JPH0354485B2 - - Google Patents

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JPH0354485B2
JPH0354485B2 JP56154011A JP15401181A JPH0354485B2 JP H0354485 B2 JPH0354485 B2 JP H0354485B2 JP 56154011 A JP56154011 A JP 56154011A JP 15401181 A JP15401181 A JP 15401181A JP H0354485 B2 JPH0354485 B2 JP H0354485B2
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output
inverting input
capacitor
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R17/00Measuring arrangements involving comparison with a reference value, e.g. bridge
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F3/00Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
    • H03F3/45Differential amplifiers
    • H03F3/45071Differential amplifiers with semiconductor devices only
    • H03F3/45479Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection
    • H03F3/45632Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit
    • H03F3/45744Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit by offset reduction
    • H03F3/45748Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit by offset reduction by using a feedback circuit
    • H03F3/45753Differential amplifiers with semiconductor devices only characterised by the way of common mode signal rejection in differential amplifiers with FET transistors as the active amplifying circuit by offset reduction by using a feedback circuit using switching means, e.g. sample and hold
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
    • H03K5/2472Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using field effect transistors
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    • HELECTRICITY
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    • H03K5/00Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
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    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電圧比較器として使用される演算増
幅器回路に関するもので、更に詳細には、電圧比
較器として使用された場合に出力リード線上に現
われる本質的なオフセツト電圧の効果を取り除く
方法を使用した演算増幅器回路に関するものであ
る。
電圧比較器として動作させる為に演算増幅器を
使用することは従来公知である。第1図は、演算
増幅器を表わす記号を示したものである。演算増
幅器1は、反転入力端2、非反転入力端3及び出
力端4を有する。第1図に示した比較器は、出力
端4から反転入力端2へフイードバツクを与える
手段を何等有していない。従つて、演算増幅器1
の増幅率は極めて高いものとなる。反転入力端2
に印加される電圧と比べ、より正の電圧を非反転
入力端3に印加すると、演算増幅器1は入力端2
及び3の間に存在する正の電力差を増幅させる。
従つて、出力端4は、入力電圧差と増幅器の利得
との積に等しい極めて高い正の値となり、増幅器
が飽和されるまで増加される。出力端4と入力端
2及び3との間にはフイードバツクがないので、
演算増幅器1の利得は極めて高くなり、出力端4
は、演算増幅器1に印加される正の供給電圧の値
VDDとほぼ等しい値にされる。同様に、非反転入
力端3に印加される電圧が反転入力端2に印加さ
れる電圧よりも一層負である場合には、演算増幅
器1は入力端2及び3の間に存在する負の電圧を
著しく増幅させ、出力端4を極めて高い負の値に
させて、基本的に演算増幅器1に印加される負の
供給電圧の値VSSと等しくさせる。このように、
演算増幅器1の端子2と3との間に正の電圧を印
加させると、出力端4は極めて高い正の値とな
る。同様に、演算増幅器1の入力端2と3との間
に負の電圧を印加させると、出力端4は極めて高
い負の値となる。第2図は、電圧比較器として使
用した理想的な演算増幅器の入力電圧と出力電圧
との関係を示している。
ところで、実際の演算増幅器回路に於いては、
構成要素間に有限の不整合があるので、これがオ
フセツト電圧を形成する。このようなオフセツト
電圧は、個々の構成要素の不整合に基づくもので
あるから、各演算増幅器回路に独特なものであ
る。従つて、例えば、第1図の演算増幅器に於い
てオフセツト電圧が存在する場合、入力端2と3
との間に僅かな正の電圧が印加されると、出力4
を極めて高い負の値にする場合もある。第3図
は、比較器として動作させる場合の実際の演算増
幅器の入力電圧と出力電圧との関係を示したもの
である。第3図に於いて、比較器出力が負の電圧
から正の電圧にスイツチされる点をVOFFで示して
ある。従つて、0とVOFFとの間の入力電圧に対し
ては比較器1の出力は正しい値を示さない。
演算増幅器に固有のオフセツト電圧によつて発
生される比較器内のエラーを取り除く為に従来
種々の試みが成されて来た。このような1つの方
法を第4図の回路に示してある。第4図に於い
て、演算増幅器1は反転入力端2、非反転入力端
3及び出力端4を有している。図示した如く、コ
ンデンサ5が反転入力端2と接地との間に接続さ
れている。反転入力端2はスイツチ6を介して出
力端4に接続されている。従つて、この場合にス
イツチ6が閉じられると、演算増幅器1は利得1
のモードで動作される。第4図の回路を電圧比較
器として動作させる場合には、入力電圧を非反転
入力端3に供給して、前もつて反転入力端2に供
給しコンデンサ5にストアされた基準電圧と比較
させる。基準電圧をコンデンサ5にストアさせる
場合には、スイツチ6を閉じ演算増幅器1を利得
1のモードにさせる。後に入力電圧と比較させる
べき基準電圧は非反転入力端3に印加させる。こ
の時点で、理想的演算増幅器の出力端4にはスイ
ツチ6を介して反転入力端2に印加された基準電
圧が現われる。しかしながら、実際の演算増幅器
では基準電圧から演算増幅器の固有のオフセツト
電圧VOFFを引いた分が出力端4に現われ、従つて
この電圧がスイツチ6を介して反転入力端2に供
給される。故に、電圧VREF−VOFFがコンデンサ5
に記憶される。次いで、スイツチ6が開かれる
と、演算増幅器1は電圧比較器として動作するこ
とが可能となり、従つて極めて高い増幅を行なう
ことが可能となる。電圧VREFよりも大きな入力電
圧が非反転入力端3に与えられると、出力端4は
極めて高い正の値となり、略演算増幅器1に印加
される正の供給電圧VDDの電圧レベルに等しくな
る。同様に、電圧VREFより小さな電圧が非反転入
力端3に印加されると、出力端4は極めて大きな
負の値となり、略演算増幅器1に印加される負の
供給電圧VSSの電圧レベルに等しくなる。
第4図の回路の明らかな欠点としては、多くの
場合に、スイツチ6を閉じることによつて演算増
幅器1を利得1のモードにさせてコンデンサ5上
に基準電圧を記憶させる訳であるが、この場合に
出力端4上の信号が入力端3に現われる電圧と
180゜を越えて位相が異なることである。この位相
差により正帰還が与えられるので不安定となり、
出力端4、従つてコンデンサ5上に記憶された電
圧を著しく高い正の値とするか又は著しく高い負
の値とさせる。この様に、コンデンサ5上に記憶
された電圧はVREF−VOFFとはならず、演算増幅器
1は電圧比較器として適切に機能しなくなる。
第5図はMOS技術を使用した従来の演算増幅
器の詳細な回路図である。正の供給電圧VDDが端
子40に供給されると共に、負の供給電圧VSS
端子42に供給される。バイアス発生器51は
MOSトランジスタ11と12とを有しており、
節点88に固定バイアス電圧を発生させる。この
バイアス電圧は、図示した如く差動入力段52内
に設けられた電流源トランジスタ16のゲート9
に印加される。これによりリード線8を介して定
電流が流れる。入力端子2と3とは電流ミラー
MOSトランジスタ15と17とに夫々接続され
ている。図示した如く、トランジスタ18,19
及び20とでレベルシフト段53を構成してい
る。レベルシフト段53を設けることによつて演
算増幅器1はクラスAB増幅器として動作するこ
とを可能として居り、レベルシフト段を使用しな
いクラスA増幅器として動作する演算増幅器と比
べて電力散逸をより小さなものとしている。図示
した如く、トランジスタ21と22とで出力段5
4を構成して居り、出力端4から演算増幅器1の
出力信号をとり出すことが可能である。
第6図は、第4図に示した如くに接続した電圧
比較器として用いた演算増幅器の詳細な回路図で
ある。第5図と第6図とに共通の回路要素には同
じ番号を印してある。しかしながら、第6図の回
路は幾つかの付加要素を有している。入力電流ミ
ラートランジスタ15のゲート7は反転入力端2
を介して内部的に節点74に接続されている。節
点74と接地との間にコンデンサ108が接続さ
れて居り、該コンデンサ108は演算増幅器1が
電圧比較器として用いられる場合に使用される基
準電圧を記憶する役目を有する。節点74は、図
示した如く、一対の相補型MOSトランジスタ1
05及び106から形成された伝送ゲート107
を介して節点73に於いて出力端4に接続されて
いる。入力端43が論理低状態にされると、Pチ
ヤンネルMOSトランジスタ105がオンされる。
この場合、同時に、インバータ109によつて論
理高状態が節点75に与えられ、その結果Nチヤ
ンネルMOSトランジスタ106がオンされる。
従つて、伝送ゲート107は導通状態となり、そ
の結果、出力節点73を入力トランジスタ15の
ゲート7及び基準電圧記憶用コンデンサ108に
接続させる。これにより、演算増幅器1は利得1
のモードにされる。基準電圧VREFが非反転入力端
3に与えられると、コンデンサ108にストアさ
れる電圧はVREF−VOFFとなる。尚、この場合の
VOFFは演算増幅器1のオフセツト電圧である。
又、差動入力段52の入力節点71と出力段5
4の出力節点73との間にはコンデンサ101が
固定的に接続されている。このコンデンサ101
によつて出力節点73上に現われる信号と入力節
点71上の信号との間のフエーズシフトを180゜よ
り小さく減少させて居り、その結果出力段54と
差動入力段52との間に負帰還を与えている。こ
のような負帰還を与えることにより、入力端子4
3に論理低状態を与えて伝送ゲート107を導通
状態とすることによつて演算増幅器1を利得1の
モードにさせた場合の安定性を確保することを可
能としている。この場合の安定性は負荷コンデン
サ108の値の如何に拘らず確保される。従つ
て、第6図の従来技術の回路に於いては、1入力
端で使用する為に電圧VREF−VOFFをストアする為
の記憶用コンデンサを使用すると共に、演算増幅
器1が利得1のモードで適切に機能すべく安全性
を保証するコンデンサ101を設けることによつ
て、第4図の従来技術の回路及び第5図の従来技
術の回路の欠点を解消させている。しかしなが
ら、コンデンサ101を設けることによつてスル
ーレートが減少されるので演算増幅器1の応答時
間が減少される。スルーレートはI1/C1で定義さ
れ、ここでI1は電流源トランジスタリード線8を
流れる電流であり、C1はコンデンサ101の容
量と節点71における寄生容量との和である。こ
のようにスルーレートが減少されるということ
は、オフセツト電圧補償手段を有する比較器とし
て動作させる場合の従来の演算増幅器回路の明ら
かな欠点である。
本発明は、以上の点に鑑み成されたものであつ
て、従来技術の欠点を解消したスイツチ動作され
るコンデンサを有する電圧比較器回路を提供する
ことを目的とする。本発明は電圧比較器として用
いる演算増幅器を提供するものである。後で使用
する為に比較器内に基準電圧VREFをストアする場
合の期間を初期値化期間と呼ぶ。この演算増幅器
の初期値化期間に於いて、演算増幅器の非反転入
力端に基準電圧を供給し、反転入力端を演算増幅
器の出力端に接続させて、演算増幅器を利得1の
モードで動作させる。記憶用コンデンサが演算増
幅器出力端と接地との間に接続されて居り、基準
電圧から演算増幅器の固有のオフセツト電圧を差
し引いた電圧を記憶させる。この初期値化期間に
於いて、スイツチ差動されてフイードバツクコン
デンサが、演算増幅器の差動入力段の非反転入力
側の入力節点と演算増幅器の出力端との間に接続
される。このフイードバツクコンデンサを設ける
ことによつて、出力信号と入力信号との間のフエ
ーズシフトを180゜より小さく減少させて居り、負
帰還を与えているので、演算増幅器が利得1のモ
ードにある場合に安定性及び適切な機能を確保し
ている。初期値化期間の間に基準電圧からオフセ
ツト電圧を差し引いた電圧が記憶用コンデンサに
ストアされると、記憶用コンデンサは演算増幅器
の出力端から切断されるが、演算増幅器の反転入
力端は記憶用コンデンサに接続されたまゝであ
る。更に、演算増幅器が比較器として使用される
場合にフイードバツクコンデンサは差動入力段の
非反転側の入力節点と演算増幅器の出力端とから
切り離される。その結果、オフセツト電圧補償を
用いた従来の比較器と比べてスルーレート及び応
答時間が改良される。
以下、添付の図面を参考に本発明の具体的実施
の態様に付き詳細に説明する。第7図は本発明に
基づき電圧比較器として使用する演算増幅器の詳
細な回路図である。端子43は比較器の動作状態
を表わす外部信号を受けることが可能である。電
圧比較器を初期値化させたい場合は、論理低状態
を端子43に与える。比較器の初期値化を行なう
のは、後々で使用する為に比較器内に基準電圧
VREFをストアさせたい場合である。初期値化期間
に於いて、電圧VREFを非反転入力端3に印加さ
せ、且つ論理低状態を端子43に与える。端子4
3に論理低状態が与えられるとPチヤンネルトラ
ンジスタ105が導通状態とされる。入力端子4
3に論理低状態が与えられると、インバータ10
9によつて論理高状態が節点75に発生される。
このような論理高状態によつてNチヤンネル
MOSトランジスタ106が導通状態とされる。
従つて、伝送ゲート107を構成するトランジス
タ105及び106の両方がオンされる。伝送ゲ
ート107がオンされると、反転入力端2を介し
て出力節点73が反転入力電流ミラーMOSトラ
ンジスタ15に接続される。これにより、演算増
幅器は利得1のモードにされ、電圧VREF−VOFF
出力節点73と出力端子4に現われる。伝送ゲー
ト107がオンされているので電圧VREF−VOFF
更にコンデンサ108にストアされる。
演算増幅器1が安定であり、従つて利得1のモ
ードで適切に機能することを確保する為に、コン
デンサ101を用いて出力節点73から差動入力
段52の非反転側に設けられた入力節点71にフ
イードバツクを与えている。出力節点73と入力
節点71との間にコンデンサ101を設けること
によつて、出力節点73で得られる出力信号が節
点73に於ける入力信号と位相が180゜を越えて相
違することを防止して居り、その結果正帰還がか
けられることを防止すると共に、演算増幅器1が
利得1のモードにある場合に適切に機能すること
を確保している。コンデンサ101は、伝送ゲー
ト112及び104を用いて入力節点71と出力
節点73との間に接続されている。伝送ゲート1
04はPチヤンネルMOSトランジスタ102と
NチヤンネルMOSトランジスタ103とで構成
されている。同様に、伝送ゲート112はPチヤ
ンネルMOSトランジスタ110とNチヤンネル
トランジスタ111とで構成されている。入力端
子43に論理低状態が与えられると、Pチヤンネ
ルMOSトランジスタ102と110とがオンす
る。この場合に、インバータ109によつて節点
75に論理高状態が発生され、従つてNチヤンネ
ルMOSトランジスタ103と111とがオンさ
れる。故に、初期値化期間に於いて、伝送ゲート
104と112とはオン状態にあり、この結果コ
ンデンサ101は入力節点71と出力節点73と
の間に接続される。
演算増幅器1を電圧比較器として動作させる場
合には、入力端子43に論理高状態を与える。こ
れによりインバータ109によつて節点75には
論理低状態が発生され、又インバータ110によ
つて節点76には論理高状態が発生される。入力
端子43に論理高状態が与えられると、Pチヤン
ネルMOSトランジスタ110,102及び10
5はオフされる。節点75が論理低状態になる
と、NチヤンネルMOSトランジスタ111,1
03及び106がオフされる。これにより伝送ゲ
ート112,104及び107は非導通状態とさ
れる。伝送ゲート107が非導通状態になると、
出力節点73は電流ミラーMOSトランジスタ1
5から切断され、その結果演算増幅器1を利得1
のモードから脱却させる。この場合に電圧VREF
VOFFはコンデンサ108にストアされたものであ
る。この電圧VREF−VOFFは反転入力端2を介して
電流ミラートランジスタ15に印加されるので非
反転入力端3に印加される電圧を記憶された電圧
VREF−VOFFと比較させることを可能とさせ、この
結果出力端4にはオフセツト電圧VOFFの影響によ
るエラーのない正確な出力信号を得ることを可能
としている。従つて、非反転入力端4に於ける出
力信号は端子3に於ける入力信号が電圧VREFと比
べてより正であるか又はより負であるかを表わす
こととなる。
演算増幅器1を電圧比較器として動作させる場
合に端子43に論理高状態を与えて、Pチヤンネ
ルトランジスタ110と102とをオフさせる。
この場合に、インバータ109によつて節点75
に論理低状態が発生され、その結果Nチヤンネル
MOSトランジスタ111と103とがオフされ
る。従つて、伝送ゲート112と104とは非導
通状態となり、コンデンサ101を入力節点71
と出力節点73とから切断させる。同時に、イン
バータ110によつて節点76に論理高状態が発
生されるので、NチヤンネルMOSトランジスタ
190がオンされ、コンデンサ101を接地接続
される。以上の如く、安全性を確保し利得1のモ
ードで演算増幅器1を適正に機能させたい場合に
は、コンデンサ101をスイツチ動作させて、出
力節点73と入力節点71との間で演算増幅器回
路内に接続させて初期値化期間に於ける正帰還を
防止する。同様に、演算増幅器1を電圧比較器と
して動作させる場合にはコンデンサ101をスイ
ツチ動作させて演算増幅器回路から切断させ、そ
の結果従来の電圧比較器と比べスルーレートを改
善すると共に応答時間を改善させている。一方、
従来の電圧比較器に於いては、演算増幅器に固有
のオフセツト電圧の効果を相殺させる為には、演
算増幅器の出力端と入力端との間にコンデンサを
永久接続させて居り、それにより演算増幅器を利
得1のモードで動作させる場合の正帰還を防止さ
せているものである。
以上本発明の具体的実施例につき詳細に説明し
たが本発明はこれら具体例に限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲内に於いて種々の
変形例が可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は電圧比較器として用いることが可能な
演算増幅器の説明図、第2図は電圧比較器として
用いた場合の理想的な演算増幅器の入力電圧と出
力電圧との関係を示したグラフ図、第3図は電圧
比較器として用いた場合の第1図の実際の演算増
幅器の入力電圧と出力電圧との間の関係を示した
グラフ図、第4図は電圧比較器として用いた場合
の演算増幅器オフセツト電圧の効果をとり除く為
の従来技術の方法を示した説明図、第5図は電圧
比較器として用いることの可能なMOS技術を利
用した従来技術の演算増幅器回路図、第6図は演
算増幅器に固有のオフセツト電圧を出力電圧から
取り除く為の従来技術の方法を用いた電圧比較器
として使用することの可能な従来技術の演算増幅
器の回路図、第7図は本発明に基づき電圧比較器
として用いた演算増幅器の回路図、である。 (符号の詳細な説明)、3:入力端、4:出力
端、52:差動入力段、71:入力節点、73:
出力節点、109,110:インバータ、10
4,107,112:伝送ゲート、101,10
8:コンデンサ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 固有のオフセツト電圧を有すると共に、反転
    入力端と非反転入力端とを持つた電流ミラー差動
    入力段と出力端を持つた出力段とを有する演算増
    幅器と、 前記反転入力端と前記出力端との間に接続した
    スイツチ手段と、 基準電圧から前記演算増幅器に固有のオフセツ
    ト電圧を差し引いた電圧をストアするために前記
    反転入力端と接地との間に接続した記憶用コンデ
    ンサとを有する電圧比較回路において、 前記記憶用コンデンサに前記差し引いた電圧を
    ストアする場合にのみ前記出力端を前記電流ミラ
    ー差動入力端の非反転側の入力節点に容量的に結
    合させて正帰還を防止する手段を設け、前記演算
    増幅器出力端に得られる出力信号によつて前記非
    反転入力端に印加される電圧が前記基準電圧より
    も大であるか小であるかを表すことを特徴とする
    電圧比較回路。
JP56154011A 1980-10-01 1981-09-30 Method of removing influence of intrinsic offset voltage and voltage comparator Granted JPS5789325A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/192,721 US4320347A (en) 1980-10-01 1980-10-01 Switched capacitor comparator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5789325A JPS5789325A (en) 1982-06-03
JPH0354485B2 true JPH0354485B2 (ja) 1991-08-20

Family

ID=22710793

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56154011A Granted JPS5789325A (en) 1980-10-01 1981-09-30 Method of removing influence of intrinsic offset voltage and voltage comparator

Country Status (6)

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