JP2011223130A - Comparison circuit - Google Patents

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耕平 山田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a comparison circuit in which a charging time of capacitance can be shortened easily without substantially increasing current consumption and circuit scale.SOLUTION: An output from a single-phase amplifier circuit 20, to which an output from a differential amplifier circuit 10 is input, is input to a clamp circuit 41 using a source follower consisting of an N channel MOS transistor MN5, and the charging time of the capacitance Cp can be shortened narrowing a necessary charging voltage width without providing a new constant voltage source, by limiting an input of the single-phase amplifier circuit 20 using the clamp circuit 41. Furthermore, since the input of the single-phase amplifier circuit 20 is limited depending on the output from the single-phase amplifier circuit 20, variation in a threshold voltage of the single-phase amplifier circuit 20 and influence of power supply voltage are negligible.

Description

本発明は、入力の変化に対する応答時間を短縮することのできる比較回路に関する。   The present invention relates to a comparison circuit capable of shortening a response time to an input change.

図7に従来の比較回路の構成を示す。この比較回路は、差動増幅回路10,単相増幅回路20および波形整形回路30を有している。差動増幅回路10はバイアス電流Ib1を供給する定電流源11、差動対を構成するPチャネルMOSトランジスタMP1,MP2、およびカレントミラー回路を構成するNチャネルMOSトランジスタMN1,MN2を有し、PチャネルMOSトランジスタMP1,MP2のゲートにそれぞれ入力される入力電圧Vinp,Vinmの差に応じた電流を、PチャネルMOSトランジスタMP2とNチャネルMOSトランジスタMN2の接続点である差動増幅回路10の出力端子から出力する。   FIG. 7 shows a configuration of a conventional comparison circuit. This comparison circuit includes a differential amplifier circuit 10, a single-phase amplifier circuit 20, and a waveform shaping circuit 30. The differential amplifier circuit 10 includes a constant current source 11 for supplying a bias current Ib1, P channel MOS transistors MP1 and MP2 constituting a differential pair, and N channel MOS transistors MN1 and MN2 constituting a current mirror circuit. An output terminal of the differential amplifier circuit 10, which is a connection point between the P-channel MOS transistor MP2 and the N-channel MOS transistor MN2, supplies a current corresponding to the difference between the input voltages Vinp and Vinm input to the gates of the channel MOS transistors MP1 and MP2 respectively. Output from.

単相増幅回路20はバイアス電流Ib2を供給する定電流源21とNチャネルMOSトランジスタMN3が直列に接続された直列回路からなり、NチャネルMOSトランジスタMN3のゲート端子をその入力端子とし、定電流源21とNチャネルMOSトランジスタMN3の接続点を出力端子としている。単相増幅回路20の入力端子は、差動増幅回路10の出力端子に接続されている。単相増幅回路20は差動増幅回路10の出力電圧Vo1を増幅した信号Vo2を生成して、次段の波形整形回路30に入力するものである。波形整形回路30は、直列に接続されたPチャネルMOSトランジスタMP3とNチャネルMOSトランジスタMN4からなり、単相増幅回路20の出力信号Vo2をさらに増幅して2値信号Vo3に整形するものである。そして、この比較回路には高電位側電位VDD、低電位側電位0V(接地電位)の電源が供給されている。   The single-phase amplifier circuit 20 is composed of a series circuit in which a constant current source 21 for supplying a bias current Ib2 and an N-channel MOS transistor MN3 are connected in series, and the gate terminal of the N-channel MOS transistor MN3 is used as its input terminal. A connection point between the node 21 and the N-channel MOS transistor MN3 is used as an output terminal. The input terminal of the single phase amplifier circuit 20 is connected to the output terminal of the differential amplifier circuit 10. The single-phase amplifier circuit 20 generates a signal Vo2 obtained by amplifying the output voltage Vo1 of the differential amplifier circuit 10 and inputs the signal Vo2 to the waveform shaping circuit 30 at the next stage. The waveform shaping circuit 30 includes a P-channel MOS transistor MP3 and an N-channel MOS transistor MN4 connected in series. The waveform shaping circuit 30 further amplifies the output signal Vo2 of the single-phase amplifier circuit 20 and shapes it into a binary signal Vo3. The comparison circuit is supplied with power of a high potential side potential VDD and a low potential side potential 0 V (ground potential).

なお、容量Cpは差動増幅回路10の出力と単相増幅回路20の入力を結ぶラインに付随する全ての容量(NチャネルMOSトランジスタMN3のゲート容量やその他の寄生容量など)をまとめたものである。   Note that the capacitor Cp is a sum of all the capacitors (such as the gate capacitance of the N-channel MOS transistor MN3 and other parasitic capacitances) associated with the line connecting the output of the differential amplifier circuit 10 and the input of the single-phase amplifier circuit 20. is there.

本比較回路における、2つの入力信号の関係がVinp<<VinmからVinp>Vinmに変化するときの過渡応答動作を図8に示す。Vinp<<Vinmの初期状態では、差動増幅回路10の出力電圧Vo1は下限の0V(接地電位)となっている。差動増幅回路10のトランスコンダクタンスをgmとすると、Vinp>Vinmに変化する時刻taから、差動増幅回路10の出力端子より(Vinp−Vinm)・gmの電流が出力され、この電流が容量Cpを充電していく。容量Cpの充電電圧が差動増幅回路10の出力電圧Vo1であり、この出力電圧Vo1は容量Cpの充電の進行に伴い上昇していく。そして、電圧Vo1が時刻tbでNチャネルMOSトランジスタMN3の閾値電圧Vth1を超えて単相増幅回路20の動作領域に入ると、単相増幅回路20の出力信号Vo2が低下を開始する。時刻tcで単相増幅回路20の出力信号Vo2が波形整形回路30の閾値電圧Vth2以下になると、比較回路の出力である波形整形回路30の出力Vo3がL(Low)レベルからH(High)レベルに反転する。   FIG. 8 shows a transient response operation when the relationship between the two input signals in the comparison circuit changes from Vinp << Vinm to Vinp> Vinm. In the initial state of Vinp << Vinm, the output voltage Vo1 of the differential amplifier circuit 10 is the lower limit of 0 V (ground potential). Assuming that the transconductance of the differential amplifier circuit 10 is gm, a current of (Vinp−Vinm) · gm is output from the output terminal of the differential amplifier circuit 10 from the time ta when Vinp> Vinm is changed. Charge the battery. The charging voltage of the capacitor Cp is the output voltage Vo1 of the differential amplifier circuit 10, and this output voltage Vo1 increases as the charging of the capacitor Cp proceeds. When voltage Vo1 exceeds threshold voltage Vth1 of N-channel MOS transistor MN3 at time tb and enters the operation region of single-phase amplifier circuit 20, output signal Vo2 of single-phase amplifier circuit 20 starts to decrease. When the output signal Vo2 of the single-phase amplifier circuit 20 becomes equal to or lower than the threshold voltage Vth2 of the waveform shaping circuit 30 at time tc, the output Vo3 of the waveform shaping circuit 30 that is the output of the comparison circuit changes from L (Low) level to H (High) level. Invert.

ここで、Vinp>Vinmに変化してから比較回路の出力Vo3がHレベルに変化
するまで、容量Cpの充電時間を主要因とする遅れ(tc−ta)が生じてしまうという問題点がある。
Here, there is a problem that a delay (tc−ta) mainly due to the charging time of the capacitor Cp occurs until the output Vo3 of the comparison circuit changes to the H level after changing from Vinp> Vinm.

この問題点に対し、差動増幅回路の差動対に流れる電流の比により比較回路のバイアス電流を切り替えるようにし、入力電圧に変化があったときにバイアス電流を増加させる増幅器が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。差動増幅回路のバイアス電流を大きくすれば、容量Cpの充電時間を短くすることができる。   To solve this problem, an amplifier has been proposed in which the bias current of the comparison circuit is switched depending on the ratio of the current flowing through the differential pair of the differential amplifier circuit, and the bias current is increased when the input voltage changes. (For example, refer to Patent Document 1). If the bias current of the differential amplifier circuit is increased, the charging time of the capacitor Cp can be shortened.

また、差動増幅回路の出力端子にクランプ回路を接続して、図7の電圧Vo1に相当する電圧の変化範囲を制限するコンパレータ回路が提案されている(例えば、特許文献2参照。)。電圧Vo1に相当する電圧の変化範囲が制限されていれば、比較回路の出力を反転されるまでに必要な容量Cpの充放電電圧の値が小さくなり、容量Cpの充電時間を短くすることができる。特許文献2で開示されているクランプ回路についてさらに説明する。図9に、特許文献2で開示されているクランプ回路の実施例を示す。図9において、差動増幅回路10の出力電圧Vo1のラインにはダイオードD1,D2からなるクランプ回路が接続されている。ダイオードD1のアノードは出力電圧Vo1に接続され、カソードは定電圧V1に接続されている。また、ダイオードD2のアノードは定電圧V2に接続され、カソードは出力電圧Vo1に接続されている。ダイオードD1,D2の順方向電圧を無視すれば、この構成により出力電圧Vo1の変化範囲はV2〜V1に制限される。   In addition, a comparator circuit has been proposed in which a clamp circuit is connected to the output terminal of the differential amplifier circuit to limit the voltage change range corresponding to the voltage Vo1 in FIG. 7 (see, for example, Patent Document 2). If the voltage change range corresponding to the voltage Vo1 is limited, the value of the charge / discharge voltage of the capacitor Cp required until the output of the comparison circuit is inverted can be reduced, and the charging time of the capacitor Cp can be shortened. it can. The clamp circuit disclosed in Patent Document 2 will be further described. FIG. 9 shows an embodiment of the clamp circuit disclosed in Patent Document 2. In FIG. 9, a clamp circuit composed of diodes D <b> 1 and D <b> 2 is connected to the line of the output voltage Vo <b> 1 of the differential amplifier circuit 10. The anode of the diode D1 is connected to the output voltage Vo1, and the cathode is connected to the constant voltage V1. The anode of the diode D2 is connected to the constant voltage V2, and the cathode is connected to the output voltage Vo1. If the forward voltages of the diodes D1 and D2 are ignored, the change range of the output voltage Vo1 is limited to V2 to V1 by this configuration.

図10に、特許文献2で開示されているクランプ回路の別の実施例を示す。図10において、差動増幅回路10の出力電圧Vo1のラインにはPNPトランジスタTr1からなるクランプ回路が接続されている。PNPトランジスタTr1のベースには定電圧Vrが印加されていて、PNPトランジスタTr1のベース・エミッタ電圧を無視すれば、これにより出力電圧Vo1の最大電圧はVrに制限される。   FIG. 10 shows another embodiment of the clamp circuit disclosed in Patent Document 2. In FIG. 10, a clamp circuit comprising a PNP transistor Tr1 is connected to the line of the output voltage Vo1 of the differential amplifier circuit 10. A constant voltage Vr is applied to the base of the PNP transistor Tr1, and if the base-emitter voltage of the PNP transistor Tr1 is ignored, the maximum voltage of the output voltage Vo1 is thereby limited to Vr.

特開2006−174035号公報JP 2006-174035 A 特開昭61−16612号公報(第2,4図)JP 61-16612 (Figs. 2 and 4)

特許文献1の増幅器はバイアス電流を増加させて容量Cpの充放電時間を短くするものであるが、波形整形回路30の出力Vo3を反転させるのに必要な充電電圧が高いと、高速化のためにはバイアス電流の増加量を大きくする必要があり、消費電流が増えてしまうという課題がある。また、入力信号が切り換わるときだけバイアス電流を増加させるようにすると、それなりの回路規模を必要とするという課題がある。   The amplifier of Patent Document 1 increases the bias current to shorten the charge / discharge time of the capacitor Cp. However, if the charge voltage required to invert the output Vo3 of the waveform shaping circuit 30 is high, the speed is increased. However, it is necessary to increase the increase amount of the bias current, and there is a problem that the current consumption increases. Further, if the bias current is increased only when the input signal is switched, there is a problem that an appropriate circuit scale is required.

特許文献2のコンパレータは、容量Cpの充放電初期値を0でないものにして必要な充放電電圧幅を狭めて容量Cpの充電時間を短くするものであるが、定電圧V1,V2やVrを生成する回路を設ける必要があり、そのための回路規模の拡大および消費電流の増大という問題が生じる。また、次段の単相増幅回路20の閾値電圧のばらつきや電源電圧の影響を考慮すると、定電圧V1,V2,Vrと単相増幅回路20の閾値電圧との差をある程度大きくしておく必要がある。   The comparator of Patent Document 2 is to reduce the charge / discharge voltage width by shortening the charge / discharge voltage width by setting the initial charge / discharge value of the capacitor Cp to a non-zero value. However, the constant voltage V1, V2, or Vr is reduced. It is necessary to provide a circuit to be generated, which causes a problem of an increase in circuit scale and an increase in current consumption. Further, in consideration of the variation in threshold voltage of the next-stage single-phase amplifier circuit 20 and the influence of the power supply voltage, the difference between the constant voltages V1, V2, and Vr and the threshold voltage of the single-phase amplifier circuit 20 needs to be increased to some extent. There is.

そこで本発明は、上記の課題を解決し、消費電流および回路規模をほとんど増大させることなく、容易に容量Cpの充電時間を短くすることの出来る比較回路を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and to provide a comparison circuit that can easily shorten the charging time of the capacitor Cp without substantially increasing the current consumption and the circuit scale.

そこで、上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、第1の入力電圧と第2の入力電圧の差に応じた出力電流を出力端子から出力する差動増幅回路と、入力端子が前記差動増幅回路の前記出力端子に接続される単相増幅回路と、該単相増幅回路の出力を入力として該単相増幅回路の入力電圧を制限するクランプ回路と、を有し、前記クランプ回路は、前記単相増幅回路の出力が第1の所定電圧を超えて上昇すると電流を出力する電流ソース素子と、前記単相増幅回路の出力が第2の所定電圧を超えて減少すると電流を引き抜く電流シンク素子の少なくとも一方を有する比較回路であることを特徴とする。   Therefore, in order to solve the above problem, the invention according to claim 1 includes a differential amplifier circuit that outputs an output current corresponding to a difference between the first input voltage and the second input voltage from the output terminal, and the input terminal. A single-phase amplifier circuit connected to the output terminal of the differential amplifier circuit, and a clamp circuit that limits the input voltage of the single-phase amplifier circuit using the output of the single-phase amplifier circuit as an input, The clamp circuit includes a current source element that outputs a current when the output of the single-phase amplifier circuit exceeds a first predetermined voltage, and a current when the output of the single-phase amplifier circuit decreases beyond a second predetermined voltage. And a comparison circuit having at least one of current sink elements for pulling out current.

請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、前記電流ソース素子は前記単相増幅回路の出力を入力とするNチャネルMOSトランジスタによるソースフォロワ回路もしくはNPNトランジスタによるエミッタフォロワ回路であり、前記電流シンク素子は前記単相増幅回路の出力を入力とするPチャネルMOSトランジスタによるソースフォロワ回路もしくはPNPトランジスタによるエミッタフォロワ回路であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the invention according to claim 1, wherein the current source element is a source follower circuit by an N-channel MOS transistor or an emitter follower circuit by an NPN transistor, which receives the output of the single-phase amplifier circuit. The current sink element is a source follower circuit using a P-channel MOS transistor or an emitter follower circuit using a PNP transistor that receives the output of the single-phase amplifier circuit.

請求項3に係る発明は、請求項1または2に係る発明において、前記単相増幅回路の出力を入力とする波形整形回路を有し、該波形整形回路は前記第1の所定電圧より低く、前記第2の所定電圧より高い第3の所定電圧を閾値電圧とすることを特徴とする。   The invention according to claim 3 is the invention according to claim 1 or 2, further comprising a waveform shaping circuit that receives the output of the single-phase amplifier circuit, the waveform shaping circuit being lower than the first predetermined voltage, A third predetermined voltage higher than the second predetermined voltage is set as a threshold voltage.

本発明の比較回路によれば、差動増幅回路の出力が入力される単相増幅回路の出力をソースフォロワやエミッタフォロワなどによるクランプ回路に入力し、当該クランプ回路により単相増幅回路の入力を制限することにより、新たに定電圧源を設けることなく必要な充電電圧幅を狭めて容量Cpの充電時間を短くすることができる。また、単相増幅回路の出力に応じて単相増幅回路の入力を制限するので、単相増幅回路の閾値電圧のばらつきや電源電圧の影響が問題にならない。   According to the comparison circuit of the present invention, the output of the single phase amplifier circuit to which the output of the differential amplifier circuit is input is input to a clamp circuit such as a source follower or an emitter follower, and the input of the single phase amplifier circuit is input by the clamp circuit. By limiting, the required charging voltage width can be narrowed and the charging time of the capacitor Cp can be shortened without newly providing a constant voltage source. In addition, since the input of the single-phase amplifier circuit is limited according to the output of the single-phase amplifier circuit, variations in the threshold voltage of the single-phase amplifier circuit and the influence of the power supply voltage are not a problem.

本発明の基本構成を示す図である。It is a figure which shows the basic composition of this invention. 本発明に係る比較回路の第1の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 1st Example of the comparison circuit which concerns on this invention. 本発明に係る比較回路の第1の実施例に関し、入力電圧Vinmを固定し、入力電圧Vinpを時刻t1でHレベルからLレベルに変化させたときの応答を示すタイムチャートを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a time chart showing a response when the input voltage Vinm is fixed and the input voltage Vinp is changed from the H level to the L level at time t1 in the first embodiment of the comparison circuit according to the present invention. 本発明に係る比較回路の第1の実施例に関し、入力電圧Vinmを固定し、入力電圧Vinpを時刻t4でLレベルからHレベルに変化させたときの応答を示すタイムチャートを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a time chart showing a response when the input voltage Vinm is fixed and the input voltage Vinp is changed from the L level to the H level at time t4 in the first embodiment of the comparison circuit according to the present invention. 本発明に係る比較回路の第2の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd Example of the comparison circuit which concerns on this invention. 本発明に係る比較回路の第3の実施例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd Example of the comparison circuit which concerns on this invention. 従来の比較回路の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the conventional comparison circuit. 従来の比較回路に対する2つの入力信号の関係が、Vinp<<VinmからVinp>Vinmに変化するときの過渡応答動作を示す図である。It is a figure which shows the transient response operation when the relationship of the two input signals with respect to the conventional comparison circuit changes from Vinp << Vinm to Vinp> Vinm. 特許文献2で開示されているクランプ回路の実施例を示す図である。It is a figure which shows the Example of the clamp circuit currently disclosed by patent document 2. FIG. 特許文献2で開示されているクランプ回路の別の実施例を示す図である。It is a figure which shows another Example of the clamp circuit currently disclosed by patent document 2. FIG.

図1に本発明の基本構成を示す。差動増幅回路10,単相増幅回路20および波形整形回路30が直列に接続されている点は図7の従来回路と同じであるが、単相増幅回路20の出力Vo2を入力とし、出力が単相増幅回路20の入力Vo1に接続されるクランプ回路40を設けた点が異なっている。クランプ回路を設けた点は特許文献2のコンパレータに類似しているが、特許文献2のクランプ回路で必要だった定電圧V1,V2やVr及びこれらを生成する回路が不要で、これにより上記の発明の効果を奏することができる。   FIG. 1 shows the basic configuration of the present invention. The differential amplifier circuit 10, the single phase amplifier circuit 20, and the waveform shaping circuit 30 are connected in series as in the conventional circuit of FIG. 7, but the output Vo2 of the single phase amplifier circuit 20 is input and the output is The difference is that a clamp circuit 40 connected to the input Vo1 of the single-phase amplifier circuit 20 is provided. The point that the clamp circuit is provided is similar to the comparator of Patent Document 2, but the constant voltages V1, V2, and Vr required for the clamp circuit of Patent Document 2 and the circuit for generating them are not necessary. The effects of the invention can be achieved.

以下、図面を用いて本発明の実施例について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図2に本発明に係る比較回路の第1の実施例を示す。図7と共通する部位には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。図2のクランプ回路41は、NチャネルMOSトランジスタMN5によるソースフォロワ回路により図1のクランプ回路40を構成したものである。NチャネルMOSトランジスタMN5のゲート端子がクランプ回路41の入力端子であり、ここには単相増幅回路20の出力信号Vo2が入力されている。また、クランプ回路41の出力端子であるNチャネルMOSトランジスタMN5のソース端子は、単相増幅回路20の入力端子に接続されている。この構成により、信号Vo1の電圧が((信号Vo2の電圧)−(NチャネルMOSトランジスタMN5のゲート・ソース電圧))以下にはならないようにすることができる。   FIG. 2 shows a first embodiment of a comparison circuit according to the present invention. The parts common to those in FIG. The clamp circuit 41 of FIG. 2 is configured by configuring the clamp circuit 40 of FIG. 1 with a source follower circuit including an N-channel MOS transistor MN5. The gate terminal of the N-channel MOS transistor MN5 is the input terminal of the clamp circuit 41, and the output signal Vo2 of the single-phase amplifier circuit 20 is input here. The source terminal of the N-channel MOS transistor MN5, which is the output terminal of the clamp circuit 41, is connected to the input terminal of the single-phase amplifier circuit 20. With this configuration, it is possible to prevent the voltage of the signal Vo1 from becoming lower than ((voltage of the signal Vo2) − (gate / source voltage of the N-channel MOS transistor MN5)).

本実施例のクランプ回路の動作について、図3,4により説明する。図3は、入力電圧Vinmを固定し、入力電圧Vinpを時刻t1でH(High)レベルからL(Low)レベルに変化させたときの応答を示すタイムチャートである。時刻t1以前ではVinp>Vinmという状態が続いていたので、信号Vo1,Vol3はHレベル、信号Vo2はLレベルとなっている。時刻t1以降はVinp>Vinmとなるので、差動増幅回路10により(Vinp−Vinm)・gmの電流が容量Cpから引き抜かれ、これにより信号Vo1が低下していく。時刻t2で信号Vo1がNチャネルMOSトランジスタMN3の閾値電圧Vth1近傍に達してNチャネルMOSトランジスタMN3に流れる電流がバイアス電流Ib2より小さくなると、信号Vo2が増加を開始する。信号Vo2が、信号Vo1とNチャネルMOSトランジスタMN5の閾値電圧の和の電圧を超えて上昇すると、すなわちNチャネルMOSトランジスタMN5のゲート・ソース電圧が当該トランジスタの閾値電圧を超えると、NチャネルMOSトランジスタMN5からなるソースフォロワ回路が電流ソース素子として機能して容量Cpに電流が流れ込み、信号Vo1の低下が抑えられる。最終的な信号Vo1の大きさはNチャネルMOSトランジスタMN3がバイアス電流Ib2を流すのに必要なゲート・ソース電圧となり、最終的な信号電圧Vo2の大きさはこの信号Vo1にNチャネルMOSトランジスタMN5が(Vinp−Vinm)・gmの電流を流す(差動増幅回路10により引き抜かれる電流と等しい電流を容量Cpに供給して、信号Vo1が安定する状態となる。なお、その電流値の最大値はバイアス電流Ib1である。)のに必要なゲート・ソース電圧を加算した電圧となる。また、信号Vo2が増加して時刻t3に波形整形回路30の閾値電圧Vth2に達すると、波形整形回路の出力信号Vo3がHからLに反転する。   The operation of the clamp circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a time chart showing a response when the input voltage Vinm is fixed and the input voltage Vinp is changed from the H (High) level to the L (Low) level at time t1. Prior to time t1, Vinp> Vinm continued, so that the signals Vo1 and Vol3 are at the H level and the signal Vo2 is at the L level. Since Vinp> Vinm after time t1, the current of (Vinp−Vinm) · gm is drawn from the capacitor Cp by the differential amplifier circuit 10, and thereby the signal Vo1 decreases. When the signal Vo1 reaches the vicinity of the threshold voltage Vth1 of the N-channel MOS transistor MN3 at time t2 and the current flowing through the N-channel MOS transistor MN3 becomes smaller than the bias current Ib2, the signal Vo2 starts increasing. When the signal Vo2 rises above the sum of the signal Vo1 and the threshold voltage of the N-channel MOS transistor MN5, that is, when the gate-source voltage of the N-channel MOS transistor MN5 exceeds the threshold voltage of the transistor, the N-channel MOS transistor The source follower circuit composed of MN5 functions as a current source element, current flows into the capacitor Cp, and a decrease in the signal Vo1 is suppressed. The final magnitude of the signal Vo1 is a gate-source voltage necessary for the N-channel MOS transistor MN3 to pass the bias current Ib2. The final magnitude of the signal voltage Vo2 depends on the signal Vo1 and the N-channel MOS transistor MN5. A current equal to (Vinp−Vinm) · gm is supplied (current equal to the current drawn by the differential amplifier circuit 10 is supplied to the capacitor Cp, and the signal Vo1 becomes stable. The maximum value of the current value is This is a voltage obtained by adding a gate-source voltage necessary for the bias current Ib1. When the signal Vo2 increases and reaches the threshold voltage Vth2 of the waveform shaping circuit 30 at time t3, the output signal Vo3 of the waveform shaping circuit is inverted from H to L.

図4は、入力電圧Vinmを固定し、入力電圧Vinpを時刻t4でLレベルからHレベルに変化させたときの応答を示すタイムチャートである。時刻t4以前は、図3の時刻t3以降と同じ状態である。Vinp>Vinmに変化する時刻t4から、差動増幅回路10の出力端子より(Vinp−Vinm)・gmの電流が出力され、この電流が容量Cpを充電し、これに伴い信号Vo1が上昇していく。信号Vo1の初期値は、上述のようにNチャネルMOSトランジスタMN3がバイアス電流Ib2を流すのに必要なゲート・ソース電圧であり、これは既にNチャネルMOSトランジスタMN3の閾値電圧Vth1を超えているので、信号Vo2は時刻t4から直ちに減少を開始し、時刻t5で波形整形回路30の閾値電圧Vth2以下になると、比較回路の出力である波形整形回路30の出力Vo3がLレベルからHレベルに反転する。この動作を図8のものと比較すると、容量CpをNチャネルMOSトランジスタMN3の閾値電圧Vth1まで充電する時間(tb−ta)が不要であり、さらに信号Vo2の初期値が図8のものより波形整形回路30の閾値電圧Vth2に近いものとなっているので、比較回路の応答時間を大幅に短縮することができる。また、従来の比較回路に追加したものが、NチャネルMOSトランジスタMN5からなるソースフォロワ回路だけであり、定電圧源も不要で、回路規模および消費電流の増加を抑制することができる。   FIG. 4 is a time chart showing a response when the input voltage Vinm is fixed and the input voltage Vinp is changed from the L level to the H level at time t4. Before time t4, the state is the same as after time t3 in FIG. From time t4 when Vinp> Vinm changes, a current of (Vinp−Vinm) · gm is output from the output terminal of the differential amplifier circuit 10, and this current charges the capacitor Cp, and the signal Vo1 rises accordingly. Go. The initial value of the signal Vo1 is a gate-source voltage necessary for the N-channel MOS transistor MN3 to pass the bias current Ib2 as described above, and this already exceeds the threshold voltage Vth1 of the N-channel MOS transistor MN3. The signal Vo2 starts to decrease immediately from time t4. When the signal Vo2 falls below the threshold voltage Vth2 of the waveform shaping circuit 30 at time t5, the output Vo3 of the waveform shaping circuit 30 that is the output of the comparison circuit is inverted from L level to H level. . Comparing this operation with that of FIG. 8, it is not necessary to charge the capacitor Cp to the threshold voltage Vth1 of the N-channel MOS transistor MN3 (tb-ta), and the initial value of the signal Vo2 is more waveform than that of FIG. Since it is close to the threshold voltage Vth2 of the shaping circuit 30, the response time of the comparison circuit can be greatly shortened. Further, only a source follower circuit composed of an N-channel MOS transistor MN5 is added to the conventional comparison circuit, a constant voltage source is unnecessary, and an increase in circuit scale and current consumption can be suppressed.

実施例1はVinp>Vinmのときの信号Vo1の下限および信号Vo2の上限を制限するものであるが、図5に示す実施例2は、さらにVinp<Vinmのときの信号Vo1の上限および信号Vo2の下限も制限するものである。図5に示す実施例2については、図2の実施例1と共通する部位には同じ符号を付して、詳細な説明は省略する。   The first embodiment limits the lower limit of the signal Vo1 and the upper limit of the signal Vo2 when Vinp> Vinm, but the second embodiment shown in FIG. 5 further limits the upper limit of the signal Vo1 and the signal Vo2 when Vinp <Vinm. The lower limit is also limited. In the second embodiment shown in FIG. 5, the same reference numerals are given to the portions common to the first embodiment in FIG. 2, and detailed description thereof is omitted.

図5に示す実施例2は、図2に示す実施例1に対しPチャネルMOSトランジスタMP4からなるソースフォロワ回路を追加し、このソースフォロワ回路とNチャネルMOSトランジスタMN5からなるソースフォロワ回路とで図1のクランプ回路40に相当するクランプ回路42を構成したものである。NチャネルMOSトランジスタMN5とPチャネルMOSトランジスタMP4のゲート端子がクランプ回路42の入力端子であり、ここに単相増幅回路20の出力信号Vo2が入力されている。また、クランプ回路42の出力端子であるNチャネルMOSトランジスタMN5とPチャネルMOSトランジスタMP4のソース端子は、単相増幅回路20の入力端子に接続されている。この構成により、信号Vo1の電圧が((信号Vo2の電圧)+(PチャネルMOSトランジスタMP4のゲート・ソース電圧))以上、もしくは((信号Vo2の電圧)−(NチャネルMOSトランジスタMN5のゲート・ソース電圧))以下、にはならないようにすることができる。   In the second embodiment shown in FIG. 5, a source follower circuit made up of a P-channel MOS transistor MP4 is added to the first embodiment shown in FIG. 2, and this source follower circuit and a source follower circuit made up of an N-channel MOS transistor MN5 are shown. The clamp circuit 42 corresponding to one clamp circuit 40 is configured. The gate terminals of the N-channel MOS transistor MN5 and the P-channel MOS transistor MP4 are input terminals of the clamp circuit 42, and the output signal Vo2 of the single-phase amplifier circuit 20 is input thereto. The source terminals of the N-channel MOS transistor MN5 and the P-channel MOS transistor MP4, which are output terminals of the clamp circuit 42, are connected to the input terminal of the single-phase amplifier circuit 20. With this configuration, the voltage of the signal Vo1 is ((the voltage of the signal Vo2) + (the gate-source voltage of the P-channel MOS transistor MP4)) or more, or ((the voltage of the signal Vo2) − (the gate / source voltage of the N-channel MOS transistor MN5). Source voltage)) or less can be avoided.

PチャネルMOSトランジスタMP4からなるソースフォロワ回路が信号Vo1の上限および信号Vo2の下限を制限する動作は、実施例1で説明したNチャネルMOSトランジスタMN5によるソースフォロワ回路が信号Vo1の下限および信号Vo2の上限を制限する動作と同じであるので、詳細な説明は省略する。信号Vo1の上昇により、信号Vo2が信号Vo1からPチャネルMOSトランジスタMP4の閾値電圧を差し引いた電圧を超えて減少すると、すなわちPチャネルMOSトランジスタMP4のゲート・ソース電圧が当該トランジスタの閾値電圧を超えると、PチャネルMOSトランジスタMP4からなるソースフォロワ回路が電流シンク素子として機能して容量Cpから電荷を引き抜き、信号Vo1の上昇が抑えられる。Vinp<Vinmで信号Vo1の上限および信号Vo2の下限が制限されたときの最終的な信号Vo1の大きさはNチャネルMOSトランジスタMN3がバイアス電流Ib2を流すのに必要なゲート・ソース電圧となり、信号電圧Vo2の大きさはこの信号Vo1からPチャネルMOSトランジスタMP4が(Vinm−Vinp)・gmの電流を流す(差動増幅回路10から供給される電流と等しい電流を容量Cpから引き抜いて、信号Vo1が安定する状態となる。)のに必要なゲート・ソース電圧を差し引いた電圧となる。   The operation of the source follower circuit composed of the P-channel MOS transistor MP4 limiting the upper limit of the signal Vo1 and the lower limit of the signal Vo2 is the same as the operation of the source follower circuit using the N-channel MOS transistor MN5 described in the first embodiment of the signal Vo1 and the signal Vo2 Since the operation is the same as that for limiting the upper limit, detailed description thereof is omitted. When the signal Vo1 decreases by exceeding the voltage obtained by subtracting the threshold voltage of the P-channel MOS transistor MP4 from the signal Vo1, that is, when the gate-source voltage of the P-channel MOS transistor MP4 exceeds the threshold voltage of the transistor due to the rise of the signal Vo1. The source follower circuit composed of the P-channel MOS transistor MP4 functions as a current sink element, draws charges from the capacitor Cp, and suppresses an increase in the signal Vo1. When Vinp <Vinm and the upper limit of the signal Vo1 and the lower limit of the signal Vo2 are limited, the magnitude of the final signal Vo1 becomes a gate-source voltage necessary for the N-channel MOS transistor MN3 to pass the bias current Ib2, and the signal The magnitude of the voltage Vo2 is that the P-channel MOS transistor MP4 passes a current of (Vinm−Vinp) · gm from this signal Vo1 (a current equal to the current supplied from the differential amplifier circuit 10 is extracted from the capacitor Cp, and the signal Vo1 Is a voltage obtained by subtracting the gate-source voltage necessary for the above.

上記より、NチャネルMOSトランジスタMN5とPチャネルMOSトランジスタMP4を両方接続した場合、信号Vo1の大きさはNチャネルMOSトランジスタMN3がバイアス電流Ib2を流すのに必要なゲート・ソース電圧近傍となり、信号Vo2の大きさは、ほぼ((信号Vo1+NチャネルMOSトランジスタMN5の閾値電圧)〜(信号Vo1−PチャネルMOSトランジスタMP4の閾値電圧)の範囲となる。波形整形回路30の閾値電圧Vth2はこの範囲内にあるようにする。また、クランプ回路42をPチャネルMOSトランジスタMP4によるソースフォロワ回路のみで構成するようにしてもよい。   From the above, when both the N-channel MOS transistor MN5 and the P-channel MOS transistor MP4 are connected, the magnitude of the signal Vo1 is in the vicinity of the gate-source voltage necessary for the N-channel MOS transistor MN3 to pass the bias current Ib2, and the signal Vo2 Is substantially in the range of ((signal Vo1 + threshold voltage of the N-channel MOS transistor MN5) to (threshold voltage of the signal Vo1-P-channel MOS transistor MP4). The threshold voltage Vth2 of the waveform shaping circuit 30 falls within this range. In addition, the clamp circuit 42 may be configured only by a source follower circuit using a P-channel MOS transistor MP4.

図6に示す第3の実施例は、図5の差動増幅回路10と単相増幅回路20におけるPチャネルMOSトランジスタとNチャネルMOSトランジスタの役割を入れ替えて差動増幅回路10aと単相増幅回路20aを構成したものである。すなわち、差動増幅回路10のPチャネルMOSトランジスタMP1,MP2、NチャネルMOSトランジスタMN1,MN2および定電流源11を、それぞれNチャネルMOSトランジスタMN6,MN7、PチャネルMOSトランジスタMP5,MP6および定電流源11aに置き換えて差動増幅回路10aを構成している。また、単相増幅回路20のNチャネルMOSトランジスタMN3および定電流源21を、それぞれPチャネルMOSトランジスタMP7および定電流源21aで置き換えて単相増幅回路20aを構成している。本実施例の動作は実施例2のものと同様であるので、説明は省略する。   In the third embodiment shown in FIG. 6, the roles of the P channel MOS transistor and the N channel MOS transistor in the differential amplifier circuit 10 and the single phase amplifier circuit 20 shown in FIG. 20a is constituted. That is, the P channel MOS transistors MP1 and MP2, the N channel MOS transistors MN1 and MN2 and the constant current source 11 of the differential amplifier circuit 10 are replaced with the N channel MOS transistors MN6 and MN7, the P channel MOS transistors MP5 and MP6 and the constant current source, respectively. The differential amplifier circuit 10a is configured by replacing with 11a. Further, the single-phase amplifier circuit 20a is configured by replacing the N-channel MOS transistor MN3 and the constant current source 21 of the single-phase amplifier circuit 20 with the P-channel MOS transistor MP7 and the constant current source 21a, respectively. Since the operation of the present embodiment is the same as that of the second embodiment, description thereof is omitted.

また、上述の実施例において、NチャネルMOSトランジスタMN5によるソースフォロワ回路はNPNトランジスタ回路によるエミッタフォロワ回路に置き換えてもよい。また、PチャネルMOSトランジスタMP4によるソースフォロワ回路はPNPトランジスタ回路によるエミッタフォロワ回路に置き換えてもよい。   In the above-described embodiment, the source follower circuit using the N-channel MOS transistor MN5 may be replaced with an emitter follower circuit using an NPN transistor circuit. Further, the source follower circuit using the P-channel MOS transistor MP4 may be replaced with an emitter follower circuit using a PNP transistor circuit.

10,10a 差動増幅回路
11,11a,21,21a 定電流源
20,20a 単相増幅回路
30 波形整形回路
40,41,42 クランプ回路
Cp 容量
MN1〜MN7 NチャネルMOSトランジスタ
MP1〜MP7 PチャネルMOSトランジスタ
10, 10a Differential amplifier circuit 11, 11a, 21, 21a Constant current source 20, 20a Single phase amplifier circuit 30 Waveform shaping circuit 40, 41, 42 Clamp circuit Cp Capacitance MN1-MN7 N-channel MOS transistor MP1-MP7 P-channel MOS Transistor

Claims (3)

第1の入力電圧と第2の入力電圧の差に応じた出力電流を出力端子から出力する差動増幅回路と、
入力端子が前記差動増幅回路の前記出力端子に接続される単相増幅回路と、
該単相増幅回路の出力を入力として該単相増幅回路の入力電圧を制限するクランプ回路と、を有し、
前記クランプ回路は、前記単相増幅回路の出力が第1の所定電圧を超えて上昇すると電流を出力する電流ソース素子と、前記単相増幅回路の出力が第2の所定電圧を超えて減少すると電流を引き抜く電流シンク素子の少なくとも一方を有することを特徴とする比較回路。
A differential amplifier circuit that outputs an output current corresponding to a difference between the first input voltage and the second input voltage from an output terminal;
A single-phase amplifier circuit whose input terminal is connected to the output terminal of the differential amplifier circuit;
A clamp circuit that limits the input voltage of the single-phase amplifier circuit using the output of the single-phase amplifier circuit as an input, and
The clamp circuit includes a current source element that outputs a current when the output of the single-phase amplifier circuit exceeds a first predetermined voltage, and the output of the single-phase amplifier circuit decreases when the output of the single-phase amplifier circuit exceeds a second predetermined voltage. A comparison circuit comprising at least one of current sink elements for extracting current.
前記電流ソース素子は前記単相増幅回路の出力を入力とするNチャネルMOSトランジスタによるソースフォロワ回路もしくはNPNトランジスタによるエミッタフォロワ回路であり、前記電流シンク素子は前記単相増幅回路の出力を入力とするPチャネルMOSトランジスタによるソースフォロワ回路もしくはPNPトランジスタによるエミッタフォロワ回路であることを特徴とする請求項1に記載の比較回路。   The current source element is a source follower circuit using an N-channel MOS transistor or an emitter follower circuit using an NPN transistor that receives the output of the single-phase amplifier circuit, and the current sink element receives the output of the single-phase amplifier circuit. 2. The comparison circuit according to claim 1, wherein the comparison circuit is a source follower circuit using a P-channel MOS transistor or an emitter follower circuit using a PNP transistor. 前記単相増幅回路の出力を入力とする波形整形回路を有し、該波形整形回路は前記第1の所定電圧より低く、前記第2の所定電圧より高い第3の所定電圧を閾値電圧とすることを特徴とする請求項1または2に記載の比較回路。
A waveform shaping circuit that receives the output of the single-phase amplifier circuit, and the waveform shaping circuit uses a third predetermined voltage that is lower than the first predetermined voltage and higher than the second predetermined voltage as a threshold voltage; The comparison circuit according to claim 1, wherein:
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