JP2713167B2 - 比較器 - Google Patents
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- H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
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- H03K3/281—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator
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- H03K3/288—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable using additional transistors in the input circuit
- H03K3/2885—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of bipolar transistors with internal or external positive feedback using means other than a transformer for feedback using at least two transistors so coupled that the input of one is derived from the output of another, e.g. multivibrator bistable using additional transistors in the input circuit the input circuit having a differential configuration
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Manipulation Of Pulses (AREA)
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- Amplifiers (AREA)
Description
チ付きの高速動作する比較器に関する。
ような回路がある。本回路は、例えば、山方他「昭和5
6年度電子通信学会総合全国大会予稿378」に開示さ
れている。
エミッタが共通に接続されベースがそれぞれ入力端子1
および2に接続されたトランジスタQ1およびQ2のそ
れぞれからなる差動トランジスタ対と、一端がトランジ
スタ(Q1,Q2)のコレクタにそれぞれ接続され他端
が高位側電源端子7に接続された抵抗(R1,R2)
と、一端がトランジスタ(Q1,Q2)の共通エミッタ
に接続され他端が低位側電源端子8に接続された定電流
源I1とからなる差動前置増幅回路と、エミッタが共通
に接続されベースがそれぞれトランジスタQ2およびQ
1のそれぞれのコレクタに接続されたトランジスタQ3
およびQ4からなる差動トランジスタ対と、一端がトラ
ンジスタ(Q3,Q4)のコレクタにそれぞれ接続され
他端が高位側電源端子7に接続された抵抗(R3,R
4)と、コレクタがトランジスタQ3のコレクタと出力
端子6とに接続されベースがトランジスタQ4のコレク
タに接続されエミッタがトランジスタQ6に接続された
トランジスタQ5と、コレクタがQ4のコレクタと出力
端子5とに接続されベースがトランジスタQ3のコレク
タに接続されたトランジスタQ6とからなる正帰還回路
と、エミッタが共通に接続されベースがそれぞれ制御入
力端子3および4に接続されコレクタがそれぞれランジ
スタQ3およびQ4の共通エミッタならびにトランジス
タQ5およびQ6の共通エミッタに接続されたトランジ
スタQ7およびQ8と、一端がトランジスタQ7および
Q8の共通エミッタに接続され他端が低位側電源端子8
に接続された定電流源I2とからなる差動スイッチとを
有している。
明する。
1,R2)および定電流源I1からなる差動前置増幅回
路は、入力端子1および2間に印加される信号電圧(V
in+−Vin- )を増幅する。制御入力端子3および
4には、通常、相補クロック信号φ,および反転φが入
力されるが、まず、制御入力端子3の入力がハイレベル
状態“H”にあり、制御入力端子4の入力がローレベル
状態“L”(以下、単に“H”および“L”と称す)に
ある場合には、トランジスタQ3,Q4およびQ7のそ
れぞれが動作し(比較動作)、トランジスタQ5,Q6
およびQ8は遮断する。この時、差動前置増幅回路の出
力電圧は差動トランジスタ対Q3,Q4のベース間に入
力され、更に増幅される。
り、制御入力端子4の入力が“H”になると、トランジ
スタQ3,Q4およびQ7は遮断し、トランジスタQ
5,Q6およびQ8が動作する(ラッチ動作)。トラン
ジスタQ5およびQ6は正帰還作用により、先にトラン
ジスタQ3およびQ4により増幅された出力電圧を急激
に増幅し、出力端子(5,6)の状態、即ち出力電圧V
outおよび逆相出力電圧反転Voutを“H”あるい
は“L”に定める。
うに、制御入力端子(3,4)から入力される相補クロ
ック信号φ,反転φにより比較動作、ラッチの動作状態
を制御されながら、入力端子1および2間に印加される
信号電圧(Vin+ −Vin- )が零より大きいか小さ
いかにより、出力端子5および6の状態、即ち出力電圧
Vout、逆相出力電圧反転Voutが“H”あるいは
“L”に定まる、という比較器を提供することができ
る。
は、動作を高速化する、即ち、相補クロック信号のφお
よび反転φの周波数を上げると、図8(c)のラッチ動
作に要する時間t0が問題となる。
状態があいまいになり、“H”,“L”の状態でのしき
い値から測った振幅が減少し、ついには、数段の回路が
出力電圧の“H”あるいは“L”の状態を判別できなく
なるという問題点があった。この問題点を解決するため
に、定電流源I2の電流値を大きくするなどの対策を採
っても、回路の消費電力が大きくなるという新たな問題
点を生じていた。
信号の真および偽のそれぞれの信号を受けて前記入力信
号を増幅して前記入力信号の真または偽のそれぞれの信
号に対応する偽または真の第1の出力信号を出力する差
動前置増幅回路と、この差動前置増幅回路の前記真およ
び偽のそれぞれの第1の出力信号を受け前記第1の出力
信号を増幅し前記第1の出力信号の真または偽のそれぞ
れの信号に対応する偽または真の第2の出力信号を出力
する差動増幅回路と、前記第2の出力信号のそれぞれを
互に正帰還して前記第2の出力信号のそれぞれを保持す
る正帰還回路と、制御入力信号を受けて前記差動増幅回
路を駆動する差動増幅回路電流と前記正帰還回路を駆動
する正帰還回路電流とを交互に切り換える第1の差動ス
イッチ回路とからなる比較器において、前記制御入力信
号を受けて前記差動前置増幅回路を駆動する差動前置増
幅回路電流を前記正帰還回路を駆動する正帰還回路電流
に加えるよう前記差動前置増幅回路電流と前記正帰還回
路電流とを切り換える第2の差動スイッチ回路を備える
構成である。
は差動トランジスタ対と負荷抵抗体とから構成される。
は差動トランジスタ対で構成される。
差動スイッチは差動トランジスタ対と定電流源とから構
成される。
置増幅回路は差動トランジスタ対と負荷抵抗体とから構
成される。
スイッチは差動トランジスタ対と定電流源とから構成さ
れる。
2の差動スイッチは前記電流スイッチの通路を共通接続
された第1および第2の差動トランジスタ対と1個の定
電流源とから構成される。
よび第2の差動スイッチは前記電流スイッチの通路を共
通接続された第1,第2および第3のトランジスタと1
個の定電流源とから構成される。
は差動トランジスタ対とバッファとから構成される。
る。
路構成を示す図である。
タが共通に接続されベースがそれぞれ入力端子1および
2に接続された遮断周波数(fT )10GHz程度のト
ランジスタQ1およびQ2からなる差動トランジスタ対
と、一端がトランジスタQ1およびQ2のコレクタにそ
れぞれ接続され他端が高位側電源端子7に接続された抵
抗値が40kΩの抵抗R1およびR2とからなる差動前
置増幅回路と、エミッタが共通に接続されベースがそれ
ぞれトランジスタ(Q2,Q1)のコレクタに接続され
遮断周波数(fT )10GHzのトランジスタQ3およ
びQ4のそれぞれからなる差動トランジスタ対と、一端
がトランジスタQ3およびQ4のコレクタにそれぞれ接
続され他端が高位側電源端子7に接続された抵抗値が4
0kΩの抵抗R3,R4とからなる差動増幅回路と、コ
レクタがトランジスタQ3のコレクタと出力端子6とに
接続されベースがトランジスタQ4のコレクタに接続さ
れエミッタがトランジスタQ6のエミッタに接続された
トランジスタQ5と、コレクタがトランジスタQ4のコ
レクタと出力端子5とに接続されベースがトランジスタ
Q3のコレクタに接続されたトランジスタQ6とからな
る正帰還回路と、エミッタが共通に接続されベースがそ
れぞれ制御入力端子3および4に接続されコレクタがそ
れぞれトランジスタQ3およびQ4の共通エミッタなら
びにトランジスタQ5およびQ6の共通エミッタに接続
されたトランジスタQ7およびQ8と、一端がトランジ
スタQ7およびQ8の共通エミッタに接続され他端が低
位側電源端子8に接続された電流値が10μA〜100
μA程度の定電流源I2とからなる差動スイッチと、エ
ミッタが共通に接続されベースがそれぞれ制御入力端子
3および4に接続されコレクタがそれぞれトランジスタ
Q1およびQ2の共通エミッタならびにトランジスタQ
5およびQ6の共通エミッタに接続されたトランジスタ
Q9およびQ10と、一端がトランジスタQ9およびQ
10の共通エミッタに接続され他端が低位側電源端子8
に接続された電流値が10μA〜100μA程度の定電
流源I1とからなる差動スイッチとを有している。
作について説明する。
号φおよび反転がそれぞれ“H”および“L”にある場
合には、トランジスタQ1ないしQ4ならびにQ7およ
びQ9が動作し(比較動作)、トランジスタQ5,Q
6,Q8およびQ10のそれぞれは遮断する。入力端子
1,2間に印加される信号電圧(Vin+ −Vin- )
は、差動トランジスタ対(Q1,Q2)のベース間に入
力され、増幅される。トランジスタ(Q1,Q2)、抵
抗(R1,R2)からなる差動前置増幅回路の出力電圧
は差動トランジスタ対(Q3,Q4)のベース間に入力
され、更に増幅される。
に供給される入力信号がそれぞれ“L”,“H”になる
と、トランジスタQ1ないしQ4ならびにQ7およびQ
9は遮断し、トランジスタQ5,Q6,Q8およびQ1
0のそれぞれが動作する(ラッチ動作)。
により、先にトランジスタ(Q3,4)により増幅され
た出力電圧を急激に増幅し、出力端子5および6の状
態、即ち出力電圧Vout、出力電圧反転Voutを
“H”あるいは“L”に定める。この時、トランジスタ
Q5およびQ6の動作電流は定電流源I1およびI2に
よって、それぞれトランジスタQ10およびQ8を介し
て供給される。
動作電流が(I1+I2)となり、図7に示す従来例の
比較器の動作電流I2に比較して、電流I1の分だけ大
きくなる。これは、比較器のラッチ動作を、動作電流の
拡大分だけ高速化できることを意味している。この時の
出力端子5の電圧Voutを図8(d)に示す。
ランジスタのコレクタ応答時間が支配的であるので、ラ
ッチ動作に要する時間t1は従来例の比較器のラッチ動
作に要する時間t0に比較して、例えばI1=I2と仮
定すると、その時間の1/2程度にできる。
較器は、制御入力端子3および4から入力される相補ク
ロック信号φおよび反転φにより比較動作およびラッチ
動作状態を制御されながら、入力端子1および2間に印
加される信号電圧(Vin+−Vin- )が零より大き
いか小さいかにより、出力端子5,6の状態、即ち、出
力電圧Vout、出力電圧反転Voutが“H”あるい
は“L”に定まる、という比較器を提供でき、同一消費
電力条件下のラッチ動作に要する時間で比較して、従来
例の回路に対して約1/2に短縮でき、高速化に好適な
比較器を提供できる。換言すると、要求される動作速度
を達成するために必要な回路の消費電力が小さくて済
む。
いて説明する。
は、第1の実施例の比較器の正帰還回路において、トラ
ンジスタQ5を、トランジスタQ55と、トランジスタ
Q12と定電流源I4とからなるエミッタフォロワとに
置き換え、トランジスタQ6を、トランジスタQ66
と、トランジスタQ11と定電流源I3とからなるエミ
ッタフォロワとに置き換えている以外は第1の実施例の
比較器と同一構成でその構成要素には同一参照符号を付
し、構成の詳細な説明と動作の詳細な説明は省略する。
れのコレクタ・エミッタ間電圧が、トランジスタQ12
あるいはQ11のベース・エミッタ間電圧分だけ大きく
なるため、図1に示す第1の実施例の比較器に比較して
ラッチ動作に要する時間を、より小さくできる。
路構成を示す図3を参照すると、この実施例の比較器
は、第1の実施例の比較器の2個の差動スイッチの構成
要素のうちのトランジスタQ7ないしQ10のエミッタ
をすべて共通接続し、2個の定電流源I1,I2を1個
の定電流源I11にする以外は、第1の実施例の比較器
と同一構成で、その構成要素には同一参照符号を付して
図示するにとどめ、その構成および動作についての詳細
な説明は省略する。
較して、定電流源I2を構成する素子を削減できる。
いて説明する。
示す第3の実施例の比較器の差動スイッチのトランジス
タQ7ないしQ10のうちのトランジスタQ8およびQ
10をトランジスタQ88に置き換えた以外は第3の実
施例の比較器と同一構成である。この実施例は第3の実
施例に比較して、さらなる素子削減効果がある。また、
制御入力端子3,4間での、負荷となるトランジスタ数
の不平衡が問題となる場合には、例えば、Q7,Q8,
Q9のエミッタ面積を1:2:1にすることで問題解決
できる。
例の比較器を説明する。
実施例の比較器の2個の差動スイッチの構成要素のうち
のトランジスタQ7ないしQ10のエミッタをすべて共
通接続し、2個の定電流源I1およびI2を1個の定電
流源I51にまとめる構成以外は第2の実施例の比較器
と同一構成であり、その構成および動作の詳細な説明は
省略する。この実施例の比較器は、第2の実施例の比較
器に比較して、定電流源I2を構成する素子を削減でき
る。
回路構成を示す図6を参照すると、この第6の実施例の
比較器は、第5の実施例の比較器の差動スイッチのトラ
ンジスタQ7ないしQ10のうちのトランジスタQ8お
よびQ10をトランジスタQ86に置き換えた以外は第
5の実施例の比較器と同一構成である。
らなる素子削減効果がある。制御入力端子3,4間で
の、負荷となるトランジスタ数の不平衡が問題となる場
合の解決法も、第4の実施例の比較器で述べたと同様な
方法を採ることが可能である。
ンジスタをバイポーラトランジスタとして述べてきた
が、電界効果トランジスタを用いても同様な効果を有し
ているのは言うまでもない。また、トランジスタおよび
定電流源の極性を説明の際と逆極性にした場合も同様で
ある。
同一消費電力条件下でのラッチ動作速度を、従来の回路
に対して約1/2に短縮可能であり、換言すると、所望
の動作速度を達成するために必要な回路の消費電力を低
減できるという効果を有する。
す回路図である。
す回路図である。
す回路図である。
す回路図である。
す回路図である。
す回路図である。
る。
ある。
イポーラトランジスタ R1〜R4 抵抗 I1〜I4,I11,I51 定電流源
Claims (9)
- 【請求項1】 入力信号の真および偽のそれぞれの信号
を受けて前記入力信号を増幅して前記入力信号の真また
は偽のそれぞれの信号に対応する偽または真の第1の出
力信号を出力する差動前置増幅回路と、この差動前置増
幅回路の前記真および偽のそれぞれの第1の出力信号を
受け前記第1の出力信号を増幅し前記第1の出力信号の
真または偽のそれぞれの信号に対応する偽または真の第
2の出力信号を出力する差動増幅回路と、前記第2の出
力信号のそれぞれを互に正帰還して前記第2の出力信号
のそれぞれを保持する正帰還回路と、制御入力信号を受
けて前記差動増幅回路を駆動する差動増幅回路電流と前
記正帰還回路を駆動する正帰還回路電流とを交互に切り
換える第1の差動スイッチ回路とからなる比較器におい
て、前記制御入力信号を受けて前記差動前置増幅回路を
駆動する差動前置増幅回路電流を前記正帰還回路を駆動
する正帰還回路電流に加えるよう前記差動前置増幅回路
電流と前記正帰還回路電流とを切り換える第2の差動ス
イッチ回路を備えることを特徴とする比較器。 - 【請求項2】 前記差動増幅回路は差動トランジスタ対
と負荷抵抗体とから構成される請求項1記載の比較器。 - 【請求項3】 前記正帰還回路は差動トランジスタ対で
構成される請求項1または2記載の比較器。 - 【請求項4】 前記第1の差動スイッチは差動トランジ
スタ対と定電流源とから構成される請求項1,2または
3記載の比較器。 - 【請求項5】 前記差動前置増幅回路は差動トランジス
タ対と負荷抵抗体とから構成される請求項1,2,3ま
たは4記載の比較器。 - 【請求項6】 前記第2の差動スイッチは差動トランジ
スタ対と定電流源とから構成される請求項1,2,3,
4または5記載の比較器。 - 【請求項7】 前記第1および第2の差動スイッチは前
記電流スイッチの通路を共通接続された第1および第2
の差動トランジスタ対と1個の定電流源とから構成され
る請求項1,2,3または5記載の比較器。 - 【請求項8】 前記第1および第2の差動スイッチは前
記電流スイッチの通路を共通接続された第1,第2およ
び第3のトランジスタと1個の定電流源とから構成され
る請求項1,2,3または5記載の比較器。 - 【請求項9】 前記正帰還回路は差動トランジスタ対と
バッファとから構成される請求項1,2,3,4,5,
6,7,または8記載の比較器。
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DE69521844T DE69521844T2 (de) | 1994-06-14 | 1995-06-14 | "hochgeschwindigkeitsvergleicher mit zwei differentialverstärkerstufen und einer verriegelungsstufe" |
EP95109180A EP0688100B1 (en) | 1994-06-14 | 1995-06-14 | High speed comparator having two differential amplifier stages and latch stage |
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JP6131730A JP2713167B2 (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 比較器 |
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Family Applications (1)
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Country Status (4)
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EP (1) | EP0688100B1 (ja) |
JP (1) | JP2713167B2 (ja) |
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