JP2023083888A - comparator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、コンパレータに関する。 The present invention relates to comparators.
地球温暖化の原因は、CO2のような温暖効果ガスの濃度上昇により、大気の温室効果が強まったことによると考えられており、通信情報化社会の急速な進展に伴い、電子機器の低消費電力化も大きな課題になってきている。電子機器には多くの半導体集積回路が使用されており、半導体集積回路に幅広く使われるコンパレータは、応答速度と消費電流が主要な性能として挙げられる。コンパレータの応答速度と消費電流は反比例の関係にあることから、消費電流を増加させずに入力信号に対する応答特性を改善し、地球温暖化の抑制に貢献しようとするものである。 Global warming is thought to be caused by the increased concentration of greenhouse gases such as CO2 , which intensified the greenhouse effect of the atmosphere. Power consumption is also becoming a big issue. A large number of semiconductor integrated circuits are used in electronic equipment, and response speed and current consumption are the main performance characteristics of comparators, which are widely used in semiconductor integrated circuits. Since the response speed and current consumption of a comparator are in inverse proportion to each other, it is intended to improve the response characteristics to an input signal without increasing the current consumption, thereby contributing to the suppression of global warming.
半導体集積回路に用いられるコンパレータとして、図4に示すような回路が知られている(例えば特許文献1など参照)。図4に示されているコンパレータ100は、差動入力部102と、フォールデッドカスコード部103と、出力回路104を主たる構成要素として構成される。
2. Description of the Related Art As a comparator used in a semiconductor integrated circuit, a circuit as shown in FIG. 4 is known (see, for example, Patent Document 1). The
差動入力部102は、ソースが共通接続された差動トランジスタM1,M2と、そのドレインに各々接続された負荷抵抗器R1,R2と、トランジスタM1,M2の共通ソースと正電源電圧VDDとの間に接続された定電流源21とにより構成されている。
The
フォールデッドカスコード部103は、負荷抵抗器R1,R2と各々ソースが接続されたトランジスタM3,M4と、そのドレインと正電源電圧VDDとの間に各々接続された定電流源31,32と、ゲート及びドレインがトランジスタM4のドレインに接続され、ソースがトランジスタM4のゲートに接続されたトランジスタM5とを有している。フォールデッドカスコード部103においては、トランジスタM3とトランジスタM4とをカレントミラー接続して、トランジスタM4のドレインと定電流源32との接続ノードより、出力を取り出すように構成されている。
The folded
また、トランジスタM5は、トランジスタM1に流れる電流よりもトランジスタM2に流れる電流が多い場合にオンして、トランジスタM6のゲート電位の上昇を抑制し、伝搬遅延時間が短縮されると共に、伝搬遅延時間の電源電圧依存性を改善させている(例えば、非特許文献1など参照)。 Further, the transistor M5 is turned on when the current flowing through the transistor M2 is larger than the current flowing through the transistor M1, suppressing the increase in the gate potential of the transistor M6, shortening the propagation delay time, and reducing the propagation delay time. The power supply voltage dependency is improved (see, for example, Non-Patent Document 1).
出力回路104は、ゲートがフォールデッドカスコード部103の出力に接続され、ソースが負電源電圧VSSに接続されたトランジスタM6と、そのドレインと正電源電圧VDDとの間に接続された定電流源41とからなり、トランジスタM6と定電流源41との接続ノードより、出力信号VOUTを取り出すように構成されている。
The output circuit 104 includes a transistor M6 having a gate connected to the output of the folded
上述の構成を有する従来のコンパレータは、応答特性を改善するためには、回路電流を増加させないといけないという課題があった。 A conventional comparator having the above configuration has a problem that the circuit current must be increased in order to improve the response characteristics.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、回路電流を増加させることなく、応答特性を改善したコンパレータを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a comparator with improved response characteristics without increasing the circuit current.
前述した目的を達成するために、本発明に係るコンパレータは、下記[1]~[6]を特徴としている。
[1]
第1の入力電位及び第2の入力電位に応じた電流比の電流が各々流れる第1の差動トランジスタ及び第2の差動トランジスタを有する差動入力部と、
前記第1の差動トランジスタにフォールデッドカスコード接続された第3のトランジスタと、前記第2の差動トランジスタにフォールデッドカスコード接続された第4のトランジスタとを有するフォールデッドカスコード部と、
前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタに接続されて出力信号を出力する出力回路とを備えたコンパレータであって、
前記フォールデッドカスコード部は、前記第4のトランジスタがオン状態の場合に、前記第4のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位の上昇又は低下を制限する電圧クランプ素子を有する
コンパレータであること。
[2]
[1]に記載のコンパレータであって、
前記電圧クランプ素子は、前記第4のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位を、前記第3のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位に応じた電圧にクランプする、
コンパレータであること。
[3]
[2]に記載のコンパレータであって、
前記電圧クランプ素子は、前記第3のトランジスタのドレイン又はコレクタと、前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタとの間にダイオード接続された第5のトランジスタから構成されている、
コンパレータであること。
[4]
[3]に記載のコンパレータであって、
前記フォールデッドカスコード部は、前記第5のトランジスタのゲート・ドレイン間又はベース・コレクタ間に接続された抵抗器を有する、
コンパレータであること。
[5]
[1]~[4]の何れか1項に記載のコンパレータであって、
前記出力回路は、前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタにゲート又はベースが接続された第6のトランジスタを有し、
前記第6のトランジスタの閾値電圧が、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタの閾値電圧よりも低い、
コンパレータであること。
[6]
[1]~[5]の何れか1項に記載のコンパレータであって、
前記トランジスタの少なくとも1つが、電界効果トランジスタから構成されている、
コンパレータであること。
[7]
[1]~[6]の何れか1項に記載のコンパレータであって、
前記トランジスタの少なくとも1つが、バイポーラトランジスタから構成されている、
コンパレータであること。
In order to achieve the above object, a comparator according to the present invention is characterized by the following [1] to [6].
[1]
a differential input unit having a first differential transistor and a second differential transistor through which currents having a current ratio corresponding to the first input potential and the second input potential flow respectively;
a folded cascode unit having a third transistor folded cascode connected to the first differential transistor and a fourth transistor folded cascode connected to the second differential transistor;
and an output circuit connected to the drain or collector of the fourth transistor and outputting an output signal,
The folded cascode section is a comparator having a voltage clamping element that limits an increase or decrease in drain potential or collector potential of the fourth transistor when the fourth transistor is in an ON state.
[2]
The comparator according to [1],
The voltage clamp element clamps the drain potential or collector potential of the fourth transistor to a voltage corresponding to the drain potential or collector potential of the third transistor.
Be a comparator.
[3]
The comparator according to [2],
The voltage clamping element comprises a fifth transistor diode-connected between the drain or collector of the third transistor and the drain or collector of the fourth transistor.
Be a comparator.
[4]
The comparator according to [3],
The folded cascode unit has a resistor connected between the gate and drain or between the base and collector of the fifth transistor,
Be a comparator.
[5]
The comparator according to any one of [1] to [4],
the output circuit has a sixth transistor having a gate or base connected to the drain or collector of the fourth transistor;
the threshold voltage of the sixth transistor is lower than the threshold voltages of the third transistor and the fourth transistor;
Be a comparator.
[6]
The comparator according to any one of [1] to [5],
at least one of said transistors is composed of a field effect transistor;
Be a comparator.
[7]
The comparator according to any one of [1] to [6],
at least one of said transistors is composed of a bipolar transistor;
Be a comparator.
本発明によれば、回路電流を増加させることなく、応答特性を改善したコンパレータを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a comparator with improved response characteristics without increasing circuit current.
以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という。)を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。 The present invention has been briefly described above. Furthermore, the details of the present invention will be further clarified by reading the following detailed description of the invention (hereinafter referred to as "embodiment") with reference to the accompanying drawings. .
本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。 Specific embodiments relating to the present invention will be described below with reference to each drawing.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態のコンパレータ1について図1を参照して説明する。同図に示すように、コンパレータ1は、反転入力端子T11に入力された反転入力電位INM(=第1の入力電位)と非反転入力端子T12に入力された非反転入力電位INP(=第2の入力電位)とを比較し、その比較結果を出力端子T3から出力する。コンパレータ1は、差動入力部2と、フォールデッドカスコード部3と、出力回路4とを備えている。
(First embodiment)
First, the
差動入力部2は、ソースが共通接続された差動トランジスタM1(=第1の差動トランジスタ)、差動トランジスタM2(=第2の差動トランジスタ)と、そのドレインに各々接続された負荷抵抗器R1、負荷抵抗器R2と、定電流源21とを備える。
The
差動トランジスタM1,M2は、Pチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。差動トランジスタM1のゲートは、反転入力端子T11に接続され、差動トランジスタM2のゲートは、非反転入力端子T12に接続されている。差動トランジスタM1,M2のソースは共通接続され、定電流源21に接続されている。
The differential transistors M1 and M2 are composed of P-channel field effect transistors. The gate of the differential transistor M1 is connected to the inverting input terminal T11, and the gate of the differential transistor M2 is connected to the non-inverting input terminal T12. Sources of the differential transistors M1 and M2 are connected in common and connected to the constant
負荷抵抗器R1は、差動トランジスタM1に直列接続されている。詳しく説明すると、負荷抵抗器R1は、差動トランジスタM1のドレインと負電源端子T22との間に接続されている。負電源端子T22には負電源電圧VSSが供給されている。負荷抵抗器R2は、差動トランジスタM2に直列接続されている。詳しく説明すると、負荷抵抗器R2は、差動トランジスタM2のドレインと負電源端子T22との間に接続されている。 A load resistor R1 is connected in series with the differential transistor M1. Specifically, load resistor R1 is connected between the drain of differential transistor M1 and negative power supply terminal T22. A negative power supply voltage VSS is supplied to the negative power supply terminal T22. A load resistor R2 is connected in series with the differential transistor M2. Specifically, load resistor R2 is connected between the drain of differential transistor M2 and negative power supply terminal T22.
定電流源21は、正電源端子T21と共通接続された差動トランジスタM1,M2のソースとの間に接続される。正電源端子T21には、正電源電圧VDDが供給されている。差動入力部2は、定電流源21が供給する定電流I1を差動トランジスタM1,M2に分流する。差動トランジスタM1,M2に流れる電流の電流比(分流比)は、反転入力端子T11に入力される反転入力電位INM、非反転入力端子T12に入力される非反転入力電位INPに応じた値となる。
The constant
フォールデッドカスコード部3は、差動トランジスタM1にフォールデッドカスコード接続されるトランジスタM3(=第3のトランジスタ)と、差動トランジスタM2にフォールデッドカスコード接続されるトランジスタM4(=第4のトランジスタ)と、トランジスタM4のドレイン電位をクランプするトランジスタM5,M7と、定電流源31,32とを備えている。トランジスタM3~M5,M7は、Nチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。
The folded
トランジスタM3は、ゲート・ドレインが接続されている。トランジスタM3は、ソースが負荷抵抗器R1と差動トランジスタM1のドレインとの接続点に接続され、ドレインが定電流源31に接続されている。トランジスタM4は、ゲートがトランジスタM3のゲート・ドレインに接続されている。トランジスタM4は、ソースが負荷抵抗器R2と差動トランジスタM2のドレインとの接続点に接続され、ドレインが定電流源32に接続されている。
The gate and drain of the transistor M3 are connected. The transistor M3 has a source connected to a connection point between the load resistor R1 and the drain of the differential transistor M1 and a drain connected to the constant
定電流源31は、トランジスタM3のドレインと正電源端子T21との間に接続されている。定電流源32は、トランジスタM4のドレインと正電源端子T21との間に接続されている。
A constant
トランジスタM5は、ゲート及びドレインがトランジスタM4のドレインと定電流源32との接続ノードAに接続され、ソースがトランジスタM3のゲート・ドレイン、トランジスタM4のゲートに接続されている。トランジスタM7(=第5のトランジスタ、電圧クランプ素子)は、ゲート及びドレインがトランジスタM3のドレインと定電流源31との接続ノードに接続され、ソースが接続ノードAに接続されている。すなわち、トランジスタM7は、トランジスタM3のドレイン、トランジスタM4のドレイン間にダイオード接続されている。
The transistor M5 has its gate and drain connected to the connection node A between the drain of the transistor M4 and the constant
フォールデッドカスコード部3は、トランジスタM4のドレインと定電流源32との接続ノードAにより、出力を取り出すように構成されている。
The folded
出力回路4は、トランジスタM6(=第6のトランジスタ)と、定電流源41とを備えている。トランジスタM6は、Nチャンネルの電界効果トランジスタから構成されている。トランジスタM6は、ゲートが接続ノードAに接続され、ソースが負電源端子T22に接続され、ドレインが定電流源41に接続されている。定電流源41は、トランジスタM6のドレインと正電源端子T21との間に接続されている。
The
次に、上述した構成のコンパレータ1の動作について説明する。最初に、反転入力電位INMが非反転入力電位INPよりも高く、出力端子T3の出力信号VOUTがLow状態、すなわち、出力信号VOUTがほぼ負電源電圧VSSとなっている場合の動作について説明する。
Next, the operation of the
反転入力電位INMが非反転入力電位INPよりも高い場合、差動トランジスタM1よりも差動トランジスタM2の方に定電流源21からの電流I1がより多く流れる。このため、負荷抵抗器R1での電圧降下が減少し、負荷抵抗器R2での電圧降下が増加する。
When the inverting input potential INM is higher than the non-inverting input potential INP, more current I1 from the constant
そして、トランジスタM4のゲート・ソース電位差が、トランジスタM3のゲート・ソース電位差よりも小さくなり、トランジスタM4がオフ状態となる。トランジスタM4がオフ状態となると、接続ノードAの電位は上昇する。接続ノードAの電位が上昇して、トランジスタM6のゲート・ソース電位差が閾値電圧に達すると、トランジスタM6がオンする。この結果、出力端子T3の出力信号VOUTはLow状態となる。 Then, the gate-source potential difference of the transistor M4 becomes smaller than the gate-source potential difference of the transistor M3, and the transistor M4 is turned off. When the transistor M4 is turned off, the potential of the connection node A rises. When the potential of the connection node A rises and the gate-source potential difference of the transistor M6 reaches the threshold voltage, the transistor M6 is turned on. As a result, the output signal VOUT of the output terminal T3 becomes Low.
また、接合ノードAの電位が上昇して、トランジスタM5のゲート・ソース電位差が閾値電圧に達すると、トランジスタM5がオン状態となる。このため、接続ノードAの電位は、トランジスタM3のドレイン電位(=ゲート電位)にトランジスタM5のゲート・ソース間電位を加えた電圧でクランプされ、正電源電圧VDD付近まで上昇しない。 Further, when the potential of the junction node A rises and the gate-source potential difference of the transistor M5 reaches the threshold voltage, the transistor M5 is turned on. Therefore, the potential of the connection node A is clamped by the sum of the drain potential (=gate potential) of the transistor M3 and the gate-source potential of the transistor M5, and does not rise to near the positive power supply voltage VDD.
次に、非反転入力電位INPが反転入力電位INMよりも高く、出力端子T3の出力信号VOUTがHigh状態、すなわち、出力信号VOUTがほぼ正電源電圧VDDとなっている場合の動作について説明する。 Next, the operation when the non-inverted input potential INP is higher than the inverted input potential INM and the output signal VOUT of the output terminal T3 is in a High state, that is, the output signal VOUT is substantially at the positive power supply voltage VDD will be described.
非反転入力電位INPが反転入力電位INMよりも高い場合、差動トランジスタM2よりも差動トランジスタM1の方に定電流源21からの電流I1がより多く流れる。このため、負荷抵抗器R2での電圧降下が減少し、負荷抵抗器R1での電圧降下が増加する。
When the non-inverted input potential INP is higher than the inverted input potential INM, more current I1 from the constant
そして、トランジスタM4のゲート・ソース電位差が、トランジスタM3のゲート・ソース電位差よりも大きくなり、トランジスタM4がオン状態となる。トランジスタM4がオン状態となると、接続ノードAの電位は低下する。接続ノードAの電位が低下して、トランジスタM6のゲート・ソース電位差が閾値電圧を下回ると、トランジスタM6がオフする。この結果、出力端子T3の出力信号VOUTはHigh状態となる。 Then, the gate-source potential difference of the transistor M4 becomes larger than the gate-source potential difference of the transistor M3, and the transistor M4 is turned on. When the transistor M4 is turned on, the potential of the connection node A is lowered. When the potential of the connection node A drops and the gate-source potential difference of the transistor M6 falls below the threshold voltage, the transistor M6 is turned off. As a result, the output signal VOUT of the output terminal T3 becomes High.
また、接続ノードAの電位が低下して、トランジスタM7のゲート・ソース電位差が閾値電圧に達すると、トランジスタM7がオン状態となる。このため、接続ノードAの電位は、トランジスタM3のドレイン電位(=ゲート電位)にトランジスタM7のゲート・ソース間電位を差し引いた電圧でクランプされ、負電源電圧VSS付近まで低下しない。 Further, when the potential of the connection node A drops and the gate-source potential difference of the transistor M7 reaches the threshold voltage, the transistor M7 is turned on. Therefore, the potential of the connection node A is clamped by the voltage obtained by subtracting the gate-source potential of the transistor M7 from the drain potential (=gate potential) of the transistor M3, and does not drop to near the negative power supply voltage VSS.
上述したように出力信号VOUTがLow状態、トランジスタM4がオフ状態のときは、トランジスタM5の働きにより、トランジスタM6のゲート電位の上昇が抑えられている。このため、トランジスタM6がオンからオフするまでの時間を短くすることができるため、出力信号VOUTがLow状態からHigh状態に反転するまでの応答速度を早くすることができる。 As described above, when the output signal VOUT is in the Low state and the transistor M4 is in the OFF state, the transistor M5 works to suppress the increase in the gate potential of the transistor M6. As a result, the time required for the transistor M6 to turn off can be shortened, so that the response speed of the output signal VOUT can be increased from the low state to the high state.
また、上述したように出力信号VOUTがHigh状態、トランジスタM4がオン状態のときは、トランジスタM7の働きにより、トランジスタM6のゲート電位の低下が抑えられている。このため、トランジスタM6がオフからオンするまでの時間を短くすることができるため、出力信号VOUTがHigh状態からLow状態に反転するまでの応答速度を早くすることができる。 Further, as described above, when the output signal VOUT is in the High state and the transistor M4 is in the ON state, the transistor M7 works to suppress the decrease in the gate potential of the transistor M6. Therefore, the time required for the transistor M6 to turn on can be shortened, and the response speed until the output signal VOUT is inverted from the high state to the low state can be increased.
なお、トランジスタM6として、閾値電圧をトランジスタM3,M4の閾値電圧よりも低くすることで、トランジスタM6がオフ状態からオン状態に変化する時間をより一層短縮することができる。これにより、出力回路4の応答特性をさらに改善することができる。
By setting the threshold voltage of the transistor M6 to be lower than the threshold voltages of the transistors M3 and M4, the time required for the transistor M6 to change from the off state to the on state can be further shortened. Thereby, the response characteristics of the
しかして、第1実施形態におけるコンパレータ1は、回路電流を増加させることなく、応答特性を改善するという効果が得られるものとなっている。
Thus, the
(第2実施形態)
次に、第2実施形態のコンパレータ1Bについて図2を参照して説明する。なお、図2において、図1に示された回路における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Second embodiment)
Next, the
コンパレータ1Bは、差動入力部2と、フォールデッドカスコード部3Bと、出力回路4とを備えている。差動入力部2、出力回路4は、上述した第1実施形態で既に説明したので、ここでは詳細な説明を省略する。
The
第2実施形態のフォールデッドカスコード部3Bと第1実施形態のフォールデッドカスコード部3とで異なる点は、トランジスタM7のドレイン・ゲート間に抵抗器R3を設けた点である。
The difference between the folded cascode section 3B of the second embodiment and the folded
第2実施形態のコンパレータ1Bは、後述する点を除けば、基本的には、第1実施形態と同様である。
A
すなわち、第1実施形態においてトランジスタM4がオン状態の接続ノードAの電位は、トランジスタM7のゲート・ソース電位で電圧クランプされている。これに対して、第2実施形態においては、トランジスタM7のゲート・ソース間電位に加えて、定電流源31の電流と抵抗器R3による電圧降下が加算されるものとなっている。
That is, in the first embodiment, the potential of the connection node A at which the transistor M4 is on is clamped by the gate-source potential of the transistor M7. On the other hand, in the second embodiment, in addition to the potential between the gate and source of the transistor M7, the current of the constant
従って、トランジスタM4がオン状態のときの接続ノードAの電位は、抵抗器R3が接続されていない場合に比べて、高くなり、トランジスタM6がオフからオンに変化するまでの時間が短縮されるため、出力端子T3の出力信号VOUTがHihg状態からLow状態に変化する伝搬遅延時間が第1実施形態よりもさらに短縮される。 Therefore, the potential of the connection node A when the transistor M4 is on becomes higher than when the resistor R3 is not connected, and the time required for the transistor M6 to change from off to on is shortened. , the propagation delay time in which the output signal VOUT of the output terminal T3 changes from the High state to the Low state is further shortened as compared with the first embodiment.
しかして、第2実施形態におけるコンパレータ1Bは、回路電流を増加させることなく、応答特性を改善するという効果が得られるものとなっている。
Thus, the
(第3実施形態)
次に、第3実施形態のコンパレータ1Cについて図3を参照して説明する。なお、図3において、図1に示された回路における構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, a
同図に示すように、コンパレータ1Cは、第1実施形態と同様に、差動入力部2Cと、フォールデッドカスコード部3Cと、出力回路4Cとを備えている。
As shown in the figure, the
第1実施形態と第3実施形態とで異なる点は、トランジスタM1~M7に相当するトランジスタM1C~M7Cの導電型を逆にした点である。また、第1実施形態と第3実施形態とで異なる点は、正電源端子T21と負電源端子T22との関係を逆にした点である。 The difference between the first embodiment and the third embodiment is that the conductivity types of the transistors M1C to M7C corresponding to the transistors M1 to M7 are reversed. A difference between the first embodiment and the third embodiment is that the relationship between the positive power terminal T21 and the negative power terminal T22 is reversed.
第3実施形態においては、出力信号VOUTがHigh状態の場合、トランジスタM4Cがオフ状態となる。トランジスタM4Cのゲート・ソース電位差がトランジスタM3Cのゲート・ソース電位差よりも小さくなり、トランジスタM4Cがオフ状態となると、接合ノードAの電位が低下する。接合ノードAの電位が低下して、トランジスタM5Cのゲート・ソース電位差が閾値電圧に達すると、トランジスタM5Cがオン状態となる。このため、接続ノードAの電位は、トランジスタM3Cのドレイン電位(=ゲート電位)にトランジスタM5Cのゲート・ソース電位を差し引いた電圧でクランプされ、負電源電圧VSS付近まで低下しない。 In the third embodiment, when the output signal VOUT is High, the transistor M4C is turned off. When the gate-source potential difference of the transistor M4C becomes smaller than the gate-source potential difference of the transistor M3C and the transistor M4C is turned off, the potential of the junction node A decreases. When the potential of the junction node A drops and the gate-source potential difference of the transistor M5C reaches the threshold voltage, the transistor M5C is turned on. Therefore, the potential of the connection node A is clamped by the voltage obtained by subtracting the gate-source potential of the transistor M5C from the drain potential (=gate potential) of the transistor M3C, and does not drop to near the negative power supply voltage VSS.
これにより、トランジスタM6Cのオンからオフまでの時間を短くすることができため、出力信号VOUTがHigh状態からLow状態に反転するまでの応答速度を早くすることができる。 As a result, it is possible to shorten the time from turning on to turning off the transistor M6C, so that it is possible to speed up the response speed until the output signal VOUT is inverted from the High state to the Low state.
一方、出力信号VOUTがLow状態の場合、トランジスタM4Cがオン状態となる。トランジスタM4Cのゲート・ソース電位差がトランジスタM3Cのゲート・ソース電位差よりも大きくなり、トランジスタM4Cがオン状態となると、接合ノードAの電位が上昇する。接合ノードAの電位が上昇して、トランジスタM7Cのゲート・ソース電位差が閾値電圧に達すると、トランジスタM7Cがオン状態となる。このため、接続ノードAの電位は、トランジスタM3Cのドレイン電位(=ゲート電位)にトランジスタM7Cのゲート・ソース電位を加えた電圧でクランプされ、正電源電圧VDD付近まで上昇しない。 On the other hand, when the output signal VOUT is in the Low state, the transistor M4C is turned on. When the gate-source potential difference of the transistor M4C becomes larger than the gate-source potential difference of the transistor M3C and the transistor M4C is turned on, the potential of the junction node A rises. When the potential of the junction node A rises and the gate-source potential difference of the transistor M7C reaches the threshold voltage, the transistor M7C is turned on. Therefore, the potential of the connection node A is clamped by the sum of the drain potential (=gate potential) of the transistor M3C and the gate-source potential of the transistor M7C, and does not rise to near the positive power supply voltage VDD.
これにより、トランジスタM6Cのオフからオンまでの時間を短くすることができため、出力信号VOUTがLow状態からHigh状態に反転するまでの応答速度を早くすることができる。 As a result, the time from off to on of the transistor M6C can be shortened, so that the response speed until the output signal VOUT is inverted from the Low state to the High state can be increased.
第2実施形態についても同様に、トランジスタの導電型を逆にし、正電源端子T21と負電源端子T22との関係を逆にしてもよい。 Similarly, in the second embodiment, the conductivity type of the transistor may be reversed, and the relationship between the positive power supply terminal T21 and the negative power supply terminal T22 may be reversed.
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be modified, improved, etc. as appropriate. In addition, the material, shape, size, number, location, etc. of each component in the above-described embodiment are arbitrary and not limited as long as the present invention can be achieved.
上述した第1~第3実施形態では、トランジスタが電界効果トランジスタから構成されていたが、これに限ったものではない。トランジスタの少なくとも1つ以上をバイポーラトランジスタに置き換えてもよい。この場合、トランジスタのゲートをベース、ソースをエミッタ、ドレインをコレクタに読み替えて説明することができる。 In the first to third embodiments described above, the transistors are field effect transistors, but the present invention is not limited to this. At least one or more of the transistors may be replaced with bipolar transistors. In this case, the gate of the transistor can be read as the base, the source as the emitter, and the drain as the collector.
1、1B、1C コンパレータ
2、2C 差動入力部
3、3B、3C フォールデッドカスコード部
4、4C 出力回路
INM 反転入力電位(第1の入力電位)
INP 非反転入力電位(第2の入力電位)
M1、M1C 差動トランジスタ(第1の差動トランジスタ)
M2、M2C 差動トランジスタ(第2の差動トランジスタ)
M3、M3C トランジスタ(第3のトランジスタ)
M4、M4C トランジスタ(第4のトランジスタ)
M5、M5C トランジスタ
M6、M6C トランジスタ(第6のトランジスタ)
M7、M7C トランジスタ(第5のトランジスタ、電圧クランプ素子)
R3 抵抗器
1, 1B,
INP non-inverting input potential (second input potential)
M1, M1C differential transistor (first differential transistor)
M2, M2C differential transistors (second differential transistors)
M3, M3C transistors (third transistors)
M4, M4C transistors (fourth transistors)
M5, M5C transistors M6, M6C transistors (sixth transistors)
M7, M7C transistors (fifth transistor, voltage clamp element)
R3 resistor
Claims (7)
前記第1の差動トランジスタにフォールデッドカスコード接続された第3のトランジスタと、前記第2の差動トランジスタにフォールデッドカスコード接続された第4のトランジスタとを有するフォールデッドカスコード部と、
前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタに接続されて出力信号を出力する出力回路とを備えたコンパレータであって、
前記フォールデッドカスコード部は、前記第4のトランジスタがオン状態の場合に、前記第4のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位の上昇又は低下を制限する電圧クランプ素子を有する
コンパレータ。 a differential input unit having a first differential transistor and a second differential transistor through which currents having a current ratio corresponding to the first input potential and the second input potential flow respectively;
a folded cascode unit having a third transistor folded cascode connected to the first differential transistor and a fourth transistor folded cascode connected to the second differential transistor;
and an output circuit connected to the drain or collector of the fourth transistor and outputting an output signal,
The folded cascode section has a voltage clamp element that limits an increase or decrease in drain potential or collector potential of the fourth transistor when the fourth transistor is in an ON state.
前記電圧クランプ素子は、前記第4のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位を、前記第3のトランジスタのドレイン電位又はコレクタ電位に応じた電圧にクランプする、
コンパレータ。 A comparator according to claim 1, wherein
The voltage clamp element clamps the drain potential or collector potential of the fourth transistor to a voltage corresponding to the drain potential or collector potential of the third transistor.
comparator.
前記電圧クランプ素子は、前記第3のトランジスタのドレイン又はコレクタと、前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタとの間にダイオード接続された第5のトランジスタから構成されている、
コンパレータ。 A comparator according to claim 2,
The voltage clamping element comprises a fifth transistor diode-connected between the drain or collector of the third transistor and the drain or collector of the fourth transistor.
comparator.
前記フォールデッドカスコード部は、前記第5のトランジスタのゲート・ドレイン間又はベース・コレクタ間に接続された抵抗器を有する、
コンパレータ。 A comparator according to claim 3,
The folded cascode unit has a resistor connected between the gate and drain or between the base and collector of the fifth transistor,
comparator.
前記出力回路は、前記第4のトランジスタのドレイン又はコレクタにゲート又はベースが接続された第6のトランジスタを有し、
前記第6のトランジスタの閾値電圧が、前記第3のトランジスタ及び前記第4のトランジスタの閾値電圧よりも低い、
コンパレータ。 The comparator according to any one of claims 1 to 4,
the output circuit has a sixth transistor having a gate or base connected to the drain or collector of the fourth transistor;
the threshold voltage of the sixth transistor is lower than the threshold voltages of the third transistor and the fourth transistor;
comparator.
前記トランジスタの少なくとも1つが、電界効果トランジスタから構成されている、
コンパレータ。 The comparator according to any one of claims 1 to 5,
at least one of said transistors is composed of a field effect transistor;
comparator.
前記トランジスタの少なくとも1つが、バイポーラトランジスタから構成されている、
コンパレータ。 The comparator according to any one of claims 1 to 6,
at least one of said transistors is composed of a bipolar transistor;
comparator.
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