JP2000165214A - クロックドコンパレータ - Google Patents

クロックドコンパレータ

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JP2000165214A
JP2000165214A JP34085298A JP34085298A JP2000165214A JP 2000165214 A JP2000165214 A JP 2000165214A JP 34085298 A JP34085298 A JP 34085298A JP 34085298 A JP34085298 A JP 34085298A JP 2000165214 A JP2000165214 A JP 2000165214A
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JP
Japan
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current
switch
current source
transistors
pair
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Withdrawn
Application number
JP34085298A
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English (en)
Inventor
Yoshiaki Konno
嘉明 紺野
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Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Microsystems Co Ltd
Asahi Kasei Microdevices Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速動作可能で、消費電流を電源電圧に依存さ
せないようにする。 【解決手段】ミラー回路40と、可変電流源31と、P
型MOSFET15に直列に接続されると共にそのソー
ス端子が接地されているN型MOSFET17と、P型
MOSFET15のゲート端子にその一端が接続される
と共にその他端に、入力端子が接続されたスイッチ26
が接続されるコンデンサCp と、N型MOSFET17
のゲート端子にその一端が接続されると共にその他端に
参照電圧の供給端子が接続されたスイッチ27が接続さ
れるコンデンサCn と、ミラー回路40の出力端子とコ
ンデンサCn との間に接続されたスイッチ29と、P型
MOSFET15、16双方のゲート端子間に設けられ
たスイッチ28とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速A/D変換器
等に適用して好適なクロックドコンパレータ(チョッパ
型比較器とも称す)の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】図2は、従来のクロックドコンパレータ
の一例の回路構成図である。この回路は、図3に示すよ
うに、相互にハイレベルの期間が重ならないようにした
2つのスイッチ制御信号φ1 、φ2 がスイッチ20、2
1、22に供給されると共に、入力端子に入力電圧Vin
が入力されることによってコンパレータ動作を行う。
【0003】まず、φ1 がハイレベルの時には、スイッ
チ21、22がオン(閉状態)になると共に、スイッチ
20がオフ(開状態)となるため、その等価回路は図4
(a)に示すようになる。この時、出力電圧Vout は、
P型MOSFET10の電流とN型MOSFET11の
電流とがつりあう電位Vin1 ’となり、参照電圧をV
ref とすれば、コンデンサC1 にはQ=C1 ・(Vref
−Vin1 ’)なる電荷が蓄積される。
【0004】次に、φ2 がハイレベルの時には、スイッ
チ21、22がオフになると共に、スイッチ20がオン
となるため、その等価回路は図4(b)に示すようにな
る。この時、電荷Q=C1 ・(Vref −Vin1 ’)はコ
ンデンサC1 で保存され、Vin=Vref ならば、
in2 ’=Vin1 ’なのでVout はそのままであるが、
in>Vref ならば電荷Qが一定なのでVin2 ’も上昇
してその結果Vout が降下してローレベルになり、Vin
<Vref ならば逆にVout はハイレベルになる動作を行
う。
【0005】また、図5に示すものも従来のクロックド
コンパレータの回路構成図である。まず、φ1 がハイレ
ベルの時には、スイッチ24、25がオン(閉状態)に
なると共に、スイッチ23がオフ(開状態)となるた
め、その等価回路は図6(a)に示すようになる。この
時、出力電圧Vout は、P型MOSFET12の電流と
N型MOSFET14の電流とがつりあう電位Vin1
となり、参照電圧をV ref とすれば、コンデンサC2
はQ=C2 ・(Vref −Vin1 ’)なる電荷が蓄積され
る。
【0006】次に、φ2 がハイレベルの時には、スイッ
チ24、25がオフになると共に、スイッチ23がオン
となるため、その等価回路は図6(b)に示すようにな
る。この時、電荷Q=C1 ・(Vref −Vin1 ’)はコ
ンデンサC1 で保存され、Vin=Vref ならば、
in2 ’=Vin1 ’なのでVout はそのままであるが、
in>Vref ならば電荷Qが一定なのでVin2 ’も上昇
してその結果Vout が降下してローレベルになり、Vin
<Vref ならば逆にVout はハイレベルになる動作を行
う。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図2に示す
ような従来のクロックドコンパレータにあっては、消費
電流が大きく、しかも消費電流や動作速度が電源電圧に
依存して変化してしまうといった問題があった。
【0008】また、図5に示すような従来のクロックド
コンパレータにあっては、このような問題はないもの
の、N型MOSFET14のみが出力電圧Vout の変動
に関与するので、動作速度が遅くなるといった問題があ
った。本発明は、このような従来の課題を解決するため
になされたもので、高速動作可能で、消費電流を電源電
圧に依存させないようにしたクロックドコンパレータを
提供することを課題とする。
【0009】また、本発明は、消費電流を調整可能なク
ロックドコンパレータを提供することも課題とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項1に係る発明は、1対のトランジスタで構成
されたミラー回路と、前記1対のトランジスタの一方に
接続される電流源と、前記1対のトランジスタの他方に
接続される前記1対のトランジスタとは別の型のトラン
ジスタと、入力電圧の入力端子に接続された第1のスイ
ッチおよび参照電圧の供給端子に接続された第2のスイ
ッチを、その一端に接続した容量素子と、前記容量素子
の他端と前記ミラー回路のミラー電流の出力部との間に
接続された第3のスイッチと、を有するクロックドコン
パレータにおいて、前記1対のトランジスタの間に設け
た第4のスイッチと、前記1対のトランジスタのうち前
記別の型のトランジスタに接続されたトランジスタと前
記第1のスイッチとの間に設けた容量素子と、を備えた
ことを特徴とするクロックドコンパレータを提供する。
【0011】ここに、第2のスイッチと第3のスイッチ
と第4のスイッチとは同じパターンで開閉動作を行い、
さらに、これらのスイッチが閉状態のときには第1のス
イッチが閉状態とはならず、逆に、第1のスイッチが閉
状態のときにはこれらのスイッチが閉状態とはならない
ように構成される。
【0012】第2のスイッチと第3のスイッチと第4の
スイッチがオン状態の時には、ミラー回路の動作によっ
て、1対のトランジスタおよび別の型のトランジスタに
流れる電流が等しくなるように、両容量素子の電圧が定
まりこの両容量素子にはこれらの電圧と参照電圧と夫々
の容量値で定まる電荷が蓄積される。したがって、入力
電圧が参照電圧より大きな場合には、両電荷は一定なの
で両容量素子の電圧が共に上昇し、その結果、ミラー回
路を構成するトランジスタの電流が減少し、これに接続
されるトランジスタの電流が増加するので、出力電圧は
ローレベルになる。
【0013】一方、入力電圧が参照電圧より小さな場合
には、前記両電荷が一定なので両容量素子の電圧が共に
降下し、その結果、ミラー回路を構成するトランジスタ
の電流が増加し、これに接続されるトランジスタの電流
が減少するので、出力電圧はハイレベルになるようにし
て、クロックドコンパレータの動作を行う。そして、ミ
ラー回路を構成するトランジスタの一方、および、これ
に接続されるトランジスタの双方が出力変化に寄与する
ので動作速度が速くなると共に、動作速度や消費電流が
電源電圧に依存しなくなる。
【0014】また、請求項2に係る発明は、請求項1に
記載のクロックドコンパレータにおいて、前記電流源
は、供給電流を調整可能な可変電流源であることを特徴
とするクロックドコンパレータである。
【0015】この発明によれば、可変電流源の供給電流
の調整によって、動作に必要な最小電流を回路に流すよ
うにすることができるため、動作速度に対し消費電力が
最適なクロックドコンパレータを実現できる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施の形態で
あるクロックドコンパレータ回路の回路構成図である。
図1に示すように、このクロックドコンパレータ回路
は、1対のトランジスタであるP型MOSFET15、
16がミラー接続されてなるミラー回路40と、P型M
OSFET16に直列に接続された可変電流源31と、
P型MOSFET15に直列に接続されると共にそのソ
ース端子が接地されているN型MOSFET17と、P
型MOSFET15のゲート端子にその一端が接続され
ると共にその他端に、入力端子が接続されたスイッチ2
6が接続されるコンデンサC p と、N型MOSFET1
7のゲート端子にその一端が接続されると共にその他端
に、参照電圧(Vref )の供給端子が接続されたスイッ
チ27が接続されるコンデンサCn と、ミラー回路40
の出力部とコンデンサCn との間に接続されたスイッチ
29と、P型MOSFET15、16の双方のゲート端
子間に設けられたスイッチ28と、を有して構成され
る。
【0017】図3に示すように、相互にハイレベルの期
間が重ならないようにした2つのスイッチ制御信号
φ1 、φ2 がスイッチ26、27、28、29に供給さ
れ、φ1がハイレベルの時にスイッチ27、28、29
がオン(閉状態)になると共に、φ2 がハイレベルの時
にスイッチ26がオン(閉状態)になるように構成され
ている。なお、このようなスイッチ制御信号は図示しな
い制御部から供給されるようになっている。また、この
回路は、MOSFET、電源、可変電流源の極性を入れ
替えた構成としても良い。
【0018】次にこの回路の動作を説明する。可変電流
源31の供給電流をi0 に調整するものとする。まず、
φ1 がハイレベルの時には、スイッチ27、28、29
がオン(閉状態)になると共に、スイッチ26がオフ
(開状態)となるため、その等価回路は図7(a)に示
すようになる。この時、ミラー効果によって、P型MO
SFET15、16に同じ電流i0 が流れるように、ゲ
ート電圧Vin1p’が定まると共に、同じくN型MOSF
ET17にも電流i0 が流れるように、ミラー回路40
の出力部の電圧Vin1n’が定まってこれが出力電圧V
out となる。P型MOSFET15、16のサイズ比を
「1:a」として、N型MOSFET17に流れる電流
をa×i0 とすることもできる。
【0019】このとき、参照電圧をVref とすれば、コ
ンデンサCp にはQp =Cp ・(V ref −Vin1p’)な
る電荷が蓄積されると共に、コンデンサCn にはQn
n・(Vref −Vin1n’)なる電荷が蓄積される。次
に、φ2 がハイレベルの時には、スイッチ26がオンに
なると共に、スイッチ27、28、29がオフとなるた
め、その等価回路は図7(b)に示すようになる。
【0020】この時、電荷Qp 、Qn の夫々は、コンデ
ンサCp 、コンデンサCn によって保存され、Vin>V
ref ならば電荷Qp 、Qn が一定なのでVin2n’(P型
MOSFET15のゲート電圧)、Vin2p’(N型MO
SFET17のゲート電圧)とも上昇し、その結果、P
型MOSFET15の電流が減少し、N型MOSFET
17の電流が増加するので、Vout が降下してローレベ
ルになる。
【0021】一方、Vin<Vref ならば電荷Qp 、Qn
が一定なのでVin2n’、Vin2p’とも降下し、その結
果、P型MOSFET15の電流が増加し、N型MOS
FET17の電流が減少するので、Vout が上昇してハ
イレベルになる。このようにして、クロックドコンパレ
ータの動作が行われるが、この実施の形態では、P型M
OSFET15およびN型MOSFET17の双方がV
out 変動に寄与するため動速度が速くなる。
【0022】また、φ1 がハイレベルの時には可変電流
源31の供給電流i0 で消費電流が決まり、φ2 がハイ
レベルの時には電流が最大となるのはVin=Vref の時
で、φ1 がハイレベルの時の消費電流と同じである。こ
れは、可変電流源31によって決まり電源電圧の変動に
よって変化しない。さらに、この電流を可変電流源31
の供給電流i0 を調整することによって要求される動作
速度を実現するのに必要かつ最小限の値に設定すれば、
消費電力を最適化することが可能となる。
【0023】この回路の応用例としては、例えばA/D
変換器の入力部における、入力値の量子化をするための
ものなどが挙げられるが、その応用例はこれに留まらな
いことは言うまでもない。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、請求項1に係る発
明によれば、高速動作可能で、消費電流を電源電圧に依
存させないようにしたクロックドコンパレータを実現す
ることが可能になるという効果が得られる。
【0025】また、請求項2に係る発明によれば、消費
電流を最適化することが可能になるという効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態であるクロックドコンパレ
ータ回路の回路構成図である。
【図2】従来のクロックドコンパレータ回路の回路構成
図である。
【図3】スイッチ制御信号のタイミングチャートの説明
図である。
【図4】図2に示す従来のクロックドコンパレータ回路
の等価回路図である。
【図5】スイッチ制御信号のタイミングチャートの説明
図である。
【図6】図5に示す従来のクロックドコンパレータ回路
の等価回路図である。
【図7】本発明の実施の形態であるクロックドコンパレ
ータ回路の等価回路図である。
【符号の説明】
15 P型MOSFET 16 P型MOSFET 17 N型MOSFET 26 スイッチ 27 スイッチ 28 スイッチ 29 スイッチ 31 可変電流源 40 ミラー回路 Cp コンデンサ Cn コンデンサ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 1対のトランジスタで構成されたミラー
    回路と、 前記1対のトランジスタの一方に接続される電流源と、 前記1対のトランジスタの他方に接続される前記1対の
    トランジスタとは別の型のトランジスタと、 入力電圧の入力端子に接続された第1のスイッチおよび
    参照電圧の供給端子に接続された第2のスイッチを、そ
    の一端に接続した容量素子と、 前記容量素子の他端と前記ミラー回路のミラー電流の出
    力部との間に接続された第3のスイッチと、を有するク
    ロックドコンパレータにおいて、 前記1対のトランジスタの間に設けた第4のスイッチ
    と、 前記1対のトランジスタのうち前記別の型のトランジス
    タに接続されたトランジスタと前記第1のスイッチとの
    間に設けた容量素子と、を備えたことを特徴とするクロ
    ックドコンパレータ。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のクロックドコンパレー
    タにおいて、 前記電流源は、供給電流を調整可能な可変電流源である
    ことを特徴とするクロックドコンパレータ。
JP34085298A 1998-11-30 1998-11-30 クロックドコンパレータ Withdrawn JP2000165214A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2005015740A1 (en) * 2003-08-04 2005-02-17 Seiko Epson Corporation Differential circuits
US7907006B2 (en) 2008-06-10 2011-03-15 Kabushiki Kaisha Toshiba Demodulator
JP2020167527A (ja) * 2019-03-29 2020-10-08 ローム株式会社 発振回路、半導体装置、オシレータic

Cited By (4)

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JP7474566B2 (ja) 2019-03-29 2024-04-25 ローム株式会社 発振回路、半導体装置、オシレータic

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Effective date: 20060207