【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流ピーク検出装置および電流微分装置、特に半導体電子回路における電流のピーク検出回路および微分回路、に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＬＳＩ等の電子回路における低電圧化（低電源電圧化）が進み、回路には低電圧動作が求められている。従来から、信号のピーク検出や微分には、抵抗とコンデンサと演算増幅器（オペアンプ）からなる微分回路が用いられている。
【０００３】
従来例として、演算増幅器を用いた微分回路およびピーク検出回路を図４に示す。微分回路は、コンデンサ４０１、抵抗４０２、演算増幅器４０３から構成される。さらに演算増幅器４０３の出力を比較器４０４に入力することによりピーク検出回路となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電源電圧が低下すると高性能な演算増幅器が使用できなくなるため、従来例の回路では低電圧動作時に高速な信号のピーク検出や微分は困難である。
【０００５】
本発明は、高性能な演算増幅器を使用せずに低電圧で信号のピーク検出や微分を行うことができる装置を提供すること、を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明は、信号を電流振幅で処理する電流モード処理を用い、以下のような手段を用いたことを特徴としている。
【０００７】
本発明の電流ピーク検出装置においては、信号電流を入力して端子１０１および端子１０２に電流を供給する第一の電流ミラー手段１１１と、端子１０１の電流を入力し端子１０３に電流を供給する第二の電流ミラー手段１１２と、端子１０２と端子１０３の間に接続されるインダクタ１１３と、インダクタ１１３の両端の電圧を比較する比較手段１１４と、から構成されることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の電流微分装置においては、前記電流ピーク検出装置の前記比較手段にかえて、出力を増強する増幅手段を用いることによって信号電流の微分を出力することを特徴としている。
【０００９】
以上の手段により、高性能な演算増幅器を使用せずに、低電圧動作で信号のピーク検出および微分を高速に行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１を用いて本発明を説明する。
入力電流ｉに対応する電流を、第一の電流ミラー手段１１１によりインダクタ１１３に供給する。このとき、第一の電流ミラー手段１１１を構成するトランジスタのサイズに比率ｋをもたせることにより、インダクタ１１３に入力電流ｉのｋ倍の電流（ｋｉ）を流すこともできる。
入力電流ｉの変化はインダクタ１１３の両端に発生する逆起電圧Ｅとなる。
すなわち、Ｅ＝−Ｌ（ｄｋｉ／ｄｔ）である。ただし、Ｌはインダクタ１１３の自己インダクタンスである。この逆起電圧の正負を比較手段１１４により検出すれば、逆起電圧Ｅが負から正に変化するときは極大ピークであり、正から負に変化するときは極小ピークとなる。これにより、電流のピークが検出できる。
【００１１】
一方、第一の電流ミラー手段１１１の出力電流は第二の電流ミラー手段１１２にも供給され、第二の電流ミラー手段１１２はインダクタ１１３に例えば−ｋｉの電流を供給する。通常、入力電流ｉのフルスケールは単位電流の数十倍から数百倍のレンジをとる。電流値が小さいところと大きいところで逆起電圧Ｅの基準電位が大きく変化してしまうと、逆起電圧Ｅを検出するための比較手段の入力の動作点が大きく変化し、比較手段の設計が難しくなる。しかし、本発明のように、インダクタ１１３に、第一の電流ミラー手段１１１が供給する電流と同様に変化する電流、例えば−ｋｉ、を第二の電流ミラー手段１１２が供給するようにすれば、インダクタ１１３の逆起電圧Ｅの基準電位の変動を小さく抑えることができる。
【００１２】
また、上記の比較手段１１４のかわりに増幅手段を用いれば、図１の装置は電流微分装置になる。
【００１３】
このように、電流ミラー手段とインダクタを用いることによって、信号のピーク検出および微分を行うことができるので、高性能な演算増幅器を使わずに済み、低電圧動作できる。また、第二の電流ミラー手段を用いることによって、インダクタの逆起電圧の基準電位を安定させることができる。
【００１４】
【実施例】
本発明の実施例について説明する。
【００１５】
図２に、本発明の電流ピーク検出装置の一実施例を示す。
インダクタ２１３に並列に接続されているダイオード２２４、２２５は過大な逆起電圧が発生するのを制限するためのリミッタとしてはたらく。比較器２１４の入力に接続されている抵抗２２１、２２２は比較器２１４の入力容量などの寄生容量とともに、比較器２１４への入力周波数を制限し、発振や比較器の出力のばたつきを抑えるためのものである。インダクタ２１３と直列に接続された抵抗２２３は、比較器２１４のオフセットを調整するためのものである。
【００１６】
本発明をＬＳＩに適用する場合、ＬＳＩ上に大きな値のインダクタを構成するのは困難であるので、インダクタは外付けするのが現実的である。しかし、インダクタの使用個数が少なければ、大きなデメリットとはならない。また、外付けにより、外部でインダクタと直列に抵抗を付加することができるようになり、比較器のオフセットを調整することができる。また、同時にインダクタと寄生素子による共振を防止するためのフィルタを外部で付加することができる。
【００１７】
図３に、本発明の電流微分装置の一実施例を示す。
これは図２の比較器２１４を増幅器３００で置き換えたものである。増幅器３００はトランジスタ３３０、３３１と電流源３３２、３３３による２つのソース・フォロワで構成されている。これにより、演算増幅器を用いずに電流の微分値が電圧出力される。出力を大きくするには、大きな自己インダクタンスＬのインダクタを用いるか、電流ミラー回路の比率ｋを大きくすればよい。
【００１８】
以上の実施例において、トランジスタにＭＯＳＦＥＴを用いているが、その他の種類のトランジスタ、例えば、バイポーラトランジスタを用いても、同様に電流ミラー回路や増幅器などを構成できる。また、電流ミラー回路においても、トランジスタを縦積みすることにより高精度化を図った電流ミラー回路を用いることもできる。また、入力電流の向きを変えたい場合は、電流ミラー回路のトランジスタを相補のトランジスタに置き換え、さらに電源を逆にすることにより同様の回路が得られる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の電流ピーク検出装置および電流微分装置は、電流ミラー手段とインダクタによる電流モード処理を用いたことにより、高性能な演算増幅器を用いずに済む。その結果、低電圧でも信号のピーク検出および微分を高速に行うことができる。また、インダクタの逆起電圧の基準電位の変動が抑えられるので、装置に用いる比較器または増幅器の入力段の設計が容易になる。
【００２０】
したがって、本発明は、低電圧で高速に動作するピーク検出装置および微分装置に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電流ピーク検出装置および電流微分装置である。
【図２】本発明の電流ピーク検出装置の一実施例である。
【図３】本発明の電流微分装置の一実施例である。
【図４】従来例の微分回路およびピーク検出回路である。
【符号の説明】
１０１、１０２、１０３ 端子
１１１、１１２ 電流ミラー手段
１１３、２１３ インダクタ
１１４ 比較手段または増幅手段
２２１、２２２、２２３ 抵抗
２２４、２２５ ダイオード
３００ 増幅器
３３０、３３１ トランジスタ
３３２、３３３ 電流源
４０１ コンデンサ
４０２ 抵抗
４０３ 演算増幅器
４０４ 比較器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a current peak detecting device and a current differentiating device, and more particularly to a current peak detecting circuit and a differentiating circuit in a semiconductor electronic circuit.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, lowering the voltage (lower power supply voltage) of electronic circuits such as LSIs has progressed, and circuits are required to operate at lower voltages. Conventionally, a differential circuit including a resistor, a capacitor, and an operational amplifier (op-amp) has been used for peak detection and differentiation of a signal.
[0003]
As a conventional example, a differentiating circuit and a peak detecting circuit using an operational amplifier are shown in FIG. The differentiating circuit includes a capacitor 401, a resistor 402, and an operational amplifier 403. Further, by inputting the output of the operational amplifier 403 to the comparator 404, it becomes a peak detection circuit.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the power supply voltage is reduced, a high-performance operational amplifier cannot be used. Therefore, it is difficult for the conventional circuit to detect a high-speed signal peak and differentiate at a low voltage operation.
[0005]
An object of the present invention is to provide a device capable of detecting and differentiating a signal peak at a low voltage without using a high-performance operational amplifier.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present invention is characterized by using current mode processing for processing a signal with a current amplitude and using the following means.
[0007]
In the current peak detection device of the present invention, a first current mirror unit 111 that inputs a signal current and supplies a current to the terminals 101 and 102 and a second current mirror unit that inputs a current of the terminal 101 and supplies a current to the terminal 103. It is characterized by comprising two current mirror means 112, an inductor 113 connected between the terminal 102 and the terminal 103, and a comparing means 114 for comparing the voltage between both ends of the inductor 113.
[0008]
Further, the current differentiator of the present invention is characterized in that the differential of the signal current is output by using an amplifying means for enhancing the output instead of the comparing means of the current peak detecting device.
[0009]
According to the above means, peak detection and differentiation of a signal can be performed at high speed with a low voltage operation without using a high-performance operational amplifier.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIG.
A current corresponding to the input current i is supplied to the inductor 113 by the first current mirror unit 111. At this time, by giving a ratio k to the size of the transistor constituting the first current mirror means 111, a current (ki) k times the input current i can be passed through the inductor 113.
The change in the input current i results in a back electromotive voltage E generated across the inductor 113.
That is, E = -L (dki / dt). Here, L is the self-inductance of the inductor 113. If the positive / negative of the back electromotive voltage is detected by the comparing means 114, the back electromotive voltage E has a maximum peak when changing from negative to positive, and has a minimum peak when changing from positive to negative. Thereby, the peak of the current can be detected.
[0011]
On the other hand, the output current of the first current mirror unit 111 is also supplied to the second current mirror unit 112, and the second current mirror unit 112 supplies a current of -ki to the inductor 113, for example. Normally, the full scale of the input current i ranges from tens to hundreds of times the unit current. If the reference potential of the back electromotive voltage E changes greatly between a small current value and a large current value, the operating point of the input of the comparing means for detecting the back electromotive voltage E changes greatly, making it difficult to design the comparing means. Become. However, as in the present invention, if the current that changes in the same manner as the current supplied by the first current mirror means 111, for example, -ki, is supplied to the inductor 113 by the second current mirror means 112, Variations in the reference potential of the back electromotive voltage E of the inductor 113 can be suppressed to a small value.
[0012]
If an amplifying means is used instead of the comparing means 114, the apparatus shown in FIG. 1 becomes a current differentiating apparatus.
[0013]
As described above, since the peak detection and differentiation of the signal can be performed by using the current mirror means and the inductor, the operation at a low voltage can be performed without using a high-performance operational amplifier. Also, by using the second current mirror means, the reference potential of the back electromotive voltage of the inductor can be stabilized.
[0014]
【Example】
An embodiment of the present invention will be described.
[0015]
FIG. 2 shows an embodiment of the current peak detection device of the present invention.
The diodes 224 and 225 connected in parallel to the inductor 213 serve as limiters for limiting the generation of an excessive back electromotive voltage. The resistors 221 and 222 connected to the input of the comparator 214, together with the parasitic capacitance such as the input capacitance of the comparator 214, limit the input frequency to the comparator 214 to suppress oscillation and flutter of the output of the comparator. Things. The resistor 223 connected in series with the inductor 213 is for adjusting the offset of the comparator 214.
[0016]
When the present invention is applied to an LSI, it is difficult to form a large-valued inductor on the LSI, so it is practical to externally attach the inductor. However, if the number of inductors used is small, there is no major disadvantage. In addition, by externally attaching a resistor, a resistor can be externally added in series with the inductor, and the offset of the comparator can be adjusted. At the same time, a filter for preventing resonance caused by the inductor and the parasitic element can be externally added.
[0017]
FIG. 3 shows an embodiment of the current differentiator according to the present invention.
This is obtained by replacing the comparator 214 in FIG. The amplifier 300 includes two source followers including transistors 330 and 331 and current sources 332 and 333. As a result, the differential value of the current is output as a voltage without using the operational amplifier. To increase the output, an inductor having a large self-inductance L may be used, or the ratio k of the current mirror circuit may be increased.
[0018]
Although a MOSFET is used as a transistor in the above embodiment, a current mirror circuit, an amplifier, and the like can be similarly formed using other types of transistors, for example, bipolar transistors. Further, also in the current mirror circuit, a current mirror circuit whose accuracy is improved by stacking transistors vertically can be used. To change the direction of the input current, a similar circuit can be obtained by replacing the transistor of the current mirror circuit with a complementary transistor and further reversing the power supply.
[0019]
【The invention's effect】
The current peak detecting device and the current differentiating device according to the present invention use the current mode processing by the current mirror means and the inductor, so that it is not necessary to use a high-performance operational amplifier. As a result, peak detection and differentiation of a signal can be performed at high speed even at a low voltage. In addition, since the fluctuation of the reference potential of the back electromotive voltage of the inductor is suppressed, the design of the input stage of the comparator or the amplifier used in the device is facilitated.
[0020]
Therefore, the present invention is suitable for a peak detector and a differentiator that operate at high speed at a low voltage.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a current peak detection device and a current differentiation device of the present invention.
FIG. 2 is an embodiment of a current peak detection device of the present invention.
FIG. 3 is an embodiment of a current differentiator according to the present invention.
FIG. 4 shows a conventional differentiation circuit and a peak detection circuit.
[Explanation of symbols]
101, 102, 103 Terminal 111, 112 Current mirror means 113, 213 Inductor 114 Comparison means or amplification means 221, 222, 223 Resistance 224, 225 Diode 300 Amplifier 330, 331 Transistor 332, 333 Current source 401 Capacitor 402 Resistance 403 Operational amplifier 404 comparator
