JPH03107211A - 電圧比較回路 - Google Patents

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］ 本発明は、アナログ入力電圧と基準電圧とを交互にサン
プリングし、そのサンプリング電圧を結合コンデンサを
介して反転回路で比較する電圧比較回路に関する。

［従来の技術］ 結合コンデンサを使用したサンプリング型の電圧比較回
路は、構成が間車で、素子数が少ないことから、多くの
比較器を使用する並列比較型のアナログ−ディジタル変
換器（以下、Ａ−Ｄ変換器と呼ぶ）等に使用されている
。

第３図はこの種の従来の電圧比較回路の構成を示す回路
図である。

抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２を直列接続してなる分圧回路１か
らの基準電圧ＶＲｆｉは、第１のスイッチ２によりサン
プリングされ、結合コンデンサ４の一端に与えられてい
る。また、比較すべきアナログ入力電圧ｖ８は、第２の
スイッチ３によりサンプリングされ、結合コンデンサ４
の上記一端に与えられている。結合コンデンサ４の他端
には、反転回路５の入力端が接続されている。この反転
回路５の入出力端子間には、比較動作に先立って両端子
間を短絡する第３のスイッチ６が接続されている。更に
、上記反転回路５の出力側には、反転回路７、スイッチ
８及び反転回路９がこの順に直列に接続されている。な
お、上記スイッチ２，３゜θ、８は、第４図に示すよう
な２相のクロック信号φ、φによってその開閉を制御さ
れるものとなっている。

以下、第３図及び第４図に従って、この電圧比較回路の
動作を説明する。

先ず、期間Ｔ１においてスイッチ２．θがオンしスイッ
チ３．８がオフする。スイッチ６がオンすると、反転回
路５の入出力端子は同じ電圧ＶＢにバイアスされる。こ
のとき、同時にスイッチ２がオンするので、結合コンデ
ンサ４の両端には、分圧回路１からの基準電圧ｖＲｆ１
と反転回路５のバイアス電位ＶＢとの差の電圧が印加さ
れ充電されることになる。

次に、期間Ｔ２においてはスイッチ２とスイッチ６とが
オフしスイッチ３とスイッチ８とがオンする。スイッチ
３がオンしたことにより、結合コンデンサ４にはアナロ
グ入力電圧Ｖｓが印加される。このとき、アナログ入力
電圧Ｖｓが既にサンプリングした分圧回路１からの基準
電圧ＶＲ，，より大きければ、Ａ点の電位はバイアス電
位Ｖａから上昇し、逆に基準電圧Ｖ□より小さければ、
Ａ点の電位はバイアス電位ＶＢから下降する。このとき
、スイッチ８がオフしているため、反転回路５はアクテ
ィブ状態にある。従って、反転回路５の出力はＡ点の電
位の上昇又は下降に応じて変化する。この反転回路５の
出力は、後段の反転回路７で論理レベルまで増幅される
。また、スイッチ８と反転回路θはラッチ回路を構成し
、反転回路７の出力結果を次の比較結果が得られるまで
保持する。従って、この電圧比較回路の出力である反転
回路９の出力は、アナログ入力電圧Ｖｓが基準電圧Ｖ□
より大きいときは低レベル、即ち論理“０”となり、ア
ナログ入力電圧Ｖｓが基準電圧ＶＲｎより小さいときは
高レベル即ち、論理“１”となる。

［発明が解決しようとする課題］ 上述した従来の電圧比較回路においては、クロックの半
周期毎に反転回路５の入出力端が短絡され、この間、反
転回路５には入出力端子を同電位にするようなバイアス
電流Ｉｎが流れる。また、後段の反転回路７には反転回
路５の出力が入力されているので、反転回路７にも上記
バイアス電流Ｉｎと同程度の電流が流れることになる。

このため、反転回路に相補型ＭＯ８回路を使用した場合
でも、クロックの半周期の間、反転回路５，７に電流が
流れ、電力が消費されることになる。従って、分解能を
Ｎビットとすると、２Ｎ−１個の電圧比較回路を必要と
する並列比較型Ａ−Ｄ変換器のように、電圧比較回路を
多数使用する場合等は特に全体の消費電力が非常に大き
くなってしまう。

そこで、Ａ−Ｄ変換動作を必要としないときには、２相
りロック信号φ、φを夫々“０”、′１”に固定して、
反転回路５の入出力端子間を開放し、バイアス電流Ｉｎ
が流れないようにすることも考えられるが、この場合に
は、スイッチ３が常時オン状態となって、アナログ入力
電圧Ｖｓが結合コンデンサに常に接続されることになる
。このため、アナログ入力電圧ｖｆ１のレベルによって
反転回路５にバイアス電流Ｉｎに近い電流が流れてしま
うので、やはり電力を多く消費してしまうという問題点
があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
低消費電力化を図ることができる電圧比較回路を提供す
ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る電圧比較回路は、基準電圧を第１のクロッ
ク信号に基づいてサンプリングする第１のスイッチと、
アナログ入力電圧を第２のクロック信号に基づいてサン
プリングする第２のスイッチと、これら第１及び第２の
スイッチによってサンプリングされた電圧を保持する結
合コンデンサと、この結合コンデンサを介して入力端が
前記第１及び第２のスイッチと接続された反転回路と、
比較動作に先立って前記反転回路の入力端子と出力端子
とを短絡する第３のスイッチとを備えた電圧比較回路に
おいて、前記反転回路は、制御信号によってハイインピ
ーダンス状態に設定される３ステート回路により構成さ
れていることを特徴とする。

［作用コ 本発明においては、反転回路が３ステート回路によって
構成されており、制御信号によってハイインピーダンス
状態を設定することができるので、比較動作を行なわな
いときには、反転回路をハイインピーダンス状態にする
と、反転回路が機能しないので、２相クロツクの状態に
拘らず、反転回路にはバイアス電流が流れない。

従って、本発明によれば、比較動作を行なわない場合の
バイアス電流値を抑制して、電圧比較回路の低消費電力
化を図ることができる。

［実施例コ 以下、添付の図面に基づいて本発明の実施例について説
明する。

第１図は本発明の第１の実施例に係る電圧比較回路の回
路図である。なお、第１図において、第３図と同一物に
は同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。

第１図において、結合コンデンサ４と反転回路７との間
に接続された反転回路１０は、３ステートの反転回路で
、次のように構成されている。即ち、電源Ｖ。Ｃと接地
との間には、ＰチャネルＭＯＳトランジスタ１１．１２
及びＮチャネルＭＯＳトランジスタ１３．１４が直列に
接続されている。

トランジスタ１２．１３は、そのゲート同士が結合コン
デンサ４に接続され、そのドレイン同士が反転回路７の
入力端に接続されたものとなっている。また、トランジ
スタ１１のゲートには、制御信号入力端子１５から入力
される制御信号Ｓ。が入力され、トランジスタ１４のゲ
ートには、上記制御信号Ｓ０を反転回路１６で反転させ
た信号が入力されている。

一方、この反転回路１０の入出力端を短絡するスイッチ
８と、反転回路１０の入力端との間には、ＮチャネルＭ
Ｏ８）ランジスタからなるスイッチ１７が介挿されてお
り、このスイッチ６のゲートには制御信号Ｓ０を反転回
路１６で反転した信号が与えられている。

また、反転回路１０の出力端と接地との間には、Ｎチャ
ネルＭＯ８）ランジスタからなるスイッチ１８が接続さ
れており、このスイッチ１８のゲートには制御信号Ｓ０
が与えられている。

次に、上記のように構成された電圧比較回路の動作を説
明する。

先ず、制御信号Ｓ０を論理“０”にすると、この電圧比
較回路は、通常の動作状態となって、反転回路１０を構
成するトランジスタ１１．１４と、スイッチ１７は常時
オンとなり、逆にスイッチ１８は常時オフすることにな
る。従って、電圧比較回路は、第４図に示す２相のクロ
ック信号φ。

φに従って比較動作を行う。

即ち、期間Ｔ□においてスイッチ２，８がオンし、スイ
ッチ３，８がオフする。スイッチ６がオンすることによ
り、また反転回路１０を構成するトランジスタ１１．１
４が常時オンしていることにより、反転回路１０の入出
力端子が短絡され、反転回路１０には入出力端子が同電
位になるようにバイアス電流工８が流れ、反転回路１０
の入出力端子がバイアス電位Ｖａになる。このとき、ス
イッチ２がオンになっているので、結合コンデンサ４に
は、分圧回路１の出力電圧ＶＲｔ＋と反転回路１０のバ
イアス電位ＶＢとの差の電圧が印加される。

次に、期間Ｔ２では、スイッチ２，６がオフし、スイッ
チ３．８がオンする。スイッチ３がオンすることにより
、結合コンデンサ４には、アナログ入力電圧Ｖｓが印加
される。もし、アナログ入力電圧Ｖｓが分圧回路１から
の、基準電圧ＶＲ□より大きければＡ点は上昇し、基準
電圧Ｖ□より小さければＡ点の電位は下降する。このと
き、スイッチ６がオフし、反転回路１０を構成するトラ
ンジスタ１１．１４がオンしているため、反転回路１０
はアクティブ状態である。従って、反転回路１０の出力
はＡ点の電位の上昇又は下降に応じて変化する。この反
転回路１０の出力電圧の変化は反転回路７で論理レベル
まで増幅される。また、スイッチ８と反転回路９はラッ
チ回路を構成し、反転回路７の出力を、次の比較結果が
得られるまで保持する。従って、この電圧比較回路の出
力である反転回路９の出力は、アナログ入力電圧ｖ８が
分圧回路１からの基準電圧Ｖ□より大きいときには低レ
ベル、即ち、論理“Ｏ”となり、逆にアナログ入力電圧
Ｖｓが分圧回路１の出力電圧Ｖ□より小さいときには高
レベル即ち“１”となる。

次に、制御信号Ｓ。を論理“１”とすると、本電圧比較
回路は低消費電力状態となる。この場合には、反転回路
１０を構成するトランジスタ１１゜１４、及びスイッチ
１７は常時オフとなり、逆にスイッチ１８は常時オンす
ることになる。反転回路１０を構成するトランジスタ１
１．１４がオフすることにより、反転回路１０はハイイ
ンピーダンス状態となって、その機能を停止する。この
ため、スイッチθがクロック信号φに従ってオン・オフ
を繰り返しても、反転回路１０にはバイアス電流Ｉａが
流れることはない。また、スイッチ３がクロック信号φ
に従ってオン・オフを繰り返すことによって、アナログ
入力電圧Ｖｓがコンデンサ４に印加されてＡ点の電位が
変化しても反転回路１０は、その機能を停止しているた
め、何の影響も受けない。

一方、この場合スイッチ１８がオンすることにより、反
転回路１０の出力端子が接地電位に接続されることにな
る。この結果、反転回路１０の出力を入力としている反
転回路７の入力電圧が接地電位に固定されるため、反転
回路７にもバイアス電流が流れることはない。従って、
制御信号Ｓ。

を論理“１”とすることによって、電圧比較回路を完全
に低消費電力状態にすることができる。更に、スイッチ
１７が常時オフすることによって、Ａ点が電圧比較回路
内部の電位の影響を受けなくなるため、スイッチ６がオ
ン・オフするときに発生する雑音が結合コンデンサ４を
介してアナログ入力端子へ出て行くこともない。

第２図は本発明の第２の実施例に係る電圧比較回路を示
す回路図である。

この第２図の回路は、第１図におけるスイッチ１８を構
成するトランジスタの極性を替えた点を除けば、他は第
１図の回路と同・様であるので、第１図と同一物には同
一符号“を付し、重複する部分の説明は省略する。

この実施例では電源ｖ０゜と反転回路１０の出力端との
間にＮチャネルＭＯ８）、ランジスタからなるスイッチ
２１が接続され、そのゲートに反転回路１８の出力が与
えられている。

制御信号Ｓ０を論理“１”にすると、反転回路１０は、
ハイインピーダンス状態となってその機能を停止する。

このため、スイッチｅがオン・オフを繰り返しても反転
回路１０にバイアス電流ＩＩＩが流れることはない。ま
た、スイッチ３がオン・オフを繰り゛返すことによって
、アナログ入力電圧ｖ１１が結合コンデンサ４に印加さ
れ、Ａ点の電位が変化しても、反転回路１０はその機能
を停止しているため、何等影響を受けることはない。

一方、スイッチ２１がオンすることにより、反転回路１
０の出力端子が電源電位に接続されることになる。この
結果、反転回路７の入力電圧が電源電位に固定されるた
め、反転回路７にもバイアス電流が流れるのを防止する
ことができ、第１図に示した実施例と同じ効果を得るこ
とができる。

［発明の効果］ 以上、説明したように本発明は、電圧比較を行うための
反転回路を３ステート回路で構成し、制御信号によって
上記反転回路をハイインピーダンス状態に設定すること
を可能としたことにより、比較動作を行わないときの上
記反転回路に流れる電流値を抑制して、電圧比較回路の
低消費電力化を図ることができる。

また、本発明によれば、電圧比較を行うための反転回路
の入力側に、その制御のための何等の素子も設けていな
いため、比較回路としての入力感度を損なうこともなく
、シかも特殊な回路を必要としないため、構成が簡単で
あり、容易にモノリシック集積回路化することが可能に
なるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例に係る電圧比較回路の回
路図、第２図は本発明の第２の実施例に係る電圧比較回
路の回路図、第３図は従来の電圧比較回路の回路図、第
４図は電圧比較回路を駆動するクロックの波形図である
。 １；分圧回路、２．３，８．８．１７，１８゜２１；ス
イッチ、４；結合コンデンサ、５，７゜９．１０．１８
；反転回路、１１〜１４；トランジスタ、１５；制御信
号入力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基準電圧を第１のクロック信号に基づいてサンプ
   リングする第１のスイッチと、アナログ入力電圧を第２
   のクロック信号に基づいてサンプリングする第２のスイ
   ッチと、これら第１及び第２のスイッチによってサンプ
   リングされた電圧を保持する結合コンデンサと、この結
   合コンデンサを介して入力端が前記第１及び第２のスイ
   ッチと接続された反転回路と、比較動作に先立って前記
   反転回路の入力端子と出力端子とを短絡する第３のスイ
   ッチとを備えた電圧比較回路において、前記反転回路は
   、制御信号によってハイインピーダンス状態に設定され
   る３ステート回路により構成されていることを特徴とす
   る電圧比較回路。