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JP2009177247A - Comparator - Google Patents

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JP2009177247A
JP2009177247A JP2008010788A JP2008010788A JP2009177247A JP 2009177247 A JP2009177247 A JP 2009177247A JP 2008010788 A JP2008010788 A JP 2008010788A JP 2008010788 A JP2008010788 A JP 2008010788A JP 2009177247 A JP2009177247 A JP 2009177247A
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transistor
current mirror
transistors
mirror circuit
drain
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JP2008010788A
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Inventor
Taro Isogai
太郎 磯貝
Koichi Yamaguchi
公一 山口
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Mitsumi Electric Co Ltd
Original Assignee
Mitsumi Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Mitsumi Electric Co Ltd filed Critical Mitsumi Electric Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a comparator capable of achieving the driving with low power supply voltage, low current consumption and high-speed operation. <P>SOLUTION: A current mirror circuit of the comparator consists of two pairs of circuits consisting of two transistors connected in series, and of the two transistors connected in series, the transistor connected to a power supply side or a ground side has a gate length longer than the gate length of the other transistor out of the two transistors connected in series. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、コンパレータに係り、特にカレントミラー回路を有するコンパレータに関する。   The present invention relates to a comparator, and more particularly to a comparator having a current mirror circuit.

近年では、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作の3つの特性を兼ね備えたコンパレータが望まれている。   In recent years, a comparator having three characteristics of low power supply voltage driving, low current consumption, and high-speed operation is desired.

以下に図面を参照して従来のコンパレータについて説明する。図2は、従来のコンパレータの構成の一例を示す回路図である。図2に示すコンパレータ10は、比較回路11、比較回路11の電流源となるカレントミラー回路12、比較回路11の出力と接続されたカレントミラー回路13とを有する。   A conventional comparator will be described below with reference to the drawings. FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of the configuration of a conventional comparator. 2 includes a comparison circuit 11, a current mirror circuit 12 serving as a current source of the comparison circuit 11, and a current mirror circuit 13 connected to the output of the comparison circuit 11.

比較回路11はトランジスタM1、トランジスタM2を有し、カレントミラー回路12は定電流源と接続されたトランジスタM3、トランジスタM4を有し、カレントミラー回路13はトランジスタM5、トランジスタM6を有する。尚トランジスタM1ないしトランジスタM4はnチャネルMOSトランジスタであり、トランジスタM5、トランジスタM6はpチャネルMOSトランジスタである。   The comparison circuit 11 includes transistors M1 and M2. The current mirror circuit 12 includes transistors M3 and M4 connected to a constant current source. The current mirror circuit 13 includes transistors M5 and M6. The transistors M1 to M4 are n-channel MOS transistors, and the transistors M5 and M6 are p-channel MOS transistors.

トランジスタM3及びトランジスタM4のゲートは接続されており、トランジスタM3のドレインと接続されている。トランジスタM3のドレインは、定電流源と接続されている。トランジスタM3、トランジスタM4のソースは接地されている。トランジスタM4のドレインは、トランジスタM1、トランジスタM2のソースと接続されている。   The gates of the transistor M3 and the transistor M4 are connected and connected to the drain of the transistor M3. The drain of the transistor M3 is connected to a constant current source. The sources of the transistors M3 and M4 are grounded. The drain of the transistor M4 is connected to the sources of the transistors M1 and M2.

トランジスタM1、トランジスタM2のゲートには、それぞれ入力信号が印加される。トランジスタM1のドレインにはトランジスタM5のドレインが接続され、トランジスタM2のドレインにはトランジスタM6のドレインが接続される。トランジスタM5、トランジスタM6のソースは電源電圧VDDと接続されており、トランジスタM5、トランジスタM6のゲートは接続されて、トランジスタM6のドレインと接続されている。コンパレータ10では、トランジスタM1のドレインとトランジスタM5のドレインの接続点の電圧をコンパレータ10の出力として出力する。   Input signals are respectively applied to the gates of the transistors M1 and M2. The drain of the transistor M1 is connected to the drain of the transistor M5, and the drain of the transistor M2 is connected to the drain of the transistor M6. The sources of the transistors M5 and M6 are connected to the power supply voltage VDD, and the gates of the transistors M5 and M6 are connected and connected to the drain of the transistor M6. The comparator 10 outputs the voltage at the connection point between the drain of the transistor M1 and the drain of the transistor M5 as the output of the comparator 10.

コンパレータ10では、トランジスタM1のゲートに印加される入力信号+INの電圧が、トランジスタM2のゲートに印加される入力信号−INの電圧よりも高いとき、出力はLレベルとなる。また入力信号+INの電圧が入力信号−INの電圧よりも低いとき、出力はHレベルとなる。   In the comparator 10, when the voltage of the input signal + IN applied to the gate of the transistor M1 is higher than the voltage of the input signal −IN applied to the gate of the transistor M2, the output becomes L level. Further, when the voltage of the input signal + IN is lower than the voltage of the input signal -IN, the output becomes H level.

このコンパレータ10では、例えばカレントミラー回路13を構成するトランジスタM5、トランジスタM6の製造上のばらつきにより、トランジスタM5、トランジスタM6のスレッショルド電圧にずれが生じることがある。この場合トランジスタM5のドレイン電流とトランジスタM6のドレイン電流にずれが生じ、正確なミラー比がとれずにオフセットが生じてしまう。更に電源電圧VDDの変動により、トランジスタM5、トランジスタM6のドレイン−ソース間電圧が変動した場合にも、正確なミラー比がとれずにオフセットが生じてしまう。またコンパレータ10において高速動作を行うためには、電圧利得を高める必要がある。   In the comparator 10, for example, the threshold voltages of the transistors M5 and M6 may be shifted due to manufacturing variations of the transistors M5 and M6 constituting the current mirror circuit 13. In this case, a deviation occurs between the drain current of the transistor M5 and the drain current of the transistor M6, and an accurate mirror ratio cannot be obtained and an offset occurs. Further, even when the drain-source voltages of the transistors M5 and M6 vary due to the fluctuation of the power supply voltage VDD, an accurate mirror ratio cannot be obtained and an offset occurs. Further, in order to perform high-speed operation in the comparator 10, it is necessary to increase the voltage gain.

そこで、図2に示すコンパレータ10を改良したものを図3に示す。図3は、従来のコンパレータの構成の別の例を示す回路図である。図3に示すコンパレータ10Aは、図2に示すコンパレータ10のカレントミラー回路13にカスコード接続を用いたものである。   FIG. 3 shows an improved version of the comparator 10 shown in FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing another example of the configuration of a conventional comparator. The comparator 10A shown in FIG. 3 uses a cascode connection for the current mirror circuit 13 of the comparator 10 shown in FIG.

コンパレータ10Aのカレントミラー回路13Aは、トランジスタM5、トランジスタM6のソースと電源電圧VDDとの間にトランジスタM7、トランジスタM8を設けた。トランジスタM7、トランジスタM8はpチャネルMOSトランジスタである。   In the current mirror circuit 13A of the comparator 10A, transistors M7 and M8 are provided between the sources of the transistors M5 and M6 and the power supply voltage VDD. Transistors M7 and M8 are p-channel MOS transistors.

トランジスタM7、トランジスタM8のソースは電源電圧VDDと接続されている。またトランジスタM7、トランジスタM8のゲートはそれぞれ接続されており、トランジスタM7のドレインと接続されている。トランジスタM7のドレインはトランジスタM5のソースと接続されている。トランジスタM8のドレインは、トランジスタM6のソースと接続されている。   The sources of the transistors M7 and M8 are connected to the power supply voltage VDD. The gates of the transistors M7 and M8 are connected to each other, and are connected to the drain of the transistor M7. The drain of the transistor M7 is connected to the source of the transistor M5. The drain of the transistor M8 is connected to the source of the transistor M6.

図3に示すコンパレータ10Aでは、トランジスタM7、トランジスタM8によりトランジスタM5、トランジスタM6の製造上のばらつきや電源電圧VDDの変動の影響を低減し、正確なミラー比をとることができる。またコンパレータ10Aにおいてカレントミラー回路13Aを能動負荷と考えた場合、能動負荷を高くすることができ、電圧利得を高めることができる。また電圧利得を高めることができるため、消費電流も小さくすることができる。   In the comparator 10A shown in FIG. 3, the transistor M7 and the transistor M8 can reduce the influence of the manufacturing variations of the transistors M5 and M6 and the fluctuation of the power supply voltage VDD, and can take an accurate mirror ratio. Further, when the current mirror circuit 13A is considered as an active load in the comparator 10A, the active load can be increased and the voltage gain can be increased. In addition, since the voltage gain can be increased, current consumption can be reduced.

尚特許文献1には、低電源電圧時に、電源電圧の変動、あるいはトランジスタのスレッショルド電圧の変動の影響が少ない、電源電流を低減した差動増幅回路が記載されている。
特開平7−154164号公報
Patent Document 1 describes a differential amplifier circuit with a reduced power supply current that is less affected by fluctuations in the power supply voltage or transistor threshold voltage when the power supply voltage is low.
JP 7-154164 A

しかしながら上記従来の図3に示す従来のコンパレータ10Aは、図2に示すコンパレータ10が接地と電源電圧VDDとの間に3つのトランジスタを接続する構成であるのに対し、接地と電源電圧VDDとの間に4つのトランジスタを接続する構成となる。したがって、例えばトランジスタを飽和領域で動作させるために必要なドレイン・ソース間電圧が約0.3Vである場合、コンパレータ10に必要な電源電圧が0.9Vであるのに対し、コンパレータ10Aでは電源電圧に1.2V必要となる。よってコンパレータ10Aでは、低電源電圧駆動を実現することができない。   However, the conventional comparator 10A shown in FIG. 3 is configured such that the comparator 10 shown in FIG. 2 connects three transistors between the ground and the power supply voltage VDD. The configuration is such that four transistors are connected between them. Therefore, for example, when the drain-source voltage required for operating the transistor in the saturation region is about 0.3 V, the power supply voltage required for the comparator 10 is 0.9 V, whereas in the comparator 10A, the power supply voltage is 1.2V is required. Therefore, the low power supply voltage drive cannot be realized with the comparator 10A.

本発明は上記事情を鑑みてこれを解決すべく成されたものであり、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現することが可能なコンパレータを提供することを目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a comparator capable of realizing low power supply voltage driving, low current consumption, and high-speed operation. .

本発明は、上記目的を達成するために以下の如き構成を採用した。   The present invention employs the following configuration in order to achieve the above object.

本発明のコンパレータは、比較回路(110)の電流源(160)と、
前記比較回路(110)の一方の出力に接続された第一のカレントミラー回路(130)と、
前記比較回路(110)の他方の出力に接続された第二のカレントミラー回路(140)と、
前記第一のカレントミラー回路(130)における前記比較回路(110)の一方から出力される電流に追従する出力電流を制御する第三のカレントミラー回路(150)と、を有し、
前記第二のカレントミラー回路(140)の出力において追従する側の出力と、前記第三のカレントミラー回路(150)において追従する側の出力とが接続されており、
該接続点の電圧が出力される構成により、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現することができる。
The comparator of the present invention includes a current source (160) of the comparison circuit (110),
A first current mirror circuit (130) connected to one output of the comparison circuit (110);
A second current mirror circuit (140) connected to the other output of the comparison circuit (110);
A third current mirror circuit (150) for controlling an output current following the current output from one of the comparison circuits (110) in the first current mirror circuit (130),
The output on the side that follows in the output of the second current mirror circuit (140) and the output on the side that follows in the third current mirror circuit (150) are connected,
With the configuration in which the voltage at the connection point is output, low power supply voltage driving, low current consumption, and high-speed operation can be realized.

また本発明のコンパレータにおいて、前記第一ないし第三のカレントミラー回路(130、140、150)は、直列に接続された2つのトランジスタから構成される2組の回路を有し、
前記第一のカレントミラー回路(130)及び前記第二のカレントミラー回路(140)において、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、電源側に接続されたトランジスタ(M16、M18、M20、M22)のゲート長が、接地側に接続されたトランジスタ(M17、M19、M21、M23)のゲート長より長く、
前記第三のカレントミラー回路(150)において、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、接地側に接続されたトランジスタ(M25、M27)のゲート長が、電源側に接続されたトランジスタ(M24、M26)のゲート長より長い構成としても良い。
In the comparator of the present invention, the first to third current mirror circuits (130, 140, 150) have two sets of circuits composed of two transistors connected in series,
In the first current mirror circuit (130) and the second current mirror circuit (140),
Of the two transistors connected in series, the gate length of the transistors (M16, M18, M20, M22) connected to the power supply side is the same as that of the transistors (M17, M19, M21, M23) connected to the ground side. Longer than the gate length,
In the third current mirror circuit (150),
Of the two transistors connected in series, the gate length of the transistors (M25, M27) connected to the ground side may be longer than the gate length of the transistors (M24, M26) connected to the power supply side. .

また本発明のコンパレータにおいて、前記電流源(160)は、
定電流源(105)とカレントミラー回路(120)により構成されても良い。
In the comparator of the present invention, the current source (160)
A constant current source (105) and a current mirror circuit (120) may be used.

また本発明のコンパレータにおいて、前記電流源(160)を構成するカレントミラー回路(120)は、
直列に接続された2つのトランジスタから構成される2組の回路を有し、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、接地側に接続されたトランジスタ(M13、M15)のゲート長が、電源側に接続されたトランジスタ(M12、M14)のゲート長より長い構成としても良い。
In the comparator of the present invention, the current mirror circuit (120) constituting the current source (160)
Having two sets of circuits composed of two transistors connected in series;
Of the two transistors connected in series, the gate length of the transistors (M13, M15) connected to the ground side may be longer than the gate length of the transistors (M12, M14) connected to the power supply side. .

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。   Note that the reference numerals in the parentheses are given for ease of understanding, are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.

本発明によれば、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現することができる。   According to the present invention, low power supply voltage driving, low current consumption, and high-speed operation can be realized.

本発明は、コンパレータの有するカレントミラー回路を、直列に接続された2つのトランジスタから構成される2組の回路により構成し、直列に接続された2つのトランジスタのうち電源側又は接地側に接続されたトランジスタのゲート長を、直列に接続された2つのトランジスタのうち他方のトランジスタのゲート長よりも長くすることにより、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現する。
(実施形態)
以下に図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図1は、本発明のコンパレータを示す回路図である。
In the present invention, the current mirror circuit of the comparator is composed of two sets of circuits composed of two transistors connected in series, and the two transistors connected in series are connected to the power supply side or the ground side. By setting the gate length of the transistor longer than the gate length of the other of the two transistors connected in series, low power supply voltage driving, low current consumption, and high speed operation are realized.
(Embodiment)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a circuit diagram showing a comparator of the present invention.

本発明のコンパレータ100は、比較回路110、カレントミラー回路130、140、150、電流源160を有する。   The comparator 100 of the present invention includes a comparison circuit 110, current mirror circuits 130, 140, 150, and a current source 160.

比較回路110は、定電流源105とカレントミラー回路120とから構成される電流源160から電流が供給されており、入力信号+INと入力信号−INが入力される。カレントミラー回路130は、比較回路110の一方の出力に接続されており、カレントミラー回路140は比較回路110の他方の出力に接続されている。カレントミラー回路150は、カレントミラー回路130の追従する側の出力と接続されている。カレントミラー回路150の追従する側の出力は、カレントミラー回路140の追従する側の出力と接続されており、この接続点の電圧がコンパレータ100の出力OUTとなる。   The comparison circuit 110 is supplied with a current from a current source 160 including a constant current source 105 and a current mirror circuit 120, and receives an input signal + IN and an input signal -IN. The current mirror circuit 130 is connected to one output of the comparison circuit 110, and the current mirror circuit 140 is connected to the other output of the comparison circuit 110. The current mirror circuit 150 is connected to the output on the tracking side of the current mirror circuit 130. The output on the tracking side of the current mirror circuit 150 is connected to the output on the tracking side of the current mirror circuit 140, and the voltage at this connection point becomes the output OUT of the comparator 100.

本実施形態のコンパレータ100は、入力信号+INの電圧が、入力信号−INの電圧よりも高いとき、出力OUTはHレベルとなる。また入力信号+INの電圧が入力信号−INの電圧よりも低いとき、出力OUTはLレベルとなる。   In the comparator 100 of the present embodiment, when the voltage of the input signal + IN is higher than the voltage of the input signal −IN, the output OUT becomes the H level. Further, when the voltage of the input signal + IN is lower than the voltage of the input signal −IN, the output OUT becomes L level.

以下に本実施形態のコンパレータ100を構成する各回路について説明する。   Hereinafter, each circuit constituting the comparator 100 of the present embodiment will be described.

比較回路110は、トランジスタM10、トランジスタM11を有する。トランジスタM10、トランジスタM11は、nチャネルMOSトランジスタである。トランジスタM10のゲートには入力信号+INが印加される。トランジスタM11のゲートには、入力信号−INが印加される。トランジスタM10のドレインはカレントミラー回路140の有するトランジスタM23のドレインと接続されている。トランジスタM11のドレインはカレントミラー回路130の有するトランジスタM17のドレインと接続されている。トランジスタM10とトランジスタM11のソースは接続されており、カレントミラー回路120の有するトランジスタM12のドレインと接続されている。   The comparison circuit 110 includes a transistor M10 and a transistor M11. The transistors M10 and M11 are n-channel MOS transistors. An input signal + IN is applied to the gate of the transistor M10. An input signal -IN is applied to the gate of the transistor M11. The drain of the transistor M10 is connected to the drain of the transistor M23 included in the current mirror circuit 140. The drain of the transistor M11 is connected to the drain of the transistor M17 included in the current mirror circuit 130. The sources of the transistors M10 and M11 are connected to each other, and are connected to the drain of the transistor M12 included in the current mirror circuit 120.

カレントミラー回路120は、トランジスタM12、トランジスタM13、トランジスタM14、トランジスタM15を有する。トランジスタM12ないしトランジスタM15はnチャネルMOSトランジスタである。   The current mirror circuit 120 includes a transistor M12, a transistor M13, a transistor M14, and a transistor M15. Transistors M12 to M15 are n-channel MOS transistors.

トランジスタM12のソースとトランジスタM13のドレインは接続されており、トランジスタM13のソースは接地されている。トランジスタM12、トランジスタM13、トランジスタM14、トランジスタM15のゲートはトランジスタM14のドレインと接続されている。トランジスタM14のドレインは、定電流源105に接続されており、トランジスタM14のソースはトランジスタM15のドレインと接続されている。トランジスタM15のソースは接地されている。   The source of the transistor M12 and the drain of the transistor M13 are connected, and the source of the transistor M13 is grounded. The gates of the transistors M12, M13, M14, and M15 are connected to the drain of the transistor M14. The drain of the transistor M14 is connected to the constant current source 105, and the source of the transistor M14 is connected to the drain of the transistor M15. The source of the transistor M15 is grounded.

カレントミラー回路130は、トランジスタM16、トランジスタM17、トランジスタM18、トランジスタM19を有する。トランジスタM16ないしトランジスタM19は、pチャネルMOSトランジスタである。トランジスタM16ないしトランジスタM19のゲートはトランジスタM17のドレインに接続されている。   The current mirror circuit 130 includes a transistor M16, a transistor M17, a transistor M18, and a transistor M19. Transistors M16 to M19 are p-channel MOS transistors. The gates of the transistors M16 to M19 are connected to the drain of the transistor M17.

トランジスタM16のソースは電源電圧VDDに接続されており、トランジスタM16のドレインはトランジスタM17のソースに接続されている。トランジスタM17のドレインは、比較回路110の有するトランジスタM11のドレインと接続されている。トランジスタM18のソースは電源電圧VDDに接続されており、トランジスタM18のドレインはトランジスタM19のソースに接続されている。トランジスタM19のドレインは、カレントミラー回路150の有するトランジスタM24のドレインに接続されている。   The source of the transistor M16 is connected to the power supply voltage VDD, and the drain of the transistor M16 is connected to the source of the transistor M17. The drain of the transistor M17 is connected to the drain of the transistor M11 included in the comparison circuit 110. The source of the transistor M18 is connected to the power supply voltage VDD, and the drain of the transistor M18 is connected to the source of the transistor M19. The drain of the transistor M19 is connected to the drain of the transistor M24 included in the current mirror circuit 150.

カレントミラー回路140は、トランジスタM20、トランジスタM21、トランジスタM22、トランジスタM23を有する。トランジスタM20ないしトランジスタM23は、pチャネルMOSトランジスタである。トランジスタM20ないしトランジスタM23のゲートはトランジスタM23のドレインに接続されている。   The current mirror circuit 140 includes a transistor M20, a transistor M21, a transistor M22, and a transistor M23. Transistors M20 to M23 are p-channel MOS transistors. The gates of the transistors M20 to M23 are connected to the drain of the transistor M23.

トランジスタM22のソースは電源電圧VDDに接続されており、トランジスタM22のドレインはトランジスタM23のソースに接続されている。トランジスタM23のドレインは、比較回路110の有するトランジスタM10のドレインと接続されている。トランジスタM20のソースは電源電圧VDDに接続されており、トランジスタM20のドレインはトランジスタM21のソースに接続されている。トランジスタM21のドレインは、カレントミラー回路150の有するトランジスタM26のドレインに接続されている。   The source of the transistor M22 is connected to the power supply voltage VDD, and the drain of the transistor M22 is connected to the source of the transistor M23. The drain of the transistor M23 is connected to the drain of the transistor M10 included in the comparison circuit 110. The source of the transistor M20 is connected to the power supply voltage VDD, and the drain of the transistor M20 is connected to the source of the transistor M21. The drain of the transistor M21 is connected to the drain of the transistor M26 included in the current mirror circuit 150.

カレントミラー回路150は、トランジスタM24、トランジスタM25、トランジスタM26、トランジスタM27を有する。トランジスタM24ないしトランジスタM27はnチャネルMOSトランジスタである。トランジスタM24ないしトランジスタM27のゲートはトランジスタM24のドレインに接続されている。   The current mirror circuit 150 includes a transistor M24, a transistor M25, a transistor M26, and a transistor M27. Transistors M24 to M27 are n-channel MOS transistors. The gates of the transistors M24 to M27 are connected to the drain of the transistor M24.

トランジスタM24のドレインはトランジスタM19のドレインに接続されており、トランジスタM24のソースはトランジスタM25のドレインに接続されている。トランジスタM25のソースは接地されている。トランジスタM26のドレインはトランジスタM21のドレインに接続されており、トランジスタM26のソースはトランジスタM27のドレインに接続されている。トランジスタM27のソースは接地されている。   The drain of the transistor M24 is connected to the drain of the transistor M19, and the source of the transistor M24 is connected to the drain of the transistor M25. The source of the transistor M25 is grounded. The drain of the transistor M26 is connected to the drain of the transistor M21, and the source of the transistor M26 is connected to the drain of the transistor M27. The source of the transistor M27 is grounded.

本発明のカレントミラー回路100では、カレントミラー回路130、140において、電源電圧VDD側に接続されたトランジスタM16、トランジスタM18、トランジスタM20、トランジスタM22のゲート長を、接地側に接続されたトランジスタM17、トランジスタM19、トランジスタM21、トランジスタM23のゲート長よりも長くした。具体的には、カレントミラー回路130、140において電源電圧VDD側に接続されたトランジスタのゲート長は、ゲート幅を同一とした場合に接地側に接続されたトランジスタのゲート長の約3倍程度となるようにした。   In the current mirror circuit 100 of the present invention, in the current mirror circuits 130 and 140, the gate lengths of the transistors M16, M18, M20, and M22 connected to the power supply voltage VDD side are set to the transistor M17 connected to the ground side. The gate lengths of the transistors M19, M21, and M23 are longer. Specifically, the gate length of the transistor connected to the power supply voltage VDD side in the current mirror circuits 130 and 140 is about three times the gate length of the transistor connected to the ground side when the gate width is the same. It was made to become.

またカレントミラー回路150において接地側に接続されたトランジスタM25、トランジスタM27のゲート長を電源側に接地されたトランジスタM24、トランジスタM26のゲート長よりも長くした。具体的には、接地側に接続されたトランジスタのゲート長は、ゲート幅を同一とした場合に電源側に接地されたトランジスタのゲート長の約3倍程度となるようにした。   In the current mirror circuit 150, the gate lengths of the transistors M25 and M27 connected to the ground side are made longer than the gate lengths of the transistors M24 and M26 grounded to the power supply side. Specifically, the gate length of the transistor connected to the ground side is set to be about three times the gate length of the transistor grounded to the power source side when the gate width is the same.

またコンパレータ100では、カレントミラー回路120においてもカレントミラー回路150の構成と同様に、接地側のトランジスタであるトランジスタM13、トランジスタM15のゲート長は、ゲート幅を同一とした場合にトランジスタM12、トランジスタM14のゲート長の約3倍程度となるようにした。   Further, in the comparator 100, similarly to the configuration of the current mirror circuit 150 in the current mirror circuit 120, the gate lengths of the transistors M13 and M15, which are transistors on the ground side, are the same when the gate width is the same. The gate length is about 3 times longer.

このように本実施形態のコンパレータ100では、カレントミラー回路130、カレントミラー回路140においてゲート長の長いトランジスタを電源電圧VDD側に設け、カレントミラー回路150においてゲート長の長いトランジスタを接地側に設けた構成により、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現している。   As described above, in the comparator 100 of this embodiment, in the current mirror circuit 130 and the current mirror circuit 140, a transistor having a long gate length is provided on the power supply voltage VDD side, and in the current mirror circuit 150, a transistor having a long gate length is provided on the ground side. The configuration realizes low power supply voltage drive, low current consumption, and high-speed operation.

まず始めに本実施形態のカレントミラー回路100における低電源電圧駆動の実現について説明する。   First, realization of low power supply voltage driving in the current mirror circuit 100 of the present embodiment will be described.

例えばカレントミラー回路130において、電源電圧VDD側に設けられたトランジスタM16のゲート長は、ゲート幅を同一とした場合にトランジスタM17のゲート長の約3倍程度とする。すると、トランジスタM16のピンチオフ電圧はトランジスタM17のピンチオフ電圧より小さくなり、トランジスタM16の方が先に飽和領域での動作を開始する。よってトランジスタM16のドレイン電流Id16は飽和電流となる。   For example, in the current mirror circuit 130, the gate length of the transistor M16 provided on the power supply voltage VDD side is about three times the gate length of the transistor M17 when the gate width is the same. Then, the pinch-off voltage of the transistor M16 becomes smaller than the pinch-off voltage of the transistor M17, and the transistor M16 starts the operation in the saturation region first. Therefore, the drain current Id16 of the transistor M16 becomes a saturation current.

カレントミラー回路130において、トランジスタM16のドレイン電流Id16とトランジスタM17のドレイン電流Id17の和は、比較回路110から出力される電流Irefにより決められる。よってトランジスタM16のドレイン電流Id16が飽和電流となった場合、トランジスタM17のドレイン電流Id17は必然的に小さくなる。このためトランジスタM17は非飽和領域で動作することとなり、トランジスタM17のドレイン・ソース間電圧は低下する。   In the current mirror circuit 130, the sum of the drain current Id16 of the transistor M16 and the drain current Id17 of the transistor M17 is determined by the current Iref output from the comparison circuit 110. Therefore, when the drain current Id16 of the transistor M16 becomes a saturation current, the drain current Id17 of the transistor M17 inevitably decreases. For this reason, the transistor M17 operates in a non-saturated region, and the drain-source voltage of the transistor M17 decreases.

よってカレントミラー回路130では、トランジスタM16のドレイン・ソース間電圧とトランジスタM17のドレイン・ソース間電圧との和を、トランジスタM16のピンチオフ電圧とほぼ同じ値とすることができる。尚本実施形態では、トランジスタM16のピンチオフ電圧を0.2V程度とした。よって本実施形態では、トランジスタM16のソースとトランジスタM17のドレイン間の電圧を0.2V程度とすることができる。   Therefore, in the current mirror circuit 130, the sum of the drain-source voltage of the transistor M16 and the drain-source voltage of the transistor M17 can be set to substantially the same value as the pinch-off voltage of the transistor M16. In this embodiment, the pinch-off voltage of the transistor M16 is about 0.2V. Therefore, in this embodiment, the voltage between the source of the transistor M16 and the drain of the transistor M17 can be about 0.2V.

トランジスタM18とトランジスタM19との関係は、トランジスタM16とトランジスタM17の関係と同様である。すなわちトランジスタM18のドレイン・ソース間電圧とトランジスタM19のドレイン・ソース間電圧の和を、トランジスタM18のピンチオフ電圧とほぼ同じ値とすることができる。   The relationship between the transistor M18 and the transistor M19 is the same as the relationship between the transistor M16 and the transistor M17. That is, the sum of the voltage between the drain and source of the transistor M18 and the voltage between the drain and source of the transistor M19 can be set to substantially the same value as the pinch-off voltage of the transistor M18.

カレントミラー回路140においても、カレントミラー回路130と同様である。すなわちトランジスタM20のドレイン・ソース間電圧とトランジスタM21のドレイン・ソース間電圧の和、トランジスタM22のドレイン・ソース間電圧とトランジスタM22のドレイン・ソース間電圧の和を、トランジスタM20のピンチオフ電圧、トランジスタM22のピンチオフ電圧と同じ値にできる。   The current mirror circuit 140 is the same as the current mirror circuit 130. That is, the sum of the drain-source voltage of the transistor M20 and the drain-source voltage of the transistor M21, the sum of the drain-source voltage of the transistor M22 and the drain-source voltage of the transistor M22, the pinch-off voltage of the transistor M20, and the transistor M22 The same value as the pinch-off voltage.

尚実施形態では、トランジスタM16、トランジスタM18、トランジスタM20、トランジスタM22のゲート長は同一であり、ピンチオフ電圧も同一とした。   In the embodiment, the gate lengths of the transistors M16, M18, M20, and M22 are the same, and the pinch-off voltages are also the same.

本実施形態のカレントミラー回路120、150においても、カレントミラー回路130、140と同様である。カレントミラー回路120においては、トランジスタM13、トランジスタM15のゲート長をトランジスタM12、トランジスタM14のゲート長よりも長くした。具体的には、トランジスタM13、トランジスタM15のピンチオフ電圧が0.2V程度となるように、トランジスタM13、トランジスタM15のゲート長を決定した。   The current mirror circuits 120 and 150 of this embodiment are the same as the current mirror circuits 130 and 140. In the current mirror circuit 120, the gate lengths of the transistors M13 and M15 are longer than the gate lengths of the transistors M12 and M14. Specifically, the gate lengths of the transistors M13 and M15 are determined so that the pinch-off voltages of the transistors M13 and M15 are about 0.2V.

またカレントミラー回路150では、トランジスタM25、トランジスタM27のゲート長をトランジスタM24、トランジスタM26のゲート長よりも長くした。具体的には、トランジスタM25、トランジスタM27のピンチオフ電圧が0.2V程度となるように、トランジスタM25、トランジスタM27のゲート長を決定した。   In the current mirror circuit 150, the gate lengths of the transistors M25 and M27 are longer than the gate lengths of the transistors M24 and M26. Specifically, the gate lengths of the transistors M25 and M27 are determined so that the pinch-off voltages of the transistors M25 and M27 are about 0.2V.

したがって本実施形態のコンパレータ100において、カレントミラー回路120、130、140、150は、それぞれ0.2V程度の電圧を供給すれば、電源電圧VDD側に接続されたトランジスタ又は接地側に接続されたトランジスタを飽和領域で動作させることができる。よって本実施形態のコンパレータ100では、電源電圧VDDが0.9V以下であっても駆動することができ、低電源電圧駆動を実現することができる。   Therefore, in the comparator 100 of the present embodiment, if the current mirror circuits 120, 130, 140, and 150 each supply a voltage of about 0.2 V, the transistor connected to the power supply voltage VDD side or the transistor connected to the ground side Can be operated in the saturation region. Therefore, the comparator 100 of the present embodiment can be driven even when the power supply voltage VDD is 0.9 V or less, and low power supply voltage driving can be realized.

また本実施形態では、カレントミラー回路130、140の電源電圧VDD側及びカレントミラー回路120、150の接地側にゲート長の長いトランジスタを設けたため、電源電圧VDDの変動を吸収することができる。また本実施形態では、トランジスタM16、トランジスタM18、トランジスタM20、トランジスタM22、トランジスタM25、トランジスタM27のドレイン電流は、電源電圧VDDに依存しないため、ドレイン電流変動を抑えることができる。よってカレントミラー回路130、140、150において正確なミラー比を実現でき、オフセットの小さくすることができる。   In the present embodiment, since the transistors having a long gate length are provided on the power supply voltage VDD side of the current mirror circuits 130 and 140 and the ground side of the current mirror circuits 120 and 150, fluctuations in the power supply voltage VDD can be absorbed. In this embodiment, the drain currents of the transistor M16, the transistor M18, the transistor M20, the transistor M22, the transistor M25, and the transistor M27 do not depend on the power supply voltage VDD, so that the drain current fluctuation can be suppressed. Therefore, an accurate mirror ratio can be realized in the current mirror circuits 130, 140, and 150, and the offset can be reduced.

次に本実施形態における高速動作の実現について説明する。   Next, realization of high-speed operation in this embodiment will be described.

本実施形態では、カレントミラー回路130、140にトランジスタM16、トランジスタM18、トランジスタM20、トランジスタM22を設け、カレントミラー回路150にトランジスタM25、トランジスタM27を設けたことにより、高速動作を可能とする。   In this embodiment, the transistors M16, M18, M20, and M22 are provided in the current mirror circuits 130 and 140, and the transistors M25 and M27 are provided in the current mirror circuit 150, thereby enabling high-speed operation.

トランジスタM16、トランジスタM18、トランジスタM20、トランジスタM22、トランジスタM25、トランジスタM27は、各カレントミラー回路を構成する他のトランジスタに比べて高抵抗値の抵抗とみなすことができる。よって本実施形態では、従来のコンパレータに比べて電圧利得を高めることができる。このため本実施形態のコンパレータ100によれば、高速動作を実現することができる。   The transistor M16, the transistor M18, the transistor M20, the transistor M22, the transistor M25, and the transistor M27 can be regarded as resistors having higher resistance values than the other transistors that constitute each current mirror circuit. Therefore, in this embodiment, the voltage gain can be increased as compared with the conventional comparator. For this reason, according to the comparator 100 of the present embodiment, high-speed operation can be realized.

次に本実施形態における低消費電流の実現について説明する。   Next, realization of low current consumption in this embodiment will be described.

本実施形態のカレントミラー回路100では、上述したように電圧利得を高めることができる。よって本実施形態のカレントミラー回路100では、低電流で十分な電圧変動を得ることが可能となるため、低消費電流を実現することができる。   In the current mirror circuit 100 of the present embodiment, the voltage gain can be increased as described above. Therefore, in the current mirror circuit 100 of this embodiment, it is possible to obtain a sufficient voltage fluctuation with a low current, so that a low current consumption can be realized.

以上に説明したように、本実施形態のコンパレータ100によれば、低電源電圧駆動、低消費電流、高速動作を実現することができる。   As described above, according to the comparator 100 of the present embodiment, low power supply voltage driving, low current consumption, and high-speed operation can be realized.

以上、実施形態に基づき本発明の説明を行ってきたが、上記実施形態に示した要件に本発明が限定されるものではない。これらの点に関しては、本発明の主旨をそこなわない範囲で変更することができ、その応用形態に応じて適切に定めることができる。   As described above, the present invention has been described based on the embodiment, but the present invention is not limited to the requirements shown in the embodiment. With respect to these points, the gist of the present invention can be changed without departing from the scope of the present invention, and can be appropriately determined according to the application form.

本発明のコンパレータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the comparator of this invention. 従来のコンパレータの構成の一例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows an example of a structure of the conventional comparator. 従来のコンパレータの構成の別の例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another example of a structure of the conventional comparator.

符号の説明Explanation of symbols

100 コンパレータ
105 定電流源
110 比較回路
120、130、140、150 カレントミラー回路
160 電流源
100 Comparator 105 Constant Current Source 110 Comparison Circuit 120, 130, 140, 150 Current Mirror Circuit 160 Current Source

Claims (4)

比較回路の電流源と、
前記比較回路の一方の出力に接続された第一のカレントミラー回路と、
前記比較回路の他方の出力に接続された第二のカレントミラー回路と、
前記第一のカレントミラー回路における前記比較回路の一方から出力される電流に追従する出力電流を制御する第三のカレントミラー回路と、を有し、
前記第二のカレントミラー回路の出力において追従する側の出力と、前記第三のカレントミラー回路において追従する側の出力とが接続されており、
該接続点の電圧が出力されることを特徴とするコンパレータ。
A current source of the comparison circuit;
A first current mirror circuit connected to one output of the comparison circuit;
A second current mirror circuit connected to the other output of the comparison circuit;
A third current mirror circuit that controls an output current that follows a current output from one of the comparison circuits in the first current mirror circuit;
The output on the side that follows in the output of the second current mirror circuit and the output on the side that follows in the third current mirror circuit are connected,
A comparator characterized in that the voltage at the connection point is output.
前記第一ないし第三のカレントミラー回路は、直列に接続された2つのトランジスタから構成される2組の回路を有し、
前記第一のカレントミラー回路及び前記第二のカレントミラー回路において、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、電源側に接続されたトランジスタのゲート長が、接地側に接続されたトランジスタのゲート長より長く、
前記第三のカレントミラー回路において、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、接地側に接続されたトランジスタのゲート長が、電源側に接続されたトランジスタのゲート長より長いことを特徴とする請求項1記載のコンパレータ。
The first to third current mirror circuits have two sets of circuits composed of two transistors connected in series,
In the first current mirror circuit and the second current mirror circuit,
Of the two transistors connected in series, the gate length of the transistor connected to the power supply side is longer than the gate length of the transistor connected to the ground side,
In the third current mirror circuit,
2. The comparator according to claim 1, wherein, of the two transistors connected in series, a gate length of a transistor connected to the ground side is longer than a gate length of a transistor connected to the power source side.
前記電流源は、定電流源とカレントミラー回路により構成されることを特徴とする請求項1又は2記載のコンパレータ。   3. The comparator according to claim 1, wherein the current source includes a constant current source and a current mirror circuit. 前記電流源を構成するカレントミラー回路は、
直列に接続された2つのトランジスタから構成される2組の回路を有し、
前記直列に接続された2つのトランジスタのうち、接地側に接続されたトランジスタのゲート長が、電源側に接続されたトランジスタのゲート長より長いことを特徴とする請求項3記載のコンパレータ。
The current mirror circuit constituting the current source is:
Having two sets of circuits composed of two transistors connected in series;
4. The comparator according to claim 3, wherein, of the two transistors connected in series, a gate length of a transistor connected to the ground side is longer than a gate length of a transistor connected to the power supply side.
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