DE69227685T2

DE69227685T2 - Spannungsvergleichschaltung

Info

Publication number: DE69227685T2
Application number: DE69227685T
Authority: DE
Inventors: Andrew Medlicott The Hall Floor Flat Cotham Bristol B56 6Ap Hall
Original assignee: Texas Instruments Ltd
Current assignee: Texas Instruments Ltd
Priority date: 1991-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: EP0589954B1; GB2256986A; GB9112998D0; DE69227685D1; JPH07500226A; KR940701602A; WO1992022959A1; EP0589954A1; FI935680A; KR100243495B1; JP2784262B2; FI935680A0

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Spannungskomparator.
Die Funktion eines Spannungskomparators besteht darin, anzuzeigen, welche der beiden Spannungen, die an die jeweiligen Eingangsanschlüsse des Spannungskomparators angelegt werden, die größere ist.
Ein Spannungskomparator ist in "IEEE Journal of Solid- State Circuits SC-21, Nr. 6, Seiten 1088 bis 1095" beschrieben. Der an dieser Literaturstelle offenbarte Spannungskomparator verwendet den Speichereffekt eines Feldeffekttransistors mit isoliertem Gate, um die Offsetspannung zu beseitigen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Spannungskomparator zu schaffen, der für die Herstellung in Form einer integrierten Schaltung besonders geeignet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben eines Spannungskomparators geschaffen, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das anzeigt, welche der beiden an seine Eingangsanschlüsse angelegten Spannungen die größere ist, bei dem
durch Spannung-Strom-Wandler ein erster Strom und ein zweiter Strom erzeugt werden, die jeweils einer der beiden angelegten Spannungen entsprechen,
der erste Strom und der zweite Strom jeweils an eine aktive Last angelegt werden, die so eingestellt werden kann, daß der Betrieb bei diesem Strom aufrechterhalten werden kann,
die aktiven Lasten eingestellt werden, um den Betrieb bei dem ersten Strom und dem zweiten Strom aufrechtzuerhalten,
an die Spannung-Strom-Wandler an Stelle der beiden angelegten Spannungen eine gemeinsame Eingangsspannung angelegt wird, die dem Mittelwert der beiden angelegten Spannungen entspricht,
im wesentlichen gleiche Ströme erzeugt werden, die der gemeinsamen Eingangsspannung entsprechen,
die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms an die aktiven Lasten angelegt werden, die so eingestellt werden, daß sie den ersten Strom und den zweiten Strom leiten, und
ein Ausgangssignal erzeugt wird, das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten auftritt, wenn die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms angelegt werden.
Der Spannungskomparator ist im Vergleich zu herkömmlichen Spannungskomparatoren in der Lage, ohne Speicherung einer Offsetspannung mittels eines Kondensators die Offsetspannung wesentlich zu vermindern.
Die Erfindung schafft einen Spannungskomparator zum Vergleichen einer ersten Eingangsspannung mit einer zweiten Eingangsspannung mit
einem ersten Spannung-Strom-Wandler, der so geschaltet ist, daß ein erster Strom einer ersten aktiven Last zugeführt wird,
ersten Mitteln, die dazu dienen, die erste Eingangsspannung an den ersten Spannung-Strom-Wandler anzulegen, um den ersten Spannung-Strom-Wandler dazu zu bringen, den ersten Strom an die erste aktive Last anzulegen, während sich die erste aktive Last in einem ersten Zustand befindet, wobei die erste aktive Last eine erste spannungsgesteuerte Stromsenke ist, die in dem ersten Zustand betrieben werden kann, um ihre eigene Steuerspannung zur Führung des ersten Stroms zu erzeugen,
einem zweiten Spannung-Strom-Wandler, der so geschaltet ist, daß ein zweiter Strom einer zweiten aktiven Last zugeführt wird,
zweiten Mitteln, die dazu dienen, die zweite Eingangsspannung an den zweiten Spannung-Strom-Wandler anzulegen, um den zweiten Spannung-Strom-Wandler dazu zu bringen, den zweiten Strom an die zweite aktive Last anzulegen, während sich die zweite aktive Last in einem ersten Zustand befindet, wobei die zweite aktive Last eine zweite spannungsgesteuerte Stromsenke ist, die in dem ersten Zustand betrieben werden kann, um ihre eigene Steuerspannung zur Führung des zweiten Stroms zu erzeugen,
Mitteln, um an Stelle der ersten Eingangsspannung und der zweiten Eingangsspannung eine gemeinsame Eingangsspannung, die dem Mittelwert aus der ersten Eingangsspannung und der zweiten Eingangsspannung entspricht, anzulegen, um den ersten Spannung- Strom-Wandler und den zweiten Spannung-Strom-Wandler dazu zu bringen, entsprechende im wesentlichen gleiche Ströme an die erste aktive Last und die zweite aktive Last anzulegen, während sich die aktiven Lasten in jeweiligen zweiten Zuständen befinden, wobei die aktiven Lasten in jeweiligen zweiten Zuständen betrieben werden können, in denen sie nur die jeweiligen Steuerspannungen speichern, die während des Leitens des ersten Stroms bzw. des zweiten Stroms erzeugt wurden, und nur auf diese reagieren, und
Mitteln zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten auftritt, wenn die im wesentlichen gleiche Ströme an die aktiven Lasten angelegt werden, während sich die aktiven Lasten in ihren jeweiligen zweiten Zuständen befinden.
Vorzugsweise umfaßt jede aktive Last einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode (IGFET), dessen Gateelektrode mittels eines Schaltermittels mit seiner Drainelektrode verbindbar ist.
Vorzugsweise ist eine regenerative Schaltschaltung zwischen die aktiven Lasten geschaltet, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten auftritt, wenn die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms angelegt werden.
Vorzugsweise besteht die regenerative Schaltschaltung aus einer bistabilen Kippschaltung.
Vorzugsweise besteht die bistabile Kippschaltung aus einem ersten Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode (IGFET) und einem zweiten Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode (IGFET), wobei die Gateelektrode des ersten IGFETs mit der Drainelektrode des zweiten IGFETs und einer der aktiven Lasten verbunden ist und die Gateelektrode des zweiten IGFETs mit der Drainelektrode des ersten IGFETs und der anderen aktiven Last verbunden ist.
Bei einer Anordnung des Spannungskomparators ist ein erster Eingangsanschluß mittels ersten Schaltermitteln mit einem Steueranschluß des ersten Spannung-Strom-Wandlers und ein zweiter Eingangsanschluß mittels zweiten Schaltermitteln mit einem zweiten Spannung-Strom-Wandler verbindbar, wobei die Steueranschlüsse der Spannung-Strom-Wandler Ladung speichern und durch dritte Schaltermittel miteinander verbunden werden können, wodurch im Betrieb der erste Strom und der zweite Strom erzeugt werden, wenn die dritten Schaltermittel nichtleitend und die ersten Schaltermittel und die zweiten Schaltermittel leitend sind, und die im wesentlichen gleichen Ströme erzeugt werden, wenn die dritten Schaltermittel leitend und die ersten Schaltermittel und die zweiten Schaltermittel nichtleitend sind.
Jede von dem Komparator verwendete Last ist zwischen einem ersten Zustand, in dem sie einen ihr zugeführten Strom zieht, indem sie ihre Steuerspannung einstellt, bis ihr Strom dem zugeführten Strom entspricht, und einem zweiten Zustand schaltbar, in dem sich die aktive Last ihres ihr zugeführten Stroms "erinnert" und den Betrieb bei dem Strom aufrechterhält, indem sie die Steuerspannung, die es in dem ersten Zustand entwickelt hat, speichert und nur auf diese anspricht.
Während des Betriebs ist das Schaltermittel leitend, um für den IGFET seine eigene Steuerspannung zu erzeugen und den zugeführten Strom zu leiten und das Schaltmittel ist nichtleitend, damit der IGFET sich dieses Stroms "erinnern" kann.
Der oben beschriebene Spannungskomparator kann in einem Analog-Digital-Wandler verwendet werden.
Ein Spannungskomparator und eine einen Teil des Spannungskomparators bildende Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun beispielshalber mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Fig. 1 ein Schaltplan ist, der den Spannungskomparator, und
Fig. 2 ein Schaltplan ist, der die Schaltungsanordnung darstellt.
In der Fig. 1 der beigefügten Zeichnungen umfaßt der Spannungskomparator einen ersten Spannung-Strom-Wandler, der aus einem P-Kanal-Anreicherungstyp-Feldeffekttransistor mit isoliertem Gate (IGFET) 1 besteht, der mit einer Wirklast verbunden ist, die aus einem ersten N-Kanal-Anreicherungstyp-IGFET 2 besteht, dessen Drainelektrode mit der Drainelektrode des P- Kanal-IGFETs 1 verbunden ist, und einem zweiten N-Kanal-Anreicherungstyp-IGFET 4, dessen Drainelektrode mit der Drainelektrode des ersten N-Kanal-IGFETs 2 und dessen Sourceelektrode mit der Gateelektrode des ersten N-Kanal-IGFETs 2 verbunden ist. Die Sourceelektrode eines dritten IGFET 3 ist mit der Gateelektrode des IGFETs 1 verbunden.
In der Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Spannungskomparator einen zweiten Spannung-Strom-Wandler umfaßt, der aus einem zweiten P-Kanal-IGFET 6 besteht, dessen Drainelektrode mit der Drainelektrode eines vierten N-Kanal-IGFETs 7 verbunden ist, und aus einem fünften N-Kanal-IGFET 9 besteht, dessen Drainelektrode mit der Drainelektrode des N-Kanal-IGFETs 7 und dessen Sourceelektrode mit der Gateelektrode des N-Kanal-IGFETs 7 verbunden ist. Die Sourceelektrode eines achten IGFETs 8 ist mit der Gateelektrode des IGFETs 6 verbunden. Sämtliche IGFETs sind Bauelemente vom Anreicherungstyp.
In der Fig. 1 umfaßt der Spannungskomparator einen siebten N-Kanal-IGFET 5, dessen Drainelektrode mit der Gateelektrode des N-Kanal IGFETs 6 und dessen Sourceelektrode mit der Gateelektrode des N-Kanal-IGFETs 1 verbunden ist. Die Verbindungen des N-Kanal-IGFETs 5 zu den IGFETs 1 und 6 können umgekehrt sein.
In der Fig. 1 ist auch zu erkennen, daß ein achter N- Kanal-IGFET 10 parallel mit dem N-Kanal-IGFET 2 verbunden ist, und zwar Drainelektrode mit Drainelektrode und Sourceelektrode mit Sourceelektrode, und die Gateelektrode des achten N-Kanal- IGFET 10 mit der Drainelektrode des N-Kanal-IGFET 7 verbunden ist. Ein neunter N-Kanal-IGFET 11 ist parallel mit dem N-Kanal IGFET 7 verbunden, und zwar Drainelektrode mit Drainelektrode und Sourceelektrode mit Sourceelektrode, und die Gateelektrode des Transistors 11 ist mit der Drainelektrode des N-Kanal- IGFETs 2 verbunden. Die Sourceelektroden der N-Kanal-IGFETs 2, 7, 10 und 11 sind miteinander verbunden. Die N-Kanal-IGFETs 10 und 11 bilden ein bistabiles Kippglied, das zwischen die Drainelektroden der N-Kanal-IGFETs 2 und 7 geschaltet ist. Die Sourceelektroden der N-Kanal-IGFETs 1 und 6 sind miteinander verbunden. Der Strom wird den IGFETs 1 und 6 mittels einer Stromquelle 16 zugeführt.
In der Fig. 1 ist zu erkennen, daß der Spannungskomparator einen ersten Eingangsanschluß 12, der die Drainelektrode des N- Kanal-IGFETs 3 darstellt, einen zweiten Eingangsanschluß 13, der die Drainelektrode des N-Kanal-IGFETs 8 darstellt, einen ersten Ausgangsanschluß 14, der die gemeinsame Verbindung der Drainelektroden der N-Kanal-IGFETs 2, 4 und 10 darstellt, und einen zweiten Ausgangsanschluß 15 besitzt, der die gemeinsame Verbindung der Drainelektroden der N-Kanal-IGFETs 7, 9 und 11 darstellt. Der Spannungskomparator besitzt außerdem einen positiven Spannungsversorgungsanschluß, der mit der Stromquelle 16 verbunden ist, und einen negativen Spannungsversorgungsanschluß, der die gemeinsame Verbindung der Sourceelektroden der N-Kanal-IGFETs 2, 7, 10 und 11 darstellt.
Der in der Fig. 1 dargestellte Spannungskomparator besitzt zwei Betriebszustände.
Wenn sich der Spannungskomparator der Fig. 1 in dem ersten Betriebszustand befindet, sind die N-Kanal-IGFETs 3, 4, 8 und 9 in ihrem leitenden Zustand und der N-Kanal-IGFET 5 ist in seinem nichtleitenden Zustand. Die Eingangsspannungen IN1 und IN2, die an die Eingangsanschlüsse 12 bzw. 13 angelegt werden, werden zu den Gateelektroden der P-Kanal-IGFETs 1 bzw. 6 übertragen, wodurch diese leitend werden.
Was den P-Kanal-IGFET 1 angeht, so fließt Strom in dessen Drainelektrode und die Gateelektrode des N-Kanal-IGFETs 2 wird durch Strom aufgeladen, der diese über den N-Kanal-IGFET 4 erreicht. Die auf der Gateelektrode des N-Kanal-IGFETs 2 gebildete Ladung bringt diesen in den leitenden Zustand und die IGFETs 1 und 2 erfüllen zusammen eine Bedingung dynamischen Gleichgewichts zwischen ihren gemeinsamen Drainströmen und Drainspannungen, wobei die Gatespannung des N-Kanal-IGFETs 2 aufgrund der Verbindung seiner Drainelektrode mit seiner Gateelektrode mittels des IGFETs 4 seiner Drainspannung entspricht.
Der gemeinsame Drainstrom der IGFETs 1 und 2 hängt von der Eingangsspannung IN1 ab. Der IGFET 1 wirkt als Spannung-Strom- Wandler. Der IGFET 2 wirkt, wenn der IGFET 4 leitend ist, als Strom-Spannung-Wandler, dessen Gatespannung so liegt, daß der gewünschte Strom hervorgerufen wird. Wenn der IGFET 4 in den nichtleitenden Zustand gebracht wird, führt der IGFET 2 fortwährend den vorher mittels der auf seiner Gatekapazität gespeicherten Ladung eingestellten Strom.
Wenn sich der Spannungskomparator der Fig. 1 in dem ersten Betriebszustand befindet, verhalten sich die N-Kanal-IGFETs 6 und 7 genauso wie die N-Kanal-IGFETs 1 und 2. So führen die N- Kanal-IGFETs 6 und 7 auch einen Drainstrom, der von der Eingangsspannung abhängt, die in diesem Falle IN2 ist.
Wenn sich der Spannungskomparator der Fig. 1 in dem ersten Betriebszustand befindet, IN1 und IN2 ungleich sind und sagen wir, IN1 geringer als IN2 ist, ist die Drainspannung der IGFETs 1 und 2 größer als die Drainspannung der IGFETs 6 und 7. Die Differenz zwischen den beiden Drainspannungen wird an die N- Kanal-IGFETs 10 und 11 angelegt, die leitend werden, jedoch nicht in der Lage sind, als bistabiles Kippglied zu wirken, da die IGFETs 2 und 7 als starke Lasten wirken, die die Verstärkung der kreuzweise verbundenen IGFETs 10 und 11 reduzieren.
In der Fig. 1 ist zu erkennen, daß dann, wenn die Spannung-Strom-Wandler IGFETs 1 und 6 von den Spannungen IN1 und IN2 abhängige Ströme führen, die N-Kanal-IGFETs 3, 4, 8 und 9 in den nichtleitenden Zustand übergehen, ohne die Ströme zu beeinträchtigen, die in den aktiven Lasten 2 und 7 fließen, da die Gateelektroden der IGFETs 1, 2, 6 und 7 als Speicher für die Gatesignale wirken, die die Drainströme hervorrufen. Das bedeutet, daß die IGFETs 1, 2, 6 und 7 in der Lage sind, sich an ihre jeweiligen Zustände "zu erinnern" und ihre Drainströme auf den vorhergehenden Pegeln aufrechtzuerhalten.
In der Fig. 1 zeigt die Spannung am Ausgangsanschluß 15 relativ zu der am Ausgangsanschluß 14 an, welche der Eingangsspannungen IN1 und IN2 größer ist. Jedoch umfassen die an den Ausgangsanschlüssen 14 und 15 anliegenden Spannungen eine Offsetspannung, die durch Differenzen zwischen den in dem Spannungskomparator verwendeten Bauelementen verursacht wird, was dazu führt, daß die beiden Zweige des Spannungskomparators nicht identisch miteinander sind und es ein geringes Ungleichgewicht zwischen den beiden Zweigen der Schaltung gibt. Genauer gesagt ergibt sich, wenn die Ausgangsspannungen des Spannungskomparators OUT 1 und OUT 2 sind:
OUT 1 - OUT 2 = -Verstärkung (IN1 - IN2 + OFFSET),
wobei angenommen wird, daß beide Spannung-Strom-Wandler im wesentlichen die gleiche Verstärkung aufweisen.
In der Fig. 1 kann ein Ausgangssignal mit einer wesentlich verminderten Offsetspannung erzielt werden durch eine Versetzung des Spannungskomparators in einen zweiten Betriebszustand, der es erfordert, daß der N-Kanal-IGFET 5 leitend und die N- Kanal-IGFETs 3, 4, 8 und 9 nichtleitend gemacht werden. Wie oben erklärt wurde, "erinnern sich" die Spannung-Strom-Wandler und die aktiven Lasten an ihre Ströme, nachdem die N-Kanal- IGFETs 3, 4, 8 und 9 nichtleitend gemacht wurden, so daß die Zustände in dem Spannungskomparator dadurch, daß die IGFETs 3, 4, 8 und 9 in den nichtleitenden Zustand versetzt werden, im wesentlichen nicht beeinträchtigt werden. Die Änderung des Zustands des N-Kanal-IGFETs 5 in seinen leitenden Zustand führt zur Angleichung der durch die Gateelektroden der IGFETs 1 und 6 gespeicherten Ladung, einer Veränderung der Drainströme der IGFETs 1 und 6 und zu einer Änderung der Differenz zwischen den Spannungen, die an den Ausgangsanschlüssen 14 und 15 anliegen. Die Spannung an einem Ausgangsanschluß steigt und die Spannung am anderen Ausgangsanschluß fällt, wobei der Anstieg der Größe nach dem Abfallen entspricht, da der Durchschnittswert von IN1 und IN2 dem Wert (IN1 + IN2)/2 ist.
Der Anstieg und das Abfallen der Spannungen an den Aus 14 und 15 hat den stärksten Effekt auf die IGFETs 10 und 11, da deren Gateelektroden mit diesen Anschlüssen verbunden sind und die IGFETs 2 und 7 nun als "Stromspeicher " mit großer dynamischer Impedanz wirken. Es gibt nun eine ausreichend große Verstärkung, um das bistabile Kippglied, das aus den IGFETs 10 und 11 besteht, regenerativ zu machen und in einen Zustand zu schalten, der durch die Richtung der Spannungsänderung an den Ausgangsanschlüssen 14 und 15 bestimmt wird. Diese Spannungsänderung umfaßt keine Offsetspannungskomponente.
Wenn in der Fig. 1 die Eingangsspannungen unmittelbar vor der Angleichung der Ladungen auf den Gateelektroden der IGFETs 1 und 6 IN1a und IN2a sind und diese Eingangsspannungen nach der Angleichung IN1b und IN2b sind, wobei tatsächlich IN1b IN2b entspricht, dann beträgt die Änderung der Ausgangsspannung:
[Verstärkung (IN1b - IN2b + Offset)] - [Verstärkung · (IN1a - IN2a + Offset)],
was, da IN1b = IN2b, gleich Verstärkung · (IN1a - IN2a) ist.
Der Ausdruck "Verstärkung · (IN1a - IN2a)" ist die Änderung der Ausgangsspannung und umfaßt keinen Offsetausdruck.
Im Betrieb werden die N-Kanal-IGFETs 3, 4, 8 und 9 durch ein erstes Taktsignal betrieben, das sie abwechselnd ein- und ausschaltet, und der N-Kanal-IGFET 5 wird durch ein zweites Taktsignal betrieben, das diesen abwechselnd ein- und ausschaltet, wobei das erste Taktsignal und das zweite Taktsignal gegenphasig zueinander sind.
Der in der Fig. 1 dargestellte Spannungskomparator ist besonders für die Verwendung in Parallel-Analog/Digital-Umsetzern (englisch: flash analogue to digital converter) geeignet, bei denen ein Digital-CMOS-Herstellungsverfahren verwendet wird.
Dieser Spannungskomparator ist in der Lage, ein Ausgangssignal zu liefern, das nur sehr wenig durch die Offsetspannung beeinträchtigt ist, da er so betrieben werden kann, daß er eine Offsetspannungsverminderung liefert. Er ist schnell im Betrieb, da das Kippglied, das das Ergebnis des Vergleichs speichert, ein Mitkopplungssystem mit exponentiell wachsender Verstärkung ist; er weist eine gute Unterdrückung von Spannungsversorgungsstörungen auf, da die Schaltungssymmetrie sicherstellt, daß die Differenzspannungen nicht durch Stromversorgungsstörungen beeinträchtigt werden; er weist eine sehr geringe Ladungsinjektion an den Eingangsanschlüssen auf, da an den Eingangsanschlüssen offene Schalter sind, wenn das Ergebnis des Vergleichs bestimmt wird, und er ist kompakt, da keine Kondensatoren erforderlich sind, um die Offsetver-minderung zu erreichen.
In der Fig. 1 steigt das Ausgangssignal exponentiell mit einer Zeitkonstanten, die durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
wobei sich die Parameter alle auf die Kippglied-IGFETs 10 und 11 beziehen und Vgs und Vth die Gate-Source-Betriebsspannung bzw. die Schwellenspannung für diese IGFETs sind. Da die Arbeitsgeschwindigkeit von der Zeitkonstanten des Ausgangssignals abhängt, sind IGFETs mit kurzer Gatelänge (in der Größenordnung von 6 um), ein hohes Ruhepotential (Vgs - Vth) und eine hohe effektive Kanalmobilität wünschenswert.
Sehr schnelle Takttreiber sind äußerst effektiv, um den Komparator zu steuern, da es eine gewisse Ladungsinjektion von den Schaltern gibt. Der Einfluß der Ladungsinjektion auf die Schaltungsspannungen besitzt eine exponentielle Beziehung zu den Taktanstiegs- und Abfallzeiten und außerdem zum Taktsignalversatz, so daß diese unerwünschten Effekte durch Erhöhung der Taktflankengeschwindigkeit vermindert werden können.
Die Fig. 2 zeigt die rechte Seite des Spannung-Strom- Wandlers und die aktive Last des Spannungskomparators, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist. Wie es oben mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben wurde, fließt dann, wenn eine Spannung VDD direkt an die Sourceelektrode des IGFETs 6 angelegt wird oder über eine Stromquelle angelegt wird, wobei die Sourceelektrode des IGFETs 7 an Masse liegt und eine Signalspannung IN2 an den Eingangsanschluß 13 angelegt ist und die IGFETs 8 und 9 durchgeschaltet sind, d. h. leitend sind, ein Strom durch die IGFETs 6 und 7, der im wesentlichen von IN2 allein abhängig ist.
Der IGFET 7 entwickelt die richtige Gatespannung, um den gelieferten Strom zu führen, und die gemeinsame Drainspannung der IGFETs 6 und 7 und die Gatespannung des IGFETs 7 (die der gemeinsamen Drainspannung der IGFETs 6 und 7 entspricht) wird durch die Bauelemente gebildet. Wenn die IGFETs 8 und 9 gesperrt, d. h. nichtleitend sind, wird die Signalspannung IN2 auf der Gateelektrode des IGFETs 6 gespeichert. Außerdem wird die gemeinsame Drainspannung der IGFETs 6 und 7 auf der Gateelektrode des IGFET 7 als dessen Gatespannung gespeichert, mit dem Ergebnis, daß der in den IGFETs 6 und 7 fließende Strom aufrechterhalten wird oder "in Erinnerung bleibt", nachdem das Signal IN2 entfernt worden ist. Wenn die auf der Gateelektrode des IGFETs 6 gespeicherte Ladung verändert wird, wird diese Änderung als eine Änderung der gemeinsamen Drainspannung der IGFETs 6 und 7 reflektiert, da der IGFET 7 versuchen wird, seinen Strom auf dem ursprünglichen Wert zu halten. Daher bilden die IGFETs 7 und 9 einen Stromspeicher und sind nützlich als Teile eines Spannungskomparators wie dem beispielsweise oben beschriebenen.
Aus den Fig. 1 und 2 wird deutlich, daß der oben beschriebene Spannungskomparator keinen Kondensator benötigt, der zum Speichern eines Offsetsignals bestimmt ist, so daß sämtliche zusätzlichen Verarbeitungsschritte zur Schaffung eines solchen Kondensators überflüssig gemacht werden. Wenn dieser Komparator in Form einer integrierten Schaltung hergestellt wird, kann er schmaler als ein herkömmlicher Komparator sein, und zwar um soviel, wie es den relativ großen Flächen entspricht, die ein solcher Kondensator erfordert.
Darüber hinaus weisen bekannte Komparatoren im Vergleich zu dem in der Fig. 1 dargestellten Spannungskomparator eine schlechte Unterdrückung von Stromquellenstörungen auf, besitzen eine geringe Eingangsimpedanz an einem der Eingangsanschlüsse während der Vergleichsphase und erfordern viele Stufen, um die hohen Verstärkungen zu liefern, die für den Hochgeschwindigkeitsbetrieb erforderlich sind (ihnen fehlt die Regneration der Kippgliedstufe, die bei diesem Komparator verwendet wird). Dieser Spannungskomparator benötigt keinen separaten Schritt für die Offsetspannung, da der Offset in dem gleichen Schritt berücksichtigt wird, während dem ein Ausgangssignal erzeugt wird.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Spannungskomparators, um ein Ausgangssignal (OUT1, OUT2) zu erzeugen, das anzeigt, welche der beiden an seine Eingangsanschlüsse (12, 13) angelegten Spannungen die größere ist, bei dem

durch Spannung-Strom-Wandler (1, 6) ein erster Strom und ein zweiter Strom erzeugt werden, die jeweils einer der beiden angelegten Spannungen entsprechen,

der erste Strom und der zweite Strom jeweils an eine aktive Last (2, 7) angelegt werden, die so eingestellt werden kann, daß der Betrieb bei diesem Strom aufrecht erhalten werden kann,

die aktiven Lasten eingestellt werden, um den Betrieb bei dem ersten Strom und dem zweiten Strom aufrechtzuerhalten,

an die Spannung-Strom-Wandler an Stelle der beiden angelegten Spannungen eine gemeinsame Eingangsspannung angelegt wird, die dem Mittelwert der beiden angelegten Spannungen entspricht,

im wesentlichen gleiche Ströme erzeugt werden, die der gemeinsamen Eingangsspannung entsprechen,

die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms an die aktiven Lasten angelegt werden, die so eingestellt werden, daß sie den ersten Strom und den zweiten Strom leiten, und

ein Ausgangssignal erzeugt wird, das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten auftritt, wenn die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms angelegt werden.

2. Spannungskomparator zum Vergleichen einer ersten Eingangsspannung mit einer zweiten Eingangsspannung mit

einem ersten Spannung-Strom-Wandler (1), der so geschaltet ist, daß ein erster Strom einer ersten aktiven Last (2, 4) zugeführt wird,

ersten Mitteln (12, 3), die dazu dienen, die erste Eingangsspannung an den ersten Spannung-Strom-Wandler (1) anzulegen, um den ersten Spannung-Strom-Wandler (1) dazu zu bringen, den ersten Strom an die erste aktive Last (2, 4) anzulegen, während sich die erste aktive Last (2, 4) in einem ersten Zustand befindet, wobei die erste aktive Last (2, 4) eine erste spannungsgesteuerte Stromsenke ist, die in dem ersten Zustand betrieben werden kann, um ihre eigene Steuerspannung zur Führung des ersten Stroms zu erzeugen,

einem zweiten Spannung-Strom-Wandler (6), der so geschaltet ist, daß ein zweiter Strom einer zweiten aktiven Last (7, 9) zugeführt wird,

zweiten Mitteln (13, 8), die dazu dienen, die zweite Eingangsspannung an den zweiten Spannung-Strom-Wandler (6) anzulegen, um den zweiten Spannung-Strom-Wandler (6) dazu zu bringen, den zweiten Strom an die zweite aktive Last (7, 9) anzulegen, während sich die zweite aktive Last (7, 9) in einem ersten Zustand befindet, wobei die zweite aktive Last (7, 9) eine zweite spannungsgesteuerte Stromsenke ist, die in dem ersten Zustand betrieben werden kann, um ihre eigene Steuerspannung zur Führung des zweiten Stroms zu erzeugen,

Mitteln (5), um an Stelle der ersten Eingangsspannung und der zweiten Eingangsspannung eine gemeinsame Eingangsspannung, die dem Mittelwert aus der ersten Eingangsspannung und der zweiten Eingangsspannung entspricht, anzulegen, um den ersten Spannung-Strom-Wandler (1) und den zweiten Spannung-Strom- Wandler (6) dazu zu bringen, entsprechende im wesentlichen gleiche Ströme an die erste aktive Last (2, 4) und die zweite aktive Last (7, 9) anzulegen, während die aktiven Lasten (2, 4; 7, 9) sich in jeweiligen zweiten Zuständen befinden, wobei die aktiven Lasten (2, 4; 7, 9) in jeweiligen zweiten Zuständen betrieben werden können, in denen sie die jeweiligen Steuerspannungen speichern, die während des Leitens des ersten Stroms bzw. des zweiten Stroms erzeugt wurden, und nur auf diese reagieren, und

Mitteln (14, 15) zum Erzeugen eines Ausgangssignals (OUT1, OUT2), das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten (2, 4; 7, 9) auftritt, wenn die im wesentlichen gleichen Ströme an die aktiven Lasten (2, 4; 7, 9) angelegt werden, während sich die aktiven Lasten (2, 4; 7, 9) in ihren jeweiligen zweiten Zuständen befinden.

3. Spannungskomparator nach Anspruch 2, bei dem jede aktive Last (2, 4; 7, 9) einen IGFET umfaßt, dessen Gateelektrode mittels eines Schaltermittels mit seiner Drainelektrode verbindbar ist.

4. Spannungskomparator nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, bei dem eine regenerative Schaltschaltung (10, 11) zwischen die aktiven Lasten geschaltet ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das die Richtung einer Spannungsänderung anzeigt, die an den aktiven Lasten auftritt, wenn die im wesentlichen gleichen Ströme an Stelle des ersten Stroms und des zweiten Stroms angelegt werden.

5. Spannungskomparator nach Anspruch 4, bei dem die regenerative Schaltschaltung aus einer bistabilen Kippschaltung besteht.

6. Spannungskomparator nach Anspruch 5, bei dem die bistabile Kippschaltung aus einem ersten Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode (IGFET) und einem zweiten Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode (IGFET) besteht, wobei die Gateelektrode des ersten IGFETs mit der Drainelektrode des zweiten IGFETs und einer der aktiven Lasten verbunden ist und die Gateelektrode des zweiten IGFETs mit der Drainelektrode des ersten IGFETs und der anderen aktiven Last verbunden ist.

7. Spannungskomparator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem ein erster Eingangsanschluß (12) mittels ersten Schaltermitteln (3) mit einem Steueranschluß des ersten Spannung-Strom-Wandlers und ein zweiter Eingangsanschluß (13) mittels zweiten Schaltermitteln (8) mit einem zweiten Spannung- Strom-Wandler verbindbar ist, wobei die Steueranschlüsse der Spannung-Strom-Wandler Ladung speichern und durch dritte Schaltermittel miteinander verbunden werden können, wodurch im Betrieb der erste Strom und der zweite Strom erzeugt werden, wenn die dritten Schaltermittel nichtleitend und die ersten Schaltermittel und die zweiten Schaltermittel leitend sind, und die im wesentlichen gleichen Ströme erzeugt werden, wenn die dritten Schaltermittel leitend und die ersten Schaltermittel und die zweiten Schaltermittel nichtleitend sind.

8. Analog-Digital-Wandler mit einem Spannungskomparator nach einem der Ansprüche 2 bis 7.