DE102020210273A1

DE102020210273A1 - Spannungsvergleichsschaltung

Info

Publication number: DE102020210273A1
Application number: DE102020210273.2A
Authority: DE
Inventors: Makoto Yasusaka
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2020-08-13
Publication date: 2021-03-04
Also published as: US11742844B2; US20230353134A1; US20210067149A1; JP2021040257A

Abstract

Ein Komparator empfängt an seinen invertierenden und nichtinvertierenden Eingangsanschlüssen eine Zielspannung und gibt ein Signal aus, das der Pegelbeziehung zwischen diesen Spannungen entspricht. Ein auf der Ausgangsseite des Komparators vorgesehener Knoten wird mit einem Signal gespeist, das dem Ausgangssignal des Komparators entspricht. Zwischen dem Knoten und dem nichtinvertieren den Eingangsanschluss des Komparators ist ein Kondensator eingefügt.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungsvergleichsschaltung.
Beschreibung des Standes der Technik
16 zeigt eine gewöhnliche Spannungsvergleichsschaltung 900 mit einer Hysteresefunktion. Die Spannungsvergleichsschaltung 900 erzeugt eine Referenzspannung Vb durch Dividieren bzw. Teilen einer vorgegebenen Gleichspannung V_DC und vergleicht eine Vergleichszielspannung Va mit der Referenzspannung Vb unter Verwendung eines Komparators 901. Das Spannungsteilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die Referenzspannung Vb erzeugt wird, wird gemäß dem Ausgangssignal des Komparators 901 geändert, und dadurch erhält der Komparator 901 eine Hysterese.
Patentdokument 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2008-103995
In einer Spannungsvergleichsschaltung wie der Spannungsvergleichsschaltung 900, wenn Rauschen in dem Eingangssignal an dem Komparator vorhanden ist, kann eine Änderung in dem Ausgangssignalpegel des Komparators zu einem Zeitpunkt auftreten, zu dem keine Änderung erwartet wird. Insbesondere wird beispielsweise in einer Vorrichtung, die mit einer Spannungsvergleichsschaltung versehen ist, häufig eine Pegeländerung in dem Ausgangssignal eines Komparators als ein Trigger verwendet, um den Betrieb bzw. die Operation einer anderen Schaltung zu starten oder zu stoppen oder um Betriebsmodi zu wechseln. Demzufolge kann unmittelbar nach einer Pixeländerung in dem Ausgangssignal ein vergleichsweise starkes Rauschen in dem Eingangssignal des Komparators auftreten, und dies kann den Ausgang des Komparators instabil machen (dies wird später ausführlich beschrieben).
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spannungsvergleichsschaltung bereitzustellen, die zur Ausgangsstabilisierung beiträgt.
Gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst die Spannungsvergleichsschaltung: Einen Komparator, der eingerichtet ist, um eine erste Spannung und eine zweite Spannung zu empfangen, um ein Signal mit einem vorgegebenen ersten Pegel in einem ersten Zustand auszugeben, in dem der Pegel der ersten Spannung niedriger als der Pegel der zweiten Spannung ist, und um ein Signal mit einem vorgegebenen zweiten Pegel, der sich von dem ersten Pegel unterscheidet, in einem Zustand auszugeben, in dem der Pegel der ersten Spannung höher als der Pegel der zweiten Spannung ist; und einen Kondensator, der zwischen einem eingangsseitigen Knoten, der mit der ersten oder zweiten Spannung gespeist wird, und einem ausgangsseitigen Knoten, der mit einem dem Ausgangssignal des Komparators entsprechenden Signal gespeist wird, eingefügt ist. (Eine erste Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der ersten Konfiguration wird vorzugsweise, wenn ein Wechsel von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem ersten Pegel zu dem zweiten Pegel verursacht, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den eingangsseitigen Knoten zugeführt, und dadurch wird der Pegel der ersten Spannung vorübergehend erhöht oder der Pegel der zweiten Spannung wird vorübergehend verringert, oder wenn ein Wechsel von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem zweiten Pegel zu dem ersten Pegel verursacht, wird ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den eingangsseitigen Knoten zugeführt, und dadurch wird der Pegel der ersten Spannung vorübergehend verringert oder der Pegel der zweiten Spannung wird vorübergehend erhöht. (Eine zweite Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der ersten oder zweiten Konfiguration weist der Komparator vorzugsweise einen ersten Eingangsanschluss zum Empfangen der ersten Spannung und einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfangen der zweiten Spannung auf, wobei der eingangsseitige Knoten der erste oder zweite Eingangsanschluss ist und der ausgangseitige Knoten mit einem Signal gespeist wird, dessen Pegel sich synchron ändert, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators ändert. (Eine dritte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der dritten Konfiguration ist vorzugsweise ferner eine zweite Spannungsteilungsschaltung vorgesehen, die eingerichtet ist, um die zweite Spannung durch Teilen einer vorgegebenen Spannung unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem zweiten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt, wobei die zweite Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen dem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, erscheint, und der Verbindungsknoten mit dem zweiten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist. (Eine vierte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der vierten Konfiguration bilden vorzugsweise der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der zweiten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den zweiten Eingangsanschluss zugeführt bzw. geliefert wird. (Eine fünfte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der vierten oder fünften Konfiguration ist die zweite Spannungsteilungsschaltung vorzugsweise eingerichtet, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die zweite Spannung aus der vorgegebenen Spannung erzeugt wird, geändert wird. (Eine sechste Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der vierten oder fünften Konfiguration ist vorzugsweise ferner eine erste Spannungsteilungsschaltung vorgesehen, die eingerichtet ist, um die erste Spannung durch Teilen einer Eingangsspannung unter Verwendung einer Vielzahl von anderen Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist die erste Spannungsteilungsschaltung eingerichtet, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die erste Spannung aus der Eingangsspannung erzeugt wird, geändert wird. (Eine siebte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der dritten Konfiguration ist vorzugsweise ferner eine erste Spannungsteilungsschaltung vorgesehen, die eingerichtet ist, um die erste Spannung durch Teilen einer Eingangsspannung unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem ersten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt, wobei die erste Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen einem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, erscheint, und der Verbindungsknoten mit dem ersten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist. (Eine achte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der achten Konfiguration bilden vorzugsweise der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der ersten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator zu dem ersten Eingangsanschluss zugeführt bzw. geliefert wird. (Eine neunte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der achten oder neunten Konfiguration ist vorzugsweise die erste Spannungsteilungsschaltung eingerichtet, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die erste Spannung aus der Eingangsspannung erzeugt wird, geändert wird. (Eine zehnte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Spannungsvergleichsschaltung der achten oder neunten Konfiguration ist vorzugsweise ferner eine zweite Spannungsteilungsschaltung vorgesehen, die eingerichtet ist, um die zweite Spannung durch Teilen einer vorgegebenen Spannung unter Verwendung einer Vielzahl von anderen Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind. Vorzugsweise ist die zweite Spannungsteilungsschaltung eingerichtet, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die zweite Spannung aus der vorgegebenen Spannung erzeugt wird, geändert wird. (Eine elfte Konfiguration.)
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die oben beschriebene Spannungsvergleichsschaltung eine der oben beschriebenen ersten bis elften Konfigurationen als eine integrierte Halbleiterschaltung gebildet. (Eine zwölfte Konfiguration.)
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Spannungsvergleichsschaltung bereitzustellen, die zur Ausgangsstabilisierung beiträgt.
Figurenliste

1 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Zeitdiagramm einer virtuellen Spannungsvergleichsschaltung;
4 zeigt ein anderes Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
14 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
15 zeigt ein Diagramm, das in Verbindung mit einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Betrieb einer Spannungsvergleichsschaltung darstellt; und
16 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer Referenzkonfiguration.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachfolgend werden Beispiele, die die vorliegende Erfindung ausbilden, unter Bezugnahme auf die beigefügten Diagramme spezifisch beschrieben. Unter den Diagrammen, auf die im Laufe Bezug genommen wird, sind dieselben Teile durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet, und im Prinzip wird keine überlappende Beschreibung derselben Teile wiederholt. In der vorliegenden Beschreibung werden zur Vereinfachung der Beschreibung gelegentlich Symbole und andere Bezeichnungen verwendet, die sich auf Informationen, Signale, physikalische Größen, Elemente, Komponenten und dergleichen beziehen, wobei Namen der entsprechenden Informationen, Signale, physikalischen Größen, Elemente, Komponenten und dergleichen weggelassen oder abgekürzt werden. Beispielsweise wird eine später erwähnte und durch das Bezugszeichen „VREF“ gekennzeichnete Referenzspannung manchmal als „Referenzspannung VREF“ bezeichnet und manchmal mit „Spannung VREF“ abgekürzt, wobei sich beide auf dasselbe Element beziehen.
Zunächst werden einige der Begriffe definiert, die zur Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
„Masse“ bezieht sich auf ein leitendes Teil mit einem Referenzpotential von 0 V (Null Volt) oder auf ein solches Referenzpotential selbst. Ein Potential von 0 V wird gelegentlich als Masse- bzw. Erdpotential bezeichnet. In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist jede Spannung, die ohne besondere Bezugnahme erwähnt wird, ein Potential relativ zur Masse. „Pegel“ bezeichnet den Pegel eines Potentials, und für jedes Signal oder jede Spannung hat ein „hoher Pegel“ ein höheres Potential als „niedriger Pegel“. Für jedes Signal oder jede Spannung bedeutet sein/ihr hoher Pegel, dass sein/ihr Pegel auf hohem Pegel liegt, und sein/ihr niedriger Pegel bedeutet, dass sein/ihr Pegel auf niedrigem Pegel liegt. Ein Pegel eines Signals wird gelegentlich als Signalpegel bezeichnet, und ein Pegel einer Spannung wird gelegentlich als Spannungspegel bezeichnet. Wenn für ein gegebenes interessierendes Signal das interessierende Signal auf einem hohen Pegel liegt, ist das Umkehrsignal bzw. invertierte Signal des interessierenden Signals auf einem niedrigen Pegel; wenn das interessierende Signal auf einem niedrigen Pegel liegt, ist das Umkehrsignal bzw. invertierte Signal des interessierenden Signals auf einem hohen Pegel.
Für jeden als FET (Feldeffekttransistor) ausgeführten Transistor, der ein MOSFET sein kann, bezieht sich „Ein-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors leitend ist, und „Aus-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors nichtleitend ist (unterbrochen). Ähnliche Definitionen gelten für jeden Transistor, der nicht als FET klassifiziert ist. In der folgenden Beschreibung wird für jeden Transistor, der sich in einem Ein- oder Ausschaltzustand befindet, häufig einfach so bezeichnet, dass er ein- oder ausgeschaltet ist. Für jeden Transistor wird ein Schalten von einem Aus-Zustand in einen Ein-Zustand als Einschalten bezeichnet, und ein Schalten von einem Ein-Zustand in einen Aus-Zustand wird als Ausschalten bezeichnet.
Erste Ausführungsform
Es wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 10 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 10 umfasst einen Komparator CMP, Wechselrichter (Inverter) INVa und INVb, einen Kondensator C11, einen Transistor Tr11 und Widerstände R11, R12 und R13 als Spannungsteilungswiderstände. Die Spannungsvergleichsschaltung 10 ist eine Spannungsvergleichsschaltung mit einer Hysteresefunktion (das gleiche gilt für jede später erwähnte Spannungsvergleichsschaltung).
Die Widerstände R11, R12 und R13 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV12, die eine vorgegebene Spannung V_BG teilt, um eine Referenzspannung VREF zu erzeugen. Die Widerstände R11, R12 und R13 sind miteinander in Reihe geschaltet und die vorgegebene Spannung VBG wird über die Reihenschaltung der Widerstände R11, R12 und R13 angelegt. Die Spannung V_BG ist beispielsweise eine Gleichspannung, die unter Verwendung einer Bandlückenreferenz erzeugt wird und einen vorgegebenen festen Gleichspannungswert aufweist (das gleiche gilt für jede später beschriebene Ausführungsform). Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R11 mit dem Potenzial der vorgegebenen Spannung VBG gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R11 und ein Anschluss des Widerstands R12 sind zusammen an einem Knoten ND11 verbunden, der andere Anschluss des Widerstands R12 ist mit einem Anschluss des Widerstands R13 verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R13 ist mit der Masse verbunden. Die Spannung, die an dem Knoten ND11 erscheint, dient als die Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 10.
Der Komparator CMP weist einen invertierenden Eingangsanschluss, an dem er eine Zielspannung V_TG empfängt; einen nicht invertierenden Eingangsanschluss, an dem er die Referenzspannung V_REF empfängt; und einen Ausgangsanschluss auf. Der Komparator CMP vergleicht die Zielspannung V_TG mit der Referenzspannung V_REF und gibt von seinem Ausgangsanschluss ein Signal CMP_OUT aus, das der Pegelbeziehung zwischen den Spannungen V_TG und V_REF entspricht. Wenn die Zielspannung V_TG niedriger als die Referenzspannung V_REF ist, gibt der Komparator CMP von seinem Ausgangsanschluss ein Hochpegel-Signal CMP_OUT aus; wenn die Zielspannung V_TG höher als die Referenzspannung V_REF ist, gibt der Komparator CMP von seinem Ausgangsanschluss ein Niedrigpegel-Signal CMP_OUT aus. Wenn die Zielspannung V_TG gleich der Referenzspannung V_REF ist, liegt das Signal CMP_OUT entweder auf einem hohen Pegel oder auf einem niedrigen Pegel.
Der Wechselrichter INVa weist einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf, und der Eingangsanschluss des Wechselrichters INVa ist mit dem Ausgangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Der Wechselrichter INVa gibt von seinem Ausgangsanschluss das Umkehrsignal des Ausgangssignals CMP_OUT des Komparators CMP aus. Der Wechselrichter INVb weist einen Eingangsanschluss und einen Ausgangsanschluss auf, und der Eingangsanschluss des Wechselrichters INVb ist mit dem Ausgangsanschluss des Wechselrichters INVa verbunden. Der Wechselrichter INVb gibt von seinem Ausgangsanschluss das Umkehrsignal des Ausgangssignals des Wechselrichters INVa aus.
Wenn somit das Ausgangssignal CMP_OUT des Komparators CMP auf einem hohen Pegel liegt, befindet sich das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa auf einem niedrigen Pegel und das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb liegt auf einem hohen Pegel. Wenn das Ausgangssignal CMP_OUT des Komparators CMP auf einem niedrigen Pegel liegt, befindet sich das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa auf einem hohen Pegel und das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb befindet sich auf niedrigem Pegel. Der Knoten, an dem der Ausgangsanschluss des Wechselrichters INVa und der Eingangsanschluss des Wechselrichters INVb zusammen verbunden sind, wird als ein Knoten NDa bezeichnet, und der Ausgangsanschluss des Wechselrichters INVb wird als ein Knoten NDb bezeichnet (das gleiche gilt für jede später beschriebene Ausführungsform). Die Knoten NDa und NDb werden mit Signalen gespeist, deren Pegel sich synchron mit der Pegeländerung in dem Ausgangssignal CMP_OUT des Komparators CMP ändern.
In der Spannungsvergleichsschaltung 10 erscheint das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb an dem Ausgangsanschluss der Spannungsvergleichsschaltung 10 und dient als das Ausgangssignal S_OUT der Spannungsvergleichsschaltung 10. Das Ausgangssignal S_OUT ist wie das Ausgangssignal CMP_OUT ein Signal, dass der Pegelbeziehung zwischen den Spannungen V_TG und V_REF entspricht (dasselbe gilt für jede später beschriebene Ausführungsform). In der Spannungsvergleichsschaltung 10 ist die Zielspannung V_TG eine Eingangsspannung V_IN, die von außerhalb zugeführt wird. Die Zielspannung V_TG kann stattdessen eine Spannung sein, die dies sich aus Teilen der Eingangsspannung V_IN durch eine nicht dargestellte Spannungsteilungsschaltung ergibt.
Der Transistor Tr11 ist ein Schaltelement, das parallel zum Widerstand R13 geschaltet ist, um über den Widerstand R13 zu öffnen oder um ihn kurzzuschließen. Hier wird angenommen, dass der Transistor Tr11 als ein N-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, wobei der Drain des Transistors Tr11 mit dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R12 und R13 verbunden ist, die Source des Transistors Tr11 mit der Masse verbunden ist und das Gate des Transistors Tr11 mit dem Knoten NDa verbunden ist.
Wenn das Signal am Knoten NDa (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa) auf einem niedrigen Pegel liegt, ist der Transistor Tr11 ausgeschaltet, um über dem Widerstand R13 zu öffnen. Wenn das Signal am Knoten NDa (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa) auf einem hohen Pegel liegt, ist der Transistor Tr11 eingeschaltet, um den Widerstand R13 kurzzuschließen. Wenn also die Widerstandswerte der Widerstände R11, R12 und R13 durch die Symbole R11, R12 bzw. R13 bei ausgeschaltetem Transistor Tr11 dargestellt werden, ist VREF = V_A1 = V_BG × (R12 + R13) / (R11 + R12) + R13) und bei eingeschaltetem Transistor Tr11 V_REF = V_A2 = V_BG × R12 / (R11 + R12). Hierbei wird angenommen, dass der Einschaltwiderstand des Transistors Tr11 niedrig genug ist, um ignoriert zu werden (dasselbe gilt für jeden später erwähnten Transistor). Die Spannungen V_A1 und V_A2 sind in 2 angegeben, und natürlich gilt die Beziehung V_A1 > V_A2. Somit bilden die Widerstände R11 bis R13 die Spannungsteilungsschaltung DIV12, die die vorgegebene Spannung V_BG teilt, um die Referenzspannung V_REF zu erzeugen, und das Spannungsteilungsverhältnis ändert sich hier gemäß dem Signal an dem Knoten NDa (und damit dem Ausgangssignal des Komparators CMP); dies ergibt die Hysterese des Komparators CMP.
Wenn dem Komparator CMP eine Hysterese gegeben wird, bedeutet dies, dass der Spannungswert V_INVAL1 der Eingangsspannung V_IN, der einen Wechsel von dem Zustand V_TG < VREF in den Zustand V_TG > VREF auslöst (d.h. bewirkt, dass die Signale CMP_OUT und S_OUT von hohen Pegel auf niedrigen Pegel schalten) und der Spannungswert V_INVAL2 der Eingangsspannung V_IN, der einen Wechsel vom Zustand V_TG > VREF in den Zustand V_TG < VREF auslöst (d.h. bewirkt, dass die Signale CMP_OUT und S_OUT von niedrigen Pegel auf hohen Pegel schalten), die Beziehung V_INVAL1 > V_INVAL2 erfüllen (das gleiche gilt für jede später beschriebene Ausführungsform). Die Differenz (V_INVAL1 - V_INVAL2) wird als Hysteresebreite bezeichnet. In einem Fall, in dem die Eingangsspannung V_IN selbst die Zielspannung V_TG ist, sind in der Spannungsvergleichsschaltung 10 die Spannungswerte V_INVAL1 und V_INVAL2 gleich den oben genannten Spannungen V_A1 bzw. V_A2.
In der Spannungsvergleichsschaltung 10 ist der Kondensator C11 zwischen dem Knoten NDb und dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP eingefügt. Das heißt, ein Anschluss des Kondensators C11 ist mit dem Knoten NDb verbunden, und der andere Anschluss des Kondensators C11 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Der Verbindungsknoten ND11 zwischen den Widerständen R11 und R12 ist ebenfalls mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparator-CMP verbunden. Somit bilden die Widerstände R11 bis 13 und der Kondensator C11 zusammen einen Hochpassfilter, der die Wechselstromkomponente des Signals an dem Knoten NDb an den Knoten ND11 und an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP liefert. Wenn sich der Pegel des Signals CMP_OUT zwischen niedrigen und hohen Pegeln ändert, wird demzufolge ein auf der Änderung basierendes Wechselstromsignal von dem Knoten NDa über den Kondensator C11 an den Knoten ND11 und an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP zugeführt, mit dem Ergebnis, dass das Wechselstromsignal der Referenzspannung VREF überlagert wird. Beispielsweise beträgt der serielle zusammengesetzte Widerstandswert der Widerstände R11 bis R13 mehrere Megaohm, und der Kapazitätswert des Kondensators C11 beträgt 1 pF (Picofarad) bis mehrere Picofarad.
2 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 10. In 2 stellt eine gestrichelte Darstellung 511 den Signalverlauf der Zielspannung VTG dar und ein teilweise gekrümmter durchgezogener Signalverlauf 512 ist der Signalverlauf der Referenzspannung V_REF . Vor dem Zeitpunkt T_A1 gilt V_TG < V_REF die ganze Zeit und demzufolge bleiben die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT auf einem hohen Pegel. Somit ist vor dem Zeitpunkt T_A1 der Transistor Tr11 ausgeschaltet und somit VREF = V_A1.
In dem Beispiel von 2 steigt von einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt T_A, bis zum Zeitpunkt T_A2 die Zielspannung V_TG monoton an und zu dem Zeitpunkt T_A1 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG < V_A1 zu dem Zustand V_TG > V_A1 statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_A1 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel. Als Antwort auf das von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel schaltende Ausgangssignal CMPOUT schaltet das Signal an dem Knoten NDa von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel um; somit schaltet sich der Transistor Tr11 ein und zu dem Zeitpunkt T_A1 findet ein Umschalten von dem Zustand VREF = V_A1 in den Zustand VREF = V_A2 statt. Es ist zu beachten, dass das Schalten hier ein Schalten in der Gleichstromkomponente der Referenzspannung V_REF ist. Insbesondere findet zum Zeitpunkt T_A1 ein Umschalten von dem Zustand, in dem die Gleichstromkomponente der Referenzspannung V_REF gleich der Spannung V_A1 ist, zu dem Zustand, in dem sie gleich der Spannung V_A2 ist, statt.
Andererseits fließt infolge des Umschaltens des Ausgangssignals S_OUT von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel momentan ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C11 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_A1 die Referenzspannung V_REF für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, momentan um die zu diesem Strom proportionale Spannungsmenge niedriger als die Spannung V_A2.
In dem Beispiel von 2 nimmt die Zielspannung V_TG von dem Zeitpunkt T_A2 über den Zeitpunkt T_A3 zu einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt T_A3 monoton ab und zu dem Zeitpunkt T_A3 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG > V_A2 zu dem Zustand V_TG < V_A2 statt. Somit wechseln zu dem Zeitpunkt T_A3 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Als Antwort auf das von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel umschaltende Ausgangssignal CMPOUT schaltet das Signal an dem Knoten NDa von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel um; somit schaltet sich der Transistor Tr11 aus und zu dem Zeitpunkt T_A3 findet ein Umschalten von dem Zustand VREF = V_A2 in den Zustand VREF = V_A1 statt. Es ist zu beachten, dass das Schalten hier ein Schalten in der Gleichstromkomponente der Referenzspannung V_REF ist. Insbesondere findet zu dem Zeitpunkt TA3 ein Umschalten von dem Zustand, in dem die Gleichstromkomponente der Referenzspannung V_REF gleich der Spannung V_A2 ist, zu dem Zustand, in dem sie gleich der Spannung V_A1 ist, statt.
Andererseits fließt infolge des Umschaltens des Ausgangssignals S_OUT von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel vorübergehend ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C11 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_A3 die Referenzspannung V_REF für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, momentan um die zu diesem Strom proportionale Spannungsmenge höher als die Spannung V_A1.
In 2 wird angenommen, dass in dem Eingangssignal an den Komparator CMP kein Rauschen vorhanden ist. In der Praxis kann in dem Eingangssignal des Komparators CMP Rauschen vorhanden sein. Insbesondere wird häufig eine Pegeländerung in dem Signal CMP_OUT als Auslöser bzw. Trigger verwendet, um den Betrieb einer anderen Schaltung in der mit der Spannungsvergleichsschaltung 10 versehenen Vorrichtung zu starten oder zu stoppen oder um die Betriebsmodi zu ändern. Somit kann unmittelbar nach einer Pegeländerung im Signal CMP_OUT ein vergleichsweise starkes Rauschen in dem Eingangssignal des Komparators CMP auftreten. Die Spannungsvergleichsschaltung 10 liefert trotz Rauschen einen stabilen Ausgang. Dies wird nun unter Bezugnahme auf 3 usw. beschrieben. Der Einfachheit halber wird eine virtuelle Spannungsvergleichsschaltung aufgegriffen, bei der es sich um eine Schaltung handelt, die sich aus dem Weglassen des Kondensators C11 aus der Spannungsvergleichsschaltung 10 ergibt. Die virtuelle Spannungsvergleichsschaltung entspricht der Spannungsvergleichsschaltung 900 in 16.
3 zeigt ein Zeitdiagramm der virtuellen Spannungsvergleichsschaltung. In 3 stellt eine gestrichelte Darstellung 511' den Signalverlauf der Zielspannung V_TG dar, in dem Rauschen vorhanden ist. Eine durchgezogene Darstellung 512' stellt den Signalverlauf der Referenzspannung V_REF in der virtuellen Spannungsvergleichsschaltung dar. In der virtuellen Spannungsvergleichsschaltung schaltet zum Zeitpunkt T_A1 die Referenzspannung V_REF von der Spannung V_A1 auf die Spannung V_A2 um, und in 3 schwankt unmittelbar nach dem Umschalten aufgrund von Rauschen die Zielspannung V_TG , um Spitzen zwischen einer Spannung, die niedriger als die Spannung V_A2 ist, und einer Spannung, die höher als die Spannung V_A1 ist, zu beschreiben. Infolgedessen ändern sich in der mit 3 verbundenen virtuellen Spannungsvergleichsschaltung unmittelbar nach dem Zeitpunkt T_A1 die Pegel der Signale CMP_OUT und S_OUT wiederholt und instabil zwischen hohen und niedrigen Pegeln (d.h. es treten Pegeländerungen auf, von denen nicht erwartet wird, dass sie auftreten). Auch unmittelbar nach dem Zeitpunkt T_A3 wird ein ähnliches Verhalten beobachtet.
Ein Erhöhen der Differenz zwischen den Spannungen V_A1 und V_A2 führt zu einer geringeren Störanfälligkeit. Das Erhöhen der Differenz zwischen den Spannungen V_A1 und V_A2, d.h. ein Erhöhen der Hysteresebreite, erschwert jedoch die Verwendung der Spannungsvergleichsschaltung.
4 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 10, in der Rauschen berücksichtigt wird. In 4 stellt eine gestrichelte Darstellung 511' den Signalverlauf der Zielspannung V_TG dar, in dem Rauschen vorhanden ist. Der durchgezogene Signalverlauf 512 in 4 ist der Signalverlauf der Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 10 und ist dieselbe wie der Signalverlauf 512 in 2.
Wenn in der Spannungsvergleichsschaltung 10 zum Zeitpunkt T_A1 eine Verschiebung von dem Zustand VTG < VREF in den Zustand V_TG > VREF stattfindet und sich infolgedessen der Pegel des Ausgangssignals CMP_OUT des Komparators CMP ändert, arbeitet der Hochpassfilter mit dem Kondensator C11 derart, dass der Pegel der Referenzspannung V_REF momentan niedriger als die Spannung V_A2 ist. Somit treten unmittelbar nach dem Zeitpunkt T_A1 keine instabilen Änderungen wie die in 3 gezeigten in den Signalen CMP_OUT und S_OUT auf. Gleiches gilt unmittelbar nach dem Zeitpunkt T_A3.
Wie oben beschrieben, arbeitet die Spannungsvergleichsschaltung 10 nur unmittelbar nach einer Änderung des Ausgangs des Komparators CMP wie mit einer momentan größeren Hysteresebreite und arbeitet somit trotz Rauschen und dergleichen stabil.
Zweite Ausführungsform
Es wird eine Zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. In der ersten Ausführungsform (1) werden die Funktion eines Erzeugens einer Gleichstrom-Hysterese (im Folgenden der Einfachheit halber als DC-Hysteresefunktion bezeichnet) und die Funktion eines Rückkoppelns von Änderungen in dem Ausgang des Komparators CMP zu dem Eingang des Komparators CMP über einen Kondensator (im Folgenden der Einfachheit halber als AC-Hysteresefunktion bezeichnet) beide auf der Seite der Referenzspannung V_REF vorgesehen. Stattdessen können die DC-Hysteresefunktion und die AC-Hysteresefunktion auf der Seite der Zielspannung V_TG bereitgestellt werden. Dies wird nun beschrieben. 5 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 20 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 20 umfasst einen Komparator CMP, Inverter INVa und INVb, einen Kondensator C21, einen Transistor Tr21 und Widerstände R21 bis R25 als Spannungsteilungswiderstände.
Die Widerstände R21 bis R23 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV21, die eine Eingangsspannung V_IN teilt, um eine Zielspannung V_TG zu erzeugen. Die Widerstände R21 bis R23 sind in Reihe miteinander geschaltet und die Eingangsspannung V_IN wird über die Reihenschaltung der Widerstände R21 bis R23 angelegt. Die Eingangsspannung V_IN ist die Spannung, die mit einer Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 20 verglichen werden soll. In der Praxis wird jedoch die Zielspannung V_TG , die eine Teilungsspannung der Eingangsspannung V_IN ist, von dem Komparator CMP mit der Referenzspannung V_REF verglichen. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R21 mit dem Potential der Eingangsspannung V_IN gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R21 und ein Anschluss des Widerstands R22 sind an einem Knoten ND21 miteinander verbunden, der andere Anschluss des Widerstands R22 ist mit einem Anschluss des Widerstands R23 verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R23 ist mit der Masse verbunden. Die am Knoten ND21 auftretende Spannung dient als Zielspannung V_TG in der Spannungsvergleichsschaltung 20.
Die Widerstände R24 und R25 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV22, die eine vorgegebene Spannung V_BG teilt, um die Referenzspannung V_REF zu erzeugen. Die Widerstände R24 und R25 sind miteinander in Reihe geschaltet und die vorgegebene Spannung VBG wird über die Reihenschaltung der Widerstände R24 und R25 angelegt. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R24 mit dem Potential der vorgegebenen Spannung VBG gespeist und der andere Anschluss des Widerstands R24 ist über den Widerstand R25 mit der Masse verbunden. Die am Verbindungsknoten ND22 zwischen den Widerständen R24 und R25 auftretende bzw. erscheinende Spannung dient als Referenzspannung VREF in der Spannungsvergleichsschaltung 20.
In der Spannungsvergleichsschaltung 20 sind die Knoten ND21 und ND22 mit dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden, so dass der invertierende Eingangsanschluss und der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP mit der Zielspannung V_TG bzw. der Referenzspannung V_REF gespeist werden.
Die Konfiguration und der Betrieb des Komparators CMP und der Wechselrichter INVa und INVb und ihre Verbindung in der Spannungsvergleichsschaltung 20 sind die gleichen wie in der Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform. In der Spannungsvergleichsschaltung 20 erscheint das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb an dem Ausgangsanschluss der Spannungsvergleichsschaltung 20 und dient als Ausgangssignal S_OUT der Spannungsvergleichsschaltung 20.
Der Transistor Tr21 ist ein Schaltelement, das parallel zu dem Widerstand R23 geschaltet ist, um über dem Widerstand R23 zu öffnen oder um ihn kurzzuschließen. Hierbei wird angenommen, dass der Transistor Tr21 als ein N-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, wobei der Drain des Transistors Tr21 mit dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R22 und R23 verbunden ist, die Source des Transistors Tr21 mit der Masse verbunden ist und das Gate des Transistors Tr21 mit dem Knoten NDb verbunden ist.
Wenn das Signal an dem Knoten NDb (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb) auf einem niedrigen Pegel liegt, ist der Transistor Tr21 ausgeschaltet, um über dem Widerstand R23 zu öffnen. Wenn das Signal an dem Knoten NDb (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb) auf einem hohen Pegel liegt, ist der Transistor Tr21 eingeschaltet, um den Widerstand R23 kurzzuschließen. Wenn also die Widerstandswerte der Widerstände R21, R22 und R23 durch die Symbole R21, R22 bzw. R23 bei ausgeschaltetem Transistor Tr21 dargestellt werden, ist V_TG = V_B1 = V_IN × (R22 + R23) / (R21 + R22 + R23) und bei eingeschaltetem Transistor Tr21 V_TG = V_B2 = V_IN × R22 / (R21 + R22). Natürlich gilt die Beziehung VB1 > VB2. Somit bilden die Widerstände R21 bis R23 die Spannungsteilungsschaltung DIV21, die die Eingangsspannung V_IN teilt, um die Zielspannung V_TG zu erzeugen, und das Spannungsteilungsverhältnis ändert sich hierbei entsprechend dem Signal an dem Knoten NDb (und damit dem Ausgangssignal des Komparators CMP); dies ergibt die Hysterese des Komparators CMP.
In der Spannungsvergleichsschaltung 20 ist der Kondensator C21 zwischen dem Knoten NDa, der mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters INVa gespeist wird, und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP eingefügt. Das heißt, ein Anschluss des Kondensators C21 ist mit dem Knoten NDa verbunden, und der andere Anschluss des Kondensators C21 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Verbindungsknoten ND21 zwischen den Widerständen R21 und R22 auch mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Somit bilden die Widerstände R21 bis R23 und der Kondensator C21 zusammen einen Hochpassfilter, der die Wechselstromkomponente des Signals an dem Knoten NDa an den Knoten ND21 und an den invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP zuführt. Wenn sich der Pegel des Signals CMP_OUT zwischen niedrigen und hohen Pegeln ändert, wird dementsprechend ein Wechselstromsignal basierend auf der Änderung von dem Knoten NDa über den Kondensator C21 an den Knoten ND21 und an den invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP geliefert, mit dem Ergebnis, dass das Wechselstromsignal der Zielspannung V_TG überlagert wird. Beispielsweise beträgt der serielle zusammengesetzte Widerstandswert der Widerstände R21 bis R23 mehrere Megaohm, und der Kapazitätswert des Kondensators C21 beträgt 1 pF (Picofarad) bis mehrere Picofarad.
6 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 20. In 6 ist ein teilweise gekrümmter gestrichelter Signalverlauf 521 der Signalverlauf der Zielspannung V_TG , und ein durchgezogenes Liniensegment 522 stellt den Signalverlauf der Referenzspannung V_REF dar. In dem Beispiel von 6 gilt VTG < V_REF vor dem Zeitpunkt T_B1 die ganze Zeit und demzufolge bleiben die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT auf einem hohen Pegel. Somit ist vor dem Zeitpunkt T_B1 der Transistor Tr21 eingeschaltet und somit V_TG = V_B2.
In dem Beispiel von 6 steigt von einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt T_B1 bis zum Zeitpunkt T_B2 die Eingangsspannung V_IN monoton an und zu dem Zeitpunkt T_B1 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG < VREF zu dem Zustand V_TG > VREF statt. Somit wechseln zu dem Zeitpunkt T_B1 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel. Als Antwort auf das Ausgangssignal CMP_OUT, das von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel umschaltet, schaltet sich der Transistor Tr21 aus und zum Zeitpunkt TB1 erfolgt ein Umschalten von dem Zustand V_TG = V_B2 zu dem Zustand VTG = V_B1 (wie oben erwähnt, ist V_B1 > V_B2). Es ist zu beachten, dass das Schalten hier ein Schalten in der Gleichstromkomponente der Zielspannung V_TG ist. Insbesondere findet zum Zeitpunkt T_B1 ein Umschalten von dem Zustand, in dem die Gleichstromkomponente der Zielspannung V_TG gleich der Spannung V_B2 ist, zu dem Zustand, in dem sie gleich der Spannung V_B1 ist, statt.
Andererseits fließt infolge des von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel umschaltenden Ausgangssignals CMP_OUT und demzufolge des von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel umschaltenden Ausgangssignals des Wechselrichters INVa momentan ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C21 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_B1 die Zielspannung V_TG für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, momentan um den Betrag der Spannung, der proportional zu diesem Strom ist, höher als die Spannung V_B1.
In dem Beispiel von 6 nimmt die Eingangsspannung V_IN vom Zeitpunkt T_B2 über den Zeitpunkt T_B3 zu einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt T_B3 monoton ab und zum Zeitpunkt T_B3 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG > V_REF zu dem Zustand V_TG < VREF statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_B3 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Als Antwort auf das Schalten wird der Transistor Tr21 eingeschaltet, und zum Zeitpunkt T_B3 findet ein Umschalten von dem Zustand V_TG = V_B1 zu dem Zustand V_TG = V_B2 statt. Es ist zu beachten, dass das Schalten hier ein Schalten in der Gleichstromkomponente der Zielspannung V_TG ist. Insbesondere findet zum Zeitpunkt T_B3 ein Umschalten von dem Zustand, in dem die Gleichstromkomponente der Zielspannung V_TG gleich der Spannung V_B1 ist, zu dem Zustand, in dem sie gleich der Spannung V_B2 ist, statt.
Andererseits fließt infolge des von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel umschaltenden Ausgangssignals CMP_OUT und demzufolge des von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel umschaltenden Ausgangssignals des Wechselrichters INVa momentan ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C21 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_B3 die Zielspannung V_TG für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, momentan um die zu diesem Strom proportionale Spannungsmenge niedriger als die Spannung V_B2.
In 6 wird angenommen, dass in dem Eingangssignal an den Komparator CMP kein Rauschen vorhanden ist. In der Praxis kann in dem Eingangssignal des Komparators CMP Rauschen vorhanden sein. Selbst dann arbeitet die Spannungsvergleichsschaltung 20 wie die Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform erst unmittelbar nach einer Änderung des Ausgangs des Komparators CMP wie mit einer momentan größeren Hysteresebreite und arbeitet somit trotz Rauschen und dergleichen stabil.
Dritte Ausführungsform
Es wird eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist auch möglich, die DC-Hysteresefunktion auf der Seite der Zielspannung V_TG und die AC-Hysteresefunktion auf der Seite der Referenzspannung V_REF bereitzustellen. Dies wird nun beschrieben. 7 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 30 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 30 umfasst einen Komparator CMP, Inverter INVa und INVb, einen Kondensator C31, einen Transistor Tr31 und Widerstände R31 bis R35 als Spannungsteilungswiderstände.
Der Widerstand R31 bis Widerstand R33 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV31, die eine Eingangsspannung V_IN teilt, um eine Zielspannung V_TG zu erzeugen. Die Widerstände R31 bis R33 sind in Reihe geschaltet und die Eingangsspannung V_IN wird über die Reihenschaltung der Widerstände R31 bis R33 angelegt. Die Eingangsspannung V_IN ist die Spannung, die mit der Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 30 verglichen werden soll. In der Praxis wird jedoch die Zielspannung V_TG , die eine Teilungsspannung der Eingangsspannung V_IN ist, von dem Komparator CMP mit der Referenzspannung V_REF verglichen. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R31 mit dem Potential der Eingangsspannung V_IN gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R31 und ein Anschluss des Widerstands R32 sind an einem Knoten ND31 miteinander verbunden, der andere Anschluss des Widerstands R32 ist mit einem Anschluss des Widerstands R33 verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R33 mit einer Masse verbunden. Die Spannung, die an dem Knoten ND31 erscheint, dient als Zielspannung V_TG in der Spannungsvergleichsschaltung 30.
Die Widerstände R34 und R35 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV32, die eine vorgegebene Spannung VBG teilt, um eine Referenzspannung V_REF zu erzeugen. Die Widerstände R34 und R35 sind miteinander in Reihe geschaltet, und die vorgegebene Spannung VBG wird über die Reihenschaltung der Widerstände R34 und R35 angelegt. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R34 mit dem Potential der vorgegebenen Spannung VBG gespeist, und der andere Anschluss des Widerstands R34 ist über den Widerstand R35 mit der Masse verbunden. Die Spannung, die an dem Verbindungsknoten ND32 zwischen den Widerständen R34 und R35 erscheint, dient als Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 30.
In der Spannungsvergleichsschaltung 30 sind die Knoten ND31 und ND32 mit dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden, so dass der invertierende Eingangsanschluss und der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP mit der Zielspannung V_TG bzw. der Referenzspannung V_REF gespeist werden.
Die Konfiguration und der Betrieb des Komparators CMP und der Inverter INVa und INVb und ihre Verbindung in der Spannungsvergleichsschaltung 30 sind die gleichen wie in der Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform. In der Spannungsvergleichsschaltung 30 erscheint das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb an dem Ausgangsanschluss der Spannungsvergleichsschaltung 30 und dient als Ausgangssignal S_OUT der Spannungsvergleichsschaltung 30.
Der Transistor Tr31 ist ein Schaltelement, das parallel zum Widerstand R33 geschaltet ist, um über dem Widerstand R33 zu öffnen oder um ihn kurzzuschließen. Hierbei wird angenommen, dass der Transistor Tr31 als ein N-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, wobei der Drain des Transistors Tr31 mit dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R32 und R33 verbunden ist, die Source des Transistors Tr31 mit der Masse verbunden ist und das Gate des Transistors Tr31 mit einem Knoten NDb verbunden ist.
Wenn das Signal an dem Knoten NDb (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb) auf einem niedrigen Pegel liegt, ist der Transistor Tr31 ausgeschaltet, um über dem Widerstand R33 zu öffnen. Wenn das Signal an dem Knoten NDb (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb) auf einem hohen Pegel liegt, ist der Transistor Tr31 eingeschaltet, um den Widerstand R33 kurzzuschließen. Wenn also die Widerstandswerte der Widerstände R31, R32 und R33 durch die Symbole R31, R32 bzw. R33 bei ausgeschaltetem Transistor Tr31 dargestellt werden, ist V_TG = V_C1 = V_IN × (R32 + R33) / (R31 + R32) + R33) und bei eingeschaltetem Transistor Tr31 ist V_TG = V_C2 = V_IN × R32 / (R31 + R32). Natürlich gilt die Beziehung V_C1 > V_C2. Somit bilden die Widerstände R31 bis R33 die Spannungsteilungsschaltung DIV31, die die Eingangsspannung V_IN teilt, um die Zielspannung V_TG zu erzeugen, und das Spannungsteilungsverhältnis ändert sich hierbei entsprechend dem Signal an dem Knoten NDb (und damit dem Ausgangssignal des Komparators CMP); dies ergibt die Hysterese des Komparators CMP.
In der Spannungsvergleichsschaltung 30 ist der Kondensator C31 zwischen dem Knoten NDb, der mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters INVb gespeist wird, und dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP eingefügt. Das heißt, ein Anschluss des Kondensators C31 ist mit dem Knoten NDb verbunden und der andere Anschluss des Kondensators C31 ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Verbindungsknoten ND32 zwischen den Widerständen R34 und R35 auch mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Somit bilden die Widerstände R34 und R35 und der Kondensator C31 zusammen einen Hochpassfilter, der die Wechselstromkomponente des Signals am Knoten NDb an den Knoten ND32 und an den nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP zuführt. Wenn sich der Pegel des Signals CMP_OUT zwischen niedrigen und hohen Pegeln ändert, wird demzufolge ein auf der Änderung basierendes Wechselstromsignal von dem Knoten NDb über den Kondensator C31 an den Knoten ND32 und an den nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP geliefert, mit dem Ergebnis, dass das Wechselstromsignal der Referenzspannung V_REF überlagert wird. Beispielsweise beträgt der serielle zusammengesetzte Widerstandswert der Widerstände R31 bis R33 mehrere Megaohm und der Kapazitätswert des Kondensators C31 beträgt 1 pF (Picofarad) bis mehrere Picofarad.
8 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 30. In 8 stellt eine gestrichelte Darstellung 531 den Signalverlauf der Zielspannung V_TG und ein teilweise gekrümmter durchgezogener Signalverlauf 532 ist der Signalverlauf der Referenzspannung V_REF . In dem Beispiel von 8 gilt vor dem Zeitpunkt T_C1 die ganze Zeit V_TG < V_REF und dementsprechend bleiben die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT auf einem hohen Pegel. Somit ist vor dem Zeitpunkt T_C1 der Transistor Tr31 eingeschaltet und somit ist V_TG = V_C2.
In dem Beispiel von 8 steigt von einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt T_C1 bis zum Zeitpunkt T_C2 die Eingangsspannung V_IN monoton an, und zum Zeitpunkt T_C1 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG < VREF zu dem Zustand V_TG > VREF statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_C1 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel. Als Antwort auf das von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel umschaltende Ausgangssignal S_OUT wird der Transistor Tr31 ausgeschaltet, und zum Zeitpunkt T_C1 findet ein Umschalten von dem Zustand V_TG = V_C2 zu dem V_TG = V_C1 statt (wie oben erwähnt, ist V_C1 > V_C2).
Andererseits fließt infolge des von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel umschaltenden Ausgangssignals S_OUT vorübergehend ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C31 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_C1 die Referenzspannung V_REF für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, um den Betrag der Spannung proportional zu diesem Strom momentan niedriger als die Gleichspannung (V_BG × R35 / (R34 + R35)), die durch die Werte der vorgegebenen Spannung VBG und der Widerstände R34 und R35 bestimmt wird.
In dem Beispiel von 8 nimmt die Eingangsspannung V_IN vom Zeitpunkt T_C2 über den Zeitpunkt T_C3 zu einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt T_C3 monoton ab und zum Zeitpunkt T_C3 findet eine Verschiebung von dem Zustand V_TG > VR VREF EF zu dem Zustand V_TG < VREF statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_C3 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Als Antwort auf das Schalten wird der Transistor Tr31 eingeschaltet und zum Zeitpunkt T_C3 findet ein Umschalten von dem Zustand V_TG = V_C1 zu dem Zustand V_TG = V_C2 statt.
Andererseits fließt infolge des von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umschaltenden Ausgangssignals S_OUT vorübergehend ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C31 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_C3 die Referenzspannung VREF für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, um den Betrag der Spannung proportional zu diesem Strom momentan höher als die Gleichspannung (V_BG × R35 / (R34 + R35)), die durch die Werte der vorgegebenen Spannung V_BG und der Widerstände R34 und R35 bestimmt wird.
In 8 wird angenommen, dass in dem Eingangssignal zu dem Komparator CMP kein Rauschen vorhanden ist. In der Praxis kann in dem Eingangssignal des Komparators CMP Rauschen vorhanden sein. Selbst dann arbeitet die Spannungsvergleichsschaltung 30 wie die Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform erst unmittelbar nach einer Änderung des Ausgangs des Komparators CMP wie mit einer momentan größeren Hysteresebreite und arbeitet somit trotz Rauschen und dergleichen stabil.
Vierte Ausführungsform
Es wird eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist auch möglich, die DC-Hysteresefunktion auf der Seite der Referenzspannung V_REF und die AC-Hysteresefunktion auf der Seite der Zielspannung V_TG bereitzustellen. Dies wird nun beschrieben. 9 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 40 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 40 umfasst einen Komparator CMP, Inverter INVa und INVb, einen Kondensator C41, einen Transistor Tr41 und Widerstände R41 bis R45 als Spannungsteilungswiderstände.
Die Widerstände R41 und R42 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV41, die eine Eingangsspannung V_IN teilt, um eine Zielspannung V_TG zu erzeugen. Die Widerstände R41 und R42 sind miteinander in Reihe geschaltet und die Eingangsspannung V_IN wird über die Reihenschaltung der Widerstände R41 und R42 angelegt. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R41 mit dem Potential der Eingangsspannung V_IN gespeist und der andere Anschluss des Widerstands R41 ist über den Widerstand R42 mit einer Masse verbunden. Die Spannung, die an dem Verbindungsknoten ND41 zwischen den Widerständen R41 und R42 erscheint, dient als Zielspannung V_TG in der Spannungsvergleichsschaltung 40.
Die Widerstände R43 bis R45 bilden eine Spannungsteilungsschaltung DIV42, die eine vorgegebene Spannung VBG teilt, um eine Referenzspannung V_REF zu erzeugen. Die Widerstände R43 bis R45 sind miteinander in Reihe geschaltet und die vorgegebene Spannung VBG wird über die Reihenschaltung der Widerstände R43 bis R45 angelegt. Insbesondere wird ein Anschluss des Widerstands R43 mit dem Potential der vorgegebenen Spannung VBG gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R43 und ein Anschluss des Widerstands R44 sind an einem Knoten ND42 miteinander verbunden, der andere Anschluss des Widerstands R44 ist mit einem Anschluss des Widerstands R45 verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R45 ist mit der Masse verbunden. Die Spannung, die an dem Verbindungsknoten ND42 erscheint, dient als Referenzspannung V_REF in der Spannungsvergleichsschaltung 40.
In der Spannungsvergleichsschaltung 40 sind die Knoten ND41 und ND42 mit dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden, so dass der invertierende Eingangsanschluss und der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP mit der Zielspannung V_TG bzw. der Referenzspannung V_REF gespeist werden.
Die Konfiguration und der Betrieb des Komparators CMP und der Wechselrichter INVa und INVb und ihre Verbindung in der Spannungsvergleichsschaltung 40 sind die gleichen wie in der Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform. In der Spannungsvergleichsschaltung 40 erscheint das Ausgangssignal des Wechselrichters INVb an dem Ausgangsanschluss der Spannungsvergleichsschaltung 40 und dient als Ausgangssignal S_OUT der Spannungsvergleichsschaltung 40.
Der Transistor Tr41 ist ein Schaltelement, das parallel zu dem Widerstand R45 geschaltet ist, um über dem Widerstand R45 zu öffnen oder um ihn kurzzuschließen. Hierbei wird angenommen, dass der Transistor Tr41 als ein N-Kanal-MOSFET ausgeführt ist, wobei der Drain des Transistors Tr41 mit dem Verbindungsknoten zwischen den Widerständen R44 und R45 verbunden ist, die Source des Transistors Tr41 mit der Masse verbunden ist und das Gate des Transistors Tr41 mit einem Knoten NDa verbunden ist.
Wenn das Signal an dem Knoten NDa (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa) auf einem niedrigen Pegel liegt, ist der Transistor Tr41 ausgeschaltet, um über dem Widerstand R45 zu öffnen. Wenn das Signal an dem Knoten NDa (d.h. das Ausgangssignal des Wechselrichters INVa) auf einem hohen Pegel liegt, ist der Transistor Tr41 eingeschaltet, um den Widerstand R45 kurzzuschließen. Wenn also die Widerstandswerte der Widerstände R43, R44 und R45 durch die Symbole R43, R44 bzw. R45 bei ausgeschaltetem Transistor Tr41 dargestellt werden, ist V_REF = V_D1 = V_BG × (R44 + R45) / (R43 + R44 + R45) und bei eingeschaltetem Transistor Tr41 ist V_REF = V_D2 = V_BG × R44 / (R43 + R44). Die Spannungen V_D1 und V_D2 sind in 10 angegeben und natürlich gilt die Beziehung V_D1 > V_D2. Somit bilden die Widerstände R43 bis R45 die Spannungsteilungsschaltung DIV42, die die vorgegebene Spannung VBG teilt, um die Referenzspannung V_REF zu erzeugen, und das Spannungsteilungsverhältnis ändert sich hier gemäß dem Signal an dem Knoten NDa (und damit dem Ausgangssignal des Komparators CMP); dies ergibt die Hysterese des Komparators CMP.
In der Spannungsvergleichsschaltung 40 ist der Kondensator C41 zwischen dem Knoten NDa, der mit dem Ausgangssignal des Wechselrichters INVa gespeist wird, und dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP eingefügt. Das heißt, ein Anschluss des Kondensators C41 ist mit dem Knoten NDa verbunden und der andere Anschluss des Kondensators C41 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Wie oben erwähnt, ist der Verbindungsknoten ND41 zwischen den Widerständen R41 und R42 auch mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden. Somit bilden die Widerstände R41 und R42 und der Kondensator C41 zusammen einen Hochpassfilter, der die Wechselstromkomponente des Signals an dem Knoten NDa an den Knoten ND41 und an den invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP liefert. Wenn sich der Pegel des Signals CMP_OUT zwischen niedrigen und hohen Pegeln ändert, wird demzufolge ein auf der Änderung basierendes Wechselstromsignal von dem Knoten NDa über den Kondensator C41 an den Knoten ND41 und an den invertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP geliefert, mit dem Ergebnis, dass das Wechselstromsignal der Zielspannung V_TG überlagert wird. Beispielsweise beträgt der serielle zusammengesetzte Widerstandswert der Widerstände R41 und R42 mehrere Megaohm und der Kapazitätswert des Kondensators C41 liegt zwischen 1 pF (Picofarad) und mehreren Picofarad.
10 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 40. In 10 ist ein teilweise gekrümmter gestrichelter Signalverlauf 541 der Signalverlauf der Zielspannung V_TG und eine durchgezogene Darstellung 542 stellt den Signalverlauf der Referenzspannung V_REF dar. Vor dem Zeitpunkt T_D1 ist V_TG < V_REF die ganze Zeit und demzufolge bleiben die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT auf einem hohen Pegel. Somit ist vor dem Zeitpunkt T_D1 der Transistor Tr41 ausgeschaltet und somit V_REF = V_D1.
In dem Beispiel von 10 steigt von einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt T_D1 bis zum Zeitpunkt T_D2 die Zielspannung V_TG monoton an und zum Zeitpunkt T_D1 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG < V_D1 zu dem Zustand V_TG > V_D1 statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_D1 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem hohen Pegel zu einem niedrigen Pegel. Als Antwort auf das von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel umschaltendende Ausgangssignal CMP_OUT schaltet das Signal an dem Knoten NDa von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel um; somit schaltet sich der Transistor Tr41 ein und zum Zeitpunkt T_D1 findet ein Umschalten von dem Zustand V_REF = V_D1 zu dem Zustand V_REF = V_D2 statt.
Andererseits fließt infolge des von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel umschaltenden Ausgangssignals CMP_OUT und demzufolge des von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umschaltenden Ausgangssignals des Wechselrichters INVa ein Strom vorübergehend durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C41 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_D1die Zielspannung V_TG für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, um die zu diesem Strom proportionale Spannungsmenge momentan höher als die Spannung (V_iN × R42 / (R41 + R42)), die durch die Werte der Eingangsspannung V_IN und der Widerstände R41 und R42 bestimmt wird.
In dem Beispiel von 10 nimmt vom Zeitpunkt T_D2 über den Zeitpunkt T_D3 zu einem Zeitpunkt nach dem Zeitpunkt T_D3 die Zielspannung V_TG monoton ab und zum Zeitpunkt T_D3 findet ein Wechsel von dem Zustand V_TG > V_D2 zu dem Zustand V_TG < V_D2 statt. Somit wechseln zum Zeitpunkt T_D3 die Ausgangssignale CMP_OUT und S_OUT von einem niedrigen Pegel zu einem hohen Pegel. Als Antwort auf das Signal CMP_OUT, das von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umschaltet, schaltet das Signal an dem Knoten NDa von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel um; somit schaltet sich der Transistor Tr41 aus und zum Zeitpunkt T_D3 findet ein Umschalten von dem Zustand V_REF = V_D2 in den Zustand V_REF = V_D1 statt.
Andererseits fließt infolge des von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel umschaltenden Ausgangssignals CMP_OUT und demzufolge des von einem hohen Pegel auf einen niedrigen Pegel umschaltenden Ausgangssignals des Wechselrichters INVa momentan ein Strom durch den oben erwähnten Hochpassfilter, der den Kondensator C41 umfasst. Somit ist ab dem Zeitpunkt T_D3 die Zielspannung V_TG momentan für den Zeitraum, in dem dieser Strom fließt, um die zu diesem Strom proportionale Spannungsmenge niedriger als die Spannung (V_iN × R42 / (R41 + R42)), die durch die Werte der Eingangsspannung V_IN und der Widerstände R41 und R42 bestimmt wird.
In 10 wird angenommen, dass in dem Eingangssignal an den Komparator CMP kein Rauschen vorhanden ist. In der Praxis kann in dem Eingangssignal des Komparators CMP Rauschen vorhanden sein. Selbst dann arbeitet die Spannungsvergleichsschaltung 40 wie die Spannungsvergleichsschaltung 10 der ersten Ausführungsform erst unmittelbar nach einer Änderung des Ausgangs des Komparators CMP wie mit einer momentan größeren Hysteresebreite und arbeitet somit trotz Rauschen und dergleichen stabil.
Fünfte Ausführungsform
Es wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist auch möglich, die DC-Hysteresefunktion wegzulassen und die AC-Hysteresefunktion allein auf der Seite der Referenzspannung V_REF bereitzustellen. Dies wird nun beschrieben. 11 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 50 gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 50 ergibt sich aus dem Modifizieren eines Teils der Spannungsvergleichsschaltung 10 in 1. Insbesondere führt das Modifizieren der Spannungsvergleichsschaltung 10 in 1 durch Weglassen des Transistors Tr11 und des Widerstands R13 zu der Spannungsvergleichsschaltung 50, und mit Ausnahme dieser Weglassungen sind die Konfiguration und der Betrieb der Spannungsvergleichsschaltung 50 die gleichen wie die der Spannungsvergleichsschaltung 10.
Infolge des Weglassens des Widerstands R13 besteht die Spannungsteilungsschaltung DIV12' in der Spannungsvergleichsschaltung 50 aus der Reihenschaltung der Widerstände R11 und R12 und teilt die vorgegebene Spannung V_BG , um die Referenzspannung V_REF zu erzeugen. Insbesondere wird in der Spannungsvergleichsschaltung 50 ein Anschluss des Widerstands R11 mit dem Potential der vorgegebenen Spannung VBG gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R11 und ein Anschluss des Widerstands R12 sind an dem Knoten ND11 miteinander verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R12 ist mit der Masse verbunden. In der Spannungsvergleichsschaltung 50 dient die Spannung, die an dem Knoten ND11 erscheint, als Referenzspannung V_REF , und der Knoten ND11 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden.
12 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 50. In 12 stellt eine gestrichelte Darstellung 551 den Signalverlauf der Zielspannung V_TG dar und eine teilweise gekrümmter durchgezogener Signalverlauf 552 ist der Signalverlauf der Referenzspannung V_REF . Das Zeitdiagramm in 12 entspricht der Annahme, dass V_A1 = V_A2 in dem Zeitdiagramm in 2 ist. Infolge des Weglassens des Transistors Tr11 und des Widerstands R13 in 1 bietet die Spannungsvergleichsschaltung 50 nicht die DC-Hysteresefunktion, sondern die AC-Hysteresefunktion, wie dies die Spannungsvergleichsschaltung 10 aufgrund des Kondensators C11 tut, der zwischen den Knoten NDb und ND11 eingefügt ist.
Sechste Ausführungsform
Es wird eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Es ist auch möglich, die DC-Hysteresefunktion wegzulassen und die AC-Hysteresefunktion allein auf der Seite der Zielspannung V_TG bereitzustellen. Dies wird nun beschrieben. 13 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsvergleichsschaltung 60 gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsvergleichsschaltung 60 ergibt sich aus dem Modifizieren eines Teils der Spannungsvergleichsschaltung 40 in 9. Insbesondere führt das Modifizieren der Spannungsvergleichsschaltung 40 in 9 durch Weglassen des Transistors Tr41 und des Widerstands R45 zu der Spannungsvergleichsschaltung 60, und mit Ausnahme dieser Weglassungen sind die Konfiguration und der Betrieb der Spannungsvergleichsschaltung 60 dieselben wie diejenigen der Spannungsvergleichsschaltung 40.
Infolge des Weglassens des Widerstands R45 besteht die Spannungsteilungsschaltung DIV42' in der Spannungsvergleichsschaltung 60 aus der Reihenschaltung der Widerstände R43 und R44 und teilt die vorgegebene Spannung V_BG , um die Referenzspannung V_REF zu erzeugen. Insbesondere wird in der Spannungsvergleichsschaltung 60 ein Anschluss des Widerstands R43 mit dem Potential der vorgegebenen Spannung V_BG gespeist, der andere Anschluss des Widerstands R43 und ein Anschluss des Widerstands R44 sind an dem Knoten ND42 miteinander verbunden und der andere Anschluss des Widerstands R44 ist mit der Masse verbunden. In der Spannungsvergleichsschaltung 60 dient die Spannung, die an dem Knoten ND42 erscheint, als Referenzspannung V_REF , und der Knoten ND42 ist mit dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss des Komparators CMP verbunden.
14 zeigt ein Zeitdiagramm der Spannungsvergleichsschaltung 60. In 14 ist ein teilweise gekrümmter gestrichelter Signalverlauf 561 der Signalverlauf der Zielspannung CMP_OUT und ein durchgezogenes Liniensegment 562 stellt den Signalverlauf der Referenzspannung V_REF dar. Das Zeitdiagramm in 14 entspricht der Annahme von V_D1 = V_D2 in dem Zeitdiagramm in 10. Infolge des Weglassens des Transistors Tr41 und des Widerstands R45 in 9 bietet die Spannungsvergleichsschaltung 60 nicht die DC-Hysteresefunktion, sondern die AC-Hysteresefunktion, wie dies die Spannungsvergleichsschaltung 40 aufgrund des Kondensators C41 tut, der zwischen den Knoten NDa und ND41 eingefügt ist.
Siebte Ausführungsform
Es wird eine siebte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die siebte Ausführungsform liefert eine ergänzende Beschreibung der Spannungsvergleichsschaltungen der ersten bis sechsten Ausführungsform sowie eine Beschreibung von angewendeten, modifizierten und anderen technischen Merkmalen.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen werden der invertierende Eingangsanschluss und der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP mit der Zielspannung V_TG bzw. der Referenzspannung V_REF gespeist. Die Beziehung dieser Spannungen kann umgekehrt werden: Der invertierende Eingangsanschluss und der nichtinvertierende Eingangsanschluss des Komparators CMP können mit der Referenzspannung V_REF bzw. der Zielspannung V_TG gespeist werden.
In den oben beschriebenen Ausführungsformen ist ein Anschluss des Kondensators (C11, C21, C31 oder C41) mit einem ausgangsseitigen Knoten verbunden, der mit einem Signal gespeist wird, das dem Ausgangssignal CMP_OUT des Komparators CMP entspricht. In den oben beschriebenen Ausführungsformen dient der Knoten NDa oder NDb als ausgangsseitiger Knoten; stattdessen kann der Ausgangsanschluss des Komparators CMP als ausgangsseitiger Knoten dienen.
Eine Spannungsvergleichsschaltung gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, von der spezifische Beispiele als erste bis sechste Ausführungsform dargestellt worden sind, wird der Einfachheit halber als eine Spannungsvergleichsschaltung W bezeichnet. 15 zeigt ein Diagramm, das den Betrieb der Spannungsvergleichsschaltung W darstellt. Es ist anzumerken, dass in 15 die DC-Hysteresefunktion in der Darstellung weggelassen ist.
Eine Spannungsvergleichsschaltung W gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung umfasst: einen Komparator (CMP), der eingerichtet ist, um eine erste Spannung und eine zweite Spannung zu empfangen, um ein Signal mit einem vorgegebenen ersten Pegel (z.B. einem hohen Pegel) in einem ersten Zustand (z.B. V_TG < V_REF) auszugeben, in dem der Pegel der ersten Spannung (z.B. V_TG ) niedriger als der Pegel der zweiten Spannung (z.B. V_REF ) ist, und ein Signal mit einem vorgegebenen zweiten Pegel (z.B. einem niedrigen Pegel) auszugeben, der sich von dem ersten Pegel in einem zweiten Zustand (z.B. V_TG > V_REF) unterscheidet, in dem der Pegel der ersten Spannung höher als der Pegel der zweiten Spannung ist; und einen Kondensator (C11, C21, C31, C41, C51, C61), der zwischen einem eingangsseitigen Knoten, der mit der ersten oder zweiten Spannung gespeist wird, und einem ausgangsseitigen Knoten, der mit einem Signal gespeist wird, das dem Ausgangssignal des Komparators entspricht, eingefügt ist.
Beispielsweise wird in der Spannungsvergleichsschaltung W vorzugsweise, wie in 15 gezeigt,
wenn ein Wechsel von dem ersten in den zweiten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem ersten Pegel zu dem zweiten Pegel bewirkt, ein Wechselstromsignal basierend auf der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den eingangsseitigen Knoten zugeführt, so dass das Wechselstromsignal der ersten oder zweiten Spannung überlagert wird und dadurch der Pegel der ersten Spannung momentan erhöht oder der Pegel der zweiten Spannung momentan abgesenkt wird.
Mit anderen Worten liefert in der Spannungsvergleichsschaltung W der Kondensator, wenn ein Wechsel von dem ersten Zustand in den zweiten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem ersten Pegel zu dem zweiten Pegel verursacht, vorzugsweise ein Wechselstromsignal basierend auf der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten zu dem eingangsseitigen Knoten, um das Wechselstromsignal der ersten oder zweiten Spannung zu überlagern und dadurch den Pegel der ersten Spannung vorübergehend zu erhöhen oder den Pegel der zweiten Spannung vorübergehend abzusenken.
Als ein anderes Beispiel wird in der Spannungsvergleichsschaltung W vorzugsweise, wie in 15 gezeigt,
wenn ein Wechsel von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem zweiten Pegel zu dem ersten Pegel bewirkt, ein Wechselstromsignal auf Basis der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator zu dem eingangsseitigen Knoten geliefert, so dass das Wechselstromsignal der ersten oder zweiten Spannung überlagert wird und dadurch der Pegel der ersten Spannung momentan abgesenkt oder der Pegel der zweiten Spannung momentan angehoben wird.
Mit anderen Worten liefert in der Spannungsvergleichsschaltung W der Kondensator, wenn ein Wechsel von dem zweiten Zustand in den ersten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem zweiten Pegel zu dem ersten Pegel verursacht, vorzugsweise ein Wechselstromsignal basierend auf der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten zu dem eingangsseitigen Knoten, um das Wechselstromsignal der ersten oder zweiten Spannung zu überlagern und dadurch den Pegel der ersten Spannung vorübergehend abzusenken oder den Pegel der zweiten Spannung vorübergehende anzuheben.
Insbesondere weist der Komparator beispielsweise in der Spannungsvergleichsschaltung W vorzugsweise einen ersten Eingangsanschluss (z.B. einen invertierenden Eingangsanschluss) zum Empfangen der ersten Spannung und einen zweiten Eingangsanschluss (z.B. einen nichtinvertierenden Eingangsanschluss) zum Empfangen der zweiten Spannung auf, wobei der eingangsseitige Knoten der erste oder zweite Eingangsanschluss ist und der ausgangsseitige Knoten mit einem Signal gespeist wird, dessen Pegel sich synchron ändert, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators ändert.
In der Spannungsvergleichsschaltung W entsprechen beispielsweise die erste und die zweite Spannung der Zielspannung V_TG bzw. der Referenzspannung V_REF , aber ihre Entsprechung kann umgekehrt werden.
In der Spannungsvergleichsschaltung W entsprechen beispielsweise der erste und der zweite Pegel einem hohen Pegel bzw. einem niedrigen Pegel, aber ihre Entsprechung kann umgekehrt werden.
In der Spannungsvergleichsschaltung W entsprechen beispielsweise der erste und der zweite Eingangsanschluss des Komparators dem invertierenden Eingangsanschluss bzw. dem nichtinvertierenden Eingangsanschluss, aber ihre Entsprechung kann umgekehrt werden.
In der Spannungsvergleichsschaltung W entspricht der ausgangsseitige Knoten dem oben erwähnten Knoten NDa oder NDb, aber der Ausgangsanschluss des Komparators (CMP) kann selbst der ausgangsseitige Knoten sein.
In der Spannungsvergleichsschaltung W kann verstanden werden, dass der eingangsseitige Knoten mit dem ersten oder zweiten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist.
Insbesondere ist in der Spannungsvergleichsschaltung W vorzugsweise ferner zum Beispiel (siehe 1, 7 und 11) eine zweite Spannungsteilungsschaltung (DIV12, DIV32, DIV12') vorgesehen, die eingerichtet ist, um die zweite Spannung durch Teilen einer vorgegebenen Spannung (V_BG ) unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderstände, die miteinander in Reihe miteinander geschaltet sind, zu erzeugen. Vorzugsweise ist der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem zweiten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt, wobei die zweite Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen einem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand erscheint, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, und der Verbindungsknoten mit dem zweiten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist.
Hierbei bilden vorzugsweise der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der zweiten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal auf Basis der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator zu dem zweiten Eingangsanschluss geliefert wird und dadurch das Wechselstromsignal der zweiten Spannung überlagert wird.
Oder es ist insbesondere zum Beispiel (siehe 5, 9 und 13) in der Spannungsvergleichsschaltung W vorzugsweise ferner eine erste Spannungsteilungsschaltung (DIV21, DIV41) vorgesehen, die eingerichtet ist, um die erste Spannung durch Teilen einer Eingangsspannung (V_IN) unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, zu erzeugen. Vorzugsweise ist der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem ersten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt, wobei die erste Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen einem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand erscheint, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, und der Verbindungsknoten mit dem ersten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist.
Hierbei bilden vorzugsweise der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der ersten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal basierend auf der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator zu dem ersten Eingangsanschluss geliefert wird und dadurch das Wechselstromsignal der ersten Spannung überlagert wird.
Eine Spannungsvergleichsschaltung W, von der Beispiele als Spannungsvergleichsschaltungen 10, 20, 30, 40, 50 und 60 dargestellt worden sind, kann in jede Vorrichtung eingebaut werden, die einen Spannungsvergleich erfordert. Beispielsweise kann eine Spannungsvergleichsschaltung W in eine am Fahrzeug montierte Vorrichtung eingebaut sein, die an einem Fahrzeug wie einem Automobil angebracht ist. Zum anderen kann eine Spannungsvergleichsschaltung W in ein mobiles Datenendgerät (persönlicher digitaler Assistent) wie ein Smartphone oder einen Tablet-Computer eingebaut werden.
Die Kanaltypen der FETs (Feldeffekttransistoren) in den Ausführungsformen sind nur veranschaulichend: Die Konfiguration einer der oben beschriebenen Schaltungen einschließlich FETs kann derart modifiziert werden, dass beispielsweise ein N-Kanal-FET durch einen P-Kanal-FET ersetzt wird.
Jeder der oben erwähnten Transistoren kann ein beliebiger Typ sein: Beispielsweise kann jeder der in der obigen Beschreibung als MOSFETs erwähnten Transistoren durch einen Sperrschicht-FET, einen IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) oder einen Bipolartransistor ersetzt werden.
Jede der als Ausführungsformen dargestellten Spannungsvergleichsschaltungen (10, 20, 30, 40, 50 und 60) kann in Form einer integrierten Halbleiterschaltung ausgeführt werden. Es ist möglich, eine Halbleitervorrichtung mit einer integrierten Halbleiterschaltung aufzubauen, die eine Spannungsvergleichsschaltung und ein Gehäuse umfasst, das die integrierte Halbleiterschaltung aufnimmt.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen viele Modifikationen, die nach Bedarf im Rahmen des in den beigefügten Ansprüchen dargelegten technischen Konzepts vorgenommen werden. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele dafür, wie die vorliegende Erfindung realisiert bzw. implementiert werden kann, und die Bedeutungen der Begriffe, die zur Definition der vorliegenden Erfindung und ihrer Merkmale verwendet werden, sind nicht auf diejenigen beschränkt, in denen sie in der Beschreibung der oben angegebenen Ausführungsformen verwendet werden. Alle in der obigen Beschreibung erwähnten spezifischen Werte sind lediglich Beispiele und können natürlich in andere Werte geändert werden.

Claims

Spannungsvergleichsschaltung, aufweisend: einen Komparator, der eingerichtet ist, um eine erste Spannung und eine zweite Spannung zu empfangen, um ein Signal mit einem vorgegebenen ersten Pegel in einem ersten Zustand auszugeben, in dem der Pegel der ersten Spannung niedriger als der Pegel der zweiten Spannung ist, und um ein Signal mit einem vorgegebenen zweiten Pegel, der sich von dem ersten Pegel unterscheidet, in einem Zustand auszugeben, in dem der Pegel der ersten Spannung höher als der Pegel der zweiten Spannung ist; und einen Kondensator, der zwischen einem eingangsseitigen Knoten, der mit der ersten oder zweiten Spannung gespeist wird, und einem ausgangsseitigen Knoten, der mit einem dem Ausgangssignal des Komparators entsprechenden Signal gespeist wird, eingefügt ist.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Wechsel von dem ersten Zustand zu dem zweiten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem ersten Pegel zu dem zweiten Pegel verursacht, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den eingangsseitigen Knoten zugeführt wird und dadurch der Pegel der ersten Spannung vorübergehend erhöht oder der Pegel der zweiten Spannung vorübergehend verringert wird, oder wenn ein Wechsel von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand eine Änderung des Pegels des Ausgangssignals des Komparators von dem zweiten Pegel zu dem ersten Pegel verursacht, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den eingangsseitigen Knoten zugeführt wird und dadurch der Pegel der ersten Spannung vorübergehend verringert oder der Pegel der zweiten Spannung vorübergehend erhöht wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Komparator einen ersten Eingangsanschluss zum Empfangen der ersten Spannung und einen zweiten Eingangsanschluss zum Empfangen der zweiten Spannung aufweist, der eingangsseitige Knoten der erste oder zweite Eingangsanschluss ist, und der ausgangseitige Knoten mit einem Signal gespeist ist, dessen Pegel sich synchron ändert, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators ändert.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 3, ferner aufweisend: eine zweite Spannungsteilungsschaltung, die eingerichtet ist, um die zweite Spannung durch Dividieren einer vorgegebenen Spannung unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem zweiten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt ist, und die zweite Spannung an einem Verbindungsknoten zwischen einem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand erscheint, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, wobei der Verbindungsknoten mit dem zweiten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 4, wobei der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der zweiten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter bilden, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator an den zweiten Eingangsanschluss zugeführt wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die zweite Spannungsteilungsschaltung eingerichtet ist, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die zweite Spannung aus der vorgegebenen Spannung erzeugt wird, geändert wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, ferner aufweisend: eine erste Spannungsteilungsschaltung, die eingerichtet ist, um die erste Spannung durch Dividieren einer Eingangsspannung unter Verwendung einer Vielzahl von anderen Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die erste Spannungsteilungsschaltung eingerichtet ist, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die erste Spannung aus der Eingangsspannung erzeugt wird, geändert wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 3, ferner aufweisend: eine erste Spannungsteilungsschaltung, die eingerichtet ist, um die erste Spannung durch Dividieren einer Eingangsspannung unter Verwendung einer Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei der Kondensator zwischen dem ausgangsseitigen Knoten und dem ersten Eingangsanschluss als eingangsseitiger Knoten eingefügt ist, und die erste Spannung an dem Verbindungsknoten zwischen einem ersten Spannungsteilungswiderstand und einem zweiten Spannungsteilungswiderstand erscheint, die in der Vielzahl von Spannungsteilungswiderständen umfasst sind, wobei der Verbindungsknoten mit dem ersten Eingangsanschluss des Komparators verbunden ist.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 8, wobei der Kondensator und die Spannungsteilungswiderstände in der ersten Spannungsteilungsschaltung zusammen einen Hochpassfilter bilden, so dass, wenn sich der Pegel des Ausgangssignals des Komparators zwischen dem ersten und dem zweiten Pegel ändert, ein Wechselstromsignal auf der Grundlage der Änderung von dem ausgangsseitigen Knoten über den Kondensator zu dem ersten Eingangsanschluss zugeführt wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Spannungsteilungsschaltung eingerichtet ist, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die erste Spannung aus der Eingangsspannung erzeugt wird, geändert wird.
Spannungsvergleichsschaltung nach Anspruch 8 oder 9, ferner aufweisend: eine zweite Spannungsteilungsschaltung, die eingerichtet ist, um die zweite Spannung durch Dividieren einer vorgegebenen Spannung unter Verwendung einer Vielzahl von anderen Spannungsteilungswiderständen zu erzeugen, die miteinander in Reihe geschaltet sind, wobei die zweite Spannungsteilungsschaltung eingerichtet ist, um die Komparatorhysterese zu ergeben, indem gemäß dem Ausgangssignal des Komparators das Teilungsverhältnis, das verwendet wird, wenn die zweite Spannung aus der vorgegebenen Spannung erzeugt wird, geändert wird.
Halbleitervorrichtung, wobei die Spannungsvergleichsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 als eine integrierte Halbleiterschaltung gebildet ist.