JPS60151564A - 直列接続したシングルエンデツド利得段を使用した高速比較器用のオフセツトの減少 - Google Patents
直列接続したシングルエンデツド利得段を使用した高速比較器用のオフセツトの減少Info
- Publication number
- JPS60151564A JPS60151564A JP25776484A JP25776484A JPS60151564A JP S60151564 A JPS60151564 A JP S60151564A JP 25776484 A JP25776484 A JP 25776484A JP 25776484 A JP25776484 A JP 25776484A JP S60151564 A JPS60151564 A JP S60151564A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stage
- input
- voltage
- offset
- gain
- 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.)
- Pending
Links
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 23
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 8
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 6
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 102100034004 Gamma-adducin Human genes 0.000 description 1
- 101000799011 Homo sapiens Gamma-adducin Proteins 0.000 description 1
- 241000244317 Tillandsia usneoides Species 0.000 description 1
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
- H03K5/22—Circuits 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
- H03K5/24—Circuits 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
- H03K5/2472—Circuits 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
- H03K5/249—Circuits 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 using clock signals
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Analogue/Digital Conversion (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
- Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
- Amplifiers (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は高速比較器用のオフセットの減少を得るための
方法に関するものであって、更に詳細には、直列接続し
たシングルエンデツド利得段を使用した比較器を減少さ
せたオフセット状態で操作する方法に関するものである
。
方法に関するものであって、更に詳細には、直列接続し
たシングルエンデツド利得段を使用した比較器を減少さ
せたオフセット状態で操作する方法に関するものである
。
オフセット電圧はオペアンプ(演算増幅器)の本質的な
特性である。それはゼロ基準電圧近傍での非対称的な動
作を発生させる。それは回路に従属するものであり、構
成要素の不整合や、偶発的な電圧のカップリング等の要
因によって発生される。特定のオペアンプに対するオフ
セット電圧の値は基本的には固定されているが、温度と
共にドリフトすることがあり、且つ同様の方法で構成さ
れたオペアンプ間においても変動することがある。
特性である。それはゼロ基準電圧近傍での非対称的な動
作を発生させる。それは回路に従属するものであり、構
成要素の不整合や、偶発的な電圧のカップリング等の要
因によって発生される。特定のオペアンプに対するオフ
セット電圧の値は基本的には固定されているが、温度と
共にドリフトすることがあり、且つ同様の方法で構成さ
れたオペアンプ間においても変動することがある。
比較器(コンパレータ)として使用するオペアンプにお
いては、オフセットは特に重要であり且つ好ましからざ
るものである。比較器においては、入力電圧Vjnが基
準電圧Vrjfの値にいつ到達するかということを決定
することが望ましい。比較器回路の正味のオフセットが
、例えば10mVである場合には、この遷移はVrif
に到達する前後10mVで発生する。このことは10m
Vのエラーを導入する。このような内蔵されているエラ
ーは高分解能比較器にとって許容できるものではない。
いては、オフセットは特に重要であり且つ好ましからざ
るものである。比較器においては、入力電圧Vjnが基
準電圧Vrjfの値にいつ到達するかということを決定
することが望ましい。比較器回路の正味のオフセットが
、例えば10mVである場合には、この遷移はVrif
に到達する前後10mVで発生する。このことは10m
Vのエラーを導入する。このような内蔵されているエラ
ーは高分解能比較器にとって許容できるものではない。
高分解能比較器におけるオフセットを減少させる1技術
は、一連のカスケード接続したインバータ段を使用する
比較器を構成することである。このような比較器の構造
を第1a図に示しである。
は、一連のカスケード接続したインバータ段を使用する
比較器を構成することである。このような比較器の構造
を第1a図に示しである。
このタイプの比較器及びその従来の動作方法は、S、
W、 Chin等の[電荷をバランスさせることは10
ビットA−D変換器チップにとって重要である」、エレ
クトロニクス、1981年10月6日、136頁、及び
ナショナルセミコンダクターADD3500/ADD3
501 3 1/2ディジットDVM、多重化された7
セグメント出力付、に関する明細シート等の文献に記載
されている。
W、 Chin等の[電荷をバランスさせることは10
ビットA−D変換器チップにとって重要である」、エレ
クトロニクス、1981年10月6日、136頁、及び
ナショナルセミコンダクターADD3500/ADD3
501 3 1/2ディジットDVM、多重化された7
セグメント出力付、に関する明細シート等の文献に記載
されている。
動作について説明すると、クロック信号A及びAが時間
と共に変化すると、比較器回路はノード100上に差動
電圧、即ちV in −V ref、を発生させる。V
in及びVrefの相対的な値に従い、この差動電圧は
それが如何に小さなものであっても、正又は負である。
と共に変化すると、比較器回路はノード100上に差動
電圧、即ちV in −V ref、を発生させる。V
in及びVrefの相対的な値に従い、この差動電圧は
それが如何に小さなものであっても、正又は負である。
この差動電圧はコンデンサ12上に保持され、適宜の時
間に、引き続くインバータ段13,15,17,19に
よって増幅され、従ってメモリ装置20が差動電圧V
in −V refの符号に応じてデジタル“1′″又
はデジタル# O11を表わす正又は負の電圧を保持す
る。メモリ装置20はサイクル中の適宜の時間において
信号Fによってチェックされ、比較の結果の出力読取り
が得られる。この回路における欠点としては、各インバ
ータ段に対して、(トランジスタ21−24のゲートと
ソース・ドレイン領域との間に形成されているコンデン
サを介して)クロックから増幅を行うインバータ段の入
力リードへ電圧のフィードスルーが発生すること等の理
由により、増幅を行う前にインバータ段の入力にエラー
電荷が存在するということである。このエラー電荷は爾
後のインバータ段によって増幅され、誤った比較の結果
を発生するような著しい累積的なエラーを発生する。こ
のような累積的なエラーに対する最も著しい寄与は最初
の利得段(インバータ13.スイッチングトランジスタ
21)によって与えられる。
間に、引き続くインバータ段13,15,17,19に
よって増幅され、従ってメモリ装置20が差動電圧V
in −V refの符号に応じてデジタル“1′″又
はデジタル# O11を表わす正又は負の電圧を保持す
る。メモリ装置20はサイクル中の適宜の時間において
信号Fによってチェックされ、比較の結果の出力読取り
が得られる。この回路における欠点としては、各インバ
ータ段に対して、(トランジスタ21−24のゲートと
ソース・ドレイン領域との間に形成されているコンデン
サを介して)クロックから増幅を行うインバータ段の入
力リードへ電圧のフィードスルーが発生すること等の理
由により、増幅を行う前にインバータ段の入力にエラー
電荷が存在するということである。このエラー電荷は爾
後のインバータ段によって増幅され、誤った比較の結果
を発生するような著しい累積的なエラーを発生する。こ
のような累積的なエラーに対する最も著しい寄与は最初
の利得段(インバータ13.スイッチングトランジスタ
21)によって与えられる。
何故ならば、このようなエラーは爾後の利得段によって
完全に増幅され、爾後の利得段のオフセットの影響は最
初の利得段によって与えられる利得によって減少される
からである。とにかく、このような累積的なエラーは高
分解能比較を行うことの妨げとなる。
完全に増幅され、爾後の利得段のオフセットの影響は最
初の利得段によって与えられる利得によって減少される
からである。とにかく、このような累積的なエラーは高
分解能比較を行うことの妨げとなる。
本発明は、以上の点に鑑み為されたものであって、シン
グルエンデツド利得段を使用する高分解能比較を行うこ
との可能な方法及び装置を提供することを目的とする。
グルエンデツド利得段を使用する高分解能比較を行うこ
との可能な方法及び装置を提供することを目的とする。
本発明の別の目的とするところは、最初の利得段がオフ
セットエラーを発生することがないように構成されてお
り、最初の段の開放ループ利得によりオフセットの寄与
が減少されているために爾後の利得段が比較動作に殆ど
影響を与えることがないものであって、シングルエンデ
ツド利得段を使用する高分解能比較を行うための動作シ
ーケンスを提供することである。本発明の更に別の目的
とするところは、直列接続したシングルエンデツド利得
段を使用する比較器の動作方法を提供するものであって
、爾後の段より先に第1段をオンさせることにより最初
の段におけるオフセットを無効とさせることを特徴とす
る方法を提供することである。
セットエラーを発生することがないように構成されてお
り、最初の段の開放ループ利得によりオフセットの寄与
が減少されているために爾後の利得段が比較動作に殆ど
影響を与えることがないものであって、シングルエンデ
ツド利得段を使用する高分解能比較を行うための動作シ
ーケンスを提供することである。本発明の更に別の目的
とするところは、直列接続したシングルエンデツド利得
段を使用する比較器の動作方法を提供するものであって
、爾後の段より先に第1段をオンさせることにより最初
の段におけるオフセットを無効とさせることを特徴とす
る方法を提供することである。
本発明によれば、複数個の直列接続したシングルエンデ
ツド利得段を有する高速の比較器に対する動作方法が提
供されている。最初の利得段のオフセット電圧は相殺さ
れている。このことは、最初の段の開放ループ利得によ
り爾後の利得段のオフセットを減少させることを可能と
している。即ち、最初の段のオフセット電圧を相殺する
ことにより、ゼロ出力電圧を発生させる差動入力電圧は
望まれる如くもっとゼロに近い値とされる。
ツド利得段を有する高速の比較器に対する動作方法が提
供されている。最初の利得段のオフセット電圧は相殺さ
れている。このことは、最初の段の開放ループ利得によ
り爾後の利得段のオフセットを減少させることを可能と
している。即ち、最初の段のオフセット電圧を相殺する
ことにより、ゼロ出力電圧を発生させる差動入力電圧は
望まれる如くもっとゼロに近い値とされる。
動作につき説明すると、最初の利得段のスイッチングト
ランジスタは、爾後の段のスイッチングトランジスタが
オン状態を維持している間にオフされて最初のインバー
タ段を動作状態とさせ、従ってこれらインバータの入力
リードはそれらの初期状態とされる。これにより、最初
の段のオフセットエラーが除去される。その後、残りの
利得段が動作されて差動入力信号を増幅する際には、そ
れらの残りの利得段のエラーは最初の段(そのオフセッ
トは既に除去されている)の大きな開放ループ利得によ
って増幅されることがないのでこれらの利得段のオフセ
ットエラーに対する寄与は小さい。従って、入力電圧と
基準電圧との間において高分解能比較を行うことが可能
である。
ランジスタは、爾後の段のスイッチングトランジスタが
オン状態を維持している間にオフされて最初のインバー
タ段を動作状態とさせ、従ってこれらインバータの入力
リードはそれらの初期状態とされる。これにより、最初
の段のオフセットエラーが除去される。その後、残りの
利得段が動作されて差動入力信号を増幅する際には、そ
れらの残りの利得段のエラーは最初の段(そのオフセッ
トは既に除去されている)の大きな開放ループ利得によ
って増幅されることがないのでこれらの利得段のオフセ
ットエラーに対する寄与は小さい。従って、入力電圧と
基準電圧との間において高分解能比較を行うことが可能
である。
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。シングルエンデツド利得段比
較器は高速であり、共通モード信号制限を有しておらず
、単一の又は大型の集積回路装置の一部として構成され
る場合に占有する面積はtJsさく1本質的に安定であ
る。然し乍ら、オフセット電圧エラーは問題として残る
。電圧オフセットを減少させるための従来の試みは、前
述した如くクロックのフィードスルーの問題があるため
に、あまり効果的なものではながった6例えば、A、
Dingwallの「モノリシック拡張可能な6ビツh
20 M Hz CM OS / S OS A−D
変換器」、IEEE・ジャーナル・オフ・ソリッドステ
ートサーキッッ、1979年12月、926頁の文献に
記載されている。
について詳細に説明する。シングルエンデツド利得段比
較器は高速であり、共通モード信号制限を有しておらず
、単一の又は大型の集積回路装置の一部として構成され
る場合に占有する面積はtJsさく1本質的に安定であ
る。然し乍ら、オフセット電圧エラーは問題として残る
。電圧オフセットを減少させるための従来の試みは、前
述した如くクロックのフィードスルーの問題があるため
に、あまり効果的なものではながった6例えば、A、
Dingwallの「モノリシック拡張可能な6ビツh
20 M Hz CM OS / S OS A−D
変換器」、IEEE・ジャーナル・オフ・ソリッドステ
ートサーキッッ、1979年12月、926頁の文献に
記載されている。
一連のシングルエンデツド利得段を有する比較器10の
従来の動作は、第2a図乃至第2c図のタイミング線図
と共に第1a図の回路図を参照することによって理解す
ることが可能である。第2b図に示した如く、クロック
信号B、C,D、Eが高であると、スイッチングトラン
ジスタ21乃至24はオン状態を維持し、従って利得段
113゜115.117,1.19 (夫々反転用増幅
器13゜1.5,17.19を有している)の入力リー
ドと出力リードとがショートされ、従って比較を行う前
にこれらの利得段はゼロ(リセット)動作される。この
期間中に、クロック信号Aは低であり、従ってトランジ
スタスイッチ11がオフされ、トランジスタスイッチ9
がオンされ、従って基準電圧Vrefがノード100及
びコンデンサ12へ印加される。
従来の動作は、第2a図乃至第2c図のタイミング線図
と共に第1a図の回路図を参照することによって理解す
ることが可能である。第2b図に示した如く、クロック
信号B、C,D、Eが高であると、スイッチングトラン
ジスタ21乃至24はオン状態を維持し、従って利得段
113゜115.117,1.19 (夫々反転用増幅
器13゜1.5,17.19を有している)の入力リー
ドと出力リードとがショートされ、従って比較を行う前
にこれらの利得段はゼロ(リセット)動作される。この
期間中に、クロック信号Aは低であり、従ってトランジ
スタスイッチ11がオフされ、トランジスタスイッチ9
がオンされ、従って基準電圧Vrefがノード100及
びコンデンサ12へ印加される。
次いで、クロック信号B、C,D、Eが低となり、従っ
てスイッチングトランジスタ21,22゜23.24が
オフされて、増幅器13,15,17,19が開放ルー
プモードとされる。直列接続されたシングルエンデツド
利得段の集合的な利得は、各個別的な段の利得の積であ
る。従って、累積的な利得gTは、gx、a X gx
s X g□7×g1゜であり、gx3は増幅器13の
利得であり、g□、は増幅器15の利得であり、gx7
は増幅器17の利得であり、gxsは増幅器19の利得
である。各段113.115,117,119に対して
、偶発的な電流や、スイッチングトランジスタ21乃至
24のゲートとソース・ドレインとの間の容量結合や、
インバータ13,15,17.19内における構成要素
の不整合等に基づくオフセットエラーが存在している。
てスイッチングトランジスタ21,22゜23.24が
オフされて、増幅器13,15,17,19が開放ルー
プモードとされる。直列接続されたシングルエンデツド
利得段の集合的な利得は、各個別的な段の利得の積であ
る。従って、累積的な利得gTは、gx、a X gx
s X g□7×g1゜であり、gx3は増幅器13の
利得であり、g□、は増幅器15の利得であり、gx7
は増幅器17の利得であり、gxsは増幅器19の利得
である。各段113.115,117,119に対して
、偶発的な電流や、スイッチングトランジスタ21乃至
24のゲートとソース・ドレインとの間の容量結合や、
インバータ13,15,17.19内における構成要素
の不整合等に基づくオフセットエラーが存在している。
このオフセットは各インバータ13゜1.5,17.1
9の入力リード上にエラー電圧として現れる。比較器の
全体的な入力に関与したオフセット電圧(即ち、入力電
圧が基準電圧と等しいということを表わす比較器からの
出力信号を提供する入力電圧と基準電圧との間の差)は
全ての利得段113,115,117,119からの寄
与を有している。然し乍ら、後の利得段のオフセットの
寄与はその前の段の開放ループ利得によって減少される
。従って、最初の利得段113がオフセット電圧に対し
て最も大きな寄与を為すものである。
9の入力リード上にエラー電圧として現れる。比較器の
全体的な入力に関与したオフセット電圧(即ち、入力電
圧が基準電圧と等しいということを表わす比較器からの
出力信号を提供する入力電圧と基準電圧との間の差)は
全ての利得段113,115,117,119からの寄
与を有している。然し乍ら、後の利得段のオフセットの
寄与はその前の段の開放ループ利得によって減少される
。従って、最初の利得段113がオフセット電圧に対し
て最も大きな寄与を為すものである。
次いで、第2a図に示した如く、クロック信号Aが高と
なり入力トランジスタ11をオンさせ(且つトランジス
タ9をオフさせる)、従って入力電圧Vinがノード1
00に与えられる。これによりコンデンサ12が充電さ
れ、従って積分器13の入力リードへ与えられる電圧は
差動電圧V j n−V refである。比較器1oの
機能は差動電圧Vin Vrei’を発生しそれが検知
されることが可能であるように増幅することである。電
圧Vinが基準電圧Vrefに近い場合には、差動電圧
V i’n −V refは小さい。この差動電圧の極
性変化、即ちVinとVrefとの交差が発生するや否
や検知することが可能であることが望ましい。オフセッ
ト電圧が存在し且つそれが増幅されると、VinとV
refの交差を精耐〜iこ検知することを著しく妨げる
ということが理解される。例えば、S、υ、Chin等
の(電荷をバランスさせることは10ビットA−B変換
器チップにとって重要である)、エレクトロニクス、1
981年10月6日、136頁に記載されている文献を
参照すると良い。
なり入力トランジスタ11をオンさせ(且つトランジス
タ9をオフさせる)、従って入力電圧Vinがノード1
00に与えられる。これによりコンデンサ12が充電さ
れ、従って積分器13の入力リードへ与えられる電圧は
差動電圧V j n−V refである。比較器1oの
機能は差動電圧Vin Vrei’を発生しそれが検知
されることが可能であるように増幅することである。電
圧Vinが基準電圧Vrefに近い場合には、差動電圧
V i’n −V refは小さい。この差動電圧の極
性変化、即ちVinとVrefとの交差が発生するや否
や検知することが可能であることが望ましい。オフセッ
ト電圧が存在し且つそれが増幅されると、VinとV
refの交差を精耐〜iこ検知することを著しく妨げる
ということが理解される。例えば、S、υ、Chin等
の(電荷をバランスさせることは10ビットA−B変換
器チップにとって重要である)、エレクトロニクス、1
981年10月6日、136頁に記載されている文献を
参照すると良い。
本発明はスイッチングトランジスタ21,22゜23.
24のクロックパルスをシーケンス動作させるために独
特の方法を使用しており、それにより比較器のエラーの
ない動作を行うことを可能としている。ノード100上
へ差動電圧V in −V refを与えることは上述
した方法で行われる。各段に対して、そのスイッチング
トランジスタを制御するクロックが高となると、そのス
イッチングトランジスタはオンしそのインバータ入力リ
ードと出力リードとをショートさせ、その利得段をリセ
ットさせる。一方、クロックが低となると、そのスイッ
チングトランジスタがオフし、その利得段は増幅を行う
ための準備が為される。各段によって増幅が与えられる
。各増幅器の利得は、従来公知の如く、その利得段を形
成すべく使用されているトランジスタの幾何学的形状に
よって設定される。1実施例においては、CMO8利得
段は、第1b図に示した如く、Pチャンネルトランジス
タとNチャンネルトランジスタとを有している。
24のクロックパルスをシーケンス動作させるために独
特の方法を使用しており、それにより比較器のエラーの
ない動作を行うことを可能としている。ノード100上
へ差動電圧V in −V refを与えることは上述
した方法で行われる。各段に対して、そのスイッチング
トランジスタを制御するクロックが高となると、そのス
イッチングトランジスタはオンしそのインバータ入力リ
ードと出力リードとをショートさせ、その利得段をリセ
ットさせる。一方、クロックが低となると、そのスイッ
チングトランジスタがオフし、その利得段は増幅を行う
ための準備が為される。各段によって増幅が与えられる
。各増幅器の利得は、従来公知の如く、その利得段を形
成すべく使用されているトランジスタの幾何学的形状に
よって設定される。1実施例においては、CMO8利得
段は、第1b図に示した如く、Pチャンネルトランジス
タとNチャンネルトランジスタとを有している。
本発明の方法は、第3a図乃至第3f図と共に第1a図
を参照することにより理解することが可能である。比較
器を初期値化(リセッ1−)させるために、クロック信
号A、B、C,D、Eは初期的に高である。この初期値
化の間に、入力電圧Vinがトランジスタ11を介して
ノード100上に印加される。同時的に、トランジスタ
21,22゜23.24がオンされるので、インバータ
13゜15.17.19 (従って、利得段113,1
15.117’、119)において初期値化条件が確立
さ九る。従って、インバータ13.1.5. 1.7゜
19は、それらの入力リード及び出方リードに現れるバ
イアス電圧VB xa+VB151 vBl、71vB
19で夫々自己バイアスされる。初期値化の後、クロッ
ク信号Bが低となり、最初の段13の後の段のスイッチ
ングトランジスタがオフする前に最初の段13のスイッ
チングトランジスタ21がオフする。最初の段のオフセ
ットがゼロとされる、即ち最初の段の後の段は未だリセ
ツ1〜モードにあるので、最初の段に引き続く爾後の直
列接続されたシングルエンデツド利得段に関する限りオ
フセットは除去される。この時に、VB !3 +g
ta Voff□が第2段」15の入力リードへ与えら
れる。尚、■off□は入力段113の入力リード上に
現れることのあるエラー電荷に起因するオフセット電圧
であり、■ 13はリセットの間におけるインバーター
3からの出力電圧であり、gxgは第1段即ち最初の段
の利得である。然し乍ら、2番目の利得段115は未だ
初期値化中であるので、この電圧変化(vl、からvB
13+g13vOff1ヘノ変化)を2番目の段115
が検知することは出来ない。このことは第4図の部分概
略図から理解することが可能であり、そこに示した如く
、スイッチングトランジスタ22及び23に対するゲー
ト信号C,Dがオンである一方、スイッチングトランジ
スタ21に対するゲート信号Bはオフとして示しである
。
を参照することにより理解することが可能である。比較
器を初期値化(リセッ1−)させるために、クロック信
号A、B、C,D、Eは初期的に高である。この初期値
化の間に、入力電圧Vinがトランジスタ11を介して
ノード100上に印加される。同時的に、トランジスタ
21,22゜23.24がオンされるので、インバータ
13゜15.17.19 (従って、利得段113,1
15.117’、119)において初期値化条件が確立
さ九る。従って、インバータ13.1.5. 1.7゜
19は、それらの入力リード及び出方リードに現れるバ
イアス電圧VB xa+VB151 vBl、71vB
19で夫々自己バイアスされる。初期値化の後、クロッ
ク信号Bが低となり、最初の段13の後の段のスイッチ
ングトランジスタがオフする前に最初の段13のスイッ
チングトランジスタ21がオフする。最初の段のオフセ
ットがゼロとされる、即ち最初の段の後の段は未だリセ
ツ1〜モードにあるので、最初の段に引き続く爾後の直
列接続されたシングルエンデツド利得段に関する限りオ
フセットは除去される。この時に、VB !3 +g
ta Voff□が第2段」15の入力リードへ与えら
れる。尚、■off□は入力段113の入力リード上に
現れることのあるエラー電荷に起因するオフセット電圧
であり、■ 13はリセットの間におけるインバーター
3からの出力電圧であり、gxgは第1段即ち最初の段
の利得である。然し乍ら、2番目の利得段115は未だ
初期値化中であるので、この電圧変化(vl、からvB
13+g13vOff1ヘノ変化)を2番目の段115
が検知することは出来ない。このことは第4図の部分概
略図から理解することが可能であり、そこに示した如く
、スイッチングトランジスタ22及び23に対するゲー
ト信号C,Dがオンである一方、スイッチングトランジ
スタ21に対するゲート信号Bはオフとして示しである
。
この時に、インバータ15及び17の入力リード上の電
圧は、夫々、V B I S及びV B 17であり、
それらはシングルエンデツド利得段115及び117の
自己バイアス電圧である。然し乍ら、最初のインバータ
段113に対しては、トランジスタ21がオフであるか
ら、インバータ13の入カリ−−ド上に現れる電圧はオ
フセラ1〜電圧Voff□であり、そのオフセット電圧
はトランジスタ21を介してのリークからの寄与を有し
ている。然し乍ら、2番目のインバータ段115が初期
値化されている最中なので、インバータ15に関する限
り、2番目の段に与えられる増幅された出力電圧gz3
VOff1は無効とされ、即ち自己バイアス電圧vB1
5には何等影響を与えることがない。従来技術における
如く、仮りに第1段と第2段と第3段と第4段のスイッ
チングトランジスタ21,22,23゜24が同時にオ
フされると、第2段はg□3voff1をg□5で増幅
し、その結果、第1段からのオフセットはそれに引き続
く爾後の段を介して伝播し、累積的なエラーを発生させ
る。然し乍ら、本発明によれば、スイッチングトランジ
スタ2.1,22゜23.24は同時的にオフされるこ
とがなく、従って従来の比較器と比べて分解能を著しく
増加させた比較器を提供することを可能としている。
圧は、夫々、V B I S及びV B 17であり、
それらはシングルエンデツド利得段115及び117の
自己バイアス電圧である。然し乍ら、最初のインバータ
段113に対しては、トランジスタ21がオフであるか
ら、インバータ13の入カリ−−ド上に現れる電圧はオ
フセラ1〜電圧Voff□であり、そのオフセット電圧
はトランジスタ21を介してのリークからの寄与を有し
ている。然し乍ら、2番目のインバータ段115が初期
値化されている最中なので、インバータ15に関する限
り、2番目の段に与えられる増幅された出力電圧gz3
VOff1は無効とされ、即ち自己バイアス電圧vB1
5には何等影響を与えることがない。従来技術における
如く、仮りに第1段と第2段と第3段と第4段のスイッ
チングトランジスタ21,22,23゜24が同時にオ
フされると、第2段はg□3voff1をg□5で増幅
し、その結果、第1段からのオフセットはそれに引き続
く爾後の段を介して伝播し、累積的なエラーを発生させ
る。然し乍ら、本発明によれば、スイッチングトランジ
スタ2.1,22゜23.24は同時的にオフされるこ
とがなく、従って従来の比較器と比べて分解能を著しく
増加させた比較器を提供することを可能としている。
次いで、クロック信号A、C,D、Eが低となり(第3
a図乃至第3f図参照)、従ってスイッチングトランジ
スタ22,23.24がオフされ、トランジスタ11が
オンされる(トランジスタ9がオフする)。従って、入
力電圧Vinがノード100へ接続される。スイッチ2
1,22,23゜24がオフされているので、利得段1
13,115.1”17,119はそれらの入力リード
へ与えられる電圧変化を増幅する準備が為されている。
a図乃至第3f図参照)、従ってスイッチングトランジ
スタ22,23.24がオフされ、トランジスタ11が
オンされる(トランジスタ9がオフする)。従って、入
力電圧Vinがノード100へ接続される。スイッチ2
1,22,23゜24がオフされているので、利得段1
13,115.1”17,119はそれらの入力リード
へ与えられる電圧変化を増幅する準備が為されている。
クロックAが低となることにより電圧変化Vref−V
inがノード100へ与えられる。増幅器13がこの信
号を増幅すると共に、信号αg□−(Vref−Vin
)を第2段15の入力リードへ与える。
inがノード100へ与えられる。増幅器13がこの信
号を増幅すると共に、信号αg□−(Vref−Vin
)を第2段15の入力リードへ与える。
尚、αはコンデンサ12を介しての減衰である。
クロックCが低となった後すぐに、第2段15はその入
力電圧に関し入力電圧変化のみを増幅する。
力電圧に関し入力電圧変化のみを増幅する。
この場合において、この電圧は次の如くである。
g □a Voff□+ V B ta 、 (1)ノ
ード100がVjnへ接続されると、電圧変化Vin−
’Vrefが第1段113へ与えられる。従って、第1
段1]3の最終的な出力電圧は以下の如くである。
ード100がVjnへ接続されると、電圧変化Vin−
’Vrefが第1段113へ与えられる。従って、第1
段1]3の最終的な出力電圧は以下の如くである。
g13Voff、+V 、3+α(Vjn−Vref)
gxa (2)第2段は、上の式(1)及び(2)の間
の差電圧、即ちa (Vref Vin) g xaを
増幅する。重要なことであるが、この差電圧は第1段の
オフセットエラーV Of f x aの影響を受けて
いない。従って、第2段15は、第2段15からのオフ
セットエラーvoff15のみを有するa (Vjn−
Vref) gxaを増幅する。同様に、段17及び1
9は、段13以外のその前に存在する段からのオフセッ
ト電圧と共に、入力差動信号を増幅する。然し乍ら、出
力エラーが比較器10の入力へ帰還されると(オフセッ
ト電圧は常に入力へ帰還される)、それは最初の段の利
得によって減少され、従ってもはや無視することが可能
である。即ち、V in = V refを表わす出力
信号を与える入力電圧は、従来の比較器と比べて、Vr
efへ一層近付けられることとなる。例えば、従来のク
ロックスイッチング技術を使用した場合(即ち、クロッ
クB、C,D、Eが同時的に低となる)、入力オフセッ
トエラー電圧Vinoffが存在し、入力電圧(V r
ef 十V 1noff )が入力電圧が参照される即
ち帰還されるV refと等しいということを表わす出
力信号を供給することが必要とされる。本発明方法のク
ロックスイッチング技術を使用した場合には、入力オフ
セットエラーは最初の段13の利得g□3によって減少
される。従って、本発明によれば、入力電圧(Vref
十V 1noff / g□3)が出力信号を与える
ことを必要とされ、このことは従来の比較器を使用する
場合と比べて一層正確な電圧比較を行うことを可能とす
るということを表わしている。
gxa (2)第2段は、上の式(1)及び(2)の間
の差電圧、即ちa (Vref Vin) g xaを
増幅する。重要なことであるが、この差電圧は第1段の
オフセットエラーV Of f x aの影響を受けて
いない。従って、第2段15は、第2段15からのオフ
セットエラーvoff15のみを有するa (Vjn−
Vref) gxaを増幅する。同様に、段17及び1
9は、段13以外のその前に存在する段からのオフセッ
ト電圧と共に、入力差動信号を増幅する。然し乍ら、出
力エラーが比較器10の入力へ帰還されると(オフセッ
ト電圧は常に入力へ帰還される)、それは最初の段の利
得によって減少され、従ってもはや無視することが可能
である。即ち、V in = V refを表わす出力
信号を与える入力電圧は、従来の比較器と比べて、Vr
efへ一層近付けられることとなる。例えば、従来のク
ロックスイッチング技術を使用した場合(即ち、クロッ
クB、C,D、Eが同時的に低となる)、入力オフセッ
トエラー電圧Vinoffが存在し、入力電圧(V r
ef 十V 1noff )が入力電圧が参照される即
ち帰還されるV refと等しいということを表わす出
力信号を供給することが必要とされる。本発明方法のク
ロックスイッチング技術を使用した場合には、入力オフ
セットエラーは最初の段13の利得g□3によって減少
される。従って、本発明によれば、入力電圧(Vref
十V 1noff / g□3)が出力信号を与える
ことを必要とされ、このことは従来の比較器を使用する
場合と比べて一層正確な電圧比較を行うことを可能とす
るということを表わしている。
オフセットを減少させる本発明方法には2つの特徴があ
る。第1に、入力トランジスタ11とその後に引き続く
利得段のスイッチングトランジスタの両方がオンしてい
る間に第1段113又は111の上流側の段のスイッチ
ングトランジスタに関するタイミング信号が低となるの
で、最初の段がエラーを発生することが防止される。何
等かのリーク電流乃至は何等かの回路に基づくオフセッ
トがある場合には、第1段を介して増幅され、閉したル
ープの爾後の利得段において相殺される。第4図及び第
5図を参照すると、クロック信号Bが低となると、イン
バータ13の出力電圧が■8□3+g 、、 Voff
13となる。尚、V o f f −3はりo、7り信
号Bが低となることによりノードbにおける正味の電圧
変化である。電圧V B13は初期値化電圧であるので
それが現れる。次いで、クロックAが低となると、ノー
ド100における電圧はV in −V refだけ変
化する。これは、ノード101上において変化α(Vi
n−Vref)を発生させる。従って、インバータ13
の全体的な出力電圧は■B13十g□、Voff13+
a (Vin−Vref) g13である。従って、
インバータ13の出力電圧における変化は以下の如くで
ある。
る。第1に、入力トランジスタ11とその後に引き続く
利得段のスイッチングトランジスタの両方がオンしてい
る間に第1段113又は111の上流側の段のスイッチ
ングトランジスタに関するタイミング信号が低となるの
で、最初の段がエラーを発生することが防止される。何
等かのリーク電流乃至は何等かの回路に基づくオフセッ
トがある場合には、第1段を介して増幅され、閉したル
ープの爾後の利得段において相殺される。第4図及び第
5図を参照すると、クロック信号Bが低となると、イン
バータ13の出力電圧が■8□3+g 、、 Voff
13となる。尚、V o f f −3はりo、7り信
号Bが低となることによりノードbにおける正味の電圧
変化である。電圧V B13は初期値化電圧であるので
それが現れる。次いで、クロックAが低となると、ノー
ド100における電圧はV in −V refだけ変
化する。これは、ノード101上において変化α(Vi
n−Vref)を発生させる。従って、インバータ13
の全体的な出力電圧は■B13十g□、Voff13+
a (Vin−Vref) g13である。従って、
インバータ13の出力電圧における変化は以下の如くで
ある。
V T213+ g□、Voff、+ a gta (
Vin−Vref)VBl、3 +g、3Voft13
a gt3(Vin Vraf)尚、v 13=最初の
利得段13上の自己バイアス電圧voff、=最初の利
得段に対するオフセット電圧g工3=最初の段の利得 Vin=入力電圧 Vref=基準電圧 α=入力コンデンサー2を介しての減衰従って、入力電
圧Vinの比較が行われる場合、即ち差動電圧V in
−V refが増幅される場合、第1段113からの
オフセットエラーが影響することがなく、電圧差Vjn
−Vrefの増幅のみが行ねれる。従って、第1段11
3からのオフセット電圧エラーが爾後の段115,11
7,119によって増加されるということがない。本発
明方法においてオフセットを減少させる2番目の特徴と
しでは、何れかの段のオフセットはその前の段の開放ル
ープ利得によって減少されるので、爾後の段15.17
.19に存在するエラーが最終的な結果に著しい影iを
与えることがないということである。従って、2番目の
段115の実効オフセット(入力に参照される)はVo
ff□s/gtaで与えられ、Voffl、はインバー
タ15のオフセットであり、従って第2利得段115の
オフセットである。この同一の原理がインバータ17の
オフセットにも適用され、そこでの実効オフセットはV
offxs / g ta g isであり、Voff
l、は第3利得段17のオフセットである。一方、イン
バータ19に対しては、実効オフセットはVoff4g
/ g x3g x5g1□であり、Voff□9は
第4利得段19のオフセットである。従って、これらの
爾後の段にオフセットが存在したとしても、これらのオ
フセラI−は基準電圧Vrefに関する入力電圧Vin
の全体的な比較には殆ど影響を与えることがない。
Vin−Vref)VBl、3 +g、3Voft13
a gt3(Vin Vraf)尚、v 13=最初の
利得段13上の自己バイアス電圧voff、=最初の利
得段に対するオフセット電圧g工3=最初の段の利得 Vin=入力電圧 Vref=基準電圧 α=入力コンデンサー2を介しての減衰従って、入力電
圧Vinの比較が行われる場合、即ち差動電圧V in
−V refが増幅される場合、第1段113からの
オフセットエラーが影響することがなく、電圧差Vjn
−Vrefの増幅のみが行ねれる。従って、第1段11
3からのオフセット電圧エラーが爾後の段115,11
7,119によって増加されるということがない。本発
明方法においてオフセットを減少させる2番目の特徴と
しでは、何れかの段のオフセットはその前の段の開放ル
ープ利得によって減少されるので、爾後の段15.17
.19に存在するエラーが最終的な結果に著しい影iを
与えることがないということである。従って、2番目の
段115の実効オフセット(入力に参照される)はVo
ff□s/gtaで与えられ、Voffl、はインバー
タ15のオフセットであり、従って第2利得段115の
オフセットである。この同一の原理がインバータ17の
オフセットにも適用され、そこでの実効オフセットはV
offxs / g ta g isであり、Voff
l、は第3利得段17のオフセットである。一方、イン
バータ19に対しては、実効オフセットはVoff4g
/ g x3g x5g1□であり、Voff□9は
第4利得段19のオフセットである。従って、これらの
爾後の段にオフセットが存在したとしても、これらのオ
フセラI−は基準電圧Vrefに関する入力電圧Vin
の全体的な比較には殆ど影響を与えることがない。
以上の好適実施例に関連して説明した本発明方法におい
ては、第1利得段をその他の段に先んじて開放ループモ
ードとするものである。然し乍ら、最終段の前の何れか
の段をその後の段より前に開放ループモードとすること
によっても程度は落ちるが付加的な利点を得ることが可
能である。例えば、1実施形態においては、クロックパ
ルスD及びEより前にタロツクパルスCがスイッチング
トランジスタ22をオフさせる構成とすることが可能で
ある。
ては、第1利得段をその他の段に先んじて開放ループモ
ードとするものである。然し乍ら、最終段の前の何れか
の段をその後の段より前に開放ループモードとすること
によっても程度は落ちるが付加的な利点を得ることが可
能である。例えば、1実施形態においては、クロックパ
ルスD及びEより前にタロツクパルスCがスイッチング
トランジスタ22をオフさせる構成とすることが可能で
ある。
以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。
第1a図は直列接続したシングルエンプツト利得段を使
用した比較器の概略図、第1b図は典型的な従来のCM
OSインバータの概略図、第2a図乃至第2c図は第1
a図の回路を使用した従来技術のクロック信号を示した
各タイミング線図、第3a図乃至第3f図は本発明の方
法に基づいて第1図の回路を動作させるための各タイミ
ング線図、第4図は本発明方法に基づいた第1段とその
後の段の夫々の状態の関係を示した第1a図の回路の部
分概略図、第5図はエラー電荷のオフセットに対する寄
与を表わした第1a図の回路の部分概略図、である。 (符号の説明) 13.1り、17.19 :反転増幅器21.22,2
3,24 ニスイツチングトランジスタ20:メモリ装
置 100:ノード 113.115,117,119 :利得段特許出願人
アメリカン マイクロシステムズ。 インコーホレイテッド (2+Φ (Q 司W
用した比較器の概略図、第1b図は典型的な従来のCM
OSインバータの概略図、第2a図乃至第2c図は第1
a図の回路を使用した従来技術のクロック信号を示した
各タイミング線図、第3a図乃至第3f図は本発明の方
法に基づいて第1図の回路を動作させるための各タイミ
ング線図、第4図は本発明方法に基づいた第1段とその
後の段の夫々の状態の関係を示した第1a図の回路の部
分概略図、第5図はエラー電荷のオフセットに対する寄
与を表わした第1a図の回路の部分概略図、である。 (符号の説明) 13.1り、17.19 :反転増幅器21.22,2
3,24 ニスイツチングトランジスタ20:メモリ装
置 100:ノード 113.115,117,119 :利得段特許出願人
アメリカン マイクロシステムズ。 インコーホレイテッド (2+Φ (Q 司W
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■、 各段が入力リードと出力リードとを持ったインバ
ータを有すると共に前記インバータの前記入力リードと
出力リードとの間に接続されたスイッチ手段とを有して
おり、複数個の直列接続したシングルエンデツド利得段
を具備する比較器の動作方法において、入力電圧と基準
電圧の差を表わす信号を前記シングルエンデツド利得段
の最初の段の入力リードへ印加し、前記スイッチ手段を
閉じ、前記シングルエンデツド利得段の少なくとも1個
の段の前記入力リードと出力リードとの間に接続されて
いる前記スイッチ手段を開き、前記少なくとも1個のシ
ングルエンデツド利得段は開放ループ増幅モードとされ
て前記シングルエンデツド利得段の入力リード上に現れ
るオフセット電圧を前記段を介して増幅すると共に閉ル
ープゼロ化モードにある前記爾後の段によって無効とさ
れ、前記少なくとも1個のシングルエンデツド利得段の
前及び後に存在する利得段の前記入力リードと出力リー
ドとの間に接続されている前記スイッチ手段を開き、従
って前記直列接続されたシングルエンデツド利得段が比
較器として機能することを特徴とする方法。 2、特許請求の範囲第1項に於いて、前記少なくとも1
個のシングルエンデツド利得段が最初のシングルエンデ
ツド利得段であることを特徴とする方法。 3、特許請求の範囲第1項に於いて、前記シングルエン
プツト利得段の最終の段からの出力信号を評価すること
を特徴とする方法。 4、特許請求の範囲第1項に於いて、前記1個又はそれ
以上のシングルエンデツド利得段の入力リードと出力リ
ードとの間に接続されている前記スイッチ手段を開く前
に、前記基準電圧を前記最初のシングルエンデツド利得
段の入力リードへ印加することを特徴とする特許 5、特許請求の範囲第1項に於いて、前記シングルエン
デツド利得段の前及び後に存在する利得−の前記入力リ
ードと出力リードとの間に接続されている前記スイッチ
手段を開く前に、入力電圧を前記最初のシングルエンデ
ツド利得段の入力リードへ印加することを特徴とする方
法。 6、特許請求の範囲第1項に於いて、前記各スイッチ手
段がトランジスタを有していることを特徴とする方法。 7、特許請求の範囲第6項に於いて、前記トランジスタ
がMO3+−ランジスタであることを特徴とする方法。 8、特許請求の範囲第1項に於いて、前記各シングルエ
ンデツド利得段がコンデンサを有しており、該コンデン
サの第1プレートが前記インバータの前記入力リードへ
接続されると共にその第2プレートが前記比較器の入力
リードとして機能することを特徴とする方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US55916483A | 1983-12-07 | 1983-12-07 | |
| US559164 | 1990-07-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60151564A true JPS60151564A (ja) | 1985-08-09 |
Family
ID=24232526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25776484A Pending JPS60151564A (ja) | 1983-12-07 | 1984-12-07 | 直列接続したシングルエンデツド利得段を使用した高速比較器用のオフセツトの減少 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0145100A3 (ja) |
| JP (1) | JPS60151564A (ja) |
| CA (1) | CA1211166A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61196172A (ja) * | 1985-02-26 | 1986-08-30 | Mitsubishi Electric Corp | チヨツパ型比較器 |
| US5065045A (en) * | 1990-10-04 | 1991-11-12 | Atmel Corporation | Multistage offset-cancelled voltage comparator |
| US5365189A (en) * | 1993-03-17 | 1994-11-15 | The Governors Of The University Of Alberta Intellectual Property & Contracts Office University Of Alberta | Drift free low noise composite amplifier and method of operation thereof |
| JP3222276B2 (ja) * | 1993-07-30 | 2001-10-22 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | コンパレータ回路およびコンパレータ回路の制御方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3676702A (en) * | 1971-01-04 | 1972-07-11 | Rca Corp | Comparator circuit |
| US4523107A (en) * | 1982-04-23 | 1985-06-11 | Motorola, Inc. | Switched capacitor comparator |
-
1984
- 1984-11-22 CA CA000468415A patent/CA1211166A/en not_active Expired
- 1984-12-06 EP EP84201816A patent/EP0145100A3/en not_active Withdrawn
- 1984-12-07 JP JP25776484A patent/JPS60151564A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0145100A3 (en) | 1987-04-22 |
| EP0145100A2 (en) | 1985-06-19 |
| CA1211166A (en) | 1986-09-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10958258B2 (en) | Delay based comparator | |
| Song et al. | A 12-bit 1-Msample/s capacitor error-averaging pipelined A/D converter | |
| US5410195A (en) | Ripple-free phase detector using two sample-and-hold circuits | |
| US8836375B2 (en) | Continuously self-calibrated latched comparator | |
| US6169434B1 (en) | Conversion circuit with duty cycle correction for small swing signals, and associated method | |
| JP3037972B2 (ja) | 高速自動ゼロ比較器 | |
| CN101133556A (zh) | 具有缩放参考电压的开关电容器电路 | |
| US20070197105A1 (en) | High bandwidth apparatus and method for generating differential signals | |
| US5963158A (en) | Current amplifier and current mode analog/digital converter using the same | |
| CN109728801B (zh) | 比较器和模数转换器 | |
| EP0509585A1 (en) | Clocked comparator with offset-voltage compensation | |
| US20230327679A1 (en) | Discrete-Time Offset Correction Circuit Embedded in a Residue Amplifier in a Pipelined Analog-to-Digital Converter (ADC) | |
| CN114142839B (zh) | 比较器及应用其的模数转换器 | |
| JP2008520139A (ja) | 対称性時間/電圧変換回路 | |
| JPS60151564A (ja) | 直列接続したシングルエンデツド利得段を使用した高速比較器用のオフセツトの減少 | |
| US6946986B2 (en) | Differential sampling circuit for generating a differential input signal DC offset | |
| JP2707471B2 (ja) | 集積回路用のサンプルホールド増幅器 | |
| JPS5851612A (ja) | 比較回路 | |
| JPH01259628A (ja) | A/d変換器 | |
| CN119547327A (zh) | 灵敏度降低的动态放大器 | |
| JPH11150454A (ja) | 全差動構成サンプル/ホールド比較回路 | |
| WO2024108548A1 (zh) | 六输入动态比较器 | |
| JPH083072Y2 (ja) | 高速ad変換回路 | |
| KR930006743B1 (ko) | 아날로그신호 비교회로 | |
| US20070164888A1 (en) | Robust reference generation circuit for A/D converter |