JP6314720B2 - ダイナミックコンパレータ、レベル変換回路及び制御回路 - Google Patents
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図1には、第1実施形態のダイナミックコンパレータ回路1を示す。ダイナミックコンパレータ回路1は、クロック信号ACKに同期するダイナミック動作により差動入力信号IN,XINを比較するダイナミックコンパレータ部3と、ダイナミックコンパレータ部3をクロック信号ACKにより同期制御する制御回路5とを含んでいる。
制御信号CKCTは、論理和ゲートO1から出力される。論理和ゲートO1の入力端子には、クロック信号ACKおよび制御信号nR1,nR2,nR3,nR4が入力される。
ダイナミックコンパレータ回路1では、クロック信号ACKがローレベルの時に比較動作が行われる。クロック信号ACKがハイレベルからローレベルに遷移すると、制御回路5において、先ず、クロック信号ACKのローレベル遷移に伴い、論理積ゲートA1〜A4は何れもローレベルを出力して制御信号nR1〜nR4はローレベルとなる。これにより、ダイナミックコンパレータ部3のMOSトランジスタMN1〜MN4は何れもオフ状態とされ、ダイナミックコンパレータ部3の接続点nXI,nIおよび差動出力端子XCDT,CDTから接地電圧GNDへの放電経路は遮断される。
(1)クロック信号ACKがローレベルに遷移することに応じて行われる比較動作、およびハイレベルに遷移することに応じて行われるリセット動作の何れの場合においても、先行して制御信号nR1〜nR4がローレベルに遷移した後、制御信号CKCTがローレベルに遷移する(比較動作の場合)。あるいは、先行して制御信号CKCTがハイレベルに遷移した後、制御信号nR1〜nR4がハイレベルに遷移する(リセット動作の場合)。これにより、ダイナミックコンパレータ部3において、差動出力端子XCDT,CDT及び接続点nXI,nIを接地電圧GNDに接続するNチャネルMOSトランジスタMN1〜MN4がオフした後、電源電圧AVDを介してバイアス電流が流れるPチャネルMOSトランジスタMP1がオンする(比較動作の場合)。あるいは、PチャネルMOSトランジスタMP1がオフしてバイアス電流が遮断されたのち、NチャネルMOSトランジスタMN1〜MN4がオンして差動出力端子XCDT,CDT及び接続点nXI,nIを接地電圧GNDに接続する(リセット動作の場合)。すなわち、比較動作においては、バイアス電流を流す前にリセット状態が解除され、リセット動作においては、リセットに伴う電荷の放電が行われる前にバイアス電流が遮断される。これにより、リセット動作と比較動作との切り替わりの遷移タイミングを含めて、PチャネルMOSトランジスタMP1とNチャネルMOSトランジスタMN1〜MN4とが同時期にオン状態になることはない。このため、電源電圧AVDから接地電圧GNDに向かって貫通電流が流れることを抑制することができる。
図2には、第2実施形態のダイナミックコンパレータ回路1Aを示す。第1実施形態のダイナミックコンパレータ回路1と同様の構成については同じ符号を付し、以下の説明では詳細な説明を省略する。
以上説明した実施形態によれば、第1実施形態の(1)〜(3)の効果に加えて以下の効果を奏することができる。
図4には、第3実施形態のダイナミックコンパレータ回路1Bを示す。第2実施形態のダイナミックコンパレータ回路1Aと同様の構成については同じ符号を付し、以下の説明では詳細な説明を省略する。
各DC回路1Bのダイナミックコンパレータ部3では、上述したように、外部端子CKRにハイレベルの信号が入力されているときに制御信号SCKがハイレベルに遷移するとリセット動作が行われる一方で、制御信号SCKのローレベルへの遷移に応答して比較動作が行われる。この比較動作では、入力信号INと入力信号XINとが比較され、レベルの高い方の入力信号のレベルが、電源電圧VDDレベルから電源電圧AVDレベルにレベル変換され、その変換後の出力信号がダイナミックコンパレータ部3から出力される。また、上記比較結果に応じて、レベルの低い方の入力信号、つまりローレベルの入力信号と等しいレベルの出力信号がダイナミックコンパレータ部3から出力される。すなわち、ダイナミックコンパレータ部3は、比較動作のときに、相補な信号を差動出力端子XCDT,CDTから出力する。そして、差動出力端子XCDT,CDTから出力される相補な信号(つまり、レベル変換後の信号)は、図示しないラッチ回路等に保持される。
(5)デジタル入力信号DDの論理レベルが1周期以上変化しない場合には、比較動作に移行させないように、制御信号SCKをハイレベルに固定してリセット状態を保持するようにした。これにより、制御信号SCKをハイレベルに固定している期間では、比較動作及びその比較動作に伴うリセット動作との実行が省略されるため、消費電力を低減できる。
図7には、第4実施形態のダイナミックコンパレータ回路1Cを示す。第3実施形態のダイナミックコンパレータ回路1Bと同様の構成については同じ符号を付し、以下の説明では詳細な説明を省略する。
否定論理積ゲートNA1から出力される動作制御信号nRaは、インバータ回路36と、トランジスタSWPのゲート端子とに供給される。インバータ回路36には、動作電源電圧として電源電圧AVD及び接地電圧GNDが供給される。インバータ回路36は、動作制御信号nRaを論理反転させた信号をトランジスタSWNの第1端子に出力する。
各DC回路1Cのダイナミックコンパレータ部3では、制御信号nRのハイレベルへの遷移に応答してリセット動作が行われ、制御信号SCKのローレベルへの遷移に応答して比較動作が行われる。
(7)入力信号DDの論理レベルが1周期前の論理レベルから変化しない場合に、クロック信号ACKの後段への伝達を停止させるのではなく、ダイナミックコンパレータ部3の動作状態を比較動作に設定するためのローレベルの動作制御信号nRaの後段への伝達を停止させるようにした。例えば、論理和ゲートO2及び論理積ゲートA8の入力端子に接続された容量Cpの代わりに、論理積ゲートA31〜A34の入力端子に容量Cp1を設けるようにした。これにより、クロック信号XACKのレベル遷移の高速化を容易に行うことができる。すなわち、例えばインバータ回路34の駆動能力を上げることによってクロック信号XACKを高速化した場合であっても、インバータ回路34の出力端子に容量Cp等の大きな負荷が接続されていないため、その容量Cp等に起因するリーク電流を考慮する必要がない。換言すると、リーク電流を考慮せずに、インバータ回路34の駆動能力を挙げることができるため、クロック信号XACKを容易に高速化することができ、例えばクロック信号XACKの立ち下がりを高速化することができる。これにより、否定論理積ゲートNA1から出力される動作制御信号nRaの立ち上がりを高速化することができ、インバータ回路36の出力信号(制御信号nR)の立ち下がりを高速化することができる。さらに、制御信号nRの立ち下がりの高速化に伴って、論理積ゲートA31〜A34から出力される制御信号nR1〜nR4の立ち下がりを高速化することができる。この結果、制御信号CKCTの立ち下がりを高速化することができ、高い周波数で動作する高速動作に容易に対応させることができる。このように、制御信号CKCTの高速化は、その制御信号CKCTの立ち下がりに関する駆動能力を上げることによって容易に実現可能である。さらに、制御信号CKCTの高速化に伴う制御回路30の面積増加を小さくすることができる。
なお、本願に開示される技術は上記各実施形態に限定されるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内での種々の改良、変更が可能であることは言うまでもない。
3 ダイナミックコンパレータ部
5,7,20,30 制御回路
10 レベル変換回路
11 レベルシフト回路
21,31 リセット保持制御部
22,32 電流源制御部
23,33 リセット制御部
A1〜A4,A6,A7,A8,A11〜A14 論理積ゲート
A21〜A24,A31〜A34 論理積ゲート
CKR,CKRN 外部端子
MN1〜MN4,MN11,MN12 NチャネルMOSトランジスタ
MPIN,MPXIN,MP1,MP11,MP12 PチャネルMOSトランジスタ
O1〜O4 論理和ゲート
ACK,XACK,CK クロック信号
AVD,VDD 電源電圧
CKCT,nR1,nR2,nR3,nR4 制御信号
EO,nR,SCK 制御信号
nRa 動作制御信号
IN,XIN 差動入力信号
XCDT,CDT 差動出力端子
nXI,nI 接続点
Claims (11)
- 差動入力信号が入力される差動対と、
前記差動対に接続され、前記差動入力信号を増幅して差動出力端子に出力する正帰還回路と、
クロック信号の第1レベルに応じてバイアス電流を停止し、前記クロック信号の第2レベルに応じて前記バイアス電流を供給する電流源と、
前記差動対と前記正帰還回路との接続点及び前記差動出力端子のそれぞれを放電するリセットスイッチと、
前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチを順次オンし、前記クロック信号の前記第2レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチをオフするリセット制御信号を出力するリセット制御部と、
前記クロック信号の前記第2レベルへの遷移と前記リセットスイッチをオフする前記リセット制御信号に応じて、前記バイアス電流の供給を開始し、前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移に応じて、前記バイアス電流の供給を終了する電流源制御信号を出力する電流源制御部とを備えることを特徴とするダイナミックコンパレータ。 - 前記リセットスイッチは、
前記差動対と前記正帰還回路との接続点のうち一方側の接続点を放電する第1リセットスイッチと、
前記差動出力端子のうち他方側の出力端子を放電する第2リセットスイッチと、
前記差動対と前記正帰還回路との接続点のうち他方側の接続点を放電する第3リセットスイッチと、
前記差動出力端子のうち一方側の出力端子を放電する第4リセットスイッチと、を備えることを特徴とする請求項1に記載のダイナミックコンパレータ。 - 前記リセット制御部は、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記一方側の出力端子の電圧レベルに応じて、前記第1リセットスイッチを制御する第1リセット制御信号を出力する第1リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記第1リセット制御信号に応じて、前記第2リセットスイッチを制御する第2リセット制御信号を出力する第2リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記他方側の出力端子の電圧レベルに応じて、前記第3リセットスイッチを制御する第3リセット制御信号を出力する第3リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記第3リセット制御信号に応じて、前記第4リセットスイッチを制御する第4リセット制御信号を出力する第4リセット制御部と、を備えることを特徴とする請求項2に記載のダイナミックコンパレータ。 - 前記電流源制御部は、前記クロック信号及び前記第1〜第4リセット制御信号に応じて、前記電流源制御信号を出力することを特徴とする請求項3に記載のダイナミックコンパレータ。
- 前記ダイナミックコンパレータが複数搭載されている場合に、順次リセット動作を行うように接続されたダイナミックコンパレータであって、
前記第2リセット制御信号及び前記第4リセット制御信号に応じて、次段のダイナミックコンパレータにリセット許可指令信号を出力する次段リセット制御部を備え、
前記リセット制御部は、
前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移及び前段のダイナミックコンパレータから出力されるリセット許可指令信号に応じて、前記リセットスイッチを順次オンすることを特徴とする請求項3又は4に記載のダイナミックコンパレータ。 - 複数の前記ダイナミックコンパレータと縦続接続されたダイナミックコンパレータであって、
前記差動入力信号の論理レベルが前記クロック信号の1周期前の差動入力信号の論理レベルと一致する場合に、リセット保持指令信号を生成し、前記リセット保持指令信号に基づいて、前記クロック信号を前記第1レベルに固定するリセット保持制御部と、
前記第2リセット制御信号及び前記第4リセット制御信号及び前記リセット保持指令信号に応じて、次段のダイナミックコンパレータにリセット許可指令信号を出力する次段リセット制御部と、を備え、
前記リセット制御部は、
前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移及び前段のダイナミックコンパレータから出力されるリセット許可指令信号に応じて、前記リセットスイッチを順次オンすることを特徴とする請求項3又は4に記載のダイナミックコンパレータ。 - 複数の前記ダイナミックコンパレータと縦続接続されたダイナミックコンパレータであって、
前記第2リセット制御信号及び前記第4リセット制御信号に応じて、次段のダイナミックコンパレータにリセット許可指令信号を出力する次段リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前段のダイナミックコンパレータから出力されるリセット許可指令信号に応じて、動作制御信号を生成する動作制御部と、
前記動作制御信号の第1レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチを順次オンする前記リセット制御信号を生成し、前記動作制御信号の第2レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチをオフする前記リセット制御信号を生成する前記リセット制御部と、
前記差動入力信号の論理レベルが前記クロック信号の1周期前の差動入力信号の論理レベルと一致する場合に、前記動作制御信号を前記第1レベルに固定するリセット保持制御部と、
を有することを特徴とする請求項3又は4に記載のダイナミックコンパレータ。 - 縦続接続された複数の、請求項6又は7に記載のダイナミックコンパレータと、
第1の電圧を信号レベルとする第1クロック信号を第2の電圧を信号レベルとする前記クロック信号に変換し、前記クロック信号を前記複数のダイナミックコンパレータに出力する変換回路と、を有し、
前記複数のダイナミックコンパレータは、前記リセットスイッチをオフしたときに、前記第1の電圧を信号レベルとする前記差動入力信号を、前記第2の電圧を信号レベルとする出力信号に変換することを特徴とするレベル変換回路。 - 差動入力信号が入力される差動対と、前記差動対に接続され、前記差動入力信号を増幅して差動出力端子に出力する正帰還回路と、クロック信号の第1レベルに応じてバイアス電流を停止し、前記クロック信号の第2レベルに応じて前記バイアス電流を供給する電流源と、前記差動対と前記正帰還回路との接続点及び前記差動出力端子のそれぞれを放電するリセットスイッチとを備えるダイナミックコンパレータを制御する制御回路において、
前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチを順次オンし、前記クロック信号の前記第2レベルへの遷移に応じて、前記リセットスイッチをオフするリセット制御信号を出力するリセット制御部と、
前記クロック信号の前記第2レベルへの遷移と前記リセットスイッチをオフする前記リセット制御信号に応じて、前記バイアス電流の供給を開始し、前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移に応じて、前記バイアス電流の供給を終了する電流源制御信号を出力する電流源制御部とを備えることを特徴とする制御回路。 - 前記リセットスイッチは、
前記差動対と前記正帰還回路との接続点のうち一方側の接続点を放電する第1リセットスイッチと、
前記差動出力端子のうち他方側の出力端子を放電する第2リセットスイッチと、
前記差動対と前記正帰還回路との接続点のうち他方側の接続点を放電する第3リセットスイッチと、
前記差動出力端子のうち一方側の出力端子を放電する第4リセットスイッチと、を備え、
前記リセット制御部は、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記一方側の出力端子の電圧レベルに応じて、前記第1リセットスイッチを制御する第1リセット制御信号を出力する第1リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記第1リセット制御信号に応じて、前記第2リセットスイッチを制御する第2リセット制御信号を出力する第2リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記他方側の出力端子の電圧レベルに応じて、前記第3リセットスイッチを制御する第3リセット制御信号を出力する第3リセット制御部と、
前記クロック信号及び前記電流源制御信号及び前記第3リセット制御信号に応じて、前記第4リセットスイッチを制御する第4リセット制御信号を出力する第4リセット制御部と、を備えることを特徴とする請求項9に記載の制御回路。 - 前記ダイナミックコンパレータが複数搭載されている場合に、個々のダイナミックコンパレータに対して順次リセット動作を行うためのダイナミックコンパレータを制御する制御回路であって、
前記第2リセット制御信号および第4リセット制御信号に応じて、次段のダイナミックコンパレータのリセット許可指令信号を出力する次段リセット制御部を備え、
前記リセット制御部は、
前記クロック信号の前記第1レベルへの遷移および前段の制御回路から出力されるリセット許可指令信号に応じて、前記リセットスイッチを順次オンすることを特徴とする請求項10に記載の制御回路。
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