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JPH0310247B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0310247B2
JPH0310247B2 JP58177990A JP17799083A JPH0310247B2 JP H0310247 B2 JPH0310247 B2 JP H0310247B2 JP 58177990 A JP58177990 A JP 58177990A JP 17799083 A JP17799083 A JP 17799083A JP H0310247 B2 JPH0310247 B2 JP H0310247B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistors
voltage
transistor
drains
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Expired
Application number
JP58177990A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6070816A (ja
Inventor
Kazuo Yamakido
Kuniharu Uchimura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Hitachi Ltd
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Hitachi Ltd, Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP58177990A priority Critical patent/JPS6070816A/ja
Publication of JPS6070816A publication Critical patent/JPS6070816A/ja
Publication of JPH0310247B2 publication Critical patent/JPH0310247B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/356017Bistable circuits using additional transistors in the input circuit
    • H03K3/356034Bistable circuits using additional transistors in the input circuit the input circuit having a differential configuration
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/356104Bistable circuits using complementary field-effect transistors

Landscapes

  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電圧比較器、さらに詳しく言えば、二
つのアナログ電圧レベルの大小を比較して、その
結果に対応した論理レベルを出力する電圧比較器
に関し、特に、高速度、高制度の各種A/D変換
器をMOS半導体集積回路内に実現するに適した
電圧比較器を提供するものである。
〔従来技術〕
従来のMOS半導体を用いた電圧比較器は、例
えば、IEEE Journal of Solid−state Circuist、
SC−14、No.6、DEC.1979、PP965等に説明され
ているように、位相補償回路を有しない、多段縦
続構成のいわゆる演算増幅器形が用いられてい
た。この場合の多段縦続構成は、大電圧利得の実
現、すなわち、MOS半導体の相互コンドクタン
スが比較的小さいという性質を補つて、所望の最
小比較電圧レベルを確保させるための必然的方法
であり、したがつて、回路が複雑かつ大規模とな
り、さらに、又、高速動作を行なわしめようとす
る場合には、各段のバイアス電流を大きくする必
要もあつて、集積回路化したときの占有面積及び
消費電力が大きくなる欠点があつた。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上記した従来回路形式の欠点
をなくし、小面積、小消費電力で、かつ高速、高
制度のMOS半導体電圧比較器を提供することに
ある。
〔発明の概要〕
本発明は上記目的を達成するため、二入力のア
ナログ信号を差動増幅段で増幅し、その差動増幅
段の出力をさらに第2の増幅段で増幅する電圧比
較器において、上記差動増幅段を定電流回路と、
ソース電極が共通に上記定電流回路に接続され、
ゲート電極のそれぞれに上記二入力アナログが加
えられる第1及び第2のトランジスタと、トラン
ジスタからなる第1及び第2負荷回路と制御論理
信号によつて上記第1及び第2の負荷回路がそれ
そぞれ第1及び第2又は第2及び第1のトランジ
スタのドレイン電極に切換接続する切換回路とで
構成したものである。
上記構成によれば、以下に詳細に説明する如
く、本発明による電圧比較器では、差動増幅段が
比較的小さな電圧利得をもつプリンアンプ動作モ
ードと交差接続状態となる比較動作モードとの2
つの動作モードが行なえるような構成となり、そ
のモード切替を制御論理信号によつて行なうた
め、高速動作と交差接続における欠点を除き、高
精度の電圧比較が得られる。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面に用いて詳細に説明する。
第1図は本発明による電圧比較器の一実施例の回
路図で、第2図は上記回路の動作説明のための波
形図である。第1図において、端子1と2の間に
電圧VDD,VSS(ただし、VDD−VSS>0)が印加さ
れ、PチヤネルMOSトランジスタ(以下、端に
PMOSと呼ぶ)M1及びM10のゲート電極に
は端子3からVDD−VB=C(ただしCは正の一定
値)なるバイアス電圧VBが印加されている。し
たがつて、M1,M10の各ゲート〜ソース間電
圧VGSは定電圧であり、これによりM1,M10
はともに定電流素子動作を行なう。POMS、M
2とM3は互いにソース電極が共通接続されたト
ランジスタ寸法が等しい入力トランジスタであ
り、それぞれのゲート電極4及び5に2つのアナ
ログ比較電圧、VIN(−)及びVIN(+)が印加さ
れる。NチヤネルMOSトランジスタ(以下、単
にNMOSと呼ぶ)M4及びM5は上記M2及び
M3の負荷回路であり、これらのゲート電極とド
レイン電極との間にNMOS、M6〜M9が接続
されている。すなわち、PMOS、M2とNMOS、
M4のドレイン共通接続点8と、M4のゲート電
極との間にM6を、同じく8とM5のゲート電極
との間にM8を、又、M3とM5のドレイン共通
接続点9とM4ゲート電極との間にM7を、そし
て、同じく9とM5のゲート電極との間にM9
を、それぞれ接続している。又、PMOS、M1
2とNMOS、M13とで構成されるCMOSイン
バータの入力ゲート電極と上記M6及びM9のゲ
ート電極は、モード切替信号の入力端子6に接続
されている。一方、上記NMOS、M7及びM8
のゲート電極は上記インバータの出力ノード7に
接続されている。すなわち、MOS、M6〜M9,
M12及びM13は負荷回路であるMOS、M2
及びM3の接続を切換えるものである。さらに、
NMOS、M11は前記PMOS、M10を定電流
負荷とする反転増幅器を構成し、上述した初段の
差動増幅出力ノード9の電圧を反転増幅して端子
10より比較結果を出力する。
次に、以上の構成各部の動作を述べる。
第2図は上記実施例の動作説明のための波形図
で、横軸は時間、縦軸は各部電圧である。又、同
数の数は第1の同一番号の所の電圧を示す。い
ま、端子5の印加電圧VIN(+)を一定値とし、
端子4の印加電圧VIN(−)を比較される電圧と
して説明する。
時刻tが0≦t<t1の時間域においては、端子
6の動作モード切替信号が高論理レベルであり、
したがつて、ノード7は低論理レベルであるか
ら、NMOS、M6及びM9がオン、M7及びM
8がオフの状態である。したがつて、このときの
初段増幅回路(MOSトランジスタ、M1〜M5
で構成)は比較的電圧利得の小さい線形差動増幅
器として動作し、VIN(+)=VIN(−)=VIBならば
ノード8及びノード9の電圧(V8及びいV9)は
共にV8=V9=VOBであり、VIN(−)=VIN(+)+
△VIBならばV8=VOB−△VOB、(ただしノード8
の電圧波形は第2図には示していない)V9=VOB
+△VOBとなる。ここで電圧増幅利得GA=△
VOB/△VIBをいくらに選ぶかは設計上の問題で
あるが、通常、この状態での負荷構成並びに低消
費電力化を考えるとGAは比較的小さな値であり、
△VIBが小さい場合にはこのままでは出力10の
電圧を反転することはできない。
しかし、t=t1で端子6の印加電圧を低論理レ
ベルに変化させると、NMOS、M6及びM9は
オフ、M7及びM8はオンとなり、すなわち、ノ
ード8の電圧がNMOS、M5のゲート電極に、
また、ノード9の電圧がNMOS、M4のゲート
電極に印加されることになり、負荷MOS、M4
とM5が互いに交差接続状態になる。したがつ
て、この場合、M4はそのゲート電極に前述のプ
リアンプモード時における電位より大きい値が与
えられ、よりオン抵抗値が小さくなるように動作
するから、そのドレイン電極(すなわち、ノード
8)の電位が前述のプリアンモード時より小さく
なる。一方、NMOS、M5は、そのノード電極
に、やはり、前述プリアンモード時よりも小さい
値の電位が与えられ、その値はすぐ上で述べたよ
うにさらに小さな値に変化しているから、よりオ
ン抵抗値が大きくなるように動作して、そのドレ
イン電極(すなわち、ノード9)の電位を大きく
するように変化する。すなわち、この状態でのノ
ード8及びノード9は、もしそのノード間にわず
かな差(2△VBO)があれば、いま述べた正帰還
動作によつて、急速にその差を拡大するように変
化する。
したがつて、第2図に示すように、ノード9の
電圧がM10及びM11から成る次段の反転増幅
部でさらに増幅され、結果として、出力端子10
に、VIN(−)とVIN(+)との大小判定結果を電
源電圧値間にわたつて変化する論理レベルとして
出力することができる。しかも、この正帰還動作
は急速で、かつ、電圧利得が大きいから、例え、
この時間域中に入力比較電圧VIN(−)が反対方
向に変化しても、その反対方向電圧がよほど大で
ない限り、再び出力を反転することはできない。
すなわち換言すると、一度この比較モードが与え
られるとその期間中に入力が変化しても出力10
の結果は保持される。
次にt=t2で再び端子6の電位が高論理レベル
となり、プリオペアンプ動作にモードが切替えら
れると、ノード9(及びノード8)の電圧は小電
圧利得の増幅動作を行ない、したがつて、出力ノ
ード10の電位は再び高論理レベルとなる。
次にt=t3で再び比較モードとなるが、このと
き、図例では、そのモード切替直前の入力比較電
圧VIN(−)がVIN(−)−VIN(+)=−VBI(<0)
の場合を示している。この場合、詳細説明は省略
するが、上述同様の動作により、出力ノード10
には高論理レベルが得られることになる。
以上、本発明の動作を説明したが、本発明回路
構成はこれを動作使用中の電源電圧変動に対して
極めて安定であるという特徴を有する。すなわ
ち、初段差動増幅回路及び次段反転回路共に、上
部の電源VDDに接続されたPMOS、M1及びM1
0が定電流源構成であるため、もし動作使用中に
電源電圧VDDが変動しても、ノード8及び9の電
圧は変動せず、したがつて出力ノード10の電圧
も安定である。又、VSS電源側が変動した場合、
ノード8及び9はその電源電圧変動量だけ同時に
変動するが、NMOS、M11のゲート〜ソース
電極間電圧は一定であるから、やはり出力ノード
10の電圧はVSSに対して安定である。
以上説明した如く、本発明によれば、極めて簡
易な構成により、小面積、低消費電力で、かつ高
速、高安定、高利得の電圧比較器が実現でき、高
速、高精度のA/D変換器等を経済的に集積回路
化することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による電圧比較器の一実施例の
回路図、第2図は第1図の各部動作を説明する電
圧波形である。 1,2,3……電源入力端子、4,5……アナ
ログ比較電圧入力端子、10……出力端子、M1
〜M13……MOSトランジスタ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 定電流回路と、第1、第2の入力電圧の電圧
    差を増幅するための第1の増幅回路と、上記第1
    の増幅回路の出力電圧を増幅するための第2の増
    幅回路とからなり、上記第1の増幅回路は、それ
    ぞれのソースが上記定電流源に接続され、ゲート
    にそれぞれ上記第1、第2の入力電圧が入力され
    る第1、第2のトランジスタと、それぞれ該第
    1、第2のトランジスタのドレインに直列に挿入
    された負荷用の第3、第4のトランジスタとを有
    し、上記第3、第4のトランジスタのゲートがそ
    れぞれ第2、第1のトランジスタのドレインに接
    続されて、正帰還の増幅動作を行うようにした電
    圧比較器において、上記第1の増幅回路に、制御
    信号に応じて一時的に、上記第3、第4のトラン
    ジスタのゲートに、それぞれ上記第1、第2のト
    ランジスタのドレイン電圧を与えるためのスイツ
    チ回路を設けたことを特徴とする電圧比較器。 2 前記定電流回路は、所定電位の第1の電圧電
    源と、該電位との差が一定であるバイアス電位を
    有する第2の電圧電源と、ソースが上記第1の電
    圧電源に接続され、ゲートが上記第2の電圧電源
    に接続される少なくとも1つのトランジスタとか
    ら構成され、該トランジスタのドレインから出力
    される電流を前記第1、第2の増幅回路に供給す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    電圧比較器。 3 前記スイツチ回路は、前記制御信号がONレ
    ベルの場合には上記第3、第4のトランジスタの
    ゲートを、前記第1、第2のトランジスタのドレ
    インに接続し、上記制御信号がOFFレベルの場
    合には上記第3、第4のトランジスタのゲート
    を、上記第2、第1のトランジスタのドレインに
    接続することを特徴とする特許請求の範囲第1項
    または第2項記載の電圧比較器。 4 前記第1、第2のトランジスタがP型の
    MOSトランジスタで構成され、前記第3、第4
    のトランジスタがN型のMOSトランジスタで構
    成されることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項、第2項または第3項記載の電圧比較器。
JP58177990A 1983-09-28 1983-09-28 電圧比較器 Granted JPS6070816A (ja)

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JP58177990A JPS6070816A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 電圧比較器

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JP58177990A JPS6070816A (ja) 1983-09-28 1983-09-28 電圧比較器

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JPS6070816A JPS6070816A (ja) 1985-04-22
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104925843A (zh) * 2015-06-03 2015-09-23 清华大学 利用复合铝盐制备薄片状α-Al2O3珠光颜料基材的方法

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