JP2000077988A - 差動比較回路 - Google Patents

差動比較回路

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JP2000077988A
JP2000077988A JP10245707A JP24570798A JP2000077988A JP 2000077988 A JP2000077988 A JP 2000077988A JP 10245707 A JP10245707 A JP 10245707A JP 24570798 A JP24570798 A JP 24570798A JP 2000077988 A JP2000077988 A JP 2000077988A
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JP
Japan
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input
differential
circuit
differential amplifier
comparator
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JP10245707A
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Hiroyuki Morimoto
浩之 森本
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Sony Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速、高精度かつ低消費電力の簡易な構成の差
動比較回路を提案する。 【解決手段】差動増幅部17及びチョッパ比較器15を
設け、チョッパ比較器15の入出力端を短絡させた際に
当該チョッパ比較器15から得られる基準電圧を差動増
幅部17の2つの入力端に供給するようにしたことによ
り、差動増幅部17での素子間のばらつきによる比較結
果の精度劣化を回避して、高精度、高速かつ低消費電力
の差動比較回路を実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は差動比較回路に関
し、アナログ/ディジタル変換回路等に用いられる差動
比較回路に適用して好適なものである。
【0002】
【従来の技術】従来、オフセット補償型の比較回路にお
いては、例えば図4に示すものがある。すなわち図4に
おいて、比較回路1は、サンプルホールドされた入力電
圧Vinが入力されるトランジスタQ1と基準電圧Vref
が入力されるトランジスタQ2とからなる高利得の差動
増幅部1Aと、トランジスタQ3及びQ4からなるオフ
セット補償用増幅部1Bとを有する。
【0003】差動増幅部1A及びオフセット補償用増幅
部1BはノードN1 及びN2 を介して接続されており、
差動増幅部1Aはまず入力電圧Vinを基準電圧Vref
し、このとき当該差動増幅部1Aに生じるオフセット電
圧をノードN1 及びN2 並びにトランジスタQ5及びQ
6を介して、オフ状態のスイッチSW8の両端V1 及び
2 間に電位差として供給する。
【0004】このときオフセット補償用増幅部1Bは、
スイッチS8の両端V1 及びV2 に生じるオフセット電
圧に応じた電位差を、スイッチSW7及びSW7´を介
してコンデンサC7及びC8に記憶させる。
【0005】続いて、差動増幅部1Aはサンプルホール
ドされた入力電圧VinをトランジスタQ1に入力するこ
とにより、このときトランジスタQ2に供給されている
基準電圧Vref との比較結果が差動増幅部1Aのノード
1 及びN2 からトランジスタQ5、Q6、Q7及びQ
8を介して出力端Q及びQ´から出力される。その際、
コンデンサC7及びC8に記憶されているオフセット電
圧によって差動増幅部1Aのオフセットがキャンセルさ
れる。
【0006】因みに図4に示す比較回路1において、I
7、I8、I9及びI10は定電流源を表し、また、ト
ランジスタQ9及びQ10はコモンモードフィードバッ
ク電圧CMFBを受けることにより、ノードN1 及びN
2 に生じる電圧を零に復帰させるようになされている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところが、差動増幅部
1Aに加えてオフセット補償用増幅部1Bを設けること
によってオフセットをキャンセルするようになされた比
較回路1では、オフセット補償型増幅部1Bを設ける
分、比較回路1の素子数が全体として増加することを避
け得ず、高速、高精度かつ低消費電流の比較回路を実現
することが困難になる問題があった。
【0008】また、従来の比較回路において、2つの入
力信号の差を高精度で出力しようとすると、例えば多ビ
ットアナログ/ディジタルコンバータで用いられている
ように新たなディジタル/アナログコンバータやサンプ
ルホールド回路等を設ける必要があり回路構成が複雑化
かつ大型化することを避け得ない問題があった。
【0009】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、高速、高精度かつ低消費電力の簡易な構成の差動比
較回路を提案しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、少なくとも一対のトランジスタを
有する差動増幅部と、差動増幅部の出力側に接続された
チョッパ比較器と、チョッパ比較器の入出端を短絡させ
た際にチョッパ比較器から出力される基準電圧を差動増
幅部の2つの入力端に供給する供給回路部とを備え、チ
ョッパ比較器の入出力端を短絡させた際に当該チョッパ
比較器から得られる基準電圧を差動増幅部の2つの入力
端に供給するようにしたことにより、簡易な構成によっ
て差動増幅部での素子間のばらつきによる比較結果の精
度劣化を回避し得る。
【0011】
【発明の実施の形態】以下図面について、本発明の一実
施の形態を詳述する。
【0012】図1において10は全体として差動比較回
路を示し、MOS(Metal Oxide Semiconductor) 形のト
ランジスタQ13、Q14、Q15及びQ16からなる
差動増幅部17と、当該差動増幅部17の出力端に対し
てコンデンサC12を介して接続された論理否定回路I
NV1及びスイッチ回路SW13からなるチョッパ比較
器15とを有する。
【0013】差動増幅部17は、高利得を得るための負
荷素子としてトランジスタQ15及びQ16からなる定
電流源を接続しており、また、トランジスタQ17によ
って動作点を決めるようになされている。
【0014】これにより、差動増幅部17のトランジス
タQ13及びQ14のゲートにそれぞれ入力される2つ
の信号の電圧差に応じたレベルの比較出力信号が当該差
動増幅部17の出力端T及びT´に得られる。
【0015】差動増幅部17の出力端Tに接続されたチ
ョッパ比較器15は、出力端Tに現れる比較出力信号を
コンデンサC12を介して入力することより、当該比較
出力信号を後述するオートゼロイング動作において予め
設定された基準電圧レベルと比較した結果を論理「H」
又は論理「L」レベルの論理比較結果信号COMPOUT
として出力する。
【0016】かかる差動比較回路10は、まず差動増幅
部17を構成するトランジスタ間での誤差(オフセット
電圧)をキャンセルすると共に入力信号をサンプリング
するオートゼロイング動作を行う。すなわち、差動比較
回路10は初期設定において、まずチョッパ比較器15
のスイッチ回路SW13をオン動作させることにより、
論理否定回路INV1の入出力端をショートさせる。こ
れにより、チョッパ比較器15を構成する論理否定回路
INV1の基準電圧はその電源電圧の1/2の電圧レベ
ルに設定されると共に、論理否定回路INV1の出力端
には当該電圧レベルが得られる。
【0017】そして、差動比較回路10は切換制御信号
CONT12によってスイッチ回路SW12A及びSW
12Bをそれぞれオン動作させると共にスイッチ回路S
W14をオン動作させることにより、このとき論理否定
回路INV1から出力される電源電圧の1/2の電圧レ
ベルを差動増幅部17の2つの入力端に供給する。
【0018】またこのとき、差動比較回路10は切換制
御信号CONT11によってスイッチ回路SW11A及
びSW11Bをそれぞれ第1の切換入力端a側に切り換
え制御することにより、スイッチ回路SW11A及びS
W11Bを介して入力される2つの入力信号(IN+、
IN−)の電圧レベルVINA 及びVINB をコンデンサC
11A及びC11Bにサンプリングする。
【0019】かくして初期設定が終了すると、差動比較
回路10はこれに続いて比較動作として、スイッチ回路
SW13をオフ状態に切り換えた後、スイッチ回路SW
14及びSW12A、SW12Bをオフ状態に切り換
え、さらにその後スイッチ回路11A及びSW11Bを
第2の切換入力端b側に切り換えることにより、電圧レ
ベルVREFA及びVREFBでなる2つの基準信号(REF
+、REF−)を入力信号として選択する。
【0020】このように、スイッチ回路SW13、SW
14、SW12A、SW12B及びSW11A、SW1
1Bの切り換えタイミングを僅かにずらすことにより、
当該比較動作時においてスイッチ回路SW13をオフ状
態に切り換えた際に、論理比較結果を決める論理否定回
路INV1の入力ノードNDがハイインピーダンスにな
っても、当該入力ノードNDにスイッチングノイズが入
り込まないようにすることができる。
【0021】この結果、差動増幅部17の出力端T´に
は、((IN+)−(IN−))−((REF+)−
(REF−))で表される入力信号差に比例した電流又
は電圧出力が比較結果として得られる。また、このとき
差動増幅部17の出力端Tに現れる比較結果は、コンデ
ンサC12を介してチョッパ比較器15の論理否定回路
INV1に入力され、オートゼロイング動作において設
定されている基準電圧(電源電圧の1/2の電圧レベ
ル)と比較される。そして、チョッパ比較器15は当該
比較結果である論理「H」レベル又は論理「L」レベル
の信号を論理比較結果信号COMPOUT として出力す
る。
【0022】以上の構成において、差動比較回路10
は、チョッパ比較器15のスイッチ回路SW13をオン
状態とした際に論理否定回路INV1の出力端に得られ
る電圧レベル(電源電圧の1/2)をスイッチ回路SW
12A及びSW12Bを介して差動増幅部17の2つの
入力ノードに供給することにより、差動増幅部17の各
素子によるオフセットがキャンセルされる。
【0023】また、差動比較回路10の入力段に設けら
れているスイッチ回路SW11A及びSW11Bをそれ
ぞれ第1の入力端a側に切り換えて2つの入力信号(I
N+、IN−)を選択した後、第2の入力端b側に切り
換えて2つの入力信号(REF+、REF−)を選択す
ることにより、差動増幅部17の出力端T´には、2つ
の入力信号の差に比例した電流又は電圧レベルでなる比
較結果が得られると共に、出力端Tに得られる比較結果
をチョッパ比較器15においてオートゼロイング時に設
定した基準電圧(電源電圧の1/2)と比較することに
より、論理比較結果を得る。
【0024】かくして以上の構成によれば、差動増幅部
17及びチョッパ比較器15を接続した簡易な構成によ
って2つの入力信号の比較結果を高精度で得ることがで
きる。また、差動比較回路10はその構成が簡単になる
分、比較処理動作を一段と高速かつ低消費電力で実行す
ることができる。
【0025】なお上述の実施の形態においては、差動比
較回路10に入力される2つの信号として、オートゼロ
イング動作時に(IN+)及び(IN−)を入力し、こ
れに続いて(REF+)及び(REF−)を入力する場
合について述べたが、入力信号の選択方法はこれに限ら
ず、例えばオートゼロイング動作時に(REF+)及び
(REF−)を入力し、これに続いて(IN+)及び
(IN−)を入力する等、種々の入力選択方法を適用し
得る。因みに、オートゼロイング動作時に(REF+)
及び(REF−)を入力し、これに続いて(IN+)及
び(IN−)を入力した場合、差動増幅部17の出力端
T´には、((REF+)−(REF−))−((IN
+)−(IN−))で表される入力信号差に比例した電
圧又は電流レベルの比較結果が得られる。
【0026】また上述の実施の形態においては、差動増
幅部17の高利得を得るための素子としてトランジスタ
Q15及びQ16からなる定電流源を設ける場合につい
て述べたが、本発明はこれに限らず、例えば図1との対
応部分に同一符号を付して示す図2に示すように、カレ
ントミラー回路18を構成したり、又は、図1との対応
部分に同一符号を付して示す図3に示すように、抵抗素
子R11及びR12を設けるようにしても良い。
【0027】また上述の実施の形態においては、差動増
幅部17を構成するトランジスタQ13、Q14、Q1
5及びQ16としてMOS形トランジスタを用いる場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばME
S FET(Metal-semiconductor FET)等、他の種々の
トランジスタを用いることができる。
【0028】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、差動増幅
部及びチョッパ比較器を設け、チョッパ比較器の入出力
端を短絡させた際に当該チョッパ比較器から得られる基
準電圧を差動増幅部の2つの入力端に供給するようにし
たことにより、差動増幅部での素子間のばらつきによる
比較結果の精度劣化を回避して、高精度、高速かつ低消
費電力の差動比較回路を簡易な構成で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による差動比較回路の一実施の形態を示
す接続図である。
【図2】他の実施の形態による差動比較回路の構成を示
す接続図である。
【図3】他の実施の形態による差動比較回路の構成を示
す接続図である。
【図4】従来の比較回路の構成を示す接続図である。
【符号の説明】
10……差動比較回路、15……チョッパ比較器、17
……差動増幅部、18……カレントミラー回路、SW1
1A、SW11B、SW12、SW13、SW14……
スイッチ回路、INV1……論理否定回路、R11、R
12……抵抗素子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G035 AA01 AA20 AB01 AC01 AC20 AD03 AD13 AD17 AD23 AD24 AD45 AD47 5J022 AA01 BA01 BA05 BA06 CB04 CF02 CF04 CG01 5J039 DD03 KK10 KK17 KK18 MM03 MM04

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一対のトランジスタを有する差
    動増幅部と、 上記差動増幅部の出力側に接続されたチョッパ比較器
    と、 上記チョッパ比較器の入出端を短絡させた際に上記チョ
    ッパ比較器から出力される基準電圧を上記差動増幅部の
    2つの入力端に供給する供給回路部とを具えることを特
    徴とする差動比較回路。
  2. 【請求項2】上記チョッパ比較器は、 論理否定回路部と、 上記論理否定回路部の入出力端を接続するスイッチ回路
    部とを具えることを特徴とする請求項1に記載の差動比
    較回路。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008529129A (ja) * 2005-01-25 2008-07-31 リニアー テクノロジー コーポレイション 出力電流を決定および制御するためのオートゼロ回路を有する給電側機器
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CN112398451A (zh) * 2019-08-15 2021-02-23 联詠科技股份有限公司 差动比较电路

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