DE2817602A1

DE2817602A1 - Spannungskomparatorschaltung

Info

Publication number: DE2817602A1
Application number: DE19782817602
Authority: DE
Inventors: Kazuhiro Asano
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1977-04-23
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1978-10-26
Also published as: GB1587028A; FR2388333A1

Description

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PATENTANWALT

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Meine Akte: D-4405

Kabushiki Kaisha Daini Seikosha Tokio , Japan

Spannungskomparatorschaltung

Die Erfindung betrifft eine Spannungskomparatorschaltung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Die Üblichen Spannungskomparatoren, die in Verbindung mit einem Analog/Digitalwandler verwendet werden, sind grundsätzlich nach Art eines normalen Operationsverstärkers aufgebaut. Dies bedeutet, daß die Spannungsquelle eine sehr hohe Spannung, von beispielsweise + 15 V liefern muß, weshalb derartige Spannungskomparatoren nicht für elektronische Schaltungen oder dergleichen mit niedriger Leistung verwendbar sind.

Insbesondere bei elektronischen Uhren, bei denen ein niedriger Leistungsverbrauch erwünscht ist und auch die Anordnung des Spannungskomparators auf einer integrierten Schaltungsplatte erforderlich ist, läßt sch ein derartiger herkömmlicher Komparator

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nicht verwenden.

Infolge des Spannungsbereichs der Speisequelle ist es insbesondere schwierig, dem Vergleich eine Spannung zugrunde zu legen, die in der Nähe des Speisespannungswertes liegt, infolgedessen ein Bedarf an einem verbesserten Spannungskomparator besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Spannungskomparator zu schaffen, der die vorstehend angegebenen Schwierigkeiten und Nachteile vermeidet, der insbesondere mit niedriger Leistung arbeitet und einen C-MOS-Aufbau hat. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. V/eitere Ausgestaltungen der Erdindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der erfindungsgemäße Spannungskomparator hat vorteilhafterweise einen breiten Eingangsspannungsbereich. Der Komparator hat vorzugsweise einen C-MOS-Aufbau, infolgedessen er sehr empfindlich auf Eingangsspannungen in der Nähe der Massespannung ist, in dem ein MOS-Feldeffekttransistor verwendet wird, bei dem das hintere Tor bezw. der hintere Gate-Anschluß als Verstärkungselement verwendet wird. Die Erfindung schafft somit einen Spannungskomparator, der aus wenigstens zwei P-Kanal-MOS-Feldeffektransistoren und zwei N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren besteht, wobei der Spannungskomparator mit einem Signal sehr niedrigen Pegels betrieben wird.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Spannungskomparators anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 die Schaltung einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 bis 5 die Spannungs-Strom-Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise der ersten Ausführungsform,

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Fig. 6 ein Testschaltungsaufbau der ersten Ausführungsform,

Fig. 7 die Eingangs- Ausgangscharakteristik der ersten Ausführungsform,

Fig. 8 die erste Ausführungsform des Komparators in Verbindung mit einer Schaltung zur Feststellung der Batterielebensdauer,

Fig. 9 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform des Spannungskomparators,

Fig. 10 die Schaltung der zweiten Ausführungsform des Komparators,

Fig. 11 eine Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise des Spannungskomparators nach Fig. 10,

Fig. 12 Einzelheiten des Komparators nach Fig. 10,

Fig. 13 bis 16 Strom-Spannungs-Kennlinien zur Erläuterung der Arbeitsweise der zweiten Ausführungsform,

Fig. 17 Einzelheiten des in Fig. 10 verwendeten Komparators,

Fig. 18a den Schaltungsaufbau einer dritten Ausführungsform des Komparators,

Fig. 18b ein Blockschaltbild für Fig. 18a,

Fig. 19 eine Spannungs-Strom-Kennlinie eines MOS-Feldeffekttransistors mit rückwärtiger Gate,

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Fig. 20 die Spannungs-Strom-Kennlinie zur Angabe des Arbeitspunktes für den Verbindungspunkt 12 in Fig. 18a, und

Fig. 21a bis 21c Spannungs-Strom-Kennlinien.

Im folgenden wird die erste Ausführungsform des Spannungskomparators beschrieben. Fig. 1 zeigt die erste Ausführungsform des Spannungskomparators, wobei in Fig. 1 der Speisespannungsanschluß mit 1 bezeichnet ist und an einen Punkt einer Speisequelle mit hoher Spannung angelegt ist; außerdem ist dieser Anschluß mit den Source-Elektroden von P-MOS-Feldeffekttransistoren 5 und 7 verbunden.

Die Gate und die Drain des P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 5 sind miteinander verbunden und deren Verbindungspunkt 9 ist an die Gate des P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 7 und an die Drain eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 6 angeschlossen.

Mit 2 ist ein Eingang des Komparators bezeichnet, der an die Gate des Feldeffekttransistors 6 angeschlossen ist; eine Source des Feldeffektransistors 6 ist an Masse gelegt und mit einem Punkt niedriger Spannung der Speisequelle verbunden. Mit 3 ist ein weiterer Eingang des Komparators bezeichnet, der mit der Gate eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 8 verbunden ist, dessen. Source an Masse gelegt ist, während dessen Drain mit der Drain des Feldeffekttransistors 7 und außerdem mit einem Ausgangsanschluß 4 des Komparators verbunden ist.

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist folgende: die Kennlinie des Feldeffekttransistors 5 hat auf Grund der Verbindung der Gate und Drain-Elektroden den in Fig. 2 mit bezeichneten Verlauf und ergibt sich aus folgender Gleichung:

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= ^kp ^(vgs "

Dabei sind I_n, der Drain-Strom. K eine Konstante, V__c die D ρ W

Spannung zwischen Gate und Source und V eine Schwellwertspannung.

Die Kennlinie des Feldeffekttransistors 6 ist in Fig. 2 durch die Kurve 6 veranschaulicht und ergibt sich aus folgender Gleichung (2):

D	N\ * GS	^VTO>	SD
	mit V_GS -	V)²	^VSD
¹D =	¹St <^VGS -

v - ν L ν

GS TN ^ SD

I-. ist der Drain-Strom, K die Konstante, V_oc die Spannung \j ρ Oo

zwischen Gate und Source, V__n die Spannung zwischen Source und Drain und V_. eine Schwellwertspannung.

Als Arbeitspunkt an der Verbindung 9 ergibt sich dann ein Punkt, für den die Gleichung I^ beider Gleichungen (l) und (2) gleich sind, d.h. am Punkt P in Fig. 2 und zwar für den Strom I„, der an die Feldeffekttransistoren 5 und 6 angelegt wird, sowie für eine Spannung V^ am Verbindungspunkt 9.

Der Feldeffekttransistor 8 hat die gleiche Kennlinie wie der Feldeffekttransistor 6; dessen Kennlinie ist in Fig. 3 mit dem Bezugszeichen 8 bezeichnet und ergibt sich auf ähnliche Weise durch die Gleichung (2).

Der Sättigungsstrom des Feldeffekttransistors 7 ergibt sich zu I„, wenn die Kennlinien der Feldeffektransistoren 7 und 5 die gleichen sind, da eine Spannung zwischen Gate und Source anliegt; die Kwnnlinie ist in Fig. 3 mit mit 7 angegeben.

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.9.

Die Spannung V₄ am Ausgangsanschluß 4 ergibt sich dann gemäß Fig. 3 zu V. = E.

Vorstehend wurde der Fall V.₀"^V.₀ erläutert; da jedoch der

JLZ. IO

Sättigungsstrom des Feldeffekttransistors 7 und 8 einander gleich werden, wie in Fig. 4 für den Fall V.«< V.„ gezeigt ist, ergibt sich V₄ = E/2. Demgegenüber ergibt sich für V_>2 ^ V.g für V₄ = O, wie in Fig. 5 dargestellt ist.

Die in Fig. 7 dargestellte Kennlinie für den Eingang und Ausgang wurde bei einer Spannungsvergleichschaltung erreicht, die eine Nennspannung gleich der halben Speisespannung hatte, in dem C-MOS-IC-Chips von RCA mit der Bezeichnung CD4007 verwendet wurden.

Fig. 6 zeigt eine Testschaltung, bei der drei Arten von Speisespannungen mit 3, 4 und 5 V eingestellt wurden, infolgedessen eine Spannung V/2 durch Teilung einer Normalspannung V.~ entsprechend dem Teilungsverhältnis von zwei Widerständen R erreicht wurde; experimentelle Daten wurden außerdem dadurch erhalten, daß eine andere Eingangsspannung V... geändert wurde.

Gemäß der Erfindung ist es somit möglich, einen Komparator mit niedrigem Leistungsverbrauch und niedriger Spannung entsprechend dem Aufbau mit C-MOS-Elementen zu schaffen; ferner ist es nicht notwendig, eine bestimmte Charakteristik in dem wechselseitigen Verhältnis zwischen dem P-Kanal und dem N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor ohne die V_T„ (Schwellwertspannung)-und K-Kennlinie des P- und N-MOS-Feldeffekttransistors zu schaffen, so daß dieser Schaltungsaufbau sich vorzugsweise für einen Aufbau in Form integrierter Schaltungen eignet.

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• /|O-

Gemäß Fig. 7 arbeitet der erfindungsgemäße Komparator stabil bei einer Änderung der Speisequelle oder Speisespannung.

Fig. 8 zeigt ein Beispiel eines Komparators, der als Detektor der Batterielebensdauer in einer Uhr verwendet wird; dabei wird sein Ausgangssignal invertiert, wenn die Spannung der Speisequelle gleich

V + •Vy'M/ ^x 1 "'td ⁺ "tm ι ^1S"-·

Außerdem kann dieser Komparator dadurch als Verstärkerschaltung eingesetzt werden, daß eine Vorspannung eingestellt wird, infolgedessen der Einsatz des erfindungsgemäßen Komparators nahezu unbegrenzt ist. Die Verwendung von N- und P-Feldeffekttransistoren in dieser Reihenfolge kann auch gemäß vorstehender Beschreibung durch den Einsatz der Feldeffekttransistoren in der umgekehrten Reihenfolge, d.h. durch P- und N-Feldeffekttransistoren abgewandelt werden.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 17 eine zweite Ausführungsform der Komparatorschaltung beschrieben. Fig. zeigt ein Blockschaltbild der Komparatorschaltung, während in Fig. 10 Einzelheiten des Schaltungsaufbaus des Komparators nach Fig. 9 dargestellt sind.

In Fig. 9 ist ein positiver Eingangsanschluß des Komparators mit 10 und ein negativer Eingangsanschluß mit 11 angegeben. Mit 12 ist der Ausgangsanschluß bezeichnet, während mit 13 ein positiver Anschluß und mit 14 ein negativer Anschluß einer Speisequelle angegeben sind.

Die Funktion des in Fig. 9 gezeigten Komparators ergibt sich aus

der folgenden Tabelle: ... . .

Eingang I Ausgang

V₁)V

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V, ist die Spannung am positiven Eingang 1 , Vn ist die Spannung am negativen Eingang 2.

Gemäß Fig. 10 ist der positive Eingang 10 der Komparatorschaltung mit dem positiven Eingang eines ersten und zweiten Komparators 15,

16 verbunden. Dieser Eingang 10 steht über einen Inverter 20 mit

den Gates eines P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 17 und eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 18 in Verbindung, während die Source des Feldeffekttransitors 17 an den positiven Anschluß 13 und die Source des Feldeffekttransistors 18 an den negativen Anschluß 14 der Speisequelle angelegt ist. Wenn keine Spannung an den positiven und negativen Speise anschluß des Kon.parators 16 angelegt wird, befindet sich dieser Komparator 16 nicht im Betrieb.

Wenn andererseits eine Spannung an den Speiseanschluß des Komparator s 15 entsprechend dem Ein-Zustand der MOS-Feldeffekttransistoren

17 und 19 angelegt wird, wird der Komparator 15 normal betrieben.

Wenn dagegen die Spannung am Eingangsanschluß 10 niedriger als die invertierte Spannung V. des Inverters 20 ist, kann der komparator 16 betrieben werden, während die Eingangsspannung des Komparators 15 durch die Schwellwertspannung V_Tf. des an den positiven Spannungsanschluß angeschlossenen N-MOS-Feldeffekttransistors eingestellt wird, so daß der Komparator 16 sich in Betrieb befindet, so lange die Eingangsspannung des Komparators 16 durch den negativen Spannungsanschluß geliefert wird (im Falle einer positiven Spannung von der Speisequelle ergibt sich als Schwellwertspannung der durch den P-MOS-Feldeffekttransistor festgelegte Spannungswert). Das vorstehende Verhältnis ist in Fig. 11 gezeigt. Dabei bedeuten: V_ß die positive Spannung der Speisequelle,

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■/(a.

O die negative Spannung der Speisequelle, V_Tp die Schwellwertoder Grenzspannung des P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors, und V—, die Schwellwertspannung des N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors.

Die gestrichelte Fläche in Fig. Πα zeigt den Betriebsbereich des Komparators 15, während die gestrichelte Fläche in Fig. 11b den Betriebsbereich des Komparators 16 wiederspiegelt.

Die invertierte Spannung V_T des Inverters 20 ergibt sich folgendermaßen: Ein Ausgang des Inverters 20 ist mit den Gates der N-Kanal-MOS- und P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 19 bzw. 20 über einen Inverter 22 verbunden; die Source des Feldeffekttransistors 19 ist ferner an einen Anschluß 14 und die Source des Feldeffektransistors 21 an einen Anschluß 13 angeschlossen.

Mit Π ist der negative Eingang eines Komparators bezeichnet; der negative Eingang ist mit den negativen Anschlüssen der Komparatoren 15 und 16 verbunden.

Mit 12 ist ein Ausgang eines KompardDrs bezeichnet, der mit den Ausgängen der K_Omparatoren 15 und 16 in Verbindung steht.

Ein negativer Speiseanschluß des Komparators 15 ist darüber hinaus mit der Drain des Feldeffekttransistors 19 verbunden, während der positive Speiseanschluß des Komparators 16 mit der Drain des Feldeffekttransistors 21 und dessen negativer Speiseanschluß mit der Drain des N-MOS-Feldeffekttransistors 18 verbunden ist.

Wenn bei der vorstehend erläuterten Schaltung die Eingangsspannung, die an den Eingang 10 angelegt wird, höher als die Inverter-

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'./13-

spannung V_T des Inverters 20 ist, ergibt sich am Ausgang des Inverters 20 ein Signal "L" und der Feldeffekttransistor 18 wird gesperrt, während der Feldeffekttransistor 17 in den Ein-Zustand geschaltet wird. Der Ausgang des Inverters 22 liefert ein Signal ¹¹H", wodurch der Feldeffekttransistor 19 in den Ein- und der Feldeffekttransistor 21 in den Aus-Zustand geschaltet wird. Die Spannung V- ergibt sich wie folgt:

ist die Leitfcihigkeitskonstante des P-MOS-Feldeffekttransistors, ist die Leitfähigkeitskonstante des N-MOS-Feldeffekttransistors.

Die Spannung V_T ergibt sich somit vorzugsweise für einen Arbeitsbereich der Komparatoren 15 und 16 durch Trennung des Eingangs des Inverters 20.

Im folgenden wird die Arbeitsweise des Komparators 15 näher beschrieben. Fig. 12 zeigt ein Beispiel von Einzelheiten der Schaltung des Komparators 15, wobei 30 einen Speiseanschluß darstellt, der auf hohem Spannungswert liegt und mit den Source-Elektroden von P-Kanal-MOS-Eeldeffekttransistoren 31 und 32 verbunden ist.

Die Gate und die Drain des Feldeffekttransistors 31 sind gemäß Fig. 12 miteinander verbunden und der Verbindungspunkt zwischen diesen Elektroden ist an die Gate eines P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 32 und an die Drain eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 34 angeschlossen.

35 bezeichnet einen positiven Eingang des Komparators 15, der mit der Gate des Feldeffekttransistors 34 verbunden ist; die

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Source dieses Feldeffekttransistors ist an Massepotential gelegt und empfängt einen niedrigen Spannungswert der _Speisequelle.

Mit 35a ist der negative Eingangsanschluß des Komparators 1.5 bezeichnet, der mit der Gate eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 36 verbunden ist, dessen Source auf Massepotential liegt, während seine Drain mit der Drain des Feldeffekttransistors 32 und außerdem mit dem Ausgang 37 des Komparators 15 verbunden ist.

Bei der vorstehend beschriebenen Schaltung ist die Gate des Feldeffekttransistors 31 mit seiner Drain-Elektrode verbunden und es ergibt sich die in Fig. 13 dargestellte Kennlinie auf Grund der folgenden Gleichung (3):

I_n ist der Drainstrom, K_D die Leitfähigkeitskonstante, V_rc; die Spannung zwischen Gate und Source und V__p die Schwellenspannung.

Die Kennlinie des Feldeffekttransistors 14 ist in Fig. 14 mit bezeichnet und ergibt sich aus der folgenden Gleichung:(4):

> ^ist

Für	^VGS	-^VTN	>	^VSD
¹D	= ^KN	{²<^VG	S	-^VTN>
für	^VGS	-^V™	C	^VSD
¹D	= ^KN	<^VGS"	V	TN⁾²

Dabei bedeuten V__n die Spannung zwischen Source und Drain, V_, die Schwellenspannung und K.. die Leitfähigkeitskonstante.

Der Arbeitspunkt für den Anschluß 33 entspricht in Fig_o 13 P, d.h. die Gleichungen (3) und (4 ) für I werden gleich; wenn der Strom I_? an den Feldeffekttransistor 31 und 34 angelegt wird,

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ergibt sich sich somit am Punkt 33 die Spannung V„·

Die Kennlinie für den Feldeffekttransistor 36 ist dagegen die gleiche Kennlinie wie die des Feldeffekttransistors 34 und ist in Fig. 14 durch das Bezugszeichen 36 veranschaulicht; diese Kennlinie ergibt sich außerdem aus der Gleichung (4).

Der Sättigungsstrom für den Feldeffekttransistor 32 ergibt sich zu I«, wenn die Spannung zwischen der Gate und der Source derjenigen des Feldeffekttransistors 31 entspricht, wobei die Eigenschaften der Feldeffekttransistoren 32 und 31 gleich sind; die Kennlinie dieser Feldeffekttransistoren ist in Fig. 14 mit dem Bezugszeichen 32 versehen. Die Spannung V. am Ausgang 33 ergibt sich somit zu V, ungefähr gleich groß E, wie in Fig. 14 gezeigt ist.

Die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Komparatorschaltung ist für den Fall V_£2> V₁₃ dargestellt. Für den Fall V^ = V_£3 ergibt sich jedoch V, = E, da der Sättigungsstrom des Feldeffekttransistors 32 gleich dem des Feldeffekttransistors 36 ist. Für V.«^ V.„ ergibt sich dagegen V. ungefähr gleich 0, wie in Fig. 16 gezeigt ist. Der Betriebi>ereich der Eingangsspannung liegt dann über den / Schwellenspannungen der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 34 und 36, wie vorstehend angegeben ist.

Fig. 17 zeigt eine Ausführungsform des Komparators 16, wobei der P- und N-Kanal gegenüber Fig. 12 invertiert sind und die Spannung der Speisequelle entgegengesetzt gerichtet, wodurch der gleiche Betrieb erreicht wird, so daß sich eine eingehende Erläuterung erübrigt.

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Gemäß der Erfindung wird ein C-MOS-Spannungskoraparator erhalten, der mit niedriger Spannung und niedriger Leistung arbeitet, wobei dessen Eingangsspannungsbereich dem Spannungsbereich der Speisequelle entspricht/ außerdem ist es möglich, Eingangssignale in einem großen Signalbereich zu empfangen.

Der Schaltungsaufbau ist sehr einfach; dabei ist es erforderlich, die Charakteristiken der P-Bereiche bzw. der N-Bereiche des Feldeffekttransistors gleich zu gestalten, während es nicht erforderlich ist, die Charakteristiken der PN-Bereiche von Feldeffekttransistoren gleich zu gestalten, infolgedessen es leicht ist, eine Komparatorschaltung gemäß der Erfindung als integrierte Schaltung auszubilden.

Im folgenden wird sich auf eine dritte Ausführungsfomr der erfindungsgemäßen Komparatorschaltung bezogen, die mit den Fig. 18 bis 21 erläutert wird.

Fig. 18 zeigt die Ausführungsform, wobei Fig. 18b ein Blockschaltbild der Komparatorschaltung und Fig. 18a ein Detailschaltbild der Schaltung veranschaulicht.

Nach Fig. 18 weist die Komparatorschaltung einen positiven Eingangsanschluß 40, einen negativen Eingangsanschluß 41, einen Ausgangsanschluß 42, einen positiven Speiseanschluß 43 und einen. negativen Speiseanschluß 44 auf, der auf Massepotential liegt.

Der positive Speisespannungsanschluß 43 ist mit den Source-Elektroden von P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 45 und 46 und einer Elektrode eines Kondensators 47 verbunden. Der positive Eingang 40 ist mit dem Gate-Anschluß des N-MOS-Feldeffekttransi-

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/a-

stors 48 verbunden, dessen Source an Masse liegt, während seine Drain rait der Gate und der Drain des Feldeffekttransistors 45 und der Gate des Feldeffekttransistors 46 über einen Verbindungspunkt 49 verbunden ist. Die Gate des Feldeffekttransistors 48 ist außerdem mit der anderen Elektrode des Kondensators 37 verbunden und die Gate und Drain eines N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistors 50 steht mit der Gate des Feldeffekttransistors 48 in Verbindung; der Punkt 51 ist an die Gate eines N-MOS-Feldeffekttransistors 52 angeschlossen.

Der negative Eingangsanschluß 41 ist mit der hinteren Gate des Feldeffekttransistors 52 verbunden, dessen Drain mit der Drain des Feldeffekttransistors 46 in Verbindung steht und an den Ausgangsanschluß 42 angeschlossen ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Komparatorschaltung erläutert. Der Verbindungspunkt 51 bewirkt eine Teilung der Spannung der Speisequelle durch den Kondensator

47 und den Feldeffekttransistor 50, so daß dessen Spannung gleich der Schwellenspannung wird und der Feldeffekttransistor 50 in einem Zustand vor dem Schaltbetrieb gehalten wird.

Daher wird eine Vorspannung an den Feldeffekttransistor 48 und 52 angelegt, so daß der Zustand vor dem Schaltbetrieb eingehalten wird, wenn die hinteren Gate-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren

48 und 52 angesteuert werden. Wenn eine Spannung an den hinteren Gate-Anschluß des Feldeffekttransistors angelegt wird, an den eine hohe Vorspannung gefuhrt ist, wird der Drain-Strom bemerkenswert verändert. Fig. 19 zeigt die Drain-Spannungs-Strom-Kennlinie, wenn eine Spannung zwischen die hintere Gate und die Source dieses Feldeffekttransistors angelegt wird, infolgedessen der Sättigungsstrom

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geändert wird. Dieser Zustand ist auf Seite 31 in "Nikkei Electronics" vom 10. Januar 1977 beschrieben.

Wenn dagegen die Spannung am Verbindungspunkt 49 sich entsprechend einer Änderung der Spannung am Eingangsanschluß 40 ändert, da der P-Feldeffekttransistor 45 im Sättigungsbereich betrieben wird, dann ergibt sich der Zustand, wie er in Fig. 20 durch V-„ dargestellt ist. Mit 45 ist in Fig. 20 die Stromspannungs-Kennlinie des Feldeffekttransistors 45 bezeichnet, während mit 48 die Stromspannungs-Kennlinie des Feldeffekttronsistors 48 und mit 49 der Arbeitspunkt an der Verbindung 49 angegeben sind.

In diesem Zustand beträgt der Strom am Verbindungspunkt 49 I-« wie in Fig. 20 angedeutet ist. Die Spannung zwischen der Gate und der Source der Feldeffekttransistoren 45 und 46 sind einander gleich, da der Verbindungspunkt 49 an die Gate des Feldeffekttransistors 46 angeschlossen ist, infolgedessen die Sättigungsströme einander gleich sind.

Daher ergibt sich für den Feldeffekttransistor 46 der Kennlinienwert , für den der Sättigungsstrom gleich I-„ ist, wie in Fig. mit 46 angegeben ist. Andererseits weist der N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor 52 die gleiche Charakteristik wie der Feldeffekttransistor 48 auf und es liegt eine Spannung an der hinteren Gate des Feldeffekttransistors 52 an.

Wenn die an den Eingang 41 angelegte Spannung kleiner als diejenige Spannung ist, die an den Eingang 40 angelegt wird, ist der Sättigungsstrom des Feldeffekttransistors 52 kleiner als der Sättigungsstrom I.λ des Feldeffekttransistors 48, infolgedessen sich eine Spannung ergibt, die durch die Feldeffekttransistoren 52 und

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46 geteilt wird, der einen Sättigungsstrom I.« hat, d.h. es ergibt sich die Ausgangsspannung V„, wie in Fig. 21a dargestellt ist.

Dieser Spannungswert ist gleich dem Wert der Speisespannung, so daß die Spannung am Ausgang 42 einen Wert "H" annimmt, wenn eine Spannung, die an den positiven Eingang 40 angelegt ist, größer als diejenige Spannung ist, die am negativen Anschluß 41 anliegt.

Wenn somit beide Eingangsspannungen einander gleich sind, sind die Sättigungsströme der Feldeffekttransistoren 45 bis 52 gleich, so daß deren Ausgangssignale den Wert E/2 ergeben. Dieser Zustand ist in Fig.' 21c dargestellt.

Bei der erfindungsgemäßen Komparatorschaltung wird somit ein Signal mit niedrigem Pegel in der Nähe der Massespannung in gutem Zustand verglichen.

Außerdem ist es möglich, einen Komparator zu schaffen, dessen Empfindlichkeit höher als bei Komparatoren mit normalen MOS-Feldeffekttransistoren ist, wobei alle Teile des Komparators ohne weiteres in Form einer C-MOS-integrierten Schaltung ausgebildet werden können, so daß ein Komparator mit niedriger Spannung und Leistung ohne weiteres erreichbar ist.

Erfindungsgemäß werden N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren für die Feldeffekttransistoren mit hinterer Gate (Back-Gate) verwendet werden, jedoch können auch P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren eingesetzt werden. Insbesondere läßt sich eine Abwandlung dahingehend vornehmen, daß der Aufbau bezüglich der P- und N-MOS-Feldeffekttransistoren entsprechend Fig. 18a entgegengesetzt gestaltet wird. In diesem Fall wird die Polarität der .

- It, -

. 20-

Speisequelle invertiert, wodurch ein Spannungsvergleich mit einem Signal sehr niedrigen Pegels in der Nähe der Spannung der positiven Speisequelle ausfuhrbar ist.

Außerdem kann ein Kondensator als Gate-Vorspannung für die N-Kanal-Feldeffekttransistoren 48 und 52 verwendet werden; an Stelle des Kondensators kann auch ein Widerstand und ein MOS-Feldeffekttransistor verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Spannungskomparatorschaltung,

dadurch gekennzeichnet, daß erste P- und N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren (5, 6) in Serienschaltung sowie zweite P- und N-Kanal-HOS-Feldeffekttransistoren (7, 8) in Serienschaltung vorgesehen sind, daß ein Paar von Eingangsanschlüssen (2, 3) mit der Gate-Elektrode eines Feldeffekttransistors der beiden Gruppen in Verbindung steht und daß ein Ausgangsanschluß (4) zwischen die P- und N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren der zweiten Gruppe geschaltet ist.

2. Spannungskomparatorschaltung,

dadurch gekennzeichnet, daß ein erster P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor (31) und ein erster N-Kanal-HOS-Feldeffekttransistor (34) in Serienschaltung vorgesehen sind, daß ein zweiter P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistor (32) und ein zweiter N-Kanal-MOS-Feld-

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effekttransistor (36) in Serienschaltung angeordnet sind, daß ein erster Eingangsanschluß (35) an wenigstens einen der Feldeffekttransistoren der ersten Gruppe und ein zweiter Eingangsanschluß (35a) an wenigens einen Feldeffekttransistor der zweiten Gruppe angeschlossen ist, daß ein Ausgangsanschluß (37) mit einem Verbindungspunkt zwischen den Feldeffekttransistoren der zweiten Gruppe geschaltet ist, daß ein Spannungspotential an einem Verbindungspunkt (33) zwischen den Feldeffekttransistoren der ersten Gruppe an wenigstens einen der Feldeffekttransistoren (32, 36) der zweiten Gruppe angelegt ist, daß ein elektrischer Strom, der dem elektrischen Strom proportional ist, der durch eine Spannung, die an die ersten Feldeffekttransistoren angelegt wird, erzeugt wird, wobei diese Spannung an den ersten Eingangsanschluß zu wenigstens einem Feldeffekttransistor der zweiten Gruppe angelegt wird, wodurch ein Vergleich der Spannung erfolgt, die an den ersten und zweiten Anschlüssen angelegt wird.

3. Spannungskomparatorschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Spannungskomparatorkreise (15, 16) mit unterschiedlichen Eingangsspannungen vorgesehen sind, daß eine Spannungsdiskriminatoreinheit (7 bis 22)angeordnet ist, daß wenigstens ein Eingang (1O) der Spannungskomparatorkreise mit der Spannungsdiskriminatorschaltung verbunden ist, daß wenigstens ein Spannungskomparatorkreis selektiv durch den Ausgang des einen Spannungskomparatorkreises angesteuert wird.

4. Spannungskomparator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsdiskriminatorschaltung aus C-MOS-Invertern (20, 22) besteht.

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ζ ö ■· / b ü i

5. Spannungskomparator nach Anspruch 3 oder A₁ dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannungskomparatorkreis (15, 16) aus wenigstens zwei P- und zwei N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren (31, 32, 34, 36) besteht.

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