JPH01185017A - コンパレータ - Google Patents

コンパレータ

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JPH01185017A
JPH01185017A JP836588A JP836588A JPH01185017A JP H01185017 A JPH01185017 A JP H01185017A JP 836588 A JP836588 A JP 836588A JP 836588 A JP836588 A JP 836588A JP H01185017 A JPH01185017 A JP H01185017A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
comparator
switch
capacitor
input
amplifier circuit
Prior art date
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Pending
Application number
JP836588A
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English (en)
Inventor
Koichi Miyoshi
康一 三好
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Hitachi Microcomputer System Ltd
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Microcomputer Engineering Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、コンパレータに関し、例えばA/D(アナ
ログ/ディジタル)変換回路に用いられるチョッパー型
コンパレータに利用して有効な技術に関するものである
〔従来の技術〕
A/D変換回路のチョッパー型コンパレータとして、第
3図に示すような回路がある。このコンパレータは、サ
ンプリング動作のとき、反転増幅回路として作用するC
MOSインバータ回路N1の入力に出力とをスイッチM
O3FETQ3で短絡し、その動作点を基準電位として
入力電圧VinをキャパシタC1に取り込む。そして、
比較動作のとき上記キャパシタCIに基準電圧Vref
を供給して、上記入力電圧Vinとの差分の電圧増幅し
てハイ/ロウの比較出力を形成するものである。
このようなチッパ−型コンパレータの例としては、電子
通信学会論文誌、1984年5月、Vol、J67−C
徹5がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記のチョッパー型コンパレータでは、タイミングパル
スSCによりスイッチMO3FETQIがオン状態から
オフ状態に変化するとき、そのゲートとソース、ドレイ
ン(キャパシタ側)との寄生容量が存在するためタイミ
ングパルスSCがハイレベルからロウレベルに変化する
ときに生じるフィードスルーによりキャパシタC1に保
持される入力電圧Vinを変動させる。これが、入力電
圧Vinのオフセットとなって比較精度を低下させる原
因になる。
この発明の目的は、高精度化を実現したコンパレーをを
提供することにある。
この発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、
この明細書の記述および添付図面から明らかになるであ
ろう。
〔課題を解決するための手段〕
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要
を簡単に説明すれば、下記の通りである。
すなわち、一方の電極にタイミングパルスによりスイッ
チ制御される伝送ゲートMOS F ETからなる切り
換えスイッチ回路を介して入力電圧と基準電圧とが時系
列的に供給される第1のキャパシタと、上記入力電圧が
供給されるタイミングでその入力と出力とが短絡され、
その入力に上記第1のキャパシタの他方の電極が結合さ
れる第1の反転増幅回路からなるコンパレータに、上記
同様なダミーコンパレータを設けて基準電圧を上記タイ
ミングパルスに従い時系列的に供給して、上記コンパレ
ータとダミーコンパレータとの出力信号を差動増幅回路
を介して出力させる。
〔作 用〕
上記した手段によれば、コンパレータとダミーコンパレ
ータにおけるスイッチMOS F ETのフィードスル
ー成分が差動増幅回路で相殺できるので高精度の比較動
作が可能になる。
〔実施例〕
第1図には、この発明に係るコンパレータをA/D変換
回路に適用した場合の一実施例の回路図が示されている
。同図の各回路素子及び回路ブロックは、特に制限され
ないが、公知のCMO3集積回路の製造技術により、1
個の単結晶シリコンのような半導体基板上において形成
される。同図において、PチャンネルMO3FETは、
そのチャンネル(バックゲート)部に矢印が付加される
ことによってNチャンネルMO3FETと区別される。
抵抗ラダー回路RLは、安定化された定電圧と回路の接
地電位との間に抵抗が直列形態に接続され、これらの抵
抗の相互接続点からNビットのディジタル信号を形成す
るための分圧端子が取り出される。
上記抵抗ラダー回路RLにより、アナログ信号変換電圧
がスケーリングされる。この先は、デコーダを兼ねたア
ナログスイッチが設けられる。これらのアナログスイッ
チは、特に制限されないが、スイッチトリー(tree
)デコーダ構造で、接続点が順次法がりながら上記分割
抵抗の分割端子に結合されている。なお、このようなス
イッチトリーSTCに代え、マトリックス構造のデコー
ダ等も利用できる。上記スイッチトリーSTCの基点は
、基準電圧V refとされる。
入力電圧Vinは、サンプリングクロックSCによりス
イッチ制御されるスイッチMOSFETQ     ・
1を介してキャパシタC1の一方の電極に伝えられる。
また、上記基準電圧Vrefは、比較クロックCCによ
りスイッチ制御されるMO5FETQ2を介して上記キ
ャパシタC1の一方の電極に伝えられる。キャパシタC
1の他方の電極は、反転増幅回路としてのインバータ回
路N1の入力に結合される。このインバータ回路N1の
入力と出力との間には、上記サンプリングクロックSC
によりスイッチ制御されるMO3FETQ3が設けられ
る。上記サンプリングクロックSCと比較クロックCC
とは、第2図のタイミング図に示すように、ノンオーバ
ーラツプの2相のタイミングパルスとされる。これによ
り、サンプリングクロックSCがハイレベルのとき(サ
ンプリング期間)、スイッチMO3FETQIをオン状
態にして入力電圧Vinを取り込むとともに、インバー
タ回路N1の人力と出力とを短絡してその動作点を基準
電位としてキャパシタC1に入力電圧Vinを取り込む
。そして、サンプリングクロックSCをハイレベルから
ロウレベルにした後に、比較クロックCCをハイレベル
にする。比較クロックCCがハイレベルのとき(比較期
間)、スイッチMO3FETQ2がオン状態になり、上
記キャパシタC1に基準電圧Vrefを供給する。これ
により、キャパシタC1には、上記入力電圧Vir+と
基準電圧Vrefとの差分に相当する電圧が保持される
ので、これを反転増幅回路が増幅してハイレベル/−ロ
ウレベルの比較出力を形成するというコンパレータとし
ての動作を行う。
第1図において、上記構成のコンパレータでは、上記サ
ンプリングクロックSCがハイレベルからロウレベルに
変化したとき、前述のようにMO3FETQIのゲート
とソース、ドレイン(キャパシタCI側)との間に存在
する寄生容量により生じるフィードスルーによってキャ
パシタC1に保持された入力電圧Vinにオフセット成
分が発生する。
この実施例では、このオフセット成分を実質的に相殺す
るため、次のようなダミーコンパレータが設けられる。
ダミーコンパレータは、上記コンパレータと同様な入力
スイッチMO3FETQ4.Q5と、キャパシタC2と
、インバータ回路N2及びその入力と出力との間に設け
られる短絡用のスイッチMO3FETQ6から構成され
る。これらの各回路素子は、上記コンパレータと同じ特
性を持つようにされる。入力スイッチMO3FETQ4
と短絡用MO3FETQ6のゲートには、上記サンプリ
ングクロックSCが供給され、入力スイッチMO3FE
TQ5のゲートには、比較クロックCCが供給される。
だだし、ダミーコンパレータの入力スイッチMO3FE
TQ4とQ5は、共に基準電圧Vrefを取り込む。
上記インバータ回路N1とN2の出力信号は、次の差動
増幅回路の入力に供給される。
MO3FETQ7とQ8は、差動形態にされる。
これらの差動MO3FETQ7とQ8のドレイン側は、
電流ミラー形態にされたPチャンネルMO3FETQI
OとQllからなるアクティブ負荷が設けられる。上記
差動MO3FETQ7とQ8の共通ソースと回路の接地
電位点との間には、比較クロックCCを受けるスイッチ
MO3FE、TQ9が設けられる。これより、差動増幅
回路は、比較クロフクCCがハイレベルにされる比較動
作のときに活性化され、上記コンパレータとダミーコン
パレータの出力の差分を増幅して出力する。
上記コンパレータを用いたA/D変換回路にあっては、
後述するようなサンプリング動作と比較動作からなるA
/D変換動作により、入力電圧Vinと基準電圧Vre
fとが接近した状態において、言い換えるならば、A/
D変換動作における最下位ビットを決めるとき、上記の
ようなスイッチMO3FETにおけるフィードスルーに
よるオフセット電圧ΔVが無視できなくなりA/D変換
回路における分解能を低下させる。すなわち、上記基準
電圧Vrefと入力電圧VinO差電圧が小さくなると
、サンプリングクロックSCがハイレベルからロウレベ
ルに変化してMO3FETQIがオフ状態になるとき、
キャパシタC1に保持される電圧がVin+Δ■となる
。この実施例では、グミーコンパレータ側のキャパシタ
C2に保持される電圧も、上記同様にVref +Δ■
”のようになる。ここで、上記電圧VinとVrefと
が近接した電圧であることから、MOSFETQIとQ
4のゲートとソース、ドレイン間の電圧もはり同じにな
って、フィードスルーによるΔVとΔV”もはり同じに
なる。差動増幅回路は、上記両コンパレータの出力信号
の差分を増幅するから、上記フィードスルー成分を相殺
することができる。この差動増幅回路の出力は、後述す
るようにスイッチトリーSTCを制御するレジスタRE
Gのビットを決定する。
この実施例のA/D変換回路の動作を簡単に説明すれば
下記の通りである。
サンプリングクロックSCがハイレベルにされると、ス
イッチMO3FETQIと短絡用のMOSFETQ3が
オン状態になる。これにより、キャパシタC1には、入
力電圧Vinから反転増幅回路VCのバイアス電圧を差
し引いた電圧に充電される(サンプリング状態)。この
ことは、ダミーコンパレータにおいても同様である。た
だし、キャパシタC2は、基準電圧Vrefにより充電
される。
例えば、Vin>Vrefなら反転増幅回路N1の出力
はハイレベル(H)に、逆にvinくVrefなら反転
増幅回路N1の出力はロウレベル(L)にされる。反転
増幅回路N2の出力は、上記のように同じ基準電圧V 
refが供給されるから中間的な電位になる。
差動増幅回路は、比較クロックCCに活性化されるから
上記反転増幅回路N1とN2の出力を増幅して上記反転
増幅回路N1の出力と同相のH/Lの出力信号を形成し
てレジスタREGに伝える。
これによって、上記スイッチトリーSTCの分岐制御を
行うレジスタREGの出力が、二分法を用いることによ
り上位ビットから順に決定される。
例えば、レジスタREGがNビットから構成される場合
、Nビットのディジタル信号は、N回のサンプリング状
態と比較状態との繰り返しの後に決定される。最下位ビ
ットは、上記のようなダミーコンパレータを設け、コン
パレータとの差分の増幅出力により決定されるから、入
力スイッチMO3FETにおけるフィードスルーの影響
を受けない高い分解能により決定される。
上記の実施例から得られる作用効果は、下記の通りであ
る。すなわち、 (1)一方の電極にタイミングパルスによりスイッチ制
御される伝送ゲートMO3FETからなる切り換えスイ
ッチ回路を介して入力電圧と基準電圧とが時系列的に供
給される第1のキャパシタと、上記入力電圧が供給され
るタイミングでその入力と出力とが短絡され、その入力
に上記第1のキャパシタの他方の電極が結合される第1
の反転増幅回路からなるコンパレータに、上記同様なダ
ミーコンパレータを設けて基準電圧を上記タイミングパ
ルスに従い時系列的に供給して、上記コンパレータとダ
ミーコンパレータとの出力信号を差動増幅回路を介して
出力させる。このような構成を採ることにより、コンパ
レータとダミーコンパレータにおけるスイッチMOS 
F F、Tのフィードスルー成分が差動増幅回路で相殺
できるので高精度の比較動作が可能になるという効果が
得られる。
(2)上記(1)により、A/D変換回路に適用した場
合、最下位ビットまで高い精度での比較動作が可能にな
るため高精度のA/D変換を行わせることができるとい
う効果が得られる。
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具
体的に説明したが、本願発明は前記実施例に限定される
ものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可
能であることはいうまでもない。例えば、スイッチMO
S F ETは、NチャンネルMOSFET又はPチャ
ンネルMO3FETから構成されるものの他、アナログ
信号をレベル損失なく伝えるためにNチャンネルMOS
FETとPチャンネルMO3FETとを並列形態に接続
したCMOSスイッチ回路を用いることが望ましい。ま
た、差動増幅回路は、上記コンパレータとダミーコンパ
レータの差分の出力信号を形成するものであれば何であ
ってもよい。レジスタREGは、シフトレジスタの他フ
リップフロップ回路から構成されてもよい。
この発明は、前記実施例のようなA/D変換回路の他、
2つの電圧の比較判定を行う各種コンパレータに広く利
用できる。
〔発明の効果〕
本願において開示される発明のうち代表的なものによっ
て得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである
。すなわち、一方の電極にタイミングパルスによりスイ
ッチ制御される伝送ゲートMOSFETからなる切り換
えスイッチ回路を介して入力電圧と基準電圧とが時系列
的に供給される第1のキャパシタと、上記入力電圧が供
給されるタイミングでその入力と出力とが短絡され、そ
の入力に」二記第1のキャパシタの他方の電極が結合さ
れる第1の反転増幅回路からなるコンパレータに、上記
同様なダミーコンパレータを設けて基準電圧を上記タイ
ミングパルスに従い時系列的に供給して、上記コンパレ
ータとダミーコンパレータとの出力信号を差動増幅回路
を介して出力させることにより、コンパレータとダミー
コンパレータにおけるスイッチMO3FETのフィード
スルー成分が差動増幅回路で相殺できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明に係るコンパレータを用いたA/D
変換回路の一実施例を示す回路図、第2図は、動作を説
明するためのクロックパルスの波形図、 第3回は、従来技術の一例を説明するための概略回路図
である。 STC・・スイッチトリー、RL・・ラダー抵抗、Ci
、C2・・キャパシタ、Q1〜Qll・・MO3FET
SNl、N2・・反転増幅回路(インバータ回8”) 
、REG・・レジスタ代理人弁′理士 小川 勝′男 
′:、。 −ン 第1図 第2図 第3図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、一方の電極にタイミングパルスによりスイッチ制御
    される伝送ゲートMOSFETからなる切り換えスイッ
    チ回路を介して入力電圧と基準電圧とが時系列的に供給
    される第1のキャパシタと、上記入力電圧が供給される
    タイミングでその入力と出力とが短絡され、その入力に
    上記第1のキャパシタの他方の電極が結合される第1の
    反転増幅回路と、一方の電極に上記タイミングパルスに
    よりスイッチ制御される伝送ゲートMOSFETからな
    る切り換えスイッチ回路を介して上記基準電圧が繰り返
    して時系列的に供給される第2のキャパシタと、上記入
    力電圧が供給されるタイミングでその入力と出力とが短
    絡され、その入力に上記第2のキャパシタの他方の電極
    が結合される第2の反転増幅回路と、上記第1と第2の
    反転増幅回路の出力信号を受ける差動増幅回路とを含む
    ことを特徴とするコンパレータ。 2、上記タイミングパルスは、ノンオーバーラップにさ
    れた第1と第2からなる2相のタイミングパルスからな
    り、上記切り換えスイッチ回路は、上記第1と第2のタ
    イミングパルスによりスイッチ制御される伝送ゲートM
    OSFETからなるものであることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のコンパレータ。 3、上記基準電圧は、抵抗ラダー回路により形成された
    2^NR分圧電圧を選択的に出力するスイッチトリーを
    介して供給されるものであり、上記スイッチトリーは、
    上記差動増幅回路の出力信号に従って制御されるもので
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1又は第2項記
    載のコンパレータ。
JP836588A 1988-01-20 1988-01-20 コンパレータ Pending JPH01185017A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100341586B1 (ko) * 1999-06-30 2002-06-22 박종섭 바이어스 회로

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100341586B1 (ko) * 1999-06-30 2002-06-22 박종섭 바이어스 회로

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