JP2685050B2 - コンパレータ回路 - Google Patents

コンパレータ回路

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    • HELECTRICITY
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    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/303Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device
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Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 コンパレータ回路において、入力信号の極性の変化す
るポイントのみコンパレート動作し、入力信号の極性が
変化しないときは入力オフセット電圧を検出するように
入力信号に基づいて制御するようにした回路である。 〔産業上の利用分野〕 本発明はコンパレータ回路に関し、特に、コンパレー
タとして機能している以外の状態において入力オフセッ
ト電圧を検出するようにしたコンパレータ回路に関す
る。 〔従来の技術及び発明が解決しようとする問題点〕 コンパレータ回路において入力オフセット電圧が発生
することは知られている。この入力オフセット電圧はIC
内部のトランジスタやFETのバラツキなどにより生じる
ものであり、さらに温度ドリフトによることもある。従
来は上記トランジスタやFETのバラツキを極力押さえか
つ温度特性の良好なものを用いるか、あるいは入力信号
以外にタイミングをとる回路を設ける等して対策してき
た。しかしながら、この入力オフセット電圧を小さくす
ることは困難な面が多く遅延時間のL→H,H→Lによる
ずれが大きくなる等の問題がある。 〔問題点を解決するための手段及び作用〕 本発明は上記の問題点を解消したコンパレータ回路て
提供することにあり、その手段は、入力信号のコンパレ
ート動作を行うコンパレータ回路において、第1の入力
信号及び第2の入力信号が入力されるオペアンプからな
り、第2の入力信号に対する第1の入力信号の大小を比
較するコンパレータ手段と、前記オペアンプの入力段に
接続され、コンパレート動作を行う第1の期間に第1の
入力信号を前記オペアンプに入力し、オフセット電圧検
出を行う第2の期間に前記第1の信号を遮断する入力切
換手段と、前記オペアンプの出力段に接続され、前記第
1の期間に前記オペアンプの出力信号を保持し、前記第
2の期間に保持されていた前記オペアンプの出力信号を
出力する出力切換手段と、前記入力切換手段と出力切換
手段に接続され、前記第1の入力信号の前記第2の入力
信号に対する極性が変化する期間を前記第1の期間と
し、前記第1の入力信号の極性が変化しない期間を前記
第2の期間とする、切換信号を出力する入出力切換信号
発生手段と、を備えたことを特徴とする。 〔実施例〕 第1図は本発明に係るコンパレータ回路の基本ブロッ
ク図である。第1図において、ブロックAは入力切換回
路、Bは出力切換回路、Cは入出力切換信号発生回路、
CMP1はメインコンパレータである。この回路は入力信号
レベルに応じてメインコンパレータCMP1をコンパレート
状態とオフセット電圧検出状態に切り換えることができ
るもので、これによりコンパレート状態では入力オフセ
ット電圧が無視できるコンパレータ回路が実現できる。
即ち、入力信号がある時間以上の周期でのみ極性が変化
する場合には、メインコンパレータCMP1は入力信号に応
答した後、コンパレータとして機能していない時間をオ
フセット電圧検出として用い、次の入力信号への応答に
備えるものである。この動作を第2図以下に沿ってさら
に詳細に説明する。 第2図は第1図の各ブロックを詳細に示す回路図であ
る。第2図において、ブロックA,B,Cは第1図のそれに
対応している。入力切換回路AはPチャネルMOSトラン
ジスタ(PMOS)とNチャネルMOSトランジスタ(NMOS)
を組み合わせて成るゲートG1と、同様な構成のG2,G3
有し、さらに容量CCを有する。 第2図の回路では接地電位を基準として電源電圧VDD
と参照電圧が使用される。本図では参照電圧として、V
DDの半分の電圧、即ち、VDD/2が印加される。プラス入
力(+IN)には参照電圧に等しいVDD/2が印加される。
マイナス入力(−IN)にはコンパレートされる入力信号
が印加される。 また、第6図は第2図の各点における信号タイミング
チャートである。−INはコンパレート動作を行う入力信
号である。CMP1はメインコンパレータCMP1の出力を示
す。第2図回路構成の時に、CMP1はVDD,VDD/2,0の3値
を出力する。VDD/2は第3図(b)に示すボルテージフ
ォロア構成のときに出力される。CMP2はサブコンパレー
タCMP2の出力を示す。これは制御信号CNT1〜CNT3をつく
るための基本信号であり、VDDと0の2値を出力する。F
FOはCMP1の出力レベルを保持するフリップフロップ回路
の出力であり、HレベルとLレベルの2値を出力する。
OUTは第2図のコンパレータ回路のOUT出力を示し、Hレ
ベルとLレベルの2値を出力する。 第2図において、入力切換回路Aでは入出力切換信号
発生回路Cからの第6図に示す信号CNT3によってゲート
G1,G2,G3のPMOS及びNMOSがそれぞれ導通若しくは遮断さ
れる。この場合、その導通もしくは遮断によって第3図
(a)もしくは(b)に示す等価回路となる。即ち、第
3図(a)はコンパレート状態として機能する回路であ
り、オフセット電圧をキャンセルしたコンパレート動作
を行う。一方、第3図(b)はオフセット電圧の検出状
態として機能する回路であり、いわゆるボルテージホロ
ワにおいて入力端子間にオフセット電圧が発生するのを
容量CCにより吸収するものである。図から明らかなよう
に、第3図(a)の回路を実現するためにはゲートG1
導通し、ゲートG2,G3を遮断すればよく、第3図(b)
の回路を実現するためにはゲートG1を遮断し、ゲート
G2,G3を導通すればよい。 第3図(b)の接続の場合、CMP1は前述のようにボル
テージフォロア構成であり、参照電圧VDD/2を出力す
る。第2図に示すようにこのとき容量CCの一端はCMP1の
−入力とゲートG2を介して参照電圧VDD/2に接続され、
容量CCの他端はCMP1の出力電圧にゲートG3を介して接続
される(出力電圧はオフセット電圧を加えたものであ
る)。CMP1の入力は入力インピーダンスが無限大と仮定
しているためここでは考慮する必要がない。この結果、
容量CCの両端にはCMP1の入力オフセット電圧が発生し電
荷Qが蓄積される。 第3図(a)の接続の場合、容量CCの一端はゲートG1
を介して入力(−IN)に接続され、他端はCMP1の−入力
に接続される。ここで容量CCの両端には上述の説明のよ
うに第3図(b)の接続の状態で蓄積された電荷Qが保
持されており、オフセット電圧が保持される。その結
果、CMP1の−入力には入力電圧(−IN)とオフセット電
圧を加えたものが印加される。 一方、CMP1の+入力にはVDD/2端子を経て参照電圧VDD
/2が印加される。さらにCMP1の+入力には入力オフセッ
ト電圧が内在するためこれを考慮すると、CMP1の+入力
には参照電圧VDD/2にオフセット電圧を加えた電圧が印
加された場合と等価の動作を行う。従って、CMP1の−入
力と+入力には、同相分のオフセット電圧を差し引く
と、それぞれ入力電圧と参照電圧とが印加されたのと等
価になる。これによって、CMP1に内在する入力オフセッ
ト電圧をキャンセルしたコンパレータ動作が可能にな
る。 出力切換回路BはPMOS及びNMOSからなるゲートG4,G5
及びフリップフロップFFにより構成される。この回路で
は入出力切換信号発生回路Cから第6図に示す信号CNT1
及びCNT2によって、ゲートG4,G5が導通/遮断される。
これによって、コンパレータとしての出力を第4図
(a),(b)のように切り換える。第4図(a)では
メインコンパレータCMP1の出力を直接コンパレータ部の
OUT出力に接続する。これと並行してCMP1の出力を第6
図のCNT1信号の立上がりで保持回路(OHC)に書き込
む。 第4図(b)ではメインコンパレータがオフセット電
圧検出状態なのでCMP1出力にはコンパレート結果が出力
されていない。OUT出力の連続性を維持するために、第
4図(a)の状態のときにメインコンパレータ出力を書
き込んだ保持回路(OHC)の出力をOUT出力に接続する。 入出力切換信号発生回路Cは、コンパレータCMP2とイ
ンバータINV1〜14と排他的ORゲートEXOR1〜3により構
成され、入力信号に基づいて第6図の如き各信号CNT1〜
CNT3を出力する。各インバータINV1〜12は遅延回路とし
て機能し、コンパレータCMP2の出力から各信号CNT1〜CN
T3を得、それぞれタイミングをとって出力している。CN
T1は前述のようにその立ち上がりでCMP1の出力信号を保
持回路(OHC)に書き込むためのクロックである。CNT2
は前述のようにHレベルのときに保持回路(OHC)の出
力をOUT出力へ接続し、LレベルのときにCMP1の出力をO
UT出力に接続する。CNT3はコンパレータ入力信号に応じ
てメインコンパレータCMP1がコンパレート状態にあるべ
きタイミングとオフセット電圧検出状態にあるタイミン
グに分ける。 第5図は上述のタイミングを切り換える信号CNT3を示
す。入力信号の最大周波数をfmaxとすると、パルス幅τ
はτ<1/2fmaxに設定する。このパルスがLレベルのと
きがコンパレータ状態であり、第3図(a)、第4図
(a)の等価回路に相当し、Hレベルのときがオフセッ
ト電圧検出状態であり、第3図(b)、第4図(b)の
等価回路に相当する。第5、6図の波形図から明らかな
ように、入力信号の極性が変化するタイミングでCNT3は
Lレベルであり、この時にコンパレート状態となる。
又、極性が変化しないタイミングでCNT3はHレベルであ
り、この時にオフセット電圧検出状態となる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、コンパレータ回路への入力信号があ
る時間周期以上で変化する場合に、コンパレート動作後
の間隙に入力オフセット電圧を検出できるようにしたの
で、入力信号以外にオフセットキャンセルのためのタイ
ミング信号を必要とせず従って回路が簡素化できる。
【図面の簡単な説明】 第1図は、本発明に係る一実施例コンパレータ回路ブロ
ック図であり、 第2図は、第1図回路の詳細回路図であり、 第3図(a),(b)は、コンパレート状態(a)とオ
フセット電圧検出状態(b)を示す等価回路図であり、 第4図(a),(b)は、コンパレート状態(a)とオ
フセット電圧検出状態(b)を示す他の等価回路図であ
り、 第5図は、入力周波数と入出力切換信号の関係を示す図
であり、 第6図は、各点における信号タイミング・チャートであ
る。 (符号の説明) A……入力切換回路、B……出力切換回路、 C……入出力切換信号発生回路、CMP1,CMP2……コンパ
レータ、 G1〜G5……ゲート、EXOR1〜EXOR3……排他的OR回路。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.入力信号のコンパレート動作を行うコンパレータ回
    路において、 第1の入力信号及び第2の入力信号が入力されるオペア
    ンプからなり、第2の入力信号に対する第1の入力信号
    の大小を比較するコンパレータ手段と、 前記オペアンプの入力段に接続され、コンパレート動作
    を行う第1の期間に第1の入力信号を前記オペアンプに
    入力し、オフセット電圧検出を行う第2の期間に前記第
    1の信号を遮断する入力切換手段と、 前記オペアンプの出力段に接続され、前記第1の期間に
    前記オペアンプの出力信号を保持し、前記第2の期間に
    保持されていた前記オペアンプの出力信号を出力する出
    力切換手段と、 前記入力切換手段と出力切換手段に接続され、前記第1
    の入力信号の前記第2の入力信号に対する極性が変化す
    る期間を前記第1の期間とし、前記第1の入力信号の極
    性が変化しない期間を前記第2の期間とする、切換信号
    を出力する入出力切換信号発生手段と、 を備えることを特徴とするコンパレータ回路。
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