DE69205556T2

DE69205556T2 - Komparatoranlaufanordnung.

Info

Publication number: DE69205556T2
Application number: DE69205556T
Authority: DE
Inventors: Andreas Rusznyak
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1991-12-20
Filing date: 1992-11-12
Publication date: 1996-05-15
Anticipated expiration: 2012-11-13
Also published as: EP0548524A2; HK1000924A1; US5339045A; KR930015337A; JPH05259833A; EP0548524A3; EP0548524B1; GB2262675A; JP2861693B2; GB9127085D0; DE69205556D1

Description

Erfindungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anlaufschaltung für Einrichtungen, wie z.B. Komparatoren, die in stabilen Stromquellen verwendet werden.

Technischer Hintergrund

Fig. 1 zeigt eine bekannte Stromquellenschaltung, die einen Strom I mit einem stabilen Wert zur Verwendung in einer Integrierten Schaltung erzeugt. Die Schaltung umfaßt ein zwischen die Versorgungsschiene VDD und die Bezugspotentialschiene GND geschaltetes Spannungsteilernetzwerk R1, R2, das eine Bezugsspannung V am Knoten B erzeugt, der mit dem invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers A verbunden ist. Der Ausgang des Verstärkers ist mit dem Gate des Transistors 2 und den Gates der Transistoren 4, 6 verbunden. Der Transistor 2 ist über einen Anschlußknoten IN mit einer Stromsenkeneinrichtung verbunden, der er einen Strom I liefert. Die Stromsenkeneinrichtung umfaßt einen extern angebrachten Präzisionswiderstand R. Der Anschlußknoten IN ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers A verbunden. Der Verstärker A stellt sicher, daß die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers ebenfalls V sein wird. Der Strom I durch den Widerstand R wird daher genau als V/R bestimmt werden. Die Ströme, die durch die Transistoren 4, 6, die mit Lasten (nicht gezeigt) verbunden sind, fließen, sind dem Strom I proportional und bilden den Ausgang der Schaltung. Der Operationsverstärker A ist in CMOS- Technologie ausgeführt und umfaßt eine Stromquelle 8 im Schwanz eines Differenztransistorpaares 10, 12, das die Eingangsstufe des Verstärkers bildet.
In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden Teile, die denen in Fig. 1 gleichen, mit denselben Verweiszeichen bezeichnet.
Um die Funktionsgenauigkeit zu gewährleisten und Einschränkungen des in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung benutzten Operationsverstärkers zu lockern, wird häufig die in Fig. 2 gezeigte Anordnung verwendet. Die Stromquelle 8 wird durch einen Transistor 20 zur Verfügung gestellt, der in einer Stromspiegelanordnung über die Transistoren 4, 22 gesteuert wird. Das Problem bei dieser Anordnung besteht darin, daß sie nach dem anfänglichen Einschalten nicht anlaufen kann, weil die Ansteuerung für die Stromquelle 8 vom Ausgang des Verstärkers abhängig ist.
Um das Einschalten der Schaltung von Fig. 2 zu gewährleisten, ist in der Vergangenheit die in Fig. 3 gezeigte Anlaufeinrichtung benutzt worden. Wie in Fig. 3 gezeigt, sind die Transistoren 30 und 32 zwischen die Stromversorgung VDD und Masse GND geschaltet, wobei das Gate des Transistors 30 mit dem Bezugspotential verbunden ist. Dies stellt sicher, daß die Transistoren 30 und 32 beim Anlaufen Strom führen. Der Strom durch den Transistor 32 wird durch einen Transistor 34 gespiegelt, der mit dem Transistor 20 parallel geschaltet ist, um sicherzustellen, daß der Verstärker beim Einschalten der Einrichtung A über einen Anlaufstrom verfügt. Der Transistor 36 ist vorhanden, um den Transistor 34 beim Einschalten der Einrichtung auszuschalten.
Die in Fig. 3 gezeigte Anordnung hat aber den Nachteil, daß die Transistoren 30 und 36 während des Betriebs des Komparators eingeschaltet bleiben, so daß der Gesamtstromverbrauch in der Einrichtung erhöht wird. Ein anderer Nachteil des beschriebenen Komparators ist, daß der auf dem Chip gelegene Spannungsteiler R1, R2, der die Bezugsspannung V erzeugt, ebenfalls zum Stromverbrauch beiträgt, auch wenn der Komparator nicht in Betrieb ist, d.h., wenn der Knoten IN nicht mit den Widerstand R verbunden ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden oder wenigstens zu vemindern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Schaltung gemäß dem anliegenden Anspruch 1 zur Verfügung.
Das heißt, die Erfindung stellt eine Komparatorschaltung zur Verfügung, die eine stabile Stromquelle gemäß dem anliegenden Anspruch 2 bereitstellt, wobei die Komparatorschaltung die Schaltung von Anspruch 1 beinhaltet.
Der Abtasttransistor umfaßt vorzugsweise einen Transistor, dessen Gate mit einem Verstärkereingang verbunden ist und dessen Source oder Drain mit dem anderen Verstärkereingang verbunden ist.
Vorzugsweise wird eine Transistor-Schaltereinrichtung zur Verfügung gestellt, die mit dem Spannungstellernetzwerk verbunden ist und auf den Ausgang des Operationsverstärkers anspricht, um den Spannungsteiler nach dem Einschalten des Verstärkers einzuschalten.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nun mit Verweis auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1, 2 und 3 bekannte Ausführungen einer Komparatorschaltung sind, die einen Operationsverstärker umfassen und eine stabile Stromquelle für eine integrierte Schaltung zur Verfügung stellen, und
Fig. 4 und 5 Schaltbilder einer ersten und zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungen

Gemäß Fig. 4 der Zeichnungen werden Teile, die denen in Fig. 3 gleichen, mit denselben Verweiszeichen bezeichnet. Ein Abtasttransistor 40 ist mit seinem Hauptstromweg mit einem Transistor 42 in Reihe geschaltet, der mit dem Transistor 30 in einer Stromspiegelanordnung geschaltet ist. Das Gate des Transistors 40 ist mit dem Spannungsknoten B in dem Spannungsteilernetzwerk R1, R2 und mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers verbunden, und die Source des Transistors 40 ist mit dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers A verbunden. Das Gate eines Schalttransistors 44 ist mit dem des Transistors 20 verbunden, und sein Hauptstromweg ist mit den Widerständen R1, R2 in Reihe geschaltet.
Im Betrieb wird daher beim anfänglichen Anlaufen dem Verstärker A, der den Transistor 34 als Stromquelle verwendet, Strom zugeführt, wobei der Transistor 34 durch den Transistor 40 (durch den Widerstand R fließt Strom) über die Transistoren 42, 30, 32 gesteuert wird. Nach einem Zeitabschnitt, in dem der Verstärker A betriebsbereit wird, wird das Teilernetzwerk R1, R2 durch die Transistoren 4, 22, 44 eingeschaltet werden. Der Strom aus dem Quellentransistor 2 bewirkt, daß die Spannung über dem Widerstand R auf den Spannungspegel V ansteigt. Der Transistor 40 wird ausgeschaltet, weil sein Gate und seine Source auf der gleichen Spannung liegen, wodurch der Transistor 42 ausgeschaltet wird und folglich die Transistoren 30, 32, 34 über die Stromspiegel anordnungen ausschaltet.
Mit anderen Worten, wenn während des Anlaufens der Transistor 2 keinen Strom erzeugt, wird der nichtinvertierende Eingang des Verstärkers A auf dem Massepegel bleiben. An seinem invertierenden Eingang wird die Spannung V ansteigen. Der Transistor 40 wird leitend werden, wenn die Spannung V größer als seine Schwellenspannung ist. Der Strom durch den Transistor 40 wird über die Transistoren 42, 30, 32 und 34 gespiegelt, um den Operationsverstärker zu versorgen. Der jetzt betriebsfähige Verstärker wird den Transistor 44 und den Transistor 2 einschalten, was bewirkt, daß die Spannung am Knoten IN auf den Pegel V ansteigt, der den Transistor 40 und folglich die Transistorkette 42, 30, 32 und 34 ausschalten wird.
Gemäß der in Fig. 5 gezeigten zweiten Ausführung ist der Ausgang des Verstärkers A mit dem Gate eines Folgertransistors 50 verbunden, dessen Hauptstromweg mit dem des Transistors 2 in Reihe geschaltet ist. Der Transistor 50 besitzt gegenüber dem Transistor 2 den entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp. Das Gate des Stromquellentransistors 20 ist mit den Gates der Transistoren 2, 4 und 6 verbunden. Der Transistor 50 ist mit einem Stromsenkentransistor 52 in Reihe geschaltet, dessen Gate mit einer Bezugsspannung VS verbunden ist. Ein Spannungsteilernetzwerk erzeugt am Knoten B eine Spannung V und umfaßt zwei als Dioden geschaltete Transistoren 54, 56.
Im Betrieb wird beim anfänglichen Anlaufen der Verstärker A durch die Transistoren 52, 40, 42, 34 gespeist. Der Ausgang des Verstärkers A erzeugt in den Transistoren 50, 2, 20, 4, 22, 44 einen Strom. Das Spannungsteilernetzwerk wird durch den Transistor 44 eingeschaltet und stellt dem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers A eine Spannung V zur Verfügung. Die Spannung am Knoten IN, der mit dem invertierenden Eingang des Verstärkers A verbunden ist, steigt an und nähert sich der Spannung V, wodurch die Transistoren 40 und 42 ausgeschaltet werden, so daß der Transistor 34 ausgeschaltet wird. Die Wirkung ist daher, daß der Verstärker A jetzt durch die Stromquelle 20 gespeist wird und die Transistoren 40, 42, 34 ausgeschaltet werden.
Modifikationen und Änderungen der obigen Ausführungen sind möglich. Beispielsweise kann der Transistor 44 durch eine direkte Verbindung ersetzt werden, obwohl dies den Nachteil mit sich bringt, daß ständig Strom durch das Spannungsteilernetzwerk fließt.

Claims

1. Schaltung, die einen Operationsverstärker (A) mit einem ersten und zweiten Eingang und einem Ausgang enthält und eine Eingangsstufe einschließt, die einen ersten und zweiten Transistor (10, 12), die in einer Differenzanordnung geschaltet sind, umfaßt und durch eine erste Stromquelle (20) mit Strom versorgt wird, wobei die erste Stromquelle (20) vom Ausgang des Operationsverstärkes mit Strom versorgt wird, worin, um das Anlaufen des Verstärkers sicherzustellen, eine zweite Stromquelle (34) mit dem Differenztransistorpaar (10, 12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungs-Abtasteinrichtung (40, 42) über den ersten und zweiten Eingang des Operationsverstärkers geschaltet und eingerichtet ist, um die Speisung der zweiten Stromquelle (34) in Abhängigkeit von der abgetasteten Spannung zu steuern, um die zweite Stromquelle (34) nach dem Einschalten des Verstärkers (A) auszuschalten.

2. Komparatorschaltung, die eine stabile Stromquelle zur Verfügung stellt und eine Schaltung wie in Anspruch 1 beansprucht umfaßt, bei der der erste Eingang des Operationsverstärkers (A) mit einem Spannungsteilernetzwerk (R1, R2; 54, 56) und der zweite Eingang des Operationsverstärkers mit einer Bezugsstromsenkeneinrichtung (R, 52) verbunden sind, die geschaltet ist, um einen vom Ausgang des Verstärkers gewonnenen Strom zu empfangen.

3. Schaltung nach Anspruch 2, bei der die Abtasteinrichtung (40, 42) einen Transistor (40) umfaßt, dessen Gate mit einem der zwei Eingänge des Operationsverstärkers (A) verbunden ist, und dessen Source oder Drain mit dem anderen der zwei Eingänge des Operationsverstärkers (A) verbunden ist.

4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, die eine mit der Abtasteinrichtung (40, 42) verbundene Stromspiegeleinrichtung (42, 30, 32) umfaßt, die die zweite Stromquelle (34) mit Strom versorgt.

5. Schaltung nach Anspruch 2, 3 oder 4, die eine Schaltereinrichtung (44) umfaßt, die mit dem Spannungsteilernetzwerk (R1, R2; 54, 56) verbunden ist und auf den Ausgang des Operationsverstärkers (A) anspricht, um das Spannungsteilernetzwerk (R1, R2; 54, 56) nach dem Einschalten des Verstärkers (A) einzuschalten.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Bezugsstromsenkeneinrichtung (R, 52) einen Widerstand (R) mit einem vorbestimmten Wert oder einen Transistor (52) umfaßt, dessen Gate mit einer Bezugsspannung (VS) verbunden ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der das Spannungsteilernetzwerk (R1, R2; 54, 56) eine Kette von Widerständen (R1, R2) oder eine Kette von Transistoren (54, 56) umfaßt, die als Dioden geschaltet sind.