HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Komparatorschaltung
und insbesondere eine Komparatorschaltung, die eine erste
und eine zweite ihr zugeführte Eingangsspannung vergleicht.
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Eine typische Komparatorschaltung ist in Fig. 4 dargestellt
und umfaßt eine Differenzschaltung 5, die an
Eingangsanschlüsse IN1 und IN2 angelegte Eingangssignalspannungen
VIN1 und VIN2 vergleicht, einen Stromverstärker 6, der die
Ausgabe des Differenzverstärkers 5 verstärkt, eine
Treiberschaltung 7, die eine Ausgangsspannung OUT ausgibt, und
eine Konstantstromschaltung 8, die Arbeitsströme an den
Differenzverstärker 5 und den Stromverstärker 6 liefert.
Die Konstantstromschaltung 8 ist mit Transistoren Q5, Q6
und Q7 und einer Stromquelle 15 ausgestattet. Die
Transistoren Q5 - Q6 bilden eine Stromspiegelschaltung.
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Wenn bei der Differenzschaltung 5 die erste
Eingangsspannung VIN1 geringer ist als die zweite Eingangsspannung
VIN2, werden die Transistoren Q1 und Q2 leitend bzw.
nichtleitend. Transistoren Q3 und Q4, die einen Stromspiegel
bilden, werden dadurch so betrieben, daß sie die
Basisspan
nung des Transistors Q8 herunterziehen, der dadurch
ausgeschaltet wird. Aufgrunddessen empfängt der Transistor Q9
einen Basisstrom vom Transistor Q6, um die Spannung am
Ausgangsanschluß OUT herunterzuziehen.
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Wenn die erste Eingangsspannung VIN1 größer ist als die
zweite Spannung VIN2 werden andererseits die Transistoren
Q1, Q3 und Q4 ausgeschaltet, während der Transistor Q2
eingeschaltet wird. Dementsprechend wird der Transistor Q8
leitend, um den Transistor Q9 auszuschalten.
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In der obenbeschriebenen Weise wird der
Signalvergleichsvorgang an den Eingangssignalen VIN1 und VIN2 durchgeführt.
Diese Komparatorschaltung konsumiert jedoch immer einen
Betriebsstrom, der durch die Ströme 11 bis 13 bestimmt ist,
unabhängig von den Pegeln der Eingangsspannungen VIN.
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Das Dokument PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, Band 16, Nr. 535,
(E-1288), 5. November 1992, & JP-A-4 200 109 beschreibt
eine Komparatorschaltung mit einer positiven
Rückkopplungsschleife mit Differenzvergleichsmitteln, einem
Stromspiegelmittel und einem Rückkopplungsmittel, wobei das
Rückkopplungsmittel derart verwendet wird, daß ein maximaler
Rückkopplungsstrom an einen Emitter der
Differenzvergleichsmittel begrenzt wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Komparatorschaltung
zu schaffen, die einen Spannungsvergleichsvorgang mit
reduziertem Stromverbrauch durchführt.
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Ein Komparator gemäß der Erfindung umfaßt eine
Stromschaltung, die einen ersten Strom an einem ersten Knoten erzeugt
und einen zweiten Strom an einem zweiten Knoten, wobei der
erste Strom in einem ersten Zustand einen ersten Wert
ein
nimmt und in einem zweiten Zustand einen zweiten Wert, der
geringer ist als der erste Wert, wobei der zweite Strom in
dem ersten Zustand einen dritten Wert einnimmt und in dem
zweiten Zustand einen vierten Wert, der geringer ist als
der dritte Wert, eine Differenzschaltung, die mit dem
ersten Knoten verbunden ist, um an dem ersten Strom zu
arbeiten, und die mit einem Ausgangsknoten verbunden ist, einen
ersten Eingangsknoten, der mit einer ersten
Eingangsspannung versorgt wird, und einen zweiten Eingangsknoten, der
mit einer zweiten Eingangsspannung versorgt wird, um die
erste Eingangsspannung mit der zweiten Eingangsspannung zu
vergleichen, einen Treibertransistor, der mit dem zweiten
Knoten verbunden ist, um an dem zweiten Strom zu arbeiten,
und der eine Steuerelektrode aufweist, die mit dem
Ausgangsknoten der Differenzschaltung verbunden ist, wobei die
Differenzschaltung an dem Ausgangsknoten eine
Zwischenausgangsspannung erzeugt, die einen ersten Pegel einnimmt, der
mit der Stromfähigkeit des Treibertransistors ansteigt,
wenn die erste Eingangsspannung höher ist als die zweite
Eingangsspannung, und einen zweiten Pegel, der mit der
Stromfähigkeit des Treibertransistors sinkt, wenn die erste
Eingangsspannung geringer ist als die zweite
Eingangsspannung, einen Ausgangstransistor mit einer Steuerelektrode,
die mit dem zweiten Knoten verbunden ist und durch eine
Spannung an dem zweiten Knoten betrieben wird, und Mittel
zum Bringen der Stromschaltung in den zweiten Zustand, wenn
die erste Eingangsspannung höher ist als die zweite
Eingangsspannung, und in einen ersten Zustand, wenn die erste
Eingangsspannung geringer ist als die zweite
Eingangsspannung.
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Auf diese Weise wird bei dem erfindungsgemäßen Komparator
der der Komparatorschaltung zugeführte Versorgungsstrom in
Übereinstimmung mit der Beziehung der Größe zwischen der
ersten und der zweiten Spannung variiert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung in
Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen:
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Fig. 1 ein Schaltungsdiagramm einer Komparatorschaltung
gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung,
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Fig. 2 ein Schaltungsdiagramm einer Stromsteuerschaltung
2, die in Fig. 1 dargestellt ist,
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Fig. 3 eine Schaltung einer Komparatorschaltung gemäß
einem zweiten Ausführungsform der Erfindung, und
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Fig. 4 ein Schaltungsdiagramm einer vorbekannten
Komparatorschaltung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nunmehr, bezugnehmend auf Fig. 1, umfaßt eine
Komparatorschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung zusätzlich zu einer Differenzschaltung 5 einen
Stromverstärker 6, eine Treiberschaltung 7 und eine
Konstantstromschaltung 8, eine Stromsteuerschaltung 2 aus einer
Schaltschaltung 3 und eine Schaltsteuerschaltung 4. Die
Schaltungsteile 5, 6, 7 und 8 sind die gleichen wie in Fig.
8.
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Das Eingangsende der Schaltsteuerschaltung 4 ist mit dem
Kollektor des Transistors Q4 verbunden und das Ausgangsende
der Schaltsteuerschaltung 4 ist mit der Umschaltschaltung 3
verbunden, die ihrerseits parallel zu dem Transistor Q7
geschaltet ist. Der Rest des Aufbaus ist der gleiche wie bei
der konventionellen Schaltung gemäß Fig. 4, so daß deren
weitere Beschreibung unterlassen wird.
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Bezugnehmend auf Fig. 2 ist die Schaltsteuerschaltung 4 aus
einem Transistor Q11 und einem Widerstand R3 aufgebaut und
die Umschaltschaltung 3 besteht aus einem Transistor Q10.
Der Emitter des Transistors Q11 ist geerdet und seine Basis
ist mit dem Kollektor des Transistors Q4 verbunden. Das
eine Ende des Widerstands R3 ist mit dem Kollektor des
Transistors Q11 verbunden und sein anderes Ende ist mit der
Basis des Transistors Q10 verbunden. Der Emitter des
Transistors Q10 ist mit einer Versorgungsquelle VCC verbunden
(das heißt dem Emitter des Transistors Q7) und sein
Kollektor ist mit dem Kollektor des Transistors Q7 verbunden.
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Wenn im Betrieb die erste Eingangssignalspannung VIN1
größer ist als die zweite Spannung VIN2 wird der Transistor
Q2 eingeschaltet und der Transistor Q1 wird ausgeschaltet.
Die Transistoren Q3 und Q4 werden somit nichtleitend. Der
Transistor Q2 erhöht die Spannung an seinem Kollektor
derart, daß der Transistor Q8 eingeschaltet wird und der
Transistor Q9 ausgeschaltet wird.
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Die erhöhte Kollektorspannung des Transistors Q2 schaltet
weiterhin den Transistor Q11 ein. Der Basisstrom ICTL
fließt somit in den Transistor Q10 und produziert dadurch
seinen Kollektorstrom 14, der seinerseits an die
Konstantstromquelle 15 geliefert wird. Der durch den Transistor Q7
fließende Strom 13 wird dementsprechend reduziert. Da die
Transistoren Q5 bis Q7 eine Stromspiegelschaltung bilden,
erzeugt jeder der Transistoren Q5 und Q6 seinen
Kollektorstrom proportional zu dem durch den Transistor Q7
fließenden Strom. Auf diese Weise werden auch die Ströme 11 und
12, die durch die Transistoren Q5 und Q6 erzeugt werden und
an die Schaltungsteile 5 und 6 geliefert werden, reduziert.
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Der durch den Transistor Q10 fließende Strom 14 ist durch
seinen Basisstrom ICTL bestimmt, der seinerseits durch den
Widerstand R3 gesteuert wird. Dementsprechend sind die
Än
derungen der Ströme 11 bis 13 durch den Widerstand R3
steuerbar. Da der Basisstrom ICTL repräsentativ ist für 14/hFE
(hFE ist der Stromverstärkungsfaktor des Transistors Q10),
ist er deutlich klein. Dementsprechend wird der
Stromverbrauch des Komparators gering im Vergleich mit dem
vorbekannten Komparator.
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Wenn die erste Eingangsspannung VIN1 niedriger wird als die
zweite Eingangsspannung VIN2, werden die Transistoren Q1,
Q3 und Q4 eingeschaltet und der Transistor Q2 wird
ausgeschaltet. Die Spannung an der Basis des Transistors Q8 wird
somit heruntergezogen, so daß die Transistoren Q8 und Q11
nichtleitend werden. Der Transistor Q9 empfängt den Strom
vom Transistor Q6, um den Ausgangsanschluß OUT auf den
niedrigen Pegel zu treiben. Zu dieser Zeit ist der
Transistor Q10 im Abschneidezustand aufgrund des nichtleitenden
Zustandes des Transistors Q11 und somit wird der durch den
Transistor Q6 fließende Strom 12 vergrößert.
Dementsprechend empfängt der Transistor Q9 einen ausreichenden Strom,
um den Ausgangsanschluß OUT mit hoher Geschwindigkeit zu
treiben.
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Bei der Komparatorschaltung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel, wie oben beschrieben, ist der Stromverbrauch gegeben
durch (11 + 12 + 13), das heißt derselbe wie bei der
bekannten Schaltung, wenn die Ausgangsspannung OUT auf
niedrigem Pegel ist. Wenn jedoch die Ausgangsspannung OUT auf
hohem Pegel ist, kann der Stromverbrauch willkürlich auf
einen Teil von mehreren, einen Teil von mehreren Zehntel
oder dergleichen, des bekannten Wertes eingestellt werden
durch Auswahl des Stromversorgungsverhältnisses der
Transistoren Q7 und Q10 zur Stromquelle 15. Mit anderen Worten
ist es möglich, den Stromverbrauch im Vergleich mit dem
bekannten Fall zu vermindern.
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Es soll festgestellt werden, daß die Ströme 11 bis 13
reduziert werden, wenn die Eingangsspannung IIN1 größer ist als
die Spannung IIN2. Insbesondere wenn die Ausgangsspannung
auf hohem Pegel ist, ist der Transistor Q9 nichtleitend und
kein Strom fließt in den Transistor Q9 in diesem Fall.
Dementsprechend tritt kein Problem auf, sofern nicht die
Leitungszustände des Transistors Q9 und des Transistors Q8
durch Ändern der Basispotentiale der jeweiligen
Transistoren geändert werden. Dementsprechend reicht zu dieser Zeit
ein Strom aus, der den Leitungszustand des Transistors Q8
aufrechterhalten kann, so daß die Ströme II und I&sub2;
reduziert werden können. Wenn jedoch die Ausgangsspannung auf
niedrigem Pegel ist, ist der Transistor Q9 im leitenden
Zustand und ein Teil des Stroms I&sub2; fließt in den Transistor
Q9 als Basisstrom. Der Kollektorstrom des Transistors Q9
ist größer für größere Werte des Basisstroms und es ist
möglich, das Potential des Ausgangs OUT schnell für den
größeren Kollektorstrom zu vermindern. Das bedeutet, daß
die Geschwindigkeit der Verschiebung des Potentials des
Ausgangs OUT vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel für
den größeren Basisstrom schneller erfolgen kann. Wenn
dementsprechend die Ausgangsspannung OUT auf niedrigem
Pegel ist, um den Abfall der Betriebsgeschwindigkeit der
Komparatorschaltung zu vermindern, ist es erforderlich, einen
Strom aufrechtzuerhalten, der zumindest gleich dem
bekannten Strom I&sub2; im Transistor Q8 ist, und es ist nicht
empfehlenswert, den Strom I&sub2; zu vermindern.
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Fig. 3 ist ein Schaltungsdiagramm eines zweiten
Ausführungsbeispiels der Komparatorschaltung gemäß der Erfindung.
Wie in Fig. 3 dargestellt ist, ist die Komparatorschaltung
1 dieses Ausführungsbeispiels eingestellt, um die
Stromschaltung durch Erfassung einer Änderung im Potential der
beiden Eingänge des Differenzverstärkers zu steuern, im
Gegensatz zur Steuerung der Stromschaltung 8 durch Erfassung
der Ausgabe des Differenzverstärkers im ersten
Ausführungs
beispiel. Zu diesem Zweck umfaßt dieses Ausführungsbeispiel
zwei Differenzverstärker 5A und 5B, die parallel zu
Eingangsanschlüssen IN1 und IN2 geschaltet sind und separat
zwei Eingangssignale vergleichen und die Differenz durch
Verstärken der Differenz ausgeben, einen Stromverstärker 6,
der die Ausgabe des einen Differenzverstärkers 5a
verstärkt, eine Treiberschaltung 7, die durch die Ausgabe des
Stromverstärkers 6 getrieben wird, eine erste
Stromschaltung 8A, die konstante Ströme I&sub1; und I&sub2; zum
Differenzverstärker 5A bzw. zum Stromverstärker 6 liefert, eine zweite
Stromschaltung 8B, die einen konstanten Strom an den
anderen Differenzverstärker 5B liefert, und eine
Stromsteuerschaltung 2, die die erste Stromschaltung 8A durch
Erfassung der Ausgabe des Differenzverstärkers 5B steuert.
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Unter diesen Schaltungen haben der Differenzverstärker 5A,
der Stromverstärker 6, die Treiberschaltung 7 und die erste
Stromschaltung 8A einen Aufbau, der mit dem der Schaltungen
des ersten Ausführungsbeispiels vergleichbar ist. Der
zusätzlich zugefügte Differenzverstärker 5B besteht aus
Transistoren Q12 bis Q15, die Stromschaltung 8B besteht aus den
Transistoren Q16 und Q17 und einer Stromquelle IS2 und die
Stromschaltung 2 besteht aus einem Transistor Q18, der die
Ausgabe des Differenzverstärkers 5B an seiner Basis erhält,
einem Widerstand R4 und einem Schalttransistor Q19.
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Obwohl der Differenzverstärker 5B und die Stromschaltung 8B
separat von der Stromsteuerschaltung 2 gebildet sind,
können der Differenzverstärker 5B und die Stromschaltung 8B
integral in der Stromsteuerschaltung 2 ausgebildet sein.
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Der Betrieb der oben beschriebenen Komparatorschaltung 1
ist grundsätzlich der gleiche wie im ersten
Ausführungsbeispiel, so daß dessen Beschreibung unterlassen wird, es soll
jedoch angemerkt werden, daß ein Effekt ähnlich zum ersten
Ausführungsbeispiel auch bei diesem Ausführungsbeispiel
erzielt werden kann.