JP3752938B2 - comparator - Google Patents

comparator Download PDF

Info

Publication number
JP3752938B2
JP3752938B2 JP2000008963A JP2000008963A JP3752938B2 JP 3752938 B2 JP3752938 B2 JP 3752938B2 JP 2000008963 A JP2000008963 A JP 2000008963A JP 2000008963 A JP2000008963 A JP 2000008963A JP 3752938 B2 JP3752938 B2 JP 3752938B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
input
voltage
stage circuit
output
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2000008963A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2001203564A (en
Inventor
優孝 藤井
公義 三添
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Device Technology Co Ltd filed Critical Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Priority to JP2000008963A priority Critical patent/JP3752938B2/en
Publication of JP2001203564A publication Critical patent/JP2001203564A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3752938B2 publication Critical patent/JP3752938B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、差動型のコンパレータに係わり、特に、低電圧動作のコンパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】
図4は、従来の差動型コンパレータの要部回路図である。以下の説明で、各MOSFETをMに番号を付して表わす。
このコンパレータは定電流回路51と、入力段回路52と、出力段回路53とで構成される。定電流回路51は、M20と電流源回路57で構成される。入力段回路52は、バイアス部54とゲート信号入力部55と出力信号伝達部56とが直列接続された回路構成であり、この回路が、VDD(ここではVDDは電源の高電位側または電源電圧を示す)とグランドGNDの間に接続される。バイアス部54はM21で構成され、ゲート信号入力部55はM22、M23で構成され、出力信号伝達部56は能動負荷となるM24とM25で構成される。出力段回路53は、M26、M27とM28、M29で構成される。また、M20とM21およびM26とM27は電流ミラー回路を構成する。
【0003】
この回路の動作を説明する。定電流回路57のM20を流れるバイアス電流I20と同じ大きさのバイアス電流I21がM21に流れる。入力段回路52のバイアス部54を構成するM21と、入力段回路52のゲート信号入力部55を構成するM22、M23と、入力段回路52の出力信号伝達部56を構成する能動負荷であるM24、M25は、いずれも飽和領域で動作させ、ゲート信号入力部55を構成するM22、M23に流れるバイアス電流I22、I23は、能動負荷として用いられるM24、M25で抑制される。
【0004】
M24、M25のドレイン電圧は出力段回路53を構成するM29、M28のゲートに入力される。出力段回路53を構成するM26、M27は電流ミラー回路を構成し、M27に流れるバイアス電流I25は、M26に流れるバイアス電流I24以上は流れない。また、M28およびM29が流せる電流I24'、I25'の大きさ(通電能力)は、M24およびM25のドレイン電圧に比例する。
バイアス電流I25およびI24の大きさが決まる。
【0005】
しかし、I24' <I25' の場合は、M26とM27が電流ミラー回路を構成しているために、I24の大きさにI25の大きさが抑制される。その場合、M29は非飽和領域での動作となり、M27は飽和領域での動作となる。従って、M29のインピーダンスは極めて小さくなり、M27のインピーダンスが大きくなるため、M29のドレイン・ソース間電圧VDSは零となり、M27のドレイン・ソース間電圧VDSはVDDとなる。そのため、出力電圧は0Vとなる。
【0006】
一方、I24' >I25' の場合は、M29は飽和領域での動作となり、M27は非飽和領域での動作となるため、VDDはM29に印加されて、出力電圧はVDDとなる。
ここで用いられるMOSFETの出力特性を図5に示す。MOSFETを飽和領域にて動作させると、ドレイン・ソース間電圧VDSの変化に対して、ドレイン電流IDSの変化が少ないので、MOSFETの定電流性を維持でき、動作が安定する。
【0007】
そのため、図4の入力段回路52のM21、M22、M23、M24、M25は飽和領域で動作させる。各MOSFETのゲートしきい値電圧Vthは、通常の製造で、0.6Vとなるので、ここではVth=0.6Vとする。
この入力段回路52が動作する最低の電圧について説明する。各MOSFETのゲートしきい値を0.6Vし、M22のゲート入力電圧VINP2、M23のゲート入力電圧VINM2とし、このVINM2=1Vとする。
【0008】
M21、M24、M25のドレイン・ソース間電圧はVDS=0.6Vとなり、M23のドレイン・ソース間の電圧はVDS=VINM2−Vth=1V−0.6V=0.4Vとなる。そのため、動作させることができる最小の電源電圧は、VDD=(M21のVDS)+(M23のVDS)+(M24のVDS)=0.6V+0.4V+0.6V=1.6Vとなる。しかし、回路を安定に動作させるために、通常この値に対して0.2V程度上乗せする。従って、従来のコンパレータの実用的な最小の電源電圧はVDD=1.8Vとなる。
【0009】
図6は、従来のコンパレータのDC特性(出力特性)を示す図である。VDD=2Vの場合とVDD=1.5Vで、VIPM2=1Vの場合を示す。
VDD=2Vの場合でVINP2>VINM2のときは、前記したように、I25がI24より小さくなり、M27のVDSが0Vとなり、M29にVDDが印加される。従って、出力電圧は2Vとなる。
【0010】
一方、VDD=2Vの場合でVINP2<VINM2のときは、前記したように、I25がI24の大きさに抑制され、M27にVDDが印加され、M29のVDSが0Vとなる。従って、出力電圧は0Vとなる。
VDD=1.5Vの場合は、M21、M24、M25のドレイン・ソース間の電圧がVthより低くなり、これらのMOSFETには電流が流れない。そのため、入力段回路52が動作せず、VINP2の大きさに係わらず、M27にVDDが印加されて、M29のVDSが0Vとなる。従って、出力電圧は、VINP2の大きさに係わらず、0Vとなり、コンパレータとして働かない。
このように、従来のコンパレータを安定に動作させるためには、電源の高電位側電圧VDDの最小電圧として1.8Vは必要である。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯機器などに用いられる電源の低電圧化に対する要望が極めて強く、この低電圧化を阻んでいる主要因は、コンパレータの動作電圧が高いことである。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、低電圧で動作するコンパレータを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成するために、入力信号電圧と基準電圧の大きさを比較して、グランド電圧と電源電圧のいずれかを選択して出力する差動型のコンパレータにおいて、前記入力信号電圧と基準電圧を入力し、その大きさを比較して、出力段回路へ出力信号を出力する入力段回路が、電源の高電位側と低電位側の間に接続され、該入力段回路は、バイアス部と信号入力部の2段で構成され、該信号入力部は、2列のゲート信号入力部で構成され、該ゲート信号入力部には、出力信号伝達部が並列接続され、それぞれの前記ゲート信号入力部は、前記バイアス部を構成する2列の入力信号用バイアス部のそれぞれ個別に接続し、該入力信号用バイアス部と前記ゲート信号入力部は、一段で構成されるトランジスタを有し、前記出力信号伝達部は、スイッチと、該スイッチと直列接続する能動負荷とを有し、前記出力段回路は電流ミラー回路を構成する一対のトランジスタ並びに該一対のトランジスタにそれぞれ直列に接続された第1および第2の出力段回路入力トランジスタを備え、前記2列のゲート信号入力部に並列接続された出力信号伝達部からの信号が前記第1および第2の出力段回路入力トランジスタのゲートに接続されている構成とする。
【0013】
前記スイッチと前記能動負荷が、トランジスタで構成され、前記能動負荷を構成するトランジスタがそれぞれ前記前記第1および第2の出力段回路入力トランジスタと電流ミラー回路を構成するとよい。
このように、入力段回路をバイアス部とゲート信号入力部との2段で構成することで、コンパレータの動作電圧を1個のMOSFETのしきい値電圧程度に低くできる。
【0014】
【発明の実施の形態】
図1は、この発明の第1実施例のコンパレータの要部回路図である。以下の説明で、各MOSFETをMに番号を付して表わす。
このコンパレータは定電流回路1と、入力段回路2と、出力段回路3とで構成される。定電流回路1は、M0と電流源回路7で構成される。入力段回路2は、バイアス部4と、ゲート信号入力部5と出力信号伝達部6とが並列接続された回路部と、直列接続された回路構成である。この入力段回路2が、VDD(ここではVDDは電源の高電位側または電源電圧を示す)とグランドGNDの間に接続される。バイアス部4はM1、M3(これは請求項1で説明した2列の入力信号用バイアス部の相当する)で構成され、ゲート信号入力部5はM2、M4で構成され、出力信号伝達部6は能動負荷となるM5およびM6とスイッチSW1およびスイッチSW2で構成される。出力段回路3は、M7、M8とM9、Maで構成される。また、前記のM0、M1およびM3と、M7およびM8とはそれぞれ電流ミラー回路を構成する。ここで、入力段回路2のゲート入力信号に関係のある回路を2系統に分けてA部とB部とし、A部をM1とM2とし、B部をM3とM4とする。また、入力段回路2の出力信号の伝達に関係のある回路を2系統に分けてC部とD部とし、C部をM1、SW1およびM5とし、D部をM3、SW2およびM6とする。A部とB部、C部とD部およびE部とF部を構成するMOSFETは対称となっており、これらのMOSFETの大きさは同じである。ここで、M0、M1、M3、M7、M8はpチャネルMOSFETであり、M2、M4、M5、M6、M9、MaはnチャネルMOSFETである。
【0015】
図1の回路と図4の回路との違いは、入力段回路2の出力信号伝達部6をゲート信号入力部5と並設し、出力信号伝達部6をスイッチSW1、SW2と能動負荷であるM5、M6で構成した点である。
つぎに、このコンパレータの動作を説明する。バイアス電流I0を流し、M1およびM3には等しいバイアス電流I1とI2が流れる。例えば、M4のゲート入力電圧VINM を一定にすると、バイアス電流I2はI6とI5に分配され、一定の電流を流す。つぎに、M2のゲート入力電圧VINP をグランド電圧である0Vから電源電圧であるVDDまで変化させると、M2のゲート入力電圧VINP によって、バイアス電流I1はI3とI4に分配される。
【0016】
VINP <VINM の場合、I4<I6となり、従ってI3>I5となる。また、VINP >VINM の場合、I4>I6となり、従ってI3<I5となる。ここで、出力段回路に流れる電流I7およびI8の大きさはそれぞれI5およびI3に比例する。ただし、I8はI7によって制限を受ける。
VINP <VINM の場合、I8はI7より大きくなろうとするが、I7で制限されるため、M8は飽和領域での動作となり、Maは非飽和領域での動作となる。そのため、M8のインピーダンスは大きくなり、一方、Maのインピーダンスは極めて小さくなる。そのため、VDDはM8に印加され、Maのドレイン・ソース電圧VDSは0Vとなる。従って、出力端子8から出力される出力電圧は0V(グランド電圧)となる。
【0017】
VINP >VINM の場合、I8がI7より小さいために、M8は非飽和領域での動作となり、Maは飽和領域での動作となるため、M8のドレイン・ソース間電圧VDSは零となり、VDDはMaに印加される。従って、出力端子8から出力される出力電圧はVDDとなる。このようにして、コンパレータ動作を行う。
つぎに、コンパレータに必要な電源電圧VDDについて説明する。M1、M2、M3、M4、M5、M6の各MOSFETは飽和領域で動作させる。このコンパレータが動作するための最小のVDDを考える場合には、B部とD部を安定に動作させることが必須要件である。
【0018】
まず、B部が安定に動作するVDDについて説明する。MOSFETが飽和領域で動作することから、M3のドレイン・ソース間電圧VDSは、ゲートしきい値電圧Vth以上必要となり、M4のドレイン・ソース間電圧VDSは(ゲート入力電圧VINM −ゲートしきい値電圧Vth)以上の電圧が必要となる。Vth=0.6Vとし、VINM =1Vとすると、B部が動作する最小の電源電圧VDDは、M3のVthとM4のVDS(飽和領域)の和となる。つまり、VDD=Vth+VDS=0.6V+0.4Vとなる。
【0019】
一方、D部のM3のドレイン・ソース間電圧VDSは、前記したように、ゲートしきい値電圧Vth以上必要となり、M6のドレイン・ソース間電圧VDSもゲートしきい値電圧Vth以上必要となる。D部が動作する最小の電源電圧VDDは、M3のVthとSW2の電圧降下とM6のVthの和となる。このSW2の電圧降下を0.1Vとすると、VDD=2×Vth+SW2の電圧降下=2×0.6V+0.1V=1.3Vとなる。前記したように、安定した動作をさせるために0.2V電源電圧を高くすると、実用的な最小の電源電圧VDDは1.5Vとなる。
【0020】
このように、ゲート入力信号部5と出力信号伝達部6を並列とすることで、実用的な最小の電源電圧を、従来の1.8Vから1.5Vに低減することができる。
図2は、この発明の第2実施例のコンパレータの要部回路図である。図2の出力信号伝達部6aは、図1の出力信号伝達部6のスイッチSW1、SW2の代わりにpチャネルMOSFETであるM15、M17を用いて、これらのゲートにバイアス電圧VDC1 を印加した回路である。このM15およびM17のドレイン・ソース間電圧VDSは0.1V以下になるように、VDC1 は十分高い電圧とする。尚、I10、I11、I12、I13、I14、I15、I16、I17、I18はバイアス電流であり、図1の各バイアス電流と対応している。
【0021】
図3は、本発明のコンパレータのDC特性図である。VDD1 =2Vおよび1.5Vの場合で、VINM =1VにしたときのコンパレータのDC特性である。どちらの電源電圧でもコンパレータは安定に動作する。このように、前記スイッチをMOSFETに代えて非飽和領域で動作させることで、安定に動作するコンパレータの電源電圧VDD1 を従来の電源電圧に対して0.3V低下させることができる。
【0022】
【発明の効果】
この発明によれば、入力段回路を構成するゲート信号入力部と出力信号伝達部とを並列にすることで、コンパレータを動作させる電源電圧を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例のコンパレータの要部回路図
【図2】この発明の第2実施例のコンパレータの要部回路図
【図3】第2実施例のコンパレータのDC特性図
【図4】従来の差動型コンパレータの回路図
【図5】MOSFETの出力特性図
【図6】従来の差動型コンパレータのDC特性図
【符号の説明】
1 定電流回路
2 入力段回路
3 出力段回路
4 バイアス部
5 ゲート入力信号部
6 出力信号伝達部
7 電流源回路
8 出力端子
M0、M1、M3、M7、M8 pチャネルMOSFET
M2、M4、M5、M6、M9、Ma nチャネルMOSFET
M15、M17 nチャネルMOSFET
SW1、SW2 スイッチ
I0、I1、12、I3、I4 バイアス電流
I5、I6、17、I8 バイアス電流
VDD 電源の高電位側/電源電圧
VDC1 バイアス電圧
GND グランド
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a differential type comparator, and more particularly to a low voltage operation comparator.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 is a principal circuit diagram of a conventional differential comparator. In the following description, each MOSFET is represented by a number M.
This comparator includes a constant current circuit 51, an input stage circuit 52, and an output stage circuit 53. The constant current circuit 51 includes M20 and a current source circuit 57. The input stage circuit 52 has a circuit configuration in which a bias unit 54, a gate signal input unit 55, and an output signal transmission unit 56 are connected in series, and this circuit is VDD (here, VDD is a high potential side of a power source or a power source voltage). And a ground GND. The bias unit 54 is configured by M21, the gate signal input unit 55 is configured by M22 and M23, and the output signal transmission unit 56 is configured by M24 and M25 serving as active loads. The output stage circuit 53 includes M26, M27 and M28, M29. M20 and M21 and M26 and M27 form a current mirror circuit.
[0003]
The operation of this circuit will be described. A bias current I21 having the same magnitude as the bias current I20 flowing through M20 of the constant current circuit 57 flows through M21. M21 that constitutes the bias section 54 of the input stage circuit 52, M22 and M23 that constitute the gate signal input section 55 of the input stage circuit 52, and M24 that is an active load that constitutes the output signal transmission section 56 of the input stage circuit 52. , M25 are operated in the saturation region, and the bias currents I22, I23 flowing in M22, M23 constituting the gate signal input unit 55 are suppressed by M24, M25 used as active loads.
[0004]
The drain voltages of M24 and M25 are input to the gates of M29 and M28 constituting the output stage circuit 53. M26 and M27 constituting the output stage circuit 53 constitute a current mirror circuit, and the bias current I25 flowing through M27 does not flow more than the bias current I24 flowing through M26. In addition, the magnitudes (energization capability) of the currents I24 ′ and I25 ′ that M28 and M29 can flow are proportional to the drain voltages of M24 and M25.
The magnitudes of the bias currents I25 and I24 are determined.
[0005]
However, when I24 ′ <I25 ′, since M26 and M27 constitute a current mirror circuit, the size of I25 is suppressed to the size of I24. In this case, M29 operates in the non-saturated region, and M27 operates in the saturated region. Accordingly, the impedance of M29 becomes extremely small, because the impedance of M27 is increased, becomes zero drain-source voltage VDS of the M29, M2 7 drain-source voltage VDS of the VDD. Therefore, the output voltage is 0V.
[0006]
On the other hand, when I24 '>I25', M29 operates in the saturation region and M27 operates in the non-saturation region, so that VDD is applied to M29 and the output voltage becomes VDD.
The output characteristics of the MOSFET used here are shown in FIG. When the MOSFET is operated in the saturation region, since the change in the drain current IDS is small with respect to the change in the drain-source voltage VDS, the constant current characteristic of the MOSFET can be maintained and the operation is stabilized.
[0007]
Therefore, M21, M22, M23, M24, and M25 of the input stage circuit 52 of FIG. 4 are operated in the saturation region. Since the gate threshold voltage Vth of each MOSFET is 0.6V in normal manufacturing, it is assumed here that Vth = 0.6V.
The minimum voltage at which the input stage circuit 52 operates will be described. The gate threshold value of each MOSFET is 0.6V, the gate input voltage VINP2 of M22, the gate input voltage VINM2 of M23, and VINM2 = 1V.
[0008]
The drain-source voltage of M21, M24, and M25 is VDS = 0.6V, and the drain-source voltage of M23 is VDS = VINM2-Vth = 1V-0.6V = 0.4V. Therefore, the minimum power supply voltage that can be operated is VDD = (VDS of M21) + (VDS of M23) + (VDS of M24) = 0.6V + 0.4V + 0.6V = 1.6V. However, in order to make the circuit operate stably, this value is usually increased by about 0.2V. Therefore, the practical minimum power supply voltage of the conventional comparator is VDD = 1.8V.
[0009]
FIG. 6 is a diagram illustrating DC characteristics (output characteristics) of a conventional comparator. A case where VDD = 2V, a case where VDD = 1.5V and VIPM2 = 1V are shown.
When VDD = 2V and VINP2> VINM2, as described above, I25 becomes smaller than I24, V27 of M27 becomes 0V, and VDD is applied to M29. Therefore, the output voltage is 2V.
[0010]
On the other hand, when VDD = 2V and VINP2 <VINM2, as described above, I25 is suppressed to the magnitude of I24, VDD is applied to M27, and VDS of M29 becomes 0V. Therefore, the output voltage is 0V.
When VDD = 1.5V, the voltage between the drain and source of M21, M24, and M25 becomes lower than Vth, and no current flows through these MOSFETs. For this reason, the input stage circuit 52 does not operate, and regardless of the magnitude of VINP2, VDD is applied to M27, and VDS of M29 becomes 0V. Therefore, the output voltage becomes 0 V regardless of the magnitude of VINP2, and does not function as a comparator.
Thus, in order to stably operate the conventional comparator, 1.8 V is necessary as the minimum voltage of the high potential side voltage VDD of the power source.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, there has been a strong demand for lowering the voltage of power supplies used in portable devices and the like, and the main factor preventing this lowering is the high operating voltage of the comparator.
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a comparator that operates at a low voltage.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the differential comparator that compares the input signal voltage with the reference voltage and selects and outputs either the ground voltage or the power supply voltage, the input signal voltage and the reference voltage are selected. An input stage circuit that inputs a voltage, compares the magnitudes thereof, and outputs an output signal to the output stage circuit is connected between the high potential side and the low potential side of the power supply. And the signal input unit, the signal input unit is composed of two rows of gate signal input units, and an output signal transmission unit is connected in parallel to the gate signal input unit. The input unit is individually connected to each of the two rows of input signal bias units constituting the bias unit, and the input signal bias unit and the gate signal input unit include a single-stage transistor, The output signal transmission part Switch and, possess the active load of the switch connected in series, the output stage circuit of the first and second output stage connected to the pair of transistors and said pair of transistors constituting the current mirror circuit in series A circuit input transistor is provided, and a signal from an output signal transmission unit connected in parallel to the two rows of gate signal input units is connected to the gates of the first and second output stage circuit input transistors .
[0013]
Said active load and said switch, formed by transistors, may transistors constituting the active load that make up each said first and second output stage circuit input transistor and the current mirror circuit.
Thus, by configuring the input stage circuit in two stages of the bias part and the gate signal input part, the operating voltage of the comparator can be lowered to about the threshold voltage of one MOSFET.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 is a circuit diagram of a principal part of a comparator according to a first embodiment of the present invention. In the following description, each MOSFET is represented by a number M.
The comparator includes a constant current circuit 1, an input stage circuit 2, and an output stage circuit 3. The constant current circuit 1 includes M0 and a current source circuit 7. The input stage circuit 2 has a circuit configuration in which a bias unit 4, a circuit unit in which a gate signal input unit 5 and an output signal transmission unit 6 are connected in parallel, and a circuit unit connected in series. The input stage circuit 2 is connected between VDD (here, VDD indicates the high potential side of the power supply or the power supply voltage) and the ground GND. The bias unit 4 is composed of M1 and M3 (which corresponds to the two columns of input signal bias units described in claim 1), the gate signal input unit 5 is composed of M2 and M4, and the output signal transmission unit 6 Consists of M5 and M6, which are active loads, and switches SW1 and SW2. The output stage circuit 3 includes M7, M8, M9, and Ma. The M0, M1 and M3, and M7 and M8 constitute a current mirror circuit. Here, a circuit related to the gate input signal of the input stage circuit 2 is divided into two systems, which are A part and B part, A part is M1 and M2, and B part is M3 and M4. Further, a circuit related to transmission of an output signal of the input stage circuit 2 is divided into two systems, which are a C part and a D part, the C part is M1, SW1, and M5, and the D part is M3, SW2, and M6. The MOSFETs constituting the A part and the B part, the C part and the D part, and the E part and the F part are symmetrical, and the sizes of these MOSFETs are the same. Here, M0, M1, M3, M7, and M8 are p-channel MOSFETs, and M2, M4, M5, M6, M9, and Ma are n-channel MOSFETs.
[0015]
The difference between the circuit of FIG. 1 and the circuit of FIG. 4 is that the output signal transmission unit 6 of the input stage circuit 2 is juxtaposed with the gate signal input unit 5, and the output signal transmission unit 6 is the switches SW1 and SW2 and the active load. This is a point constituted by M5 and M6.
Next, the operation of this comparator will be described. A bias current I0 is supplied, and equal bias currents I1 and I2 are supplied to M1 and M3. For example, when the gate input voltage VINM of M4 is made constant, the bias current I2 is distributed to I6 and I5, and a constant current flows. Next, when the gate input voltage VINP of M2 is changed from 0V which is the ground voltage to VDD which is the power supply voltage, the bias current I1 is distributed to I3 and I4 by the gate input voltage VINP of M2.
[0016]
If VINP <VINM, then I4 <I6 and thus I3> I5. When VINP> VINM, I4> I6, and therefore I3 <I5. Here, the magnitudes of the currents I7 and I8 flowing through the output stage circuit are proportional to I5 and I3, respectively. However, I8 is restricted by I7.
When VINP <VINM, I8 tends to be larger than I7, but is limited by I7, so that M8 operates in the saturation region and Ma operates in the non-saturation region. Therefore, the impedance of M8 becomes large, while the impedance of Ma becomes very small. Therefore, VDD is applied to M8, and the drain / source voltage VDS of Ma becomes 0V. Therefore, the output voltage output from the output terminal 8 is 0 V (ground voltage).
[0017]
When VINP> VINM, since I8 is smaller than I7, M8 operates in the non-saturated region, and Ma operates in the saturated region. Therefore, the drain-source voltage VDS of M8 becomes zero and VDD becomes Ma. To be applied. Therefore, the output voltage output from the output terminal 8 is VDD. In this way, the comparator operation is performed.
Next, the power supply voltage VDD required for the comparator will be described. The MOSFETs M1, M2, M3, M4, M5, and M6 are operated in the saturation region. When considering the minimum VDD for the operation of this comparator, it is an essential requirement to operate the B part and the D part stably.
[0018]
First, VDD in which the B section operates stably will be described. Since the MOSFET operates in the saturation region, the drain-source voltage VDS of M3 needs to be equal to or higher than the gate threshold voltage Vth, and the drain-source voltage VDS of M4 is (gate input voltage VINM−gate threshold voltage). Vth) or more is required. When Vth = 0.6V and VINM = 1V, the minimum power supply voltage VDD at which the part B operates is the sum of Vth of M3 and VDS (saturation region) of M4. That is, VDD = Vth + VDS = 0.6V + 0.4V.
[0019]
On the other hand, as described above, the drain-source voltage VDS of M3 in the D section is required to be equal to or higher than the gate threshold voltage Vth, and the drain-source voltage VDS of M6 is also required to be higher than the gate threshold voltage Vth. The minimum power supply voltage VDD at which the D section operates is the sum of the Vth of M3, the voltage drop of SW2, and the Vth of M6. If the voltage drop of SW2 is 0.1V, VDD = 2 * Vth + SW2 voltage drop = 2 * 0.6V + 0.1V = 1.3V. As described above, when the 0.2V power supply voltage is increased for stable operation, the practical minimum power supply voltage VDD is 1.5V.
[0020]
In this way, by setting the gate input signal unit 5 and the output signal transmission unit 6 in parallel, the practical minimum power supply voltage can be reduced from the conventional 1.8V to 1.5V.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the principal part of the comparator according to the second embodiment of the present invention. 2 is a circuit in which a bias voltage VDC1 is applied to these gates using p-channel MOSFETs M15 and M17 instead of the switches SW1 and SW2 of the output signal transmission unit 6 of FIG. is there. VDC1 is sufficiently high so that the drain-source voltage VDS of M15 and M17 is 0.1 V or less. I10, I11, I12, I13, I14, I15, I16, I17, and I18 are bias currents and correspond to the bias currents in FIG.
[0021]
FIG. 3 is a DC characteristic diagram of the comparator of the present invention. This is a DC characteristic of the comparator when VDD1 = 2V and 1.5V and VINM = 1V. The comparator operates stably with either power supply voltage. Thus, by operating the switch in the non-saturation region instead of the MOSFET, the power supply voltage VDD1 of the comparator operating stably can be lowered by 0.3 V with respect to the conventional power supply voltage.
[0022]
【The invention's effect】
According to the present invention, the power supply voltage for operating the comparator can be lowered by paralleling the gate signal input unit and the output signal transmission unit constituting the input stage circuit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a main part circuit diagram of a comparator according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a main part circuit diagram of a comparator according to a second embodiment of the present invention. 4 is a circuit diagram of a conventional differential comparator. FIG. 5 is an output characteristic diagram of a MOSFET. FIG. 6 is a DC characteristic diagram of a conventional differential comparator.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Constant current circuit 2 Input stage circuit 3 Output stage circuit 4 Bias part 5 Gate input signal part 6 Output signal transmission part 7 Current source circuit 8 Output terminal M0, M1, M3, M7, M8 p channel MOSFET
M2, M4, M5, M6, M9, Man channel MOSFET
M15, M17 n-channel MOSFET
SW1, SW2 Switches I0, I1, 12, I3, I4 Bias currents I5, I6, 17, I8 Bias current VDD Power supply high potential side / Power supply voltage VDC1 Bias voltage GND Ground

Claims (2)

入力信号電圧と基準電圧の大きさを比較して、グランド電圧と電源電圧のいずれかを選択して出力する差動型のコンパレータにおいて、前記入力信号電圧と基準電圧を入力し、その大きさを比較して、出力段回路へ出力信号を出力する入力段回路が、電源の高電位側と低電位側の間に接続され、該入力段回路は、バイアス部と信号入力部の2段で構成され、該信号入力部は、2列のゲート信号入力部で構成され、該ゲート信号入力部には、出力信号伝達部が並列接続され、それぞれの前記ゲート信号入力部は、前記バイアス部を構成する2列の入力信号用バイアス部のそれぞれ個別に接続し、該入力信号用バイアス部と前記ゲート信号入力部は、一段で構成されるトランジスタを有し、前記出力信号伝達部は、スイッチと、該スイッチと直列接続する能動負荷とを有し、前記出力段回路は電流ミラー回路を構成する一対のトランジスタ並びに該一対のトランジスタにそれぞれ直列に接続された第1および第2の出力段回路入力トランジスタを備え、前記2列のゲート信号入力部に並列接続された出力信号伝達部からの信号が前記第1および第2の出力段回路入力トランジスタのゲートに接続されていることを特徴とするコンパレータ。In the differential comparator that compares the input signal voltage with the reference voltage and selects and outputs either the ground voltage or the power supply voltage, the input signal voltage and the reference voltage are input, and the magnitude is calculated. In comparison, an input stage circuit that outputs an output signal to the output stage circuit is connected between the high potential side and the low potential side of the power supply, and the input stage circuit is configured by two stages of a bias unit and a signal input unit The signal input unit includes two rows of gate signal input units, and the gate signal input unit includes an output signal transmission unit connected in parallel, and each of the gate signal input units configures the bias unit. Two input signal bias units connected to each other, the input signal bias unit and the gate signal input unit each include a single-stage transistor, and the output signal transmission unit includes a switch, In series with the switch Possess the active load to continue, the output stage circuit comprises a first and second output stage circuit input transistors connected respectively in series to the pair of transistors and said pair of transistors constituting a current mirror circuit, wherein A comparator characterized in that a signal from an output signal transmission unit connected in parallel to two rows of gate signal input units is connected to the gates of the first and second output stage circuit input transistors . 前記スイッチと前記能動負荷が、トランジスタで構成され、前記能動負荷を構成するトランジスタがそれぞれ前記第1および第2の出力段回路入力トランジスタと電流ミラー回路を構成することを特徴とする請求項1に記載のコンパレータ。It said active load and said switch, formed by transistors, claim 1, characterized in Rukoto transistors constituting the active load to configure each of the first and second output stage circuit input transistor and the current mirror circuit Comparator described in 1.
JP2000008963A 2000-01-18 2000-01-18 comparator Expired - Fee Related JP3752938B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000008963A JP3752938B2 (en) 2000-01-18 2000-01-18 comparator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000008963A JP3752938B2 (en) 2000-01-18 2000-01-18 comparator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001203564A JP2001203564A (en) 2001-07-27
JP3752938B2 true JP3752938B2 (en) 2006-03-08

Family

ID=18537168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000008963A Expired - Fee Related JP3752938B2 (en) 2000-01-18 2000-01-18 comparator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3752938B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3826279B2 (en) * 2002-02-20 2006-09-27 富士電機デバイステクノロジー株式会社 Comparator circuit

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0683039B2 (en) * 1987-11-25 1994-10-19 日本電気株式会社 comparator
JPH08293745A (en) * 1995-04-24 1996-11-05 Nec Corp Cmis differential amplifier circuit
JPH09321586A (en) * 1996-05-29 1997-12-12 Toshiba Microelectron Corp Level comparator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2001203564A (en) 2001-07-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101615049B (en) Reference buffer circuit
US7292083B1 (en) Comparator circuit with Schmitt trigger hysteresis character
US7391825B2 (en) Comparator circuit having reduced pulse width distortion
TWI381639B (en) Reference buffer circuit
US7304458B2 (en) Regulator circuit
JP4103468B2 (en) Differential circuit, amplifier circuit, and display device using the amplifier circuit
US7262662B2 (en) Operational amplifier
US7605656B2 (en) Operational amplifier with rail-to-rail common-mode input and output range
JP2008015925A (en) Reference voltage generation circuit
JP4777861B2 (en) Comparator circuit
US7683687B2 (en) Hysteresis characteristic input circuit including resistors capable of suppressing penetration current
CN101557164B (en) Low-voltage power-generating circuit and device thereof
US7808307B2 (en) Reference current circuit, reference voltage circuit, and startup circuit
JP2003347858A (en) Class ab buffer amplifier capable of controlling static current
WO2008144722A2 (en) Class ab output stage and method for providing wide supply voltage range
WO2006132315A1 (en) Buffer circuit
US7932712B2 (en) Current-mirror circuit
US7164309B1 (en) Voltage multiplier circuit including a control circuit providing dynamic output voltage control
JP2013192110A (en) Bias voltage generation circuit and differential circuit
JP3752938B2 (en) comparator
US20050134364A1 (en) Reference compensation circuit
JP3855810B2 (en) Differential amplifier circuit
US7233171B1 (en) Apparatus and method for transconductance stage with high current response to large signals
US7259632B1 (en) Method for cascoding amplifiers by modulating isolated power supply reference points
US7906954B2 (en) Bias circuit

Legal Events

Date Code Title Description
A625 Written request for application examination (by other person)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A625

Effective date: 20040115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20050921

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20050927

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20051021

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20051122

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20051205

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20081222

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20091222

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees