JP2669009B2 - Voltage comparison circuit - Google Patents

Voltage comparison circuit

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JP2669009B2
JP2669009B2 JP63292941A JP29294188A JP2669009B2 JP 2669009 B2 JP2669009 B2 JP 2669009B2 JP 63292941 A JP63292941 A JP 63292941A JP 29294188 A JP29294188 A JP 29294188A JP 2669009 B2 JP2669009 B2 JP 2669009B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアナログ・ディジタル変換回路等に用いられ
る電圧比較回路に関し、特に不純物拡散領域から出力電
圧が得られる構造を有する電圧比較回路に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a voltage comparison circuit used in an analog-to-digital conversion circuit and the like, and more particularly to a voltage comparison circuit having a structure in which an output voltage can be obtained from an impurity diffusion region.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、信号電圧と基準電圧の電圧差を比較する電
圧比較回路を、両電圧の電位差を信号電荷に変換する電
位差変換手段と、その電位差変換手段から不純物拡散領
域に転送された信号電荷に応じた信号を出力する出力手
段と、少なくとも上記不純物拡散領域の信号電荷をリセ
ットするためのリセット手段から構成することにより、
その素子数の低減や回路規模の小型化、或いは貫通電流
の低減等を実現するものである。
The present invention provides a voltage comparison circuit that compares a voltage difference between a signal voltage and a reference voltage, a potential difference conversion unit that converts a potential difference between the two voltages into a signal charge, and a signal charge transferred from the potential difference conversion unit to the impurity diffusion region. By comprising output means for outputting a corresponding signal, and reset means for resetting at least the signal charge of the impurity diffusion region,
The number of elements is reduced, the circuit size is reduced, and the through current is reduced.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

一般に、アナログ・ディジタル変換回路その他各種電
子回路等においては、入力する信号電圧Vsigと基準とな
る基準電圧Vrefを比較して、その比較した結果に応じた
出力電圧Voutを出力する電圧比較回路が設けられる。
Generally, in an analog / digital conversion circuit and other various electronic circuits, a voltage comparison circuit is provided which compares the input signal voltage Vsig with a reference reference voltage Vref and outputs an output voltage Vout according to the comparison result. To be

第19図は従来の電圧比較回路の一例であり、CMOS構成
とされる。信号電圧Vsigは入力端子101から入力し、基
準電圧Vrefは入力端子102から入力する。各入力端子10
1,102はそれぞれスイッチ103104を介して容量105に接続
する。その容量105の他端はCMOSインバーター106の入力
側に接続され、このCMOSインバーター106は容量107を介
してCMOSインバーター108に接続する。また、リセット
用のスイッチ109も各CMOSインバーター106,108の入出力
端子を短絡するループに設けられている。
FIG. 19 shows an example of a conventional voltage comparison circuit, which has a CMOS configuration. The signal voltage Vsig is input from the input terminal 101, and the reference voltage Vref is input from the input terminal 102. Each input terminal 10
1, 102 are respectively connected to the capacitor 105 via the switch 103104. The other end of the capacitor 105 is connected to the input side of the CMOS inverter 106, and the CMOS inverter 106 is connected to the CMOS inverter 108 via the capacitor 107. A reset switch 109 is also provided in a loop that short-circuits the input / output terminals of the CMOS inverters 106 and 108.

この電圧比較回路はスイッチ103,104の開閉により信
号電圧Vsigと基準電圧Vrefが順次容量105の一端に供給
され、その電位差がCMOSインバーター106を作動させ
る。そのCMOSインバーター106からの出力はCMOSインバ
ーター108を駆動させ、出力電圧Voutが得られることに
なる。
In this voltage comparison circuit, the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref are sequentially supplied to one end of the capacitor 105 by opening and closing the switches 103 and 104, and the potential difference operates the CMOS inverter 106. The output from the CMOS inverter 106 drives the CMOS inverter 108 to obtain the output voltage Vout.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところが、このような電圧比較回路においては、貫通
電流や回路規模が大きくなると言う問題が生ずる。
However, such a voltage comparison circuit has a problem that a through current and a circuit scale increase.

すなわち、第19図に示すように、電位差を増幅するた
めにCMOSインバーター106,108が用いられており、出力
反転時では電源電圧VDDから接地電圧GNDへ向かって貫通
電流が流れることになり、電力消費量が増大する。特に
CMOSインバーターを直列に多く配列した時に、その消費
電力は大きくなる。
That is, as shown in FIG. 19, CMOS inverters 106 and 108 are used to amplify the potential difference, and at the time of output inversion, a through current flows from the power supply voltage V DD toward the ground voltage GND, resulting in power consumption. The amount increases. Especially
When many CMOS inverters are arranged in series, the power consumption increases.

また、十分な感度を得るためには、CMOSインバーター
の数を増加させたり、容量のサイズを大きくする必要が
あるが、そうすることによって、その回路規模が大きく
なり、素子数や素子の面積も増大することになる。
Also, in order to obtain sufficient sensitivity, it is necessary to increase the number of CMOS inverters and the size of the capacitor, but doing so increases the circuit scale and the number of elements and the area of the elements. Will increase.

そこで、本発明は貫通電流を防止し、その回路規模も
大きくならないような電圧比較回路の提供を目的とす
る。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a voltage comparison circuit that prevents a through current and does not increase the circuit scale.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上述の目的を達成するために、本発明の電圧比較回路
は、信号電圧がゲートに入力される第1の電界効果トラ
ンジスタと、一方のソース・ドレインが上記第1の電界
効果トランジスタと共通である第2の電界効果トランジ
スタと、基準電圧と接地電圧を切り換えて上記第2の電
界効果トランジスタのゲートに供給する切換回路とから
なり、上記切換回路が上記第2の電界効果トランジスタ
のゲートに接地電圧を供給し、上記第1の電界効果トラ
ンジスタが上記信号電圧に応じた電荷を第2の電界効果
トランジスタと共通のソース・ドレインに蓄積し、上記
切換回路が上記第2の電界効果トランジスタのゲートに
基準電圧を供給し、上記信号電圧と上記基準電圧との電
位差を信号電荷に変換してこの信号電荷を上記第1の電
界効果トランジスタと共通できない上記第2の電界効果
トランジスタの一方のソース・ドレインである不純物拡
散領域に転送する電位差変換手段と、上記電位差変換手
段から上記不純物拡散領域に転送された信号電荷に応じ
た信号を出力する出力手段と、上記電位差変換手段が上
記信号電圧と上記基準電圧との電位差を信号電荷に変換
する前に、少なくとも上記不純物拡散領域の信号電荷を
リセットするリセット手段を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a voltage comparison circuit according to the present invention has a first field-effect transistor in which a signal voltage is input to a gate, and one of the source and the drain is common to the first field-effect transistor. A second field effect transistor and a switching circuit that switches between a reference voltage and a ground voltage and supplies the voltage to the gate of the second field effect transistor, and the switching circuit connects the gate of the second field effect transistor to the ground voltage. And the first field-effect transistor accumulates charges according to the signal voltage in the source / drain common to the second field-effect transistor, and the switching circuit causes the gate of the second field-effect transistor to A reference voltage is supplied, a potential difference between the signal voltage and the reference voltage is converted into a signal charge, and the signal charge is converted into the first field effect transistor. Potential difference converting means for transferring to the impurity diffusion region which is one of the source and drain of the second field effect transistor which cannot be shared; and outputting a signal corresponding to the signal charge transferred from the potential difference converting means to the impurity diffusion region. Output means and reset means for resetting at least signal charges in the impurity diffusion region before the potential difference converting means converts a potential difference between the signal voltage and the reference voltage into signal charges.

また、本発明の電圧比較回路は、信号電圧と基準電圧
を切り換える切換手段と、上記切換手段により切り換え
られた信号電圧又は基準電圧がゲートに入力される第1
の電界効果トランジスタと、一方のソース・ドレインが
上記第1の電界効果トランジスタの両方のソース・ドレ
インと共通であり、所定電圧がゲートに入力される第2
の電界効果トランジスタと、一方のソース・ドレインが
上記第2の電界効果トランジスタの第1の電界効果トラ
ンジスタと共通でない一方と共通であり、他方のソース
・ドレインにこの第2の電界効果トランジスタのゲート
に入力される電圧より高い電圧が入力され、この他方の
ソース・ドレインに入力される電圧より高い電圧のリセ
ット信号がゲートに入力される第3の電界効果トランジ
スタと、上記第2の電界効果トランジスタと上記第3の
電界効果トランジスタの共通のソース・ドレインの信号
電荷に応じた信号を出力する出力手段とを備え、上記切
換手段が第1の電界効果トランジスタのゲートに信号電
圧を入力し、上記第3の電界効果トランジスタが上記リ
セット信号に基づき上記第1の電界効果トランジスタの
両方のソース・ドレインに信号電荷を転送し、上記第3
の電界効果トランジスタが上記リセット信号に基づき上
記第2の電界効果トランジスタと上記第3の電界効果ト
ランジスタの共通のソース・ドレインの信号電荷をリセ
ットし、上記切換手段が第1の電界効果トランジスタの
ゲートに基準電圧を入力し、上記第1の電界効果トラン
ジスタが上記信号電圧と上記基準電圧との電位差を信号
電荷に変換して上記第2の電界効果トランジスタと上記
第3の電界効果トランジスタの共通のソース・ドレイン
に転送し、出力手段が上記第2の電界効果トランジスタ
と上記第3の電界効果トランジスタの共通のソース・ド
レインの信号電荷に応じた信号を出力することを特徴と
する。
In the voltage comparison circuit of the present invention, the switching means for switching between the signal voltage and the reference voltage, and the signal voltage or the reference voltage switched by the switching means are input to the gate.
And one source / drain is common to both the source / drain of the first field effect transistor, and a second voltage is applied to the gate of the second transistor.
And one of the sources and drains of the second field-effect transistor is not common with the first field-effect transistor of the second field-effect transistor, and the other source and drain has a gate of the second field-effect transistor. A third field effect transistor having a gate input with a voltage higher than the voltage input to the second field effect transistor and a reset signal having a voltage higher than the voltage input to the other source / drain; And output means for outputting a signal corresponding to the signal charge of the common source / drain of the third field-effect transistor, wherein the switching means inputs a signal voltage to the gate of the first field-effect transistor, The third field effect transistor is configured to receive both source signals of the first field effect transistor based on the reset signal. Transfers signal charges in said third
The field-effect transistor resets a signal charge of a common source / drain of the second field-effect transistor and the third field-effect transistor based on the reset signal, and the switching means controls a gate of the first field-effect transistor. And the first field-effect transistor converts a potential difference between the signal voltage and the reference voltage into a signal charge, so that the second field-effect transistor and the third field-effect transistor have a common potential. It is characterized in that the signal is transferred to the source / drain, and the output means outputs a signal corresponding to the signal charge of the common source / drain of the second field effect transistor and the third field effect transistor.

〔作用〕[Action]

本発明の電圧比較回路では、電位差変換手段の切換回
路が、上記第2の電界効果トランジスタのゲートに供給
する接地電圧と基準電圧とを切り換える。上記電位差変
換手段は、この切換回路の切り換え動作に基づき、上記
信号電圧と上記基準電圧との電位差を信号電荷に変換
し、この信号電荷を第2の電界効果トランジスタの不純
物拡散領域に転送する。そして、出力手段は、この信号
電荷に応じた電圧が取り出され、出力電圧が得られる。
In the voltage comparison circuit of the present invention, the switching circuit of the potential difference conversion means switches between the ground voltage and the reference voltage supplied to the gate of the second field effect transistor. The potential difference converting means converts a potential difference between the signal voltage and the reference voltage into a signal charge based on the switching operation of the switching circuit, and transfers the signal charge to the impurity diffusion region of the second field effect transistor. Then, the output means extracts the voltage corresponding to the signal charge and obtains the output voltage.

また、本発明の電圧比較回路では、第3の電界効果ト
ランジスタのゲートに入力されるリセット信号に応じた
電荷が、第1の電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ンに転送される。切換手段は、第1の電界効果トランジ
スタのゲートに入力する基準電圧と信号電圧とを切り換
える。この切換手段の切り換え動作に基づき、上記基準
電圧と信号電圧の電位差に応じた信号電荷が第2の電界
効果トランジスタのソース・ドレインに転送される。そ
して、出力手段では、この電位差に応じた電圧が取り出
され、出力電圧が得られる。
Further, in the voltage comparison circuit of the present invention, the charge corresponding to the reset signal input to the gate of the third field effect transistor is transferred to the source / drain of the first field effect transistor. The switching means switches between a reference voltage and a signal voltage input to the gate of the first field effect transistor. Based on the switching operation of the switching means, a signal charge corresponding to the potential difference between the reference voltage and the signal voltage is transferred to the source / drain of the second field effect transistor. Then, the output means extracts the voltage corresponding to the potential difference and obtains the output voltage.

〔実施例〕 本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明す
る。
Embodiment A preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1の実施例 本実施例は、信号電圧Vsigと基準電圧Vrefが別個の電
界効果トランジスタに入力されてなる電位差変換手段を
有する例である。
First Embodiment This embodiment is an example having a potential difference conversion means in which the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref are input to separate field effect transistors.

まず、その回路構成は、第1図に示すような構成とさ
れる。信号電圧Vsigがゲート1gに入力する第1の電界効
果トランジスタとしてのnMOSトランジスタ1が設けら
れ、このnMOSトランジスタ1の一方のソース・ドレイン
1sdには信号Φが供給される。そのnMOSトランジスタ
1の他方のソース・ドレイン6は、等価的に基板との間
で容量8を有し、このソース・ドレイン6は第2の電界
効果トランジスタであるnMOSトランジスタ2と共通のソ
ース・ドレインとなっている。nMOSトランジスタの2ゲ
ート2gには基準電圧Vrefが供給される。このnMOSトラン
ジスタ2の他方のソース・ドレイン7は、基板との間で
容量9を有し、且つ転送ゲート3の一方のソース・ドレ
インとなる。電位差変換手段は、上記nMOSトランジスタ
1とnMOSトランジスタ2とで構成され、信号電圧Vsigと
基準電圧Vrefに応じた信号電荷が生成され、その信号電
荷が転送パルス信号Φが供給される転送ゲート3を介
して転送される。
First, the circuit configuration is as shown in FIG. An nMOS transistor 1 is provided as a first field effect transistor whose signal voltage Vsig is input to the gate 1g. One source / drain of the nMOS transistor 1 is provided.
The signal Φ 1 is supplied to 1sd. The other source / drain 6 of the nMOS transistor 1 has a capacitance 8 equivalently to the substrate, and the source / drain 6 is a source / drain common to the nMOS transistor 2 as a second field effect transistor. Has become. The reference voltage Vref is supplied to the two gates 2g of the nMOS transistor. The other source / drain 7 of the nMOS transistor 2 has a capacitance 9 with the substrate and serves as one source / drain of the transfer gate 3. The potential difference converting means is composed of the nMOS transistor 1 and the nMOS transistor 2 and generates a signal charge according to the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref. The signal charge is supplied with the transfer pulse signal Φ 2. Forwarded over.

その転送ゲート3の他方のソース・ドレイン5は、不
純物拡散領域からなるフローティングディフュージョン
領域として機能し、信号電荷に応じた出力を行うための
出力手段として用いられる。このソース・ドレイン5も
基板との間で等価的に容量10を有し、さらに出力バッフ
ァ11に接続される。このソース・ドレイン5は、リセッ
ト用のnMOSトランジスタ4のソース・ドレインの一方で
もあり、このnMOSトランジスタ4の他方のソース・ドレ
イン4sdには電源電圧VDDが供給される。nMOSトランジス
タ4のゲート4gには、リセット信号Φが供給される。
The other source / drain 5 of the transfer gate 3 functions as a floating diffusion region formed of an impurity diffusion region, and is used as an output unit for performing output according to a signal charge. The source / drain 5 also has a capacitance 10 equivalently to the substrate, and is further connected to an output buffer 11. The source / drain 5 is also one of the source / drain of the reset nMOS transistor 4, and the other source / drain 4sd of the nMOS transistor 4 is supplied with the power supply voltage VDD . The reset signal Φ 3 is supplied to the gate 4g of the nMOS transistor 4.

このような回路構成の電圧比較回路は、例えば第2図
に示すようなチップの断面構造をとることができる。P
型のシリコン基板12の表面に臨んでN+型の不純物拡散領
域が形成される。このN+型の不純物拡散領域により、nM
OSトランジスタ1,2のソース・ドレイン1sd,6、フローテ
ィングディフュージョン領域として機能するソース・ド
レイン5及びnMOSトランジスタ4の他方のソース・ドレ
イン4sdが形成される。信号電圧Vsigが供給されるnMOS
トランジスタ1のゲート1g,基準電圧Vrefが供給されるn
MOSトランジスタ2のゲート2g及び電源電圧VDDが供給さ
れるnMOSトランジスタ4のゲート4gには、例えば第1層
目の電極層が用いられる。また、転送ゲート3のゲート
電極3gとしては、nMOSトランジスタ2に隣接して形成さ
れるため、例えば第2層目の電極層が用いられる。各ゲ
ート1g〜4gは、N+型の不純物拡散領域の間のチャンネル
形成領域上にそれぞれゲート絶縁膜を介して形成され
る。なお、第1図に示したnMOSトランジスタ2の他方の
ソース・ドレイン7は、第2図のようにゲート電極3gと
ゲート2gを隣接させて設ける構造により省略するように
しても良い。
The voltage comparison circuit having such a circuit configuration can take a cross-sectional structure of a chip as shown in FIG. 2, for example. P
An N + type impurity diffusion region is formed facing the surface of the type silicon substrate 12. With this N + type impurity diffusion region, nM
Source / drains 1sd and 6 of the OS transistors 1 and 2, a source / drain 5 functioning as a floating diffusion region, and the other source / drain 4sd of the nMOS transistor 4 are formed. NMOS to which signal voltage Vsig is supplied
The gate 1g of the transistor 1 and the reference voltage Vref are supplied n
For the gate 2g of the MOS transistor 2 and the gate 4g of the nMOS transistor 4 to which the power supply voltage V DD is supplied, for example, the first electrode layer is used. Further, since the gate electrode 3g of the transfer gate 3 is formed adjacent to the nMOS transistor 2, for example, the second electrode layer is used. Each of the gates 1g to 4g is formed on a channel forming region between the N + -type impurity diffusion regions via a gate insulating film. The other source / drain 7 of the nMOS transistor 2 shown in FIG. 1 may be omitted by the structure in which the gate electrode 3g and the gate 2g are provided adjacent to each other as shown in FIG.

次に、第3図及び第4図a〜第4図f並びに第5図a
〜第5図fを参照しながら、本実施例の電圧比較回路の
作動について説明する。
Next, FIGS. 3 and 4a to 4f and 5a.
The operation of the voltage comparison circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS.

第3図は信号Φ1,転送パルス信号Φ2,リセット信号Φ
のタイムチャートであり、1つのサイクルの各信号の
電圧の変化を示している。第4図a〜第4図f及び第5
図a〜第5図fは、それぞれ第2図の断面構造を有する
電圧比較回路の各部分のポテンシャルの変化を順に示す
エネルギー特性図であって、第4図a〜第4図fは信号
電圧Vsig>基準電圧Vrefの場合、第5図a〜第5図fは
信号電圧Vsig<基準電圧Vrefの場合である。
FIG. 3 shows signal Φ 1 , transfer pulse signal Φ 2 , reset signal Φ
3 is a time chart of No. 3 , showing changes in the voltage of each signal in one cycle. FIGS. 4a to 4f and 5
5A to 5F are energy characteristic diagrams sequentially showing changes in the potential of each part of the voltage comparison circuit having the cross-sectional structure of FIG. 2, and FIGS. 4A to 4F show signal voltages. When Vsig> reference voltage Vref, FIGS. 5A to 5F show the case where signal voltage Vsig <reference voltage Vref.

まず、第4図a〜第4図fを用いてVsig>Vrefの場合
を説明すると、第3図の時刻t1aでは、信号Φ及びリ
セット信号Φが高レベル、転送パルス信号Φは低レ
ベルである。従って、第4図aに示すように、転送パル
ス信号Φが供給される転送ゲート3のポテンシャル障
壁E13は高いものとなり、nMOSトランジスタ1の信号Φ
が供給されるソース・ドレイン1sdにおける電荷e11
低レベルは低くなる。また、リセット信号Φが供給さ
れるnMOSトランジスタ4のポテンシャル障壁E14のレベ
ルは低くなり、その結果、フローティングディフュージ
ョン領域としてのソース・ドレイン5の電荷がリセット
される。
First, the case of Vsig> Vref will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. At time t 1a in FIG. 3, the signal Φ 1 and the reset signal Φ 3 are at a high level, and the transfer pulse signal Φ 2 is It is a low level. Therefore, as shown in FIG. 4a, the potential barrier E 13 of the transfer gate 3 to which the transfer pulse signal Φ 2 is supplied becomes high, and the signal Φ of the nMOS transistor 1 becomes Φ.
Low level of charge e 11 at the source and drain 1sd which 1 is supplied decreases. Further, the level of the potential barrier E 14 of the nMOS transistor 4 to which the reset signal Φ 3 is supplied is lowered, and as a result, the charge of the source / drain 5 as the floating diffusion region is reset.

次に、第3図の時刻t1bでは、信号Φが低レベルに
変化する。その結果、電位差変換手段におけるリセット
動作が行われ、第4図bに示すように、ソース・ドレイ
ン1sdのポテンシャル井戸からは電荷が溢れだすことに
なり、nMOSトランジスタ1,2の範囲で電荷が満たされ
る。
Next, in the third diagram of the time t 1b, signal [Phi 1 is changed to a low level. As a result, the reset operation is performed in the potential difference conversion means, and as shown in FIG. 4b, the electric charge overflows from the potential well of the source / drain 1sd, and the electric charge is filled in the range of the nMOS transistors 1 and 2. Be done.

次に、第3図の時刻t1cでは、信号Φが低レベルか
ら高レベルに変化し、第4図cに示すように、溢れた電
荷が再びソース・ドレイン1sdのポテンシャル井戸に吸
収される。この時、nMOSトランジスタ1のゲート1gには
信号電圧Vsigが供給されており、nMOSトランジスタ2の
ゲート2gには基準電圧Vrefが供給されており、しかも、
それらの電圧の関係がVsig>Vrefであるために、ソース
・ドレイン1sd側のnMOSトランジスタ1にかかるポテン
シャル障壁E11は、nMOSトランジスタ2にかかるポテン
シャル障壁E12よりも低いものとなる。従って、両MOSト
ランジスタに共通のソース・ドレイン6のポテンシャル
井戸に蓄積される電荷は、ポテンシャル障壁E11によっ
て定まり、このポテンシャル井戸のポテンシャル障壁E
13側には信号電各が蓄積されない。
Next, at time t 1c in FIG. 3, the signal Φ 1 changes from low level to high level, and the overflowed charges are again absorbed in the potential well of the source / drain 1sd as shown in FIG. 4c. . At this time, the signal voltage Vsig is supplied to the gate 1g of the nMOS transistor 1, the reference voltage Vref is supplied to the gate 2g of the nMOS transistor 2, and
Since the relationship between the voltages is Vsig> Vref, the potential barrier E 11 applied to the nMOS transistor 1 on the source / drain 1sd side is lower than the potential barrier E 12 applied to the nMOS transistor 2. Thus, charges stored in the potential well of the common source and drain 6 in the MOS transistor is determined by the potential barrier E 11, the potential barrier E of this potential well
No signal is stored on the 13 side.

次に、第3図の時刻t1dでは、いままで高レベルであ
ったリセット信号Φが低レベルになり、その結果、第
4図dに示すように、低かったポテンシャル障壁E14
高くなる。これはフローティングディフュージョンのリ
セットの終了を意味し、ソース・ドレイン5にかかるポ
テンシャル井戸はポテンシャル障壁E13とポテンシャル
障壁E14には挟まれた状態になる。
Next, at time t 1d in FIG. 3, the reset signal Φ 3 which has been high level until now becomes low level, and as a result, the potential barrier E 14 which has been low becomes high as shown in FIG. 4d. . This means the end of the reset of the floating diffusion, potential well according to the source and drain 5 is in a state sandwiched between the potential barrier E 13 and potential barriers E 14.

次に、第3図の時刻t1eでは、信号電荷の転送が行わ
れる。すなわち、転送パルス信号Φが低レベルから高
レベルに変化し、第4図eに示すように、転送ゲート3
にかかるポテンシャル障壁E13は低くなる。すると、ポ
テンシャル障壁E12,E13は階段状のポテンシャルとな
り、仮にポテンシャル障壁E12上に信号電荷が有れば転
送されることになるが、ここでは信号電圧Vsigが基準電
圧Vrefより大きいために、ポテンシャル障壁E12上には
信号電荷が無く、そのためソース・ドレイン5にかかる
ポテンシャル井戸に信号電荷が転送されることはない。
従って、不純物拡散領域であるソース・ドレイン5にか
かるポテンシャル井戸の電荷e15のレベルは変動しな
い。
Next, at time t 1e in FIG. 3, the signal charges are transferred. That is, the transfer pulse signal [Phi 2 is changed from a low level to a high level, as shown in FIG. 4 e, the transfer gate 3
Potential barrier E 13 according to the lower. Then, the potential barriers E 12 and E 13 become stair-shaped potentials, and if signal charges are present on the potential barrier E 12 , they are transferred, but since the signal voltage Vsig is larger than the reference voltage Vref here. , There is no signal charge on the potential barrier E 12 , so that no signal charge is transferred to the potential well applied to the source / drain 5.
Therefore, the level of charge e 15 potential well according to the source and drain 5 is an impurity diffusion region does not change.

次に、第3図の時刻t1fでは、転送パルス信号Φ
再び低レベルに戻され、その結果、第4図fに示すよう
に、ポテンシャル障壁E13の高さが高くなる。このよう
にソース・ドレイン5の電荷が確定したところで、出力
バッファ11を介して転送された信号電荷に応じた信号が
出力される。しかし、ここでは、信号電荷が転送されて
こないため、フローティングディフュージョンであるソ
ース・ドレイン5からの出力電圧VOUTは高レベルとな
る。
Next, in the third diagram of the time t 1f, returned to the low level transfer pulse signal [Phi 2 again, as a result, as shown in FIG. 4 f, the height of the potential barrier E 13 becomes high. When the charge of the source / drain 5 is determined in this way, a signal corresponding to the signal charge transferred via the output buffer 11 is output. However, in this case, since the signal charge is not transferred, the output voltage V OUT from the source / drain 5 which is the floating diffusion becomes a high level.

一方、第5図a〜第5図fを用いてVsig<Vrefの場合
を説明すると、第3図の時刻t1aでは、各信号Φ〜Φ
は前述の通りであり、第5図aに示すように、ポテン
シャル障壁E11〜E14もポテンシャル障壁E11を除いて同
じであり、ポテンシャル障壁E11は高くなっている。こ
れは基準電圧Vrefは一定であり、信号電圧Vsigだけが低
電圧になったことを意味する。
On the other hand, the case of Vsig <Vref will be described with reference to FIGS. 5A to 5F. At time t 1a in FIG. 3, the signals Φ 1 to Φ are generated.
3 is as described above, and as shown in FIG. 5A, the potential barriers E 11 to E 14 are the same except the potential barrier E 11 , and the potential barrier E 11 is high. This means that the reference voltage Vref is constant and only the signal voltage Vsig has become low.

次に、時刻t1bで、信号Φが低レベルに変化し、電
位差変換っ手段におけるリセット動作が行われる。する
と、第5図bに示すように、ソース・ドレイン1sdのポ
テンシャル井戸からは電荷が溢れだすことになり、nMOS
トランジスタ1,2の範囲で電荷が満たされる。
Then, at time t 1b, signal [Phi 1 is changed to the low level, the reset operation in the unit Tsu potential conversion. Then, as shown in FIG. 5b, the electric charge overflows from the potential well of the source / drain 1sd, and the nMOS
The charge is filled in the area of the transistors 1 and 2.

次に、時刻t1cでは、信号Φが低レベルから高レベ
ルに変化し、第5図cに示すように、溢れた電荷が再び
ソース・ドレイン1sdのポテンシャル井戸に吸収され
る。この時、ソース・ドレイン1sd側のポテンシャル障
壁E11が高くなっているために、そのポテンシャル障壁E
11と同じレベルで信号電荷ΔQがnMOSトランジスタ2の
範囲に残存する。
Next, at time t 1c , the signal Φ 1 changes from low level to high level, and the overflowed charges are again absorbed in the potential well of the source / drain 1sd as shown in FIG. 5c. At this time, since the potential barrier E 11 on the source / drain 1sd side is high, the potential barrier E
At the same level as 11 , the signal charge ΔQ remains in the range of the nMOS transistor 2.

続いて時刻t1dで第4図dと同じフローティングディ
フュージョンのリセットの終了動作が行われ(第5図d
参照)、次に、時刻t1eで転送パルス信号Φが低レベ
ルから高レベルに変化し、第5図eに示すように、転送
ゲート3にかかるポテンシャル障壁E13は低くなる。す
ると、ポテンシャル障壁E12,E13は階段状のポテンシャ
ル障壁となり、前記信号電荷ΔQは、不純物拡散領域で
あるソース・ドレイン5にかかるポテンシャル井戸に蓄
積されることになる。
Subsequently, at time t1d , the same reset operation for resetting the floating diffusion as in FIG. 4d is performed (FIG. 5d).
See), then the transfer pulse signals [Phi 2 at time t 1e is changed from low level to high level, as shown in FIG. 5 e, the potential barrier E 13 according to the transfer gate 3 is low. Then, the potential barriers E 12 and E 13 become stepwise potential barriers, and the signal charges ΔQ are accumulated in the potential wells applied to the source / drain 5 which is the impurity diffusion region.

そして、時刻t1fで転送パルス信号Φのレベルを低
レベルに戻し、第5図fに示すように、ポテンシャル障
壁E13の高さを高くする。これにより、信号電圧Vsigと
基準電圧Vrefの電位差に応じた信号電荷ΔQは全部ソー
ス・ドレイン5に蓄積される。このソース・ドレイン5
では蓄積された信号電荷ΔQによって電圧が低くなり、
そのソース・ドレイン5からの出力電圧VOUTは低レベル
となる。
Then, at time t 1f , the level of the transfer pulse signal Φ 2 is returned to the low level, and the height of the potential barrier E 13 is increased as shown in FIG. As a result, the signal charge ΔQ corresponding to the potential difference between the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref is entirely stored in the source / drain 5. This source / drain 5
Then, the voltage is lowered by the accumulated signal charge ΔQ,
The output voltage V OUT from the source / drain 5 becomes low.

このような本実施例の電圧比較回路では、信号電圧Vs
igと基準電圧Vrefの電位差がポテンシャル井戸に現れる
信号電荷ΔQの形でフローティングディフュージョンと
して機能するソース・ドレイン5に転送される。このた
め、CMOSインバーターを用いた時のような貫通電流はな
く、また、大きな容量を形成する必要もなく素子数を低
減させることができるため、その回路規模を小さくさせ
ることができる。さらに、その高速化も容易である。ま
た、高感度化を図るためには、ΔQが小さくても大きな
出力電圧が得られるようにすればよい。そこで、ソース
・ドレイン5の容量10を小さくし、逆に容量8を相対的
に大きくする。これによりΔQが小さくても最終的に大
きな電位差が得られることになる。
In the voltage comparison circuit of this embodiment, the signal voltage Vs
The potential difference between ig and the reference voltage Vref is transferred to the source / drain 5 functioning as a floating diffusion in the form of the signal charge ΔQ appearing in the potential well. Therefore, there is no shoot-through current as in the case of using a CMOS inverter, and the number of elements can be reduced without the need to form a large capacitance, so that the circuit scale can be reduced. Further, the speeding up is easy. Further, in order to achieve high sensitivity, a large output voltage may be obtained even if ΔQ is small. Therefore, the capacitance 10 of the source / drain 5 is reduced, and conversely, the capacitance 8 is relatively increased. As a result, a large potential difference is finally obtained even if ΔQ is small.

なお、上記の実施例では、ソース・ドレイン5をフロ
ーティングディフュージョンとして用いたが、電荷から
電圧への変換をフローティングゲートにより行うように
しても良い。本実施例の電圧比較回路は、種々の電子回
路に適用できるが、一例として100M Hz/10bitの全並列
型のA/Dコンバーター等に用いて好適である。また、半
導体領域の導電型は反対でも良い。さらに、転送ゲート
3には、信号電圧Vsigが入力するMOSトランジスタを隣
接させて配置しても良い。
Although the source / drain 5 is used as the floating diffusion in the above embodiments, the charge may be converted to the voltage by the floating gate. Although the voltage comparison circuit of this embodiment can be applied to various electronic circuits, it is suitable for use in, for example, a 100 MHz / 10-bit all-parallel A / D converter. The conductivity type of the semiconductor region may be opposite. Further, a MOS transistor to which the signal voltage Vsig is input may be arranged adjacent to the transfer gate 3.

第2の実施例 本実施例は第1の実施例の回路と比較して、基準電圧
Vrefの入力の回路構造を変更した例であり、通常のMOS
トランジスタのプロセスでの製造が可能な回路である。
Second Embodiment This embodiment is different from the circuit of the first embodiment in that the reference voltage
This is an example of changing the circuit structure of Vref input.
This is a circuit that can be manufactured in a transistor process.

まず、第6図にその回路構成を示す。信号電圧Vsigが
ゲート21gに入力する第1の電界効果トランジスタとし
てのnMOSトランジスタ21が設けられ、このnMOSトランジ
スタ21の一方のソース・ドレイン21sdには信号Φ21が供
給される。そのnMOSトランジスタ21の他方のソース・ド
レイン26は、等価的に基板との間で容量C1を有し、この
ソース・ドレイン26は第2の電界効果トランジスタであ
るnMOSトランジスタ22と共通のソース・ドレインとなっ
ている。
First, FIG. 6 shows the circuit configuration. An nMOS transistor 21 is provided as a first field-effect transistor for inputting a signal voltage Vsig to a gate 21g. A signal Φ 21 is supplied to one source / drain 21sd of the nMOS transistor 21. The other source / drain 26 of the nMOS transistor 21 equivalently has a capacitance C 1 with the substrate, and this source / drain 26 is a source / drain common to the nMOS transistor 22 which is the second field effect transistor. It is a drain.

第2の電界効果トランジスタであるnMOSトランジスタ
22のゲート22gには基準電圧Vrefと接地電圧GNDが供給さ
れる。すなわち、ゲート22gには、スイッチングトラン
ジスタ27を介して基準電圧Vrefが供給され、スイッチン
グトランジスタ28を介して接地電圧GNDが供給される。
スイッチングトランジスタ27のゲートには信号Φ22が供
給され、スイッチングトランジスタ28のゲートには信号
▲▼が供給される。従って、信号Φ22に応じてス
イッチングトランジスタ27,28は択一的にオンになる。
電位差変換手段は、上記nMOSトランジスタ21とnMOSトラ
ンジスタ22とで構成され、後述するように信号電圧Vsig
と基準電圧Vrefに応じた信号電荷が生成される。このnM
OSトランジスタ22の他方のソース・ドレイン25は、基板
との間で容量C2を有し、フローティングディフュージョ
ン領域として機能する。このソース・ドレイン25は、信
号電荷に応じた出力を行うための出力手段として用いら
れ、出力バッファ29に接続される。このソース・ドレイ
ン25は、第1の実施例の回路と同様に、リセット用のnM
OSトランジスタ24のソース・ドレインの一方でもあり、
このnMOSトランジスタ24の他方のソース・ドレイン24sd
には電源電圧VDDが供給される。nMOSトランジスタ24の
ゲート24gには、リセット信号Φ23が供給される。
NMOS transistor as a second field effect transistor
The reference voltage Vref and the ground voltage GND are supplied to the gate 22g of the gate 22. That is, the gate 22g is supplied with the reference voltage Vref via the switching transistor 27 and the ground voltage GND via the switching transistor 28.
The gate of the switching transistor 27 is supplied with the signal Φ 22 , and the gate of the switching transistor 28 is supplied with the signal ▲ ▼. Therefore, the switching transistors 27 and 28 are alternatively turned on according to the signal Φ 22 .
The potential difference converting means is composed of the nMOS transistor 21 and the nMOS transistor 22, and has a signal voltage Vsig as described later.
And a signal charge corresponding to the reference voltage Vref is generated. This nM
The other source / drain 25 of the OS transistor 22 has a capacitance C 2 with the substrate and functions as a floating diffusion region. The source / drain 25 is used as an output unit for performing an output according to the signal charge, and is connected to an output buffer 29. This source / drain 25 is used for resetting nM as in the circuit of the first embodiment.
It is also one of the source and drain of OS transistor 24,
The other source / drain 24sd of this nMOS transistor 24
Is supplied with a power supply voltage V DD . The reset signal Φ 23 is supplied to the gate 24g of the nMOS transistor 24.

第7図は、その回路構成を有する電圧比較回路の構造
の一例であり、P型のシリコン基板20上に互いに離間し
てN+型の不純物拡散領域が形成されている。信号Φ21
接続されるN+型の不純物拡散領域は、nMOSトランジスタ
21のソース・ドレイン21sdである。信号電圧Vsigが供給
されるゲート21gと基準電圧Vref又は接地電圧GNDが供給
されるゲート22gの間の不純物拡散領域は、共通のソー
ス・ドレイン26となる。nMOSトランジスタ22の他方のソ
ース・ドレイン25は、フローティングディフュージョン
として機能する領域であり、リセット用のnMOSトランジ
スタ24の一方のソース・ドレインでもある。このnMOSト
ランジスタ24の他方のソース・ドレイン24sdは電源電圧
VDDに接続されるN+型の不純物拡散領域である。各ゲー
ト21g,22g,24gは、ゲート絶縁膜を介してN+型の不純物
拡散領域の間の領域上に形成されている。第1の実施例
と比較すると、ゲート電極同士が重なる構造がなくな
り、第1層目の電極層だけで構成することができる。従
って、素子の微細化に有利である。
FIG. 7 shows an example of the structure of a voltage comparison circuit having such a circuit configuration, in which N + -type impurity diffusion regions are formed on a P-type silicon substrate 20 so as to be separated from each other. The N + -type impurity diffusion region connected to the signal Φ 21 is an nMOS transistor.
21 source / drain 21sd. An impurity diffusion region between the gate 21g to which the signal voltage Vsig is supplied and the gate 22g to which the reference voltage Vref or the ground voltage GND is supplied serves as a common source / drain 26. The other source / drain 25 of the nMOS transistor 22 is a region functioning as a floating diffusion, and is also one source / drain of the reset nMOS transistor 24. The other source / drain 24sd of this nMOS transistor 24 is
This is an N + type impurity diffusion region connected to V DD . Each of the gates 21g, 22g, and 24g is formed on a region between the N + -type impurity diffusion regions via a gate insulating film. Compared to the first embodiment, the structure in which the gate electrodes overlap each other is eliminated, and the gate electrode can be composed of only the first electrode layer. Therefore, it is advantageous for miniaturization of the element.

次に、第8図及び第9図a〜第9図dを参照しなが
ら、本実施例の電圧比較回路の作動について説明する。
第8図は信号Φ21,信号Φ22,リセット信号Φ23の波形図
であり、1サイクルの電圧の変化を示している。第9図
a〜第9図dは、第7図の構造の電圧比較回路の1サイ
クルのポテンシャルの変化を示す図である。
Next, the operation of the voltage comparison circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9a to 9d.
FIG. 8 is a waveform diagram of the signal Φ 21 , the signal Φ 22 , and the reset signal Φ 23 , showing a one-cycle voltage change. 9a to 9d are diagrams showing a change in potential in one cycle of the voltage comparison circuit having the structure of FIG.

ここで、信号電圧Vsigよりも基準電圧Vrefが大きい場
合について説明すると、初めに、第8図の時刻t2aで、
信号Φ21及び信号Φ22が低レベルとされ、リセット信号
Φ23は高レベルとされる。すると、第9図aに示すよう
に、信号Φ21が低レベルとされるために、ソース・ドレ
イン21sdにかかるポテンシャル井戸からは、ポテンシャ
ル障壁E21を越えて電荷が溢れることになり、電位差変
換手段にかかる領域をリセットさせる。また、信号Φ22
が低レベルとされるために、スイッチングトランジスタ
27はオフ、スイッチングトランジスタ28はオンになり、
nMOSトランジスタ22のゲートには接地電圧GNDが供給さ
れる。このためポテンシャル障壁E22は高いものとな
る。また、リセット信号Φ23が高レベルであるために、
nMOSトランジスタ24にかかるポテンシャル障壁E23は低
くされ、余分な電荷が電源電圧VDDへ吸収されて、フロ
ーティングディフュージョンとなるソース・ドレイン25
はリセットされる。このソース・ドレイン25のリセット
されるレベルは、リセット信号Φ23のレベルの調製によ
り、出力バッファ29の入出力電圧伝達特性図において急
峻に立ち上がる変曲点等にリセットすることができる。
このような変曲点にセットすることで、高速且つ高感度
に出力信号Voutを得ることが可能となる。
Here, a case where the reference voltage Vref is higher than the signal voltage Vsig will be described. First, at time t2a in FIG.
The signal Φ 21 and the signal Φ 22 are at a low level, and the reset signal Φ 23 is at a high level. Then, as shown in FIG. 9A, since the signal Φ 21 is set to the low level, the electric potential overflows the potential barrier E 21 from the potential well applied to the source / drain 21sd, and the potential difference conversion is performed. Reset the area according to the means. Also, the signal Φ 22
Is low, the switching transistor
27 is off, switching transistor 28 is on,
The ground voltage GND is supplied to the gate of the nMOS transistor 22. Therefore potential barrier E 22 becomes high. Also, since the reset signal Φ 23 is at a high level,
The potential barrier E 23 applied to the nMOS transistor 24 is lowered, and excess charges are absorbed by the power supply voltage V DD to form a floating diffusion source / drain 25.
Is reset. The reset is the level of the source and drain 25, the preparation of the level of the reset signal [Phi 23, can be reset to the inflection point or the like which rises steeply in input-output voltage transfer characteristic diagram of an output buffer 29.
By setting such an inflection point, an output signal Vout can be obtained at high speed and with high sensitivity.

次に、第8図の時刻t2bでは信号Φ21が低レベルが高
レベルに変化する。すると、第9図bに示すように、電
位差変換手段側で溢れていた電荷がソース・ドレイン21
sdにかかるポテンシャル井戸へ吸収され、ポテンシャル
障壁E21とポテンシャル障壁E22の間のソース・ドレイン
26のポテンシャル井戸に信号電圧Vsigに応じた信号電荷
ΔQが蓄積されることになる。
Next, at time t 2b in FIG. 8, the signal Φ 21 changes from low level to high level. Then, as shown in FIG. 9B, the charges overflowing on the potential difference converting means side are discharged from the source / drain 21.
It is absorbed into the potential well in accordance with the sd, source and drain between the potential barrier E 21 and the potential barrier E 22
The signal charge ΔQ corresponding to the signal voltage Vsig is accumulated in the 26 potential wells.

次の第8図の時刻t2Cでは、リセット信号Φ23が高レ
ベルから低レベルに変化する。その結果、第9図cに示
すように、リセット信号Φ23の供給されるnMOSトランジ
スタ24にかかるポテンシャル障壁E23の高さが高くな
り、フローティングフュージョンとして機能するソース
・ドレイン25は、リセットされた状態のまま、ソース・
ドレイン24sdと分離されたものになる。
At the next time t 2C in FIG. 8, the reset signal Φ 23 changes from the high level to the low level. As a result, as shown in FIG. 9C, the height of the potential barrier E 23 applied to the nMOS transistor 24 to which the reset signal Φ 23 is supplied is increased, and the source / drain 25 functioning as a floating fusion is reset. In the state, source
It will be separated from the drain 24sd.

次に、第8図の時刻t2dでは、信号電荷ΔQの転送が
行われる。すなわち、信号Φ22が高レベルに変化するこ
とで、第9図dに示すように、このサイクルで電位差変
換手段と出力手段の間の障壁として機能していたポテン
シャル障壁E22が基準電圧Vrefのポテンシャルを有する
ようになる。すると、信号電圧Vsigとの電位差から、Vs
ig>Vrefなら時刻t2dでE21<E22(障壁の高さ)とな
り、ソース・ドレイン25への信号電荷の転送はない。ま
た逆に、Vsig<Vrefなら時刻t2dでE21>E22となり、ソ
ース・ドレイン25への信号電荷ΔQが転送されることに
なる。
Next, at time t2d in FIG. 8, transfer of the signal charge ΔQ is performed. That is, as the signal Φ 22 changes to a high level, as shown in FIG. 9d, the potential barrier E 22 that has functioned as a barrier between the potential difference conversion means and the output means in this cycle is set to the reference voltage Vref. It has potential. Then, from the potential difference from the signal voltage Vsig, Vs
If ig> Vref, E 21 <E 22 (barrier height) at time t 2d , and there is no transfer of signal charge to the source / drain 25. Conversely, if Vsig <Vref, E 21 > E 22 at time t 2d , and the signal charge ΔQ to the source / drain 25 is transferred.

そして、再び信号Φ22が低レベルになり、ポテンシャ
ル隔壁E22が高くなって、ソース・ドレイン25から出力
信号が出力されることになる。その出力信号は、Vsig>
Vrefなら高レベルであり、逆にVsig<Vrefなら低レベル
の出力が行われることになる。
Then, the signal Φ 22 goes low again, the potential barrier E 22 goes high, and an output signal is output from the source / drain 25. The output signal is Vsig>
If Vref, the output is high, and if Vsig <Vref, the output is low.

このような第2の実施例の電圧比較回路においては、
第1の実施例と同様に、信号電圧Vsigと基準電圧Vrefの
電位差が信号電荷ΔQの形でフローティングディフュー
ジョンであるソース・ドレイン25に転送される。このた
め、CMOSインバーターを用いた時のような貫通電流はな
く、また、その回路規模を小さくさせることができる。
特に、第1の実施例と比較して、転送ゲート3が省略さ
れる分だけ電荷転送部の面積が縮小化される。また、プ
ロセス上MOSトランジスタのプロセスで製造することが
可能であり、微細加工に好適となる。さらに、容量C1/
容量C2の比を大きくすることで、その高感度化を図るこ
とができる。
In such a voltage comparison circuit of the second embodiment,
Similarly to the first embodiment, the potential difference between the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref is transferred to the source / drain 25 which is a floating diffusion in the form of a signal charge ΔQ. Therefore, there is no shoot-through current as when using a CMOS inverter, and the circuit scale can be reduced.
In particular, as compared with the first embodiment, the area of the charge transfer portion is reduced by the amount that the transfer gate 3 is omitted. In addition, it is possible to manufacture in the process of a MOS transistor in terms of process, which is suitable for fine processing. Furthermore, the capacity C 1 /
By increasing the ratio of the capacitance C 2, it is possible to achieve the high sensitivity.

上記実施例においては、ソース・ドレイン25をフロー
ティングディフィージョンとした用いたが、フローティ
ングゲートを形成しても良い。また、半導体領域の導電
型は反対でも良い。さらに、出力が取り出されるソース
・ドレインを信号電圧Vsigがゲートに入力されるMOSト
ランジスタのものとしても良い。また、リセットは、電
圧比較回路の全体に亘って電荷を溢れさせてリセットさ
せるようにしても良い。
In the above embodiment, the source / drain 25 was used as a floating diffusion, but a floating gate may be formed. The conductivity type of the semiconductor region may be opposite. Further, the source / drain from which the output is taken out may be a MOS transistor whose signal voltage Vsig is inputted to the gate. Further, the reset may be performed by causing the electric charge to overflow over the entire voltage comparison circuit.

第3の実施例 本実施例の電圧比較回路は、電位差変換手段を構成す
る1つの電界効果トランジスタ(MOSトランジスタ)に
順に信号電圧Vsigと基準電圧Vrefが入力され、その電位
差に応じた電荷が出力手段に転送される例である。
Third Embodiment In the voltage comparison circuit of the present embodiment, the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref are sequentially input to one field effect transistor (MOS transistor) that constitutes the potential difference conversion means, and the electric charge according to the potential difference is output. This is an example of transfer to a means.

まず、第10図はその電圧比較回路の回路構成であり、
一対のソース・ドレインが共通に接続されたnMOSトラン
ジスタ31のゲート31gには、スイッチングトランジスタ3
6を介して信号電圧Vsigが供給されると共にスイッチン
グトランジスタ37を介して基準電圧Vrefが供給される。
スイッチングトラジスタ36のゲートには信号Φ33が供給
され、スイッチングトランジスタ37のゲートには信号▲
▼が供給される。従って、nMOSトランジスタ31の
ゲート31gには、基準電圧Vrefと信号電圧Vsigが択一的
に供給されることになる。
First, FIG. 10 shows a circuit configuration of the voltage comparison circuit.
The gate 31g of the nMOS transistor 31 having a pair of sources and drains connected in common has a switching transistor 3
The signal voltage Vsig is supplied via 6 and the reference voltage Vref is supplied via the switching transistor 37.
The signal φ 33 is supplied to the gate of the switching transistor 36, and the signal ▲ is supplied to the gate of the switching transistor 37.
▼ is supplied. Therefore, the reference voltage Vref and the signal voltage Vsig are alternatively supplied to the gate 31g of the nMOS transistor 31.

このnMOSトランジスタ31のソース・ドレイン35は、nM
OSトランジスタ32のソース・ドレインである。このnMOS
トランジスタ32は、そのゲート32gに定電圧VDCが供給さ
れており、後述するように電荷が溢れるのを制御する。
そのnMOSトランジスタ32の他方のソース・ドレイン34に
はトランジスタ38,39からなる出力バッファ40が接続さ
れ、このソース・ドレインがフローティングディフュー
ジョンとして機能する。このソース・ドレイン34は、出
力手段の不純物拡散領域であり、且つリセット用のnMOS
トランジスタ33のソース・ドレインでもある。
The source / drain 35 of this nMOS transistor 31 is nM
These are the source and drain of the OS transistor 32. This nMOS
The transistor 32 is supplied with a constant voltage V DC at its gate 32g and controls the overflow of charges as described later.
An output buffer 40 including transistors 38 and 39 is connected to the other source / drain 34 of the nMOS transistor 32, and the source / drain functions as a floating diffusion. The source / drain 34 is an impurity diffusion region of the output means, and is a reset nMOS.
It is also the source / drain of the transistor 33.

リセット手段は、一対のソース・ドレイン34,33sdを
有したnMOSトランジスタ33よりなり、そのゲート33gに
供給される信号Φ32によって制御される。ソース・ドレ
イン33sdには信号Φ31が供給される。
Reset means is made of an nMOS transistor 33 having a pair of source and drain 34,33Sd, is controlled by a signal [Phi 32 applied to its gate 33 g. The signal [Phi 31 is supplied to the source-drain 33Sd.

このような回路構成の電圧比較回路は、例えば第11図
に示すような断面構造にすることができる。
The voltage comparison circuit having such a circuit configuration can have, for example, a cross-sectional structure as shown in FIG.

その構造は、P型のシリコン基板30の表面に臨んでN+
型の不純物拡散領域が形成され、これらN+型の不純物拡
散領域は、それぞれnMOSトランジスタ31のソース・ドレ
イン35,フローティングディフュージョンとして機能す
るソース・ドレイン34及びリセット用に信号Φ31が供給
されるソース・ドレイン33sdとして用いられる。ここ
で、nMOSトランジスタ31のソース・ドレイン35はゲート
31gを囲んで形成され、その平面パターンは、第12図に
示すように、略コ字状を描いてなるように形成される。
また、出力電圧Voutが取り出されるソース・ドレイン34
は、上記ソース・ドレイン35と定電圧VDCが供給される
ゲート32gを介して隣接する。そして、リセット用のnMO
Sトランジウタ33のソース・ドレイン33sdは、当該nMOS
トランジスタ33のゲート33gを挟んで設けられる。
The structure is such that the surface of the P-type silicon substrate 30 is exposed to N +
Type impurity diffusion regions are formed, and these N + type impurity diffusion regions are respectively the source / drain 35 of the nMOS transistor 31, the source / drain 34 functioning as a floating diffusion, and the source to which the signal Φ 31 for reset is supplied. -Used as the drain 33sd. Here, the source / drain 35 of the nMOS transistor 31 is a gate
It is formed so as to surround 31g, and its plane pattern is formed to have a substantially U-shape as shown in FIG.
The source / drain 34 from which the output voltage Vout is taken out
Are adjacent to the source / drain 35 via a gate 32g to which a constant voltage V DC is supplied. And nMO for reset
The source / drain 33sd of the S transistor 33 is the nMOS.
The transistor 33 is provided with the gate 33g interposed therebetween.

次に、第13図及び第14図a〜第14図gを参照しなが
ら、本実施例の電圧比較回路の作動について説明する。
第13図は信号Φ31,信号Φ32,信号Φ33の波形図であり、
1サイクルの電圧の変化を示している。第14図a〜第14
図gは、第11図の構造の電圧比較回路におけるデータの
リセットを含めた1サイクルのポテンシャルの変化を示
す図である。
Next, the operation of the voltage comparison circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. 13 and 14a to 14g.
FIG. 13 is a waveform diagram of the signal Φ 31 , the signal Φ 32 , and the signal Φ 33 ,
The change of the voltage in one cycle is shown. Fig. 14a to 14
FIG. G is a diagram showing a potential change in one cycle including data reset in the voltage comparison circuit having the structure shown in FIG.

初めに、第13図の時刻t3aでは、信号Φ31がリセット
レベル(およそ4V)とされ、信号Φ32及び信号Φ33は低
レベル(およそ0V)にあるとする。この時、第14図aに
示すように、未だ前のサンプリングされたデータにかか
る信号電荷がポテンシャル障壁E33とポテンシャル障壁E
32の間のソース・ドレイン34のポテンシャル井戸に残存
している。なお、定電圧VDCはおよそ1Vであってポテン
シャル障壁E32は全体に亘って固定した高さを有する。
また、電源電圧VDDはおよそ5Vであり、ポテンシャル障
壁E31にかかるゲート31gには基準電圧Vrefが供給されて
いる。
Initially, in FIG. 13 at time t 3a, the signal [Phi 31 is the reset level (approximately 4V), the signal [Phi 32 and the signal [Phi 33 is to be in a low level (approximately 0V). At this time, as shown in FIG. 14a, the signal charge applied to the previously sampled data is not equal to the potential barrier E 33 and the potential barrier E.
It remains in the potential well of the source / drain 34 between 32 . The constant voltage V DC is a by potential barrier approximately 1V E 32 has a height which is fixed throughout.
Further, the power supply voltage V DD is about 5 V, and the reference voltage Vref is supplied to the gate 31g applied to the potential barrier E 31 .

次に、第13図の時刻t3bでは、信号Φ32が低レベルか
ら高レベル(およそ5V)に変化する。すると、第14図b
に示すように、信号Φ32が供給されているゲート33gの
電位が高くなり、ポテンシャル障壁E33の高さが低くさ
れる。その結果、ソース・ドレイン34のポテンシャル井
戸に残されていた信号電荷がソース・ドレイン33sdへ吸
収されることになる。
Next, in the 13 view time t 3b, the signal [Phi 32 changes from the low level to the high level (approximately 5V). Then, FIG. 14 b
As shown in, the potential of the gate 33g to which the signal Φ 32 is supplied is increased, and the height of the potential barrier E 33 is decreased. As a result, the signal charge left in the potential well of the source / drain 34 is absorbed by the source / drain 33sd.

次に、第13図の時刻t3Cでは、信号Φ33が低レベルか
ら高レベルに変化する。その結果、このサイクルにかか
るデータの信号電圧Vsigがスイッチングトランジスタ36
を介してゲート31gに入力することになり、第14図cに
示すように、ポテンシャル障壁E31の高さが信号電圧Sig
のものとなる。
Next, at time t 3C in FIG. 13, the signal Φ 33 changes from low level to high level. As a result, the signal voltage Vsig of the data for this cycle is
Would enter the gate 31g via, as shown in FIG. 14 c, height signal voltage of the potential barrier E 31 Sig
Will be the one.

次に、第13図の時刻t3dでは、信号Φ31が上記リセッ
トレベルから低レベル(およそ0V)にされる。その結
果、第14図dに示すように、信号Φ31が供給されている
ソース・ドレイン33sdのポテンシャル井戸からは電荷が
溢れてくることになり、それが全体に行き亘ることにな
る。
Next, at time t 3d in FIG. 13, the signal Φ 31 is changed from the reset level to the low level (about 0 V). As a result, as shown in FIG. 14d, the electric charge overflows from the potential well of the source / drain 33sd to which the signal Φ 31 is supplied, and the electric charge spreads over the whole.

次に、第13図の時刻t3eでは、再び信号Φ31が低レベ
ルからリセットレベルに戻される。すると、第14図eに
示すように、全体に亘っていた電荷がソース・ドレイン
33sdに吸収され、フローティングディフュージョンとな
るソース・ドレイン34の電位はリセットされたものとな
る。また、同時に信号電圧Vsigが入力して形成されたポ
テンシャル障壁E31側においても、電荷は定電圧VDCから
得られる障壁E32の高さで満たされた状態になり、この
段階で信号電圧Vsigにかかる電荷がポテンシャル障壁E
32のゲート31g側に存在することになる。
Next, in FIG. 13 at time t 3e, again signal [Phi 31 is returned from the low level to the reset level. Then, as shown in FIG. 14e, the charges over the entire source and drain are
The potential of the source / drain 34, which is absorbed by 33sd and becomes a floating diffusion, is reset. At the same time, even on the potential barrier E 31 side formed by inputting the signal voltage Vsig, the charge is filled with the height of the barrier E 32 obtained from the constant voltage V DC , and at this stage, the signal voltage Vsig Is applied to the potential barrier E
32 will be present on the gate 31g side.

次に、第13図の時刻t3fで、信号Φ32が高レベルから
低レベルに変化する。その結果、第14図fに示すよう
に、ポテンシャル障壁E33の高さが高くなる。
Next, at time t 3f in FIG. 13, the signal Φ 32 changes from the high level to the low level. As a result, the height of the potential barrier E 33 increases as shown in FIG. 14f.

次に、第13図の時刻t39で、信号Φ33が高レベルから
低レベルに変化し、スイッチングトランジスタ36がオフ
になり、スイッチングトランジスタ37がオンになる。従
って、ゲート31gには信号電圧Vsigから切り替わって基
準電圧Vrefが印加されることになり、その電位差に応じ
てポテンシャル障壁E31の高さが変動する。信号電圧Vsi
g>基準電圧Vrefの場合には、第14図gに示すように、
ポテンシャル障壁E32を越えて電位差に応じた量の信号
電荷がソース・ドレイン34へ転送されることになり、そ
のソース・ドレイン34の電位が低くなって出力信号Vout
が出力されることになる。また、逆に、信号電圧Vsig<
基準電圧Vrefの場合には、ポテンシャル障壁E32を越え
て転送される信号電荷はなく、出力信号Voutは高電圧の
ままとされる。
Then, at time t 39 of FIG. 13, the signal [Phi 33 changes from the high level to the low level, the switching transistor 36 is turned off, the switching transistor 37 is turned on. Therefore, the gate 31g becomes the reference voltage Vref is switched from the signal voltage Vsig is applied, the height of the potential barrier E 31 varies depending on the potential difference. Signal voltage Vsi
When g> reference voltage Vref, as shown in FIG.
An amount of signal charge corresponding to the potential difference is transferred to the source / drain 34 over the potential barrier E 32 , and the potential of the source / drain 34 becomes low, so that the output signal Vout
Is output. Conversely, the signal voltage Vsig <
In the case of the reference voltage Vref, there is no signal charge transferred over the potential barrier E 32 , and the output signal Vout remains high voltage.

このような本実施例の電圧比較回路は、基準電圧Vref
と信号電圧Vsigが入力して電荷の形に変換させる電界効
果トランジスタが単一のものであり、このために転送さ
れる信号電荷の量がトランジスタのばらつきに影響され
ない。仮にスイッチングトランジスタ36,37がばらつい
た場合でも、そのgmに影響するのみでゲート31gのゲー
ト電圧には問題ない。
The voltage comparison circuit according to the present embodiment has the reference voltage Vref
And the signal voltage Vsig is input and converted into the form of electric charge, so that the amount of transferred signal electric charge is not affected by the variation of the transistor. Even if the switching transistors 36 and 37 vary, they only affect the gm and there is no problem with the gate voltage of the gate 31g.

また、第1,第2の実施例と同様に、貫通電流を抑える
ことができ、回路規模が小さくすることができる。ま
た、基板との容量すなわちソース・ドレイン35/ソース
・ドレイン34の面積比等を大きくすることで、高感度化
を図ることができ、MOSトランジスタの製造工程を適用
できることから微細加工も容易である。
Also, as in the first and second embodiments, the through current can be suppressed, and the circuit scale can be reduced. In addition, by increasing the capacitance with the substrate, that is, the area ratio of the source / drain 35 / source / drain 34, etc., high sensitivity can be achieved, and microfabrication is easy because the manufacturing process of the MOS transistor can be applied. .

なお、本実施例はフローティングディフュージョン増
幅器を用いるが、フローティングゲート増幅器を用いて
も良い。また、信号電圧Vsigの入力後に、基準電圧Vref
を入力させて電圧を比較しているが、その順序は逆でも
良い。また、半導体領域の導電型は反対でも良い。
Although the present embodiment uses a floating diffusion amplifier, a floating gate amplifier may be used. After input of the signal voltage Vsig, the reference voltage Vref
, And the voltages are compared, but the order may be reversed. The conductivity type of the semiconductor region may be opposite.

第4の実施例 第4の実施例の電圧比較回路は、1つの電界効果トラ
ンジスタのゲートに信号電圧Vsigと基準電圧Vrefが順次
入力される電圧比較回路であって、その電界効果トラン
ジスタの一方のソース・ドレインがそのままフローティ
ングディフュージョンとされる電圧比較回路の例であ
る。
Fourth Embodiment A voltage comparison circuit according to a fourth embodiment is a voltage comparison circuit in which a signal voltage Vsig and a reference voltage Vref are sequentially input to the gate of one field-effect transistor. This is an example of a voltage comparison circuit in which the source and drain are directly used as a floating diffusion.

まず、その回路構成は、第15図に示すように、nMOSト
ランジスタ41のゲート41gにスイッチングトランジスタ4
5を介して基準電圧Vrefが供給され、スイッチングトラ
ンジスタ46を介して信号電圧Vsigが供給される。スイッ
チングトランジスタ45のゲートには信号Φ43が供給さ
れ、スイッチングトランジスタ46のゲートには、信号▲
▼が供給される。このnMOSトランジスタ41の一方
のソース・ドレイン41sdには容量C1が基板との間で形成
され、このnMOSトランジスタ41の他方のソース・ドレイ
ン43は、出力電圧Voutを取り出すためのフローティング
ディフュージョンとされて、容量C2が形成される。その
ソース・ドレイン43はリセット用のnMOSトランジスタ42
の一方のソース・ドレインでもあり、nMOSトランジスタ
42のゲート42gには信号Φ42が供給される。また、このn
MOSトランジスタ42の他方のソース・ドレイン44には信
号Φ41が供給される。
First, the circuit configuration is such that the switching transistor 4 is connected to the gate 41g of the nMOS transistor 41 as shown in FIG.
The reference voltage Vref is supplied via 5 and the signal voltage Vsig is supplied via the switching transistor 46. The signal Φ 43 is supplied to the gate of the switching transistor 45, and the signal ▲ 43 is supplied to the gate of the switching transistor 46.
▼ is supplied. A capacitance C 1 is formed between one of the source / drain 41sd of the nMOS transistor 41 and the substrate, and the other source / drain 43 of the nMOS transistor 41 is a floating diffusion for extracting the output voltage Vout. , capacitance C 2 is formed. The source / drain 43 is an nMOS transistor 42 for reset.
NMOS transistor
The signal Φ 42 is supplied to the gate 42 g of the 42 . Also this n
A signal Φ 41 is supplied to the other source / drain 44 of the MOS transistor 42.

このような回路構成の電圧比較回路は、第16図に示す
ように断面構造にすることができる。p型のシリコン基
板50の表面に臨んでN+型の不純物拡散領域が形成され
る。これらN+型の不純物拡散領域は、nMOSトランジスタ
41のソース・ドレイン41sd,nMOSトランジスタ41,42に共
通のソース・ドレイン43及びnMOSトランジスタ42のソー
ス・ドレイン44を形成する。ソース・ドレイン41sdとソ
ース・ドレイン43の間には電極層を用いてゲート41gが
形成され、ソース・ドレイン43とソース・ドレイン44の
間には電極層を用いてゲート42gが形成される。ゲート4
1gには信号電圧Vsigと基準電圧Vrefがスイッチ手段によ
り切り換えられて供給され、ゲート42gには信号Φ42
供給される。
The voltage comparison circuit having such a circuit configuration can have a sectional structure as shown in FIG. An N + type impurity diffusion region is formed facing the surface of the p type silicon substrate 50. These N + type impurity diffusion regions are nMOS transistor
A source / drain 41sd, a source / drain 43 common to the nMOS transistors 41 and 42, and a source / drain 44 of the nMOS transistor 42 are formed. A gate 41g is formed between the source / drain 41sd and the source / drain 43 using an electrode layer, and a gate 42g is formed between the source / drain 43 and the source / drain 44 using the electrode layer. Gate 4
The 1g signal voltage Vsig and the reference voltage Vref is supplied are switched by the switch means, to the gate 42g signal [Phi 42 is supplied.

次に、第17図及び第18図a〜第18図dを参照しなが
ら、本実施例の電圧比較回路の作動について説明する。
第17図は信号Φ41,信号Φ42,信号Φ43の波形図であり、
1サイクルの電圧の変化を示している。第18図a〜第18
図dは、第16図の構造の電圧比較回路における1サイク
ルのポテンシャルの変化を示す図である。
Next, the operation of the voltage comparison circuit of this embodiment will be described with reference to FIGS. 17 and 18a to 18d.
FIG. 17 is a waveform diagram of the signal Φ 41 , the signal Φ 42 , and the signal Φ 43 ,
The change of the voltage in one cycle is shown. Fig. 18a to 18
FIG. D is a diagram showing a change in potential in one cycle in the voltage comparison circuit having the structure of FIG.

初めに、第17図の時刻t4aで、信号Φ41が低レベルに
される。その結果、第18図aに示すように、ソース・ド
レイン44にかかるポテンシャル井戸から電荷が溢れ、全
体に電荷が満たされてリセットされる。この時、信号Φ
42は高レベルとされ、ポテンシャル障壁E42は低く抑え
られており、信号Φ43が低レベルとされているために、
ゲート41gには信号電圧Vsigが供給される。
First, at time t 4a in FIG. 17, the signal Φ 41 is made low. As a result, as shown in FIG. 18A, the electric charge overflows from the potential well applied to the source / drain 44, and the electric charge is filled in the whole and reset. At this time, signal Φ
42 is high level, the potential barrier E 42 is kept low, and the signal Φ 43 is low level,
The gate 41g is supplied with the signal voltage Vsig.

次に、第17図の時刻t4bで、信号Φ41が低レベルから
高レベルに戻される。すると、第18図bに示すように、
全体に溢れていた電荷がソース・ドレイン44に吸収さ
れ、同時にフローティングディフュージョとして機能す
るソース・ドレイン43がリセットされることになる。ま
た、ポテンシャル障壁E41は信号電圧Vsigに応じた高さ
を有しており、ソース・ドレイン41sdにかかるポテンシ
ャル井戸には、その信号電圧Vsigに応じた高さで電荷が
満たされることになる。
Then, at time t 4b of FIG. 17, the signal [Phi 41 is returned from the low level to the high level. Then, as shown in FIG. 18b,
The charges that have overflowed the whole are absorbed by the source / drain 44, and at the same time, the source / drain 43 functioning as a floating diffusion is reset. Further, the potential barrier E 41 has a height corresponding to the signal voltage Vsig, and the potential well applied to the source / drain 41sd is filled with electric charges at a height corresponding to the signal voltage Vsig.

次に、第17図の時刻t4Cで、信号Φ42が高レベルから
低レベルに変化する。その結果、第18図cに示すよう
に、ポテンシャル障壁E42が高くなる。このようにポテ
ンシャル障壁E42を高くすることで、次に信号電荷が転
送された時でも確実にソース・ドレイン43に止めること
が可能となる。
Next, at time t 4C in FIG. 17, the signal Φ 42 changes from the high level to the low level. As a result, as shown in FIG. 18 c, the higher the potential barrier E 42. By thus increasing the potential barrier E 42, then the signal charges it becomes possible to stop the reliable source and drain 43 even when transferred.

次に、第17図の時刻t44で、信号Φ43が低レベルから
高レベルに変化し、スイッチングトランジスタ45がオン
になり、スイッチングトランジスタ46がオフになる。そ
の結果、nMOSトランジスタ41のゲート41gに供給される
ゲート電圧が信号電圧Vsigから基準電圧Vrefに変化す
る。その結果、ポテンシャル障壁E41がの高さが変化す
る。すると、信号電圧Vsig>基準電圧Vrefの場合には、
ポテンシャル障壁E41が高くなるので、ソース・ドレイ
ン43へ転送される電荷がない。しかし、その逆の信号電
圧Vsig<基準電圧Vrefの場合には、第18図dに示すよう
に、ポテンシャル障壁E41が低くなり、信号電圧Vsigに
かかる高さで満たされていた電荷がポテンシャル障壁E
41を越えてソース・ドレイン43へ転送されることにな
る。
Then, at time t 44 of FIG. 17, the signal [Phi 43 changes from the low level to the high level, the switching transistor 45 is turned on, the switching transistor 46 is turned off. As a result, the gate voltage supplied to the gate 41g of the nMOS transistor 41 changes from the signal voltage Vsig to the reference voltage Vref. As a result, the height of the potential barrier E 41 changes. Then, when the signal voltage Vsig> the reference voltage Vref,
Since the potential barrier E 41 becomes high, there is no charge transferred to the source / drain 43. However, when the opposite signal voltage Vsig <reference voltage Vref, as shown in FIG. 18d, the potential barrier E 41 becomes low, and the charges filled at the height corresponding to the signal voltage Vsig are charged to the potential barrier E 41. E
It will be transferred to the source / drain 43 over 41 .

このように本実施例の電圧比較回路においては、信号
電圧Vsigと基準電圧Vrefの電位差に応じた信号電荷を転
送して、それを増幅しながら、出力信号を得るために、
貫通電流がなく、その素子数も少なくすることが可能で
ある。また、1つのnMOSトランジスタ41に信号電圧Vsig
と基準電圧Vrefを切り換えて入力するため、複数のトラ
ンジスタを用いて電位差に応じた電荷は生成させる場合
に比較して、素子のばらつきに強い。また、容量C1/C2
を大きくすることで、そのゲインを大きくすることがで
き、高感度化を図ることができる。
As described above, in the voltage comparison circuit of the present embodiment, in order to transfer the signal charge corresponding to the potential difference between the signal voltage Vsig and the reference voltage Vref, and to amplify it, an output signal is obtained.
There is no through current and the number of elements can be reduced. Also, the signal voltage Vsig is applied to one nMOS transistor 41.
Since the reference voltage Vref is switched and input, the resistance to the variation of the element is stronger than that in the case where the charge corresponding to the potential difference is generated by using the plurality of transistors. Also, the capacity C 1 / C 2
By increasing, the gain can be increased and high sensitivity can be achieved.

なお、上記実施例においては、フローティングディフ
ュージョン型の増幅を行うが、フローティングゲート型
であっても良い。また、基準電圧Vrefの次に信号電圧Vs
igをゲート41gに供給するようにしても良い。また、不
純物拡散領域の導電型は反対導電型でも、回路を構成で
きる。
In the above embodiment, a floating diffusion type amplification is performed, but a floating gate type amplification may be performed. After the reference voltage Vref, the signal voltage Vs
ig may be supplied to the gate 41g. Further, a circuit can be formed even if the conductivity type of the impurity diffusion region is the opposite conductivity type.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明の電圧比較回路では、電位差変換手段の切換回
路が接地電圧と基準電圧とを切り換えて上記第2の電界
効果トランジスタのゲートに供給する。この切換回路の
切り換え動作に基づき、上記信号電圧と上記基準電圧と
の電位差を信号電荷に変換して第2の電界効果トランジ
スタの不純物拡散領域に転送する。そして、出力手段で
は、この信号電荷に応じた電圧が取り出され、出力電圧
が得られる。このことにより、貫通電流を押えることが
でき、回路規模を小さくすることができる。
In the voltage comparison circuit of the present invention, the switching circuit of the potential difference conversion means switches between the ground voltage and the reference voltage and supplies the ground voltage and the reference voltage to the gate of the second field effect transistor. Based on the switching operation of the switching circuit, the potential difference between the signal voltage and the reference voltage is converted into signal charge and transferred to the impurity diffusion region of the second field effect transistor. Then, the output means extracts the voltage corresponding to the signal charge and obtains the output voltage. As a result, the shoot-through current can be suppressed and the circuit scale can be reduced.

また、第2の電界効果トランジスタのゲートに供給す
る基準電圧を接地電圧と切り換えることにより、転送用
のゲートが省略することができ電荷転送を行う第2の電
界効果トランジスタの面積を縮小することができる。さ
らに、第2の基板との間に等価的に生ずる第2の電界効
果トランジスタのソースドレインの容量の比を大きくす
ることにより、高感度化が図れる。
Further, by switching the reference voltage supplied to the gate of the second field effect transistor to the ground voltage, the transfer gate can be omitted, and the area of the second field effect transistor for charge transfer can be reduced. it can. Furthermore, by increasing the ratio of the source-drain capacitance of the second field effect transistor that is equivalently generated between the second substrate and the second substrate, higher sensitivity can be achieved.

また、本発明の電圧比較回路では、第3の電界効果ト
ランジスタのゲートに入力されるリセット信号に応じた
電荷が、第1の電界効果トランジスタのソース・ドレイ
ンに転送される。切換手段は、第1の電界効果トランジ
スタのゲートに入力する基準電圧と信号電圧とを切り換
える。この切換手段の切り換え動作に基づき、上記基準
電圧と信号電圧の電位差に応じた信号電荷が第2の電界
効果トランジスタのソース・ドレインに転送される。そ
して、出力手段では、この電位差に応じた電圧が取り出
され、出力電圧が得られる。このことにより、貫通電流
を抑えることができ、回路規模を小さくすることができ
る。
Further, in the voltage comparison circuit of the present invention, the charge corresponding to the reset signal input to the gate of the third field effect transistor is transferred to the source / drain of the first field effect transistor. The switching means switches between the reference voltage and the signal voltage input to the gate of the first field effect transistor. Based on the switching operation of the switching means, a signal charge corresponding to the potential difference between the reference voltage and the signal voltage is transferred to the source / drain of the second field effect transistor. Then, the output means extracts the voltage corresponding to the potential difference and obtains the output voltage. As a result, a through current can be suppressed, and the circuit scale can be reduced.

また、第1の電界効果トランジスタ単独で、基準電圧
と信号電圧との電位差を電荷量に変換する。このことに
より、トランジスタのばらつきによる信号電荷のばらつ
きが抑えられることになり、出力特性が向上する。ま
た、出力手段の不純物拡散領域にかかる容量を小さく
し、信号電圧と基準電圧の電位差に応じた電荷が生成さ
れる部分の容量を大きくすることで、そのゲインを大き
くとることが可能となり、高感度化が容易となる。
The first field-effect transistor alone converts a potential difference between the reference voltage and the signal voltage into a charge amount. As a result, variations in signal charges due to variations in transistors are suppressed, and output characteristics are improved. In addition, by reducing the capacitance applied to the impurity diffusion region of the output means and increasing the capacitance of a portion where charges corresponding to the potential difference between the signal voltage and the reference voltage are increased, the gain can be increased. It is easy to increase the sensitivity.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の電圧比較回路の一例の回路図、第2図
はその一例の構造を示す断面図、第3図はその一例に供
給される各信号のタイミングチャート、第4図a〜第4
図f及び第5図a〜第5図fはその一例の1サイクルの
動作を説明するための各部のエネルギーを示す図であっ
て、第4図a〜第4図fはVsig>Vrefの場合、第5図a
〜第5図fはVsig<Vrefの場合である。 また、第6図は本発明の電圧比較回路の他の一例の回路
図、第7図はその第6図の他の一例の構造を示す断面
図、第8図はその第6図の他の一例に供給される各信号
のタイミングチャート、第9図a〜第9図dは第7図の
構造の電圧比較回路にかかる1サイクルの動作を説明す
るための各部のエネルギーを示す図である。 また、第10図は本発明の電圧比較回路のさらに他の一例
の回路図、第11図はその第10図の一例の構造を示す断面
図、第12図はその第11図の構造の電圧比較回路の模式的
な平面図、第13図はその第10図の一例に供給される各信
号のタイミングチャート、第14図a〜第14図gは第11図
の構造の電圧比較回路にかかる1サイクルの動作を説明
するための各部のエネルギーを示す図である。 また、第15図は本発明の電圧比較回路のまた更に他の一
例の回路図、第16図はその第15図の一例の構造を示す断
面図、第17図はその第15図の一例に供給される各信号の
タイミングチャート、第18図a〜第18図dは第16図の構
造の電圧比較回路にかかる1サイクルの動作を説明する
ための各部のエネルギーを示す図である。 第19図は従来の電圧比較回路の一例を示す回路図であ
る。 1,2,4,21,22,24,31,32,33,41,42……nMOSトランジスタ 5,25,34,43……ソース・ドレイン(不純物拡散領域) Vsig……信号電圧 Vref……基準電圧
FIG. 1 is a circuit diagram of an example of a voltage comparison circuit of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the example, FIG. 3 is a timing chart of signals supplied to the example, and FIGS. Fourth
FIG. F and FIGS. 5a to 5f are diagrams showing the energy of each part for explaining the operation of one cycle of the example, and FIGS. 4a to 4f show the case where Vsig> Vref. , Fig. 5a
~ Fig. 5f shows the case where Vsig <Vref. 6 is a circuit diagram of another example of the voltage comparison circuit of the present invention, FIG. 7 is a sectional view showing the structure of another example of FIG. 6, and FIG. 9A to 9D are timing charts of signals supplied as an example, and FIGS. 9A to 9D are diagrams showing the energy of each part for explaining one cycle of the operation of the voltage comparison circuit having the structure of FIG. 7. Further, FIG. 10 is a circuit diagram of still another example of the voltage comparison circuit of the present invention, FIG. 11 is a sectional view showing the structure of the example of FIG. 10, and FIG. 12 is the voltage of the structure of FIG. FIG. 13 is a schematic plan view of a comparison circuit, FIG. 13 is a timing chart of each signal supplied to the example of FIG. 10, and FIGS. 14a to 14g are related to the voltage comparison circuit having the structure of FIG. It is a figure which shows the energy of each part for demonstrating operation | movement of 1 cycle. 15 is a circuit diagram of still another example of the voltage comparison circuit of the present invention, FIG. 16 is a cross-sectional view showing a structure of an example of FIG. 15, and FIG. 17 is an example of FIG. 18a to 18d are timing charts of the supplied signals, and FIG. 18a to FIG. 18d are diagrams showing the energy of each part for explaining the one-cycle operation of the voltage comparison circuit having the structure of FIG. FIG. 19 is a circuit diagram showing an example of a conventional voltage comparison circuit. 1,2,4,21,22,24,31,32,33,41,42 …… nMOS transistor 5,25,34,43 …… Source / drain (impurity diffusion region) Vsig …… Signal voltage Vref …… Reference voltage

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】信号電圧がゲートに入力される第1の電界
効果トランジスタと、一方のソース・ドレインが上記第
1の電界効果トランジスタと共通である第2の電界効果
トランジスタと、基準電圧と接地電圧を切り換えて上記
第2の電界効果トランジスタのゲートに供給する切換回
路とからなり、上記切換回路が上記第2の電界効果トラ
ンジスタのゲートに接地電圧を供給し、上記第1の電界
効果トランジスタが上記信号電圧に応じた電荷を第2の
電界効果トランジスタと共通のソース・ドレインに蓄積
し、上記切換回路が上記第2の電界効果トランジスタの
ゲートに基準電圧を供給し、上記信号電圧と上記基準電
圧との電位差を信号電荷に変換してこの信号電荷を上記
第1の電界効果トランジスタと共通でない上記第2の電
界効果トランジスタの一方のソース・ドレインである不
純物拡散領域に転送する電位差変換手段と、 上記電位差変換手段から上記不純物拡散領域に転送され
た信号電荷に応じた信号を出力する出力手段と、 上記電位差変換手段が上記信号電圧と上記基準電圧との
電位差を信号電荷に変換する前に、少なくとも上記不純
物拡散領域の信号電荷をリセットするリセット手段と を有することを特徴とする電圧比較回路。
A first field effect transistor having a gate to which a signal voltage is input, a second field effect transistor having one of the source and drain common to the first field effect transistor, a reference voltage and a ground. A switching circuit for switching the voltage and supplying it to the gate of the second field effect transistor, the switching circuit supplying a ground voltage to the gate of the second field effect transistor, and the first field effect transistor A charge corresponding to the signal voltage is accumulated in a source / drain common to the second field effect transistor, the switching circuit supplies a reference voltage to the gate of the second field effect transistor, and the signal voltage and the reference voltage are applied. A potential difference from a voltage is converted into a signal charge, and the signal charge is converted to the second field effect transistor which is not common to the first field effect transistor. Potential difference converting means for transferring to one of the source / drain impurity diffusion regions; output means for outputting a signal corresponding to the signal charge transferred from the potential difference converting means to the impurity diffusion region; and the potential difference converting means. A voltage comparison circuit comprising: reset means for resetting at least the signal charge in the impurity diffusion region before converting the potential difference between the signal voltage and the reference voltage into signal charge.
【請求項2】信号電圧と基準電圧を切り換える切換手段
と、 上記切換手段により切り換えられた信号電圧又は基準電
圧がゲートに入力される第1の電界効果トランジスタ
と、 一方のソース・ドレインが上記第1の電界効果トランジ
スタの両方のソース・ドレインと共通であり、所定電圧
がゲートに入力される第2の電界効果トランジスタと、 一方のソース・ドレインが上記第2の電界効果トランジ
スタの第1の電界効果トランジスタと共通でない一方と
共通であり、他方のソース・ドレインにこの第2の電界
効果トランジスタのゲートに入力される電圧より高い電
圧が入力され、この他方のソース・ドレインに入力され
る電圧より高い電圧のリセット信号がゲートに入力され
る第3の電界効果トランジスタと、 上記第2の電界効果トランジスタと上記第3の電界効果
トランジスタの共通のソース・ドレインの信号電荷に応
じた信号を出力する出力手段とを備え、 上記切換手段が第1の電界効果トランジスタのゲートに
信号電圧を入力し、上記第3の電界効果トランジスタが
上記リセット信号に基づき上記第1の電界効果トランジ
スタの両方のソース・ドレインに信号電荷を転送し、上
記第3の電界効果トランジスタが上記リセット信号に基
づき上記第2の電界効果トランジスタと上記第3の電界
効果トランジスタの共通のソース・ドレインの信号電荷
をリセットし、上記切換手段が第1の電界効果トランジ
スタのゲートに基準電圧を入力し、上記第1の電界効果
トランジスタが上記信号電圧と上記基準電圧との電位差
を信号電荷に変換して上記第2の電界効果トランジスタ
と上記第3の電界効果トランジスタの共通のソース・ド
レインに転送し、出力手段が上記第2の電界効果トラン
ジスタと上記第3の電界効果トランジスタの共通のソー
ス・ドレインの信号電荷に応じた信号を出力する ことを特徴とする電圧比較回路。
A switching means for switching between a signal voltage and a reference voltage; a first field effect transistor having a gate supplied with the signal voltage or the reference voltage switched by the switching means; A second field-effect transistor which is common to both the source and the drain of the first field-effect transistor and has a gate supplied with a predetermined voltage; and one of the source and the drain is a first electric field of the second field-effect transistor. A voltage that is common to one that is not common to the effect transistor and that is higher than the voltage that is input to the gate of this second field effect transistor is input to the other source / drain, and is higher than the voltage that is input to this other source / drain. A third field effect transistor having a gate to which a high voltage reset signal is input; An output means for outputting a signal corresponding to a signal charge of a common source / drain of the third field effect transistor, wherein the switching means inputs a signal voltage to a gate of the first field effect transistor; The third field effect transistor transfers a signal charge to both the source and the drain of the first field effect transistor based on the reset signal, and the third field effect transistor transfers the signal charge to the second source based on the reset signal. Resetting a signal charge of a common source / drain of the field effect transistor and the third field effect transistor; the switching means inputting a reference voltage to a gate of the first field effect transistor; Converts the potential difference between the signal voltage and the reference voltage into a signal charge and converts the potential difference between the second field-effect transistor and the The signal is transferred to the common source / drain of the third field effect transistor, and the output means outputs a signal corresponding to the signal charge of the common source / drain of the second field effect transistor and the third field effect transistor. A voltage comparison circuit, characterized in that:
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