす可能性があるので、ノイズを吸収
できるようにヒステリシス幅を大きくする必要がある。
つまり、入力電圧が低周波の時と高周波の時とで、ヒス
テリシス幅を変更する必要がある。また、入力電圧のD
Cレベルによっては、基準電圧Vref を変更する必要が
ある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図10に
示す従来のヒステリシスコンパレータ回路では、上記
(2),(4)式に示すように、ヒステリシス幅を変更
するためには基準電圧Vref を変更する必要があり、ま
た基準電圧Vref を変更しようとすると、ヒステリシス
幅が変わってしまうという問題がある。つまり、基準電
圧Vref を変えずにヒステリシス幅を変更する、あるい
はヒステリシス幅変更せずに基準電圧Vrefを変えると
いうように、基準電圧Vref とヒステリシス幅を、それ
ぞれ独立に設定することができない。
【0010】更に、上記(2)式には電源であるVDD
項があるので、電源電圧の変動により、ヒステリシス幅
が変わってしまうという問題もある。この他にも小さい
ヒステリシス幅を必要とするときには、抵抗Rf 大きく
しなければならず、集積化には不利であるという欠点も
ある。
【0011】以上のように、従来のヒステリシスコンパ
レータ回路では、チャタリングの防止は可能であるが、
入力電圧の振幅、周波数などに応じて基準電圧Vref 及
びヒステリシス幅を独立して自由に設定できず、入力電
圧を正確に2値化できないという問題点があった。
【0012】本発明は、従来のヒステリシスコンパレー
タ回路における上記問題点を解消するためになされたも
ので、基準電圧Vref を自由に設定することができると
共に、基準電圧Vref とは独立にヒステリシス幅を自由
に設定することができるヒステリシスコンパレータ回路
を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、請求項1に係る発明は、第1及び第2の抵抗と第
1及び第2の電流源と2つの電圧を選択するスイッチ手
段とを有するヒステリシス設定回路と、反転入力端子と
非反転入力端子と出力端子を有するコンパレータ回路と
からなるヒステリシスコンパレータ回路において、一端
が基準電圧に接続された前記第1の抵抗の他端と一端が
電源に接続された前記第1の電流源の他端とを前記スイ
ッチ手段の第1の入力端子に接続し、一端が前記基準電
圧に接続された前記第2の抵抗の他端と一端が接地され
た前記第2の電流源の他端を前記スイッチ手段の第2の
入力端子に接続し、前記スイッチ手段の出力端子を前記
コンパレータ回路のいずれかの入力端子に接続し、前記
コンパレータ回路の出力信号により前記スイッチ手段の
切り替え制御を行うように構成したことを特徴とするも
のである。
【0014】このように構成したヒステリシスコンパレ
ータ回路においては、ヒステリシス幅を第1及び第2の
抵抗並びに第1及び第2の電流源の値のみで決定できる
ので、基準電圧Vref とヒステリシス幅をそれぞれ独立
に設定することが可能で、ヒステリシス幅が電源電圧に
依存しないヒステリシスコンパレータ回路を実現でき
る。
【0015】請求項2に係る発明は、第1及び第2の抵
抗を介して基準電圧がそれぞれ印加され、且つ共通に入
力電圧が印加される第1及び第2の差動増幅回路と、第
1のカレントミラー回路と、第1及び第2の定電流源
と、前記差動増幅回路の出力を増幅する増幅手段と、前
記第1及び第2の定電流源の出力を制御する第1及び第
2のスイッチと、前記増幅手段の出力により第1及び第
2のスイッチを制御する制御信号を出力するスイッチ制
御手段と、ヒステリシス幅を設定する第1及び第2の電
流源とを備え、前記第1の差動増幅回路を構成する第
1,第2のトランジスタのエミッタ端子を共に一端が電
源に接続された前記第1の定電流源の他端に前記第1の
スイッチを介して接続し、前記第2の差動増幅回路を構
成する第3,第4のトランジスタのエミッタ端子を共に
一端が電源に接続された前記第2の定電流源の他端に前
記第2のスイッチを介して接続し、前記第2,第3のト
ランジスタのベース端子に入力電圧を印加し、前記第1
のトランジスタのベース端子には一端が前記基準電圧に
接続された前記第1の抵抗の他端と、一端が電源に接続
された前記第1の電流源の他端とを接続し、前記第4の
トランジスタのベース端子には一端が前記基準電圧に接
続された前記第2の抵抗の他端と、一端が接地された前
記第2の電流源の他端とを接続し、前記第2,第3のト
ランジスタのコレクタ端子と前記第1のカレントミラー
回路の入力とを接続し、前記第1,第4のトランジスタ
のコレクタ端子には前記カレントミラー回路の出力と、
前記増幅手段の入力とを接続し、前記増幅手段の出力を
前記スイッチ制御手段の入力に接続し、前記スイッチ制
御手段の第1の出力で前記第1のスイッチの制御を行
い、前記スイッチ制御手段の第2の出力で前記第2のス
イッチの制御を行うようにして、ヒステリシスコンパレ
ータ回路を構成するものである。
【0016】このように構成したヒステリシスコンパレ
ータ回路においても、請求項1に係る発明と同様に、基
準電圧Vref とヒステリシス幅をそれぞれ独立に設定す
ることが可能で、ヒステリシス幅が電源電圧に依存しな
いヒステリシスコンパレータ回路を実現できる。
【0017】
【発明の実施の形態】次に、実施の形態について説明す
る。図1は、本発明に係るヒステリシスコンパレータ回
路の第1の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
この実施の形態に係るヒステリシスコンパレータ回路
は、ヒステリシス設定回路12と、出力信号をヒステリシ
ス設定回路12のスイッチ手段5の制御端子9に出力する
コンパレータ回路1を備え、ヒステリシス設定回路12に
おけるスイッチ手段5の第1の入力端子7には、一端が
基準電圧入力端子4に接続された第1の抵抗R1 の他端
と、一端が電源VDDに接続された電流I1 を出力する第
1の電流源10の他端とが接続され、第2の入力端子8に
は、一端が基準電圧入力端子4に接続された第2の抵抗
R2 の他端と、一端が接地された電流I2 を出力する第
2の電流源11の他端とが接続されて、ヒステリシス設定
回路12が構成されている。そして、コンパレータ回路1
の非反転入力端子には信号入力端子2が接続されてい
て、入力電圧Vinが入力されるようになっており、反転
入力端子にはスイッチ手段5の共通出力端子6が接続さ
れている。また基準電圧入力端子4には基準電圧Vref
が入力され、スイッチ手段5の制御端子9には先に述べ
たように、制御信号としてコンパレータ回路1の出力信
号Vo が入力されるように構成されていて、前記スイッ
チ手段5は、制御端子9がLレベルの時に第1の入力端
子7を、Hレベルの時に第2の入力端子8を選択するよ
うになっている。なお、3はコンパレータ回路1の出力
端子である。
【0018】次に、図1に示した実施の形態の動作につ
いて説明する。まず、上記のように構成されたヒステリ
シスコンパレータ回路においては、スイッチ手段5の第
1の入力端子7には、次式(5)で示す電圧が印加され
る。但し、R1 は第1の抵抗R1 の抵抗値、I1 は第1
の電流源10の電流値である。 Vref +R1 ×I1 ・・・・・・・・・・・・(5) また、同様にスイッチ手段5の第2の入力端子8には、
次式(6)で示す電圧が印加される。但し、R2 は第2
の抵抗R2 の抵抗値、I2 は第2の電流源11の電流値で
ある。 Vref −R2 ×I2 ・・・・・・・・・・・・(6)
【0019】ここで、Vin≫Vref ,つまりコンパレー
タ回路1の出力電圧Vo がHレベルの時を考えると、出
力電圧Vo がHレベルであるので、スイッチ手段5の制
御端子9にはHレベルの信号が入力される。これによ
り、スイッチ手段5は第2の入力端子8を選択するの
で、コンパレータ回路1の反転入力端子には、(6)式
で表される電圧が印加される。つまり、コンパレータ回
路1の出力電圧Vo がHレベルの時は、入力電圧Vin
と、(6)式で表されるスイッチ手段5の第2の入力端
子8の電圧、Vref −R2 ×I2 を比較している。
【0020】次に、入力電圧Vinが小さくなっていき、
Vin<Vref −R2 ×I2 となると、コンパレータ回路
1の出力電圧Vo はLレベルに反転する。このとき、ス
イッチ手段5の制御端子9にはLレベルの信号が入力さ
れるので、スイッチ手段5は第1の入力端子7を選択
し、コンパレータ回路1の反転入力端子には(5)式で
表される電圧が印加される。つまり、コンパレータ回路
1の出力電圧Vo がLレベルの時は、入力電圧Vinと、
(5)式で表されるスイッチ手段5の第1の入力端子7
の電圧、Vref +R1 ×I1 を比較している。
【0021】したがって、この第1の実施の形態では、
コンパレータ回路1の出力電圧Voでスイッチ手段5を
制御することで、コンパレータ回路1の反転入力端子に
入力される電圧を選択することになる。これにより、コ
ンパレータ回路1の出力電圧Vo がHレベルの時は、−
2 ×I2 ,Lレベルの時は、R1 ×I1 なるヒステリ
シス幅を、基準電圧Vref に対して設定することができ
る。このとき、(5),(6)式に示したように、ヒス
テリシス幅は第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2及び第1
の電流源10,第2の電流源11のそれぞれの値によっての
み決定されるので、基準電圧Vref 及びヒステリシス幅
をそれぞれ独立に、自由に設定することが可能である。
また、ヒステリシス幅への電源電圧の影響をなくすこと
もできる。更に、小さいヒステリシス幅を得るために
は、第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2 の値R1 ,R2
小さくする、又は、第1の電流源10,第2の電流源11の
出力電流I1 ,I2 の値を小さくすればよいため、集積
化に不利な高抵抗は不要になるという利点も得られる。
【0022】次に、図2に基づいて第2の実施の形態に
ついて説明する。図2において、図1に示した第1の実
施の形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号
を付して示している。この実施の形態に係るヒステリシ
スコンパレータ回路は、ヒステリシス幅を決定する第1
の抵抗R1 ,第2の抵抗R2 及び電流値I1 を出力する
第1の電流源10,電流値I2 を出力する第2の電流源11
とを備え、更に第1の差動増幅回路14、第2の差動増幅
回路15、第1のカレントミラー回路16、電流値I3 を出
力する第1の定電流源18、電流値I4 を出力する第2の
定電流源19、第1及び第2の定電流源18,19を制御する
第1のスイッチ20及び第2のスイッチ21、第1及び第2
のスイッチを制御するスイッチ制御手段22、及び第1及
び第2の差動増幅回路14,15の出力を増幅する増幅手段
17を備えている。
【0023】そして、第1の差動増幅回路14を構成する
第1及び第2のPNPトランジスタQ1,Q2のエミッ
タ端子を共に、一端が電源VDDに接続された第1の定電
流源13の他端に第1のスイッチ20を介して接続してお
り、また第2の差動増幅回路15を構成する第3及び第4
のPNPトランジスタQ3,Q4のエミッタ端子を共
に、一端が電源VDDに接続された第2の定電流源21の他
端に第2のスイッチ21を介して接続している。そして、
第1及び第2の差動増幅回路14,15において、第2及び
第3のトランジスタQ2,Q3のベース端子に信号入力
端子2から入力電圧Vinを印加し、第1のトランジスタ
Q1のベース端子は、一端が基準電圧Vrefに接続され
た第1の抵抗R1 の他端と、一端が電源VDDに接続され
た第1の電流源10の他端とに接続し、また第4のトラン
ジスタQ4のベース端子は、一端が基準電圧Vref に接
続された第2の抵抗R2 の他端と、一端が接地された第
2の電流源11の他端とに接続されている。
【0024】また第2及び第3のトランジスタQ2,Q
3のコレクタ端子と第1のカレントミラー回路16の入力
端子16aとを接続し、第1及び第4のトランジスタQ
1,Q4のコレクタ端子と第1のカレントミラー回路16
の出力端子16bと増幅手段17の入力端子とを接続し、増
幅手段17の出力端子3からコンパレータ回路の出力信号
Vo を取り出すように構成されている。そして増幅手段
17の出力信号Vo をスイッチ制御手段22の入力端子に接
続し、スイッチ制御手段22の第1の出力端子22aで第1
のスイッチ20の制御を行い、スイッチ制御手段22の第2
の出力端子22bで第2のスイッチ21の制御を行うように
構成されている。
【0025】なお、第1及び第2のスイッチ20,21を制
御するスイッチ制御手段22は、入力端子にHレベルの信
号が入力されると、第1の出力端子22aに第1のスイッ
チ20をオフにする信号を、第2の出力端子22bに第2の
スイッチ21をオンにする信号をそれぞれ出力し、入力端
子Lレベルの信号が入力されると、第1の出力端子22a
に第1のスイッチ20をオンにする信号を、第2の出力端
子22bに第2のスイッチ21をオフにする信号をそれぞれ
出力するように構成されているものとする。また増幅手
段17は、入力端子に電流が流れ込むと出力信号がHレベ
ルに、電流が流れ込まないと出力信号がLレベルになる
ように構成されているものとする。
【0026】次に、このように構成されている第2の実
施の形態の動作について説明する。まず、この実施の形
態に係るヒステリシスコンパレータ回路においては、第
1のトランジスタQ1のベース端子には、次式(7)で
示す電圧が印加される。 Vref +R1 ×I1 ・・・・・・・・・・・・(7) また、同様に第4のトランジスタQ4のベース端子に
は、次式(8)で示す電圧が印加される。 Vref −R2 ×I2 ・・・・・・・・・・・・(8)
【0027】ここで、Vin≫Vref の場合を考えると、
後述するように出力電圧Vo にHレベルが出力され、第
2の差動増幅回路15が選択されている。このとき、第3
のトランジスタQ3はオフ、第4のトランジスタQ4は
オンとなっているので、第2の定電流源19から供給され
るバイアス電流は、第4のトランジスタQ4に流れる。
このとき、第1のカレントミラー回路16の入力端子16a
には電流が流れず、第1のカレントミラー回路16はオフ
となるので、第4のトランジスタQ4のコレクタ端子か
ら増幅手段17の入力端子に電流が流れ込み、出力電圧V
o はHレベルとなる。
【0028】このとき、スイッチ制御手段22にはHレベ
ルの信号が入力されるので、第1のスイッチ20はオフ、
第2のスイッチ21はオンとなり、第1の差動増幅回路14
にはバイアス電流が流れないのでオフとなり、第2の差
動増幅回路15が選択される。つまり、出力電圧Vo がH
レベルの時は、第2の差動増幅回路15が選択され、入力
電圧Vinと(8)式で表される電圧、Vref −R2 ×I
2 を比較している。
【0029】次に、入力電圧Vinが小さくなっていき、
Vin<Vref −R2 ×I2 となると、第3のトランジス
タQ3がオン、第4のトランジスタQ4がオフとなり、
第1のカレントミラー回路16の入力端子16aに電流が流
れ、第1のカレントミラー回路16が動作する。このと
き、増幅手段17の入力端子に電流は流れ込まないので、
出力電圧Vo はLレベルとなり、スイッチ制御手段22に
もLレベルの信号が入力される。これにより、第1のス
イッチ20がオン、第2のスイッチ21がオフとなるので、
第2の差動増幅回路15にはバイアス電流が流れないので
オフとなり、第1の差動増幅回路14が選択される。つま
り、出力電圧Vo がLレベルの時は、第1の差動増幅回
路14が選択され、入力電圧Vinと(7)式で表される電
圧、Vref+R1 ×I1 を比較している。
【0030】したがって、この第2の実施の形態では、
コンパレータ回路の出力電圧Vo でスイッチ制御手段22
を制御し、第1のスイッチ20及び第2のスイッチ21を制
御することで、第1の差動増幅回路14と第2の差動増幅
回路15のどちらかを選択することになる。出力電圧Vo
がHレベルの時は、−R2 ×I2 ,Lレベルの時は、R
1 ×I1 なるヒステリシス幅を、基準電圧Vref に対し
て設定することができる。このとき、(7),(8)式
に示したように、ヒステリシス幅は第1の抵抗R1 ,第
2の抵抗R2 及び第1の電流源10,第2の電流源11のそ
れぞれの値によってのみ決定されるので、基準電圧Vre
f 及びヒステリシス幅をそれぞれ独立に、自由に設定す
ることが可能である。
【0031】また、ヒステリシス幅への電源電圧の影響
をなくすこともできる。更に、小さいヒステリシス幅を
得るためには、第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2 の値R
1 ,R2 を小さくする、又は、第1の電流源10,第2の
電流源11の出力電流I1 ,I 2 の値を小さくすればよい
ため、集積化に不利な高抵抗は不要になるという利点も
得られる。
【0032】次に、図3に示す本発明のヒステリシスコ
ンパレータ回路の更に具体的な構成例を第3の実施の形
態として説明する。図3において、図1又は図2に示し
た第1又は第2の実施の形態の構成要素と同一又は対応
する構成要素には同一の符号を付して示している。図3
に示すヒステリシスコンパレータ回路は、ヒステリシス
幅を決定する第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2 及び電流
値I1 を出力する第1の電流源10,電流値I2 を出力す
る第2の電流源11の他に、第1の差動増幅回路14、第2
の差動増幅回路15、第1のカレントミラー回路16、回路
にバイアス電流を供給する第2のカレントミラー回路1
3、入力段の第1及び第2の差動増幅回路14,15を切り
替えるためのスイッチ制御手段22、及び差動増幅回路1
4,15の出力を増幅する増幅手段17を備えている。
【0033】そして、第2のカレントミラー回路13にお
いては、該第2のカレントミラー回路13を構成する第1
3,第14,第15,第16,第17,第18のPNPトランジス
タQ13,Q14,Q15,Q16,Q17,Q18のベース端子と
第13のトランジスタQ13のコレクタ端子とを接続し、第
13のトランジスタQ13のコレクタ端子にはバイアス電流
BIASを印加している。また第13のトランジスタQ13の
エミッタ端子を第8の抵抗R8 を介して電源VDDに接続
し、第14のトランジスタQ14のエミッタ端子を第9の抵
抗R9 を介して電源VDDに接続し、第15のトランジスタ
Q15のエミッタ端子を第10の抵抗R10を介して電源VDD
に接続し、第16のトランジスタQ16のエミッタ端子を第
11の抵抗R11を介して電源VDDに接続し、第17のトラン
ジスタQ17のエミッタ端子を第12の抵抗R12を介して電
源VDDに接続し、第18のトランジスタQ18のエミッタ端
子を第13の抵抗R13を介して電源VDDに接続している。
【0034】また、第1の差動増幅回路14を構成する第
1及び第2のPNPトランジスタQ1,Q2のエミッタ
端子と、バイアス電流を供給する第14のトランジスタQ
14のコレクタ端子とを接続し、第2の差動増幅回路15を
構成する第3及び第4のPNPトランジスタQ3,Q4
のエミッタ端子と、バイアス電流を供給する第15のトラ
ンジスタQ15のコレクタ端子とを接続している。そし
て、第2及び第3のトランジスタQ2,Q3のベース端
子には、共に入力電圧Vinが印加され、第1のトランジ
スタQ1のベース端子は、一端が基準電圧Vref に接続
された第1の抵抗R1 の他端と、一端が電源VDDに接続
された第1の電流源10の他端とに接続されている。また
第4のトランジスタQ4のベース端子は、一端が基準電
圧Vref に接続された第2の抵抗R2 の他端と、一端が
接地された第2の電流源11の他端とに接続されている。
【0035】第1のカレントミラー回路16を構成する第
5,第6のNPNトランジスタQ5,Q6のベース端子
と第5のトランジスタQ5のコレクタ端子とを接続し、
第5,第6のトランジスタQ5,Q6のエミッタ端子を
接地し、第2,第3のトランジスタQ2,Q3のコレク
タ端子と第1のカレントミラー回路16の入力端である第
5のトランジスタQ5のコレクタ端子とを接続し、第
1,第4のトランジスタQ1,Q4のコレクタ端子と、
第1のカレントミラー回路16の出力端である第6のトラ
ンジスタQ6のコレクタ端子と、増幅手段17の第7のN
PNトランジスタQ7のベース端子とを接続している。
【0036】増幅手段17を構成する第7,第9,第11,
第12のNPNトランジスタQ7,Q9,Q11,Q12のエ
ミッタ端子を接地し、またスイッチ制御手段22を構成す
る第8,第10のNPNトランジスタQ8,Q10のエミッ
タ端子を接地している。第7のトランジスタQ7のコレ
クタ端子は、バイアス電流を供給する第16のトランジス
タQ16のコレクタ端子に接続すると共に、第3の抵抗R
3 を介して第9のトランジスタQ9のベース端子に、同
じく第4の抵抗R4 を介して第8のトランジスタQ8の
ベース端子にそれぞれ接続し、また第8のトランジスタ
Q8のコレクタ端子と第15のトランジスタQ15のエミッ
タ端子とを接続している。
【0037】第9のトランジスタQ9のコレクタ端子
は、バイアス電流を供給する第17のトランジスタQ17の
コレクタ端子に接続すると共に、第5の抵抗R5 を介し
て第11のトランジスタQ11のベース端子に、同じく第6
の抵抗R6 を介して第10のトランジスタQ10のベース端
子にそれぞれ接続している。また第10のトランジスタQ
10のコレクタ端子と第14のトランジスタQ14のエミッタ
端子とを接続し、また第11のトランジスタQ11のコレク
タ端子と、バイアス電流を供給する第18のトランジスタ
Q18のコレクタ端子と、第12のトランジスタQ12のベー
ス端子とを接続している。そして、第12のトランジスタ
Q12のコレクタ端子は第7の抵抗R7 を介して電源VDD
に接続し、出力電圧Vo は第12のトランジスタQ12のコ
レクタに接続された出力端子3より取り出すように構成
されている。
【0038】次に、上記のように構成された第3の実施
の形態に係るヒステリシスコンパレータ回路の動作につ
いて説明する。信号入力端子2から第2,第3のトラン
ジスタQ2,Q3のベース端子に入力される入力電圧V
inが、基準電圧Vref より十分大きいとき、つまりVin
≫Vref のとき、後述するスイッチ制御手段22の第8,
第10のトランジスタQ8,Q10の動作により、第14のト
ランジスタQ14からバイアス電流が供給されないので、
入力段は第2の差動増幅回路15が選択される。このと
き、第4のトランジスタQ4のベース端子には、次式
(9)で示す電圧が印加される。 Vref −R2 ×I2 ・・・・・・・・・・・・(9)
【0039】Vin≫Vref であるので、第3のトランジ
スタQ3はオフ、第4のトランジスタQ4はオンの状態
となっていて、第15のトランジスタQ15より供給される
バイアス電流は、第4のトランジスタQ4にのみ流れ
る。このとき、第3のトランジスタQ3がオフしている
ので、第1のカレントミラー回路16もオフしている。よ
って、第15のトランジスタQ15より供給されるバイアス
電流は、第4のトランジスタQ4を流れて、第7のトラ
ンジスタQ7のベース端子に流れ込む。
【0040】このとき、第7のトランジスタQ7はオン
するので、第16のトランジスタQ16より供給されるバイ
アス電流は、全て第7のトランジスタQ7のコレクタ端
子に流れ込み、第3,第4の抵抗R3 ,R4 には電流が
流れず、第8,第9のトランジスタQ8,Q9のベース
端子にも電流は流れない。よって、第8,第9のトラン
ジスタQ8,Q9は共にオフとなる。第9のトランジス
タQ9がオフであるので、第17のトランジスタQ17より
供給されるバイアス電流は、第5,第6の抵抗R5 ,R
6 の抵抗比により分割されて、第10,第11のトランジス
タQ10,Q11のベース端子にそれぞれ流れ込む。よっ
て、第10,第11のトランジスタQ10,Q11はオンする。
【0041】ここで、第5,第6の抵抗R5 ,R6 は、
第17のトランジスタQ17から供給されるバイアス電流
を、第10,第11のトランジスタQ10,Q11のそれぞれの
ベース端子に振り分ける役割をしている。なお、前述し
た第3,第4の抵抗R3 ,R4も同様の役割を有してい
る。
【0042】第10のトランジスタQ10がオンすることに
より、第14のトランジスタQ14のエミッタ端子に接続さ
れる第9の抵抗R9 から、第10のトランジスタQ10のコ
レクタ端子に電流が流れるので、第14のトランジスタQ
14のエミッタ電位が低下し、第14のトランジスタQ14は
オフとなる。これにより、第14のトランジスタQ14はバ
イアス電流を供給しないので、第1の差動増幅回路14は
動作しない。また、第11のトランジスタQ11がオンして
いるので、第18のトランジスタQ18により供給されるバ
イアス電流は、第11のトランジスタQ11のコレクタ端子
に流れ込み、第12のトランジスタQ12のベース端子に電
流は流れない。よって、第12のトランジスタQ12はオフ
し、出力端子3には出力電圧Vo としてHレベルの出力
が現れる。
【0043】次に、入力電圧Vin小さくなっていき、V
in<Vref −R2 ×I2 となると、第3のトランジスタ
Q3がオンし、第4のトランジスタQ4がオフする。こ
のとき、第15のトランジスタQ15より供給されるバイア
ス電流は、第3のトランジスタQ3を流れ、第1のカレ
ントミラー回路16の入力側に流れ込む。これにより第1
のカレントミラー回路16が動作し、第7のトランジスタ
Q7のベース端子には電流が流れないので、第7のトラ
ンジスタQ7はオフする。よって、第16のトランジスタ
Q16からのバイアス電流は、第3,第4の抵抗R3 ,R
4 の抵抗比により分割されて、第8,第9のトランジス
タQ8,Q9のベース端子にそれぞれ流れ込む。これに
より、第8,第9のトランジスタQ8,Q9はオンす
る。
【0044】第9のトランジスタQ9がオンすること
で、第17のトランジスタQ17より供給されるバイアス電
流は全て第9のトランジスタQ9のコレクタ端子に流れ
込み、第5,第6の抵抗R5 ,R6 には電流が流れず、
第10,第11のトランジスタQ10,Q11のベース端子にも
電流ば流れない。よって、第10,第11のトランジスタQ
10,Q11は共にオフとなる。第8のトランジスタQ8が
オン、第10のトランジスタQ10がオフとなり、これによ
り第15のトランジスタQ15がオフ、第14のトランジスタ
Q14がオンとなるので、第2の差動増幅回路15はオフと
なり、第1の差動増幅回路14が選択される。このとき、
第1のトランジスタQ1のベース端子には、次式(10)
で示す電圧が印加されている。 Vref +R1 ×I1 ・・・・・・・・・・・・(10)
【0045】そして、第11のトランジスタQ11がオフし
ているので、第18のトランジスタQ18より供給されるバ
イアス電流は第12のトランジスタQ12のベース端子に流
れ込む。よって、第12のトランジスタQ12はオンし、出
力端子3には出力電圧Vo としてLレベルの出力が現れ
る。
【0046】この実施の形態に係るヒステリシスコンパ
レータ回路では、コンパレータ回路の出力電圧Vo がH
レベルの時は、スイッチ制御手段22の第10のトランジス
タQ10がオン、第8のトランジスタQ8がオフとなり、
第2の差動増幅回路15を選択し、Lレベルの時は、スイ
ッチ制御手段22の第10のトランジスタQ10がオフ、第8
のトランジスタQ8がオンとなり、第1の差動増幅回路
14を選択する。このスイッチ制御手段22の動作により、
出力電圧Vo がHレベルの時は、入力電圧VinとVref
−R2 ×I2 なる電圧を比較し、出力電圧Vo がLレベ
ルの時は、入力電圧VinとVref +R1 ×I1 なる電圧
を比較することになるので、基準電圧Vref に対して、
−R2 ×I2 又はR1 ×I1 なるヒステリシス幅が設定
される。
【0047】このとき、(9),(10)式に示したよう
に、ヒステリシス幅は第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2
及び第1の電流源10,第2の電流源11のそれぞれの値に
よってのみ決定されるので、基準電圧Vref 及びヒステ
リシス幅をそれぞれ独立に、自由に設定することが可能
になる。また、ヒステリシス幅への電源電圧の影響をな
くすこともできる。更に、小さいヒステリシス幅を得る
ためには、第1の抵抗R1 ,第2の抵抗R2 の値R1
2 を小さくする、又は、第1の電流源10,第2の電流
源11の出力電流I1 ,I2 の値を小さくすればよいた
め、集積化に不利な高抵抗は不要になるという利点も得
られる。
【0048】なお、図1,図2及び図3に示した第1〜
第3の実施の形態では、正論理のヒステリシスコンパレ
ータ回路を構成したものを示しているが、図1に示した
第1の実施の形態に係るヒステリシスコンパレータ回路
は、図4に示すように回路構成を変更して、スイッチ手
段5を制御端子9がHレベルの時に第1の入力端子7
を、Lレベルの時に第2の入力端子8を選択するように
し、また図2に示した第2の実施の形態に係るヒステリ
シスコンパレータ回路は、図5に示すように回路構成を
変更することにより、また図3に示した第3の実施の形
態に係るヒステリシスコンパレータ回路は、図6に示す
ように回路構成を変更することにより、それぞれ負論理
のヒステリシスコンパレータ回路を実現できることは言
うまでもない。
【0049】
【発明の効果】以上実施の形態に基づいて説明したよう
に、本発明によれば、ヒステリシス幅を抵抗と電流源の
値により決定することができ、基準電圧とヒステリシス
幅を独立して自由に設定することが可能で、ヒステリシ
ス幅が電源電圧に依存しないヒステリシスコンパレータ
回路を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るヒステリシスコンパレータ回路の
第1の実施の形態の構成を示す回路構成図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態の構成を示す回路構
成図である。
【図3】本発明に係るヒステリシスコンパレータ回路の
更に具体的な構成を示す第3の実施の形態の回路構成図
である。
【図4】第1の実施の形態の変形例を示す回路構成図で
ある。
【図5】第2の実施の形態の変形例を示す回路構成図で
ある。
【図6】第3の実施の形態の変形例を示す回路構成図で
ある。
【図7】コンパレータ回路の基本構成を説明するための
図である。
【図8】従来のコンパレータ回路における問題点を説明
するための図である。
【図9】従来のコンパレータ回路における他の問題点を
説明するための図である。
【図10】従来のヒステリシスコンパレータ回路の一例を
示す図である。
【図11】従来のヒステリシスコンパレータ回路における
ヒステリシス特性を示すグラフ図である。
【図12】従来のヒステリシスコンパレータ回路の動作を
説明するためのタイミング図である。
【符号の説明】
1 コンパレータ回路 2 信号入力端子 3 信号出力端子 4 基準電圧入力端子 5 スイッチ手段 6 スイッチ手段の出力端子 7 スイッチ手段の第1の入力端子 8 スイッチ手段の第2の入力端子 9 スイッチ手段の制御端子 10 第1の電流源 11 第2の電流源 12 ヒステリシス設定回路 13 第2のカレントミラー回路 14 第1の差動増幅回路 15 第2の差動増幅回路 16 第1のカレントミラー回路 17 増幅手段 18 第1の定電流源 19 第2の定電流源 20 第1のスイッチ 21 第2のスイッチ 22 スイッチ制御手段 Vref 基準電圧 Vin 入力電圧 Vo 出力電圧

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1及び第2の抵抗と第1及び第2の電
    流源と2つの電圧を選択するスイッチ手段とを有するヒ
    ステリシス設定回路と、反転入力端子と非反転入力端子
    と出力端子を有するコンパレータ回路とからなるヒステ
    リシスコンパレータ回路において、一端が基準電圧に接
    続された前記第1の抵抗の他端と一端が電源に接続され
    た前記第1の電流源の他端とを前記スイッチ手段の第1
    の入力端子に接続し、一端が前記基準電圧に接続された
    前記第2の抵抗の他端と一端が接地された前記第2の電
    流源の他端を前記スイッチ手段の第2の入力端子に接続
    し、前記スイッチ手段の出力端子を前記コンパレータ回
    路のいずれかの入力端子に接続し、前記コンパレータ回
    路の出力信号により前記スイッチ手段の切り替え制御を
    行うように構成したことを特徴とするヒステリシスコン
    パレータ回路。
  2. 【請求項2】 第1及び第2の抵抗を介して基準電圧が
    それぞれ印加され、且つ共通に入力電圧が印加される第
    1及び第2の差動増幅回路と、第1のカレントミラー回
    路と、第1及び第2の定電流源と、前記差動増幅回路の
    出力を増幅する増幅手段と、前記第1及び第2の定電流
    源の出力を制御する第1及び第2のスイッチと、前記増
    幅手段の出力により第1及び第2のスイッチを制御する
    制御信号を出力するスイッチ制御手段と、ヒステリシス
    幅を設定する第1及び第2の電流源とを備え、前記第1
    の差動増幅回路を構成する第1,第2のトランジスタの
    エミッタ端子を共に一端が電源に接続された前記第1の
    定電流源の他端に前記第1のスイッチを介して接続し、
    前記第2の差動増幅回路を構成する第3,第4のトラン
    ジスタのエミッタ端子を共に一端が電源に接続された前
    記第2の定電流源の他端に前記第2のスイッチを介して
    接続し、前記第2,第3のトランジスタのベース端子に
    入力電圧を印加し、前記第1のトランジスタのベース端
    子には一端が前記基準電圧に接続された前記第1の抵抗
    の他端と、一端が電源に接続された前記第1の電流源の
    他端とを接続し、前記第4のトランジスタのベース端子
    には一端が前記基準電圧に接続された前記第2の抵抗の
    他端と、一端が接地された前記第2の電流源の他端とを
    接続し、前記第2,第3のトランジスタのコレクタ端子
    と前記第1のカレントミラー回路の入力とを接続し、前
    記第1,第4のトランジスタのコレクタ端子には前記カ
    レントミラー回路の出力と、前記増幅手段の入力とを接
    続し、前記増幅手段の出力を前記スイッチ制御手段の入
    力に接続し、前記スイッチ制御手段の第1の出力で前記
    第1のスイッチの制御を行い、前記スイッチ制御手段の
    第2の出力で前記第2のスイッチの制御を行うように構
    成したことを特徴とするヒステリシスコンパレータ回
    路。
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