JP3219214B2 - 比較回路 - Google Patents

比較回路

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JP3219214B2 JP28552292A JP28552292A JP3219214B2 JP 3219214 B2 JP3219214 B2 JP 3219214B2 JP 28552292 A JP28552292 A JP 28552292A JP 28552292 A JP28552292 A JP 28552292A JP 3219214 B2 JP3219214 B2 JP 3219214B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題(図10〜図15) 課題を解決するための手段(図5〜図9) 作用(図5) 実施例(図1〜図9) (1)電流の分流による補間の原理(図1〜図5) (2)第1の実施例(図6及び図7) (3)他の実施例(図8及び図9) 発明の効果
【0002】
【産業上の利用分野】本発明は比較回路に関し、例えば
アナログ信号を順次デイジタル信号に変換して出力する
アナログデイジタル変換回路の比較入力段に用いられる
比較回路に適用して好適なものである。
【0003】
【従来の技術】従来、オーデイオ機器や計測器等の各分
野では録音又は再生対象であるオーデイオ信号等、各種
のアナログ信号をデイジタル的に信号処理するためアナ
ログデイジタル変換回路(以下A−D変換回路という)
を用いてデイジタルデータに変換するのが一般的であ
り、適用分野や要求される精度、速度等に応じて種々の
変換方式が考えられている。
【0004】なかでも高速動作や精度が要求される場合
には、並列(フラツシユ)型のA−D変換回路や直並列
(サブレンジング)型のA−D変換回路が一般的である
が、現在これらのA−D変換回路として10〜12ビツ
トの分解能が求められている。
【0005】ところが分解能が10〜12ビツトと小さ
くなるとA−D変換回路に求められる最下位桁(1LS
B)の電圧は約1〔mV〕と非常に小さくなるためコン
パレータを構成するトランジスタのベース・エミツタ間
の電圧ΔVBEの影響が無視できなくなる。
【0006】そこでコンパレータにおいて発生された複
数の比較出力を組み合わせて比較することによつて現実
に与えられる基準電位の中間に位置する電位と入力信号
VINとの比較出力を補間的に求め、この補間処理によつ
てコンパレータの数を減らす補間方法が検討されてい
る。
【0007】このような補間方法の1つとしてコンパレ
ータを構成する差動増幅回路の負荷抵抗を所定の抵抗比
を有する抵抗の抵抗列とし、各抵抗の接続タツプ間の差
電圧で求められる出力電圧を組み合わせることにより基
準電位を等分する中間電位と入力信号との比較出力を得
る補間方法が提案されている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところがこの場合には
補間のために差動増幅段が1つ余分に必要となる上、異
なる抵抗値の抵抗を用いて複数の差動出力を発生させる
ため時定数の違いから差動出力の出力速度に時間差が生
じ、並列型のA−D変換回路には使用できないという問
題があつた。
【0009】一方、このような差動出力に出力速度の時
間差が生じないものとして比較出力であるコレクタ電流
を種々の電流比によつて分流し、その分流されたコレク
タ電流の組み合わせることにより基準電位間を等分する
中間電位と入力信号との比較出力を得る補間方法も考え
られている。
【0010】基準電位を例えば4等分する中間電位を補
間するコンパレータを構成すると図10のようになる。
ここで差動入力段41はトランジスタQ1及びQ2でな
る差動対に入力される入力信号VIN及び基準電位VREF1
の比較出力である互いに逆相のコレクタ電流をエミツタ
面積の比が1:2:3:4:3:2:1のトランジスタ
Q3、Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9及びQ9
N、Q8N、Q7N、Q6N、Q5N、Q4N、Q3N
を用いてエミツタ面積比に応じて分流するようになされ
ている。
【0011】また同様に、差動入力段42は基準電位V
REF2と入力信号VINとをそれぞれ比較するコンパレータ
を構成し、その比較出力である互いに逆相のコレクタ電
流をエミツタ面積の比が1:2:3:4:3:2:1の
トランジスタQ23、Q24、Q25、Q26、Q2
7、Q28、Q29及びQ29N、Q28N、Q27
N、Q26N、Q25N、Q24N、Q23Nを用いて
エミツタ面積比に応じて分流するようになされている。
【0012】すなわちトランジスタQ6〜Q9及びQ6
N〜Q3N(Q26〜Q29及びQ26N〜Q23N)
はコレクタ電流を各トランジスタのエミツタ面積に比例
する分流コレクタ電流IA4、IA3、IA2、IA1
及びIAN4、IAN3、IAN2、IAN1(IB
4、IB3、IB2、IB1及びIBN4、IBN3、
IBN2、IBN1)に分流する。
【0013】この電流分流方式のコンパレータは互いに
隣接する差動入力段に流れる分流電流のうち互いに同相
関係にある分流電流の加算値が全て同一の値になるよう
に足し合わせてその比較出力を比較するようになされて
いる。
【0014】すなわち分流コレクタ電流IA4及びIA
N4がそれぞれ流れる負荷抵抗R1及びR5の出力電位
VA1及びVB1を比較することにより基準電位VREF1
と入力信号VINとの比較出力を得(図11)、また分流
コレクタ電流IA3とIB1及びIAN3とIBN1と
の合成コレクタ電流がそれぞれ流れる負荷抵抗R2及び
R6の出力電位VA2及びVB2を比較することにより
仮想基準電位V1(=VREF1+ΔV/4)と入力信号V
INとの比較出力を得る(図12)。
【0015】同様に分流コレクタ電流IA2とIB2及
びIAN2とIBN2との合成コレクタ電流がそれぞれ
流れる負荷抵抗R3及びR7の出力電位VA3及びVB
3を比較することにより仮想基準電位V2(=VREF1+
ΔV/2)と入力信号VINとの比較出力を得(図1
3)、さらに分流コレクタ電流IA1とIB3及びIA
N1とIBN3との合成コレクタ電流がそれぞれ流れる
負荷抵抗R4及びR8の出力電位VA4及びVB4を比
較することにより仮想基準電位V3(=VREF1+3・Δ
V/4)と入力信号VINとの比較出力を得ることができ
る(図14)。
【0016】そして分流コレクタ電流IB4及びIBN
4がそれぞれ流れる負荷抵抗R21及びR25の出力電
位VA1及びVB1を比較すれば基準電位VREF2に対す
る入力信号VINの比較出力を得ることができる(図1
5)、
【0017】ところでこのように隣合うコンパレータの
比較出力のうち2つの同相出力をある割合によつて加え
合わせた比較出力と2つの逆相出力をある割合によつて
加え合わせた比較出力との比較結果に基づいて基準電位
VREF1及びVREF2を4分割する仮想基準電位(V1、V
2、V3)と入力信号VINとの比較結果を得ようとする
と、エミツタの面積比が異なる14個のトランジスタ
(Q3〜Q9及びQ3N〜Q9N)が必要となる。
【0018】しかしコンパレータに要求される精度でエ
ミツタの面積比が異なるトランジスタ(すなわちQ3:
Q4:Q5:Q6:Q7:Q8:Q9=1:2:3:
4:3:2:1)を作り分けようとすると同エミツタサ
イズのトランジスタを比の数だけ並列接続する必要があ
る。
【0019】従つて電流を所定の電流比に分割して基準
電位VREF1及びVREF2を4分割する補間をしようとする
と1つのコンパレータに32個の分流用トランジスタが
必要となり、さらに基準電位VREF1及びVREF2を8分割
する補正をするためには同サイズのトランジスタが1つ
のコンパレータに128個も必要となり、コンパレータ
の回路面積が大きくならざるを得ない問題があつた。
【0020】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、従来に比して格段的に少ない素子数で基準電位を分
割する複数の仮想基準電位と入力信号との比較出力を得
ることができる比較回路を提案しようとするものであ
る。
【0021】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め本発明においては、第1の基準信号VREF1と入力信号
VINとを入力し、上記第1の基準信号VREF1に対する第
1の反転比較出力電流IB/2+IB及び第1の同相比
較出力電流IA/2+IAを出力する第1の差動入力段
と、第2の基準信号VREF2と入力信号VINとを入力し、
第2の基準信号VREF2に対する第2の反転比較出力電流
ID/2+ID及び第2の同相比較出力電流IC/2+
ICを出力する第2の差動入力段と、第1の反転比較出
力電流IB/2+IB、第1の同相比較出力電流IA/
2+IA及び第2の反転比較出力電流ID/2+ID、
第2の同相比較出力電流IC/2+ICをそれぞれ所定
の割合で分流する分流手段Q12、Q13、Q13N、
Q12N及びQ22、Q23、Q23N、Q22Nと、
所定の割合で分流された第1及び第2の反転比較出力電
流IB及びIDを足し合わせることにより合成反転出力
電流IIを生成し、又は所定の割合で分流された第1及
び第2の同相比較出力電流IA及びICを足し合わせる
ことにより合成同相出力電流IEを生成し、合成反転出
力電流IIと当該合成反転出力電流IIに対して逆位相
の所定の割合で分流された第1及び第2の同相比較出力
電流IA及びICとを比較し、又は合成同相出力電流I
Eと当該合成同相出力電流IEに対して逆位相の所定の
割合で分流された第1及び第2の反転比較出力電流IB
及びIDとを比較することにより、第1の基準信号VRE
F1及び第2の基準信号VREF2間に存在する仮想の基準信
号に対する入力信号VINの比較結果を得る補間出力段と
を備えるようにする。
【0022】また本発明においては、補間出力段は、所
定の割合で分流された第1及び第2の反転出力電流IB
及びID又は所定の割合で分流された第1及び第2の同
相比較出力電流IA及びICを(N/2)−k:k〔但
しk=0、1、……N/2〕の割合で足し合わせて合成
反転出力電流II又は合成同相出力電流IEを生成し、
当該合成反転出力電流IIと所定の割合で分流された第
1及び第2の同相比較出力電流IA及びICとを比較
し、又は当該合成同相出力電流IEと所定の割合で分流
された第1及び第2の反転比較出力電流IB及びIDと
を比較することにより、第1の基準信号VREF1及び第2
の基準信号VREF2間に存在するN−1個の仮想の基準信
号に対する入力信号VINの比較結果を得るようにする。
【0023】さらに本発明においては、第1の差動入力
段は、第1及び第2のトランジスタQ10及びQ11の
差動対よりなり、入力信号VINと第1の基準信号VREF1
との比較結果を第1の反転比較出力電流IB/2+IB
及び第1の同相比較出力電流IA/2+IAとして出力
し、第2の差動入力段は、第3及び第4のトランジスタ
Q20及びQ21の差動対よりなり、入力信号VINと第
2の基準信号VREF2との比較結果を第2の反転比較出力
電流ID/2+ID及び第2の同相比較出力電流IC/
2+ICとして出力し、分流手段は、第1の差動入力段
に縦続接続されるベース接地の第5、第6及び第7、第
8のトランジスタQ12、Q13及びQ13N、Q12
Nと第2の差動入力段に縦続接続されるベース接地の第
9、第10及び第11、第12のトランジスタQ22、
Q23及びQ23N、Q22Nよりなり、第1の反転比
較出力電流IB/2+IB及び第1の同相比較出力電流
IA/2+IAをそれぞれ1:2の割合に分流すると共
に、第2の反転比較出力電流ID/2+ID及び第2の
同相比較出力電流IC/2+ICをそれぞれ1:2の割
合に分流し、補間出力段は、分流された第1及び第2の
反転比較出力電流IB及びIDを足し合わせた合成反転
出力電流IIを第7及び第11のトランジスタQ13N
及びQ23Nのコレクタを共通接続することにより生成
し、当該合成反転出力電流IIと分流された第1及び第
2の同相比較出力電流IA及びICとを比較することに
より、又は分流された第1及び第2の同相比較出力電流
IA及びICを足し合わせた合成同相出力電流IEを第
5及び第9のトランジスタQ12及びQ22のコレクタ
を共通接続することにより生成し、当該合成同相出力電
流IEと分流された第1及び第2の反転比較出力電流I
B及びIDとを比較することにより、第1の基準信号V
REF1及び第2の基準信号VREF2間に存在する仮想の基準
信号に対する入力信号VINの比較結果を得るようにす
る。
【0024】第1の差動入力段は、第1及び第2のトラ
ンジスタQ10及びQ11の差動対よりなり、入力信号
VINと第1の基準信号VREF1との比較結果を第1の反転
比較出力電流IB/2+IB及び第1の同相比較出力電
流IA/2+IAとして出力し、第2の差動入力段は、
第3及び第4のトランジスタQ20及びQ21の差動対
よりなり、入力信号VINと第2の基準信号VREF2との比
較結果を第2の反転比較出力電流ID/2+ID及び第
2の同相比較出力電流IC/2+ICとして出力し、分
流手段は、第1の差動入力段に縦続接続されるベース接
地の第5、第6及び第7、第8のトランジスタQ12、
Q13及びQ13N、Q12Nと第2の差動入力段に縦
続接続されるベース接地の第9、第10及び第11、第
12のトランジスタQ22、Q23及びQ23N、Q2
2Nよりなり、第1の反転比較出力電流IB/2+IB
及び第1の同相比較出力電流IA/2+IAをそれぞれ
1:2の割合に分流すると共に、第2の反転比較出力電
流ID/2+ID及び第2の同相比較出力電流IC/2
+ICをそれぞれ1:2の割合に分流し、補間出力段
は、分流された第1及び第2の反転比較出力電流IB及
びIDを足し合わせた合成反転出力電流IIを第7及び
第11のトランジスタQ13N及びQ23Nのコレクタ
を共通接続することにより生成すると共に、分流された
第1及び第2の同相比較出力電流IA及びICを足し合
わせた合成同相出力電流IEを第5及び第9のトランジ
スタQ13N、Q23Nのコレクタを共通接続すること
により生成し、当該合成反転出力電流II又は当該合成
同相出力電流IEのいずれか一方と分流された第1及び
第2の同相比較出力電流IA及びIC又は分流された第
1及び第2の反転比較出力電流IB及びIDとを比較す
ることにより、第1の基準信号VREF1及び第2の基準信
号VREF2間に存在する仮想の基準信号に対する入力信号
VINの比較結果を得るようにする。
【0025】
【作用】所定の割合で分流された第1及び第2の反転比
較出力電流IB及びIDを足し合わせることにより合成
反転出力電流IIを生成し、又は所定の割合で分流され
た第1及び第2の同相比較出力電流IA及びICを足し
合わせることにより合成同相出力電流IEを生成し、合
成反転出力電流IIと当該合成反転出力電流IIに対し
て逆位相の所定の割合で分流された第1及び第2の同相
比較出力電流IA及びICとを比較し、又は合成同相出
力電流IEと当該合成同相出力電流IEに対して逆位相
の所定の割合で分流された第1及び第2の反転比較出力
電流IB及びIDとを比較する。これにより比較回路を
構成するのに必要とされるトランジスタの数を従来に比
して格段的に低減することができる。
【0026】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【0027】(1)電流の分流による補間の原理 この実施例の場合、2つの基準電位間にある複数の仮想
基準電位と入力信号との比較出力は、入力信号VIN及び
基準電位VREF1が入力されるコンパレータと入力信号V
IN及び基準電位VREF2(=VREF1+ΔV)が入力される
コンパレータの2組の同相出力を所定の割合で加え合わ
せてなる合成電流と2組の逆相出力のうち1方の逆相出
力とを比較することにより求められる。
【0028】この原理を図1に示す2組の差動対1及び
2を用いて説明する。ここで差動対1はトランジスタQ
1及びQ2によつて構成され、ベースに入力信号VIN及
び基準電位VREF1を入力する。また差動対2はトランジ
スタQ3及びQ4によつて構成され、ベースに入力信号
VIN及び基準電位VREF2を入力するようになされてい
る。
【0029】このときトランジスタQ1、Q2及びQ
3、Q4にそれぞれ流れるコレクタ電流をIA、IB及
びIC、IDとすると、図2に示すように各コレクタ電
流IA、IB及びIC、IDの電流値はそれぞれ基準電
位VREF1及びVREF2を境に反転する。
【0030】従つてコレクタ電流IA及びIBが流れる
負荷抵抗R1及びR2とトランジスタQ1及びQ2の接
続中点に現れる出力電圧VA及びVBを比較器によつて
比較することにより基準電位VREF1に対する入力信号V
INの比較出力を得ることができる。
【0031】またコレクタ電流IC及びIDが流れる負
荷抵抗R3及びR4とトランジスタQ3及びQ4の接続
中点に現れる出力電圧VC及びVDを比較器によつて比
較することにより基準電位VREF2に対する入力信号VIN
の比較出力を得ることができる。
【0032】同様にコレクタ電流IA及びIDは基準電
位VREF1と基準電位VREF2(=VREF1+ΔV)との中間
電位V2(=VREF1+ΔV/2)を境に反転し、またコ
レクタ電流IB及びICは基準電位VREF2との中間電位
V2(=VREF1+ΔV/2)を境に反転するため出力電
圧VA及びVDあるいは出力電圧VB及びVCを比較器
を用いて比較すれば仮想基準電位V2(=VREF1+ΔV
/2)に対する入力信号VINの比較出力を得ることがで
きる。
【0033】この関係を用いて基準電位VREF1と基準電
位VREF2(=VREF1+ΔV)を4分割する仮想基準電位
に対する入力信号VINの比較出力を得ることを考える。
ここではコレクタ電流IA、IB及びICの3つの電流
を用いる。
【0034】このとき差電圧とコレクタ電流との間には
差電圧が小さい範囲ではコレクタ電流が直線的に増減す
る特性があるため差動対1及び2の同相出力であるコレ
クタ電流IA及びICは図3に示すようにほぼ平行とな
り、差動対1の逆相出力であるコレクタ電流IBはほぼ
直線と見なせる範囲において交差する。
【0035】そこでコレクタ電流IAとICをそれぞれ
2分の1の割合によつて足し合わせた合成コレクタ電流
IE(すなわちIA/2+IB/2)を発生することが
できれば、この合成コレクタ電流IEは両コレクタ電流
IA及びICから等しく、かつ両コレクタ電流IA及び
ICに平行な直線と表されるためコレクタ電流IBと合
成コレクタ電流IEは基準電位VREF1及びVREF2を4分
割する仮想基準電位V1(=VREF1+ΔV/4)を境に
反転する。
【0036】従つてコレクタ電流IBにより生じる出力
電圧VBと合成コレクタ電流IEにより生じる出力電圧
VEとを比較すれば仮想基準電位V1(=VREF1+ΔV
/4)に対する入力信号VINの比較出力を得ることがで
きる。
【0037】同様の関係は、コレクタ電流IC、IB及
びIDの3つの電流についても成り立つため、コレクタ
電流IBとIDをそれぞれ2分の1の割合によつて足し
合わせた合成コレクタ電流IF(すなわちIB/2+I
D/2)を発生し、コレクタ電流ICにより生じる出力
電圧VCと合成コレクタ電流IFにより生じる出力電圧
VFとを比較すれば仮想基準電位V3(=VREF1+3・
ΔV/4)に対する入力信号VINの比較出力を得ること
ができる(図4)。
【0038】ところでこの合成コレクタ電流IFとコレ
クタ電流ICの比較により得られる仮想基準電位V3に
対する入力信号VINの比較出力は、仮想基準電位V1に
対する入力信号VINの比較に用いた合成コレクタ電流I
Eを用いても求めることができる。
【0039】すなわち合成コレクタ電流IEにより生じ
る出力電圧とコレクタ電流IDにより生じる出力電圧を
比較すれば、図5に示すように、仮想基準電位V3に対
する入力信号VINの比較出力を得ることができる。
【0040】従つてこの実施例においては、隣合う2つ
の差動対のうち一方の同相出力IA、IC(又はIB、
ID)を2分の1の割合で合成した合成コレクタ電流I
E(又はIF)とこの合成コレクタ電流IE(又はI
F)に対して逆相の関係にあるコレクタ電流IB、ID
(又IA、IC)とをそれぞれ比較することを原理とし
て基準電位VREF1及びVREF2を4等分する仮想基準電位
V1、V2、V3に対する入力信号VINの比較出力を補
間する。
【0041】(2)第1の実施例 図6において10は全体としてこの原理を用いてなる4
分割補間型比較回路の基本構成を示し、各基準電位VRE
F1、VREF2及びVREF3と入力信号VINとの比較出力であ
るコレクタ電流を1:2の電流比で分流した後、組み合
わせて加算することにより各基準電位VREF1、VREF2及
びVREF3を4等分する仮想基準電位に対する入力信号V
INの比較出力を得るようになされている。
【0042】この実施例の場合、コンパレータを構成す
る各差動入力段11、12及び13はそれぞれ同様の構
成を有しており、差動対を構成する一方のトランジスタ
Q10、Q20及びQ30に入力信号VINを入力し、他
方のトランジスタQ11、Q21、Q31に基準電位V
REF1、VREF2及びVREF3を供給することにより各基準電
位に対する入力信号VINの信号レベルに応じたコレクタ
電流を引き込むようになされている。
【0043】ここで差動対をなすトランジスタ(Q1
0、Q11)、(Q20、Q21)及び(Q30、Q3
1)のコレクタにはエミツタ面積の比が1:2でなるベ
ース接地の分流用トランジスタ(Q12、Q13、Q1
3N、Q12N)、(Q22、Q23、Q23N、Q2
2N)及び(Q32、Q33、Q33N、Q32N)が
それぞれカスコード接続されており、エミツタ面積比に
応じて比較コレクタ電流を分流するようになされてい
る。
【0044】また各差動入力段は隣接する差動入力段の
うちコレクタ電流を3分の1に分流する分流用のトラン
ジスタ(Q12、Q22)、(Q23N、Q33N)の
コレクタをそれぞれ共通接続するようになされており、
互いに同相関係にある2組の分流コレクタ電流を合成し
て出力電圧を得るようになされている。
【0045】これによりトランジスタQ13及びQ23
に流れる分流コレクタ電流をIA及びICとすると、ト
ランジスタQ12とQ22の共通コレクタに接続される
負荷抵抗R12には分流コレクタ電流IA及びICをそ
れぞれ2分の1の割合で組み合わせてなる合成コレクタ
電流IE(=IA/2+IC/2)が流れる。
【0046】また同様にトランジスタQ22N及びQ3
2Nに流れる分流コレクタ電流をID及びIHとする
と、トランジスタQ23NとQ33Nの共通コレクタに
接続される負荷抵抗R23Nには分流コレクタ電流ID
及びIHをそれぞれ2分の1の割合で組み合わせてなる
合成コレクタ電流II(=ID/2+IF/2)が流れ
ることになる。
【0047】因に各分流用のトランジスタ(Q12、Q
13、Q12N)、(Q22、Q23、Q22N)……
には同一の抵抗値を有する負荷抵抗(R12、R13、
R12N)、(R22、R23、R22N)……が接続
されているため、各負荷抵抗にはトランジスタのエミツ
タ面積の比に応じて分流された分流コレクタ電流及び合
成コレクタ電流の電流値に応じた出力電圧が得られる。
【0048】この実施例の場合、基準電位VREF1及びV
REF2間の電位を4分割する仮想基準電位に対する比較出
力は各負荷抵抗の出力電圧を比較することにより得られ
る。すなわち基準電位VREF1及びVREF2に対する入力信
号VINの比較出力は、それぞれ負荷抵抗R12と負荷抵
抗R12Nの出力電圧の比較により、また負荷抵抗R2
3と負荷抵抗R23Nの出力電圧の比較により得ること
ができる。
【0049】また2つの基準電位VREF1及びVREF2を2
分する仮想基準電位V2(=VREF1+ΔV/2)に対す
る入力信号VINの比較出力は、負荷抵抗R12N及びR
23の出力電圧を比較することにより得ることができ
る。
【0050】また基準電位VREF1と中間電位V2を2分
する(すなわち基準電位VREF1及びVREF2間を4分割す
る)仮想基準電位V1(=VREF1+ΔV/4)に対する
入力信号VINの比較出力は、合成コレクタ電流IEが流
れる負荷抵抗R12と分流コレクタ電流IBが流れる負
荷抵抗R12Nの出力電圧を比較することにより得るこ
とができる。
【0051】同様に基準電位VREF2と中間電位V2を2
分する(すなわち基準電位VREF1及びVREF2間を4分割
する)仮想基準電位V3(=VREF1+3・ΔV/4)に
対する入力信号VINの比較出力は、合成コレクタ電流I
Eが流れる負荷抵抗R12と分流コレクタ電流IDが流
れる負荷抵抗R22Nの出力電圧を比較することにより
得ることができるようになされている。
【0052】このように基準電位VREF1とVREF2間を4
分割する仮想基準電位V1及びV3に対する入力信号V
INの比較出力は、入力信号VINに対して同相の合成コレ
クタ電流IEとこれに対して逆相の関係にあるコレクタ
電流IB及びIDの比較により求めることができる。
【0053】これに対して基準電位VREF1とVREF2に隣
接する基準電位VREF2とVREF3間を4分割する仮想基準
電位V11及びV13に対する入力信号VINの比較出力
は、入力信号VINに対して逆相の合成コレクタ電流II
とこれに対して逆相の関係にあるコレクタ電流IC及び
IGの比較により求めることができるようになされてい
る。
【0054】以上の構成において、入力信号VINを基準
電位VREF1から順次隣合う基準電位VREF2及びVREF3ま
で増加させ、その際における4分割補間型比較回路の補
間動作を説明する。まず入力信号VINが基準電位VREF1
を越えるとき(図5における交点P1)、分流コレクタ
電流IAが流れる負荷抵抗R13と分流コレクタ電流I
Bが流れる負荷抵抗R12Nの出力電圧の電圧値が逆転
し、このとき電圧値の比較出力が新たに反転される。
【0055】さらに入力信号VINの電圧値が徐々に大き
くなり入力信号VINの電圧値が仮想基準電位V1を越え
ると(図5における交点P3)、今度は分流コレクタ電
流IBが流れる負荷抵抗R12Nと合成コレクタ電流I
E(=IA/2+IB/2)が流れる負荷抵抗R12の
出力電圧が逆転し、この電圧値の比較出力が新たに反転
される。
【0056】以下同様に、入力信号VINの電圧値が仮想
基準電位V2及びV3をそれぞれ越えるとき(図5にお
ける交点P4及びP6)、分流コレクタ電流IB、IC
が流れる負荷抵抗R12N、R23の出力電圧が逆転す
ると共に、分流コレクタ電流IDと合成コレクタ電流I
E(=IA/2+IC/2)が流れる負荷抵抗R22N
と負荷抵抗R12の出力電圧が逆転し、これら比較出力
が順次反転されることになる。
【0057】このように、4分割補間型比較回路は、実
際に与えられる2つの基準電位VREF1及びVREF2に加え
てこれらを4分割する仮想の基準電位V1、V2、V3
に対する比較出力を得ることができる。
【0058】続いて隣接する基準電位VREF2及びVREF3
間については、分流コレクタ電流ICが流れる負荷抵抗
R23と分流コレクタ電流IDが流れる負荷抵抗R22
Nの出力電圧の逆転により入力信号VINの電圧値が基準
電位VREF2を越えること(図7における交点P11)を
検出でき、合成コレクタ電流IIが流れる負荷抵抗R2
3Nと分流コレクタ電流ICが流れる負荷抵抗R23の
出力電圧の逆転により入力信号VINが仮想基準電位V1
1を越えたこと(図7における交点P12)を求めるこ
とができる。
【0059】同様に負荷抵抗R22NとR33の出力電
圧の比較出力より入力信号VINが仮想基準電位V12を
越えたこと(図7における交点P13)を、また負荷抵
抗R23NとR32の出力電圧の比較出力より入力信号
VINが仮想基準電位V13を越えたこと(図7における
交点P14)を順次求めることができる。
【0060】このように互いに隣合う基準電位と入力信
号VINとの比較結果に基づいて流れる各コレクタ電流を
分流した分流コレクタ電流のうち互いに同相の関係にあ
る分流コレクタ電流を2分の1の割合で合成した合成コ
レクタ電流のうち一方の合成コレクタ電流IE又はII
と、この合成コレクタ電流に対して逆相の関係にある分
流コレクタ電流IB、ID又はID、IHとを比較する
ことにより、現実に与えられる基準電位VREF1及びVRE
F2、VREF2及びVREF3をそれぞれ4等分する仮想基準電
位V1、V2、V3及びV11、V12、V13に対す
る入力信号VINの比較出力を得ることができる。
【0061】以上の構成によれば、隣合う基準電位VRE
F1、VREF2又はVREF2、VREF3と入力信号VINとの比較
結果に基づいて流れるコレクタ電流のうち入力信号VIN
に対して同相同士又は逆相同士の関係にある2つの分流
コレクタ電流IA、IC又はID、IHを2分の1の割
合で加え合わせることにより合成コレクタ電流IE(=
IA/2+IC/2)又はII(=ID/2+IH/
2)を発生させ、各合成コレクタ電流に逆相の関係にあ
る分流コレクタ電流IB、ID又はIC、IGとを比較
することにより隣合う基準電位VREF1、VREF2又はVRE
F2、VREF3間を4分割する仮想基準電位V1、V2、V
3又はV11、V12、V13に対する比較出力を得る
ことができる。
【0062】これにより実際に差動対に与えられる基準
電位間の差電圧を大きくとれベース・エミツタ電圧ΔV
BEの影響を低減することができ、また1つの差動入力段
を構成するのに必要な素子数もエミツタ面積の比が異な
るトランジスタを用いる場合には4個、同じエミツタ面
積のトランジスタを用いる場合には6個で良く、従来回
路に比して必要となるトランジスタの数(エミツタ面積
の比が異なるトランジスタを用いる場合には14個、エ
ミツタ面積が等しい場合には32個)に対して格段的に
少ない素子数により実現することができる。
【0063】(3)他の実施例 なお上述の実施例においては、基準電位VREF2に対する
入力信号VINの比較出力のうち入力信号VINに対して同
相のコレクタ電流ICを2分の1に分流した分流コレク
タ電流(IC/2)を下位の基準電位VREF1に対する比
較出力を求める差動入力段11に供給し、一方入力信号
VINに対して逆相のコレクタ電流IDを2分の1に分流
した分流コレクタ電流(ID/2)を上位の基準電位V
REF3に対する比較出力を求める差動入力段13に供給す
る場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図6
との対応部分に同一符号を付して示す図8に示すよう
に、2組の分流コレクタ電流(IC/2及びID/2)
とも下位又は上位の差動入力段の分流コレクタ電流と合
成させるようにしても良い。
【0064】この場合、図4に示したように2組の合成
コレクタ電流IE及びIFが同時に発生するため、その
いずれか一方の合成コレクタ電流IE又はIFのみを用
いて仮想基準電位V1、V2、V3に対する入力信号V
INの比較出力を求めれば良い。
【0065】また上述の実施例においては、各分流用の
トランジスタQ12、Q13、13N、Q12N……の
コレクタに負荷抵抗R12、R13、R12N……を直
接接続する場合について述べたが、本発明はこれに限ら
ず、各分流用のトランジスタQ12、Q13、13N、
Q12N……と負荷抵抗R12、R13、R12N……
との間に同一のエミツタ面積を有し、かつベース接地さ
れたトランジスタをカスケード接続するようにしても良
い。
【0066】このようにすれば出力端に寄生する寄生容
量は見かけ上1つになり、上述の実施例の場合に寄生す
る寄生容量の容量値に対しての半分とできる。これによ
り4分割補間型比較回路20をさらに一段と高速動作さ
せることができる。
【0067】さらに上述の実施例においては、基準電位
VREF1……と入力信号VINとを比較する差動対を構成す
るトランジスタQ10及びQ11……と比較出力である
コレクタ電流を分流するベース接地トランジスタQ1
2、Q13、Q13N、Q12N……を別々に構成する
場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ベース
接地トランジスタのうちトランジスタQ12、Q13の
ベースに入力信号VINを並列に入力すると共に、他方の
トランジスタQ13N、Q12Nのベースに基準電位V
REF1を供給し、これら4つのトランジスタのエミツタを
共通の定電流源に接続し、比較用のトランジスタと分流
用のトランジスタを兼用させるようにしても良い。
【0068】この場合、4分割補間型比較回路を構成す
るのに必要な素子数をさらに一段と少ない素子数により
実現することができ、コンパレータに要求される回路面
積を小さくすることができる。
【0069】さらに上述の実施例においては、隣合う2
つの基準電位VREF1及びVREF2(=VREF1+ΔV)を4
分割する仮想基準電位V1、V2、V3に対する入力信
号VINの比較出力を補間により求める場合について述べ
たが、本発明はこれに限らず、一般にN(Nは自然数)
分割する仮想基準電位に対する入力信号VINの比較出力
を補間により求める場合にも広く適用し得る。
【0070】この場合2つの基準電位VREF1及びVREF2
の差電圧ΔVをN分割することは、この差電圧の中間電
位ΔV/2と基準電位VREF1又はVREF2間を2分のN分
割することを意味する。例えば8分割する場合には、図
9に示すように差電圧ΔV/2を4分割することを意味
する。
【0071】従つて、次式
【数1】 に基づいて分流コレクタ電流IAと分流コレクタ電流I
Cを(N/2)−k:k(k=0、1……N/2)に内
分する合成コレクタ電流を発生させ、これらの各合成コ
レクタ電流と分流コレクタ電流IBとを比較すれば基準
電位VREF1と中間電位(VREF1+ΔV/2)間を2分の
N分割することができる。
【0072】同様に分流コレクタ電流IAと分流コレク
タ電流ICを(N/2)−k:k(k=0、1……N/
2)に内分する合成コレクタ電流を発生させ、これらの
各合成コレクタ電流と分流コレクタ電流IDとを比較す
れば中間電位(VREF1+ΔV/2)と基準電位VREF2間
を2分のN分割することができる。
【0073】さらに上述の実施例においては、差動対を
なす一対のトランジスタQ10及びQ11、Q20及び
Q21……にエミツタ面積の比が異なる複数のトランジ
スタをカスコード接続してコレクタ電流を分流する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、電流比のば
らつきを小さく抑制するため分流に使用するトランジス
タのエミツタにエミツタ抵抗を加えても良い。
【0074】さらに上述の実施例においては、コレクタ
電流の分流用のトランジスタQ12、Q13(Q13
N、Q12N)のエミツタ面積比を1:2に設定する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の比に
設定しても良い。
【0075】さらに上述の実施例においては、本発明を
並列型のA−D変換回路の比較部に用いる場合について
述べたが、本発明はこれに限らず、広くアナログ信号の
比較回路に適用し得る。
【0076】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、所定の割
合で分流された第1及び第2の反転比較出力電流を足し
合わせることにより合成反転出力電流を生成し、又は所
定の割合で分流された第1及び第2の同相比較出力電流
Iを足し合わせることにより合成同相出力電流を生成
し、合成反転出力電流と当該合成反転出力電流に対して
逆位相の所定の割合で分流された第1及び第2の同相比
較出力電流とを比較し、又は合成同相出力電流と当該合
成同相出力電流に対して逆位相の所定の割合で分流され
た第1及び第2の反転比較出力電流とを比較する。これ
により比較回路を構成するのに必要とされるトランジス
タの数を従来に比して格段的に低減することができ、か
くして第1の基準信号及び第2の基準信号間に存在する
仮想の基準信号に対する入力信号の比較結果を得ること
ができる比較回路の回路面積を小さくすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による比較回路におけるコレクタ電流の
分流による補間の原理説明に供する接続図である。
【図2】異なる基準電位が与えられる差動対に流れるコ
レクタ電流と入力信号との関係を示す特性曲線図であ
る。
【図3】所定の割合で合成された合成コレクタ電流と基
準電位に対して流れるコレクタ電流との関係を示す特性
曲線図である。
【図4】合成コレクタ電流を用いた仮想基準電位の補間
処理の説明に供する特性曲線図である。
【図5】合成コレクタ電流の組合せによる仮想基準電位
の補間処理の説明に供する特性曲線図である。
【図6】本発明による比較回路の一実施例を示す接続図
である。
【図7】その動作の説明に供する特性曲線図である。
【図8】他の実施例の説明に供する接続図である。
【図9】N分割補間の説明に供する特性曲線図である。
【図10】従来の比較回路の構成を示す接続図である。
【図11】分流コレクタ電流の合成による第1の基準電
位に対する比較出力の説明に供する特性曲線図である。
【図12】分流コレクタ電流の合成による第1の仮想基
準電位に対する比較出力の説明に供する特性曲線図であ
る。
【図13】分流コレクタ電流の合成による第2の仮想基
準電位に対する比較出力の説明に供する特性曲線図であ
る。
【図14】分流コレクタ電流の合成による第3の仮想基
準電位に対する比較出力の説明に供する特性曲線図であ
る。
【図15】分流コレクタ電流の合成による第2の基準電
位に対する比較出力の説明に供する特性曲線図である。
【符号の説明】
10、20、30……4分割補間型比較回路、11、1
2、13……差動入力段、VIN……アナログ信号、VRE
F1、VREF2、VREF3……基準電位、V1、V2、V3、
V11、V12、V13……仮想基準電位。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H03M 1/00 - 1/88

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1の基準信号と入力信号を入力し、上
    記第1の基準信号に対する第1の反転比較出力電流及び
    第1の同相比較出力電流を出力する第1の差動入力段
    と、 第2の基準信号と上記入力信号を入力し、上記第2の
    基準信号に対する第2の反転比較出力電流及び第2の同
    相比較出力電流を出力する第2の差動入力段と、上記第1の反転比較出力電流、上記第1の同相比較出力
    電流及び上記第2の反転比較出力電流、上記第2の同相
    比較出力電流 をそれぞれ所定の割合で分流する分流手段
    と、上記所定の割合で 分流された第1及び第2の反転比較出
    力電流を足し合わせることにより合成反転出力電流を生
    成し、又は上記所定の割合で分流された第1及び第2の
    同相比較出力電流を足し合わせることにより合成同相出
    力電流を生成し、上記合成反転出力電流と当該合成反転
    出力電流に対して逆位相の上記所定の割合で分流された
    第1及び第2の同相比較出力電流とを比較し、又は上記
    合成同相出力電流と当該合成同相出力電流に対して逆位
    相の上記所定の割合で分流された第1及び第2の反転比
    較出力電流とを比較することにより上記第1の基準信
    及び上記第2の基準信号間に存在する仮想の基準信号
    に対する上記入力信号の比較結果を得る補間出力段とを
    具えることを特徴とする比較回路。
  2. 【請求項2】上記補間出力段は、上記所定の割合で分流
    された第1及び第2の反転比較出力電流又は上記所定の
    割合で分流された第1及び第2の同相比較出力電流を
    N/2−k:k但しk=0、1……N/2
    割合で足し合わせて上記合成反転出力電流又は上記合成
    同相出力電流を生成し、当該合成反転出力電流と上記所
    定の割合で分流された上記第1及び第2の同相比較出力
    電流を比較し、又は当該合成同相出力電流と上記所定
    の割合で分流された第1及び第2の反転比較出力電流
    を比較することにより上記第1の基準信号及び上記
    2の基準信号間に存在するN−1個の仮想の基準信号に
    対する上記入力信号の比較結果を得ることを特徴とする
    請求項1に記載の比較回路。
  3. 【請求項3】上記第1の差動入力段は、第1及び第2の
    トランジスタの差動対よりなり、上記入力信号と上記第
    1の基準信号との比較結果を上記第1の反転比較出力電
    流及び上記第1の同相比較出力電流として出力し、 上記第2の差動入力段は、第3及び第4のトランジスタ
    の差動対よりなり、上記入力信号と上記第2の基準信号
    との比較結果を上記第2の反転比較出力電流及び上記
    2の同相比較出力電流として出力し、 上記分流手段は、上記第1の差動入力段に縦続接続され
    るベース接地の第5、第6及び第7、第8のトランジス
    タと上記第2の差動入力段に縦続接続されるベース接地
    第9、第10及び第11、第12のトランジスタより
    なり、上記第1の反転比較出力電流及び上記第1の同相
    比較出力電流をそれぞれ1:2の割合に分流すると共
    に、上記第2の反転比較出力電流及び上記第2の同相比
    較出力電流をそれぞれ1:2の割合に分流し、 上記補間出力段は、上記分流された第1及び第2の反転
    比較出力電流を足し合わせた上記合成反転出力電流を上
    記第7及び第11のトランジスタのコレクタを共通接続
    することにより生成し、当該合成反転出力電流と上記分
    流された第1及び第2の同相比較出力電流とを比較する
    ことにより、又は上記分流された第1及び第2の同相比
    較出力電流を足し合わせた上記合成同相出力電流を上記
    第5及び第9のトランジスタのコレクタを共通接続する
    ことにより生成し、当該合成同相出力電流と上記分流さ
    れた上記第1及び第2の反転比較出力電流とを比較する
    ことにより上記第1の基準信号及び上記第2の基準信
    号間に存在する仮想の基準信号に対する上記入力信号の
    比較結果を得ることを特徴とする請求項1に記載の比較
    回路。
  4. 【請求項4】上記第1の差動入力段は、第1及び第2の
    トランジスタの差動対よりなり、上記入力信号と上記第
    1の基準信号との比較結果を上記第1の反転比較出力電
    流及び上記第1の同相比較出力電流として出力し、 上記第2の差動入力段は、第3及び第4のトランジスタ
    の差動対よりなり、上記入力信号と上記第2の基準信号
    との比較結果を上記第2の反転比較出力電流及び上記
    2の同相比較出力電流として出力し、 上記分流手段は、上記第1の差動入力段に縦続接続され
    るベース接地の第5、第6及び第7、第8のトランジス
    タと上記第2の差動入力段に縦続接続されるベース接地
    第9、第10及び第11、第12のトランジスタより
    なり、上記第1の反転比較出力電流及び上記第1の同相
    比較出力電流をそれぞれ1:2の割合に分流すると共
    に、上記第2の反転比較出力電流及び上記第2の同相比
    較出力電流をそれぞれ1:2の割合に分流し、 上記補間出力段は、上記分流された第1及び第2の反転
    比較出力電流を足し合わせた上記合成反転出力電流を上
    記第7及び第11のトランジスタのコレクタを共通接続
    することにより生成すると共に、上記分流された第1及
    び第2の同相比較出力電流を足し合わせた上記合成同相
    出力電流を上記第5及び第9のトランジスタのコレクタ
    を共通接続することにより生成し、当該合成反転出力電
    流又は当該合成同相出力電流のいずれか一方と上記分流
    された第1及び第2の同相比較出力電流又は上記分流さ
    れた第1及び第2の反転比較出力電流とを比較すること
    により上記第1の基準信号及び上記第2の基準信号間
    に存在する仮想の基準信号に対する上記入力信号の比較
    結果を得ることを特徴とする請求項1に記載の比較回
    路。
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