JP4982830B2 - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

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この発明は、半導体集積回路に関し、特に、消費電流を低減しつつ電源ノイズの影響を低減する電圧増幅機能を有する半導体集積回路に関する。   The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly to a semiconductor integrated circuit having a voltage amplification function that reduces the influence of power supply noise while reducing current consumption.

CMOS(相補金属−絶縁膜−半導体)プロセスのデジタル集積回路においては、アナログ回路をも集積するアナログ/デジタル混載集積回路が一般に用いられている。このアナログ回路およびデジタル回路間を接続するインターフェイス部として、アナログ/デジタルコンバータ(ADC)が用いられており、そのADCの重要性が増大している。   In a digital integrated circuit of CMOS (complementary metal-insulating film-semiconductor) process, an analog / digital mixed integrated circuit that also integrates an analog circuit is generally used. An analog / digital converter (ADC) is used as an interface unit for connecting the analog circuit and the digital circuit, and the importance of the ADC is increasing.

ADCには、逐次比較型、パイプライン型、フラッシュ型、ΔΣ型および二重積分型等さまざまな方式がある。しかしながら、いずれの方式であっても、電圧比較を行なうコンパレータが必要とされる。また、このような半導体集積回路においては、電池を電源として動作し、また安定動作のための発熱の低減などの要因から、コンパレータなどに低消費電流動作が求められる。   There are various ADCs such as successive approximation type, pipeline type, flash type, ΔΣ type and double integration type. However, in any system, a comparator that performs voltage comparison is required. Further, in such a semiconductor integrated circuit, a low current consumption operation is required for a comparator or the like due to factors such as operation using a battery as a power source and reduction of heat generation for stable operation.

また、このような半導体集積回路は、車載機器においても広く用いられており、この車載機器における動作環境には、大きな電源ノイズが存在する。したがって、このような車載機器においても正確に動作させるために、電源ノイズ耐性の大きなコンパレータ等の構成部品が、極めて重要となる。   Such semiconductor integrated circuits are also widely used in in-vehicle devices, and there is a large power supply noise in the operating environment of these in-vehicle devices. Therefore, components such as a comparator having a high resistance to power supply noise are extremely important in order to accurately operate such an in-vehicle device.

低消費電流動作を実現することを意図するコンパレータの一例が、特許文献(特開2001−94425号公報)に示されている。この特許文献1に示されるコンパレータは、入力信号と基準信号とを比較するチョッパ型コンパレータであり、以下の構成を備える。すなわち、特許文献1のコンパレータは、第1および第2の電源の間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)およびNチャネルMOSトランジスタで構成されるリニアアンプを備える。このリニアアンプのPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタのゲート(制御電極)に、それぞれ異なるゲートバイアス電圧を印加する。これらのリニアアンプのPおよびNチャネルMOSトランジスタのゲートと入力端子のとの間には、それぞれ第1および第2の容量素子が配置される。このトランジスタのゲートにバイアス電圧で印加した状態で、基準電圧を容量素子に印加し、容量素子を、この基準電圧よりプリチャージする。この後、ゲートバイアス電圧および基準電圧の供給を停止した後、入力信号を、これらの第1および第2の容量素子に伝達する。リニアアンプのPおよびNチャネルMOSトランジスタのゲート電位は、入力電圧と基準電圧の差に応じた電圧レベルとなり、この差電圧に応じてリニアアンプの出力電圧を生成する。   An example of a comparator intended to realize a low current consumption operation is disclosed in a patent document (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-94425). The comparator disclosed in Patent Document 1 is a chopper type comparator that compares an input signal and a reference signal, and has the following configuration. That is, the comparator of Patent Document 1 includes a linear amplifier configured by a P-channel MOS transistor (insulated gate field effect transistor) and an N-channel MOS transistor connected in series between first and second power supplies. Different gate bias voltages are applied to the gates (control electrodes) of the P-channel MOS transistor and the N-channel MOS transistor of this linear amplifier. First and second capacitive elements are arranged between the gates and the input terminals of the P and N channel MOS transistors of these linear amplifiers, respectively. In a state where a bias voltage is applied to the gate of the transistor, a reference voltage is applied to the capacitor element, and the capacitor element is precharged from the reference voltage. Thereafter, after the supply of the gate bias voltage and the reference voltage is stopped, the input signal is transmitted to the first and second capacitive elements. The gate potentials of the P and N channel MOS transistors of the linear amplifier are at a voltage level corresponding to the difference between the input voltage and the reference voltage, and an output voltage of the linear amplifier is generated according to the difference voltage.

この特許文献1においては、リニアアンプのトランジスタのゲート電位をそれぞれ異なるバイアス電圧により設定し、第1および第2の容量素子のプリチャージ時のリニアアンプのPおよびNチャネルMOSトランジスタを流れる貫通電流量を低減して消費電流の低減を図る。また、その増幅動作時においては、入力信号と基準電圧の差分に応じて出力信号を生成しており、この1段のチョッパ型コンパレータの出力電圧振幅が小さくなる。この特許文献1においては、この出力電圧振幅の小さいことを補償するため、このチョッパ型コンパレータの出力電圧を容量結合によりさらに増幅する第2のチョッパ型コンパレータを設ける構成を示している。この第2のチョッパ型コンパレータは、プリチャージ時、その入出力が短絡され、増幅動作時、入力段の容量素子を介して第1段のチョッパ型コンパレータの出力電圧を受けて増幅する。   In this Patent Document 1, the gate potential of the linear amplifier transistor is set by different bias voltages, and the amount of through current flowing through the P and N channel MOS transistors of the linear amplifier when the first and second capacitive elements are precharged. To reduce current consumption. Further, during the amplification operation, an output signal is generated according to the difference between the input signal and the reference voltage, and the output voltage amplitude of the one-stage chopper type comparator becomes small. This Patent Document 1 shows a configuration in which a second chopper type comparator for amplifying the output voltage of the chopper type comparator by capacitive coupling is provided to compensate for the small output voltage amplitude. The second chopper type comparator is short-circuited at the input and output during precharging, and amplifies by receiving the output voltage of the first chopper type comparator via the capacitive element at the input stage during amplification operation.

また、低消費電流動作を実現することを図る別の構成のコンパレータが、特許文献2(特開平10−107600号公報)に示されている。この特許文献2に示されるコンパレータは、差動入力電圧と差動入力基準電圧とを受け、これらの入力電圧の電圧レベルを比較照合する全差動チョッパ型比較手段と、全差動チョッパ型比較手段から出力される差動出力を容量結合を介して受ける全差動型増幅手段とを備える。このコンパレータは、リセット動作期間および比較動作期間を有しており、全差動型増幅手段は、比較動作期間においてオフセット補償された出力ラッチ手段として動作し、差動デジタル電圧を生成して出力する。   Further, another configuration of a comparator for realizing low current consumption operation is disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-107600). The comparator disclosed in Patent Document 2 receives a differential input voltage and a differential input reference voltage, and compares and compares the voltage levels of these input voltages with a fully differential chopper type comparison means and a fully differential chopper type comparison. And a fully differential amplification means for receiving the differential output from the means via capacitive coupling. The comparator has a reset operation period and a comparison operation period, and the fully differential amplification unit operates as an output latch unit that is offset-compensated in the comparison operation period, and generates and outputs a differential digital voltage. .

特許文献2は、全差動チョッパ型比較器の正相入力端子および逆相入力端子をそれぞれ正相出力端子および逆相出力端子に接続することにより、このコンパレータ回路の素子数を低減するとともに、比較動作期間において全差動型増幅手段における貫通電流量を抑制して、このコンパレータ回路全体の消費電力を低減することを図っている。   Patent Document 2 reduces the number of elements of the comparator circuit by connecting the positive phase input terminal and the negative phase input terminal of the fully differential chopper type comparator to the positive phase output terminal and the negative phase output terminal, respectively. The amount of through current in the fully differential amplification means is suppressed during the comparison operation period to reduce the power consumption of the entire comparator circuit.

特開2001−94425号公報JP 2001-94425 A 特開平10−107600号公報JP-A-10-107600

上述の特許文献1に示されるコンパレータの構成においては、入力信号および基準電圧が、それぞれ容量素子を介して出力段のリニアアンプのMOSトランジスタのゲートに伝達される。この容量結合により、差分信号を生成している。しかしながら、相補的に動作するトランジスタで構成する差動段で、入力信号と基準電圧を受ける構成と異なっており、基準電圧および入力信号伝搬経路における寄生容量などの影響により、高精度で入力信号と基準電圧とを比較することができなくなるという問題が生じる。また、増幅動作中においては、リニアアンプのMOSトランジスタのゲートに、入力信号と基準電圧の差分信号が与えられており、これがMOSトランジスタとともに導通し、ハイ側電源ノードからロー側電源ノードに貫通電流が流れ、消費電流が増大するという問題が生じる。   In the configuration of the comparator disclosed in Patent Document 1 described above, an input signal and a reference voltage are each transmitted to the gate of the MOS transistor of the linear amplifier in the output stage via a capacitive element. A differential signal is generated by this capacitive coupling. However, it is different from the configuration that receives the input signal and the reference voltage in the differential stage composed of the transistors that operate in a complementary manner, and the input signal is detected with high accuracy due to the influence of the parasitic capacitance in the reference voltage and the input signal propagation path. There arises a problem that the reference voltage cannot be compared. Further, during the amplification operation, the differential signal between the input signal and the reference voltage is given to the gate of the MOS transistor of the linear amplifier, which is conducted together with the MOS transistor, and the through current flows from the high-side power supply node to the low-side power supply node. Flows and current consumption increases.

また、このリニアアンプのトランジスタには、同じ入力電圧と基準電圧の差分信号が与えられており、単相(シングルエント)の信号でリニアアンプが駆動されるのと等価であり、この増幅動作期間中に、ハイ側電源ノードおよびロー側電源ノードに電源ノイズが発生した場合、この電源ノイズを相殺することができず、出力電圧に電源ノイズの影響が現れるという問題が生じる。   In addition, the difference signal between the same input voltage and reference voltage is given to the transistor of this linear amplifier, which is equivalent to driving the linear amplifier with a single-phase (single ent) signal. When power supply noise occurs in the high-side power supply node and the low-side power supply node, this power supply noise cannot be canceled out, and there is a problem that the influence of the power supply noise appears on the output voltage.

また、特許文献2に示される構成においては、入力部の全差動チョッパ型比較手段においては、差動入力電圧および差動入力基準電圧が与えられており、入力部が差動構成となっている。したがって、この差動対により、電源ノイズの影響を低減することは可能である。しかしながら、増幅時には、ハイ側電源およびロー側電源間の電圧を用いて増幅するため、この電源ノイズの影響の度合いは、差動対のトランジスタの電源ノイズの除去能力に依存する。しかしながら、実際に、MOSトランジスタにおいては製造ばらつきが存在し、差動トランジスタにおいてオフセット電圧が存在し、差動対に対し、高い電源ノイズ除去能力を期待するのは困難であり、確実に、電源ノイズを除去することはできないという問題が生じる。   Further, in the configuration shown in Patent Document 2, the differential input voltage and the differential input reference voltage are given to the fully differential chopper type comparison means of the input unit, and the input unit has a differential configuration. Yes. Therefore, this differential pair can reduce the influence of power supply noise. However, since amplification is performed using the voltage between the high-side power supply and the low-side power supply, the degree of influence of the power supply noise depends on the power supply noise removal capability of the differential pair of transistors. However, there are actually manufacturing variations in MOS transistors, offset voltages in differential transistors, and it is difficult to expect high power supply noise removal capability for differential pairs. The problem arises that it cannot be removed.

また、この特許文献2に示される構成においては、出力段の全差動型増幅手段においては、差動段において常時電流が供給され、また全差動チョッパ型比較手段の出力が、ダイオード接続されるトランジスタのゲートへ与えられており、この経路においても常時電流が流れ、定量的に電流が消費され、消費電流を低減するのは困難であるという問題が生じる。   In the configuration shown in Patent Document 2, in the fully differential type amplifying means of the output stage, current is always supplied in the differential stage, and the output of the fully differential chopper type comparing means is diode-connected. The current always flows in this path, and the current is consumed quantitatively, and it is difficult to reduce the current consumption.

それゆえ、この発明の目的は、電源ノイズ耐性に優れた低消費電流で増幅動作を行なう半導体集積回路を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that performs an amplifying operation with a low current consumption and excellent power source noise resistance.

この発明に係る半導体集積回路は、第1および第2の入力電圧を受け、差動的に増幅して出力する増幅回路を少なくとも1段備える。この増幅回路は、第1および第2の入力電圧をそれぞれの制御電極に受ける1対の差動トランジスタと、この1対の差動トランジスタと第1の電源との間に結合される定電流段とを含む。この定電流段は、第1の制御信号に応答して導通して1対の差動トランジスタと第1の電源との間に一定の電流を流す。   The semiconductor integrated circuit according to the present invention includes at least one amplifier circuit that receives the first and second input voltages, and differentially amplifies and outputs them. The amplifier circuit includes a pair of differential transistors that receive first and second input voltages at their respective control electrodes, and a constant current stage coupled between the pair of differential transistors and a first power supply. Including. The constant current stage is turned on in response to the first control signal and allows a constant current to flow between the pair of differential transistors and the first power supply.

この増幅回路は、さらに、1対の差動トランジスタそれぞれに電気的に接続される1対の容量素子と、この1対の容量素子と第2の電源との間に結合される1対のプリチャージトランジスタとを備える。1対の容量素子は、それぞれが、1対の差動トランジスタの対応トランジスタを流れる電流量に応じて充電または放電される。また、1対のプリチャージトランジスタは、第2の制御信号に応答して1対の容量素子の差動トランジスタに電気的に結合される電極を第2の電源に電気的に結合する。
1つの発明の観点において、定電流段は、1対の差動トランジスタと第1の電源との間に直列に接続される第1および第2のトランジスタを備える。第1のトランジスタは、1対の差動トランジスタに結合されるとともに第1の制御信号に応答して選択的に導通し、第2のトランジスタは前記第1の電源に結合されて一定の電流を流す。
別の発明の観点において、定電流段は、第1の電源と前記1対の差動トランジスタとの間に結合され、自身の制御電極の電圧レベルが第1の電源の電圧レベルのとき非導通状態となる第1のトランジスタと、第1の制御信号に従って第1のトランジスタの制御電極を第1の電源の電圧レベルおよび定電流バイアス電圧レベルのいずれかに設定する第1の制御トランジスタと、第1の制御信号に従って第1のトランジスタの制御電極とリファレンス電流源とを選択的に結合するとともに、自身の制御電極の電圧レベルが第1の電源の電圧レベルのときに導通状態となる、第1の制御トランジスタと逆極性の第2の制御トランジスタと、自身の制御電極が第1のトランジスタの制御電極に結合され、第2の制御トランジスタの導通時リファレンス電流源に結合されて第1のトランジスタの制御電極の電圧を定電流バイアス電圧レベルに設定する、第1の制御トランジスタと同極性の第3の制御トランジスタを備える。
The amplifier circuit further includes a pair of capacitive elements electrically connected to each of the pair of differential transistors, and a pair of pre-couples coupled between the pair of capacitive elements and the second power source. And a charge transistor. Each of the pair of capacitive elements is charged or discharged according to the amount of current flowing through the corresponding transistor of the pair of differential transistors. The pair of precharge transistors electrically couples an electrode electrically coupled to the differential transistor of the pair of capacitive elements to the second power supply in response to the second control signal.
In one aspect of the invention, the constant current stage includes first and second transistors connected in series between a pair of differential transistors and a first power supply. The first transistor is coupled to a pair of differential transistors and selectively conducts in response to a first control signal, and the second transistor is coupled to the first power source to provide a constant current. Shed.
In another aspect of the invention, the constant current stage is coupled between a first power supply and the pair of differential transistors and is non-conductive when the voltage level of its control electrode is the voltage level of the first power supply. A first transistor that enters a state; a first control transistor that sets a control electrode of the first transistor to one of a voltage level of the first power supply and a constant current bias voltage level according to a first control signal; The first transistor control electrode and the reference current source are selectively coupled according to the control signal 1, and the first transistor is turned on when the voltage level of the control electrode is the voltage level of the first power supply. A second control transistor having a polarity opposite to that of the first control transistor and a control electrode of the second control transistor coupled to the control electrode of the first transistor. The voltage of the control electrode of the first transistor is coupled to set the constant current bias voltage level to the current sources, and a third control transistor of the same polarity as the first control transistor.

増幅動作は、定電流段が結合される第1の電源の電圧を用いて行なわれ、第2の電源の電圧は利用されない。したがって、第1および第2の電源の電圧の一方の電圧を用いているだけであり、第1および第2の電源間にノイズが生じても、そのノイズの影響を抑制することができ、電源ノイズ耐性を高くすることができる。   The amplification operation is performed using the voltage of the first power source to which the constant current stage is coupled, and the voltage of the second power source is not used. Therefore, only one of the voltages of the first and second power supplies is used, and even if noise occurs between the first and second power supplies, the influence of the noise can be suppressed. Noise resistance can be increased.

また、第1および第2の容量素子のプリチャージ電圧を第1および第2の電源電圧を利用して定電流段により放電しているだけであり、消費電流は十分に抑制される。   Further, the precharge voltage of the first and second capacitive elements is merely discharged by the constant current stage using the first and second power supply voltages, and the current consumption is sufficiently suppressed.

この発明の実施の形態1に従う電荷放電型増幅器の構成を示す図である。1 is a diagram showing a configuration of a charge discharge amplifier according to a first embodiment of the present invention. 図1に示す増幅器の動作を示すタイミング図である。FIG. 2 is a timing diagram illustrating an operation of the amplifier illustrated in FIG. 1. この発明の実施の形態2に従う電荷放電型増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the charge discharge type amplifier according to Embodiment 2 of this invention. 図3に示す増幅器の動作を示すタイミング図である。FIG. 4 is a timing diagram illustrating an operation of the amplifier illustrated in FIG. 3. この発明の実施の形態3に従う増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the amplifier according to Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態3の変更例の増幅器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the amplifier of the example of a change of Embodiment 3 of this invention. この発明の実施の形態4に従う半導体集積回路の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the semiconductor integrated circuit according to Embodiment 4 of this invention. 図7に示す半導体集積回路(コンパレータ)の動作を示すタイミング図である。FIG. 8 is a timing chart showing an operation of the semiconductor integrated circuit (comparator) shown in FIG. 7. 図7に示すラッチの構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the latch shown in FIG. この発明の実施の形態5に従う半導体集積回路(コンパレータ)の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the semiconductor integrated circuit (comparator) according to Embodiment 5 of this invention. 図10に示すコンパレータの動作を示すタイミング図である。FIG. 11 is a timing diagram illustrating an operation of the comparator illustrated in FIG. 10. この発明の実施の形態6に従う半導体集積回路(逐次比較ADC)の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the semiconductor integrated circuit (successive approximation ADC) according to Embodiment 6 of this invention. 図12に示すADCの変換動作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the conversion operation | movement of ADC shown in FIG. 図12に示すADCの変換動作を示すタイミング図である。FIG. 13 is a timing chart showing a conversion operation of the ADC shown in FIG. 12. この発明の実施の形態6の変更例のADCの容量アレイの容量素子の接続態様を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the connection aspect of the capacitive element of the capacity | capacitance array of ADC of the modification of Embodiment 6 of this invention.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1に従う半導体集積回路に含まれる増幅器の構成を示す図である。この図1に示す増幅器は、電荷放電型増幅器の構成を有し、容量素子の充放電により、差動入力信号の増幅結果を生成する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a configuration of an amplifier included in the semiconductor integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. The amplifier shown in FIG. 1 has a configuration of a charge discharge amplifier, and generates an amplification result of a differential input signal by charging and discharging a capacitive element.

図1において、増幅器は、入力信号VIPおよびVINをそれぞれのゲート(制御電極)に受けるPチャネルMOSトランジスタ(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)MP1およびMP2と、制御信号(第1の制御信号)ZVP0に従って、これらのMOSトランジスタMP1およびMP2の共通ソースノード2に一定の電流Ibを供給する定電流段4と、各々の第1電極がハイ側電源ノード(VDD)に結合される電流/電圧変換用容量素子CL1およびCL2と、プリチャージ制御信号(第2の制御信号)VP1に従って容量素子CL1およびCL2を充電するNチャネルMOSトランジスタMN1およびMN2を含む。   In FIG. 1, the amplifier is in accordance with P-channel MOS transistors (insulated gate field effect transistors) MP1 and MP2 receiving input signals VIP and VIN at their gates (control electrodes), and a control signal (first control signal) ZVP0. A constant current stage 4 for supplying a constant current Ib to the common source node 2 of these MOS transistors MP1 and MP2, and a current / voltage conversion capacitor in which each first electrode is coupled to the high-side power supply node (VDD). Elements CL1 and CL2 and N channel MOS transistors MN1 and MN2 for charging capacitive elements CL1 and CL2 according to a precharge control signal (second control signal) VP1 are included.

定電流段4は、ハイ側電源ノード(以下、単に電源ノードと称す)VDDと共通ソースノード2の間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタMPC1およびMPC2と、MOSトランジスタMPC1とカレントミラー段を構成するPチャネルMOSトランジスタMPC3を含む。MOSトランジスタMPC2のゲートに、比較制御信号ZVP0が与えられる。MOSトランジスタMPC3は、ゲートおよびドレインが相互接続され、カレントミラー段のマスタとして動作し、動作時、MOSトランジスタMPC1には、MOSトランジスタMPC3を流れる電流Ibのミラー電流Ib1が流れる。MOSトランジスタMPC1およびMPC3のサイズ(チャネル幅Wとチャネル長Lの比、W/L)が等しい場合には、MOSトランジスタMPC1およびMPC3には、同じ大きさの電流Ibが流れる。MOSトランジスタMPC3のドレインノードは、図示しない定電流駆動部に結合される。この定電流駆動部の構成は、定電流Ibを吸収する回路であれば任意である。消費電流低減化のためには、この定電流駆動部が、比較動作時においてのみ定電流Ibを供給する構成が用いられればよい。   The constant current stage 4 includes P-channel MOS transistors MPC1 and MPC2 connected in series between a high-side power supply node (hereinafter simply referred to as a power supply node) VDD and a common source node 2, and a MOS transistor MPC1 and a current mirror stage. A P-channel MOS transistor MPC3 is included. Comparison control signal ZVP0 is applied to the gate of MOS transistor MPC2. MOS transistor MPC3 has its gate and drain interconnected and operates as a master of the current mirror stage. During operation, mirror current Ib1 of current Ib flowing through MOS transistor MPC3 flows through MOS transistor MPC1. When MOS transistors MPC1 and MPC3 have the same size (ratio of channel width W to channel length L, W / L), currents Ib having the same magnitude flow through MOS transistors MPC1 and MPC3. The drain node of MOS transistor MPC3 is coupled to a constant current drive unit (not shown). The configuration of the constant current driving unit is arbitrary as long as it is a circuit that absorbs the constant current Ib. In order to reduce current consumption, a configuration in which the constant current driving unit supplies the constant current Ib only during the comparison operation may be used.

容量素子CL1およびCL2は、それぞれの第1電極が電源ノードVDDに結合され、各々の第2電極が、それぞれ、出力ノード1aおよび1bに結合される。MOSトランジスタMP1およびMP2のドレインノードは、それぞれ、出力ノード1aおよび1bに電気的に接続され、入力信号VIPおよびVINに応じて電流を供給する。   Capacitance elements CL1 and CL2 have respective first electrodes coupled to power supply node VDD, and respective second electrodes coupled to output nodes 1a and 1b, respectively. The drain nodes of MOS transistors MP1 and MP2 are electrically connected to output nodes 1a and 1b, respectively, and supply current in accordance with input signals VIP and VIN.

MOSトランジスタMN1およびMN2は、出力ノード1aおよび1bとロー側電源ノード(以下、接地ノードと称す)VSSの間にそれぞれ接続され、プリチャージ制御信号VP1に従って出力ノード1aおよび1bを接地ノードへ電気的に結合し、出力ノード1aおよび1bをロー側電源電圧(以下、接地電圧と称す)VSSにプリチャージする。   MOS transistors MN1 and MN2 are respectively connected between output nodes 1a and 1b and a low-side power supply node (hereinafter referred to as a ground node) VSS, and electrically connect output nodes 1a and 1b to the ground node according to precharge control signal VP1. And precharges the output nodes 1a and 1b to the low-side power supply voltage (hereinafter referred to as the ground voltage) VSS.

これらの出力ノード1aおよび1bに、出力電圧VOPおよびVONがそれぞれ生成される。   Output voltages VOP and VON are generated at output nodes 1a and 1b, respectively.

図2は、図1に示す増幅器の動作を示すタイミング図である。以下、図2を参照して、図1に示す増幅器の動作について説明する。   FIG. 2 is a timing chart showing the operation of the amplifier shown in FIG. The operation of the amplifier shown in FIG. 1 will be described below with reference to FIG.

時刻t0においてプリチャージ制御信号VP1がHレベルになると、MOSトランジスタMN1およびMN2が導通状態となる。このとき、比較増幅制御信号ZVP0がHレベルであり、MOSトランジスタMPC2が非導通状態であり、定電流段4は、出力ハイインピーダンス状態にある。   When precharge control signal VP1 becomes H level at time t0, MOS transistors MN1 and MN2 are turned on. At this time, the comparison amplification control signal ZVP0 is at the H level, the MOS transistor MPC2 is non-conductive, and the constant current stage 4 is in the output high impedance state.

したがって、出力ノード1aおよび1bが、接地電圧VSSレベルに駆動され、容量素子CL1およびCL2の第1電極および第2電極(対向電極)がそれぞれ電源電圧VDDおよび接地電圧VSSに設定される。   Therefore, output nodes 1a and 1b are driven to the level of ground voltage VSS, and the first electrode and the second electrode (counter electrode) of capacitive elements CL1 and CL2 are set to power supply voltage VDD and ground voltage VSS, respectively.

時刻t0から時刻t1の間の期間PR1において、プリチャージ制御信号VP1がHレベルであり、電源ノードVDD(電源ノードとその電圧を同一符号で示す)から容量素子CL1およびCL2に電流が供給され、電流が消費される。このプリチャージ期間PR1において、先の増幅サイクルにおける出力ノード1aおよび1bの電圧VOPおよびVONが、それぞれ接地電圧VSSレベルにプリチャージされる。   In a period PR1 between time t0 and time t1, the precharge control signal VP1 is at the H level, and current is supplied from the power supply node VDD (the power supply node and its voltage are indicated by the same symbol) to the capacitive elements CL1 and CL2. Current is consumed. In precharge period PR1, voltages VOP and VON of output nodes 1a and 1b in the previous amplification cycle are precharged to the level of ground voltage VSS, respectively.

プリチャージ制御信号VP1がLレベルとなり、MOSトランジスタMN1およびMN2がともに非導通状態となると、時刻t1において、比較増幅制御信号ZVP0がLレベルに立下がる。応じて、定電流段4のMOSトランジスタMPC2が導通し、定電流Ibのミラー電流Ib1がMOSトランジスタMP1およびMP2の共通ソースノード2へ与えられる。   When precharge control signal VP1 attains L level and MOS transistors MN1 and MN2 are both rendered non-conductive, comparison amplification control signal ZVP0 falls to L level at time t1. Accordingly, MOS transistor MPC2 in constant current stage 4 is turned on, and mirror current Ib1 of constant current Ib is applied to common source node 2 of MOS transistors MP1 and MP2.

これらのMOSトランジスタMP1およびMP2は、それぞれゲートに入力信号VIPおよびVINを受けており、定電流段4から供給される電流Ib1が、MOSトランジスタMP1およびMP2に振り分けられた後、出力ノード1aおよび1bに供給され、この出力ノード1aおよび1bの出力電圧VOPおよびVONの電圧レベルが上昇する。   These MOS transistors MP1 and MP2 receive input signals VIP and VIN at their gates, respectively, and after current Ib1 supplied from constant current stage 4 is distributed to MOS transistors MP1 and MP2, output nodes 1a and 1b And the voltage levels of output voltages VOP and VON at output nodes 1a and 1b rise.

MOSトランジスタMP1およびMP2それぞれから供給される電流量は、入力信号VIPおよびVINの電圧レベルに応じて異なる。入力信号VIPが入力信号VINよりも低いときには、MOSトランジスタMP1を介して流れる電流量が、MOSトランジスタMP2を介して流れる電流量よりも多くなり、出力電圧VOPの電圧レベルは、出力電圧VONの電圧レベルよりも高くなる。逆に、入力信号VIPが入力信号VINよりも高い場合には、MOSトランジスタMP2を介して流れる電流がMOSトランジスタMP1を介して流れる電流量よりも多くなり、出力電圧VONの電圧レベルが出力電圧VOPよりも高くなる。このMOSトランジスタMP1およびMP2により、入力信号VIPおよびVINの電圧レベルの差に応じて、電流が出力ノード1aおよび1bに流れ、容量素子CL1およびCL2の蓄積電荷により電圧信号に変換される。この場合、出力ノード1aおよび1bに正電荷が充電される(負電荷が放電される)。   The amount of current supplied from each of MOS transistors MP1 and MP2 varies depending on the voltage levels of input signals VIP and VIN. When the input signal VIP is lower than the input signal VIN, the amount of current flowing through the MOS transistor MP1 is larger than the amount of current flowing through the MOS transistor MP2, and the voltage level of the output voltage VOP is the voltage of the output voltage VON. Be higher than level. On the contrary, when the input signal VIP is higher than the input signal VIN, the current flowing through the MOS transistor MP2 becomes larger than the current flowing through the MOS transistor MP1, and the voltage level of the output voltage VON becomes the output voltage VOP. Higher than. By MOS transistors MP1 and MP2, a current flows through output nodes 1a and 1b in accordance with the difference in voltage level between input signals VIP and VIN, and is converted into a voltage signal by the accumulated charges of capacitive elements CL1 and CL2. In this case, output nodes 1a and 1b are charged with positive charges (negative charges are discharged).

出力電圧VOPおよびVONの電圧差が十分に拡大されると、時刻t2において比較増幅制御信号ZVP0がHレベルとなり、定電流段4においてMOSトランジスタMPC2が非導通状態となり、定電流Ib1の供給が停止される。この出力電圧VOPおよびVONの差動出力電圧信号に対して、図示しない次段回路において必要な処理が行なわれ、入力信号VIPおよびVINに応じた最終出力電圧が生成される。   When the voltage difference between output voltages VOP and VON is sufficiently increased, comparison amplification control signal ZVP0 attains H level at time t2, MOS transistor MPC2 is turned off in constant current stage 4, and supply of constant current Ib1 is stopped. Is done. Necessary processing is performed on the differential output voltage signals of the output voltages VOP and VON in a next stage circuit (not shown), and final output voltages corresponding to the input signals VIP and VIN are generated.

時刻t0から時刻t3の間のプリチャージ、比較(充電)期間PR1およびPR2およびその後の保持期間が1つの増幅動作の周期となる。   The precharge, comparison (charging) periods PR1 and PR2 and the subsequent holding period from time t0 to time t3 are one amplification operation cycle.

容量Cと蓄積電荷Qの関係、Q=C・Vから、出力電圧VOPおよびVONは、次式で表わされる:
VOP=(CL1に充電された正電荷量)/C1、
VON=(CL2に充電された正電荷量)/C2
ここで、C1およびC2は容量素子CL1およびCL2の容量値を示し、充電電荷は、正電荷であり、出力ノード1aおよび1bに供給される電流量が多ければ、この正電荷の充電量が大きくなり、その電圧レベルが高くなる。
From the relationship between the capacitance C and the stored charge Q, Q = C · V, the output voltages VOP and VON are expressed by the following equations:
VOP = (amount of positive charge charged in CL1) / C1,
VON = (positive charge amount charged to CL2) / C2
Here, C1 and C2 indicate capacitance values of the capacitive elements CL1 and CL2, and the charge charge is a positive charge. If the amount of current supplied to the output nodes 1a and 1b is large, the charge amount of the positive charge is large. And the voltage level becomes higher.

この図1に示す増幅器の構成において、期間PR2においては、定電流段4を介して電流Ib1が出力ノード1aおよび1bに分散して供給され、この間、接地電圧VSSは何ら使用されない(MOSトランジスタMN1およびMN2が非導通状態のため)。したがって、電源VDDおよびVSS間にノイズが発生しても、片側の電源電圧VDDのみが利用されるため、この電源ノイズの影響は出力ノード1aおよび1bの電圧VOPおよびVONの増幅動作には影響を及ぼさず、電源ノイズ耐性を高くすることができる。   In the configuration of the amplifier shown in FIG. 1, in the period PR2, the current Ib1 is distributed and supplied to the output nodes 1a and 1b via the constant current stage 4, and the ground voltage VSS is not used during this period (MOS transistor MN1). And MN2 are non-conductive). Therefore, even if noise occurs between the power supplies VDD and VSS, only the power supply voltage VDD on one side is used. Therefore, the influence of the power supply noise affects the amplification operation of the voltages VOP and VON of the output nodes 1a and 1b. The power supply noise resistance can be increased.

また、プリチャージ期間PR1においては、容量素子CL1およびCL2各々の対向電極(第1および第2電極)は、それぞれ電源電圧VDDおよび接地電圧VSSレベルまで充放電されるだけであり、プリチャージ期間中の電源ノイズが発生しても、出力ノード1aおよび1bの電圧VOPおよびVONに同じ電源ノイズの影響が現れ、増幅動作期間PR2においては、そのノイズの影響は相殺されるため、増幅結果に対して、この電源ノイズは何ら影響を及ぼさない。   In the precharge period PR1, the counter electrodes (first and second electrodes) of the capacitive elements CL1 and CL2 are only charged and discharged to the power supply voltage VDD level and the ground voltage VSS level, respectively. Even if the power supply noise is generated, the influence of the same power supply noise appears on the voltages VOP and VON of the output nodes 1a and 1b, and the influence of the noise is canceled in the amplification operation period PR2. This power supply noise has no effect.

なお、プリチャージ期間PR1において、出力ノード1aおよび1bから放電される正電荷量については、比較増幅期間PR2において定電流段4から供給される電流Ib1により供給される電荷量とほぼ同じである。この比較増幅期間PR2においては、定電流段4の電源ノードVDDから定電流Ibのミラー電流Ib1(=Ib)が、出力ノード1aおよび1bに入力信号VIPおよびVINに応じて分離して供給される。したがって、この比較増幅期間PR2においては、電流Ib1は、図2に示すように、ほぼ一定の値に維持される。ここで、出力ノード1aおよび1bの電圧VOPおよびVONのレベルの上昇に応じて、容量素子CL1およびCL2の第1電極から電源ノードVDDに正電荷が放電され、この第1電極の電圧は、電源電圧VDDに維持される。   In the precharge period PR1, the positive charge amount discharged from the output nodes 1a and 1b is substantially the same as the charge amount supplied by the current Ib1 supplied from the constant current stage 4 in the comparison amplification period PR2. In this comparative amplification period PR2, mirror current Ib1 (= Ib) of constant current Ib is supplied to output nodes 1a and 1b separately from power supply node VDD of constant current stage 4 according to input signals VIP and VIN. . Therefore, in the comparative amplification period PR2, the current Ib1 is maintained at a substantially constant value as shown in FIG. Here, positive charges are discharged from the first electrodes of the capacitive elements CL1 and CL2 to the power supply node VDD in accordance with the increase in the levels of the voltages VOP and VON of the output nodes 1a and 1b. The voltage VDD is maintained.

入力電圧VIPおよびVINの範囲は、0V(ボルト)から(VDD−Odv+Vthp)Vである。ここで、Odvは、オーバードライブ電圧であり、MOSトランジスタMP1およびMP2を正常に動作させるために必要とされるドレイン−ソース電圧の最小値である。また、Vthpは、MOSトランジスタMP1およびMP2のしきい値電圧を示し、負の値である。   The range of the input voltages VIP and VIN is 0V (volt) to (VDD−Odv + Vthp) V. Here, Odv is an overdrive voltage, which is the minimum value of the drain-source voltage required for normal operation of the MOS transistors MP1 and MP2. Vthp indicates the threshold voltage of the MOS transistors MP1 and MP2, and is a negative value.

なお、定電流段4においては、MOSトランジスタMPC1−MPC3が用いられている。しかしながら、この定電流段4は、カレントミラー段の構成ではなく、単に、所定のタイミングで、定電流Ib1を、MOSトランジスタMP1およびMP2へ供給する構成であれば任意の構成を利用することができる。また、電流を制御するMOSトランジスタMPC2としては、相補スイッチなどの他の素子を用いてもよい。また、MOSトランジスタMN1およびMN2に対しても、相補スイッチ(CMOSトランスミッションゲート)などの素子が用いられてもよい。   In the constant current stage 4, MOS transistors MPC1-MPC3 are used. However, the constant current stage 4 is not a current mirror stage configuration, and any configuration can be used as long as the constant current Ib1 is supplied to the MOS transistors MP1 and MP2 at a predetermined timing. . Further, as the MOS transistor MPC2 for controlling the current, other elements such as a complementary switch may be used. An element such as a complementary switch (CMOS transmission gate) may be used for MOS transistors MN1 and MN2.

以上のように、この発明の実施の形態1に従えば、第1および第2の入力信号を差動トランジスタで受け、容量素子のプリチャージノードへ、この差動入力信号の電圧差に応じた電流を第1電源から供給し、容量素子を用いて電流/電圧変換を行なって出力電圧を生成している。したがって、増幅動作時においては、一方の電源(ハイ側電源電圧)のみが使用されており、電源ノイズ耐性を改善することができる。また、プリチャージ動作時には、ロー側電源ノードへ正電荷が放電されるだけであり、その放電電荷量は、比較増幅動作時の供給電流量と同じであり、消費電流は十分に抑制することができる。また、比較増幅動作時において、出力電圧VOPおよびVONの電圧レベルの上昇に応じて、正電荷が電源ノードに放電され、容量素子CL1およびCL2の電源ノードに接続される電極(第1電極)の電圧レベルは電源電圧VDDに維持される。この容量素子CL1およびCL2を介して電源ノードVDDに放電される正電荷量により、定電流段4から電源ノードから供給される正電荷量が補償され、消費電流を低減することができる。   As described above, according to the first embodiment of the present invention, the first and second input signals are received by the differential transistor, and the precharge node of the capacitive element is set according to the voltage difference of the differential input signal. Current is supplied from the first power supply, and current / voltage conversion is performed using a capacitive element to generate an output voltage. Therefore, only one power supply (high-side power supply voltage) is used during the amplification operation, and the power supply noise resistance can be improved. In addition, during the precharge operation, only positive charges are discharged to the low-side power supply node, and the discharge charge amount is the same as the supply current amount during the comparison amplification operation, and the consumption current can be sufficiently suppressed. it can. Further, during the comparison amplification operation, positive charges are discharged to the power supply node in accordance with the increase in the voltage levels of the output voltages VOP and VON, and the electrodes (first electrodes) connected to the power supply nodes of the capacitive elements CL1 and CL2 The voltage level is maintained at the power supply voltage VDD. The amount of positive charge supplied from the constant current stage 4 from the power supply node is compensated by the amount of positive charge discharged to the power supply node VDD via the capacitive elements CL1 and CL2, and current consumption can be reduced.

[実施の形態2]
図3は、この発明の実施の形態2に従う電荷放電型増幅器の構成を示す図である。この図3に示す増幅器は、図1に示す実施の形態1に従う電荷放電型増幅器のPチャネルMOSトランジスタおよびNチャネルMOSトランジスタを、それぞれNチャネルMOSトランジスタおよびPチャネルMOSトランジスタで置換えた構成と等価である。
[Embodiment 2]
FIG. 3 shows a structure of the charge discharge amplifier according to the second embodiment of the present invention. The amplifier shown in FIG. 3 is equivalent to a configuration in which the P channel MOS transistor and the N channel MOS transistor of the charge discharge amplifier according to the first embodiment shown in FIG. 1 are replaced with an N channel MOS transistor and a P channel MOS transistor, respectively. is there.

図3において、増幅器は、入力信号VIPおよびVINをそれぞれのゲートに受けるNチャネルMOSトランジスタMN3およびMN4と、MOSトランジスタMN3およびMN4の共通ソースノード14と接地ノードの間で、プリチャージ制御信号VP0に従って一定の電流を流す定電流段10と、MOSトランジスタMN3およびMN4の放電電流を電圧に変換する容量素子CL3およびCL4と、比較増幅制御信号ZVP1に従って容量素子CL3およびCL4の第2電極ノード(出力ノード1a、1b)を電源電圧VDDレベルにプリチャージするPチャネルMOSトランジスタMP3およびMP4を含む。MOSトランジスタMN3およびMN4は、それぞれ、出力ノード1bおよび1aを、入力信号VIPおよびVINに従って放電する。   In FIG. 3, the amplifier operates in accordance with a precharge control signal VP 0 between N-channel MOS transistors MN 3 and MN 4 that receive input signals VIP and VIN at their gates, and a common source node 14 of MOS transistors MN 3 and MN 4 and a ground node Constant current stage 10 for supplying a constant current, capacitive elements CL3 and CL4 for converting the discharge currents of MOS transistors MN3 and MN4 into voltage, and second electrode nodes (output nodes) of capacitive elements CL3 and CL4 according to comparison amplification control signal ZVP1 1a, 1b) includes P-channel MOS transistors MP3 and MP4 for precharging power supply voltage VDD level. MOS transistors MN3 and MN4 discharge output nodes 1b and 1a according to input signals VIP and VIN, respectively.

定電流段10は、共通ソースノード14と接地ノードとの間に直列に接続されるNチャネルMOSトランジスタMNC2およびMNC1と、定電流Ibを流すNチャネルMOSトランジスタMNC3を含む。NチャネルMOSトランジスタMNC2のゲートに、比較増幅制御信号VP0が与えられる。MOSトランジスタMNC1およびMNC3は、それぞれのゲートが相互接続され、かつMOSトランジスタMNC3は、ゲートおよびドレインが相互接続される。したがって、MOSトランジスタMNC3およびMNC1はカレントミラー段を構成し、動作時、MOSトランジスタMNC1には、MNC3を流れる定電流Ibのミラー電流Ib1が流れる。定電流Ibは、図示しない定電流供給部から与えられる。   Constant current stage 10 includes N channel MOS transistors MNC2 and MNC1 connected in series between a common source node 14 and a ground node, and an N channel MOS transistor MNC3 for supplying a constant current Ib. Comparative amplification control signal VP0 is applied to the gate of N channel MOS transistor MNC2. MOS transistors MNC1 and MNC3 have their gates connected to each other, and MOS transistor MNC3 has its gate and drain connected to each other. Therefore, the MOS transistors MNC3 and MNC1 constitute a current mirror stage, and in operation, the mirror current Ib1 of the constant current Ib flowing through the MNC3 flows through the MOS transistor MNC1. The constant current Ib is given from a constant current supply unit (not shown).

図4は、図3に示す増幅器の動作を示すタイミング図である。以下、図4を参照して、図3に示す増幅器の動作について説明する。   FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the amplifier shown in FIG. The operation of the amplifier shown in FIG. 3 will be described below with reference to FIG.

時刻t10において1つのサイクルが始まると、プリチャージ制御信号ZVP1がLレベルに立下がり、MOSトランジスタMP3およびMP4が導通状態となる。このとき、比較増幅制御信号VP0はLレベルであり、MOSトランジスタMNC2は非導通状態であり、MOSトランジスタMN3およびMN4の放電経路は遮断される。したがって、容量素子CL3およびCL4の第2電極(出力ノード1aおよび1b)が、MOSトランジスタMP3およびMP4を介して電源電圧VDDレベルにまで充電される。プリチャージ動作が完了すると、プリチャージ制御信号ZVP1がHレベルとなり、MOSトランジスタMP3およびMP4が非導通状態とされ、出力ノード1aおよび1bを介して容量素子CL3およびCL4のプリチャージ動作が停止し、出力ノード1aおよび1bは電源電圧レベルに維持される。   When one cycle starts at time t10, precharge control signal ZVP1 falls to the L level, and MOS transistors MP3 and MP4 are turned on. At this time, the comparison amplification control signal VP0 is at L level, the MOS transistor MNC2 is non-conductive, and the discharge paths of the MOS transistors MN3 and MN4 are cut off. Therefore, the second electrodes (output nodes 1a and 1b) of capacitive elements CL3 and CL4 are charged to power supply voltage VDD level via MOS transistors MP3 and MP4. When the precharge operation is completed, precharge control signal ZVP1 becomes H level, MOS transistors MP3 and MP4 are turned off, and the precharge operation of capacitive elements CL3 and CL4 is stopped via output nodes 1a and 1b. Output nodes 1a and 1b are maintained at the power supply voltage level.

次いで、時刻t11において、比較増幅制御信号VP0がHレベルに立上がり、MOSトランジスタMNC2が導通状態となり、共通ソースノード14と接地ノードの間に定電流Ib1(=Ib)が流れる。この定電流Ib1は、入力信号VIPおよびVINの電圧レベルに従って、MOSトランジスタMN3およびMN4に振り分けられる。これらのMOSトランジスタMN3およびMN4により、容量素子CL4およびCL3の充電電荷が放電され、出力ノード1bおよび1aの電圧レベルは、入力信号VIPおよびVINに従って低下する。図4においては、入力信号VIPよりも入力信号VINが高い電圧レベルであり、出力ノード1aの出力電圧VOPの放電量は、出力ノード1bの出力電圧VONの放電量よりも小さい状態が、一例として示される。   Next, at time t11, the comparison amplification control signal VP0 rises to H level, the MOS transistor MNC2 becomes conductive, and a constant current Ib1 (= Ib) flows between the common source node 14 and the ground node. This constant current Ib1 is distributed to MOS transistors MN3 and MN4 according to the voltage levels of input signals VIP and VIN. These MOS transistors MN3 and MN4 discharge the charge of capacitive elements CL4 and CL3, and the voltage levels of output nodes 1b and 1a decrease according to input signals VIP and VIN. In FIG. 4, as an example, the input signal VIN is at a higher voltage level than the input signal VIP, and the discharge amount of the output voltage VOP of the output node 1a is smaller than the discharge amount of the output voltage VON of the output node 1b. Indicated.

入力信号VIPおよびVINに従って、出力電圧VONおよびVOPの電圧レベルが確定すると、時刻t12において比較増幅制御信号VP0がLレベルとなり、MOSトランジスタMNC2が非導通状態となり、定電流段10の定電流駆動動作が停止される。これにより、出力ノード1aおよび1bの出力電圧VOPおよびVONは、それぞれ、入力信号VINおよびVIPに応じた電圧レベルに設定される。この場合、出力電圧VOPおよびVONは、容量素子CL3およびCL4の容量値をC3およびC4として表わすと次式で表わされる。   When voltage levels of output voltages VON and VOP are determined according to input signals VIP and VIN, comparison amplification control signal VP0 attains L level at time t12, MOS transistor MNC2 is turned off, and constant current driving operation of constant current stage 10 Is stopped. Thereby, output voltages VOP and VON of output nodes 1a and 1b are set to voltage levels corresponding to input signals VIN and VIP, respectively. In this case, output voltages VOP and VON are represented by the following equations when the capacitance values of capacitive elements CL3 and CL4 are represented as C3 and C4.

VOP=VDD−(CL3から放電された正電荷量)/C3、
VON=VDD−(CL4から放電された正電荷量)/C4
入力信号VIPおよびVINの電圧範囲は、(Odvn+Vthn)VからVDDである。ここで、Odvnは、MOSトランジスタMN3およびMN4のオーバードライブ電圧を示し、Vthnは、MOSトランジスタMN3およびMN4のしきい値電圧を示す。
VOP = VDD− (positive charge discharged from CL3) / C3,
VON = VDD− (positive charge discharged from CL4) / C4
The voltage range of the input signals VIP and VIN is (Odvn + Vthn) V to VDD. Here, Odvn represents the overdrive voltage of the MOS transistors MN3 and MN4, and Vthn represents the threshold voltage of the MOS transistors MN3 and MN4.

この図3に示す増幅器においても、プリチャージ期間PR1に電源ノードVDDから容量素子CL3およびCL4に供給される電荷量は、比較増幅期間PR2において、接地ノードへ定電流段10を介して電流Ibが流れることにより放電される電荷量とほぼ同じである(プリチャージ期間は前のサイクルにおける出力ノードの電圧を電源電圧レベルに充電するだけである)。比較増幅期間PR2においては、一定の電流Ib1が、容量素子CL3およびCL4の蓄積電荷に応じて放電される。   Also in the amplifier shown in FIG. 3, the amount of charge supplied from the power supply node VDD to the capacitive elements CL3 and CL4 during the precharge period PR1 is equal to the current Ib via the constant current stage 10 to the ground node during the comparison amplification period PR2. It is almost the same as the amount of charge discharged by flowing (the precharge period only charges the voltage of the output node in the previous cycle to the power supply voltage level). In the comparative amplification period PR2, a constant current Ib1 is discharged according to the accumulated charges of the capacitive elements CL3 and CL4.

この図3に示す増幅器においては、比較増幅期間PR2においては、電源ノードから分離した状態で、接地ノードVSSに対し放電を行なって、増幅および出力電圧生成を行なっている。したがって、電源電圧VDDの電圧変化の影響を受けにくく、電源ノイズに対する耐性を大きくすることができる。   In the amplifier shown in FIG. 3, in the comparative amplification period PR2, the ground node VSS is discharged while being separated from the power supply node to perform amplification and output voltage generation. Therefore, it is difficult to be affected by the voltage change of the power supply voltage VDD, and resistance to power supply noise can be increased.

この図3に示す増幅器において、定電流段10としては、一定の電流Ib1を、比較増幅動作時、MOSトランジスタMN3およびMN4に流すことのできる構成であれば任意の構成を利用することができる。また、MOSトランジスタMP3、MP4、MNC2は、相補スイッチなどを用いて構成してもよい。   In the amplifier shown in FIG. 3, any structure can be used as the constant current stage 10 as long as the constant current Ib1 can flow through the MOS transistors MN3 and MN4 during the comparison amplification operation. The MOS transistors MP3, MP4, and MNC2 may be configured using complementary switches.

この図3に示す増幅器は、接地電圧VSSを比較増幅動作時に主として用いて出力電圧の生成を行なため、電源電圧VDDの電圧変化の影響は受けにくい。したがって、図1に示す実施の形態1に従う増幅器とこの図3に示す増幅器の使い分けは、一例として、以下のように行なう。すなわち、電源電圧VDDの変動が少ない場合には、接地電圧にノイズが発生する可能性が高く、実施の形態1に示される増幅器を利用し、接地電圧VSSの変動が小さい場合には、電源電圧にノイズが発生する可能性が高く、図3に示す実施の形態2に従う増幅器を用いる。この使い分けにより、電源ノイズの影響を低減することができる。   Since the amplifier shown in FIG. 3 generates the output voltage mainly using the ground voltage VSS during the comparison amplification operation, it is not easily affected by the voltage change of the power supply voltage VDD. Therefore, the amplifier according to the first embodiment shown in FIG. 1 and the amplifier shown in FIG. 3 are selectively used as follows as an example. That is, when the fluctuation of the power supply voltage VDD is small, there is a high possibility that noise is generated in the ground voltage. When the fluctuation of the ground voltage VSS is small using the amplifier shown in the first embodiment, the power supply voltage The amplifier according to the second embodiment shown in FIG. 3 is used. By using this properly, the influence of power supply noise can be reduced.

以上のように、この発明の実施の形態2に従えば、容量素子をプリチャージした後、この容量素子の充電電荷を放電している。したがって、比較増幅動作時、すなわち容量素子のプリチャージ電荷の放電動作時においては、ロー側電源電圧(接地電圧)を利用するだけであり、電源電圧VDDの電圧変化の影響が少なく、電源ノイズに対する耐性を大きくすることができる。また、プリチャージ時においては、電源ノードからは、先のサイクルで放電された電荷量を補償する電流が供給されるだけであり、消費電流を低減することができる。   As described above, according to the second embodiment of the present invention, after the capacitor element is precharged, the charge of the capacitor element is discharged. Therefore, at the time of the comparative amplification operation, that is, at the time of discharging the precharge charge of the capacitive element, only the low-side power supply voltage (ground voltage) is used, and the influence of the voltage change of the power supply voltage VDD is small and the power supply noise Resistance can be increased. Further, at the time of precharging, only a current for compensating the amount of electric charge discharged in the previous cycle is supplied from the power supply node, so that current consumption can be reduced.

[実施の形態3]
図5は、この発明の実施の形態3に従う増幅器の構成を示す図である。図5に示す増幅器は、増幅器本体20と、増幅器本体20の比較増幅動作時の充電電流を制御するバイアス回路25を含む。この増幅器本体20の構成は、PチャネルMOSトランジスタMPC1を除いて図1に示す増幅器の構成と同じであり、対応する部分には同一参照番号を付し、その詳細説明は省略する。このPチャネルMOSトランジスタMPC1およびバイアス回路25により、定電流段が構成される。PチャネルMOSトランジスタMPC1は、MOSトランジスタMP1およびMP2の共通ソースノード2と電源ノードVDDの間に接続される。
[Embodiment 3]
FIG. 5 shows a structure of the amplifier according to the third embodiment of the present invention. The amplifier shown in FIG. 5 includes an amplifier body 20 and a bias circuit 25 that controls the charging current during the comparative amplification operation of the amplifier body 20. The configuration of the amplifier body 20 is the same as that of the amplifier shown in FIG. 1 except for the P-channel MOS transistor MPC1, and corresponding portions are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The P channel MOS transistor MPC1 and the bias circuit 25 constitute a constant current stage. P-channel MOS transistor MPC1 is connected between common source node 2 of MOS transistors MP1 and MP2 and power supply node VDD.

バイアス回路25は、MOSトランジスタMPC1とカレントミラー段を構成するPチャネルMOSトランジスタPMC3と、MOSトランジスタMPC1およびMPC3のゲートと電源ノードVDDの間に接続され、ゲートに比較増幅制御信号ZVP0を受けるPチャネルMOSトランジスタMPC4と、PチャネルMOSトランジスタMPC3と図示しない定電流駆動部との間に接続され、そのゲートに比較増幅制御信号ZVP0を受けるNチャネルMOSトランジスタMNC4を含む。   Bias circuit 25 is connected between MOS transistor MPC1 and P-channel MOS transistor PMC3 forming a current mirror stage, and between the gates of MOS transistors MPC1 and MPC3 and power supply node VDD, and has a P-channel receiving comparison amplification control signal ZVP0 at the gate. MOS transistor MPC4 includes an N-channel MOS transistor MNC4 connected between P-channel MOS transistor MPC3 and a constant current driver (not shown) and receiving comparison amplification control signal ZVP0 at its gate.

この図5に示すバイアス回路25の構成において、プリチャージ期間PR1においては、比較増幅制御信号VP0はLレベルであり、MOSトランジスタMPC4が導通状態、MOSトランジスタMNC4が非導通状態である。したがって、MOSトランジスタMPC3のゲートが電源ノードに結合され、これらのMOSトランジスタMPC1およびMPC3は非導通状態に維持され、MOSトランジスタMP1およびMP2への定電流供給は停止される。   In the configuration of the bias circuit 25 shown in FIG. 5, in the precharge period PR1, the comparison amplification control signal VP0 is at the L level, the MOS transistor MPC4 is in a conductive state, and the MOS transistor MNC4 is in a nonconductive state. Therefore, the gate of MOS transistor MPC3 is coupled to the power supply node, MOS transistors MPC1 and MPC3 are maintained in a non-conductive state, and the constant current supply to MOS transistors MP1 and MP2 is stopped.

一方、比較増幅期間において、比較増幅制御信号VP0がHレベルとされると、MOSトランジスタMPC4が非導通状態となり、またMOSトランジスタMNC4がオン状態となる。したがって、定電流IbがMOSトランジスタMPC3およびMNC4を流れ、この定電流Ibのミラー電流が、MOSトランジスタMPC1を介して流れる。   On the other hand, when the comparison amplification control signal VP0 is set to H level during the comparison amplification period, the MOS transistor MPC4 is turned off and the MOS transistor MNC4 is turned on. Therefore, constant current Ib flows through MOS transistors MPC3 and MNC4, and a mirror current of constant current Ib flows through MOS transistor MPC1.

この増幅器本体20の増幅動作は、実施の形態1の増幅器の動作と同様であり、その詳細説明は繰返さない。   The amplification operation of amplifier body 20 is similar to the operation of the amplifier of the first embodiment, and detailed description thereof will not be repeated.

この実施の形態3の構成の場合、比較増幅動作期間中においてのみ、MOSトランジスタMPC1を介して比較増幅電流が電源ノードVDDから供給される。MOSトランジスタMP1およびMP2の共通ソースノード2と電源ノードとの間には、1つのMOSトランジスタMPC1が接続されるだけであり、電源ノードVDDと共通ソースノード2の間に直列に接続されるMOSトランジスタの数を低減することができる。これにより、図1に示す実施の形態1に従う増幅回路におけるMOSトランジスタMPC2における電圧降下を削減することができ、電源電圧VDDが低下しても、確実に、MOSトランジスタMPC1を導通状態に維持して定電流を共通ソースノード2に供給することができ、低電源電圧下においても、安定に増幅動作を行なうことができる。   In the configuration of the third embodiment, the comparison amplification current is supplied from power supply node VDD via MOS transistor MPC1 only during the comparison amplification operation period. Only one MOS transistor MPC1 is connected between common source node 2 of MOS transistors MP1 and MP2 and the power supply node, and MOS transistors connected in series between power supply node VDD and common source node 2 Can be reduced. Thereby, the voltage drop in MOS transistor MPC2 in the amplifier circuit according to the first embodiment shown in FIG. 1 can be reduced, and even if power supply voltage VDD decreases, MOS transistor MPC1 is reliably maintained in a conductive state. A constant current can be supplied to the common source node 2, and a stable amplification operation can be performed even under a low power supply voltage.

なお、この図5に示す増幅器において、入力信号VIPおよびVINの電圧範囲は、0Vから(VDD−Odv+Vthp)Vである。   In the amplifier shown in FIG. 5, the input signals VIP and VIN have a voltage range from 0V to (VDD−Odv + Vthp) V.

[変更例]
図6は、この発明の実施の形態3の変更例の構成を示す図である。図6において、増幅器は、増幅器本体30と、増幅器本体30の比較増幅動作時の電流を制御するバイアス回路35とを含む。増幅器本体30のMOSトランジスタMNC1を除いた構成は、図3に示す増幅器の構成と同じであり、対応する部分には同一参照符号を付して、その詳細説明は省略する。MOSトランジスタMNC1は、MOSトランジスタMN3およびMN4の共通ソースノード14と接地ノードVSSとの間に接続される。
[Example of change]
FIG. 6 is a diagram showing a configuration of a modification of the third embodiment of the present invention. In FIG. 6, the amplifier includes an amplifier body 30 and a bias circuit 35 that controls a current during the comparative amplification operation of the amplifier body 30. The configuration of the amplifier main body 30 excluding the MOS transistor MNC1 is the same as the configuration of the amplifier shown in FIG. 3, and the corresponding portions are denoted by the same reference numerals and detailed description thereof is omitted. MOS transistor MNC1 is connected between common source node 14 of MOS transistors MN3 and MN4 and ground node VSS.

バイアス回路35は、MOSトランジスタMNC1とカレントミラー段を構成するNチャネルMOSトランジスタMNC5と、このMOSトランジスタMNC5と図示しない定電流供給部との間に直列に接続されるPチャネルMOSトランジスタMPC4と、比較増幅制御信号ZVP0に従って、MOSトランジスタMNC1およびMNC5のゲートを接地ノードに結合するNチャネルMOSトランジスタMNC6とを含む。   The bias circuit 35 is compared with the N-channel MOS transistor MNC5 constituting the current mirror stage with the MOS transistor MNC1, and the P-channel MOS transistor MPC4 connected in series between the MOS transistor MNC5 and a constant current supply unit (not shown). N channel MOS transistor MNC6 coupling the gates of MOS transistors MNC1 and MNC5 to the ground node according to amplification control signal ZVP0.

MOSトランジスタMNC5は、ゲートおよびドレインが相互接続され、動作時、MOSトランジスタMNC5を流れる電流のミラー電流がMOSトランジスタMNC1を介して流れる。   MOS transistor MNC5 has its gate and drain interconnected, and in operation, a mirror current of the current flowing through MOS transistor MNC5 flows through MOS transistor MNC1.

プリチャージ動作期間時においては、比較増幅制御信号ZVP0がHレベルであり、MOSトランジスタMNC6が導通状態、MOSトランジスタMPC4が非導通状態である。従って、MOSトランジスタMPC4、MNC5およびMNC6は、全て非導通状態となり、定電流駆動動作が停止される。このとき、増幅器本体30において、MOSトランジスタMP3およびMP4のプリチャージ制御信号ZVP1がLレベルであり、出力ノード1aおよび1bが、電源電圧レベルにプリチャージされる。   During the precharge operation period, the comparison amplification control signal ZVP0 is at the H level, the MOS transistor MNC6 is conductive, and the MOS transistor MPC4 is nonconductive. Accordingly, the MOS transistors MPC4, MNC5, and MNC6 are all turned off and the constant current driving operation is stopped. At this time, in amplifier body 30, precharge control signal ZVP1 of MOS transistors MP3 and MP4 is at L level, and output nodes 1a and 1b are precharged to the power supply voltage level.

比較増幅動作時においては、比較増幅制御信号ZVP0がLレベル、プリチャージ制御信号ZVP1がHレベルとなる。この状態においては、MOSトランジスタMPC4、MNC5およびMNC6により共通ソースノード14と接地ノードとの間に定電流Ibのミラー電流が流れ、出力ノード1aおよび1bが放電され、出力ノード1aおよび1bの出力電圧VOPおよびVONが、入力信号VIPおよびVINに応じた電圧レベルに設定される。   During the comparative amplification operation, the comparative amplification control signal ZVP0 is at L level and the precharge control signal ZVP1 is at H level. In this state, a mirror current of constant current Ib flows between common source node 14 and ground node by MOS transistors MPC4, MNC5 and MNC6, output nodes 1a and 1b are discharged, and output voltages of output nodes 1a and 1b are discharged. VOP and VON are set to voltage levels corresponding to input signals VIP and VIN.

この図6に示す増幅器の構成は、図5に示す増幅器のMOSトランジスタの導電型を逆にし、また、電源ノードの電圧極性を逆にしたものと同じであり、図5に示す増幅器と同様の効果を得ることができる。この場合、入力信号VIPおよびVINの電圧範囲は、(Odvn+Vthn)VからVDDに設定することができる。   The configuration of the amplifier shown in FIG. 6 is the same as that in which the conductivity type of the MOS transistor of the amplifier shown in FIG. 5 is reversed and the voltage polarity of the power supply node is reversed, and is the same as the amplifier shown in FIG. An effect can be obtained. In this case, the voltage range of the input signals VIP and VIN can be set from (Odvn + Vthn) V to VDD.

以上のように、この発明の実施の形態3に従えば、増幅器の比較増幅動作時の定電流を供給するトランジスタを、カレントミラー段で構成し、比較増幅制御信号に従ってカレントミラー動作を選択的に活性化している。したがって、共通ソースノードと電源ノードまたは接地ノードの間のトランジスタの数を低減でき、低電源電圧下においても確実に比較増幅動作を行なうことができる。また、実施の形態1および2と同様の効果を得ることができる。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the transistor that supplies the constant current during the comparison amplification operation of the amplifier is configured by the current mirror stage, and the current mirror operation is selectively performed according to the comparison amplification control signal. It is activated. Therefore, the number of transistors between the common source node and the power supply node or the ground node can be reduced, and the comparison and amplification operation can be reliably performed even under a low power supply voltage. Further, the same effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

[実施の形態4]
図7は、この発明の実施の形態4に従う半導体集積回路の構成を概略的に示す図である。図7に示す半導体集積回路は、増幅器50と、増幅器50の出力電圧VOPおよびVONをラッチ制御信号VLTに従ってラッチするラッチ60を含む。この増幅器50としては、先の図1、図3、図5および図6に示される増幅器のいずれが用いられてもよい。この増幅器50は、電荷放電動作により入力信号VIPおよびVINを差動増幅して、出力電圧VOPおよびVONを生成する。ラッチ60が、ラッチ制御信号VLTに従って増幅器50の出力信号をラッチして出力信号DOUTを生成する。このラッチ60の出力信号は、相補信号VOUTPおよびVOUTNであってもよい。
[Embodiment 4]
FIG. 7 schematically shows a structure of a semiconductor integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit shown in FIG. 7 includes an amplifier 50 and a latch 60 that latches output voltages VOP and VON of the amplifier 50 in accordance with a latch control signal VLT. As the amplifier 50, any of the amplifiers shown in FIGS. 1, 3, 5, and 6 may be used. The amplifier 50 differentially amplifies the input signals VIP and VIN by a charge discharging operation to generate output voltages VOP and VON. The latch 60 latches the output signal of the amplifier 50 according to the latch control signal VLT and generates the output signal DOUT. The output signal of the latch 60 may be complementary signals VOUTP and VOUTN.

このラッチ60の出力信号DOUT(または、VOUTPVOUTVOUTN)により、入力信号VIPおよびVINの大小比較結果を示すことができ、増幅器50およびラッチ60により、入力信号を比較するコンパレータを構成することができる。   The output signal DOUT (or VOUTPVOUTVOUTN) of the latch 60 can indicate the magnitude comparison result of the input signals VIP and VIN, and the amplifier 50 and the latch 60 can constitute a comparator for comparing the input signals.

図8は、図7に示すコンパレータの動作タイミングを示す図である。図7および図8においては、プリチャージ制御信号VPC1および比較増幅制御信号VPC0を示す。これらの制御信号VPC1およびVPC0は、それぞれ、実施の形態1から3において示した制御信号に対応する。   FIG. 8 is a diagram showing the operation timing of the comparator shown in FIG. 7 and 8 show the precharge control signal VPC1 and the comparative amplification control signal VPC0. These control signals VPC1 and VPC0 correspond to the control signals shown in the first to third embodiments, respectively.

図8に示すように、期間PR1においてプリチャージ制御信号VPC1を活性化し、増幅器50において内部ノードをプリチャージする。次いで、プリチャージ完了後、時刻t21から始まる期間PR2において比較増幅制御信号VPC0を活性化し、増幅器50において入力信号VIPおよびVINに従って内部電荷の放電(充電)を行ない、出力電圧信号VOPおよびVONを生成する。   As shown in FIG. 8, the precharge control signal VPC1 is activated in the period PR1, and the amplifier 50 precharges the internal node. Next, after completion of precharge, the comparative amplification control signal VPC0 is activated in a period PR2 starting from time t21, and the internal charge is discharged (charged) in accordance with the input signals VIP and VIN in the amplifier 50, thereby generating output voltage signals VOP and VON. To do.

この増幅器50における比較増幅動作完了後、時刻t22においてラッチ制御信号VLTを活性化し、期間PR3において、ラッチ60に、増幅器50の出力電圧信号VOPおよびVONをラッチさせ、判定結果を示す信号DOUT(VOUTP,VOUTN)を生成する。   After completion of the comparison and amplification operation in the amplifier 50, the latch control signal VLT is activated at time t22. In the period PR3, the latch 60 latches the output voltage signals VOP and VON of the amplifier 50, and the signal DOUT (VOUTP) indicating the determination result is displayed. , VOUTN).

すなわち、増幅器50における比較増幅動作完了後にラッチ制御信号VLTを活性状態に駆動することにより、増幅器50の増幅信号を確実にラッチして、正確な電圧比較結果をCMSレベルの信号として得ることができる。   That is, by driving the latch control signal VLT to the active state after the comparison amplification operation in the amplifier 50 is completed, the amplification signal of the amplifier 50 can be reliably latched and an accurate voltage comparison result can be obtained as a CMS level signal. .

図9は、図7に示すラッチ60の構成の一例を示す図である。図9において、ラッチ60は、増幅器50の出力信号VOPおよびVONを増幅してラッチするラッチ型センス増幅器70と、このラッチ型センス増幅器70の出力信号をバッファ処理するバッファ回路75と、バッファ回路75の出力信号をラッチして、判定結果信号DOUTとして、相補出力信号VOUTPおよびVOUTNを生成するセット/リセットフリップフロップ(RSフリップフロップ)80とを含む。   FIG. 9 is a diagram showing an example of the configuration of the latch 60 shown in FIG. In FIG. 9, a latch 60 amplifies and latches the output signals VOP and VON of the amplifier 50, a buffer circuit 75 for buffering the output signal of the latch type sense amplifier 70, and a buffer circuit 75. And a set / reset flip-flop (RS flip-flop) 80 that generates complementary output signals VOUTP and VOUTN as the determination result signal DOUT.

ラッチ型センス増幅器70は、入力用NチャネルMOSトランジスタMN11およびMN12と、これらのMOSトランジスタMN11およびMN12それぞれと並列に接続される正帰還用NチャネルMOSトランジスタMN13およびMN14と、ラッチ動作制御用NチャネルMOSトランジスタMN15およびMN16と、内部ノードのプリチャージ制御用のPチャネルMOSトランジスタMP11およびMP12と、これらのMOSトランジスタMP11およびMP12とそれぞれ並列に接続される正帰還用のPチャネルMOSトランジスタMP13およびMP14を含む。   Latch type sense amplifier 70 includes input N-channel MOS transistors MN11 and MN12, positive feedback N-channel MOS transistors MN13 and MN14 connected in parallel to each of these MOS transistors MN11 and MN12, and latch operation control N-channel. MOS transistors MN15 and MN16, P channel MOS transistors MP11 and MP12 for precharge control of the internal node, and P channel MOS transistors MP13 and MP14 for positive feedback connected in parallel with these MOS transistors MP11 and MP12, respectively. Including.

MOSトランジスタMN11およびMN13は、内部ノード72aと接地ノードの間に並列に接続され、MOSトランジスタMN12およびMN14は、内部ノード72bと接地ノードの間に並列に接続される。MOSトランジスタMN11およびMN12はそれぞれのゲートに増幅器50の出力信号VOPおよびVONを受け、MOSトランジスタMN13およびMN14は、それぞれのゲートが、内部ノード72bおよび72aに電気的に接続される。   MOS transistors MN11 and MN13 are connected in parallel between internal node 72a and ground node, and MOS transistors MN12 and MN14 are connected in parallel between internal node 72b and ground node. MOS transistors MN11 and MN12 receive output signals VOP and VON of amplifier 50 at their gates, and MOS transistors MN13 and MN14 have their gates electrically connected to internal nodes 72b and 72a.

MOSトランジスタMP11およびMP13は、電源ノードと内部ノード74aの間に互いに並列に接続され、MOSトランジスタMP12およびMP14が電源ノードと内部ノード74bの間に互いに並列に接続される。MOSトランジスタMP11およびMP12はそれぞれのゲートにラッチ制御信号VLTを受け、MOSトランジスタMP13およびMP14は、それぞれのゲートが内部ノード74bおよび74aに接続される。   MOS transistors MP11 and MP13 are connected in parallel to each other between the power supply node and internal node 74a, and MOS transistors MP12 and MP14 are connected in parallel to each other between the power supply node and internal node 74b. MOS transistors MP11 and MP12 receive latch control signal VLT at their gates, and MOS transistors MP13 and MP14 have their gates connected to internal nodes 74b and 74a.

MOSトランジスタMN15および内部ノード72aおよび74aの間に接続され、そのゲートにラッチ制御信号VLTを受ける。MOSトランジスタMN16は、内部ノード72bおよび74bの間に接続され、そのゲートにラッチ制御信号VLTを受ける。   Connected between MOS transistor MN15 and internal nodes 72a and 74a, and receives a latch control signal VLT at its gate. MOS transistor MN16 is connected between internal nodes 72b and 74b and receives a latch control signal VLT at its gate.

バッファ回路75は、ラッチ型センス増幅器70の内部ノード74a上の信号を受ける複数段(本実施例においては3段)の縦続接続されるインバータバッファIV1−IV3と、内部ノード74b上の信号を受ける複数段(本実施例では3段)の縦続接続されるインバータバッファIV4−IV6を含む。   Buffer circuit 75 receives a plurality of stages (three stages in this embodiment) of cascaded inverter buffers IV1-IV3 that receive a signal on internal node 74a of latch type sense amplifier 70, and a signal on internal node 74b. A plurality of stages (three stages in this embodiment) of cascaded inverter buffers IV4-IV6 are included.

RSフリップフロップ80は、インバータバッファIV3およびIV6の出力信号をそれぞれの第1入力に受けるNANDゲートG1およびG2を含む。NANDゲートG1の出力ノードがNANDゲートG2の第2入力に結合され、NANDゲートG2の出力ノードがNANDゲートG1の第2入力ノードに結合される。NANDゲートG1およびG2から出力信号VOUTPおよびVOUTNが判定結果データDOUTとして出力される。   RS flip-flop 80 includes NAND gates G1 and G2 receiving output signals of inverter buffers IV3 and IV6 at their first inputs, respectively. The output node of NAND gate G1 is coupled to the second input of NAND gate G2, and the output node of NAND gate G2 is coupled to the second input node of NAND gate G1. Output signals VOUTP and VOUTN are output from NAND gates G1 and G2 as determination result data DOUT.

次に、図9に示すラッチ回路の動作について説明する。ラッチ制御信号VLTが非活性状態のLレベルのときには、MOSトランジスタMP11およびMP12が導通状態であり、またMOSトランジスタMN15およびMN16が非導通状態である。したがって、内部ノード74aおよび74bが、MOSトランジスタMP11およびMP12により電源電圧VDDレベルに維持される。一方、内部ノード72aおよび72bは、内部ノード74aおよび74bと分離されており、MOSトランジスタMN13およびMN14の出力である内部ノード72aおよび72bではLレベルとなる。   Next, the operation of the latch circuit shown in FIG. 9 will be described. When latch control signal VLT is at the inactive L level, MOS transistors MP11 and MP12 are conductive, and MOS transistors MN15 and MN16 are nonconductive. Therefore, internal nodes 74a and 74b are maintained at power supply voltage VDD level by MOS transistors MP11 and MP12. On the other hand, internal nodes 72a and 72b are isolated from internal nodes 74a and 74b, and at internal nodes 72a and 72b, which are outputs of MOS transistors MN13 and MN14, are at the L level.

内部ノード74aおよび74bが電源電圧レベルであり、バッファ回路75のインバータバッファIV3およびIV6の出力信号はLレベルであり、RSフリップフロップ80の出力信号VOUTPおよびVOUTNはともにHレベル(電源電圧VDDレベル)に維持される。   Internal nodes 74a and 74b are at the power supply voltage level, output signals of inverter buffers IV3 and IV6 of buffer circuit 75 are at L level, and output signals VOUTP and VOUTN of RS flip-flop 80 are both at H level (power supply voltage VDD level). Maintained.

次いで、前段の増幅器50における比較増幅動作が完了すると、ラッチ制御信号VLTがHレベルに設定される(活性化される)。応じて、MOSトランジスタMP11およびMP12が非導通状態、MOSトランジスタMN15およびMN16が導通状態となり、内部ノード74aおよび72aが電気的に接続され、また、内部ノード74bおよび72bが電気的に接続される。このときには、増幅器50の出力電圧信号VOPおよびVONは確定状態にあり、MOSトランジスタMN11およびMN12のコンダクタンスが、これらの出力電圧信号VOPおよびVONに応じた値に設定される。   Next, when the comparison amplification operation in the previous stage amplifier 50 is completed, the latch control signal VLT is set to H level (activated). Accordingly, MOS transistors MP11 and MP12 are turned off, MOS transistors MN15 and MN16 are turned on, internal nodes 74a and 72a are electrically connected, and internal nodes 74b and 72b are electrically connected. At this time, output voltage signals VOP and VON of amplifier 50 are in a definite state, and conductances of MOS transistors MN11 and MN12 are set to values corresponding to these output voltage signals VOP and VON.

今、電圧信号VOPが電圧信号VONよりも高い状態を考える。この状態においては、MOSトランジスタMN11のコンダクタンスがMOSトランジスタMN12のコンダクタンスより大きく、内部ノード72aおよび74aの電位が、内部ノード72bおよび74bの電位よりも早く低下する。内部ノード72aの電位が低下するとMOSトランジスタMN14のコンダクタンスが低下し、内部ノード72bの電位低下速度がより低減され、一方、MOSトランジスタMN13は、内部ノード72bの電位に応じて内部ノード72aを放電する。   Consider a state where the voltage signal VOP is higher than the voltage signal VON. In this state, the conductance of MOS transistor MN11 is larger than the conductance of MOS transistor MN12, and the potentials of internal nodes 72a and 74a drop earlier than the potentials of internal nodes 72b and 74b. When the potential of the internal node 72a decreases, the conductance of the MOS transistor MN14 decreases, and the potential decrease rate of the internal node 72b is further reduced. On the other hand, the MOS transistor MN13 discharges the internal node 72a according to the potential of the internal node 72b. .

内部ノード72aおよび72bの電位は、内部ノード74aおよび74bの電位に反映され、内部ノード74aの電位低下に応じてMOSトランジスタMP14のコンダクタンスが増大し、内部ノード74bの電位を上昇させ、この内部ノード74bの電位上昇に従ってMOSトランジスタMP13のコンダクタンスが低下する。したがって、このMOSトランジスタMN13およびMN14の正帰還により、内部ノード72aおよび72bのうち電位の低いほうの内部ノード、すなわち内部ノード72aが、接地電圧レベルに放電され、一方、内部ノード74aおよび74bのうち電位の高い方の内部ノード74bは、MOSトランジスタMP13およびMP14の正帰還動作により、電源電圧VDDレベルに駆動される。最終的に、内部ノード74aおよび74bは、それぞれ接地電圧レベルおよび電源電圧レベルに駆動されてラッチされる。   The potentials of internal nodes 72a and 72b are reflected in the potentials of internal nodes 74a and 74b, and the conductance of MOS transistor MP14 increases as the potential of internal node 74a decreases, increasing the potential of internal node 74b. As the potential of 74b increases, the conductance of the MOS transistor MP13 decreases. Therefore, the positive feedback of MOS transistors MN13 and MN14 causes internal node 72a and 72b having the lower potential, that is, internal node 72a to be discharged to the ground voltage level, while internal nodes 74a and 74b Internal node 74b having the higher potential is driven to power supply voltage VDD level by the positive feedback operation of MOS transistors MP13 and MP14. Finally, internal nodes 74a and 74b are driven and latched to the ground voltage level and the power supply voltage level, respectively.

内部ノード74aおよび74bのハイレベルおよびローレベルは、バッファ回路75により増幅かつ反転され、LレベルおよびHレベルの信号が生成され、RSフリップフロップ80によりラッチされ、出力信号VOUTPおよびVOUTNが、それぞれHレベルおよびLレベルに駆動されて維持される。   The high level and low level of internal nodes 74a and 74b are amplified and inverted by buffer circuit 75, L level and H level signals are generated, latched by RS flip-flop 80, and output signals VOUTP and VOUTN are respectively H Driven and maintained at level and L level.

このラッチ動作期間が完了すると、再びラッチ制御信号VLTがLレベルとなり、内部ノード74aおよび74bが、MOSトランジスタMP13およびMP14により電源電圧VDDレベルにプリチャージされる。一方、内部ノード72aおよび72bは、接地電圧レベルまたは電圧信号VOPおよびVONの状態に応じた不定状態となる。   When this latch operation period is completed, latch control signal VLT again attains L level, and internal nodes 74a and 74b are precharged to power supply voltage VDD level by MOS transistors MP13 and MP14. On the other hand, internal nodes 72a and 72b are in an indefinite state according to the ground voltage level or the states of voltage signals VOP and VON.

したがって、図7に示すように、増幅器50およびラッチ60を用いて、入力信号VIPおよびVINの電圧レベルを比較するコンパレータを構成することにより、増幅器50において電源ノイズ耐性の大きな比較増幅動作を行なって入力信号VIPおよびVINの比較結果を示す信号を生成することができる。ラッチ60においても、ラッチ型センス増幅器70は差動増幅を行なっており、電源ノイズを相殺することができ、電源ノイズの影響は十分に抑制される。また、ラッチ60において電流が流れるのは、ラッチ制御信号VLTが活性状態(Hレベル)の増幅ラッチ動作期間(期間PR3)の間だけであり、また、正帰還用MOSトランジスタMN13およびMN14、MP13およびMP14により高速で増幅/ラッチ動作が行われるため、電源ノードから接地ノードに電流が流れる期間が短く、消費電流は、十分に抑制される。   Therefore, as shown in FIG. 7, the amplifier 50 and the latch 60 are used to form a comparator that compares the voltage levels of the input signals VIP and VIN, so that the amplifier 50 performs a comparative amplification operation having a high power supply noise resistance. A signal indicating the comparison result between the input signals VIP and VIN can be generated. Also in the latch 60, the latch-type sense amplifier 70 performs differential amplification, and can cancel the power supply noise, and the influence of the power supply noise is sufficiently suppressed. The current flows in the latch 60 only during the amplification latch operation period (period PR3) in which the latch control signal VLT is in the active state (H level), and the positive feedback MOS transistors MN13 and MN14, MP13 and Since the amplification / latch operation is performed at high speed by the MP 14, the period during which current flows from the power supply node to the ground node is short, and the current consumption is sufficiently suppressed.

[実施の形態5]
図10は、この発明の実施の形態5に従う半導体集積回路の構成を概略的に示す図である。図10において、この半導体集積回路は、複数段(図10においては2段)の縦続接続される電荷放電型増幅器50Aおよび50Bと、電荷放電型増幅器50Bの出力信号をラッチするラッチ60とを含む。
[Embodiment 5]
FIG. 10 schematically shows a structure of a semiconductor integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention. 10, this semiconductor integrated circuit includes charge discharge amplifiers 50A and 50B connected in cascade in a plurality of stages (two stages in FIG. 10), and a latch 60 that latches an output signal of charge discharge amplifier 50B. .

この図10に示す半導体集積回路は、入力信号VIPおよびVINの電圧レベルを比較し、その比較結果を示す信号DOUT(VOUTP,VOUTN)を生成するコンパレータである。電荷放電型増幅器50Aおよび50Bは、これまでの実施の形態1から3において説明した増幅器の構成のいずれかを有する。したがって、増幅器50Aおよび50Bには、それぞれ、比較増幅制御信号VPC01およびVPC02が個々に与えられ、かつ共通にプリチャージ制御信号VPC1が与えられる。ラッチ60は、図9に示す構成と同様の構成を有し、ラッチ制御信号VLTに従ってラッチ動作を行なう。   The semiconductor integrated circuit shown in FIG. 10 is a comparator that compares the voltage levels of the input signals VIP and VIN and generates a signal DOUT (VOUTP, VOUTN) indicating the comparison result. Charge-discharge amplifiers 50A and 50B have any of the amplifier configurations described in the first to third embodiments. Therefore, comparison amplification control signals VPC01 and VPC02 are individually applied to amplifiers 50A and 50B, respectively, and precharge control signal VPC1 is applied in common. Latch 60 has a configuration similar to that shown in FIG. 9, and performs a latch operation in accordance with latch control signal VLT.

図11は、図10に示すコンパレータの動作タイミングを示す図である。図11に示すように、時刻t30から始まる期間PR1において、プリチャージ制御信号VPC1が活性化され(図11においてはHレベルで示す)、増幅器50Aおよび50Bは内部のプリチャージ動作を共通に実行する。プリチャージ期間PR1の経過後、時刻t31から始まる期間PR2Aにおいて比較増幅制御信号VPC01が活性化され(図11においてLレベルで示す)、増幅器50Aが、入力信号VIPおよびVINの増幅動作を実行する。この増幅器50Aの比較増幅期間PR2Aの終了と並行して、時刻t32から始まる期間PR2Bにおいて比較増幅制御信号VPC02が活性化され(図11においてはLレベルに設定され)、増幅器50Bが、増幅器50Aの出力信号の増幅およびラッチを行なう。   FIG. 11 is a diagram showing the operation timing of the comparator shown in FIG. As shown in FIG. 11, in period PR1 starting from time t30, precharge control signal VPC1 is activated (indicated by H level in FIG. 11), and amplifiers 50A and 50B commonly perform internal precharge operations. . After the precharge period PR1, the comparative amplification control signal VPC01 is activated (indicated by L level in FIG. 11) in the period PR2A starting from time t31, and the amplifier 50A performs the amplification operation of the input signals VIP and VIN. In parallel with the end of comparison amplification period PR2A of amplifier 50A, comparison amplification control signal VPC02 is activated (set to L level in FIG. 11) in period PR2B starting from time t32, and amplifier 50B is connected to amplifier 50A. Amplifies and latches the output signal.

この増幅器50Bの比較増幅期間PR2Bの終了と並行して、時刻t33においてラッチ制御信号VLTが活性化され、ラッチ60が増幅器50Bの出力信号をラッチして、比較結果信号DOUTを生成する。   In parallel with the end of the comparison amplification period PR2B of the amplifier 50B, the latch control signal VLT is activated at time t33, and the latch 60 latches the output signal of the amplifier 50B to generate the comparison result signal DOUT.

この図10に示すコンパレータにおいて時刻t30から時刻t34が入力信号VIPおよびVINを比較する動作期間の一周期となる。   In the comparator shown in FIG. 10, the period from time t30 to time t34 is one cycle of the operation period in which the input signals VIP and VIN are compared.

なお、図11において、制御信号VPC01、VPC02およびVLTは、それぞれ活性および非活性タイミングが同一タイミングで行なわれるように示している。しかしながら、この制御信号VPC01、VPC02およびVLTは、それぞれ前段の回路動作完了後、それぞれ活性化されてもよい。また、これらの制御信号VPC01、VPC02およびVPC1は、実施の形態1から3に示す増幅器のいずれの制御信号の組合わせを用いられてもよい。   In FIG. 11, control signals VPC01, VPC02 and VLT indicate that activation and deactivation timing are performed at the same timing, respectively. However, control signals VPC01, VPC02 and VLT may be activated after completion of the previous circuit operation. These control signals VPC01, VPC02 and VPC1 may use any combination of control signals of the amplifiers shown in the first to third embodiments.

この図10および図11に示すように、この発明の実施の形態1から3のいずれかに従う電荷放電型増幅器を複数段縦続接続することにより、増幅における利得が向上し、電圧比較精度が向上する。また、実施の形態1から4と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIGS. 10 and 11, by connecting a plurality of stages of charge discharge amplifiers according to any one of the first to third embodiments of the present invention, gain in amplification is improved and voltage comparison accuracy is improved. . Further, the same effects as those of the first to fourth embodiments can be obtained.

[実施の形態6]
図12は、この発明の実施の形態6に従う半導体集積回路の構成を概略的に示す図である。この図12に示す半導体集積回路は、容量アレイを利用する逐次比較型ADC(アナログ/デジタル変換器)である。図12において、逐次比較型ADCは、比較基準電圧VCOMMと基準電圧VREF1とを比較する比較器90と、比較器90の出力信号DOUTに従って比較基準電圧を生成する動作および比較結果を示すデータを生成する逐次比較レジスタ/ロジック95と、この逐次比較レジスタ/ロジック95からの出力データ信号に従って接続経路を切換えるスイッチアレイ100と、スイッチアレイ100の接続経路に従って容量結合により比較基準電圧VCOMMの電圧レベルを調整する容量アレイ110を含む。
[Embodiment 6]
FIG. 12 schematically shows a structure of a semiconductor integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor integrated circuit shown in FIG. 12 is a successive approximation ADC (analog / digital converter) using a capacitor array. In FIG. 12, the successive approximation ADC generates a comparator 90 that compares the comparison reference voltage VCOMM and the reference voltage VREF1, an operation that generates the comparison reference voltage according to the output signal DOUT of the comparator 90, and data that indicates the comparison result. The successive approximation register / logic 95, the switch array 100 for switching the connection path in accordance with the output data signal from the successive approximation register / logic 95, and adjusting the voltage level of the comparison reference voltage VCOMM by capacitive coupling in accordance with the connection path of the switch array 100 The capacitor array 110 is included.

比較器90は、図10に示す比較器(コンパレータ)の構成を有し、比較基準電圧VCOMMおよび基準電圧VREF1をそれぞれ入力信号VIPおよびVINとして受け、内部の縦続接続される複数段の増幅器を用いて増幅した後、内部のラッチによりラッチして出力信号DOUTを生成する。   Comparator 90 has the configuration of the comparator (comparator) shown in FIG. 10, receives comparison reference voltage VCOMM and reference voltage VREF1 as input signals VIP and VIN, respectively, and uses a plurality of cascaded internal amplifiers. Are amplified by an internal latch to generate an output signal DOUT.

逐次比較レジスタ/ロジック95は、比較器90の出力信号DOUTに従って、その出力ノードD00、D0−D11に対する内部の変換結果データビットの設定および比較対象ビットの設定を実行する。なお、この図12に示すADCにおいては、出力データは12ビットであり、出力ビットD0−D11とダミー出力ビットD00を有する構成を一例として示す。しかしながら、ADCは、12ビットADCではなく、他のビットのADCであってもよい。   The successive approximation register / logic 95 sets internal conversion result data bits and comparison target bits for the output nodes D00 and D0 to D11 in accordance with the output signal DOUT of the comparator 90. In the ADC shown in FIG. 12, the output data is 12 bits, and a configuration having output bits D0 to D11 and dummy output bits D00 is shown as an example. However, the ADC may be an ADC of other bits instead of the 12-bit ADC.

スイッチアレイ100は、逐次比較レジスタ/ロジック95の出力ノードD00、D0−D11それぞれに対して設けられるスイッチSb0、Sa0−Sa11を含む。これらのスイッチSb0、Sa0−Sa11は、3入力端子を有し、接地電圧VSS、変換対象入力電圧VIPおよび基準電圧VRF2のいずれかを、逐次比較レジスタ/ロジック95の対応の出力ノードからの制御信号に従って選択する。   Switch array 100 includes switches Sb0 and Sa0 to Sa11 provided for output nodes D00 and D0 to D11 of successive approximation register / logic 95, respectively. These switches Sb0, Sa0-Sa11 have three input terminals, and any one of the ground voltage VSS, the conversion target input voltage VIP and the reference voltage VRF2 is a control signal from the corresponding output node of the successive approximation register / logic 95. Select according to.

容量アレイ110は、スイッチSb0、Sa0−Sa11それぞれに対応して設けられる容量素子C00、C0−C11と、比較対象電圧線112aおよび112bの間に接続される結合容量素子Ccを有する。この比較対象電圧線112aおよび112bには、それぞれスイッチS2およびS1が設けられ、比較対象電圧線112aおよび112bは、プリチャージ時、基準電圧VREF0にプリチャージされる。   The capacitive array 110 includes capacitive elements C00 and C0 to C11 provided corresponding to the switches Sb0 and Sa0 to Sa11, respectively, and a coupling capacitive element Cc connected between the comparison target voltage lines 112a and 112b. The comparison target voltage lines 112a and 112b are provided with switches S2 and S1, respectively. The comparison target voltage lines 112a and 112b are precharged to the reference voltage VREF0 during precharging.

容量素子C6−C11が比較対象電圧線112aに結合され、容量素子C00およびC0−C5が比較対象電圧線112bに結合される。この比較対象電圧線112aおよび112bに分割し、間に結合容量素子Ccを配置する。   Capacitance elements C6-C11 are coupled to comparison target voltage line 112a, and capacitance elements C00 and C0-C5 are coupled to comparison target voltage line 112b. The comparison target voltage lines 112a and 112b are divided, and the coupling capacitor element Cc is arranged therebetween.

一般に、容量素子C11−C0は、それぞれの容量値が対応のビット位置に応じて重み付けされる。容量素子Cn(n=0−11)は、2^n・C0の容量値を有するが、10ビット以上の分解能を持つ場合、容量アレイが巨大となる。そこで、容量素子Ccを用いて容量素子C0からC11の総容量を削減する。容量素子は、それぞれCn(n=0−5)=C2n+1=2^n・C0の容量値を有することができる。ここで、記号“^”は、べき乗を示す。Cc=64/63・C0とすることにより、容量素子Ccによって分割された容量アレイは、容量素子Cn(n=0−11)は2^n・C0の容量値を有する容量アレイと同等の機能を有する。従って、以下においては、説明の簡単化のために、Cn(n=0−11)=2^n・C0として説明を行う。ダミー出力ビットD00に対して設けられる容量素子C00は、ダミー容量であり、容量素子C0と同じ容量値を有する。このダミー容量によりC00により、2進探索法による比較基準電圧を生成することができる。   In general, the capacitance values of the capacitive elements C11 to C0 are weighted according to the corresponding bit positions. The capacitive element Cn (n = 0-11) has a capacitance value of 2 ^ n · C0, but if it has a resolution of 10 bits or more, the capacitive array becomes huge. Therefore, the total capacity of the capacitive elements C0 to C11 is reduced using the capacitive element Cc. The capacitive elements can have capacitance values of Cn (n = 0-5) = C2n + 1 = 2 ^ n · C0. Here, the symbol “^” indicates a power. By setting Cc = 64/63 · C0, the capacitive array divided by the capacitive element Cc has the same function as the capacitive array in which the capacitive element Cn (n = 0-11) has a capacitance value of 2 ^ n · C0. Have Therefore, in the following description, Cn (n = 0-11) = 2 ^ n · C0 will be described for the sake of simplicity. The capacitive element C00 provided for the dummy output bit D00 is a dummy capacitance and has the same capacitance value as the capacitive element C0. A comparison reference voltage based on the binary search method can be generated by C00 using this dummy capacitor.

図13は、図12に示す逐次比較型ADCの1つの変換対象入力電圧VIPについてのアナログ/デジタル変換動作を示すフロー図である。以下、図13を参照して、図12に示す逐次比較型ADCのA/D変換動作について説明する。ここで、基準電圧VREF0、VREF1およびVREF2は、全て同一電圧レベルとする。   FIG. 13 is a flowchart showing an analog / digital conversion operation for one conversion target input voltage VIP of the successive approximation ADC shown in FIG. Hereinafter, the A / D conversion operation of the successive approximation ADC shown in FIG. 12 will be described with reference to FIG. Here, the reference voltages VREF0, VREF1, and VREF2 are all at the same voltage level.

アナログ入力電圧VIPに対する変換サイクルが始まると、逐次比較レジスタ/ロジック95は、変換後のデジタルデータの最上位ビットを指定するため、nを11に設定する(ステップST1)。   When the conversion cycle for the analog input voltage VIP starts, the successive approximation register / logic 95 sets n to 11 in order to designate the most significant bit of the converted digital data (step ST1).

次いで、逐次比較レジスタ/ロジック95は、スイッチS1およびS2をオン(ON)状態に設定し、比較対象電圧線112aおよび112bを、基準電圧VREF0に充電する。また、このとき、逐次比較レジスタ/ロジック95は、その出力ノードD00、D0−D11からの出力データビットdd0、d0−d11の状態を設定し、スイッチSb0およびSa0−Sa11に、アナログ入力電圧VIPを選択させる(ステップST2)。これにより、容量素子C00およびC0−C11には、アナログ入力電圧VIPの電圧レベルに応じた電荷が蓄積される。前述のように、容量素子C0−C11は、そのビット位置に対応しており、その容量値は、ビット位置に応じた重みを有しており、また、ダミー容量素子C00は、1LSBに対応する容量値を有する容量素子C0と同じ容量値を有する。これらの容量素子C00およびC0の容量値をCとすると、容量素子Ciは、容量値C・2^iを有する。   Next, the successive approximation register / logic 95 sets the switches S1 and S2 to the ON state, and charges the comparison target voltage lines 112a and 112b to the reference voltage VREF0. At this time, the successive approximation register / logic 95 sets the states of the output data bits dd0 and d0 to d11 from the output nodes D00 and D0 to D11, and applies the analog input voltage VIP to the switches Sb0 and Sa0 to Sa11. Select (step ST2). As a result, charges corresponding to the voltage level of the analog input voltage VIP are accumulated in the capacitive elements C00 and C0 to C11. As described above, the capacitive elements C0 to C11 correspond to the bit positions, the capacitance values have a weight corresponding to the bit positions, and the dummy capacitive element C00 corresponds to 1LSB. The capacitance element C0 has the same capacitance value as the capacitance element C0. When the capacitance values of these capacitance elements C00 and C0 are C, the capacitance element Ci has a capacitance value C · 2 ^ i.

次いで、逐次比較レジスタ/ロジック95は、スイッチS1およびS2を非導通状態(OFF状態)に設定し、比較対象電圧線112aおよび112bの基準電圧VREF0からの充電を停止させる。また、スイッチSb0は、対応のビットdd0が“0”に設定され、接地電圧VSSを選択する状態に維持される(ステップST3)。このステップST1−ST3により、比較対象電圧線112a−112bのプリチャージが完了する。なお、スイッチSb0が接地電圧VSSを選択するため、比較対象電圧線112aおよび112bへの電圧VCOMは、ダミー容量素子C00の容量結合により、その電圧レベルがLSB/2に相当する電圧レベル分低下する。なお、この状態は、実際には容量素子C11の比較動作の最初のシーケンスに含まれる。   Next, the successive approximation register / logic 95 sets the switches S1 and S2 to the non-conduction state (OFF state), and stops the charging of the comparison target voltage lines 112a and 112b from the reference voltage VREF0. Further, the switch Sb0 is maintained in a state where the corresponding bit dd0 is set to “0” and the ground voltage VSS is selected (step ST3). By this step ST1-ST3, the precharge of the comparison target voltage lines 112a-112b is completed. Since the switch Sb0 selects the ground voltage VSS, the voltage VCOM to the comparison target voltage lines 112a and 112b is lowered by the voltage level corresponding to LSB / 2 due to capacitive coupling of the dummy capacitive element C00. . This state is actually included in the first sequence of the comparison operation of the capacitive element C11.

次いで、スイッチアレイ100および容量アレイ110および逐次比較レジスタ/ロジックで構成されるDAC(デジタル/アナログ変換器)においてスイッチSanを基準電圧VREF2を選択する状態に設定し(ビットdnを“1”に設定する)、残りのスイッチSa(n−1)−Sa0を、ビットd(n−1)−d0を“0”に設定して、接地電圧VSSを選択する状態に設定する(ステップST4)。   Next, in a DAC (digital / analog converter) composed of the switch array 100, the capacitor array 110, and the successive approximation register / logic, the switch San is set to a state for selecting the reference voltage VREF2 (the bit dn is set to “1”). The remaining switches Sa (n-1) -Sa0 are set to a state of selecting the ground voltage VSS by setting the bits d (n-1) -d0 to "0" (step ST4).

このスイッチの接続経路の設定により、接地ノードに結合される容量素子により比較基準電圧線112aおよび112bの電圧レベルが低下し、また基準電圧源VREF2に接続される容量素子により比較基準電圧線112aおよび112bの電圧レベルが上昇し、これらの容量素子の間で電荷が再配分される。今、nが最上位ビットを示す11であるため、基準電圧源VREF2と接地ノードの間で、容量素子C11が、容量素子C00およびC0−C10の合成容量と直列に接続され、電荷の再配分が行なわれる。この場合、容量素子C11の容量値は、(2^11)・Cであり、残りの容量素子C00およびC0−C10の容量値の和と等しく、比較対象電圧線112aおよび112bの電圧VCOMMは、次式で表わされる:
VCOMM=VREF0−VIP+(VREF2/2).
上式の右辺第1および第2項によりスイッチSb0およびSa0−Sa11が全て接地電圧を選択する状態に設定されたときの比較対象電圧を示す、上式右辺第3項が、この状態で、スイッチSa11が基準電圧VREF2を選択する状態に設定されたときの比較基準電圧VCOMMを示す。
By setting the connection path of this switch, the voltage level of the comparison reference voltage lines 112a and 112b is lowered by the capacitive element coupled to the ground node, and the comparison reference voltage line 112a and the capacitance level connected to the reference voltage source VREF2 are reduced. The voltage level of 112b rises and charges are redistributed among these capacitive elements. Since n is 11 indicating the most significant bit, the capacitive element C11 is connected in series with the combined capacitance of the capacitive elements C00 and C0-C10 between the reference voltage source VREF2 and the ground node, and charge redistribution Is done. In this case, the capacitance value of the capacitive element C11 is (2 ^ 11) · C, which is equal to the sum of the capacitance values of the remaining capacitive elements C00 and C0-C10, and the voltage VCOMM of the comparison target voltage lines 112a and 112b is It is represented by the following formula:
VCOMM = VREF0−VIP + (VREF2 / 2).
The third term on the right side of the above equation indicates the voltage to be compared when the switches Sb0 and Sa0-Sa11 are all set to the ground voltage selection state by the first and second terms on the right side of the above equation. The comparison reference voltage VCOMM when Sa11 is set to select the reference voltage VREF2 is shown.

次いで、比較器90において、この比較対象電圧VCOMMと基準電圧VREF1の比較を行い、比較結果を示す信号DOUTが生成される。逐次比較レジスタ/ロジック95に含まれるロジックは、この比較器90の出力信号DOUTの論理値が“0”および“1”のいずれであるかに基づいて、比較対象電圧VCOMMが基準電圧VREF1よりも高いかを判定する(ステップST5)。比較対象電圧VCOMMが基準電圧VREF1よりも高いときには、このスイッチSanの状態が基準電圧VREF2を選択する状態に維持され、すなわち、対応の出力データビットdnが“0”に維持される。一方、比較基準電圧VCOMMが、基準電圧VREF1よりも低い場合には、このスイッチSanは、対応のデータビットdnが“1”に設定され、接地電圧VSSを選択する状態に設定される(ステップST6)。   Next, the comparator 90 compares the comparison target voltage VCOMM with the reference voltage VREF1, and generates a signal DOUT indicating the comparison result. The logic included in the successive approximation register / logic 95 is configured such that the comparison target voltage VCOMM is higher than the reference voltage VREF1 based on whether the output signal DOUT of the comparator 90 is “0” or “1”. It is determined whether it is high (step ST5). When the comparison target voltage VCOMM is higher than the reference voltage VREF1, the state of the switch San is maintained to select the reference voltage VREF2, that is, the corresponding output data bit dn is maintained at “0”. On the other hand, when the comparison reference voltage VCOMM is lower than the reference voltage VREF1, the switch San is set to a state in which the corresponding data bit dn is set to “1” and the ground voltage VSS is selected (step ST6). ).

次いで、変換対象ビットを1ビット下位側にずらせるため、nを(n−1)で置換する(ステップST7)。次いで、このビット位置nが0以上であるかの判定が行なわれる(ステップST8)。ビット位置を示す値nが、0以上のときには、まだ最下位ビットの変換動作が実行されていないため、再びステップST4へ戻り、上述の比較基準電圧VCOMMの変換および比較動作が実行される。   Next, n is replaced with (n−1) in order to shift the bit to be converted to the lower side by 1 bit (step ST7). Next, it is determined whether the bit position n is 0 or more (step ST8). When the value n indicating the bit position is 0 or more, since the conversion operation of the least significant bit has not been performed yet, the process returns to step ST4, and the conversion and comparison operations of the comparison reference voltage VCOMM are performed.

一方、ステップST8において、ビット位置を示す値nが非正の値のときには、最下位ビットの変換が完了しているため、スイッチSa0−San(=Sa11)のスイッチの状態を出力する(ステップST9)。すなわち、逐次比較レジスタ/ロジック95に含まれる逐次比較レジスタのラッチデータd0−d11がアナログ入力電圧VIPのデジタル変換値として出力される。   On the other hand, in step ST8, when the value n indicating the bit position is a non-positive value, since the conversion of the least significant bit is completed, the state of the switches Sa0-San (= Sa11) is output (step ST9). ). That is, the latch data d0 to d11 of the successive approximation register included in the successive approximation register / logic 95 is output as a digital conversion value of the analog input voltage VIP.

図14は、図12に示す逐次比較型ADCの変換時の比較対象電圧VCOMMの変化シーケンスの一例を示す図である。   FIG. 14 is a diagram illustrating an example of a change sequence of the comparison target voltage VCOMM during the conversion of the successive approximation ADC illustrated in FIG.

この図14においても、基準電圧VREF0、VREF1およびVREF2はすべて同じ電圧レベルに設定されている。   Also in FIG. 14, the reference voltages VREF0, VREF1, and VREF2 are all set to the same voltage level.

先ず、初期化時、比較基準電圧VCOMMは、図12に示すスイッチS1およびS2により基準電圧VREF0にプリチャージされる。次いで、図12に示すスイッチSb0、Sa0−Sa11を、すべて、アナログ入力電圧VIPを選択する状態から接地電圧VSSを選択する状態に設定する。応じて、比較基準電圧VCOMMは、プリチャージ電圧VREF0からアナログ入力電圧VIPの電圧レベルだけ低下する。   First, at the time of initialization, the comparison reference voltage VCOMM is precharged to the reference voltage VREF0 by the switches S1 and S2 shown in FIG. Next, the switches Sb0 and Sa0 to Sa11 shown in FIG. 12 are all set from the state in which the analog input voltage VIP is selected to the state in which the ground voltage VSS is selected. Accordingly, comparison reference voltage VCOMM decreases from precharge voltage VREF0 by the voltage level of analog input voltage VIP.

ここで、図13に示すように初期化シーケンスにおいては、スイッチSb0が接地電圧VSSを選択する状態に設定されるだけであり、この場合、比較対象電圧VCOMMは、図14において一点鎖線で示すように、このプリチャージ電圧VREF0から、少し低下するだけである。この状態は、実際の動作においては容量素子C12の比較シーケンスに含まれ、実際には出力されない。   Here, in the initialization sequence as shown in FIG. 13, only the switch Sb0 is set to a state for selecting the ground voltage VSS. In this case, the comparison target voltage VCOMM is shown by a one-dot chain line in FIG. Further, it is only slightly reduced from the precharge voltage VREF0. This state is included in the comparison sequence of the capacitive element C12 in actual operation, and is not actually output.

次いで、比較動作開始時、スイッチSa0−Sa(n−1)がすべて接地電圧を選択する状態に設定されるとともに、スイッチSanが基準電圧VREF2(=VREF0)を選択する状態に設定される。このときの比較対象電圧VCOMMは、VREF0−VIP+VREF0/2である。この1回目の比較動作時において比較対象電圧VCOMMと基準電圧VREF1(=VREF0)の大小比較が行なわれる。この比較動作時、VCOMM−VREF0=VREF0−VIPであり、基準電圧とアナログ入力電圧との比較が行われており、変換後の最上位ビットが“1”であるかの識別が行われる。   Next, at the start of the comparison operation, all the switches Sa0-Sa (n-1) are set to a state for selecting the ground voltage, and the switch San is set to a state for selecting the reference voltage VREF2 (= VREF0). The comparison target voltage VCOMM at this time is VREF0−VIP + VREF0 / 2. In the first comparison operation, the comparison target voltage VCOMM and the reference voltage VREF1 (= VREF0) are compared in magnitude. During this comparison operation, VCOMM-VREF0 = VREF0-VIP, the reference voltage is compared with the analog input voltage, and it is identified whether the most significant bit after conversion is "1".

図14においては、比較対象電圧VCOMMの電圧レベルは、基準電圧VREF1(=VREF0)よりも低いため、最上位ビットd11は“1”に維持された状態で、次のビットd10が“1”に設定され、残りのビットd9−d0、およびdd0がすべて“0”に維持される。   In FIG. 14, since the voltage level of the comparison target voltage VCOMM is lower than the reference voltage VREF1 (= VREF0), the next bit d10 is set to “1” while the most significant bit d11 is maintained at “1”. The remaining bits d9-d0 and dd0 are all maintained at “0”.

次いで2回目の比較動作時において、上位ビットd11およびd10がともに“1”であり、残りのビットd9−d0が“0”である。この状態においては、基準電圧源VREF0(=VREF2;電源ノードと対応の電圧を同一参照符号で示す)と比較対象電圧線の間に、容量素子C11およびC10が並列に接続され、また比較対象電圧線と接地ノードの間に、残りの容量素子C9−C0およびC00が並列に接続される。この容量素子C10の容量結合および電荷再配分により、比較基準電圧VCOMMが、電圧VREF0/4だけ上昇し、基準電圧VREF1との比較動作が行なわれる。   Next, in the second comparison operation, both the upper bits d11 and d10 are “1”, and the remaining bits d9 to d0 are “0”. In this state, the capacitive elements C11 and C10 are connected in parallel between the reference voltage source VREF0 (= VREF2; the voltage corresponding to the power supply node is indicated by the same reference symbol) and the comparison target voltage line. The remaining capacitive elements C9-C0 and C00 are connected in parallel between the line and the ground node. By this capacitive coupling and charge redistribution of the capacitive element C10, the comparison reference voltage VCOMM rises by the voltage VREF0 / 4, and the comparison operation with the reference voltage VREF1 is performed.

図14に示す比較シーケンスにおいては、この2回目の比較動作時においては、比較対象電圧VCOMMが、基準電圧VREF1よりも高いため、ビットd10が“0”に設定され、次いで、ビットd9を“1”に設定して比較動作が行われる。この3回目の比較動作(3ビット目の変換動作)の場合、ビットd10に対する容量素子C10が接地ノードに結合され、次の容量素子C9が比較対象電圧線と比較対象電圧線の間に接続されるため比較対象電圧VCOMMは、電圧VREF0/4低下するとともに、電圧VREF0/8上昇し、したがって、2回目の比較動作時の比較対象電圧VCOMMから、電圧VREF0/8だけ低下した電圧レベルに設定される。この状態で、3回目の比較動作が行なわれ、この比較結果に応じてビットd9が“0”に設定され、次のビットd8が“1”に設定されて4回目の比較動作が行なわれる。このときには、電圧−VREF0/8+VREF0/16の電圧変化が比較対象電圧VCOMMに生じ、3回目の比較動作時よりも、比較基準電圧VCOMMは、VREF0/16だけ電圧レベルが低下する。   In the comparison sequence shown in FIG. 14, in the second comparison operation, since the comparison target voltage VCOMM is higher than the reference voltage VREF1, the bit d10 is set to “0”, and then the bit d9 is set to “1”. The comparison operation is performed by setting to “”. In the third comparison operation (third bit conversion operation), the capacitive element C10 for the bit d10 is coupled to the ground node, and the next capacitive element C9 is connected between the comparison target voltage line and the comparison target voltage line. Therefore, the comparison target voltage VCOMM is decreased to the voltage VREF0 / 4 and increased to the voltage VREF0 / 8. Therefore, the comparison target voltage VCOMM is set to a voltage level that is decreased by the voltage VREF0 / 8 from the comparison target voltage VCOMM in the second comparison operation. The In this state, the third comparison operation is performed, the bit d9 is set to "0" according to the comparison result, the next bit d8 is set to "1", and the fourth comparison operation is performed. At this time, a voltage change of the voltage −VREF0 / 8 + VREF0 / 16 occurs in the comparison target voltage VCOMM, and the voltage level of the comparison reference voltage VCOMM is decreased by VREF0 / 16 than in the third comparison operation.

次いで、この4回目の比較結果に従ってビットd8が“1”に維持されたまま、次のビットd7が“1”に設定されて5回目の比較動作が行なわれる。   Next, the next bit d7 is set to "1" while the bit d8 is maintained at "1" according to the fourth comparison result, and the fifth comparison operation is performed.

したがって、この比較動作時においては、比較対象電圧VCOMMは、次式で表わされる電圧レベルとなる。   Therefore, during this comparison operation, the comparison target voltage VCOMM has a voltage level represented by the following equation.

Figure 0004982830
Figure 0004982830

図14に示す比較動作が、必要な分解能(本実施例では12ビット分)の回数繰返し実行される。   The comparison operation shown in FIG. 14 is repeatedly performed for the necessary resolution (for this example, 12 bits).

最終的に、必要な分解能の変換動作が完了すると、すなわち最下位ビットの変換動作が完了すると、各スイッチの状態は、アナログ入力電圧VINをデジタル変換した値に対応しており、逐次比較レジスタ/ロジック95に含まれるレジスタに格納されるデータビットd0−d11がデジタル変換値として出力される。   Finally, when the conversion operation with the necessary resolution is completed, that is, when the least significant bit conversion operation is completed, the state of each switch corresponds to the value obtained by digitally converting the analog input voltage VIN, and the successive approximation register / Data bits d0 to d11 stored in a register included in the logic 95 are output as digitally converted values.

[変更例]
図15は、この発明の実施の形態6に従う逐次比較型ADCの変換シーケンスの変更例を概略的に示す図である。図15においては、A/D変換シーケンスにおける初期化シーケンス時の比較対象電圧線に対する容量素子の接続態様を示す。この比較対象電圧線112に対し、基準電圧VREF0をプリチャージされるとき、容量素子Caは、アナログ入力電圧VIPを受け、一方容量素子Cbは、接地ノードに結合される。ここで容量CaおよびCbは、図12に示すキャパシタアレイの容量素子の合成容量を示す。この比較対象電圧線112のプリチャージ後、スイッチングアレイ(100)により、容量素子Caの対応のスイッチをアナログ入力電圧VIPから接地電圧VSS(=0V)を選択する状態に設定する。この場合、比較対象電圧線112の比較対象電圧VCOMMの電圧レベルは、容量素子CaおよびCbの電荷再配分により、Ca・VIP/(Ca+Cb)だけ低下する。このときの比較基準電圧VCOMMは、次式で表わされる:
VREF0−Ca・VIP/(Ca+Cb)
この比較基準電圧VCOMMを、正の電圧レベルに維持するため、アナログ入力電圧VIPの最大電圧VIP_MAXは、次式で表わされる。
[Example of change]
FIG. 15 schematically shows a modification of the conversion sequence of the successive approximation ADC according to the sixth embodiment of the present invention. FIG. 15 shows how the capacitive element is connected to the voltage line to be compared during the initialization sequence in the A / D conversion sequence. When reference voltage VREF0 is precharged for voltage line 112 to be compared, capacitive element Ca receives analog input voltage VIP, while capacitive element Cb is coupled to the ground node. Here, the capacitors Ca and Cb indicate the combined capacitance of the capacitor elements of the capacitor array shown in FIG. After the comparison target voltage line 112 is precharged, the switch corresponding to the capacitive element Ca is set to a state in which the ground voltage VSS (= 0 V) is selected from the analog input voltage VIP by the switching array (100). In this case, the voltage level of the comparison target voltage VCOMM of the comparison target voltage line 112 decreases by Ca · VIP / (Ca + Cb) due to charge redistribution of the capacitive elements Ca and Cb. The comparison reference voltage VCOMM at this time is expressed by the following equation:
VREF0-Ca · VIP / (Ca + Cb)
In order to maintain the comparison reference voltage VCOMM at a positive voltage level, the maximum voltage VIP_MAX of the analog input voltage VIP is expressed by the following equation.

VIP_MAX=VREF0・(Ca+Cb)/Ca
したがって、容量素子CaおよびCbのサンプリング時のスイッチ制御情報をa0−a11で表わし、ビットaiが“1”のとき、対応のスイッチSaiがアナログ入力電圧VIPを選択し、ビットaiが“0”のとき、対応のスイッチSaiが、接地電圧VSSを選択すると、このアナログ入力電圧VIPの最大電圧VIP_MAXは、次式で表わされる:
VIP_MAX = VREF0 · (Ca + Cb) / Ca
Therefore, the switch control information at the time of sampling of the capacitive elements Ca and Cb is represented by a0-a11. When the bit ai is “1”, the corresponding switch Sai selects the analog input voltage VIP, and the bit ai is “0”. When the corresponding switch Sai selects the ground voltage VSS, the maximum voltage VIP_MAX of the analog input voltage VIP is expressed by the following equation:

Figure 0004982830
Figure 0004982830

したがって、この状態において、サンプリング可能なアナログ入力電圧の電圧範囲を大きくすることができる。   Therefore, in this state, the voltage range of the analog input voltage that can be sampled can be increased.

なお、上述のA/D変換シーケンスにおいて、基準電圧VREF0、VREF1およびVREF2は、すべて同じ電圧レベルに設定している。しかしながら、基準電圧として、次の関係を満たす基準電圧VREF0−VREF2が用いられてもよい。   In the A / D conversion sequence described above, the reference voltages VREF0, VREF1, and VREF2 are all set to the same voltage level. However, reference voltages VREF0 to VREF2 that satisfy the following relationship may be used as the reference voltage.


VREF0=VREF1=VDD/2、
VREF2=VDD
以上のように、この発明の実施の形態6に従えば、この発明の実施の形態1から3に示す増幅器を用いてコンパレータを構成し、このコンパレータを用いてアナログ入力電圧をデジタル信号に変換している。したがって、電源ノイズ(VDDS−VSSに重畳する電源電圧)に対するノイズ耐性に優れた正確にデジタル変換を行なうことのできる逐次比較型ADCを実現することができる。

VREF0 = VREF1 = VDD / 2,
VREF2 = VDD
As described above, according to the sixth embodiment of the present invention, a comparator is configured using the amplifiers shown in the first to third embodiments of the present invention, and the analog input voltage is converted into a digital signal using this comparator. ing. Therefore, it is possible to realize a successive approximation ADC capable of accurately performing digital conversion with excellent noise resistance against power supply noise (power supply voltage superimposed on VDDS-VSS).

この発明に係る増幅器は、単に、半導体集積回路における増幅器に適用することにより、電源ノイズ耐性の優れた増幅機能を有する半導体集積回路を実現することができ、車載機器のような電源ノイズの大きな環境に適用することにより、安定に動作する半導体集積回路を実現することができる。   The amplifier according to the present invention can realize a semiconductor integrated circuit having an amplification function with excellent resistance to power supply noise simply by being applied to an amplifier in a semiconductor integrated circuit. As a result, a semiconductor integrated circuit that operates stably can be realized.

また、この発明に係る増幅器を逐次比較型ADCのコンパレータに適用することにより、電源ノイズ耐性に優れた逐次比較型ADCを実現することができる。この逐次比較型ADCを、アナログ回路とデジタル回路が混載される集積回路のアナログ/デジタルインターフェイス部に適用することにより、電源ノイズ耐性に優れたアナログ/デジタル混載集積回路を実現することができる。   Also, by applying the amplifier according to the present invention to the comparator of the successive approximation ADC, it is possible to realize a successive approximation ADC having excellent power supply noise resistance. By applying this successive approximation ADC to an analog / digital interface section of an integrated circuit in which an analog circuit and a digital circuit are mixedly mounted, an analog / digital mixed integrated circuit having excellent power supply noise resistance can be realized.

また、この発明に使用する増幅器および逐次比較ADCは、それぞれ個別部品として利用されてもよい。   The amplifier and successive approximation ADC used in the present invention may be used as individual components.

なお、発明の実施の形態6に示す逐次比較ADCにおいては、容量アレイを利用する電荷再配分型ADCを利用している。しかしながら、他の抵抗素子アレイを利用する逐次比較型ADCであっても、コンパレータ(80)が利用されるため、このコンパレータに、この発明の実施の形態1から5に従う増幅器および/またはコンパレータが適用されてもよい。   In the successive approximation ADC shown in the sixth embodiment of the present invention, a charge redistribution type ADC using a capacitor array is used. However, since the comparator (80) is used even in the successive approximation type ADC using another resistive element array, the amplifier and / or the comparator according to the first to fifth embodiments of the present invention is applied to this comparator. May be.

1a,1b 入力ノード、4 定電流段、MP1,MP2 PチャネルMOSトランジスタ(差動トランジスタ対)、MPC1−MPC3 PチャネルMOSトランジスタ(電流制御トランジスタ)、MN1,MN2 NチャネルMOSトランジスタ(プリチャージトランジスタ)、10 定電流段、AP3,AP4 PチャネルMOSトランジスタ(プリチャージトランジスタ)、CL3,CL4 容量素子、NM3,NM4 NチャネルMOSトランジスタ(差動トランジスタ対)、NMC1−NMC3 NチャネルMOSトランジスタ(伝熱制御トランジスタ)、20 増幅器本体、25 バイアス回路、APC3,APC4 PチャネルMOSトランジスタ、NMC4 NチャネルMOSトランジスタ、NPC4 PチャネルMOSトランジスタ、50 増幅器、60 ラッチ、50A,50B 電荷放電型増幅器、70 ラッチ型増幅器、75 バッファ回路、80 RSフリップフロップ、90 コンパレータ、95 逐次比較レジスタ/ロジック、100 スイッチアレイ、110 容量アレイ。   1a, 1b Input node, 4 constant current stage, MP1, MP2 P channel MOS transistor (differential transistor pair), MPC1-MPC3 P channel MOS transistor (current control transistor), MN1, MN2 N channel MOS transistor (precharge transistor) 10 constant current stage, AP3, AP4 P-channel MOS transistor (precharge transistor), CL3, CL4 capacitive element, NM3, NM4 N-channel MOS transistor (differential transistor pair), NMC1-NMC3 N-channel MOS transistor (heat transfer control) Transistor), 20 amplifier body, 25 bias circuit, APC3, APC4 P-channel MOS transistor, NMC4 N-channel MOS transistor, NPC4 P-channel MOS transistor , 50 amplifier, 60 a latch, 50A, 50B charge discharging amplifier, 70 a latch type amplifier, 75 a buffer circuit, 80 RS flip-flop, 90 a comparator, 95 successive approximation register / logic 100 switch array, 110 capacitor array.

Claims (5)

第1および第2の入力電圧を受けて相補的に増幅して出力する増幅回路を少なくとも1段備え、
前記増幅回路は、
前記第1および第2の入力電圧をそれぞれの制御電極に受ける1対の差動トランジスタと、
前記1対の差動トランジスタと第1の電源との間に結合され、第1の制御信号に応答して導通して前記1対の差動トランジスタと前記第1電源との間に一定の電流を流す定電流段と、
前記1対の差動トランジスタそれぞれに電気的に接続され、それぞれが、前記1対の差動トランジスタの対応のトランジスタを流れる電流量に応じて充電または放電される1対の容量素子と、
前記1対の容量素子と第2の電源との間に結合され、第2の制御信号に応答して、前記1対の容量素子の前記差動トランジスタに電気的に結合される電極を前記第2の電源に電気的に結合する1対のプリチャージトランジスタとを備え
前記定電流段は、
前記1対の差動トランジスタと前記第1の電源との間に直列に接続される第1および第2のトランジスタを備え、
前記第1のトランジスタは、前記1対の差動トランジスタに結合されるとともに前記第1の制御信号に応答して選択的に導通し、前記第2のトランジスタは前記第1の電源に結合されて前記一定の電流を流す、半導体集積回路。
An amplifying circuit that receives the first and second input voltages, complementarily amplifies and outputs the at least one stage;
The amplifier circuit is
A pair of differential transistors that receive the first and second input voltages at their respective control electrodes;
A current is coupled between the pair of differential transistors and a first power supply, and conducts in response to a first control signal to provide a constant current between the pair of differential transistors and the first power supply. A constant current stage for
A pair of capacitive elements electrically connected to each of the pair of differential transistors, each charged or discharged according to an amount of current flowing through a corresponding transistor of the pair of differential transistors;
An electrode coupled between the pair of capacitive elements and a second power source and electrically coupled to the differential transistor of the pair of capacitive elements in response to a second control signal. A pair of precharge transistors electrically coupled to the two power sources ;
The constant current stage is:
Comprising first and second transistors connected in series between the pair of differential transistors and the first power supply;
The first transistor is coupled to the pair of differential transistors and selectively conducts in response to the first control signal, and the second transistor is coupled to the first power source. flowing the constant current, semi-conductor integrated circuit.
第1および第2の入力電圧を受けて相補的に増幅して出力する増幅回路を少なくとも1段備え、
前記増幅回路は、
前記第1および第2の入力電圧をそれぞれの制御電極に受ける1対の差動トランジスタと、
前記1対の差動トランジスタと第1の電源との間に結合され、第1の制御信号に応答して導通して前記1対の差動トランジスタと前記第1電源との間に一定の電流を流す定電流段と、
前記1対の差動トランジスタそれぞれに電気的に接続され、それぞれが、前記1対の差動トランジスタの対応のトランジスタを流れる電流量に応じて充電または放電される1対の容量素子と、
前記1対の容量素子と第2の電源との間に結合され、第2の制御信号に応答して、前記1対の容量素子の前記差動トランジスタに電気的に結合される電極を前記第2の電源に電気的に結合する1対のプリチャージトランジスタとを備え
前記定電流段は、
前記第1の電源と前記1対の差動トランジスタとの間に結合され、自身の制御電極の電圧レベルが前記第1の電源の電圧レベルのとき非導通状態となる第1のトランジスタと、
前記第1の制御信号に従って前記第1のトランジスタの制御電極を前記第1の電源の電圧レベルおよび定電流バイアス電圧レベルのいずれかに設定する第1の制御トランジスタと、
前記第1の制御信号に従って前記第1のトランジスタの制御電極とリファレンス電流源とを選択的に結合するとともに、自身の制御電極の電圧レベルが前記第1の電源の電圧レベルのときに導通状態となる、前記第1の制御トランジスタと逆極性の第2の制御トランジスタと、
自身の制御電極が前記第1のトランジスタの制御電極に結合され、前記第2の制御トランジスタの導通時前記リファレンス電流源に結合されて前記第1のトランジスタの制御電極の電圧を前記定電流バイアス電圧レベルに設定する、前記第1の制御トランジスタと同極性の第3の制御トランジスタを備える、半導体集積回路。
An amplifying circuit that receives the first and second input voltages, complementarily amplifies and outputs the at least one stage;
The amplifier circuit is
A pair of differential transistors that receive the first and second input voltages at their respective control electrodes;
A current is coupled between the pair of differential transistors and a first power supply, and conducts in response to a first control signal to provide a constant current between the pair of differential transistors and the first power supply. A constant current stage for
A pair of capacitive elements electrically connected to each of the pair of differential transistors, each charged or discharged according to an amount of current flowing through a corresponding transistor of the pair of differential transistors;
An electrode coupled between the pair of capacitive elements and a second power source and electrically coupled to the differential transistor of the pair of capacitive elements in response to a second control signal. A pair of precharge transistors electrically coupled to the two power sources ;
The constant current stage is:
A first transistor coupled between the first power supply and the pair of differential transistors, wherein the first transistor is nonconductive when the voltage level of its control electrode is the voltage level of the first power supply;
A first control transistor that sets a control electrode of the first transistor to one of a voltage level of the first power supply and a constant current bias voltage level in accordance with the first control signal;
The control electrode of the first transistor and the reference current source are selectively coupled according to the first control signal, and the conductive state is established when the voltage level of the control electrode of the first transistor is the voltage level of the first power source. A second control transistor having a polarity opposite to that of the first control transistor,
The control electrode of the first transistor is coupled to the control electrode of the first transistor, and the control electrode of the first transistor is coupled to the reference current source when the second control transistor is turned on so that the voltage of the control electrode of the first transistor is the constant current bias voltage. set level, and a third control transistor having the same polarity as the first control transistor, the semi-conductor integrated circuit.
前記1対の容量素子の前記プリチャージトランジスタに結合される電極は、前記増幅回路の出力ノードに結合され、
前記半導体集積回路は、さらに、
前記増幅回路の出力ノードの電圧をラッチするラッチ回路をさらに備える、請求項1または2記載の半導体集積回路。
An electrode coupled to the precharge transistor of the pair of capacitive elements is coupled to an output node of the amplifier circuit;
The semiconductor integrated circuit further includes:
Further comprising a latch circuit for latching the voltage at the output node of the amplifier circuit, the semiconductor integrated circuit according to claim 1 or 2 wherein.
前記増幅回路は、複数段配置され、前記複数段の増幅回路は互いに縦続接続され、
前記半導体集積回路は、さらに、
前記複数段の増幅回路の最終段の増幅回路の出力ノードからの電圧信号をラッチするラッチ回路を備える、請求項1または2記載の半導体集積回路。
The amplifier circuits are arranged in a plurality of stages, and the amplifier circuits in the plurality of stages are connected in cascade with each other,
The semiconductor integrated circuit further includes:
3. The semiconductor integrated circuit according to claim 1, further comprising a latch circuit that latches a voltage signal from an output node of the final stage amplifier circuit of the plurality of stages of amplifier circuits.
少なくとも1ビットのデータを出力する逐次比較レジスタ回路と、
アナログ入力電圧および前記逐次比較レジスタ回路の出力データに基づいて比較対象電圧を生成するデジタル/アナログ変換部をさらに備え、
前記増幅回路は、
前記1対の差動トランジスタの制御電極に前記第1および第2の入力電圧として前記比較対象電圧および基準電圧をそれぞれ受け、
前記逐次比較レジスタ回路は、前記ラッチ回路から与えられた信号に基づいて前記データを生成して、前記アナログ入力電圧のデジタル変換結果を示すデータを生成する、請求項記載の半導体集積回路。
A successive approximation register circuit that outputs at least one bit of data;
A digital / analog converter that generates a comparison target voltage based on the analog input voltage and the output data of the successive approximation register circuit;
The amplifier circuit is
The comparison target voltage and the reference voltage are respectively received as the first and second input voltages at the control electrodes of the pair of differential transistors,
5. The semiconductor integrated circuit according to claim 4 , wherein the successive approximation register circuit generates the data based on a signal supplied from the latch circuit, and generates data indicating a digital conversion result of the analog input voltage.
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