JP2002353787A - コンパレータ及びアナログディジタルコンバータ - Google Patents

コンパレータ及びアナログディジタルコンバータ

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JP2002353787A
JP2002353787A JP2001156542A JP2001156542A JP2002353787A JP 2002353787 A JP2002353787 A JP 2002353787A JP 2001156542 A JP2001156542 A JP 2001156542A JP 2001156542 A JP2001156542 A JP 2001156542A JP 2002353787 A JP2002353787 A JP 2002353787A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回路素子数が削減されたコンパレータ及びアナ
ログディジタルコンバータを提供すること。 【解決手段】信号電圧入力端子1と、基準電圧入力端子
2と、スイッチ3と、スイッチ4と、容量5と、スイッ
チ6と、インバータ7と、トライステートインバータ8
と、制御入力端子9と、インバータ17と、インバータ
18と、スイッチ19と、インバータ20と、インバー
タ21と、出力端子22と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信号電圧と基準電
圧とを比較するコンパレータ、及びこのコンパレータを
備えるアナログディジタルコンバータに関し、特に、回
路素子数が削減されたコンパレータ及びアナログディジ
タルコンバータに関する。
【0002】
【従来の技術】入力されるアナログ信号を高速に符号化
してディジタル信号に変換するフラッシュ型アナログデ
ィジタルコンバータの従来例の構成として、図8に示す
構成が知られている。図8に示すように、従来例のアナ
ログディジタルコンバータは、コンパレータ61〜6n
が、アナログ信号入力端子41からの入力電圧と、抵抗
ラダー42により高電位側電圧VRHと低電位側電圧V
RLとを分圧して生成されるnレベルの基準電圧との比
較を行い、比較結果がデータ保持回路71〜7nに格納
され、エンコーダ43が比較結果を符号化ディジタル信
号に変換してディジタル信号出力端子44に出力する構
成になっている。
【0003】また、コンパレータ61〜6nとしてはチ
ョッパ型コンパレータが用いられ、データ保持回路71
〜7nのそれぞれとしては図9に示す構成が一般的に用
いられる。データ入力端子81からの入力データは、デ
ータ格納時に閉じるスイッチ82を介して正帰還接続さ
れたインバータ83及びインバータ84からなるマスタ
側フリップフロップに入力され、マスタ側フリップフロ
ップの出力は、スイッチ82と逆相で開閉するスイッチ
85を介して正帰還接続されたインバータ86及びイン
バータ87によるスレーブ側フリップフロップに入力さ
れ、スレーブ側フリップフロップからの出力データがデ
ータ出力端子88に出力されるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年ではアナ
ログディジタルコンバータの多ビット化や高精度化のた
め回路規模が増大するのにしたがい、レイアウト規模の
縮小化のために回路素子数の削減が求められている。例
えば、図8において8ビットフラッシュ型アナログディ
ジタルコンバータを構成しようとすると、n=255で
あるから、コンパレータを255個を備え、さらにコン
パレータと同数の255個のデータ保持回路を備える必
要があり、コンパレータとデータ保持回路とを単純に組
み合わせる構成では全体の素子数が膨大なものになると
いう問題がある。
【0005】本発明は、かかる問題点に鑑みてなされた
ものであって、回路素子数が削減されたコンパレータ及
びアナログディジタルコンバータを提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明のコンパレータの
第1の構成は、信号電圧と基準電圧とを選択して出力す
る第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段の出
力を一端に受ける容量と、入力端が前記容量の他端に接
続される第1のインバータと、前記第1のインバータの
出力端と前記第1のインバータの前記入力端との間に接
続される第2のスイッチ手段と、入力端が前記出力端に
接続されるトライステートインバータと、入力端が前記
トライステートインバータの出力端に接続される第1の
ラッチ手段と、一端が前記第1のラッチ手段の出力端に
接続される第3のスイッチ手段と、入力端が前記第3の
スイッチ手段の他端に接続される第2のラッチ手段と、
を備えることを特徴とする。
【0007】また、本発明のコンパレータの第2の構成
は、信号電圧を一端に受ける第1のスイッチ手段と、一
端が前記第1のスイッチ手段の他端に接続される第1の
容量と、入力端が前記容量の他端に接続される第1のイ
ンバータと、前記第1のインバータの出力端と前記第1
のインバータの前記入力端との間に接続される第2のス
イッチ手段と、入力端が前記出力端に接続されるトライ
ステートインバータと、入力端が前記トライステートイ
ンバータの出力端に接続される第1のラッチ手段と、一
端が前記第1のラッチ手段の出力端に接続される第3の
スイッチ手段と、入力端が前記第3のスイッチ手段の他
端に接続される第2のラッチ手段と、基準電圧を一端に
受ける第4のスイッチ手段と、一端が前記第4のスイッ
チ手段の他端に接続される第2の容量と、入力端が前記
第2の容量の他端に接続される第2のインバータと、前
記第2のインバータの出力端と前記第2のインバータの
前記入力端との間に接続される第5のスイッチ手段と、
前記第2のインバータの前記出力端に接続される第3の
容量と、一端が前記第1のインバータの前記出力端に接
続される第4の容量と、前記第4の容量の他端と前記第
2のインバータの前記入力端との間に接続される第6の
スイッチ手段と、一端が前記第2のインバータの前記出
力端に接続される第5の容量と、前記第5の容量の他端
と前記第1のインバータの前記入力端との間に接続され
る第7のスイッチ手段と、前記第1の容量の前記一端と
前記第2の容量の前記一端との間に接続される第8のス
イッチ手段と、を備えることを特徴とする。
【0008】また、本発明のコンパレータの第3の構成
は、信号電圧と基準電圧とを選択して出力する第1のス
イッチ手段と、前記第1のスイッチ手段の出力を一端に
受ける容量と、入力端が前記容量の他端に接続される第
1のインバータと、前記第1のインバータの出力端と前
記第1のインバータの前記入力端との間に接続される第
2のスイッチ手段と、入力端が前記出力端に接続される
第1のトライステートインバータと、入力端が前記第1
のトライステートインバータの出力端に接続される第2
のインバータと、入力端が前記第2のインバータの出力
端に接続され出力端が前記第2のインバータの前記入力
端に接続される第2のトライステートインバータと、一
端が前記第2のインバータの前記出力端に接続される第
3のスイッチ手段と、入力端が前記第3のスイッチ手段
の他端に接続される第4のインバータと、入力端が前記
第4のインバータの出力端に接続され出力端が前記第4
のインバータの前記入力端に接続される第3のトライス
テートインバータと、を備えることを特徴とする。
【0009】また、本発明のコンパレータの第1の構成
が、前記第1のスイッチ手段により前記信号電圧が選択
され、前記第2のスイッチ手段が閉じ、前記トライステ
ートインバータの前記出力端がハイインピーダンス状態
となり、前記第3のスイッチ手段が閉じる期間の後に、
前記第1のスイッチ手段により前記基準電圧が選択さ
れ、前記第2のスイッチ手段が開き、前記トライステー
トインバータがインバータとして動作し、前記第3のス
イッチ手段が開く期間を有することを特徴とする。
【0010】また、本発明のコンパレータの第2の構成
が、前記第1のスイッチ手段、前記第2のスイッチ手
段、前記第4のスイッチ手段及び前記第5のスイッチ手
段が閉じ、前記第8のスイッチ手段が開き、前記トライ
ステートインバータの前記出力端がハイインピーダンス
状態となり、前記第3のスイッチ手段が閉じる期間の後
に、前記第1のスイッチ手段、前記第2のスイッチ手
段、前記第4のスイッチ手段及び前記第5のスイッチ手
段が開き、前記第8のスイッチ手段が閉じ、前記トライ
ステートインバータがインバータとして動作し、前記第
3のスイッチ手段が開く期間を有することを特徴とす
る。
【0011】また、本発明のコンパレータの第3の構成
が、前記第1のスイッチ手段により前記信号電圧が選択
され、前記第2のスイッチ手段が閉じ、前記第1のトラ
イステートインバータの前記出力端及び前記第3のトラ
イステートインバータの前記出力端がハイインピーダン
ス状態となり、前記第2のトライステートインバータが
インバータとして動作し、前記第3のスイッチ手段が閉
じる期間の後に、前記第1のスイッチ手段により前記基
準電圧が選択され、前記第2のスイッチ手段が開き、前
記第1のトライステートインバータ及び前記第3のトラ
イステートインバータがインバータとして動作し、前記
第2のトライステートインバータの前記出力端がハイイ
ンピーダンス状態となり、前記第3のスイッチ手段が開
く期間を有することを特徴とする。
【0012】また、本発明のアナログディジタルコンバ
ータの第1の構成は、同一の信号電圧を受ける複数の第
1の構成のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞ
れに基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータの
それぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力する
エンコーダと、を備えることを特徴とする。
【0013】また、本発明のアナログディジタルコンバ
ータの第2の構成は、同一の信号電圧を受ける複数の第
2の構成のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞ
れに基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータの
それぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力する
エンコーダと、を備えることを特徴とする。
【0014】また、本発明のアナログディジタルコンバ
ータの第3の構成は、同一の信号電圧を受ける複数の第
3の構成のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞ
れに基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータの
それぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力する
エンコーダと、を備えることを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図1は、本発明の第1の実施の形
態のコンパレータの構成図である。図1に示すように、
本発明の第1の実施の形態のコンパレータは、信号電圧
入力端子1と、基準電圧入力端子2と、スイッチ3と、
スイッチ4と、容量5と、スイッチ6と、インバータ7
と、トライステートインバータ8と、制御入力端子9
と、インバータ17と、インバータ18と、スイッチ1
9と、インバータ20と、インバータ21と、出力端子
22と、を備えている。
【0016】アナログ信号電圧は、信号電圧入力端子1
を介してスイッチ3に与えられ、比較用の基準電圧は、
基準電圧入力端子2を介してスイッチ4に与えられ、切
替スイッチ手段としてのスイッチ3及びスイッチ4が、
アナログ信号電圧と基準電圧とを選択して出力する。
【0017】容量5の一端が、スイッチ3及びスイッチ
4の選択出力を受け、インバータ7の入力端が、容量5
の他端に接続される。
【0018】スイッチ6が、インバータ7の出力端とイ
ンバータ7の入力端との間に接続される。
【0019】トライステートインバータ8の入力端13
が、インバータ7の出力端に接続される。
【0020】インバータ17の入力端が、トライステー
トインバータ8の出力端14に接続される。
【0021】インバータ18の入力端が、インバータ1
7の出力端に接続され、インバータ18の出力端が、イ
ンバータ17の入力端に接続される。
【0022】スイッチ19の一端が、インバータ17の
出力端に接続され、インバータ20の入力端が、スイッ
チ19の他端に接続される。
【0023】インバータ21の入力端が、インバータ2
0の出力端に接続され、インバータ21の出力端が、イ
ンバータ20の入力端に接続され、インバータ20の出
力端が、出力端子22に接続される。
【0024】スイッチ3、スイッチ6及びスイッチ19
は、制御信号φ1により開閉制御され、それぞれ、制御
信号φ1が論理Hレベルのとき閉じ、制御信号φ1が論
理Lレベルのとき開く。
【0025】スイッチ4は、制御信号φ1の反転信号で
ある制御信号φ1Bにより開閉制御され、制御信号φ1
Bが論理Hレベルのとき閉じ、制御信号φ1Bが論理L
レベルのとき開く。
【0026】トライステートインバータ8は、インバー
タ10と、PチャネルMOSトランジスタ11と、Pチ
ャネルMOSトランジスタ12と、NチャネルMOSト
ランジスタ15と、NチャネルMOSトランジスタ16
と、を備えている。
【0027】PチャネルMOSトランジスタ11のソー
ス端に高電位側電源電圧VDDが与えられ、Pチャネル
MOSトランジスタ12のソース端がPチャネルMOS
トランジスタ11のドレイン端に接続され、Nチャネル
MOSトランジスタ16のソース端に低電位側電源電圧
VSSが与えられ、NチャネルMOSトランジスタ15
のソース端がNチャネルMOSトランジスタ16のドレ
イン端に接続され、PチャネルMOSトランジスタ12
のゲート端とNチャネルMOSトランジスタ15のゲー
ト端とが互いに接続されて入力端13をなし、Pチャネ
ルMOSトランジスタ12のドレイン端とNチャネルM
OSトランジスタ15のドレイン端とが互いに接続され
て出力端14をなす。
【0028】NチャネルMOSトランジスタ16のゲー
ト端がインバータ10の入力端に接続され、Pチャネル
MOSトランジスタ11のゲート端がインバータ10の
出力端に接続され、制御信号φ1Bが制御入力端子9を
介してインバータ10の入力端に与えられる。
【0029】トライステートインバータ8は、制御信号
φ1Bが論理Hレベルのとき通常のインバータとして動
作し、制御信号φ1Bが論理Lレベルのとき出力端14
がハイインピーダンス状態となる。
【0030】次に動作を説明する。図2は、本発明の第
1の実施の形態のコンパレータの動作説明図である。先
ず、時間t1から時間t2までのサンプリング期間にお
いて、制御信号φ1が論理Hレベルとなり、制御信号φ
1Bが論理Lレベルとなるので、スイッチ3及びスイッ
チ6が閉じ、スイッチ4が開き、アナログ信号電圧が信
号電圧入力端子1からスイッチ3を介して容量5に入力
される。
【0031】このとき、インバータ7の入力端と出力端
とがスイッチ6により接続されるため、インバータ7の
入力端及び出力端の電圧はインバータ7の論理閾値電圧
に保たれ、容量5にアナログ信号電圧とインバータ7の
論理閾値電圧との差電圧分の電荷が保存される。
【0032】また、トライステートインバータ8は、出
力端14がハイインピーダンス状態となり、スイッチ1
9が閉じるので、ラッチ手段としての正帰還接続された
インバータ17及びインバータ18からなるフリップフ
ロップが保持している前周期のデータが、次段のラッチ
手段としての正帰還接続されたインバータ20及びイン
バータ21からなるフリップフロップに保持され出力さ
れる。
【0033】このとき、トライステートインバータ8に
おいて、PチャネルMOSトランジスタ11及びNチャ
ネルMOSトランジスタ16が非導通となるため、貫通
電流は流れない。
【0034】次に、時間t2から時間t3までの増幅期
間において、制御信号φ1が論理Lレベルとなり、制御
信号φ1Bが論理Hレベルとなるので、スイッチ3及び
スイッチ6が開き、スイッチ4が閉じ、基準電圧が基準
電圧入力端子2からスイッチ4を介して容量5に入力さ
れる。
【0035】このとき、アナログ信号電圧と基準電圧と
の差電圧が、容量5のスイッチ4側の電極の電位変動分
となって、そのまま容量5のインバータ7側の電極に伝
わるため、その電位変動分がインバータ7により増幅さ
れて出力される。
【0036】トライステートインバータ8は、通常のイ
ンバータとして動作し、インバータ7の出力電圧を増幅
して出力し、トライステートインバータ8の出力電圧
が、インバータ17及びインバータ18からなるフリッ
プフロップに保持される。
【0037】スイッチ19は開いているので、インバー
タ17及びインバータ18からなるフリップフロップの
保持データは、次段のインバータ20及びインバータ2
1からなるフリップフロップには保持されず、インバー
タ20及びインバータ21からなるフリップフロップは
前周期のデータを出力する。
【0038】このとき、PチャネルMOSトランジスタ
11及びNチャネルMOSトランジスタ16が導通状態
であり、インバータ7及びトライステートインバータ8
の論理閾値電圧は同等であるため、インバータ7の出力
電圧即ちトライステートインバータ8の入力電圧が論理
閾値電圧付近のとき、トライステートインバータ8には
貫通電流が流れる。
【0039】以上説明したように、本発明の第1の実施
の形態のコンパレータの構成によれば、チョッパ型コン
パレータ部とデータ保持部とを一体化して回路素子数を
削減しているため、図8に示す従来例のフラッシュ型ア
ナログディジタルコンバータにおけるコンパレータ61
〜6n及びデータ保持回路71〜7nを本発明の第1の
実施の形態のコンパレータに変更した場合、データ保持
回路71〜7nのそれぞれにおける図9に示すスイッチ
82相当のスイッチが不要となるため、例えば8ビット
であればn=255であるから、255個のスイッチ素
子を削減することができ、スイッチ素子がCMOS構成
である場合は、アナログディジタルコンバータ全体では
510個のトランジスタを削減することができるという
効果が得られる。
【0040】次に、本発明の第2の実施の形態のコンパ
レータについて説明する。本発明の第2の実施の形態の
コンパレータの構成と、本発明の第1の実施の形態のコ
ンパレータの構成との相違部分は、制御入力端子9に入
力される制御信号φ1Bが制御信号φ2に変更され、ス
イッチ19の開閉制御が制御信号φ1から制御信号φ2
の反転信号である制御信号φ2Bに変更される部分であ
る。その他の構成部分は同じであるため、同一構成部分
には同一符号を付し、詳細説明を省略する。
【0041】トライステートインバータ8は、制御信号
φ2が論理Hレベルのとき通常のインバータとして動作
し、制御信号φ2が論理Lレベルのとき出力端14がハ
イインピーダンス状態となる。
【0042】スイッチ19は、制御信号φ2Bにより開
閉制御され、制御信号φ2Bが論理Hレベルのとき閉
じ、制御信号φ2Bが論理Lレベルのとき開く。
【0043】次に動作を説明する。図3は、本発明の第
2の実施の形態のコンパレータの動作説明図である。先
ず、時間t1から時間t2までのサンプリング期間の動
作は、制御信号φ2が論理Lレベルであり、制御信号φ
2Bが論理Hレベルであって、本発明の第1の実施の形
態のコンパレータの動作と全く同じである。
【0044】次に、時間t2から時間t3までの増幅期
間において、トライステートインバータ8が十分増幅動
作できるだけの最小時間を残して時間t2より後に設定
した時間t4から時間t3までの期間に、制御信号φ2
が論理Hレベルとなり、制御信号φ2Bが論理Lレベル
となるので、トライステートインバータ8は、時間t4
から時間t3までの期間のみ通常のインバータとして動
作し、インバータ7の出力電圧を増幅して出力し、トラ
イステートインバータ8の出力電圧が、インバータ17
及びインバータ18からなるフリップフロップに保持さ
れ、スイッチ19は開いているので、インバータ17及
びインバータ18からなるフリップフロップの保持デー
タは、次段のインバータ20及びインバータ21からな
るフリップフロップには保持されず、インバータ20及
びインバータ21からなるフリップフロップは前周期の
データを出力する。
【0045】時間t4から時間t3までの期間に、Pチ
ャネルMOSトランジスタ11及びNチャネルMOSト
ランジスタ16が導通状態であるため、インバータ7の
出力電圧即ちトライステートインバータ8の入力電圧が
論理閾値電圧付近のとき、トライステートインバータ8
には貫通電流が流れるが、トライステートインバータ8
の入力電圧を与えるインバータ7は、時間t4より前の
時間t2から増幅動作を開始し、時間t4において既に
インバータ7の出力電圧は論理閾値電圧付近をはずれ安
定しているので、時間t4から時間t3までの期間にお
けるトライステートインバータ8の貫通電流は、本発明
の第1の実施の形態のコンパレータに比べ僅かとなる。
【0046】また、時間t2から時間t4までの期間
に、制御信号φ2が論理Lレベルであり、制御信号φ2
Bが論理Hレベルであるため、トライステートインバー
タ8はハイインピーダンス状態とされ、貫通電流が完全
に零となる。
【0047】以上説明したように、本発明の第2の実施
の形態のコンパレータの構成によれば、トライステート
インバータ8及びスイッチ19の制御を、時間t2から
時間t3までの増幅期間のうちの一部の期間に行うよう
にしたことにより、本発明の第1の実施の形態のコンパ
レータと同様に、回路素子数を削減することができるこ
とに加え、増幅期間におけるトライステートインバータ
8の貫通電流を低減することができ、したがって低消費
電流化及び低雑音化されたコンパレータを実現すること
ができるという効果が得られる。
【0048】具体的な一例として、インバータ7及びト
ライステートインバータ8の電流能力を同等とした場
合、時間t2から時間t4までの期間が1周期の4分の
1程度であれば、コンパレータ単体又はアナログディジ
タルコンバータ全体として、10〜20%の消費電流を
削減することができる。
【0049】次に、図4は、本発明の第3の実施の形態
のコンパレータの構成図であり、本発明の第3の実施の
形態のコンパレータの構成と、本発明の第2の実施の形
態のコンパレータの構成との相違部分は、コンパレータ
の入力部分を平衡型に変更した部分であり、その他の構
成部分は同じであるため、同一構成部分には同一符号を
付し、詳細説明を省略する。
【0050】図4に示すように、本発明の第3の実施の
形態のコンパレータは、信号電圧入力端子1と、基準電
圧入力端子2と、スイッチ23と、スイッチ24と、容
量25と、容量26と、インバータ27と、インバータ
28と、スイッチ29と、スイッチ30と、容量31
と、容量32と、スイッチ33と、スイッチ34と、ス
イッチ35と、容量36と、トライステートインバータ
8と、制御入力端子9と、インバータ17と、インバー
タ18と、スイッチ19と、インバータ20と、インバ
ータ21と、出力端子22と、を備えている。
【0051】アナログ信号電圧は、信号電圧入力端子1
を介してスイッチ23の一端に与えられ、容量25の一
端がスイッチ23の他端に接続され、インバータ27の
入力端が容量25の他端に接続される。
【0052】スイッチ29が、インバータ27の出力端
とインバータ27の入力端との間に接続され、トライス
テートインバータ8の入力端13が、インバータ27の
出力端に接続される。
【0053】比較用の基準電圧は、基準電圧入力端子2
を介してスイッチ24の一端に与えられ、容量26の一
端がスイッチ24の他端に接続され、インバータ28の
入力端が容量26の他端に接続される。
【0054】スイッチ30が、インバータ28の出力端
とインバータ28の入力端との間に接続され、一端に低
電位側電源電圧VSSが与えられる容量36が、インバ
ータ28の出力端に接続される。
【0055】容量36はインバータ27及びインバータ
28の負荷条件を一致させるためのダミー容量であり、
容量36の容量値はトライステートインバータ8の入力
端13の容量値と等しく設定される。
【0056】容量31の一端がインバータ27の出力端
に接続され、スイッチ34が容量31の他端とインバー
タ28の入力端との間に接続される。
【0057】容量32の一端がインバータ28の出力端
に接続され、スイッチ33が容量32の他端とインバー
タ27の入力端との間に接続される。
【0058】スイッチ35が、容量25のスイッチ23
側の一端と容量26のスイッチ24側の一端との間に接
続される。
【0059】スイッチ23、スイッチ24、スイッチ2
9及びスイッチ30は、制御信号φ1により開閉制御さ
れ、それぞれ、制御信号φ1が論理Hレベルのとき閉
じ、制御信号φ1が論理Lレベルのとき開く。
【0060】スイッチ35は、制御信号φ1の反転信号
である制御信号φ1Bにより開閉制御され、制御信号φ
1Bが論理Hレベルのとき閉じ、制御信号φ1Bが論理
Lレベルのとき開く。
【0061】トライステートインバータ8は、制御信号
φ2が論理Hレベルのとき通常のインバータとして動作
し、制御信号φ2が論理Lレベルのとき出力端14がハ
イインピーダンス状態となる。
【0062】スイッチ19は、制御信号φ2Bにより開
閉制御され、制御信号φ2Bが論理Hレベルのとき閉
じ、制御信号φ2Bが論理Lレベルのとき開く。
【0063】スイッチ33及びスイッチ34は、制御信
号φ3により開閉制御され、それぞれ、制御信号φ3が
論理Hレベルのとき閉じ、制御信号φ3が論理Lレベル
のとき開く。
【0064】次に動作を説明する。図5は、本発明の第
3の実施の形態のコンパレータの動作説明図である。先
ず、時間t1から時間t2までのサンプリング期間にお
いて、制御信号φ1が論理Hレベルとなり、制御信号φ
1Bが論理Lレベルとなり、制御信号φ2が論理Lレベ
ルとなり、制御信号φ2Bが論理Hレベルとなり、制御
信号φ3が論理Hレベルとなるので、スイッチ23、ス
イッチ24、スイッチ29、スイッチ30が閉じ、スイ
ッチ35が開き、アナログ信号電圧が信号電圧入力端子
1からスイッチ23を介して容量25に入力され、同時
に、基準電圧が基準電圧入力端子2からスイッチ24を
介して容量26に入力される。
【0065】このとき、インバータ27の入力端と出力
端とがスイッチ29により接続されるため、インバータ
27の入力端及び出力端の電圧はインバータ27の論理
閾値電圧に保たれ、容量25にアナログ信号電圧とイン
バータ27の論理閾値電圧との差電圧分の電荷が保存さ
れ、同時に、インバータ28の入力端と出力端とがスイ
ッチ30により接続されるため、インバータ28の入力
端及び出力端の電圧はインバータ28の論理閾値電圧に
保たれ、容量26に基準電圧とインバータ28の論理閾
値電圧との差電圧分の電荷が保存される。
【0066】さらに、オフセットキャンセルのため、ス
イッチ33及びスイッチ34が閉じ、容量31及び容量
32には、トランジスタのばらつきにより生じるインバ
ータ27の論理閾値電圧とインバータ28の論理閾値電
圧との差電圧が充電される。
【0067】次に、時間t2から時間t3までの増幅期
間において、制御信号φ1が論理Lレベルとなり、制御
信号φ1Bが論理Hレベルとなるので、スイッチ23、
スイッチ24、スイッチ29、スイッチ30が開き、ス
イッチ35が閉じ、容量25及び容量26に充電された
電荷が再配分され、インバータ27及びインバータ28
の入力端にはアナログ信号電圧と基準電圧との差電圧の
2分の1ずつが与えられ増幅される。
【0068】また、時間t2から時間t4までの期間に
制御信号φ3が論理Lレベルとなるので、容量31及び
容量32は一旦切り離され、時間t4以降制御信号φ3
が論理Hレベルとなるので、インバータ27及びインバ
ータ28はオフセットキャンセルしながらラッチ動作に
入り、インバータ27及びインバータ28の出力電圧は
大きく増幅される。
【0069】そして、時間t4から時間t3までの期間
にトライステートインバータ8による増幅が行われる。
【0070】トライステートインバータ8、インバータ
17、インバータ18、スイッチ19、インバータ20
及びインバータ21の動作については、本発明の第2の
実施の形態のコンパレータの動作と同じである。
【0071】以上説明したように、本発明の第3の実施
の形態のコンパレータの構成によれば、平衡型のコンパ
レータとしたことにより、本発明の第2の実施の形態の
コンパレータと同様に、回路素子数を削減することがで
き、増幅期間におけるトライステートインバータ8の貫
通電流を低減することができ、したがって低消費電流化
及び低雑音化され、さらに同相雑音の影響を受けにくい
コンパレータを実現することができるという効果が得ら
れる。
【0072】次に、図6は、本発明の第4の実施の形態
のコンパレータの構成図であり、本発明の第4の実施の
形態のコンパレータの構成と、本発明の第2の実施の形
態のコンパレータの構成との相違部分は、インバータ1
8がトライステートインバータ37に変更され、インバ
ータ21がトライステートインバータ39に変更される
部分である。その他の構成部分は同じであるため、同一
構成部分には同一符号を付し、詳細説明を省略する。
【0073】トライステートインバータ8は、制御信号
φ2が論理Hレベルのとき通常のインバータとして動作
し、制御信号φ2が論理Lレベルのとき出力端14がハ
イインピーダンス状態となる。
【0074】スイッチ19は、制御信号φ2Bにより開
閉制御され、制御信号φ2Bが論理Hレベルのとき閉
じ、制御信号φ2Bが論理Lレベルのとき開く。
【0075】トライステートインバータ37は、制御入
力端子38に与えられる制御信号φ2Bが論理Hレベル
のとき通常のインバータとして動作し、制御信号φ2B
が論理Lレベルのとき出力端がハイインピーダンス状態
となる。
【0076】トライステートインバータ39は、制御入
力端子40に与えられる制御信号φ2が論理Hレベルの
とき通常のインバータとして動作し、制御信号φ2が論
理Lレベルのとき出力端がハイインピーダンス状態とな
る。
【0077】次に動作を説明する。制御信号φ2が論理
Lレベルとなり、制御信号φ2Bが論理Hレベルとなる
と、トライステートインバータ8は、出力端14がハイ
インピーダンス状態となり、スイッチ19が閉じるの
で、ラッチ手段としての正帰還接続されたインバータ1
7及びトライステートインバータ37からなるフリップ
フロップが保持しているデータが、次段のインバータ2
0に出力される。
【0078】また、制御信号φ2が論理Hレベルとな
り、制御信号φ2Bが論理Lレベルとなると、トライス
テートインバータ8は通常のインバータとして動作し、
トライステートインバータ8の出力電圧がインバータ1
7に与えられるが、スイッチ19は開くので、ラッチ手
段としての正帰還接続されたインバータ20及びトライ
ステートインバータ39からなるフリップフロップがデ
ータを保持して出力する。
【0079】したがって、それぞれのフリップフロップ
へのデータ書き込み時に、トライステートインバータ8
の出力電圧とトライステートインバータ37の出力電圧
が異なっているときでも、トライステートインバータ8
及びトライステートインバータ37の貫通電流を防止す
ることができ、同様に、インバータ17の出力電圧とト
ライステートインバータ39の出力電圧が異なっている
ときでも、インバータ17及びトライステートインバー
タ39の貫通電流を防止することができる。
【0080】以上説明したように、本発明の第4の実施
の形態のコンパレータの構成によれば、本発明の第2の
実施の形態のコンパレータと同様に、回路素子数を削減
することができ、本発明の第2の実施の形態のコンパレ
ータに比べ、さらに貫通電流を低減することができ、し
たがって大幅に低消費電流化及び低雑音化されたコンパ
レータを実現することができるという効果が得られる。
【0081】次に、図7は、本発明の第5の実施の形態
のアナログディジタルコンバータの構成図である。図7
に示すように、本発明の第5の実施の形態のアナログデ
ィジタルコンバータは、アナログ信号入力端子41と、
抵抗ラダー42と、エンコーダ43と、ディジタル信号
出力端子44と、コンパレータ51〜5n(nは自然
数)と、を備えている。
【0082】コンパレータ51〜5nのそれぞれには、
図1に示す本発明の第1の実施の形態のコンパレータが
適用される。
【0083】コンパレータ51〜5nのそれぞれが備え
る信号電圧入力端子1に対し、アナログ信号入力端子4
1を介して同一のアナログ信号電圧が入力される。
【0084】分圧手段としての抵抗ラダー42が、高電
位側電圧VRHと低電位側電圧VRLとを直列接続され
た抵抗群により分圧して、互いに異なるnレベルの基準
電圧を生成し、コンパレータ51〜5nのそれぞれが備
える基準電圧入力端子2に対し、対応する基準電圧を与
える。
【0085】エンコーダ43が、コンパレータ51〜5
nのそれぞれの比較結果出力を受け、比較結果に対応す
るコードに符号化して、符号化ディジタル信号をディジ
タル信号出力端子44に出力する。
【0086】以上説明したように、本発明の第5の実施
の形態のアナログディジタルコンバータの構成によれ
ば、コンパレータ51〜5nとして本発明の第1の実施
の形態のコンパレータを適用したことにより、アナログ
ディジタルコンバータ全体の回路素子数を削減すること
ができるという効果が得られる。
【0087】なお、本発明の第5の実施の形態のアナロ
グディジタルコンバータにおいて、コンパレータ51〜
5nとして本発明の第1の実施の形態のコンパレータを
適用したが、これに代えて本発明の第2、第3及び第4
の実施の形態のコンパレータのうちの何れも適用するこ
とができ、本発明の第2、第3及び第4の実施の形態の
コンパレータによる効果と同じ効果が得られる。
【0088】
【発明の効果】本発明による効果は、回路素子数が削減
され、また貫通電流が低減されることにより低消費電流
化及び低雑音化され、さらに同相雑音の影響を受けにく
いコンパレータ及びアナログディジタルコンバータを実
現することができることである。
【0089】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1及び第2の実施の形態のコンパレ
ータの構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態のコンパレータの動
作説明図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態のコンパレータの動
作説明図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態のコンパレータの構
成図である。
【図5】本発明の第3の実施の形態のコンパレータの動
作説明図である。
【図6】本発明の第4の実施の形態のコンパレータの構
成図である。
【図7】本発明の第5の実施の形態のアナログディジタ
ルコンバータの構成図である。
【図8】従来例のアナログディジタルコンバータの構成
図である。
【図9】従来例のアナログディジタルコンバータにおけ
るデータ保持回路の構成図である。
【符号の説明】
1 信号電圧入力端子 2 基準電圧入力端子 3、4、6、19、23、24、29、30、33、3
4、35 スイッチ 5、25、26、31、32、36 容量 7、10、17、18、20、21、27、28 イ
ンバータ 8、37、39 トライステートインバータ 9、38、40 制御入力端子 11、12 PチャネルMOSトランジスタ 15、16 NチャネルMOSトランジスタ 22 出力端子 41 アナログ信号入力端子 42 抵抗ラダー 43 エンコーダ 44 ディジタル信号出力端子 51〜5n、61〜6n コンパレータ 71〜7n データ保持回路 81 データ入力端子 82、85 スイッチ 83、84、86、87 インバータ 88 データ出力端子

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 信号電圧と基準電圧とを選択して出力す
    る第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段の出
    力を一端に受ける容量と、入力端が前記容量の他端に接
    続される第1のインバータと、前記第1のインバータの
    出力端と前記第1のインバータの前記入力端との間に接
    続される第2のスイッチ手段と、入力端が前記出力端に
    接続されるトライステートインバータと、入力端が前記
    トライステートインバータの出力端に接続される第1の
    ラッチ手段と、一端が前記第1のラッチ手段の出力端に
    接続される第3のスイッチ手段と、入力端が前記第3の
    スイッチ手段の他端に接続される第2のラッチ手段と、
    を備えることを特徴とするコンパレータ。
  2. 【請求項2】 信号電圧を一端に受ける第1のスイッチ
    手段と、一端が前記第1のスイッチ手段の他端に接続さ
    れる第1の容量と、入力端が前記容量の他端に接続され
    る第1のインバータと、前記第1のインバータの出力端
    と前記第1のインバータの前記入力端との間に接続され
    る第2のスイッチ手段と、入力端が前記出力端に接続さ
    れるトライステートインバータと、入力端が前記トライ
    ステートインバータの出力端に接続される第1のラッチ
    手段と、一端が前記第1のラッチ手段の出力端に接続さ
    れる第3のスイッチ手段と、入力端が前記第3のスイッ
    チ手段の他端に接続される第2のラッチ手段と、基準電
    圧を一端に受ける第4のスイッチ手段と、一端が前記第
    4のスイッチ手段の他端に接続される第2の容量と、入
    力端が前記第2の容量の他端に接続される第2のインバ
    ータと、前記第2のインバータの出力端と前記第2のイ
    ンバータの前記入力端との間に接続される第5のスイッ
    チ手段と、前記第2のインバータの前記出力端に接続さ
    れる第3の容量と、一端が前記第1のインバータの前記
    出力端に接続される第4の容量と、前記第4の容量の他
    端と前記第2のインバータの前記入力端との間に接続さ
    れる第6のスイッチ手段と、一端が前記第2のインバー
    タの前記出力端に接続される第5の容量と、前記第5の
    容量の他端と前記第1のインバータの前記入力端との間
    に接続される第7のスイッチ手段と、前記第1の容量の
    前記一端と前記第2の容量の前記一端との間に接続され
    る第8のスイッチ手段と、を備えることを特徴とするコ
    ンパレータ。
  3. 【請求項3】 信号電圧と基準電圧とを選択して出力す
    る第1のスイッチ手段と、前記第1のスイッチ手段の出
    力を一端に受ける容量と、入力端が前記容量の他端に接
    続される第1のインバータと、前記第1のインバータの
    出力端と前記第1のインバータの前記入力端との間に接
    続される第2のスイッチ手段と、入力端が前記出力端に
    接続される第1のトライステートインバータと、入力端
    が前記第1のトライステートインバータの出力端に接続
    される第2のインバータと、入力端が前記第2のインバ
    ータの出力端に接続され出力端が前記第2のインバータ
    の前記入力端に接続される第2のトライステートインバ
    ータと、一端が前記第2のインバータの前記出力端に接
    続される第3のスイッチ手段と、入力端が前記第3のス
    イッチ手段の他端に接続される第4のインバータと、入
    力端が前記第4のインバータの出力端に接続され出力端
    が前記第4のインバータの前記入力端に接続される第3
    のトライステートインバータと、を備えることを特徴と
    するコンパレータ。
  4. 【請求項4】 前記第1のスイッチ手段により前記信号
    電圧が選択され、前記第2のスイッチ手段が閉じ、前記
    トライステートインバータの前記出力端がハイインピー
    ダンス状態となり、前記第3のスイッチ手段が閉じる期
    間の後に、前記第1のスイッチ手段により前記基準電圧
    が選択され、前記第2のスイッチ手段が開き、前記トラ
    イステートインバータがインバータとして動作し、前記
    第3のスイッチ手段が開く期間を有することを特徴とす
    る請求項1記載のコンパレータ。
  5. 【請求項5】 前記第1のスイッチ手段、前記第2のス
    イッチ手段、前記第4のスイッチ手段及び前記第5のス
    イッチ手段が閉じ、前記第8のスイッチ手段が開き、前
    記トライステートインバータの前記出力端がハイインピ
    ーダンス状態となり、前記第3のスイッチ手段が閉じる
    期間の後に、前記第1のスイッチ手段、前記第2のスイ
    ッチ手段、前記第4のスイッチ手段及び前記第5のスイ
    ッチ手段が開き、前記第8のスイッチ手段が閉じ、前記
    トライステートインバータがインバータとして動作し、
    前記第3のスイッチ手段が開く期間を有することを特徴
    とする請求項2記載のコンパレータ。
  6. 【請求項6】 前記第1のスイッチ手段により前記信号
    電圧が選択され、前記第2のスイッチ手段が閉じ、前記
    第1のトライステートインバータの前記出力端及び前記
    第3のトライステートインバータの前記出力端がハイイ
    ンピーダンス状態となり、前記第2のトライステートイ
    ンバータがインバータとして動作し、前記第3のスイッ
    チ手段が閉じる期間の後に、前記第1のスイッチ手段に
    より前記基準電圧が選択され、前記第2のスイッチ手段
    が開き、前記第1のトライステートインバータ及び前記
    第3のトライステートインバータがインバータとして動
    作し、前記第2のトライステートインバータの前記出力
    端がハイインピーダンス状態となり、前記第3のスイッ
    チ手段が開く期間を有することを特徴とする請求項3記
    載のコンパレータ。
  7. 【請求項7】 同一の信号電圧を受ける複数の請求項1
    記載のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞれに
    基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータのそれ
    ぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力するエン
    コーダと、を備えることを特徴とするアナログディジタ
    ルコンバータ。
  8. 【請求項8】 同一の信号電圧を受ける複数の請求項2
    記載のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞれに
    基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータのそれ
    ぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力するエン
    コーダと、を備えることを特徴とするアナログディジタ
    ルコンバータ。
  9. 【請求項9】 同一の信号電圧を受ける複数の請求項3
    記載のコンパレータと、前記コンパレータのそれぞれに
    基準電圧を与える分圧手段と、前記コンパレータのそれ
    ぞれの出力を受け符号化ディジタル信号を出力するエン
    コーダと、を備えることを特徴とするアナログディジタ
    ルコンバータ。
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