DE60201778T2

DE60201778T2 - Spannungskomparatorschaltung

Info

Publication number: DE60201778T2
Application number: DE60201778T
Authority: DE
Inventors: Toshio Kawasaki-shi Ohkido
Original assignee: NEC Electronics Corp
Current assignee: NEC Electronics Corp
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2005-12-15
Anticipated expiration: 2022-06-13
Also published as: CN1321498C; TWI262651B; JP2002374153A; JP3616353B2; KR20020095446A; KR100450165B1; EP1267492B1; US6559688B2; EP1267492A1; DE60201778D1; CN1392668A; US20020196054A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Spannungskomparatorschaltung, insbesondere eine Spannungskomparatorschaltung eines Chopper-Typs, die in einem Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandler oder dergleichen verwendet wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Erfinder haben bereits in EP 0 939 489 A eine Spannungskomparatorschaltung eines Chopper-Typs vorgeschlagen, die einen Inverter verwendet. Dies mit wird Bezug auf 7 bis 10 erläutert. 7 zeigt die Spannungskomparatorschaltung, und 8A bis 8C zeigen Betriebszustände in einem Eingangsabtastzustand, einem Verstärkungszustand bzw. einem Latch-Zustand der Schaltung der 7. Weiterhin ist 9 ein Zeitdiagramm, das den Betrieb von jeweiligen Schaltern in den jeweiligen Zuständen zeigt. In den Zeichnungen bezeichnen Zahlen 101 bis 108 Schalter, Zahlen 110, 111, 114 und 115 bezeichnen Kondensatoren, und Zahlen 112 und 113 bezeichnen Inverter. Weiterhin bezeichnet Vip die Positivseitenspannung eines analogen Eingangssignals, Vin die Negativseitenspannung des analogen Eingangssignals, Vrp die Positivseitenspannung der Referenzspannung und Vrn die Negativseitenspannung der Referenzspannung.
Wie in 8A und 9 gezeigt, werden die Schalter 101, 102, 105, 106, 107 und 108 im Eingangsabtastzustand zunächst EIN-geschaltet, und die Schalter 103 und 104 werden AUS-geschaltet. Dadurch wird die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vip und der logischen Schwellenspannung VLT112 des Inverters 112 im Kondensator 110 gespeichert, und die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vin des analogen Eingangssignals und der logischen Schwellenspannung VLT113 des Inverters 113 wird im Kondensator 111 gespeichert.
Wie in 8B und 9 gezeigt, werden die Schalter 103 und 104 im Verstärkungszustand EIN-geschaltet, und die Schalter 101, 102, 105, 106, 107 und 108 werden AUS-geschaltet. Dadurch verstärkt der Inverter 112 eine Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vip und der Positivseitenspannung Vrp, und der Inverter 113 verstärkt die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vin und der Negativseitenspannung Vrn, um dadurch Ausgaben Vo1 bzw. Vo2 zu erzeugen.
Wenn der Latch-Zustand herbeigeführt wird, wie in 8C und 9 gezeigt, werden als nächstes die Schalter 103, 104, 107 und 108 EIN-geschaltet, und die Schalter 101, 102, 105 und 106 werden AUS-geschaltet. Dadurch arbeiten die Inverter 112 und 113 als Kippschaltung, weil darauf über die Kondensatoren 114 und 115 eine positive Rückkopplung angelegt wird. Dabei gibt es ein vergrößertes Ungleichgewicht der Ausgangsamplituden der Inverter 112 und 113, die durch die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vip und der Positivseitenspannung Vrp und der Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vin und der Negativseitenspannung Vrn erzeugt wird.
Schließlich wird in einer Übergangscharakteristik der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout des in 10 gezeigten Inverters die Ausgangsspannung eines der Inverter bis zum Punkt A nahe der Stromversorgungsspannung VDD geändert, die Ausgangsspannung anderer Inverter wird bis zu Punkt C nahe der Massespannung VE geändert, und groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung wird bestimmt.
Wenn die elektrostatische Kapazität des Kondensators 110 durch das Zeichen C110 bezeichnet wird, wird in diesem Fall die im Kondensator 110 gespeicherte elektrische Ladung durch QC110 bezeichnet, die elektrostatische Kapazität des Kondensators 111 durch C111 und die im Kondensator 111 gespeicherte elektrische Ladung durch QC111; die in jeweiligen Kondensatoren gespeicherte elektrische Ladung im Abtastzustand ist wie im folgenden gezeigt. QC110 = C110(Vip – VLT112) (1) QQ111 = C111(Vin – VLT113) (2) wobei VLT112 und VLT113 logische Schwellenspannungen der Inverter 112 bzw. 113 bezeichnen.
Wenn die Spannung an einem Eingangsanschluss des Inverters 112 durch Vg112 und die Spannung an einem Eingangsanschluss des Inverters 113 durch Vg113 bezeichnet wird, sind weiterhin die Spannungen an den Eingangsanschlüssen der jeweiligen Inverter im Verstärkungszustand wie unten gezeigt, weil die im Kondensator im Abtastzustand gespeicherte elektrische Ladung auch im Verstärkungszustand bewahrt wird. Vg112 = Vrp – (Vip – VLT112) = (Vrp – Vip) + VLT112 (3) Vg113 = Vrn – (Vin – VLT113) = (Vrn – Vin) + VLT113 (4)
Wenn die Positivseitenspannung Vip und die Negativseitenspannung Vin durch die positiven und negativen analogen Eingangssignale Vi mit der gemeinsamen Zustandsspannung Vic des analogen Eingangssignals als Referenz bezeichnet wird und die Positivseitenspannung Vrp und die Negativseitenspannung Vrn durch die positive und negative Referenzspannung Vr mit der gemeinsamen Zustandsspannung Vrc der Referenzspannung als Referenz bezeichnet wird, werden weiterhin die folgenden Beziehungen gebildet. Vip = Vic + Vi (5) Vin = Vic – Vi (6) Vrp = Vrc + Vr (7) Vrn = Vrc – Vr (8)
Wenn Gleichungen (5) bis (8) in die Gleichungen (3) und (4) eingesetzt werden, werden daher die folgenden Beziehungen gebildet. Vg112 = (Vrc + Vr) – (Vic + Vi) + VLT112 = (Vrc – Vic) + (Vr – Vi) + VLT112 (9) Vg113 = (Vrc – Vr) – (Vic – Vi) + VLT113 = (Vrc – Vic) – (Vr – Vi) + VLT113 (10)
Wenn die Differenz zwischen Vg112 und Vg113 berechnet wird, wird, obwohl die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung Vic und der gemeinsamen Zustandsspannung Vrc aufgehoben wird, weil im Verstärkungszustand die elektrische Ladung nicht an den Kondensator 110 und den Kondensator 11 umverteilt wird, den Eingangsanschlüssen der Inverter 112 und 113 eine Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal Vi und der Referenzspannung Vr mit den logischen Schwellenspannungen der jeweiligen Inverter als Referenzen und die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung Vic und der gemeinsamen Zustandsspannung Vrc angelegt.
Auf diese Weise wird gemäß der herkömmlichen Spannungskomparatorschaltung vom Gleichgewichtstyp dem Eingangsanschluss des Inverters selbst die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung verschieden von der Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung angelegt, und daher wird der Ausgang des Inverters gesättigt, wenn die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung erhöht wird. Daher kann kein Ungleichgewicht zwischen den Ausgangsspannungen der Inverter 112 und 113 verursacht werden, und im Latch-Zustand kann groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal Vi und der Referenzspannung Vr nicht bestimmt werden.
Wenn der in der Spannungskomparatorschaltung verwendete Inverter ideal ohne Beschränkung der Ausgangsamplitude ist, wird, selbst wenn die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung dem Eingang des Inverters angelegt wird, der Ausgang nicht gesättigt, und daher kann im Latch-Zustand die Differenz zwischen den Ausgängen der Inverter verstärkt werden, und groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung kann normalerweise bestimmt werden. Gemäß dem tatsächlichen Inverter ist die Ausgangsamplitude des Inverters jedoch begrenzt, und daher wird, wenn die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung erhöht wird, der Ausgang des Inverters gesättigt und die Differenz zwischen den Ausgängen der Inverter aufgehoben, und daher tritt ein Problem dahingehend auf, dass im Latch-Zustand groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung normalerweise nicht bestimmt werden kann.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungskomparatorschaltung bereitzustellen, die durch Aufheben gemeinsamer Zustandsspannungen des analogen Eingangssignals und der Referenzspannung normalerweise in der Lage ist, groß oder klein zwischen einem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung zu bestimmen.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Spannungskomparatorschaltung der Erfindung umfasst einen ersten und einen zweiten Kondensator, von denen auf einer Seite Anschlüsse über einen ersten bzw. einen zweiten Schalter mit einer Positivseitenspannung eines analogen Eingangssignals bzw. mit einer Negativseitenspannung einer Referenzspannung und von denen die Anschlüsse auf der anderen Seite gemeinsam verbunden sind, einen dritten und einen vierten Kondensator, von denen Anschlüsse über einen dritten bzw. einen vierten Schalter auf einer Seite mit einer Positivseitenspannung der Referenzspannung und einer Negativseitenspannung des analogen Eingangssignals und von denen Anschlüsse auf der anderen Seite gemeinsam verbunden sind, einen ersten und einen zweiten Inverter, die mit einem gemeinsamen Verbindungsanschluss des ersten bzw. des zweiten Kondensators und mit einem gemeinsamen Verbindungsanschluss des dritten bzw. vierten Kondensators und mit einem fünften bzw. einem sechsten Schalter zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind, einen siebten und einen achten Schalter, die zwischen dem Eingangsanschluss des ersten Inverters und dem Ausgangsanschluss des zweiten Inverters bzw. zwischen dem Eingangsanschluss des zweiten Inverters und dem Ausgangsanschluss des ersten Inverters geschaltet sind, und einen neunten und einen zehnten Schalter, die zwischen dem ersten Kondensator und dem vierten Kondensator bzw. zwischen dem zweiten Kondensator und dem dritten Kondensator geschaltet sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben erwähnten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden durch Bezug auf die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen deutlich, in denen
1 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine erste Ausführungsform einer Spannungskomparatorschaltung gemäß der Erfindung zeigt;
2A bis 2C Diagramme sind, die jeweils Betriebszustände der entsprechenden Schalter in einem Eingangsabtastzustand, einem Verstärkungszustand und einem Latch-Zustand der Ausführungsform der 1 zeigen;
3 ein Zeitdiagramm ist, das die Betriebszustände der jeweiligen Schalter in den jeweiligen Betriebszuständen der Ausführungsform der 1 zeigt;
4 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine zweite Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5A bis 5C Diagramme sind, die jeweils die Betriebszustände der entsprechenden Schalter in einem Eingangsabtastzustand, einem Verstärkungszustand und einem Latch-Zustand der Ausführungsform der 4 zeigen;
6 ein Zeitdiagramm ist, das die Betriebszustände der jeweiligen Schalter in den jeweiligen Betriebszuständen der Ausführungsform der 4 zeigt;
7 ein Schaltungsdiagramm ist, das eine Spannungskomparatorschaltung eines herkömmlichen Beispiels zeigt;
8A bis 8C Diagramme sind, die jeweils Betriebszustände der entsprechenden Schalter in einem Eingangsabtastzustand, einem Verstärkungszustand und einem Latch-Zustand der Spannungskomparatorschaltung der 7 zeigen;
9 ein Zeitdiagramm ist, das die Betriebszustände der jeweiligen Schalter in den jeweiligen Betriebszuständen der Spannungskomparatorschaltung der 7 zeigt; und
10 ein Diagramm ist, das eine Übergangscharakteristik eines Inverters zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Als nächstes wird eine Erläuterung der Erfindung mit Bezug auf 1 bis 3 wie folgt gegeben.
Die Zahlen 1 bis 10 bezeichnen Schalter, die in Übereinstimmung mit Betriebszuständen EIN und AUS geschaltet sind, 11 bis 14 bezeichnen jeweils Kondensatoren, und 21 und 22 bezeichnen ein Paar Inverter. Weiterhin bezeichnet Vip eine Positivseitenspannung eines analogen Eingangssignals, Vin bezeichnet eine Negativseitenspannung des analogen Eingangssignals, Vrn bezeichnet eine Negativseitenspannung einer Referenzspannung, und Vrp bezeichnet eine Positivseitenspannung der Referenzspannung.
Schalter 1 ist zwischen der Positivseitenspannung Vip und dem Kondensator 11 geschaltet, Schalter 2 ist zwischen der Negativseitenspannung Vin und Kondensator 12 geschaltet, Schalter 3 ist zwischen der Negativseitenspannung Vrn und Kondensator 13 geschaltet, und Schalter 4 ist zwischen der Positivseitenspannung Vrp und Kondensator 14 geschaltet. Anschlüsse des Kondensators 11 und des Kondensators 13 bzw. des Kondensators 14 und des Kondensators 12 auf Seiten, die den Schaltern gegenüberliegen, sind jeweils gemeinsam geschaltet.
Schalter 5 ist zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Inverters 21 geschaltet, Schalter 6 ist zwischen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen des Inverters 22 geschaltet, Schalter 7 ist zwischen dem Eingangsanschluss des Inverters 21 und dem Ausgangsanschluss des Inverters 22 geschaltet, und Schalter 8 ist zwischen dem Eingangsanschluss des Inverters 21 und dem Eingangsanschluss des Inverters 22 geschaltet. Weiterhin ist Schalter 9 zwischen einem Verbindungspunkt des Schalters 1 und des Kondensators 11 und einem Verbindungspunkt des Schalters 2 und des Kondensators 12 geschaltet, und Schalter 10 ist zwischen dem Verbindungspunkt des Schalters 3 und des Kondensators 13 und einem Verbindungspunkt des Schalters 4 und des Kondensators 14 geschaltet.
Als nächstes wird eine detaillierte Erläuterung des spezifischen Betriebs der Ausführungsform mit Bezug auf 1 bis 3 gegeben. Wie in 2A, 2B und 2C gezeigt, ist der Betrieb der Spannungskomparatorschaltung der 1 in einen Eingangsabtastzustand, einen Verstärkungszustand und einen Latch-Zustand eingeteilt. Eine Erläuterung des Betriebs für die jeweiligen Zustände wird wie folgt gegeben.
Zuerst werden im Fall des Eingangsabtastzustands, wie in 2A und 3 gezeigt, Schalter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 EIN-geschaltet und die Schalter 9 und 10 AUS-geschaltet. Dadurch wird die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vip und der logischen Schwellenspannung VLT1 des Inverters 21 im Kondensator 11 gespeichert, und die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vrn und der logischen Schwellenspannung VLT1 des Inverters 21 wird im Kondensator 13 gespeichert. Außerdem wird die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vin und der logischen Schwellenspannung VLP2 des Inverters 22 im Kondensator 12 gespeichert, und die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vrp und der logischen Schwellenspannung VLP2 des Inverters 22 wird im Kondensator 14 gespeichert.
In der in 10 gezeigten Übergangscharakteristik gibt die logische Schwellenspannung die Spannung am Punkt B an, an dem die Eingangsspannung Vin und die Ausgangsspannung Vout gleich sind, und ist eine Spannung, die einen immanenten Wert im jeweiligen Inverter hat und spezifisch ausgegeben wird, wenn Eingang und Ausgang des Inverters kurzgeschlossen werden.
Als nächstes werden, wenn der Verstärkungszustand herbeigeführt wird, wie in 2B und 3 gezeigt, Schalter 9 und 10 EIN-geschaltet und Schalter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 AUS-geschaltet. Dadurch werden Kondensator 11 und Kondensator 12 in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung wird parallel mit den Kondensatoren 13 und 14 geschaltet, die auf ähnliche Weise in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird die gespeicherte elektrische Ladung der Kondensatoren 11, 12, 13 und 14 umverteilt, und eine Differenz zwischen einem analogen Eingangssignal abzüglich der gemeinsamen Zustandsspannung und der Referenzspannung abzüglich der gemeinsamen Zustandsspannung ergibt sich zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen der Inverter 21 und 22. Dabei verstärkt der Inverter 21 eine Potentialabweichung des Eingangsanschlusses von der logischen Schwellenspannung VLT1, Inverter 22 verstärkt eine Potentialabweichung des Eingangsanschlusses von der logischen Schwellenspannung VLT2, und dadurch werden Ausgaben Vo1 bzw. Vo2 erzeugt.
Als nächstes werden, wenn der Latch-Zustand herbeigeführt wird, wie in 2C und 3 gezeigt, Schalter 7, 8, 9, und 10 EIN-geschaltet und Schalter 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Ausgeschaltet. Dadurch werden die Inverter 21 und 22 als Kippschaltungen betrieben, weil an ihnen eine positive Rückkopplung anliegt. Dabei tritt ein vergrößertes Ungleichgewicht der Ausgangsamplituden der Inverter 21 und 22, das durch eine Differenz zwischen der Differentialspannung der Positivseitenspannung Vip und der Negativseitenspannung Vin und der Differentialspannung der Positivseitenspannung Vrp und der Negativseitenspannung Vrn erzeugt wird, auf.
Schließlich wird in der in 10 gezeigten Übergangscharakteristik zwischen der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout des Inverters die Ausgangsspannung eines der Inverter bis zu einem Punkt A nahe der Stromversorgungsspannung VDD geändert, und die Ausgangsspannung anderer Inverter wird bis zu einem Punkt C nahe der Massespannung VE geändert, um dadurch groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung zu bestimmen. Danach werden der Eingangsabtastzustand, der Verstärkungszustand und der Latch-Zustand wiederholt ausgeführt, und zur jeweiligen Zeit wird groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung bestimmt.
Es wird nun das Prinzip des Nicht-Beeinflussens der Bestimmung von groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung durch Entfernen der jeweiligen gemeinsamen Zustandsspannungen des analogen Eingangssignals und der Referenzspannung gemäß der Ausführungsform mit Bezug auf Gleichungen erläutert.
Zunächst ist, wenn die elektrostatische Kapazität des Kondensators 11 mit C11, die im Kondensator 11 gespeicherte elektrische Ladung mit QC11, die elektrostatische Kapazität des Kondensators 12 mit C12, die im Kondensator 12 gespeicherte elektrische Ladung mit QC12, die elektrostatische Kapazität des Kondensators 13 mit C13, die im Kondensator 13 gespeicherte elektrische Ladung mit QC13, die elektrostatische Kapazität des Kondensators 14 mit C14 und die im Kondensator 14 gespeicherte elektrische Ladung mit QC14 bezeichnet wird, die in den jeweiligen Kondensatoren im Abtastzustand gespeicherte elektrische Ladung wie folgt. QC11 = C11(Vip – VLT1) (11) QC12 = C12(Vin – VLT2) (12) QC13 = C13(Vrn – VLT1) (13) QC14 = C14(Vrp – VLT2) (14)
Wenn eine Spannungsdifferenz zwischen einem Eingangsanschluss des Inverters 21 und einem Eingangsanschluss des Inverters 22 mit Vd bezeichnet wird, ist, weil die im Kondensator im Abtastzustand gespeicherte elektrische Ladung auch im Verstärkungszustand bewahrt wird, wenn die in den Kondensatoren 11, 12, 13 und 14 gespeicherte elektrische Ladung umverteilt wird, die Spannungsdifferenz Vd im Verstärkungszustand wie unten gezeigt.
Wenn hierin mit Bezug auf die Abtastkapazitäten C11, C12, C13 und C14 Kapazitäten davon als C11 = C12 = C13 = C14 = CS gesetzt werden und Gleichungen (1), (2), (3) und (4) in Gleichung (15) eingesetzt werden, wird folgende Beziehung hergestellt.
Wenn die logische Schwellenspannung VLT1 des Inverters 21 und die logische Schwellenspannung VLT2 des Inverters 22 gleich gesetzt werden, lautet Gleichung (16): Vd = (Vip – Vin) – (Vrp – Vrn) (17)
Wenn die Positivseitenspannung Vip und die Negativseitenspannung Vin durch positive und negative analoge Eingangssignale Vi mit der gemeinsamen Zustandsspannung Vic des analogen Eingangssignals als Referenz wiedergegeben werden und die Positivseitenspannung Vrp und die Negativseitenspannung Vrn durch positive und negative Referenzspannungen Vr mit der gemeinsamen Spannung Vrc der Referenzspannung als Referenz wiedergegeben werden, wie vorstehend erläutert wurde, ergeben sich die folgenden Beziehungen. Vip = Vic + Vi (5) Vin = Vic – Vi (6) Vrp = Vrc + Vr (7) Vrn = Vrc – Vr (8)
Daher wird folgende Beziehung hergestellt, wenn Gleichungen (5), (6), (7) und (8) in Gleichung (17) eingesetzt werden. Vd = {(Vic + Vi) – (Vic – Vi)} – {Vrc + Vr) – (Vrc – Vr)} = 2(Vi – Vr) (18)
Wie aus Gleichung (18) ersichtlich ist, können daher die gemeinsame Zustandsspannung Vic und die gemeinsame Zustandsspannung Vrc gestrichen werden, und nur die Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung ergibt sich zwischen den Eingangsanschlüssen der Inverter 21 und 22. Selbst wenn die Differenz zwischen der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und dem gemeinsamen Zustandssignal der Referenzspannung vorhanden ist, ist das, was im Verstärkungszustand verstärkt wird, nur die Differenz zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung, und deshalb kann groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal Vi und der Referenzspannung Vr bestimmt werden, ohne durch den Einfluss der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung im Latch-Zustand beeinträchtigt zu werden.
Weiterhin werden, da das analoge Eingangssignal und die Referenzspannung zur gleichen Zeit abgetastet werden, selbst wenn die logische Schwellenspannung des Inverters um eine Abweichung in der Stromversorgungsspannung oder dergleichen variiert wird, Einflüsse dadurch auf das analoge Eingangssignal und die Referenzspannung gleich gemacht, und daher wird auch die Fähigkeit beeinflusst, den Einfluss der Abweichung in der logischen Schwellenspannung zu mindern, die nach der Bestimmung von groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung bewirkt wird.
Als nächstes erfolgt eine Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 4 bis 6.
Die Zahlen 1 bis 10 bezeichnen Schalter, 11 bis 16 bezeichnen Kondensatoren, und 21 und 22 bezeichnen Inverter.
Gemäß der Ausführungsform besteht der Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform darin, dass ein Kondensator 15 zwischen einem Ausgang des Inverters 21 und dem Schalter 8 geschaltet ist, ein Kondensator 16 zwischen einem Ausgang des Inverters 22 und dem Schalter 7 geschaltet ist und eine positive Rückkopplungsschleife, die durch Schalter 7 und 8 gebildet wird, mit den Kondensatoren 15 und 16 eingeführt wird. Der weitere Aufbau ist ähnlich zur 1.
Als nächstes erfolgt eine detaillierte Erläuterung des Betriebs der Ausführungsform mit Bezug auf 4 bis 6.
Der Betrieb wird ähnlich zu dem der Spannungskomparatorschaltung der ersten Ausführungsform ausgeführt. Weil die Kondensatoren 15 und 16 in die durch Schalter 7 und 8 gebildete positive Rückkopplungsschleife eingeführt werden, wird, wenn groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung im Latch-Zustand bestimmt wird, gemäß den Ausgangsanschlüssen der Inverter 21 und 22 in der in 10 gezeigten Übergangscharakteristik zwischen der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout des Inverters die Ausgangsspannung eines der Inverter bis zum Punkt A nahe der Stromversorgungsspannung VDD geändert, und die Ausgangsspannung anderer Inverter wird bis zu Punkt C nahe der Massespannung VE geändert.
In diesem Fall ist ein Eingangsanschluss des Inverters 21 mit dem Ausgangsanschluss des Inverters 22 verbunden, und ein Eingangsanschluss des Inverters 22 ist mit dem Ausgangsanschluss des Inverters 21 entsprechend über die Schalter und die Kondensatoren verbunden, und daher bleibt die Spannung des Eingangsanschlusses des Inverters 21 eine Spannung, die durch Teilen der Spannung des Ausgangsanschlusses des Inverters 22 durch die Kapazität des Kondensators 16 und die Eingangskapazität des Eingangsanschlusses des Inverters 21 erzeugt wird, und die Spannung am Eingangsanschluss des Inverters 22 bleibt eine Spannung, die durch Teilen der Spannung am Ausgangsanschluss des Inverters 21 durch die Kapazität des Kondensators 15 und die Eingangskapazität des Einganganschlusses des Inverters 22 erzeugt wird.
Der Betrieb einer Spannungskomparatorschaltung gemäß der Ausführungsform kann in einen Eingangsabtastzustand, einen Verstärkungszustand bzw. einen Latch-Zustand eingeteilt werden, die jeweils in 5 gezeigt sind.
Eine Erläuterung der jeweiligen Betriebszustände wird wie folgt gegeben.
Zunächst werden im Eingangsabtastzustand, wie in 5A und 6 gezeigt, Schalter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 EIN-geschaltet und Schalter 9 und 10 AUS-geschaltet. Dadurch wird die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vip und der logischen Schwellenspannung VLT1 des Inverters 21 im Kondensator 11 gespeichert, und die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vrn und der logischen Schwellenspannung VLT1 des Inverters 21 wird im Kondensator 13 gespeichert. Weiterhin wird die Differenz zwischen der Negativseitenspannung Vin und der logischen Schwellenspannung VLT2 des Inverters 22 im Kondensator 12 gespeichert, die Differenz zwischen der Positivseitenspannung Vrp und der logischen Schwellenspannung VLT2 des Inverters 22 wird im Kondensator 14 gespeichert, und eine Differenz zwischen den logischen Schwellenspannungen VLT1 und VLT2 wird in den Kondensatoren 15 und 16 gespeichert.
Als nächstes werden, wenn der Verstärkungszustand herbeigeführt wird, wie in 5B und 6 gezeigt, Schalter 9 und 10 EIN-geschaltet und Schalter 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 und 8 AUS-geschaltet. Dadurch werden Kondensator 11 und Kondensator 12 in Reihe geschaltet, und die Reihenschaltung wird parallel mit Kondensatoren 13 und 14 geschaltet, die auf ähnliche Weise in Reihe geschaltet sind. Dadurch wird die gespeicherte elektrische Ladung der Kondensatoren 11, 12, 13 und 14 umverteilt, und eine Differenz zwischen einem analogen Eingangssignal abzüglich der gemeinsamen Zustandsspannung und der Referenzspannung abzüglich der gemeinsamen Zustandsspannung ergibt sich zwischen den Eingangsanschlüssen der Inverter 21 und 22. Dabei verstärkt der Inverter 21 die Potentialabweichung von der logischen Schwellenspannung VLT1 des Eingangsanschlusses, Inverter 22 verstärkt die Potentialabweichung von der logischen Schwellenspannung VLT2 des Eingangsanschlusses, und dadurch werden Ausgaben Vo1 bzw. Vo2 erzeugt.
Im Latch-Zustand, wie in 5C und 6 gezeigt, werden Schalter 7, 8, 9 und 10 EIN-geschaltet und Schalter 1, 2, 3, 4, 5 und 6 AUS-geschaltet. Dadurch werden die Inverter 21 und 22 als Kippschaltungen betrieben, weil sie über die Kondensatoren 15 und 16 mit einer positiven Rückkopplung betrieben werden. Dabei tritt ein vergrößertes Ungleichgewicht der Ausgangsamplituden der Inverter 21 und 22 auf, die durch die Differenz zwischen der Differentialspannung der Positivseitenspannung Vip und der Negativseitenspannung Vin und der Differentialspannung zwischen der Positivseitenspannung Vrp und der Negativseitenspannung Vrn der Referenzspannung erzeugt wird; schließlich wird in der in 10 gezeigten Übergangscharakteristik zwischen der Eingangsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vout des Inverters die Ausgangsspannung eines der Inverter bis zu Punkt A nahe der Stromversorgungsspannung VVD geändert, und die Ausgangsspannung anderer Inverter wird bis zu Punkt C nahe der Massespannung VE geändert, um dadurch groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung zu bestimmen.
Gemäß der Ausführungsform kann, ähnlich wie in der ersten Ausführungsform, groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal Vi und der Referenzspannung Vr bestimmt werden, ohne durch die Auswirkung auf die gemeinsame Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustandsspannung der Referenzspannung beeinflusst zu sein. Weiterhin werden durch Betrieb der Kondensatoren 15 und 16, die in die durch Schalter 7 und 8 gebildete positive Rückkopplungsschleife eingeführt sind, Differenzen zwischen den Spannungen der Eingangsanschlüsse der Inverter 21 und 22 und den jeweiligen logischen Schwellenspannungen der letzteren im Latch-Zustand verringert, und daher kann, wenn der Latch-Zustand in den Abtastzustand übergeht, die Zeitdauer des Ladens oder Entladens der Eingangsanschlüsse der Inverter 21 und 22 auf die logischen Schwellenspannungen der jeweiligen Inverter verringert und die zum Abtasten benötigte Zeitdauer verkürzt werden, und daher kann die Spannungskomparatorschaltung mit hoher Geschwindigkeit betrieben werden.
Weiterhin können in den ersten und zweiten Ausführungsformen Konstantstromschaltungen zwischen den Stromversorgungseingängen und den Stromversorgungen der Inverter 21 und 22 eingeführt werden. Dadurch wird der in zwei Teilen der Inverter 21 und 22 fließende Maximalstrom ungeachtet der Stromversorgungsspannung im wesentlichen konstant gehalten, und selbst wenn die Stromversorgungsspannung geändert wird, kann eine Änderung im Stromverbrauch des Inverters verringert werden.
Wie oben erläutert wurde, können gemäß der Erfindung durch Aufheben der gemeinsamen Zustandsspannung des analogen Eingangssignals und der gemeinsamen Zustands spannung der Referenzspannung groß oder klein zwischen dem analogen Eingangssignal und der Referenzspannung bestimmt werden, ohne durch die Auswirkung der gemeinsamen Zustandsspannungen beeinflusst zu werden. Durch Einführen der Kondensatoren in die positive Rückkopplungsschaltung kann außerdem die zum Abtasten notwendige Zeitdauer verkürzt und der Betrieb bei hoher Geschwindigkeit ausgeführt werden.

Claims

Spannungskomparatorschaltung umfassend: einen ersten (11) und einen zweiten (13) Kondensator, von denen auf einer Seite Anschlüsse über einen ersten (1) bzw. einen zweiten (3) Schalter mit einer Positivseitenspannung (Vip) eines analogen Eingangssignals bzw. mit einer Negativseitenspannung (Vrn) einer Referenzspannung und von denen die Anschlüsse auf der anderen Seite gemeinsam verbunden sind; einen dritten (14) und einen vierten (12) Kondensator, von denen Anschlüsse über einen dritten (4) bzw. einen vierten (2) Schalter auf einer Seite mit einer Positivseitenspannung (Vrp) der Referenzspannung und einer Negativseitenspannung (Vin) des analogen Eingangssignals und von denen Anschlüsse auf der anderen Seite gemeinsam verbunden sind; einen ersten (21) und einen zweiten (22) Inverter, die mit einem gemeinsamen Verbindungsanschluss des ersten (11) bzw. des zweiten (13) Kondensators und mit einem gemeinsamen Verbindungsanschluss des dritten (14) bzw. vierten (12) Kondensators und mit einem fünften (5) bzw. einem sechsten (6) Schalter zwischen den Eingangs- und Ausgangsanschlüssen verbunden sind; einen siebten (7) und einen achten (8) Schalter, die zwischen dem Eingangsanschluss des ersten Inverters (21) und dem Ausgangsanschluss des zweiten Inverters (22) bzw. zwischen dem Eingangsanschluss des zweiten Inverters (22) und dem Ausgangsanschluss des ersten Inverters (21) geschaltet sind; und einen neunten (9) und einen zehnten (10) Schalter, die zwischen dem ersten Kondensator (11) und dem vierten Kondensator (12) bzw. zwischen dem zweiten Kondensator (13) und dem dritten Kondensator (14) geschaltet sind; wobei die Spannungskomparatorschaltung jeweils einen ersten Zustand des Einschaltens aller Schalter außer dem neuen (9) dem zehnten (10) Schalter, einen zweiten Zustand des Einschaltens des neunten (9) und des zehnten (10) Schalters und des Abschaltens verbleibender Schalter sowie einen dritten Zustand des Einschaltens des siebten bis zehnten Schalters (7–10) und des Ausschaltens der ersten bis sechsten Schalter (1–6) einschließt.
Spannungskomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der die siebten (7) und achten (8) Schalter in Reihe mit einem fünften (16) bzw. einem sechsten (15) Kondensator geschaltet sind.
Spannungskomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der der erste Betriebszustand, der zweite Betriebszustand und der dritte Betriebszustand wiederholt ausgeführt werden und zu jeweils entsprechenden Zeiten davon das Ergebnis des Vergleichens des analogen Eingangssignals und der Bezugsspannung von den Ausgängen der ersten (21) und zweiten (22) Inverter ausgegeben wird.
Spannungskomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der eine gemeinsame Zustandsspannung des Analogeingangssignals und eine gemeinsame Zustandsspannung der Bezugsspannung entfernt werden, indem man eine Reihenschaltung des ersten Kondensators (11) und des vierten Kondensators (12) sowie eine Reihenschaltung des zweiten (13) Kondensators und des dritten (14) Kondensators durch Einschalten der neunten (9) und zehnten (10) Schalter in den zweiten Betriebszustand parallel verbindet.
Spannungskomparatorschaltung nach Anspruch 1, bei der Konstantstromschaltungen zwischen den Eingängen der Stromversorgung und den Stromversorgungen der ersten (21) und zweiten (22) Inverter eingefügt werden.