JP3673715B2 - ピークホールド回路 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電流モードのピークホールド回路に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、入力電圧のピーク値に応じた出力電圧を得ることができるピークホールド回路としては、例えば、図25に示すものが知られている。演算増幅器2502の非反転入力端子の電圧(コンデンサ2507にホールドされている電圧VHに等しい)は、最初、演算増幅器2501の非反転入力端子の電圧VIN1に等しくなっているものとする。
【0003】
そうすると、演算増幅器2502の出力端子の電圧と、演算増幅器2501の反転入力端子の電圧と、演算増幅器2501の出力端子の電圧は、VHすなわちVIN1となり、ダイオード2503および2504の両端電圧がそれぞれゼロとなり、ダイオード2503および2504はそれぞれ非導通状態となっている。
【0004】
この状態で、入力端子2508の電圧が上昇してVIN2になっても、ダイオード2503が非導通状態であるので、演算増幅器2501には負帰還がかからず、演算増幅器2501の出力電圧は大きく上昇する。そして、ダイオード2504に順電圧がかかって、ダイオード2504が導通状態になると、コンデンサ2507が充電されて、コンデンサ2507の両端電圧が上昇していき、同様に、演算増幅器2502の出力端子2509の電圧と、演算増幅器2503の反転入力端子の電圧が上昇して行く。
【0005】
そして、コンデンサ2507の両端電圧が演算増幅器2501の出力端子2509の電圧VIN2と等しくなると、ダイオード2504が非導通状態となり、その結果、コンデンサ2507に電圧VIN2がホールドされる。
【0006】
この状態で、入力端子2508の電圧が低下してVIN2からVIN3に変化したとすると、演算増幅器2501の出力電圧は低下するものの、コンデンサ2507の両端電圧(すなわち、ホールド電圧VH)がVIN2であるため、ダイオード2504の両端に逆電圧がかかり、ダイオード2504は依然として非導通状態のままであり、ホールド電圧VHはVIN2のまま変化しない。
【0007】
このように、出力端子2509には、入力端子2508の入力電圧のピーク値に応じた電圧が出力されることになる。
【0008】
しかしながら、このような電圧モードのピークホールド回路は、複数の演算増幅器と、ダイオードと、コンデンサ等によって構成されており、回路規模が大きくなりがちであった。
【0009】
また、入力電流を電流−電圧変換回路により電圧値に変換した後、図25のピークホールド回路に入力するようにしたので、回路規模を小さくするには限界があり、これ以上小さくすることができなかった。
【0010】
このような問題点を解決したピークホールド回路としては、例えば、特願平10−5449号に記載されているものが知られている。このピークホールド回路は電流モードのピークホールド回路といわれるものであり、図26に示すような構成を有する。
【0011】
図26を説明する。この電流モードのピークホールド回路はP−MOSトランジスタ2601,2602と、NPNトランジスタ2603と、PNPトランジスタ2607とにより構成されている。P−MOSトランジスタ2601,2602はゲートどうしが共通接続され、各ソースが電源VDDに接続されている。P−MOSトランジスタ2601はドレインが端子2604に接続され、P−MOSトランジスタ2602はドレインが端子2606に接続されている。NPNトランジスタ2603はコレクタが、共通接続されたP−MOSトランジスタ2601,2602のゲートに接続され、エミッタがP−MOSトランジスタ2601のドレインに接続され、ベースが基準電位VBIAS1に接続されている。PNPトランジスタ2607はエミッタがP−MOSトランジスタ2601のドレインに接続され、ベースが基準電位VBIAS2に接続され、コレクタがアースされている。
【0012】
基準電位VBIAS1および基準電位VBIAS2は電源VDDの電圧よりも低く、アース電位よりも高くしてあって、NPNトランジスタ2603とPNPトランジスタ2607が同時にオンにならないような電位であり、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の差電位が例えば0.7Vであるとする。
【0013】
図26において、V4(t)は時刻tにおける端子2604の絶対電位であり、iD1(t)は時刻tにおけるP−MOSトランジスタ2601のドレイン電流であり、iin(t)は時刻tにおける入力電流であり、iout(t)は時刻tにおける出力電流であり、それぞれ矢印の向きが正である。なお、iout(t)はP−MOSトランジスタ2602のドレイン電流に一致している。
【0014】
(1) P−MOSトランジスタ2601が飽和領域で動作していて、P−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)と入力電流iin(t)が一致しているものとする。この状態では、端子2604の電位が概ね2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位にあり、NPNトランジスタ2603とPNPトランジスタ2607のベース−エミッタ間電圧が、共に、0.35V程度であって、NPNトランジスタ2603もPNPトランジスタ2607もカットオフ状態にある。
【0015】
そして、例えば、図27(a)に示す時刻t0から時刻t1までの期間のように、入力電流iin(t)が増加して行くと、P−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)と入力電流iin(t)の関係が、iD1(t)<iin(t)となって、端子2604の電圧が降下して行く。
【0016】
PNPトランジスタ2607はカットオフ状態を保持したままであるが、NPNトランジスタ2603は、端子2604の電圧が基準電位VBIAS1に対して約0.5V程度下がったとき、順方向活性領域に入って電流を流し始め、端子2604の電圧が基準電位VBIAS1に対して約0.7V程度まで下がったとき、オンする。
【0017】
NPNトランジスタ2603がオンすると、入力電流とP−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)との差電流(iin(t)−iD1(t))が、ノード2605からNPNトランジスタ2603を通じて端子2604に流れ出し、入力電流iin(t)とP−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)が等しくなるように、ノード2605の電圧が降下して行く。ノード2605のこの電圧降下は、ノード2605に接続されているP−MOSトランジスタ2601および2602のゲート−ソース間寄生容量から、電荷がNPNトランジスタ2603を通じて引き抜かれることにより生じる。この時、図26のピークホールド回路はカレントミラー回路として動作し、入力電流に比例した出力電流が得られる(図27(b)参照)。
【0018】
(2) 例えば図27(a)に示す時刻t1からt2までの期間のように、入力電流iin(t)の増加が止まると、iD1(t)=iin(t)となるので、NPNトランジスタ2603とPNPトランジスタ2607がともにカットオフ状態になって、端子2604の電圧が上昇して行き、端子2604の電圧は概ね2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位に落ち着く。この時、ノード2605はハイインピータンスであるので、P−MOSトランジスタ2601および2602のゲート−ソース間寄生容量の時刻t1における電荷は変化しない。
【0019】
一方、P−MOSトランジスタ2601、2602のゲート−ソース間電圧は、VGS(t1)に保たれ、時刻t1における入力電流iin(t1)に比例した出力電流iout(t)が維持される(図27(b)参照)。
【0020】
(3) 例えば図27(a)に示す時刻t2からt3までの期間のように、時刻tでの入力電流iin(t)が時刻t1での入力電流iin(t1)を下まわると、端子2604の電圧はさらに上昇するが、NPNトランジスタ2603はカットオフ状態を保ったままであるので、P−MOSトランジスタ2601、2602のゲート−ソース間電圧VGS(t1)は保持され、出力電流iout(t)は時刻t1の時の値を保持する。そして、端子2604の電圧が基準電位VBIAS2から約0.7V程度上昇すると、PNPトランジスタ2607は順方向活性領域に入ってオンになり、P−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)と入力電流との差電流(iD1(t)−iin(t))、すなわち、時刻t1での入力電流と時刻tでの入力電流の差電流(iin(t1)−iin(t))が流れる。
【0021】
(4) 例えば図27(a)に示す時刻t3からt4までの期間のように、時刻t1での電流iin(t1)を超える電流が入力され、その電流が増加し続けると、端子2604の電圧は降下して行き、端子2604の電圧が基準電圧VBIAS1に対して約0.5V程度下がった時点で、NPNトランジスタ2603が、再度、順方向活性領域に入って電流を流し始め、このNPNトランジスタ2603は、端子2604の電圧が基準電圧VBIAS1に対して約0.7V程度まで下がったとき、オンする。
【0022】
NPNトランジスタ2603がオンすると、入力電流とP−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD1(t)との差電流(iin(t)−iD1(t))が、ノード2605からNPNトランジスタ2603を通じて流れ出し、入力電流iin(t)とP−MOSトランジスタ1のドレイン電流iD1(t)が一致するように、ノード2605の電圧が降下して行く。
【0023】
以上のようにして、入力電流iin(t)のピーク値に応じた出力電流iout(t)が得られることになる。
【0024】
他方で、電流モードのピークホールド回路としては、図28に示す構成のものが知られている。図28に示す電流モードのピークホールド回路は、図26に示したピークホールド回路の構成素子と対応する構成素子の導電型を逆にしたものであって、N−MOSトランジスタ2811,2812と、PNPトランジスタ2813と、NPNトランジスタ2817とにより構成されている。
【0025】
N−MOSトランジスタ2811,2812はゲートどうしが共通接続され、各ソースがアースに接続され、N−MOSトランジスタ2811のドレインが端子2814に接続され、N−MOSトランジスタ2812のドレインが端子2816に接続されている。PNPトランジスタ2813はコレクタが、共通接続されたN−MOSトランジスタ2811,2812のゲートに接続され、エミッタがN−MOSトランジスタ2811のドレインに接続され、ベースが基準電位VBIAS1に接続されている。NPNトランジスタ2817はエミッタがN−MOSトランジスタ2811のドレインに接続され、ベースが基準電位VBIAS2に接続され、コレクタが電源VDDに接続されている。
【0026】
基準電位VBIAS1,基準電位VBIAS2は電源VDDの電位よりも低く、アース電位よりも高くしてあって、NPNトランジスタ2813とPNPトランジスタ2817が同時にオンにならないような値であり、基準電位VBIAS2と基準電位VBIAS1の差電位が例えば0.7Vであるとする。
【0027】
図28において、V14(t)は時刻tにおける端子2814の絶対電位であり、iD11(t)は時刻tにおけるN−MOSトランジスタ2811のドレイン電流であり、iin(t)は時刻tにおける入力電流であり、iout(t)は時刻tにおける出力電流であり、それぞれ矢印の向きが正である。なお、出力電流iout(t)はN−MOSトランジスタ2812のドレイン電流に一致している。
【0028】
(1) N−MOSトランジスタ2811が飽和領域で動作していて、N−MOSトランジスタ2811のドレイン電流iD11(t)と入力電流iin(t)が一致しており、端子2814の電位が概ね2つの基準電位VBIAS1とVBIAS2の平均電位にあり、PNPトランジスタ2813とNPNトランジスタ2817のベース−エミッタ間電圧が、共に、0.35V程度となって、PNPトランジスタ2813とNPNトランジスタ2817が共にカットオフ状態にあるとする。
【0029】
(2) 例えば図29に示す時刻t0からt1までの期間のように、iin(t)が増加して行くと、N−MOSトランジスタ2811のドレイン電流iD11(t)と入力電流iin(t)の関係が、iD11(t)<iin(t)となるため、端子2814の電圧が上昇する。この時、NPNトランジスタ2817はカットオフを保つ一方で、端子2814の電圧がVBIAS1から約0.5V程度上がると、PNPトランジスタ2813は順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで上がってオン状態となる。
【0030】
そして、iin(t)−iD11(t)の電流がPNPトランジスタ2813を通じてノード2815に流れ込み、iin(t)とiD11(t)が一致するように、ノード2815の電圧を上昇させる。
【0031】
なお、ノード2815の電圧は、ノード2815に接続されているN−MOSトランジスタ2811および2812のゲート−ソース間寄生容量に、PNPトランジスタ2813を通じて電荷が供給されることにより上昇する。この時、図28の回路はカレントミラー回路として動作し、入力電流に比例した出力電流が得られる。
【0032】
(3) 時刻t1からt2の期間のように、iin(t)の増加が止まると、iD11(t)=iin(t)となるため、PNPトランジスタ2813とNPNトランジスタ2817がともにカットオフするように、端子2814の電圧は降下し、概ね2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位に落ち着く。ここで、ノード2815はハイインピーダンスであるから、時刻t1における電荷は変化することはなく、N−MOSトランジスタ2811、2812のゲート−ソース間電圧は、VGS(t1)に保たれる。この時、出力電流iout(t)は、時刻t1における入力電流iin(t1)に比例した電流が保持される。
【0033】
(4) 時刻t2からt3の期間のように、iin(t)がiin(t1)を下まわると、端子2814の電圧はさらに降下するが、PNPトランジスタ2813はカットオフを保ったままであり、VGS(t1)は保持されるので、出力電流iout(t)は時刻t1の時の値を保持する。この時、端子2814の電圧が基準電位VBIAS2から約0.7V程度下がると、NPNトランジスタ2817は順方向活性領域に入ってオン状態となり、iD(t)−iin(t)、すなわち、iin(t1)−iin(t)の電流を流す。
【0034】
(5) 時刻t3からt4の期間のように、iin(t1)を超える電流が入力され、増加し続けると、端子2814の電圧は上昇し、基準電位VBIAS1から約0.5V程度上がった時点で、PNPトランジスタ2813が、再度、順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで上がってオン状態となる。
【0035】
そして、iin(t)−iD11(t)の電流がPNPトランジスタ2813を通じてノード2815に流れ込み、iin(t)とiD11(t)が一致するように、ノード2815の電圧が上昇する。このようにして、入力電流iin(t)に応じた出力電流iout(t)が得られることになる。したがって、出力端子2816には、入力電流のピーク値に応じた出力電流が得られる。
【0036】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図26のピークホールド回路について、入力電流の変化量が小さい場合に、より高速に動作させようとすると、次のような問題点があった。
【0037】
上述したように、端子2604の電圧V4(t)は、入力電流に応じて上昇、降下を繰り返し、上述のバイアス条件では、図30に示すように、その電圧変化は0.7V程度となる。
【0038】
一方、端子2604には、接続される素子の接合容量等の寄生容量があり、端子2604が上述の電圧変動を行うには、この寄生容量への電荷の充放電を行わなくてはならず、充放電される電荷は入力電流iin(t)とホールド電流、すなわち、N−MOSトランジスタ2601のドレイン電流iD11(t)との差電流によって供給される。
【0039】
したがって、入力電流の変化量が少なく高速の場合には、端子2604の寄生容量に、電圧変動のために必要で充分な電荷が供給されず、ピークホールド動作ができなかった。
【0040】
他方で、図28のピークホールド回路について、入力電流の変化量が小さい場合に、より高速に動作させようとすると、次のような問題点があった。
【0041】
上述したように、端子2814の電圧V14(t)は、入力電流に応じて上昇、降下を繰り返し、上述のバイアス条件では、図31に示すように、その電圧変動は0.7V程度となる。
【0042】
一方、端子2814には、接続される素子の接合容量等の寄生容量が付加されており、端子2814が上述の電圧変動を行うためには、この寄生容量への電荷の充放電を行わなくてはならず、充放電される電荷は入力電流iin(t)とホールド電流、すなわち、N−MOSトランジスタ2811のドレイン電流iD11(t)との差電流によって供給される。
【0043】
したがって、入力電流の変化量が少なく高速の場合には、端子2814の寄生容量に、電圧変動のために必要で充分な電荷が供給されず、ピークホールド動作ができなかった。
【0044】
そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決し、実質的により高速で変化量の少ない入力電流に対しても入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる電流モードのピークホールド回路を提供することにある。
【0045】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、入力端子からの入力電流と同一の大きさの電流を流す第1定電流源と、前記入力電流の所定倍の電流を流す第2定電流源を発生するカレントミラー回路と、ドレインを前記第1定電流源に接続しソースを第1電源に接続した第1FETと、ドレインを出力端子に接続しソースを前記第1電源に接続しゲートを前記第1FETのゲートと共通接続した第2FETと、相補的な特性を有する第1および第2トランジスタよりなる2段直列回路であって、前記共通接続したゲートと前記第1電源より電圧が低い第2電源との間に設けてあり、前記第1および第2トランジスタのノードを前記第1FETのドレインに接続した2段直列回路と、前記第1FETのドレイン電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出されたドレイン電流の前記所定倍分の電流と、前記第2定電流源の流す前記入力電流の所定倍の電流とを比較し、前記第1電源の電圧より低い第1印加電圧を前記第1トランジスタに印加するとともに、該第1印加電圧に対して前記第1および第2トランジスタを同時にオンにしない所定電圧だけ常に低い第2印加電圧を前記第2トランジスタに印加する印加電圧制御手段であって、前記電流検出手段により検出された検出電流が前記第1FETのドレイン電流より大きい場合に、前記第1印加電圧として第1電圧を前記第1トランジスタに印加してオンにするとともに、前記第2印加電圧として第2電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにし、前記検出電流が前記ドレイン電流未満である場合に、前記第1印加電圧として前記第1の電圧より前記所定電圧だけ低い第3電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧より前記所定電圧だけ低い第4電圧を前記第2トランジスタに印加してオンにし、前記検出電流が前記ドレイン電流と等しい場合に、前記第1印加電圧として前記第1電圧と前記第3電圧の平均電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧と前記第4電圧の平均電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにする印加電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0046】
請求項1において、第1および第2FETの共通接続したゲートと第1電源との間に電荷をホールドするためのコンデンサを接続することができる。
【0047】
請求項1または2において、第1および第2FETの共通接続したゲートの電位を第1電源の電位にするためのスイッチング手段を有することができる。
【0048】
請求項1ないし3のいずれかにおいて、第1および第2FETはP−MOSFETとすることができ、第1トランジスタはNPNトランジスタとすることができ、第2トランジスタはPNPトランジスタとすることができる。
【0049】
請求項1ないし4のいずれかにおいて、第1および第2FETはP−MOSFETとすることができ、第1トランジスタはN−MOSFETとすることができ、第2トランジスタはP−MOSFETとすることができる。
【0050】
請求項6の発明は、入力端子への入力電流と同一の大きさの電流を流す第1定電流源と、前記入力電流の所定倍の電流を流す第2定電流源を発生するカレントミラー回路と、ドレインを前記第1定電流源に接続しソースを、第1電源より電圧の低い第2電源に接続した第1FETと、ドレインを出力端子に接続しソースを前記第2電源に接続しゲートを前記第1FETのゲートと共通接続した第2FETと、相補的な特性を有する第1および第2トランジスタよりなる2段直列回路であって、前記共通接続したゲートと前記第1電源との間に設けてあり、前記第1および第2トランジスタのノードを前記第1FETのドレインに接続した2段直列回路と、前記第1FETのドレイン電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段により検出されたドレイン電流の前記所定倍分の電流と、前記第2定電流源の流す前記入力電流の所定倍の電流とを比較し、前記第2電源の電圧より高い第1印加電圧を前記第1トランジスタに印加するとともに、前記第1および第2トランジスタを同時にオンにしない所定電圧だけ前記第1印加電圧より常に高い第2印加電圧を前記第2トランジスタに印加する印加電圧制御手段であって、前記電流検出手段により検出された検出電流が前記第1FETのドレイン電流より大きい場合に、前記第1印加電圧として第1電圧を前記第1トランジスタに印加してオンにするとともに、前記第2印加電圧として第2電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにし、前記検出電流が前記ドレイン電流未満である場合に、前記第1印加電圧として前記第1の電圧より前記所定電圧だけ高い第3電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧より前記所定電圧だけ高い第4電圧を前記第2トランジスタに印加してオンにし、前記検出電流が前記ドレイン電流と等しい場合に、前記第1印加電圧として前記第1電圧と前記第3電圧の平均電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧と前記第4電圧の平均電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにする印加電圧制御手段とを備えたことを特徴とする。
【0051】
請求項6において、第1および第2FETの共通接続したゲートと第2電源との間に電荷をホールドするためのコンデンサを接続することができる。
【0052】
請求項6または7において、第1および第2FETの共通接続したゲートの電位を第2電源の電位にするためのスイッチング手段を有することができる。
【0053】
請求項6ないし8のいずれかにおいて、第1および第2FETはN−MOSFETとすることができ、第1トランジスタはPNPトランジスタとすることができ、第2トランジスタはNPNトランジスタとすることができる。
【0054】
請求項6ないし9のいずれかにおいて、第1および第2FETはN−MOSFETとすることができ、第1トランジスタはP−MOSFETとすることができ、第2トランジスタはN−MOSFETとすることができる。
【0055】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【0056】
<第1の実施の形態>
図1は本発明の第1の実施の形態を示す。図1に矢印で示す向きを電流の正の向きとする。図1において、1は電流制御回路であって、P−MOSトランジスタ11,12と、NPNトランジスタ13と、PNPトランジスタ14とにより構成してある。P−MOSトランジスタ11,12はゲートどうしが共通接続してあり、各ソースが電源VDDに接続してあり、P−MOSトランジスタ12のドレインが出力端子に接続してある。NPNトランジスタ13はコレクタが、共通接続したP−MOSトランジスタ11,12のゲートに接続してあり、エミッタがP−MOSトランジスタ11のドレインに接続してあり、ベースが電圧制御回路22(基準電位VBIAS1)に接続してある。PNPトランジスタ14はエミッタがNPNトランジスタ13のエミッタに接続してあり、ベースが電圧制御回路22(基準電位VBIAS2)に接続してあり、コレクタがアースしてある。
【0057】
2は電圧制御部であって、入力電流iin(t)とP−MOSトランジスタ11のドレイン電流iD(t)の差に応じて、2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2を制御するものであり、P−MOSトランジスタ21と、電圧制御回路22とにより構成してある。P−MOSトランジスタ21はP−MOSトランジスタ11のドレイン電流iD(t)を検出するものであり、ゲートが、電流制御回路1のP−MOSトランジスタ11,12の共通接続したゲートに接続してあり、ソースが電源VDDに接続してあり、ドレインが電圧制御回路22に接続してある。
【0058】
ここで、P−MOSトランジスタ11とP−MOSトランジスタ21のサイズ比、すなわち、P−MOSトランジスタのゲート幅をW、ゲート長をLとした場合のそれぞれのW/Lの比は、1:nに設定してあり、P−MOSトランジスタ21のドレイン電流は、n・iD(t)となる。
【0059】
電圧制御回路22は、n・iD(t)>n・iin(t)の場合に、2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2をその差電圧を保ちつつ降下させ、他方、n・iD(t)<n・iin(t)の場合に、2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2をその差電圧を保ちつつ上昇させるように動作する。
【0060】
3はカレントミラー回路であり、NPNトランジスタ31,32,33により構成してある。NPNトランジスタ31,32,33はベースどうしが共通接続してある。NPNトランジスタ31はコレクタが入力端子とベースに接続してあり、エミッタがアースに接続してある。NPNトランジスタ32はコレクタが電圧制御部2の電圧制御回路22に接続してあり、エミッタがアースに接続してある。NPNトランジスタ33はコレクタが、電流制御回路1のP−MOSトランジスタ11のドレインに接続してあり、エミッタがアースに接続してある。
【0061】
よって、NPNトランジスタ32のコレクタに接続した、電圧制御回路22の電流入力コンパレータ223の反転端子には、入力端子を介してNPNトランジスタ31のコレクタに入力された入力電流iin(t)に比例した電流(n・iin(t))が入力されることになる。
【0062】
図2は図1の電圧制御回路22の構成を示す。電圧制御回路22はコンパレータ223と、NPNトランジスタ224,226と、PNPトランジスタ225と、定電流源227とにより構成してある。
【0063】
コンパレータ223は電流入力電圧出力のコンパレータであって、非反転端子が電圧制御部2のP−MOSトランジスタ21のドレインに接続してあり、反転端子がカレントミラー回路3のNPNトランジスタ32のコレクタに接続してある。コンパレータ223の2つの入力端子において矢印で示す向きの入力電流を正としている。コンパレータ23はn・iD(t)<n・iin(t)の場合には、おおむねVDDに等しいハイレベルの電位を出力しようとし、n・iD(t)>n・iin(t)の場合には、おおむねアース電位に等しいローレベルの電位を出力しようとする。
【0064】
NPNトランジスタ224はコンパレータ223のローレベルの出力電位に制限を設けるためのものであって、コレクタが電源VDD(2.1V電源より電圧が高い)に接続してあり、ベースが2.1V電源に接続してあり、エミッタがコンパレータ223の出力端子に接続してある。NPNトランジスタ224のオン時のベース−エミッタ間電圧は、約0.7Vであるから、コンパレータ223のローレベルの出力電位は、2.1V電源の電位より約0.7V低い電位に制限されて約1.4Vとなる。
【0065】
PNPトランジスタ225はコンパレータ223のハイレベルの出力電位に制限を設けるためのものであって、エミッタがNPNトランジスタ224のエミッタに接続してあり、ベースが1.4V電源に接続してあり、コレクタがアースに接続してある。PNPトランジスタ225のオン時のエミッタ−ベース間電圧は、約0.7Vであるから、コンパレータ223のハイレベルの出力電位は、1.4V電源の電位より約0.7V高い電位に制限されて約2.1Vとなる。
【0066】
NPNトランジスタ226と定電流源227とによりエミッタフォロア回路を構成してあり、NPNトランジスタ226はコレクタが電源VDDに接続してあり、ベースがコンパレータ223の出力端子(基準電位VBIAS1)と、電流制御回路1のNPNトランジスタ13のベースとに接続してあり、エミッタが定電流源227と、電流制御回路1のNPNトランジスタ14のベースに接続してある。エミッタフォロア回路の出力端子の電位、すなわち、NPNトランジスタ226のエミッタの電位(基準電位VBIAS2)は、基準電位VBIAS1よりも約0.7Vだけ低い。
【0067】
よって、基準電位VBIAS1の電圧変化範囲は1.4V〜2.1Vであり、基準電位VBIAS2の電圧変化範囲は0.7V〜1.4Vであり、VBIAS1−VBIAS2=0.7Vである。
【0068】
次に、図3を参照して動作を説明する。ここで、n・iD(t)=n・iin(t)のとき、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は、それぞれ、電圧変化範囲の平均電位、すなわち、1.75V(=(1.4+2.1)/2)と1.05V(=(0.7+1.4)/2)になっている。
【0069】
はじめに、P−MOSトランジスタ11が飽和領域で動作しており、P−MOSトランジスタ11のドレイン電流iD(t)と、NPNトランジスタ33のコレクタ電流iin(t)は一致しているとする。よって、この場合、n・iD(t)=n・iin(t)であり、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は電圧変化範囲の平均電位となっていて、それぞれ、1.75V、1.05Vである。このとき、ノード16の電位はおおむね基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位である1.4Vである。また、NPNトランジスタ13とPNPトランジスタ14はベース−エミッタ間電圧がそれぞれ0.35V程度となっていてカットオフしている。
【0070】
(1) 例えば図3に示す時刻t0から時刻t1の期間のように、入力電流iin(t)が増加し始めると、すなわち、iD(t)<iin(t)となると、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下する。この時、PNPトランジスタ14はカットオフを保つ一方で、ノード16の電圧が基準電位VBIAS1から約0.5V程度下がると、NPNトランジスタ13は順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで下がってオン状態となる。
【0071】
そして、ノード15から、iin(t)−iD(t)に相当する電流がNPNトランジスタ13を通じて流れ出し、iin(t)とiD(t)が一致するように、ノード15の電圧を降下させる。なお、ノード15に接続されているP−MOSトランジスタ11,12のゲート−ソース間の寄生容量の電荷が、NPNトランジスタ13を通じて引き抜かれるため、ノード15の電位が降下する。この時、電流モードの電流制御回路1はカレントミラー回路として動作し、入力電流に比例した出力電流が得られる。
【0072】
ところで、ノード16の絶対電位の動きについて着目すると、上述したように、iD(t)<iin(t)のとき、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下する。また、n・iD(t)<n・iin(t)であるので、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は上昇し、NPNトランジスタ13がオン状態の時には、基準電位VBIAS1は2.1Vに達し、ノード16の絶対電位が約1.4Vとなる。
【0073】
ノード16の電位を示す図4から分かるように、ノード16の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位であった従来例に比較して少なくて済む。
【0074】
(2) 時刻t1から時刻t2の期間のように、iin(t)の増加が止まると、iD(t)=iin(t)となるため、NPNトランジスタ13とPNPトランジスタ14がともにカットオフするよう、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇し、概ね基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位に落ち着く。ここで、ノード15はハイインピーダンスであるから、時刻t1における電荷が変化することはなく、P−MOSトランジスタ11、12のゲート−ソース間電圧は、VGS(t1)に保たれる。よって、出力電流iout(t)は、時刻t1における入力電流iin(t1)に比例した電流が保持される。
【0075】
このときのノード16の絶対電位の動きに着目すると、上述したように、iD(t)=iin(t)となった時に、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇して、平均電位に落ち着く。しかし、n・iD(t)=n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の電位は降下し、それぞれ、1.75V、1.05Vとなる。したがって、ノード16の絶対電位はこれらの平均電位である1.4Vとなる。
【0076】
図4から分かるように、ノード16の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位であった従来例に比較して少なくて済む。
【0077】
(3) 時刻t2から時刻t3の期間のように、iin(t)がiin(t1)を下まわると、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対してさらに上昇する。しかし、NPNトランジスタ13がカットオフを保ったままであるから、VGS(t1)は保持され、出力電流iout(t)は時刻t1の時の値を保持する。
【0078】
この時、ノード16の電圧が基準電位VBIAS2から約0.7V程度上がると、PNPトランジスタ14は順方向活性領域に入ってオン状態となり、iD(t)−iin(t)、すなわち、iin(t1)−iin(t)の電流を流す。
【0079】
このときのノード16の絶対電位の動きに着目すると、上述したように、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対してさらに上昇する。このとき、n・iD(t)>n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2はさらに降下し、PNPトランジスタ14がオン状態の時には、基準電位VBIAS2は0.7Vに達する。したがって、ノード16の絶対電位は約1.4Vとなる。
【0080】
図4から分かるように、ノード16の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位であった従来例に比較して少なくて済む。
【0081】
(4) 時刻t3から時刻t4の期間のように、iin(t1)を超える電流が入力され増加し続けると、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下し、基準電位VBIAS1から約0.5V程度下がった時点で、NPNトランジスタ13が、再度、順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで下がつてオン状態となる。そして、ノード15から、iin(t)−iD(t)に相当する電流がNPNトランジスタ13を通じて流れ出し、NPNトランジスタ33のコレクタ電流iin(t)と、P−MOSトランジスタのドレイン電流iD(t)が一致するように、ノード15の電圧が降下する。
【0082】
このようにして、入力電流iin(t)に応じた出力電流iout(t)が得られることになる。
【0083】
一方、ノード16の絶対電位の動きについて着目すると、上述したように、ノード16の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下するが、このとき、n・iD(t)<n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は上昇し、NPNトランジスタ13がオン状態の時には、基準電位VBIAS1の電位は2.1Vに達する。したがって、ノード16の絶対電位は約1.4Vとなる。
【0084】
図4から分かるように、ノード16の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位であった従来例に比較して少なくて済む。
【0085】
以上より、入力電流のピーク値に応じた出力電流が得られることになる。
【0086】
本実施の形態では、基準電位ノード16の絶対電位の変動は、基準電位VBIAS 1と基準電位VBIAS2の電位が固定されていた従来例に比較してはるかに少なく、また、より高速で変化量の少ない入力電流に対しても入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる。
【0087】
<第2の実施の形態>
図5は本発明の第2の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、カレントミラー回路の構成が異なる。
【0088】
すなわち、第1の実施の形態では、カレントミラー回路3はNPNトランジスタ31,32,33により構成して、3つの定電流源を発生させるようにした。
【0089】
これに対して、本実施の形態では、カレントミラー回路53は、コレクタを入力端子に接続したNPNトランジスタ531と、NPNトランジスタ534と、抵抗5353と、NPNトランジスタ32とにより3トランジスタ形カレントミラー回路と、NPNトランジスタ33とにより、2つの定電流源を発生させるようにした。
【0090】
<第3実施の形態>
図6は本発明の第3の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、カレントミラー回路の構成が異なる。すなわち、第1の実施の形態では、カレントミラー回路3はNPNトランジスタ31,32,33により構成して、2つの定電流源を発生させるようにした。
【0091】
これに対して、本実施の形態のカレントミラー回路63は、第1の実施の形態のカレントミラー回路3(図1)のNPNトランジスタ31,32,33を、N−MOSトランジスタ631,632,633と置換したものである。
【0092】
<第4実施の形態>
図7は本発明の第4の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。
【0093】
すなわち、本実施の形態の電流制御回路71は、第1の実施の形態の電流制御回路7(図1)におけるNPNトランジスタ13とPNPトランジスタ14を、N−MOSトランジスタ713とP−MOSトランジスタ714と置換したものである。
【0094】
従って、ノード716の電位が基準電位VBIAS1に対してN−MOSトランジスタ713の閾値電位以上降下すると、N−MOSトランジスタ713はオンし、他方、ノード716の電位が基準電位VBIAS2に対してP−MOSトランジスタ714の閾値電位以上上昇すると、P−MOSトランジスタ714はオンすることになる。
【0095】
本実施の形態の電圧制御回路22は、図8に示す構成の電圧制御回路と置換してもよい。この電圧制御回路は図2の電圧制御回路22のNPNトランジスタ244と、PNPトランジスタ225と、NPNトランジスタ226とを、それぞれ、N−MOSトランジスタ8224と、P−MOSトランジスタ8225と、N−MOSトランジスタ8226と置換したものである。
【0096】
なお、本実施の形態のカレントミラー回路3は、第2および第3の実施の形態のカレントミラー回路53,63(図5、図6)と置換してもよい。
【0097】
<第5の実施の形態>
図9は本発明の第5の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、ピークホールド回路の構成が異なる。
【0098】
図9を説明する。図9に矢印で示す向きを電流の正の向きとする。図9において、91は電流制御回路であって、N−MOSトランジスタ911,912と、PNPトランジスタ913と、PNPトランジスタ914とにより構成してある。N−MOSトランジスタ911,912はゲートどうしが共通接続してあり、各ソースがアースに接続してあり、N−MOSトランジスタ912のドレインが出力端子に接続してある。
【0099】
PNPトランジスタ913はコレクタが、共通接続したN−MOSトランジスタ911,912のゲートに接続してあり、エミッタがN−MOSトランジスタ911のドレインに接続してあり、ベースが電圧制御回路922の基準電位VBIAS1に接続してある。NPNトランジスタ914はエミッタがPNPトランジスタ913のエミッタに接続してあり、ベースが電圧制御回路922の基準電位VBIAS2に接続してあり、コレクタが電源VDDに接続してある。
【0100】
92は電圧制御部であって、入力電流iin(t)とN−MOSトランジスタ911のドレイン電流iD(t)の差に応じて、2つの基準電位VBIAS1とVBIAS2を制御するものであり、N−MOSトランジスタ921と、電圧制御回路922とにより構成してある。N−MOSトランジスタ921はN−MOSトランジスタ911のドレイン電流iD(t)を検出するものであり、ゲートが、電流制御回路91のN−MOSトランジスタ911,912の共通接続したゲートに接続してあり、ソースがアースに接続してあり、ドレインが電圧制御回路22に接続してある。
【0101】
ここで、N−MOSトランジスタ911とN−MOSトランジスタ921のサイズ比、すなわち、N−MOSトランジスタのゲート幅をW、ゲート長をLとした場合のそれぞれのW/Lの比は、1:nに設定してあり、N−MOSトランジスタ921のドレイン電流は、n・iD(t)となる。
【0102】
電圧制御回路922は、n・iD(t)>n・iin(t)の場合に、2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2をその差電位を保ちつつ上昇させ、他方、n・iD(t)<n・iin(t)の場合に、2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2をその差電位を保ちつつ降下させるように動作する。
【0103】
93はカレントミラー回路であり、PNPトランジスタ931,932,933により構成してある。PNPトランジスタ931,932,933はベースどうしが共通接続してある。PNPトランジスタ931はコレクタが入力端子とベースに接続してあり、エミッタが電源VDDに接続してある。PNPトランジスタ932はコレクタが電圧制御部92の電圧制御回路922に接続してあり、エミッタがアースに接続してある。PNPトランジスタ933はコレクタが、電流制御回路91のN−MOSトランジスタ911のドレインに接続してあり、エミッタが電源VDDに接続してある。
【0104】
よって、PNPトランジスタ932のコレクタに接続した、電圧制御回路922のコンパレータ223の反転端子(図10)には、入力端子を介してPNPトランジスタ931のコレクタに入力された入力電流iin(t)に比例した電流(n・iin(t))が入力されることになる。
【0105】
図10は図9の電圧制御回路922の構成を示す。電圧制御回路922はコンパレータ9223と、PNPトランジスタ9225,9226と、NPNトランジスタ9224と、定電流源9227とにより構成してある。
【0106】
コンパレータ9223は電流入力電圧出力のコンパレータであって、非反転端子が電圧制御部92のN−MOSトランジスタ921のドレインに接続してあり、反転端子がカレントミラー回路93のPNPトランジスタ932のコレクタに接続してある。コンパレータ9223の2つの入力端子において矢印で示す向きの入力電流を正としている。コンパレータ9223はn・iD(t)>n・iin(t)の場合には、おおむねVDDに等しいハイレベルの電位を出力しようとし、n・iD(t)<n・iin(t)の場合には、おおむねアース電位に等しいローレベルの電位を出力しようとする。
【0107】
NPNトランジスタ9224はコンパレータ9223のローレベルの出力電位に制限を設けるためのものであって、コレクタが電源VDDに接続してあり、ベースが(VDD−1.4V)電源に接続してあり、エミッタがコンパレータ9223の出力端子に接続してある。NPNトランジスタ9224のオン時のベース−エミッタ間電圧は、約0.7Vであるから、コンパレータ9223のローレベルの出力電位は、(VDD−1.4V)電源電位から約0.7V低い電位に制限されて約(VDD−2.1V)になる。
【0108】
PNPトランジスタ9225はコンパレータ9223のハイレベルの出力電位に制限を設けるためのものであって、エミッタがNPNトランジスタ9224のエミッタに接続してあり、ベースが(VDD−2.1V)電源に接続してあり、コレクタがアースに接続してある。PNPトランジスタ9225のオン時のエミッタ−ベース間電圧は、約0.7Vであるから、コンパレータ9223のハイレベルの出力電位は、(VDD−2.1V)電源電位から約0.7V高い電位に制限されて約(VDD−1.4V)になる。
【0109】
PNPトランジスタ9226と定電流源9227とでエミッタフォロア回路を構成してあり、PNPトランジスタ9226はコレクタがアースに接続してあり、ベースがコンパレータ9223の出力端子(基準電位VBIAS1)と、電流制御回路91のPNPトランジスタ913のベースとに接続してあり、エミッタが定電流源9227と、電流制御回路91のNPNトランジスタ914のベースに接続してある。エミッタフォロア回路の出力端子の電位、すなわち、PNPトランジスタ9226のエミッタの電位(基準電位VBIAS2)は、基準電位VBIAS1よりも約0.7Vだけ高い。
【0110】
よって、基準電位VBIAS1の電圧変化範囲は(VDD−2.1V)〜(VDD−1.4V)であり、基準電位VBIAS2の電圧変化範囲は(VDD−1.4V)〜(VDD−0.7V)であり、VBIAS1−VBIAS2=0.7Vである。
【0111】
次に、図11を参照して動作を説明する。ここで、n・iD(t)=n・iin(t)の時には、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は、それぞれ、電圧変化範囲の平均電位にあるとする。
【0112】
はじめに、N−MOSトランジスタ911が飽和領域で動作しており、N−MOSトランジスタ911のドレイン電流iD(t)と、PNPトランジスタ933のコレクタ電流iin(t)は一致しているとする。よって、この場合、n・iD(t)=n・iin(t)であり、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は電圧変化範囲となっていて、それぞれ、(VDD−1.75V)、(VDD−1.05V)である。このとき、ノード16の電位はおおむね基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の平均電位である(VDD−1.4V)である。また、PNPトランジスタ913とNPNトランジスタ914は、ベース−エミッタ間電圧がそれぞれ0.35V程度となっていてカットオフしている。
【0113】
(1) 図11に示す時刻t0からt1の期間のように、iin(t)が増加し始めると、iD(t)<iin(t)となるため、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇する。この時、NPNトランジスタ914はカットオフを保つ一方で、ノード916の電圧が基準電位VBIAS1から約0.5V程度上がると、PNPトランジスタ913は順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで上がってオン状態となる。
【0114】
そして、iin(t)−iD(t)の電流がPNPトランジスタ913を通じてノード915へ流れ込み、iin(t)とiD(t)が一致するように、ノード915の電圧が上昇する。すなわち、ノード915に接続されているN−MOSトランジスタ911および912のゲート−ソース間寄生容量の電荷が、PNPトランジスタ913を通じてノード915に供給され、ノード915の電圧が上昇する。
【0115】
この時、電流モードの電流制御回路91はカレントミラー回路として動作し、入力電流iin(t)に比例した出力電流iout(t)が得られる。
【0116】
ところで、ノード916の絶対電位の動きについて着目すると、上述したように、iD(t)<iin(t)のとき、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇する。このとき、n・iD(t)<n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は降下し、PNPトランジスタ913がオン状態の時には、基準電位VBIAS1は(VDD−2.1V)に達する。したがって、ノード916の絶対電位は約(VDD−1.4V)となる。
【0117】
ノード916の電位を示した図12から分かるように、ノード916の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位である従来例に比較して少なくて済む。
【0118】
(2) 時刻t1からt2の期間のように、入力端子を介して入力される入力電流iin(t)の増加が止まると、iD(t)=iin(t)となるため、PNPトランジスタ913とNPNトランジスタ914がともにカットオフするように、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下し、概ね、基準電位VB1AS1と基準電位VBIAS2の平均電位に落ち着く。
【0119】
ここで、ノード915はハイインピーダンスであるから、時刻t1における電荷が変化することはなく、N−MOSトランジスタ911、912のゲート−ソース間電圧は、VGS(t1)に保たれる。このため、出力電流iout(t)は、時刻t1における入力電流iin(t1)に比例した電流が保持される。
【0120】
このときのノード916の絶対電位の動きに着目すると、上述したように、iD(t)=iin(t)となった時に、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して降下し、平均電位に落ち着く。しかし、n・iD(t)=n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2の電位は上昇し、それぞれ、(VDD−1.75V)、(VDD−1.05V)となる。したがって、ノード916の絶対電位はこれらの平均電位である(VDD−1.4V)となる。
【0121】
図12から分かるように、ノード916の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位である従来例に比較して少なくて済む。
【0122】
(3) 時刻t2からt3の期間のように、iin(t)がiin(t1)を下まわると、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対してさらに降下する。しかし、PNPトランジスタ913はカットオフを保ったままであるから、VGS(t1)は保持され、出力電流iout(t)は時刻t1の時の値を保持する。この時、ノード916の電圧が基準電位VBIAS2から約0.7V程度下がると、NPNトランジスタ914は順方向活性領域に入ってオン状態となり、iD(t)−iin(t)、すなわち、iin(t1)−iin(t)の電流を流す。
【0123】
この時のノード916の絶対電位の動きに着目すると、上述したように、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対してさらに降下する。しかし、このとき、n・iD(t)>n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2はさらに上昇し、NPNトランジスタ914がオン状態の時には、基準電位VBIAS2の電位は(VDD−0.7V)に達する。したがって、ノード916の絶対電位は約(VDD−1.4V)となる。
【0124】
図12から分かるように、ノード916の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位である従来例に比較して少なくて済む。
【0125】
(4) 時刻t3からt4の期間のように、入力端子から入力電流iin(t1)を超える電流iin(t)が入力され増加し続けると、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇し、基準電位VBIAS1から約0.5V程度下がった時点で、PNPトランジスタ913が、再度、順方向活性領域に入って電流を流し始め、約0.7V程度まで上がってオン状態となる。そして、iin(t)−iD(t)の電流がPNPトランジスタ913を通じてノード915へ流れ込み、iin(t)とiD(t)が一致するようにノード915の電圧が上昇する。このようにして、入力電流iin(t)に応じた出力電流iout(t)が得られることになる。
【0126】
一方、ノード916の絶対電位の動きについて着目すると、上述したように、ノード916の電圧は2つの基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2に対して上昇する。しかし、このとき、n・iD(t)<n・iin(t)となるため、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2は降下し、PNPトランジスタ913がオン状態の時には、基準電位VBIAS1は(VDD−2.1V)に達する。したがって、ノード916の絶対電位は約(VDD−1.4V)となる。
【0127】
図12から分かるように、ノード916の電位変動は基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2が固定電位である従来例に比較して少なくて済む。
【0128】
本実施の形態では、基準電位VBIAS1と基準電位VBIAS2を固定した従来例に比較して、ノード916の絶対電位の変動がはるかに少なくて済み、また、より高速で変化量の少ない入力電流に対しても入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる。
【0129】
<第6の実施の形態>
図13は本発明の第6の実施の形態を示す。本実施の形態は第5の実施の形態との比較でいえば、カレントミラー回路の構成が異なる。
【0130】
すなわち、第5の実施の形態では、カレントミラー回路93(図9)はPNPトランジスタ931,932,933により構成して、3つの定電流源を発生させるようにした。
【0131】
これに対して、本実施の形態では、カレントミラー回路133は、コレクタを入力端子に接続したPNPトランジスタ1331と、PNPトランジスタ1334と、抵抗1335と、PNPトランジスタ1332とにより構成した3トランジスタ形カレントミラー回路と、PNPトランジスタ1333とにより、3つの定電流源を発生させるようにした。
【0132】
<第7の実施の形態>
図14は本発明の第7の実施の形態を示す。本実施の形態は第5の実施の形態との比較でいえば、カレントミラー回路の構成が異なる。すなわち、第5の実施の形態では、カレントミラー回路93(図9)はPNPトランジスタ931,932,933により構成して、2つの定電流源を発生させるようにした。
【0133】
これに対して、本実施の形態では、第5の実施の形態のカレントミラー回路93(図9)のPNPトランジスタ931,932,933を、それぞれ、P−MOSトランジスタ1431,1432,1433と置換したものである。
【0134】
<第8の実施の形態>
図15は本発明の第8の実施の形態を示す。本実施の形態は第5の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。
【0135】
すなわち、本実施の形態の電流制御回路151は、第5の実施の形態の電流制御回路91(図9)におけるNPNトランジスタ913とPNPトランジスタ914を、N−MOSトランジスタ1513とP−MOSトランジスタ1514と置換したものである。
【0136】
従って、ノード1516の電位が基準電位VBIAS1に対してP−MOSトランジスタ1513の閾値電位以上上昇すると、P−MOSトランジスタ1513はオンし、他方、ノード716の電位が基準電位VBIAS2に対してN−MOSトランジスタ1514の閾値電位以上降下すると、N−MOSトランジスタ1514はオンすることになる。
【0137】
本実施の形態の電圧制御回路22は、図16に示す構成の電圧制御回路と置換してもよい。この電圧制御回路は図10の電圧制御回路922のNPNトランジスタ9244と、PNPトランジスタ9225と、NPNトランジスタ9226とを、それぞれ、N−MOSトランジスタ16224と、P−MOSトランジスタ16225と、N−MOSトランジスタ16226と置換したものである。
【0138】
本実施の形態のカレントミラー回路93は、第6および第7の実施の形態のカレントミラー回路133,143(図13、図14)と置換してもよい。
【0139】
<第9の実施の形態>
図17は本発明の第9の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路171は、第1の実施の形態の電流制御回路1(図1)におけるノード15をコンデンサ178を介して電源VDDに接続したものである。
【0140】
このように構成したので、ノード15の電圧が降下する際、ノード15に接続したP−MOSトランジスタ11および12のゲート−ソース間寄生容量に加えて、ノード15に接続した電荷ホールド用のコンデンサ178から、NPNトランジスタ13を通じて電荷が引き抜かれることになる。
【0141】
そして、第1の実施の形態に比較して、ノード15における容量がコンデンサ178の分だけ大きくなり、保持される電荷量も増えることになる。このため、ノード15にリーク電流があった場合、一定時間経過後のノード15の電圧変動誤差を、第1の実施の形態の場合に比較して小さくすることができ、より安定して入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる。
【0142】
なお、第9の実施の形態のカレントミラー回路3は、第2および第2の実施の形態のカレントミラー回路53,63(図5、図6)と置換してもよい。
【0143】
<第10の実施の形態>
図18は本発明の第10の実施の形態を示す。本実施の形態は第4の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路181は、第4の実施の形態の電流制御回路71(図7)のノード715をコンデンサ188を介して電源VDDに接続したものである。
【0144】
このように構成したので、ノード715の電圧が降下する際、ノード715に接続したP−MOSトランジスタ11および12のゲート−ソース間寄生容量に加えて、ノード715に接続した電荷ホールド用のコンデンサ188から、NPNトランジスタ713を通じて電荷が引き抜かれることになる。
【0145】
ノード715の容量は、第4の実施の形態との比較で言えば、コンデンサ188の分だけ大きくなり、保持される電荷量も増えることになる。よって、ノード715にリーク電流があった場合、一定時間経過後のノード715の電圧変動誤差を、第4の実施の形態の場合に比較して小さくすることができ、より安定して入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる。
【0146】
本実施の形態のカレントミラー回路3は、第2および第3の実施の形態のカレントミラー回路53,63(図5、図6)と置換してもよい。
【0147】
<第11の実施の形態>
図19は本発明の第11の実施の形態を示す。本実施の形態は第5の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路191は、第5の実施の形態の電流制御回路91(図9)におけるノード915をコンデンサ198を介してアースに接続したものである。
【0148】
このように構成したのでち、ノード915の電圧が上昇する際、ノード915に接続したN−MOSトランジスタ911および912のゲート−ソース間寄生容量に加えて、ノード915に接続した電荷ホールド用のコンデンサ198に、PNPトランジスタ913を通じて電荷が供給されることになる。
【0149】
ノード915の容量は第5の実施の形態と比較してコンデンサ198の分だけ大きくなり、保持される電荷量も増えることになる。このため、ノード915にリーク電流があった場合、一定時間経過後のノード915の電圧変動誤差を、第5の実施の形態の場合に比較して小さくすることができ、より安定して入力電流のピーク値に応じた出力電流が得られる。
【0150】
本実施の形態の電流制御回路93は、第5の実施の形態のカレントミラー回路93(図9)は、第6および第7の実施の形態のカレントミラー回路133,143(図13、図14)と置換してもよい。
【0151】
<第12の実施の形態>
図20は本発明の第12の実施の形態を示す。本実施の形態は第8の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路201は、第8の実施の形態の電流制御回路151(図15)におけるノード1515をコンデンサ208を介してアースに接続したものである。
【0152】
このように構成したので、ノード1515の電圧が上昇する際、ノード1515に接続したP−MOSトランジスタ1511および1512のゲート−ソース間寄生容量に加えて、ノード1515に接続した電荷ホールド用のコンデンサ208に、NPNトランジスタ1513を通じて電荷が供給されることになる。
【0153】
そして、ノード1515の容量が、第8の実施の形態と比較してコンデンサ208の分だけ大きくなり、保持される電荷量も増えることになる。よって、ノード1515にリーク電流があった場合、一定時間経過後のノード1515の電圧変動誤差を、第8の実施の形態の場合に比較して小さくすることができ、より安定して入力電流のピーク値に応じた出力電流が得られる。
【0154】
本実施の形態のカレントミラー回路93は、第6および第7の実施の形態のカレントミラー回路133,143(図13、図14)と置換してもよい。
【0155】
<第13の実施の形態>
図21は本発明の第13の実施の形態を示す。本実施の形態は第1の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路211は、第1の実施の形態の電流制御回路1(図1)におけるノード15をスイッチ219を介して電源VDDに接続し、スイッチ219をリセット制御回路210によりON/OFF制御するようにした。
【0156】
本実施の形態の電流制御回路211は、スイッチ219がリセット制御回路210によりオフにされた場合は、第1の実施の形態の電流制御回路1(図1)と同様に動作する。他方、スイッチ219がリセット制御回路210によりオンにされた場合は、ノード15が電源VDDにショートされ、ノード15の電位を電源VDDの電位にすることができる。
【0157】
そこで、ピークホールド動作後、スイッチ219をオンにし、ノード15の電圧を電源VDDの電圧に上昇させた後、スイッチ219をオフにすれば、その後は、第1の実施の形態の電流制御回路1と同様に動作して、新たにピークホールド動作を行うことになる。
【0158】
なお、図17の電流制御回路171のノード15にスイッチ219を介して電源VDDに接続し、スイッチ219をリセット制御回路210によりON/OFF制御するようにしてもよい。
【0159】
本実施の形態のカレントミラー回路211は、第2および第3の実施の形態のカレントミラー回路53,63(図5、図6)と置換してもよい。
【0160】
<第14の実施の形態>
図22は本発明の第14の実施の形態を示す。本実施の形態は第4の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路221は、第4の実施の形態の電流制御回路71(図7)におけるノード715をスイッチ229を介して電源VDDに接続し、スイッチ229をリセット制御回路220によりON/OFF制御するようにした。
【0161】
本実施の形態の電流制御回路221は、スイッチ229がリセット制御回路220によりオフにされた場合は、第4の実施の形態の電流制御回路71(図7)と同様に動作する。他方、スイッチ229がリセット制御回路220によりオンにされた場合は、ノード715が電源VDDにショートされ、ノード715の電位を電源VDDの電位にすることができる。
【0162】
そこで、ピークホールド動作後、スイッチ229をオンにし、ノード715の電圧を電源VDDの電圧に上昇させた後、スイッチ229をオフにすれば、その後は、第4の実施の形態の電流制御回路1と同様に動作して、新たにピークホールド動作を行うことになる。
【0163】
なお、図18の電流制御回路181のノード715にスイッチ229を介して電源VDDに接続し、スイッチ229をリセット制御回路220によりON/OFF制御するようにしてもよい。
【0164】
本実施の形態のカレントミラー回路221は、第2および第3の実施の形態のカレントミラー回路53,63(図5、図6)と置換してもよい。
【0165】
<第15の実施の形態>
図23は本発明の第15の実施の形態を示す。本実施の形態は第5の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路231は、第5の実施の形態の電流制御回路91(図9)におけるノード915をスイッチ239を介して電源VDDに接続し、スイッチ239をリセット制御回路230によりON/OFF制御するようにした。
【0166】
本実施の形態の電流制御回路231は、スイッチ239がリセット制御回路230によりオフにされた場合は、第5の実施の形態の電流制御回路91(図9)と同様に動作する。他方、スイッチ239がリセット制御回路230によりオンにされた場合は、ノード915がアースにショートされ、ノード915の電位をアースの電位にすることができる。
【0167】
そこで、ピークホールド動作後、スイッチ239をオンにし、ノード915の電圧をアースの電圧に降下させた後、スイッチ239をオフにすれば、その後は、第5の実施の形態の電流制御回路91と同様に動作して、新たにピークホールド動作を行うことになる。
【0168】
なお、図19の電流制御回路191のノード915にスイッチ239を介して電源VDDに接続し、スイッチ239をリセット制御回路230によりON/OFF制御するようにしてもよい。
【0169】
本実施の形態のカレントミラー回路93は、第6および第7の実施の形態のカレントミラー回路143,143(図13、図14)と置換してもよい。
【0170】
<第16の実施の形態>
図23は本発明の第16の実施の形態を示す。本実施の形態は第8の実施の形態との比較でいえば、電流制御回路の構成が異なる。すなわち、本実施の形態の電流制御回路221は、第8の実施の形態の電流制御回路151(図15)におけるノード1515をスイッチ249を介して電源VDDに接続し、スイッチ249をリセット制御回路240によりON/OFF制御するようにした。
【0171】
本実施の形態の電流制御回路241は、スイッチ249がリセット制御回路240によりオフにされた場合は、第8の実施の形態の電流制御回路151(図15)と同様に動作する。他方、スイッチ249がリセット制御回路240によりオンにされた場合は、ノード1515がアースにショートされ、ノード1515の電位をアース電位にすることができる。
【0172】
そこで、ピークホールド動作後、スイッチ249をオンにし、ノード1515の電圧をアースの電圧に降下させた後、スイッチ249をオフにすれば、その後は、第8の実施の形態の電流制御回路151(図15)と同様に動作して、新たにピークホールド動作を行うことになる。
【0173】
なお、図20の電流制御回路201のノード1515にスイッチ249を介して電源VDDに接続し、スイッチ249をリセット制御回路240によりON/OFF制御するようにしてもよい。
【0174】
本実施の形態のカレントミラー回路93は、第6および第7の実施の形態のカレントミラー回路133,143(図13、図14)と置換してもよい。
【0175】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、上記のように構成したので、実質的により高速で変化量の少ない入力電流に対しても入力電流のピーク値に応じた出力電流を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態を示す回路図である。
【図2】図1の電圧制御回路の構成を示す回路図である。
【図3】図1のピークホールド回路の動作を説明するための説明図である。
【図4】図1に示すノード16の電位の変動の一例を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態を示す回路図である。
【図6】本発明の第3の実施の形態を示す回路図である。
【図7】本発明の第4の実施の形態を示す回路図である。
【図8】図7の電圧制御回路22と置換可能な電圧制御回路の構成を示す回路図である。
【図9】本発明の第5の実施の形態を示す回路図である。
【図10】図9の電圧制御回路922の構成を示す回路図である。
【図11】図9のピークホールド回路の動作を説明するための説明図である。
【図12】図9に示すノード916の電位の変動の一例を示す図である。
【図13】本発明の第6の実施の形態を示す回路図である。
【図14】本発明の第7の実施の形態を示す回路図である。
【図15】本発明の第8の実施の形態を示す回路図である。
【図16】図14の電圧制御回路922と置換可能な電圧制御回路の構成を示す回路図である。
【図17】本発明の第9の実施の形態を示す回路図である。
【図18】本発明の第10の実施の形態を示す回路図である。
【図19】本発明の第11の実施の形態を示す回路図である。
【図20】本発明の第12の実施の形態を示す回路図である。
【図21】本発明の第13の実施の形態を示す回路図である。
【図22】本発明の第14の実施の形態を示す回路図である。
【図23】本発明の第15の実施の形態を示す回路図である。
【図24】本発明の第16の実施の形態を示す回路図である。
【図25】電圧モードのピークホールド回路の一例を示す回路図である。
【図26】従来の電流モードのピークホールド回路の一例を示す回路図である。
【図27】図20のピークホールド回路の動作を説明するための説明図である。
【図28】従来の電流モードのピークホールド回路の他の例を示す回路図である。
【図29】図24のピークホールド回路の動作を説明するための説明図である。
【図30】図26のピークホールド回路における図27の入力電流iin(t)の変化に対する電圧V4(t)の変動例を示す図である。
【図31】図28のピークホールド回路における図29の入力電流iin(t)の変化に対する電圧V14(t)の変動例を示す図である。
【符号の説明】
1,91 電流制御回路
2,92 電圧制御部
3,93 カレントミラー回路
11,12,21 P−MOSFET
13,31〜33,224,226,913,914 NPNトランジスタ
14,225,913,931〜933 PNPトランジスタ
22,922 電圧制御回路
178,188,198,208 コンデンサ
210.220,230,240 リセット制御回路
219,229,239,249 スイッチ
223,9223 コンパレータ
911,912,921 N−MOSFET
Claims (10)
- 入力端子からの入力電流と同一の大きさの電流を流す第1定電流源と、前記入力電流の所定倍の電流を流す第2定電流源を発生するカレントミラー回路と、
ドレインを前記第1定電流源に接続しソースを第1電源に接続した第1FETと、
ドレインを出力端子に接続しソースを前記第1電源に接続しゲートを前記第1FETのゲートと共通接続した第2FETと、
相補的な特性を有する第1および第2トランジスタよりなる2段直列回路であって、前記共通接続したゲートと前記第1電源より電圧が低い第2電源との間に設けてあり、前記第1および第2トランジスタのノードを前記第1FETのドレインに接続した2段直列回路と、
前記第1FETのドレイン電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段により検出されたドレイン電流の前記所定倍分の電流と、前記第2定電流源の流す前記入力電流の所定倍の電流とを比較し、前記第1電源の電圧より低い第1印加電圧を前記第1トランジスタに印加するとともに、該第1印加電圧に対して前記第1および第2トランジスタを同時にオンにしない所定電圧だけ常に低い第2印加電圧を前記第2トランジスタに印加する印加電圧制御手段であって、前記電流検出手段により検出された検出電流が前記第1FETのドレイン電流より大きい場合に、前記第1印加電圧として第1電圧を前記第1トランジスタに印加してオンにするとともに、前記第2印加電圧として第2電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにし、前記検出電流が前記ドレイン電流未満である場合に、前記第1印加電圧として前記第1の電圧より前記所定電圧だけ低い第3電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧より前記所定電圧だけ低い第4電圧を前記第2トランジスタに印加してオンにし、前記検出電流が前記ドレイン電流と等しい場合に、前記第1印加電圧として前記第1電圧と前記第3電圧の平均電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧と前記第4電圧の平均電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにする印加電圧制御手段と
を備えたことを特徴とするピークホールド回路。 - 請求項1において、前記第1および第2FETの共通接続したゲートと前記第1電源との間に電荷をホールドするためのコンデンサを接続したことを特徴とするピークホールド回路。
- 請求項1または2において、前記第1および第2FETの共通接続したゲートの電位を前記第1電源の電位にするためのスイッチング手段を有することを特徴とするピークホールド回路。
- 請求項1ないし3のいずれかにおいて、
前記第1および第2FETはP−MOSFETであり、
前記第1トランジスタはNPNトランジスタであり、
前記第2トランジスタはPNPトランジスタである
ことを特徴とするピークホールド回路。 - 請求項1ないし4のいずれかにおいて、
前記第1および第2FETはP−MOSFETであり、
前記第1トランジスタはN−MOSFETであり、
前記第2トランジスタはP−MOSFETである
ことを特徴とするピークホールド回路。 - 入力端子への入力電流と同一の大きさの電流を流す第1定電流源と、前記入力電流の所定倍の電流を流す第2定電流源を発生するカレントミラー回路と、
ドレインを前記第1定電流源に接続しソースを、第1電源より電圧の低い第2電源に接続した第1FETと、
ドレインを出力端子に接続しソースを前記第2電源に接続しゲートを前記第1FETのゲートと共通接続した第2FETと、
相補的な特性を有する第1および第2トランジスタよりなる2段直列回路であって、前記共通接続したゲートと前記第1電源との間に設けてあり、前記第1および第2トランジスタのノードを前記第1FETのドレインに接続した2段直列回路と、
前記第1FETのドレイン電流を検出する電流検出手段と、
該電流検出手段により検出されたドレイン電流の前記所定倍分の電流と、前記第2定電流源の流す前記入力電流の所定倍の電流とを比較し、前記第2電源の電圧より高い第1印加電圧を前記第1トランジスタに印加するとともに、前記第1および第2トランジスタを同時にオンにしない所定電圧だけ前記第1印加電圧より常に高い第2印加電圧を前記第2トランジスタに印加する印加電圧制御手段であって、前記電流検出手段により検出された検出電流が前記第1FETのドレイン電流より大きい場合に、前記第1印加電圧として第1電圧を前記第1トランジスタに印加してオンにするとともに、前記第2印加電圧として第2電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにし、前記検出電流が前記ドレイン電流未満である場合に、前記第1印加電圧として前記第1の電圧より前記所定電圧だけ高い第3電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧より前記所定電圧だけ高い第4電圧を前記第2トランジスタに印加してオンにし、前記検出電流が前記ドレイン電流と等しい場合に、前記第1印加電圧として前記第1電圧と前記第3電圧の平均電圧を前記第1トランジスタに印加してオフにするとともに、前記第2印加電圧として前記第2電圧と前記第4電圧の平均電圧を前記第2トランジスタに印加してオフにする印加電圧制御手段と
を備えたことを特徴とするピークホールド回路。 - 請求項6において、前記第1および第2FETの共通接続したゲートと前記第2電源との間に電荷をホールドするためのコンデンサを接続したことを特徴とするピークホールド回路。
- 請求項6または7において、前記第1および第2FETの共通接続したゲートの電位を前記第2電源の電位にするためのスイッチング手段を有することを特徴とするピークホールド回路。
- 請求項6ないし8のいずれかにおいて、
前記第1および第2FETはN−MOSFETであり、
前記第1トランジスタはPNPトランジスタであり、
前記第2トランジスタはNPNトランジスタである
ことを特徴とするピークホールド回路。 - 請求項6ないし9のいずれかにおいて、
前記第1および第2FETはN−MOSFETであり、
前記第1トランジスタはP−MOSFETであり、
前記第2トランジスタはN−MOSFETである
ことを特徴とするピークホールド回路。
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