JPS5997220A - 電圧比較回路 - Google Patents

電圧比較回路

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JPS5997220A
JPS5997220A JP57207005A JP20700582A JPS5997220A JP S5997220 A JPS5997220 A JP S5997220A JP 57207005 A JP57207005 A JP 57207005A JP 20700582 A JP20700582 A JP 20700582A JP S5997220 A JPS5997220 A JP S5997220A
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trs
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flip
transistors
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Akira Yugawa
湯川 彰
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NEC Corp
Nippon Electric Co Ltd
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    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00—Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353—Generators 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
    • H03K3/356—Bistable circuits
    • H03K3/356017—Bistable circuits using additional transistors in the input circuit

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  • Manipulation Of Pulses (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

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】 本発明は、主として相補型絶縁ゲート構成の半導体集積
回路上に実現するA/D変換器等に用い、微小なる差の
ある2つの電圧を比較しその大小に応じた論理電圧を出
力させるのに適した電圧比較回路に関するものである。
従来相補型絶縁ゲート構成の半導体集積回路に用いる電
圧比較回路としては、第1図に示すごとく、Mlを定電
流源とし、M2.M3を入力トランジスタとし、M4.
M5を電流ミラー型負荷とじて構成した差動増幅器10
により、端子2,31こ加えられた電圧の差に比例した
出力電圧を端子6からとり出し、これをM6を定電流負
荷とする反転増幅器11により更に増幅する2段構成の
増幅回路を使用していた。
第1図をはじめ本s1こおいて使用するシンボルは、n
チャンネルトランジスタを第2図(al、pチャンネル
トランジスタを第2図(blのように定める。
共にGと示したのがゲート、Sと示したのがソース、D
と示したのがドレインである。この2段構成の増幅回路
によれば、通常2000倍〜5000倍の利得が得られ
るが、利得の余裕を得るため普通は更にトランジスタM
8.M9からなる反転増幅器12を1段付力11シてい
る。13は前記M1とM6を定電流領域で動作させるた
めのバイアス電圧供給回路である。
かかる電圧比較回路は入力電圧が減少するとそれにみあ
って増幅段数を増加せねばならず、集積回路内の占有@
積の増大、消費電力の増大を招く。
さらに初段の差動増幅器の同相′成田除去は万全とは言
えず、入力電圧の同相成分が変化すると、節点6の出力
電圧が変化し、この電圧が反転増幅器により増幅される
ため、入力電圧として1mV以下の電圧差の場合には同
相電圧によっては最終段の出力で論理It I I+の
状態と、論理1IOWの状態が入れ替わることがある。
また、電源電圧が変動した場合にも同じ現象を生ずる。
そのため、かかる電圧比較回路では入力電圧の同相電圧
が大きく変化する場合や、電源に雑音が多い場合には1
mV以下の電圧を比較することは困難と々る。更に最も
重大なこととして、差動増幅器10の動作中心電圧と、
反転増幅器11の動作中心電圧を一致きせることは非常
に困難で、現在の技術では数100mVずれるのが普通
で、これが101nV内外の入力オフセット電圧となる
。これは現在技術では制御できない。
したがって電圧比較はオフセットを込みにした電圧で比
較する必をがあり、真の電圧差での比較は行えない欠点
を有する。
別の電圧比較方法としてたとえば1979年ディングウ
オールによりl8SCC+cて発表された第3図のごと
き回路がある。(’79 l5SCC[)igest 
0fTechrical papers pp 126
)この回路の動作の詳細は前記文献に書かれており省略
する。本回路では図中端子102および103からの入
力電圧が、トランジスタM10.MllあるいはM12
.M13からなるそれぞれ交互に導通するスイッチを通
して蓄電器C1の片側の電極に接続され、蓄電器の他の
電極はトランジスタM14およびM2Sにより構成され
る反転増幅器の入力端子に接続される。この反転増幅器
の入力端子と出力端子は前記スイッチと同期して導通、
非導通を行うようにしである。図中φ、φは互に相補な
りロックである。例えば入力端子103に接続されたス
イッチが導通しているとき、反転増幅器の入力端105
と出力端106の間に接続されたトランジスタM16.
M+7からなるスイッチもN7通し、端子105と10
6の電位を等しい電位とする。次に入力端子102側に
接欣されたスイッチを導通させ他の2つのスイッチを非
導通とすると、端子104の電位は端子102の′直圧
と端子103の電圧の差だけ変化する。この変化はC1
を通して前記反転増幅器に伝達され、出力106にこの
変化が数十倍に稙幅されて出力される。したがって端子
102と103の間の電圧差が増幅される。
この回路は簡便であるよう(こみえるが、蓄電器C1の
寸法は前記反転増幅器の寸法の数倍の大きさが必要であ
る。また前記反転増幅器の利得は高々数十倍であり、入
力電圧差が1mV以下となると、出力電圧Fi論理回路
を動作させるに充分な電圧ではないため、ラッチ107
でもかなりの増幅が必要となる。また、端子103の電
圧をサンプリングする時刻と端子102の電圧をサンプ
リングする時刻が異なっているため、この両時刻で電源
電圧が変動すると、その電圧も信号入力電圧と同等に扱
ってしまう。したがって電源雑音に対して非常に弱い欠
点を有している。
本発明はかかる欠点を除去し、非常に高感度な電圧比較
回路を少ない素子数により実現しようとするものである
。
本発明は、1対の交叉結合された一橋電型の第1および
第2の電界効果トランジスタによシ構成される第1の7
リソプフロツプと、このフリップフロップを構成するト
ランジスタとソースおよびドレインを共通にし第1の7
リツプフロツプト同極性の第3および第4の電界効果ト
ランジスタと、前記第1の7リツプ70ツブとは異極性
の1対の交叉結合された第5および第6の電界効果トラ
ンジスタによ多構成される第2のフリップフロップと、
第2の7リツプフロツプを構成する第5および第6のト
ランジスタとソースおよびドレイン電極通にし第2のフ
リップフロップと同極性の第9および第10の電界効果
トランジスタと、パルスを発生する手段にょ多構成され
、前記第7、第8、第9、第10のトランジスタのゲー
ト電極が前記パルスを発生する手段に接続され、前記第
3および第4のトランジスタのゲート電極を信号六方端
子とし、前記第9および第10のトランジスタのドレイ
ン電極を出方端子とすることを特憎とする電圧比較回路
にある。
以下本発明に関して実施例を示す図面を用いて詳細に説
明する。第4図は本発明の一実施例を示す回路図である
。本回路はnチャンネルMOS )ランジスタTI 、
T2によ多構成されるフリップフロップと、それぞれの
トランジスタに並列え接続されたnチャンネルMOSト
ランジスタT3 、T4と、nチャンネルMOS)ラン
ジスタT5 、T6により構成されるフリップフロップ
と、T5.T6にそれぞれ並列に接続されたnチャンネ
ルMOS )ランジスタT7.T8と、TI、T2のド
レイン電極とT5゜T6のドレイン電極との間がnチャ
ンネルトランジスタT9.TIOで接続されていること
にょシ成り立っている。そして、T7.T8.T9.T
IOのゲート電極は端子208としてパルス発生源に接
続される。比較するべき電圧はT3.T4のゲート電極
202及び203に印加される。またこの回路では端子
201に正電源VDDが接続され、端子209は接地さ
れている。。
この回路は最初パルス電圧零からスタートする。
電源電圧として5V、nチャンネルトランジスタのしき
い値電圧がO,SVの場合には入力電圧は望ましくはT
3.T4のしきい値電圧よ、?IV程度高いことが最も
回路を高速に動作させることができる。
以下この条件で説明する。T3.T4は導通しているか
ら節点204.205の電圧は零でT9.TIOは非導
通、T7.T8は導通となるから、端子206.207
の電位は電源端子201の電圧VDDと等しい。次に端
子208に正のパルスを印加すると、T 9 、 T 
1.0は専通し、T7.T8は非導通となり、T9.T
IOをとうしてTI 、T2の7リツプフロツプへ電流
が流入する。このとき端子202の電位が203より高
かったとすると、トランジスタT3に流れる電流の方が
T4に流れる′電流より多い。Tl、T2にはそれぞれ
節点205もしくは204の電位がしきい値電圧を超え
るまでは流れない。T9.TIOが導通した初期には節
点204も205も同じように充電されるが、節点20
4の方が放電量が多いため、節点−205の方が先にし
き9値電圧を超える。するとT1も放電を開始し、節点
204の電位は上昇しない。したがって節点205の電
位は上昇をつづける。そのだめT9に流れる電流の方が
TIOに流れる電流より多くなる。すると、端子206
の電位の方が207の電位より吐くなるからT5.T6
でつくられるフリップフロップも動作し、端子206の
電位は急速に低下する。このようfこして入力電圧に応
じて出力電圧の状態が定まる。その動作は2重の7リツ
プフロツプで構成されるため、状態が定まるに要する時
間は、6ミクロン程度のチャンネル長を有するMOS)
ランジスタを用いても20nS以下と高速にできる。ま
た、入力から出力まで完全な対称配列となっているだめ
、従来回路において欠点であったオフセット電圧の生ず
る原因を除去できる。また電02雑音は両入力電圧に対
して等しく加わるためキャンセルされ雑音に対して誤動
作するおそれも全くない。また、フリップフロップで正
帰還がかかっているため利得は無限大であり、入力電圧
が1 mV以下になっても出力として論理振幅として充
分な電圧出力を得ることができる。
初期状態への彷帰は、前記パルスを零にもどす。
するとT9.TIOは非導通となり、T7.T8は導通
する。すると節点204,205の電荷はそれぞれT3
およびT4をとうして急速に放電し、一方節点206 
、207はそれぞれT7およびT8をとうして急速に充
電して電源電圧”DDにもどる。本発明の回路構成なら
ばこの復帰時間は容易に1On8以下(こできる。
本回路は初期状態においては電流を消費しない。
また、比較動作中においても非富に微少な電流を消費す
るだけであり、消費電力も従来回路の1/10以下でる
る利点を有している。
本発明(こよる入力電圧は前述のような場合においては
窒ましくは’r3.T4のしきい値電圧よりIV内外高
い場合に最も性能がよい。この条件を広い入力範囲で得
る回路として通常の差動増幅回路で充分である。その例
を@5図に示す。第5図は本発明による回路Bの部分に
、従来回路である差動増幅回路Aを付加したものである
。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来技術である差動増幅器10と反転増幅器1
1.12を組み合わせたコンパレータ回路を示す図。第
2図ta+はnテヤンイ、ルトランジスタを示す図、中
)はpチャンネルトランジスタを示す図。第3図は別の
従来技術でちる反転増幅器とトランスファゲートをスイ
ッチとして用いたコン7くレータを示す図。第4図は本
発明の実施例の基本的回路を示す図。第5図は差動増幅
器を本発明とを組み合わせて入力電圧範囲を拡大した回
路例を示す図。 M1〜M17.T1〜TIO・・・・・・MOS)ラン
ジスタ。 碌1関 第4 図 20プ 第5 圓 A  −−B

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1対の交叉結合された一導電型の第1および第2の電界
    効果l・ランジスタによシ構成される第1の7リツプフ
    ロツプと、このフリップフロップを構成する第1および
    第2のトランジスタとソースおよびドレインを共通にし
    第1の7リツプフロツプと同極性の第3および第4の電
    界効果トランジスタと、前記第1のフリップフロップと
    は異極性の1対の交叉結合された第5及び第6の電界効
    果トランジスタにより構成される第2の7リツプフロツ
    プと、第2の7リツプフロツプを構成する第5および第
    6のトランジスタしソースおよびドレインを共通にし第
    2の7リツプ70ツブと同極性の第7および第8の電界
    効果トランジスタと、第1の7リツプ70ツブのドレイ
    ン電極対と第2の7リツプフロツプのドレイン電極対を
    それぞれソース電極およびドレイン電極とする第1のフ
    リップ70ツブと同極性の第9および第10の電界効果
    トランジスタと、パルスを発生する手段により構成され
    、前記第7、第8、第9、第10のトランジスタのゲー
    ト電極が前記パルスを発生する手段に接続され、前記第
    3および第4のトランジスタのゲート電極を信号入力端
    子とし、前記第9及び第10のトランジスタのドレイン
    電極を出力端子とすることを特徴とする電圧比較回路。
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