JP7153479B2 - comparator circuit - Google Patents
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Description
本発明は、コンパレータ回路に関する。 The present invention relates to comparator circuits.
近年、表示装置の駆動回路等に用いるAD変換回路には、基準電圧と入力電圧とを比較するコンパレータ回路が搭載されている。通常、コンパレータ回路はオフセット電圧を有するため、コンパレータ回路による比較結果にはオフセット誤差が発生する。 2. Description of the Related Art In recent years, a comparator circuit that compares a reference voltage and an input voltage is mounted in an AD conversion circuit used in a drive circuit of a display device or the like. Since a comparator circuit usually has an offset voltage, an offset error occurs in the comparison result of the comparator circuit.
オフセットキャンセル機能を有するコンパレータとして、チョッパ方式のコンパレータ回路が使用されている。チョッパ方式のコンパレータ回路は、例えば、スイッチの切り替えに応じて入力電圧信号又は基準電圧信号の入力を受けるセレクタと、セレクタからの入力ラインに接続された入力カップリング容量と、Nチャネル型MOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタ及びPチャネル型MOSトランジスタからなるインバータと、を有する。インバータの各トランジスタのゲートは、入力カップリング容量に接続されている。 A chopper type comparator circuit is used as a comparator having an offset canceling function. A chopper-type comparator circuit includes, for example, a selector that receives an input voltage signal or a reference voltage signal in response to switching of a switch, an input coupling capacitor connected to an input line from the selector, an N-channel MOS (Metal and an inverter composed of an Oxide Semiconductor) transistor and a P-channel MOS transistor. The gate of each transistor in the inverter is connected to the input coupling capacitance.
このようなコンパレータ回路において、オフセットをキャンセルしつつ回路を高速に動作させるため、第1の増幅回路の出力部から入力部に帰還する経路に第2の増幅回路を設け、第1の増幅回路の増幅率を第2の増幅回路の増幅率よりも低くして、比較動作時に第2の増幅回路からの帰還部分を切り離すように構成したコンパレータ回路が提案されている(例えば、特許文献1)。 In such a comparator circuit, in order to operate the circuit at high speed while canceling the offset, a second amplifier circuit is provided in the path for feedback from the output section of the first amplifier circuit to the input section. A comparator circuit has been proposed in which the amplification factor is set lower than that of the second amplification circuit so that the feedback part from the second amplification circuit is cut off during the comparison operation (for example, Patent Document 1).
有機EL等の駆動回路に用いるAD変換回路は高精度であることが要求されるため、例えば4ビット変換型のパイプライン型ADC(Analog to Digital Converter)等、多値ビット変換型のAD変換回路が用いられている。このような多値ビット変換型のAD変換回路では、多数のコンパレータ回路が必要であるため、コンパレータ回路の回路規模を小さく抑えることが望ましい。また、入力カップリング容量が大きいと動作速度が低速になる。このため、入力カップリング容量をできるだけ小さく抑えることにより、各コンパレータ回路の回路規模を抑えることが望ましい。 Since AD conversion circuits used in drive circuits for organic EL devices are required to have high precision, multi-value bit conversion type AD conversion circuits such as 4-bit conversion type pipeline type ADCs (Analog to Digital Converters) are used. is used. Such a multi-value bit conversion type AD conversion circuit requires a large number of comparator circuits, so it is desirable to keep the circuit scale of the comparator circuits small. Also, if the input coupling capacitance is large, the operating speed will be low. Therefore, it is desirable to suppress the circuit scale of each comparator circuit by suppressing the input coupling capacitance as small as possible.
しかし、入力カップリング容量を減少させると、インバータを構成するトランジスタのCV特性が閾値電圧付近の強反転領域で急激に変化(例えば、Nチャネル型MOSトランジスタでは容量が急激に増加)することにより、入力カップリング容量において電荷保存がされなくなってしまう。このため、コモンモードノイズが入力された場合、インバータの出力信号に大きな変動(揺れ)が生じ、判定誤差が発生するという問題があった。 However, when the input coupling capacitance is reduced, the CV characteristics of the transistors that make up the inverter change abruptly in the strong inversion region near the threshold voltage (for example, the capacitance of an N-channel MOS transistor abruptly increases). No charge is stored in the input coupling capacitance. For this reason, when common mode noise is input, there is a problem that a large fluctuation (fluctuation) occurs in the output signal of the inverter, resulting in a determination error.
チョッパ型以外の方法では、定電流源に差動素子を接続したコンパレータがあるが、この方式の場合は入力差動のVthばらつきに起因するオフセットが存在する。精度を向上するために多値フラッシュ型のコンパレータを構成する場合は、このオフセットが誤判定を発生して歩留りの低下の要因となる。 Methods other than the chopper type include a comparator in which a differential element is connected to a constant current source, but in this method there is an offset caused by Vth variations in the input differential. When constructing a multi-level flash type comparator to improve accuracy, this offset causes an erroneous decision and becomes a factor in lowering the yield.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、入力カップリング容量の増加による回路規模の増大を抑えつつ精度よくオフセットを補正することができるコンパレータ回路を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a comparator circuit capable of accurately correcting an offset while suppressing an increase in circuit size due to an increase in input coupling capacitance.
本発明に係るコンパレータ回路は、絶対値が同じで極性が異なる電圧対からなる基準電圧と、絶対値が同じで極性が異なる電圧対からなる入力電圧と、を比較して比較結果を出力するコンパレータ回路であって、前記基準電圧又は前記入力電圧の電圧対に対応する第1の電圧及び第2の電圧の入力を受ける入力部と、前記第1の電圧に基づく電荷を保持する第1の入力キャパシタ及び前記第2の電圧に基づく電荷を保持する第2の入力キャパシタからなる入力キャパシタ対と、前記第1の入力キャパシタに接続された第1の入力差動素子及び前記第2の入力キャパシタに接続された第2の入力差動素子からなる入力差動対と、を含み、前記第1の電圧を前記第1の入力差動素子を流れる第1の電流に変換し、前記第2の電圧を前記第2の入力差動素子を流れる第2の電流に変換する電圧電流変換部と、前記第1の電流に応じた電流量を有する電流を第1の電流路に送出する第1の電流ミラー部と、前記第2の電流に応じた電流量を有する電流を第2の電流路に送出する第2の電流ミラー部と、第1のノードを介して前記第1の電流路に接続され且つ前記第1のノードの電圧に応じた電流が流れる第1の補正差動素子及び第2のノードを介して前記第2の電流路に接続され且つ前記第2のノードの電圧に応じた電流が流れる第2の補正差動素子からなるオフセット補正差動対を含むオフセット補正部と、前記基準電圧をなす電圧対を前記第1の電圧及び前記第2の電圧として前記入力部に入力したときの前記第1の電流及び前記第2の電流と、前記入力電圧をなす電圧対を前記第1の電圧及び前記第2の電圧として前記入力部に入力したときの前記第1の電流及び前記第2の電流と、に基づいて前記基準電圧と前記入力電圧とを比較する比較部と、を有し、前記第1の電流ミラー部及び前記第2の電流ミラー部は、前記第1の補正差動素子を流れる電流を前記第1の入力差動素子にフィードバックし、前記第2の補正差動素子を流れる電流を前記第2の入力差動素子にフィードバックすることを特徴とする。 A comparator circuit according to the present invention compares a reference voltage consisting of a pair of voltages having the same absolute value but different polarities with an input voltage consisting of a pair of voltages having the same absolute value but different polarities, and outputs a comparison result. A circuit having an input receiving a first voltage and a second voltage corresponding to the voltage pair of the reference voltage or the input voltage, and a first input holding a charge based on the first voltage. an input capacitor pair consisting of a capacitor and a second input capacitor that holds a charge based on the second voltage; and a first input differential element connected to the first input capacitor and the second input capacitor. an input differential pair of connected second input differential elements for converting said first voltage into a first current through said first input differential element and said second voltage. into a second current flowing through the second input differential element; and a first current for sending a current having a current amount corresponding to the first current to a first current path a mirror section, a second current mirror section for transmitting a current having a current amount corresponding to the second current to the second current path, and a first node connected to the first current path. and a current corresponding to the voltage of the second node and connected to the second current path via a first correction differential element through which a current corresponding to the voltage of the first node flows and a second node and an offset correction unit including an offset correction differential pair formed of a second correction differential element through which a current flows ; and the first current and the second current when the voltage pair forming the input voltage are input to the input section as the first voltage and the second voltage. a second current, and a comparator that compares the reference voltage and the input voltage based on the first current mirror and the second current mirror, wherein the first current mirror and the second current mirror are configured to perform the first correction. A current flowing through the differential element is fed back to the first input differential element, and a current flowing through the second correction differential element is fed back to the second input differential element .
本発明に係るコンパレータ回路によれば、回路規模を抑えつつ、精度よくオフセットを補正することが可能となる。 According to the comparator circuit of the present invention, it is possible to accurately correct the offset while suppressing the circuit scale.
以下に本発明の好適な実施例を詳細に説明する。なお、以下の各実施例における説明及び添付図面においては、実質的に同一または等価な部分には同一の参照符号を付している。 Preferred embodiments of the present invention are described in detail below. In the following description of each embodiment and the attached drawings, substantially the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals.
本実施例のコンパレータ回路100は、有機EL表示装置の駆動回路等に用いられるAD変換回路に搭載されている。コンパレータ回路100は、基準電圧と入力電圧とを比較して比較結果を出力する。
The
図1は、本実施例のコンパレータ回路100の構成を示す回路図である。コンパレータ回路100は、セレクタ11、電圧電流変換部12、入力イコライザ13、第1電流ミラー部14、第2電流ミラー部15、オフセット補正部16、第1カレントミスマッチ検出回路17、第2カレントミスマッチ検出回路18及び比較部19から構成されている。
FIG. 1 is a circuit diagram showing the configuration of a
コンパレータ回路100には、絶対値が同じで極性が異なる電圧対である基準電圧信号REFP及びREFNが基準電圧として供給される。また、コンパレータ回路100には、絶対値が同じで極性が異なる電圧対である入力電圧信号INP及びINNが入力電圧として供給される。
Reference voltage signals REFP and REFN, which are a pair of voltages having the same absolute value but different polarities, are supplied to the
セレクタ11は、トランジスタM1、M2、M3及びM4を含む。トランジスタM1、M2、M3及びM4は、例えば第2導電型であるNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
トランジスタM1のソースには、入力電圧信号INPが入力される。トランジスタM1は、ゲートに信号レベルが論理レベル0又は1に変化する比較制御信号H3CKの供給を受け、比較制御信号H3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM1がオンとなることにより、入力電圧信号INPがトランジスタM1のドレインを介して電圧電流変換部12に供給される。
An input voltage signal INP is input to the source of the transistor M1. The transistor M1 receives at its gate the comparison control signal H3CK whose signal level changes to
トランジスタM2のソースには、入力電圧信号INNが入力される。トランジスタM2は、ゲートに比較制御信号H3CKの供給を受け、比較制御信号H3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM2がオンとなることにより、入力電圧信号INNがトランジスタM2のドレインを介して電圧電流変換部12に供給される。
An input voltage signal INN is input to the source of the transistor M2. The transistor M2 receives the comparison control signal H3CK at its gate, and is turned on or off according to the signal level of the comparison control signal H3CK. By turning on the transistor M2, the input voltage signal INN is supplied to the voltage-
トランジスタM3のソースには、基準電圧信号REFPが入力される。トランジスタM3は、ゲートに信号レベルが論理レベル0又は1に変化するイコライズ制御信号S3CKが供給を受け、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM3がオンとなることにより、基準電圧信号REFPがトランジスタM3のドレインを介して電圧電流変換部12に供給される。
A reference voltage signal REFP is input to the source of the transistor M3. The transistor M3 receives at its gate the equalization control signal S3CK whose signal level changes to
トランジスタM4のソースには、基準電圧信号REFNが入力される。トランジスタM4は、ゲートにイコライズ制御信号S3CKが供給を受け、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM4がオンとなることにより、基準電圧信号REFNがトランジスタM4のドレインを介して電圧電流変換部12に供給される。
A reference voltage signal REFN is input to the source of the transistor M4. The transistor M4 receives the equalization control signal S3CK at its gate, and is turned on or off according to the signal level of the equalization control signal S3CK. By turning on the transistor M4, the reference voltage signal REFN is supplied to the voltage-
イコライズ制御信号S3CK及び比較制御信号H3CKは、異なるタイミングで論理レベル1となる。イコライズ制御信号S3CKが論理レベル1の場合には、基準電圧信号REFP及びREFNが電圧電流変換部12に供給される。比較制御信号H3CKが論理レベル1の場合には、入力電圧信号INP及びINNが電圧電流変換部12に供給される。
The equalize control signal S3CK and the comparison control signal H3CK become
このように、セレクタ11は、制御信号H3CK及び制御信号S3CKの信号レベルに応じて、コンパレータ回路100に入力される電圧信号を入力電圧信号INP及びINNと、基準電圧信号REFP及びREFNとに切り替える。すなわち、セレクタ11は、基準電圧の電圧対に対応する第1の電圧及び第2の電圧(基準電圧信号REFP及びREFN)又は入力電圧に対応する第1の電圧及び第2の電圧(入力電圧信号INP及びINN)の入力を受ける入力部である。
In this manner, the
電圧電流変換部12は、トランジスタM5、M6及びM7を含む。トランジスタM5、M6及びM7は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。また、電流変換部12は、キャパシタC1及びC2を含む。
The voltage-
トランジスタM5のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM5のゲートには、バイアス電圧BIAS2が供給される。トランジスタM5は、バイアス電圧BIAS2に応じて定電流を流す定電流源である。トランジスタM5は、トランジスタM6及びM7に大電流が流れないように電流を制限する機能を有する。 The source of the transistor M5 is connected to the ground line (ground potential VSS). A bias voltage BIAS2 is supplied to the gate of the transistor M5. The transistor M5 is a constant current source that supplies a constant current according to the bias voltage BIAS2. The transistor M5 has a function of limiting the current so that a large current does not flow through the transistors M6 and M7.
トランジスタM6及びM7は、入力差動対21を構成している。トランジスタM6及びトランジスタM7のソースは、互いに接続されるとともにトランジスタM5のドレインに接続されている。
Transistors M 6 and M 7 form an input
キャパシタC1は、一端がトランジスタM1及びM3のドレインに接続され、他端がトランジスタM6のゲートに接続されている。キャパシタC2は、一端がトランジスタM7のゲートに接続され、他端がトランジスタM2及びM4のドレインに接続されている。キャパシタC1及びC2は、セレクタ11を介して入力された基準電圧信号REFP及びREFNや、入力電圧信号INP及びINNに基づいて電荷を保持する入力カップリング容量としての機能を有する。
Capacitor C1 has one end connected to the drains of transistors M1 and M3 and the other end connected to the gate of transistor M6. The capacitor C2 has one end connected to the gate of the transistor M7 and the other end connected to the drains of the transistors M2 and M4. Capacitors C1 and C2 function as input coupling capacitors that hold charges based on the reference voltage signals REFP and REFN input via the
入力イコライザ13は、トランジスタM10及びM11を含む。トランジスタM10及びM11は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
トランジスタM10のドレインは、コンデンサC1の他端とトランジスタM6のゲートとの間の接続ノードに接続されている。トランジスタM11のドレインは、コンデンサC2の他端とトランジスタM7のゲートとの間の接続ノードに接続されている。トランジスタM10及びM11の各々のソースには、バイアス電圧BIAS1が供給される。 The drain of transistor M10 is connected to the connection node between the other end of capacitor C1 and the gate of transistor M6. The drain of transistor M11 is connected to the connection node between the other end of capacitor C2 and the gate of transistor M7. A bias voltage BIAS1 is supplied to the sources of each of the transistors M10 and M11.
トランジスタM10及びM11は、ゲートにイコライズ制御信号S3CKの供給を受け、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM10がオンとなることにより、バイアス電圧BIAS1がキャパシタC1に供給される。同様に、トランジスタM11がオンとなることにより、バイアス電圧BIAS1がキャパシタC2に供給される。 The transistors M10 and M11 receive the equalization control signal S3CK at their gates, and are turned on or off according to the signal level of the equalization control signal S3CK. Bias voltage BIAS1 is applied to capacitor C1 by turning on transistor M10. Similarly, turning on transistor M11 provides bias voltage BIAS1 to capacitor C2.
第1電流ミラー部14は、トランジスタM8、M12及びM17を含む。トランジスタM8、M12及びM17は、例えば第1導電型であるPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
The first
トランジスタM8のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM8のゲート及びドレインは互いに接続されるとともに、入力差動対21を構成するトランジスタM6のドレインに接続されている。
The source of the transistor M8 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The gate and drain of the transistor M8 are connected to each other and to the drain of the transistor M6 forming the input
トランジスタM12のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM12のドレインは、第1カレントミスマッチ検出回路17を介して接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM12のゲートは、トランジスタM8のゲートに接続されている。
The source of the transistor M12 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The drain of the transistor M12 is connected through the first current
トランジスタM17のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM17のドレインは、第2カレントミスマッチ検出回路18を介して接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM17のゲートは、トランジスタM12のゲートに接続されている。
The source of the transistor M17 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The drain of the transistor M17 is connected through the second current
トランジスタM8のドレイン電流は、トランジスタM12及びM17により電流ミラーされる。すなわち、トランジスタM12及びM17の各々のソース-ドレイン間には、トランジスタM8のドレイン電流と同じ電流が流れる。 The drain current of transistor M8 is current mirrored by transistors M12 and M17. That is, the same current as the drain current of the transistor M8 flows between the sources and drains of the transistors M12 and M17.
第2電流ミラー部15は、トランジスタM9、M13及びM16を含む。トランジスタM9、M13及びM16は、例えばPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
The second
トランジスタM9のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM9のゲート及びドレインは互いに接続されるとともに、入力差動対21を構成するトランジスタM7のドレインに接続されている。
The source of the transistor M9 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The gate and drain of the transistor M9 are connected to each other and to the drain of the transistor M7 forming the input
トランジスタM13のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM13のドレインは、第1カレントミスマッチ検出回路17を介して接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM13のゲートは、トランジスタM9のゲートに接続されている。
The source of the transistor M13 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The drain of the transistor M13 is connected through the first current
トランジスタM16のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM16のドレインは、第2カレントミスマッチ検出回路18を介して接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM16のゲートは、トランジスタM13のゲートに接続されている。
The source of the transistor M16 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The drain of the transistor M16 is connected through the second current
トランジスタM9のドレイン電流は、トランジスタM13及びM16により電流ミラーされる。すなわち、トランジスタM13及びM16の各々のソース-ドレイン間には、トランジスタM8のドレイン電流と同じ電流が流れる。 The drain current of transistor M9 is current mirrored by transistors M13 and M16. That is, the same current as the drain current of the transistor M8 flows between the sources and drains of the transistors M13 and M16.
オフセット補正部16は、トランジスタM20、M21、M22、M23及びM24を含む。トランジスタM20、M21、M22、M23及びM24は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。また、オフセット補正部16は、キャパシタC3及びC4を含む。
The offset
トランジスタM20のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM20のゲートには、バイアス電圧BIAS3が供給される。トランジスタM20は、バイアス電圧BIAS3に応じて定電流を流す定電流源である。カレントミスマッチが無い場合、当該定電流を等分した電流がトランジスタM21及びM22に流れる。 The source of the transistor M20 is connected to the ground line (ground potential VSS). A bias voltage BIAS3 is supplied to the gate of the transistor M20. The transistor M20 is a constant current source that supplies a constant current according to the bias voltage BIAS3. If there is no current mismatch, a current obtained by equally dividing the constant current flows through the transistors M21 and M22.
トランジスタM21及びM22は、オフセット補正差動対22を構成している。トランジスタM21及びM22のソースは、互いに接続されるとともにトランジスタM20のドレインに接続されている。トランジスタM21のゲートはノードdiffp(第1のノード)に接続されている。トランジスタM22のゲートはノードdiffn(第2のノード)に接続されている。
Transistors M21 and M22 form an offset correction
トランジスタM23のソースは、トランジスタM13のドレインと第1カレントミスマッチ検出回路17とを接続する接続ラインに接続されている。トランジスタM23のドレインは、ノードdiffpを介してトランジスタM21のゲートに接続されている。トランジスタM23のゲートには、イコライズ制御信号S3CKが供給される。トランジスタM23は、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなるオフセット補正スイッチとしての機能を有する。
The source of the transistor M23 is connected to the connection line that connects the drain of the transistor M13 and the first current
トランジスタM24のソースは、トランジスタM17のドレインと第2カレントミスマッチ検出回路18とを接続する接続ラインに接続されている。トランジスタM24のドレインは、ノードdiffnを介してトランジスタM22のゲートに接続されている。トランジスタM24のゲートには、イコライズ制御信号S3CKが供給される。トランジスタM24は、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなるオフセット補正スイッチとしての機能を有する。
The source of the transistor M24 is connected to the connection line that connects the drain of the transistor M17 and the second current
キャパシタC3は、ノードdiffpに一端が接続され、接地ライン(接地電位VSS)に他端が接続されている。キャパシタC4は、ノードdiffnに一端が接続され、接地ライン(接地電位VSS)に他端が接続されている。キャパシタC3及びC4は、トランジスタM23及びM24からなるオフセット補正スイッチがオンの状態である場合に電荷を保持する差動ゲート保持容量としての機能を有する。 The capacitor C3 has one end connected to the node diffp and the other end connected to the ground line (ground potential VSS). The capacitor C4 has one end connected to the node diffn and the other end connected to the ground line (ground potential VSS). Capacitors C3 and C4 function as differential gate holding capacitances that hold charge when the offset correction switch consisting of transistors M23 and M24 is in the ON state.
第1カレントミスマッチ検出回路17は、トランジスタM14及びM15を含む。トランジスタM14及びM15は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。第1カレントミスマッチ検出回路17は、トランジスタM12及びM14、M15を流れる電流とトランジスタM13を流れる電流との差分をカレントミスマッチとして検出する機能を有する。検出されたカレントミスマッチは、トランジスタM23を介してノードdiffpの電圧に反映される。
The first current
トランジスタM14及びM15の各々のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。また、トランジスタM14及びM15のゲートは、互いに接続されている。トランジスタM14のドレインは、トランジスタM14のゲートに接続されるとともに、第1電流ミラー部14を構成するトランジスタM12のドレインに接続されている。
Each source of the transistors M14 and M15 is connected to the ground line (ground potential VSS). Also, the gates of the transistors M14 and M15 are connected to each other. The drain of the transistor M14 is connected to the gate of the transistor M14 and to the drain of the transistor M12 forming the first
トランジスタM15のドレインは、ノードmipを介して、第2電流ミラー部15を構成するトランジスタM13のドレインに接続されている。トランジスタM13及びM15を流れる電流に応じて、ノードmipの電圧が変化する。
The drain of the transistor M15 is connected to the drain of the transistor M13 forming the second
第2カレントミスマッチ検出回路18は、トランジスタM18及びM19を含む。トランジスタM18及びM19は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。第2カレントミスマッチ検出回路18は、トランジスタM16、M18及びM19を流れる電流とトランジスタM17を流れる電流との差分をカレントミスマッチとして検出する機能を有する。検出されたカレントミスマッチは、トランジスタM24を介してノードdiffnの電圧に反映される。
The second current
トランジスタM18及びM19の各々のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。また、トランジスタM18及びM19のゲートは、互いに接続されている。トランジスタM18のドレインは、トランジスタM18のゲートに接続されるとともに、第2電流ミラー部15を構成するトランジスタM16のドレインに接続されている。
Each source of the transistors M18 and M19 is connected to the ground line (ground potential VSS). Also, the gates of the transistors M18 and M19 are connected together. The drain of the transistor M18 is connected to the gate of the transistor M18 and also to the drain of the transistor M16 forming the second
トランジスタM19のドレインは、ノードminを介して、第1電流ミラー部14を構成するトランジスタM17のドレインに接続されている。トランジスタM17及びM19を流れる電流に応じて、ノードminの電圧が変化する。
The drain of the transistor M19 is connected to the drain of the transistor M17 forming the first
比較部19は、トランジスタM25、M26、M27、M28、M29、M30、M31及びM32を含む。また、比較部19は、キャパシタC5及びC6を含む。
The
キャパシタC5は、トランジスタM15のドレインとトランジスタM13のドレインとの間のノードmipに一端が接続されている。キャパシタC6は、トランジスタM19のドレインとトランジスタM17のドレインとの間のノードminに一端が接続されている。キャパシタC5及びC6は、それぞれノードmip及びノードminの電圧に応じた電荷を保持するインバータカップリング容量としての機能を有する。 One end of the capacitor C5 is connected to a node mip between the drain of the transistor M15 and the drain of the transistor M13. One end of the capacitor C6 is connected to a node min between the drain of the transistor M19 and the drain of the transistor M17. Capacitors C5 and C6 function as inverter coupling capacitors that hold charges corresponding to the voltages of nodes mip and min, respectively.
トランジスタM25は、例えばPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。トランジスタM25のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM25のゲートには、バイアス電圧BIAS4が供給される。トランジスタM25は、バイアス電圧BIAS4に応じて定電流を流す定電流源である。 The transistor M25 is composed of, for example, a P-channel MOS transistor. The source of the transistor M25 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). A bias voltage BIAS4 is supplied to the gate of the transistor M25. The transistor M25 is a constant current source that supplies a constant current according to the bias voltage BIAS4.
トランジスタM26、M27、M28、M29、M30及びM31は、チョッパインバータ23を構成している。トランジスタM26及びM28は、例えばPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。トランジスタM27、M29、M30及びM31は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
Transistors M26, M27, M28, M29, M30 and M31
トランジスタM26及びM27は、ドレイン同士が接続され、正極側(POS側)インバータを構成している。トランジスタM26のソースは、トランジスタM25のドレインに接続されている。トランジスタM27のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM26及びM27のドレインの接続端からは、出力信号OUTが出力される。 The drains of the transistors M26 and M27 are connected to each other to form a positive side (POS side) inverter. The source of transistor M26 is connected to the drain of transistor M25. The source of the transistor M27 is connected to the ground line (ground potential VSS). An output signal OUT is output from the connection terminal of the drains of the transistors M26 and M27.
トランジスタM30のソースは、トランジスタM26及びM27のドレインの接続端に接続されている。トランジスタM30のドレインは、トランジスタM26及びM27のゲートに接続されている。トランジスタM30は、ゲートにイコライズ制御信号S3CKの供給を受け、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM30がオンとなることにより、トランジスタM26及びM27の各々のゲートとドレインとが接続され、インバータの入出力が短絡される。 The source of the transistor M30 is connected to the connecting end of the drains of the transistors M26 and M27. The drain of transistor M30 is connected to the gates of transistors M26 and M27. The transistor M30 receives the equalization control signal S3CK at its gate, and is turned on or off according to the signal level of the equalization control signal S3CK. By turning on the transistor M30, the gates and drains of the transistors M26 and M27 are connected to short-circuit the input and output of the inverter.
トランジスタM28及びM29は、ドレイン同士が接続され、負極側(NEG側)インバータを構成している。トランジスタM28のソースは、トランジスタM25のドレインに接続されている。トランジスタM29のソースは、接地ライン(接地電位VSS)に接続されている。トランジスタM28及びM29のドレインの接続端からは、出力信号OUTBが出力される。 The drains of the transistors M28 and M29 are connected to each other to form a negative electrode side (NEG side) inverter. The source of transistor M28 is connected to the drain of transistor M25. The source of the transistor M29 is connected to the ground line (ground potential VSS). An output signal OUTB is output from the connection terminal of the drains of the transistors M28 and M29.
トランジスタM31のソースは、トランジスタM28及びM29のドレインの接続端に接続されている。トランジスタM31のドレインは、トランジスタM28及びM29のゲートに接続されている。トランジスタM31は、ゲートにイコライズ制御信号S3CKの供給を受け、イコライズ制御信号S3CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM31がオンとなることにより、トランジスタM28及びM29の各々のゲートとドレインとが接続され、インバータの入出力が短絡される。 The source of the transistor M31 is connected to the connecting end of the drains of the transistors M28 and M29. The drain of transistor M31 is connected to the gates of transistors M28 and M29. The transistor M31 receives the equalization control signal S3CK at its gate, and is turned on or off according to the signal level of the equalization control signal S3CK. By turning on the transistor M31, the gates and drains of the transistors M28 and M29 are connected to short-circuit the input and output of the inverter.
トランジスタM32は、例えばPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。トランジスタM32のソースは、電源ライン(電源電圧VCC)に接続されている。トランジスタM32のドレインは、トランジスタM26のソース及びトランジスタM28のソースに接続されている。トランジスタM32は、ゲートに信号レベルが論理レベル0又は1に変化するラッチ制御信号H1CKの供給を受け、ラッチ制御信号H1CKの信号レベルに応じてオン又はオフとなる。トランジスタM32がオンとなることにより、比較期間における比較結果がチョッパインバータ23にラッチされる。すなわち、トランジスタ32は、インバータラッチとしての機能を有する。
The transistor M32 is composed of, for example, a P-channel MOS transistor. The source of the transistor M32 is connected to the power supply line (power supply voltage VCC). The drain of transistor M32 is connected to the source of transistor M26 and the source of transistor M28. The transistor M32 receives at its gate the latch control signal H1CK whose signal level changes to
次に、本実施例のコンパレータ回路100の動作について、図2のタイムチャートを参照しつつ説明する。
Next, the operation of the
まず、イコライズ期間に論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKが、コンパレータ回路100の外部(図示せず)から供給される。トランジスタM3、M4、M10及びM11は、ゲートに論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、キャパシタC1は、「バイアス電圧BIAS1-基準電圧信号REFP」に充電される。同様に、キャパシタC2は、「バイアス電圧BIAS1-基準電圧信号REFN」に充電される。
First, an equalization control signal S3CK of
また、トランジスタM10及びM11がオンとなるため、トランジスタM6及びM7のゲート同士が短絡される。トランジスタM6のドレイン電流は、トランジスタM8を流れ、トランジスタM12、M14及びM15に電流ミラーされ、さらにトランジスタM17に電流ミラーされる。一方、トランジスタM7のドレイン電流は、トランジスタM9に流れ、トランジスタM13に電流ミラーされ、さらにトランジスタM16、M18及びM19に電流ミラーされる。 Also, since the transistors M10 and M11 are turned on, the gates of the transistors M6 and M7 are shorted. The drain current of transistor M6 flows through transistor M8, is current mirrored by transistors M12, M14 and M15, and is also current mirrored by transistor M17. On the other hand, the drain current of transistor M7 flows through transistor M9, is current mirrored by transistor M13, and is also current mirrored by transistors M16, M18 and M19.
トランジスタM23及びM24は、ゲートに論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、イコライズ期間に、トランジスタM23及び24がオンとなる。ノードdiffpの電圧がトランジスタM21のゲートに供給され、ノードdiffnの電圧がトランジスタM22のゲートに供給される。これにより、トランジスタM21及びM22のドレイン-ソース間には、それぞれノードdiffp及びノードdiffnの電圧に応じた電流が流れる。
The transistors M23 and M24 are turned on by receiving the equalization control signal S3CK of
このとき、ノードdiffpの電圧は、第1カレントミスマッチ検出回路17によって検出された、M15を流れる電流とトランジスタM13を流れる電流との差分(カレントミスマッチ)により変動する。同様に、ノードdiffnの電圧は、第2カレントミスマッチ検出回路18によって検出された、トランジスタM19を流れる電流とトランジスタM17を流れる電流との差分(カレントミスマッチ)により変動する。
At this time, the voltage of node diffp fluctuates due to the difference (current mismatch) detected by the first current
すなわち、入力差動対21、22の差動素子(トランジスタM6及びM7、トランジスタM21及びM22)や、電流ミラーを構成する各素子(トランジスタM8、M12、M17、M9、M13及びM16)等を流れる電流にばらつきがある場合には、ノードdiffp及びdiffnの電圧が上昇又は下降する。
That is, the current flows through the differential elements of the input
ノードdiffp及びノードdiffnの電圧の変化により、トランジスタM21及びM22を流れる電流が変化する。すなわち、トランジスタM21及びM22を流れる電流(すなわち、オフセット補正差動対22の出力電流)は、差動電流の差分を反映した電流となる。 A change in the voltages of nodes diffp and diffn causes a change in the current through transistors M21 and M22. That is, the current flowing through the transistors M21 and M22 (that is, the output current of the offset correction differential pair 22) is a current reflecting the difference in the differential currents.
トランジスタM21に流れる電流は、第1の電流ミラー部14を介して、トランジスタM8及びM6にフィードバックされる。トランジスタM22に流れる電流は、第2の電流ミラー部15を介して、トランジスタM9及びM7にフィードバックされる。フィードバックは、入力差動対21を流れる差動電流にばらつきがなくなるまで行われる。これにより、コンパレータ回路100のオフセットが補正される。
The current through transistor M21 is fed back through first
また、論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKは、トランジスタM30及びM31のゲートに供給される。このため、イコライズ期間には、トランジスタM30及びM31がオンとなり、トランジスタM26、M27、M28及びM29からなるチョッパコンパレータ23がリセットされる。
Equalization control signal S3CK at
次に、比較期間において、論理レベル1の比較制御信号H3CK及びラッチ制御信号H1CKが、コンパレータ回路100に供給される。一方、イコライズ制御信号S3CKは論理レベル0となる。これにより、トランジスタM3、M4、M10、M11、M23、M24、M30及びM31がオフとなる。
Next, during the comparison period, the comparison control signal H3CK and the latch control signal H1CK of
トランジスタM1及びM2は、ゲートに論理レベル1の比較制御信号H3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、入力電圧信号INP及びINNがコンパレータ回路100に入力される。入力電圧信号INP及びINNは、電圧電流変換部12による電流変換と、第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15による電流ミラーを経て比較部19に供給され、基準電圧信号REFP及びREFNと比較される。
The transistors M1 and M2 are turned on by receiving the comparison control signal H3CK of
入力電圧信号INPと基準電圧信号REFPとを比較した比較電圧CP(=INP-REFP)に応じてトランジスタM13及びM15を流れる電流が変化し、ノードmipの電圧が上昇又は下降する。同様に、入力電圧信号INNと基準電圧信号REFNとを比較した比較電圧CN(=INN-REFN)に応じてトランジスタM17及びM19を流れる電流が変化し、ノードminの電圧が上昇又は下降する。 The currents flowing through the transistors M13 and M15 change according to the comparison voltage CP (=INP-REFP) obtained by comparing the input voltage signal INP and the reference voltage signal REFP, and the voltage at the node mip rises or falls. Similarly, the currents flowing through the transistors M17 and M19 change according to the comparison voltage CN (=INN-REFN) obtained by comparing the input voltage signal INN and the reference voltage signal REFN, and the voltage at the node min rises or falls.
ノードmip及びminの上昇又は下降により、チョッパコンパレータ23の状態が変化する。トランジスタM32はゲートに論理レベル0のラッチ制御信号H1CKの供給を受けてオン状態となる。これにより、ラッチ期間において、比較期間における比較結果がチョッパコンパレータ23によりラッチされる。
以上の動作により、比較結果がラッチされ、出力信号OUT及びOUTBとして出力される。 By the above operation, the comparison results are latched and output as the output signals OUT and OUTB.
本実施例のコンパレータ回路100では、セレクタ11から入力された差動電圧(例えば、イコライズ期間では基準電圧信号REFP及びREFN)が、電圧電流変換部12において、入力差動対21を流れる差動電流(トランジスタM6及びM7の各々を流れる電流)に変換される。差動電流は第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15により電流ミラーされ、オフセット補正部16に供給される。オフセット補正部16は、差動電流の差分に応じたオフセット補正差動対22の出力電流を第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15を介してフィードバックすることにより電流のばらつきを補正する。かかる構成によれば、イコライズ期間において、入力差動対21、第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15を構成する各素子を流れる電流のばらつきが補正され、誤差がなくなる。従って、オフセット補正を精度よく行うことができる。
In the
また、第1カレントミスマッチ検出回路17及び第2カレントミスマッチ検出回路18により、コンパレータ回路100のオフセットに起因するカレントミスマッチが検出される。そして、オフセット補正部16は、検出されたカレントミスマッチに基づいてオフセットの補正を行う。かかる構成によれば、簡易な構成で精度よくオフセット補正を行うことができる。
A current mismatch caused by the offset of the
また、本実施例のコンパレータ回路100では、トランジスタM6及びM7は定電流源であるトランジスタM5に接続され、トランジスタM6及びM7のドレイン電流が制限される。このため、キャパシタC1及びC2の容量を減らしても、トランジスタM6及びM7において強反転が生じない。従って、強反転領域でのトランジスタM6及びM7のCV特性の急激な変化が生じないため、キャパシタC1及びC2において電荷保存がされなくなる状態とはならない。
Further, in the
このため、ノイズによる電流や電圧の大きな変動(揺れ)は発生しない。例えば図2に示すように、ノードmip及びminの電圧はイコライズ期間から比較期間にかけて安定して収束する。従って、イコライズ期間において入力差動対21、第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15における電流のばらつきが安定的に補正され、判定誤差の発生が抑制される。
Therefore, large fluctuations (fluctuations) in current and voltage due to noise do not occur. For example, as shown in FIG. 2, the voltages of nodes mip and min stably converge from the equalization period to the comparison period. Therefore, during the equalization period, current variations in the input
図3は、本実施例のコンパレータ回路100とは異なり、電圧電流変換部や電流ミラー部を有しない比較例のコンパレータ回路110の構成を示す回路図である。比較例のコンパレータ回路は、セレクタ111及び比較部119から構成されている。
FIG. 3 is a circuit diagram showing the configuration of a
セレクタ111は、トランジスタM1~M4を含む。比較部119は、トランジスタM5~M12とキャパシタC1及びC2とを含む。トランジスタM1~M4、M7、M8、M10及びM11は、Nチャネル型MOSトランジスタから構成されている。トランジスタM5、M6、M9及びM12は、Pチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
Selector 111 includes transistors M1 to M4.
トランジスタM6及びM7は、正極側(POS側)インバータを構成している。トランジスタM9及びM10は、負極側(NEG側)インバータを構成している。トランジスタM5は、ゲートにバイアス電圧PBIASの供給を受けて定電流を流す定電流源である。 The transistors M6 and M7 form a positive side (POS side) inverter. Transistors M9 and M10 form a negative-side (NEG-side) inverter. The transistor M5 is a constant current source that receives a bias voltage PBIAS at its gate and supplies a constant current.
図4は、比較例のコンパレータ回路110における各電圧の時間変化を示すタイムチャートである。
FIG. 4 is a time chart showing temporal changes in voltages in the
イコライズ期間では、論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKが供給され、トランジスタM8及びM11がオンとなる。これにより、正極側インバータ及び負極側インバータがそれぞれ短絡される。また、トランジスタM3及びM4がオンとなり、キャパシタC1及びC2は基準電圧信号REFP及びREFNにより充電される。
During the equalize period, the equalize control signal S3CK of
比較期間では、論理レベル1の比較制御信号H3CKがコンパレータ回路110に供給される。一方、イコライズ制御信号S3CKは論理レベル0となる。トランジスタM3、M4、M8及びM11はオフとなり、トランジスタM1及びM2はオンとなる。これにより、入力電圧信号INP及びINNが入力され、基準電圧信号REFP及びREFNと比較される。
During the comparison period, the comparison control signal H3CK of
ラッチ期間では、論理レベル1のラッチ制御信号H1CKがコンパレータ回路110に供給される。トランジスタM12がオンとなり、比較期間における比較結果が、トランジスタM6、M7、M9及びM10からなるインバータにラッチされる。
During the latch period, the latch control signal H1CK of
このような比較例のコンパレータ回路110では、NMOSトランジスタであるトランジスタM7及びM10のソースは定電流源に接続されていない。このため、各トランジスタのゲート容量は、閾値電圧付近から強反転領域において急激に増加する。このため、キャパシタC1及びC2の容量が小さい場合には、電荷保存がされない状態となる。かかる状態では、コモンノイズによりインバータの入力ゲートの電圧に揺れが生じ、コンパレータ回路110による比較結果に判定誤差が生じる。
In the
これに対し、本実施例のコンパレータ回路100では、上記の通り、キャパシタC1及びC2の容量を減らしても、電荷保存がされない状態とはならず、ノイズによる電流や電圧の変動(揺れ)が抑制される。
On the other hand, in the
従って、本実施例のコンパレータ回路100によれば、容量の増加による回路規模の増大を抑えつつ精度よくオフセットを補正することができる。
Therefore, according to the
次に、実施例2のコンパレータ回路について説明する。図5は、本実施例のコンパレータ回路200の構成を示す回路図である。コンパレータ回路200は、図1に示す実施例1のコンパレータ回路100の構成に加えて、電圧下限リミッタ24及び電圧上限リミッタ25を有する。
Next, the comparator circuit of Example 2 will be described. FIG. 5 is a circuit diagram showing the configuration of the
電圧下限リミッタ24は、トランジスタM33、M34、M35及びM36を含む。トランジスタM33、M34、M35及びM36は、例えばNチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
Voltage
トランジスタM33は、トランジスタM12とトランジスタM14とを接続する接続ラインの間に挿入されている。トランジスタM33のソースは、トランジスタM14のドレインに接続されている。トランジスタM33のドレインは、トランジスタM12のドレインに接続されている。 The transistor M33 is inserted between the connection line connecting the transistor M12 and the transistor M14. The source of transistor M33 is connected to the drain of transistor M14. The drain of transistor M33 is connected to the drain of transistor M12.
トランジスタM34は、トランジスタM13とトランジスタM15とを接続する接続ラインの間に挿入されている。トランジスタM34のソースは、トランジスタM15のドレインに接続されている。トランジスタM33のドレインは、ノードmipに接続されている。トランジスタM33及びM34のゲートは互いに接続され、バイアス電圧BIAS5の供給を受ける。 The transistor M34 is inserted between the connection line connecting the transistor M13 and the transistor M15. The source of transistor M34 is connected to the drain of transistor M15. A drain of the transistor M33 is connected to the node mip. The gates of transistors M33 and M34 are connected together and supplied with bias voltage BIAS5.
トランジスタM35は、トランジスタM17とトランジスタM19とを接続する接続ラインの間に挿入されている。トランジスタM35のソースは、トランジスタM19のドレインに接続されている。トランジスタM35のドレインは、ノードminに接続されている。 The transistor M35 is inserted between the connection line connecting the transistor M17 and the transistor M19. The source of transistor M35 is connected to the drain of transistor M19. The drain of transistor M35 is connected to node min.
トランジスタM36は、トランジスタM16とトランジスタM18とを接続する接続ラインの間に挿入されている。トランジスタM36のソースは、トランジスタM18のドレインに接続されている。トランジスタM36のドレインは、トランジスタM16のドレインに接続されている。トランジスタM35及びM36のゲートは互いに接続され、バイアス電圧BIAS5の供給を受ける。 The transistor M36 is inserted between the connection line connecting the transistors M16 and M18. The source of transistor M36 is connected to the drain of transistor M18. The drain of transistor M36 is connected to the drain of transistor M16. The gates of transistors M35 and M36 are connected together and supplied with bias voltage BIAS5.
電圧上限リミッタ25は、トランジスタM37及びM38を含む。トランジスタM37及びM38は、例えばPチャネル型MOSトランジスタから構成されている。
Voltage
トランジスタM37は、トランジスタM13のドレインとノードmipとの間に挿入されている。トランジスタM37のソースは、トランジスタM13のドレインに接続されている。トランジスタM37のドレインは、ノードmipに接続されている。トランジスタM37のゲートには、バイアス電圧BIAS6が供給される。 The transistor M37 is inserted between the drain of the transistor M13 and the node mip. The source of transistor M37 is connected to the drain of transistor M13. A drain of the transistor M37 is connected to the node mip. A bias voltage BIAS6 is supplied to the gate of the transistor M37.
トランジスタM38は、トランジスタM17のドレインとノードminとの間に挿入されている。トランジスタM38のソースは、トランジスタM17のドレインに接続されている。トランジスタM38のドレインは、ノードminに接続されている。トランジスタM38のゲートには、バイアス電圧BIAS6が供給される。 The transistor M38 is inserted between the drain of the transistor M17 and the node min. The source of transistor M38 is connected to the drain of transistor M17. The drain of transistor M38 is connected to node min. A bias voltage BIAS6 is supplied to the gate of the transistor M38.
電圧下限リミッタ24は、トランジスタM15及びM19のドレインが接続されたノードの電圧が下がりすぎないように制限する機能を有する。電圧上限リミッタ25は、トランジスタM13及びM17のドレインが接続されたノードの電圧が下がりすぎないように制限する機能を有する。
The
次に、本実施例のコンパレータ回路200の動作について説明する。
Next, the operation of the
まず、イコライズ期間に論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKが、コンパレータ回路200の外部(図示せず)から供給される。トランジスタM3、M4、M10及びM11は、ゲートに論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、キャパシタC1は、「バイアス電圧BIAS1-基準電圧信号REFP」に充電される。同様に、キャパシタC2は、「バイアス電圧BIAS1-基準電圧信号REFN」に充電される。
First, the equalization control signal S3CK of
また、トランジスタM10及びM11がオンとなるため、トランジスタM6及びM7のゲート同士が短絡される。トランジスタM6のドレイン電流は、トランジスタM8を流れ、トランジスタM12及びM14に電流ミラーされ、さらにトランジスタM17及びM19に電流ミラーされる。一方、トランジスタM7のドレイン電流は、トランジスタM9を流れ、トランジスタM13及びM15に電流ミラーされ、さらにトランジスタM16及びM18に電流ミラーされる。 Also, since the transistors M10 and M11 are turned on, the gates of the transistors M6 and M7 are shorted. The drain current of transistor M6 flows through transistor M8, is current mirrored into transistors M12 and M14, and is further mirrored into transistors M17 and M19. On the other hand, the drain current of transistor M7 flows through transistor M9, is current mirrored by transistors M13 and M15, and is also current mirrored by transistors M16 and M18.
このとき、トランジスタM15のドレインが接続されたノードの電圧は、トランジスタM34により、電圧が下がりすぎないように電圧制限される。一方、トランジスタM13のドレインが接続されたノードの電圧は、トランジスタM37により、電圧が上がりすぎないように電圧制限される。 At this time, the voltage of the node to which the drain of the transistor M15 is connected is limited by the transistor M34 so that the voltage does not drop too much. On the other hand, the voltage of the node to which the drain of the transistor M13 is connected is limited by the transistor M37 so that the voltage does not rise too much.
また、トランジスタM17のドレインが接続されたノードの電圧は、トランジスタM38により、電圧が下がりすぎないように電圧制限される。一方、トランジスタM19のドレインが接続されたノードの電圧は、トランジスタM35により、電圧が上がりすぎないように電圧制限される。 Also, the voltage of the node to which the drain of the transistor M17 is connected is limited by the transistor M38 so that the voltage does not drop too much. On the other hand, the voltage of the node to which the drain of the transistor M19 is connected is limited by the transistor M35 so that the voltage does not rise too much.
トランジスタM23及びM24は、ゲートに論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、イコライズ期間に、トランジスタM23及び24がオンとなる。ノードdiffpの電圧がトランジスタM21のゲートに供給され、ノードdiffnの電圧がトランジスタM22のゲートに供給される。これにより、トランジスタM21及びM22のドレイン-ソース間には、それぞれノードdiffp及びノードdiffnの電圧に応じた電流が流れる。
The transistors M23 and M24 are turned on by receiving the equalization control signal S3CK of
このとき、ノードdiffpの電圧は、第1カレントミスマッチ検出回路17によって検出された、トランジスタM15を流れる電流とトランジスタM13を流れる電流との差分(カレントミスマッチ)により変動する。同様に、ノードdiffnの電圧は、第2カレントミスマッチ検出回路18によって検出された、トランジスタM19を流れる電流とトランジスタM17を流れる電流との差分(カレントミスマッチ)により変動する。
At this time, the voltage of the node diffp fluctuates due to the difference (current mismatch) detected by the first current
すなわち、入力差動対21、22の差動素子(トランジスタM6及びM7、トランジスタM21及びM22)や、電流ミラーを構成する各素子(トランジスタM8、M12、M17、M9、M13及びM16)等を流れる電流にばらつきがある場合には、ノードdiffp及びdiffnの電圧が上昇又は下降する。
That is, the current flows through the differential elements of the input
ノードdiffpの電圧の変化は、トランジスタM21に流れる電流を介して、トランジスタM8にフィードバックされる。ノードdiffnの電圧の変化は、トランジスタM22に流れる電流を介して、トランジスタM9にフィードバックされる。 The change in voltage at node diffp is fed back to transistor M8 via the current flowing through transistor M21. The change in voltage at node diffn is fed back to transistor M9 via the current flowing through transistor M22.
電流のばらつきがオフセット補正差動対22(トランジスタM21及びM22)の補正範囲を超えると、ノードdiffp及びノードdiffnの電圧は、トランジスタM34及びM35により下限クランプ(下限電圧に固定)されるか又はトランジスタM37及びM38により上限クランプ(上限電圧に固定)される。 When the current variation exceeds the correction range of the offset correction differential pair 22 (transistors M21 and M22), the voltages at nodes diffp and diffn are either low clamped (fixed to a low voltage) by transistors M34 and M35 or It is clamped to the upper limit (fixed to the upper limit voltage) by M37 and M38.
また、イコライズ期間において、論理レベル1のイコライズ制御信号S3CKは、トランジスタM30及びM31のゲートに供給される。このため、トランジスタM30及びM31がオンとなり、トランジスタM26、M27、M28及びM29からなるチョッパコンパレータ23がリセットされる。
Also, during the equalization period, the equalization control signal S3CK at
次に、比較期間において、論理レベル1の比較制御信号H3CK及びラッチ制御信号H1CKが、コンパレータ回路200に供給される。一方、イコライズ制御信号S3CKは論理レベル0となる。これにより、トランジスタM3、M4、M10、M11、M23、M24、M30及びM31がオフとなる。
Next, during the comparison period, the comparison control signal H3CK and the latch control signal H1CK of
トランジスタM1及びM2は、ゲートに論理レベル1の比較制御信号H3CKの供給を受けてオンとなる。これにより、入力電圧信号INP及びINNがコンパレータ回路200に入力される。入力電圧信号INP及びINNは、電圧電流変換部12による電流変換と、第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15による電流ミラーを経て比較部19に供給され、基準電圧信号REFP及びREFNと比較される。
The transistors M1 and M2 are turned on by receiving the comparison control signal H3CK of
入力電圧信号INPと基準電圧信号REFPとを比較した比較電圧CP(=INP-REFP)に応じてトランジスタM13及びM15を流れる電流が変化し、ノードmipの電圧が上昇又は下降する。同様に、入力電圧信号INNと基準電圧信号REFNとを比較した比較電圧CN(=INN-REFN)に応じてトランジスタM17及びM19を流れる電流が変化し、ノードminの電圧が上昇又は下降する。 The currents flowing through the transistors M13 and M15 change according to the comparison voltage CP (=INP-REFP) obtained by comparing the input voltage signal INP and the reference voltage signal REFP, and the voltage at the node mip rises or falls. Similarly, the currents flowing through the transistors M17 and M19 change according to the comparison voltage CN (=INN-REFN) obtained by comparing the input voltage signal INN and the reference voltage signal REFN, and the voltage at the node min rises or falls.
ノードmip及びminの上昇又は下降により、チョッパコンパレータ23の状態が変化する。トランジスタM32はゲートに論理レベル0のラッチ制御信号H1CKの供給を受けてオン状態となる。これにより、ラッチ期間において、比較期間における比較結果がチョッパコンパレータ23によりラッチされる。
以上の動作により、比較結果がラッチされ、出力信号OUT及びOUTBとして出力される。 By the above operation, the comparison results are latched and output as the output signals OUT and OUTB.
本実施例のコンパレータ回路200によれば、トランジスタM34及びM35を含む電圧下限リミッタ24により、ノードdiffp及びdiffnの電圧が、トランジスタM21及びM22がオフとなるような電圧レベルまで低下することを防止することができる。従って、精度よくオフセット補正を行うことができる。
According to the
また、トランジスタM37及びM38を含む電圧上限リミッタ25により、ノードdiffp及びdiffnの電圧の上昇が制限されるため、入力差動対21、第1電流ミラー部14及び第2電流ミラー部15を流れる電流がオフセット補正差動対22(トランジスタM21、M22)による補正範囲を超えた場合でも、コンパレータ回路200はコンパレータ動作を行うことができる。
Also, the voltage
なお、本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施例では、コンパレータ回路200の比較結果をインバータラッチ(トランジスタM32)の動作により保持している。しかし、比較結果を保持する構成はこれに限られず、例えばDフリップフロップ等の論理ゲートに比較結果を入力する構成としても良い。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, the comparison result of the
また、上記実施例では、1ビット比較器としてのコンパレータ回路について説明したが、これに限られず、実施例1のコンパレータ回路100や実施例2のコンパレータ回路200を複数並べた多値フラッシュ型比較器や、逐次比較器としてコンパレータ回路を構成しても良い。 Further, in the above embodiments, a comparator circuit as a 1-bit comparator has been described, but the present invention is not limited to this. Alternatively, the comparator circuit may be configured as a successive comparator.
100 コンパレータ回路
11 セレクタ
12 電圧電流変換部
13 入力イコライザ
14 第1電流ミラー部
15 第2電流ミラー部
16 オフセット補正部
17 第1カレントミスマッチ検出回路
18 第2カレントミスマッチ検出回路
19 比較部
21 入力差動対
22 オフセット補正差動対
23 チョッパインバータ
24 電圧下限リミッタ
25 電圧上限リミッタ
100
Claims (8)
前記基準電圧又は前記入力電圧の電圧対に対応する第1の電圧及び第2の電圧の入力を受ける入力部と、
前記第1の電圧に基づく電荷を保持する第1の入力キャパシタ及び前記第2の電圧に基づく電荷を保持する第2の入力キャパシタからなる入力キャパシタ対と、前記第1の入力キャパシタに接続された第1の入力差動素子及び前記第2の入力キャパシタに接続された第2の入力差動素子からなる入力差動対と、を含み、前記第1の電圧を前記第1の入力差動素子を流れる第1の電流に変換し、前記第2の電圧を前記第2の入力差動素子を流れる第2の電流に変換する電圧電流変換部と、
前記第1の電流に応じた電流量を有する電流を第1の電流路に送出する第1の電流ミラー部と、
前記第2の電流に応じた電流量を有する電流を第2の電流路に送出する第2の電流ミラー部と、
第1のノードを介して前記第1の電流路に接続され且つ前記第1のノードの電圧に応じた電流が流れる第1の補正差動素子及び第2のノードを介して前記第2の電流路に接続され且つ前記第2のノードの電圧に応じた電流が流れる第2の補正差動素子からなるオフセット補正差動対を含むオフセット補正部と、
前記基準電圧をなす電圧対を前記第1の電圧及び前記第2の電圧として前記入力部に入力したときの前記第1の電流及び前記第2の電流と、前記入力電圧をなす電圧対を前記第1の電圧及び前記第2の電圧として前記入力部に入力したときの前記第1の電流及び前記第2の電流と、に基づいて前記基準電圧と前記入力電圧とを比較する比較部と、
を有し、
前記第1の電流ミラー部及び前記第2の電流ミラー部は、前記第1の補正差動素子を流れる電流を前記第1の入力差動素子にフィードバックし、前記第2の補正差動素子を流れる電流を前記第2の入力差動素子にフィードバックすることを特徴とするコンパレータ回路。 A comparator circuit for comparing a reference voltage consisting of a pair of voltages having the same absolute value but different polarities with an input voltage consisting of a pair of voltages having the same absolute value but different polarities and outputting a comparison result,
an input unit that receives inputs of a first voltage and a second voltage corresponding to a voltage pair of the reference voltage or the input voltage;
an input capacitor pair consisting of a first input capacitor that holds charge based on the first voltage and a second input capacitor that holds charge based on the second voltage; and an input capacitor pair connected to the first input capacitor. an input differential pair comprising a first input differential element and a second input differential element connected to the second input capacitor, wherein the first voltage is applied to the first input differential element. a voltage-to-current converter for converting the second voltage into a second current flowing through the second input differential element;
a first current mirror unit that sends a current having a current amount corresponding to the first current to a first current path;
a second current mirror unit that sends a current having a current amount corresponding to the second current to a second current path;
a first correction differential element connected to the first current path through a first node and through which a current corresponding to the voltage of the first node flows ; and the second current through a second node. an offset correction unit including an offset correction differential pair consisting of a second correction differential element connected to a path and through which a current corresponding to the voltage of the second node flows ;
When the pair of voltages forming the reference voltage is input to the input unit as the first voltage and the second voltage, the first current and the second current and the pair of voltages forming the input voltage are a comparison unit that compares the reference voltage and the input voltage based on the first current and the second current when input to the input unit as the first voltage and the second voltage;
has
The first current mirror section and the second current mirror section feed back the current flowing through the first corrective differential element to the first input differential element and the second corrective differential element. A comparator circuit , wherein a flowing current is fed back to said second input differential element .
前記オフセット補正キャパシタ対は、前記第1の電流ミラー部及び前記第2の電流ミラー部に接続されている
ことを特徴とする請求項1に記載のコンパレータ回路。 The offset correction unit includes a first correction capacitor connected to the first correction differential element through the first node and holding a charge according to the voltage of the first node ; a second correction capacitor connected to the second correction differential element via a node of and holding a charge corresponding to the voltage of the second node ;
The offset correction capacitor pair is connected to the first current mirror section and the second current mirror section .
2. The comparator circuit according to claim 1 , wherein:
前記オフセット補正差動対は、前記カレントミスマッチ検出回路により検出された前記第1の電流路を流れる電流と前記第2の電流路を流れる電流との差分に基づいて出力電流を変化させることを特徴とする請求項2に記載のコンパレータ回路。 current mismatch detection for detecting a difference between the current flowing through the first current path and the current flowing through the second current path based on the current flowing through each of the first current path and the second current path; having a circuit,
The offset correction differential pair changes the output current based on the difference between the current flowing through the first current path and the current flowing through the second current path detected by the current mismatch detection circuit. 3. The comparator circuit according to claim 2 , wherein:
前記第1の入力差動素子は、ゲートに前記第1の入力キャパシタが接続され、
前記第2の入力差動素子は、ゲートに前記第2の入力キャパシタが接続され、
前記第1の入力差動素子及び前記第2の入力差動素子は、ソース同士が互いに接続されるとともに第1の定電流源を介して接地されていることを特徴とする請求項2又は3に記載のコンパレータ回路。 the first input differential element and the second input differential element are composed of N-channel MOS transistors,
the first input differential element has a gate connected to the first input capacitor,
the second input differential element has a gate connected to the second input capacitor,
4. The sources of said first input differential element and said second input differential element are connected to each other and grounded via a first constant current source. Comparator circuit as described in .
前記第1の補正差動素子は、ゲートが前記第1のノードを介して前記第1の補正キャパシタに接続され、
前記第2の補正差動素子は、ゲートが前記第2のノードを介して前記第2の補正キャパシタに接続され、
前記第1の補正差動素子及び前記第2の補正差動素子は、ソース同士が互いに接続されるとともに第2の定電流源を介して接地されていることを特徴とする請求項4に記載のコンパレータ回路。 the first correction differential element and the second correction differential element are composed of N-channel MOS transistors,
the first correction differential element has a gate connected to the first correction capacitor through the first node;
the second correction differential element has a gate connected to the second correction capacitor via the second node;
5. The apparatus according to claim 4 , wherein the sources of the first correction differential element and the second correction differential element are connected to each other and grounded via a second constant current source. comparator circuit.
前記第1の電流路に設けられた第2トランジスタを含み、前記第2トランジスタへのバイアス電圧の印加に応じて前記第1のノードの電圧値が所定値を上回らないように上限電圧を規定する第1の上限リミッタと、
を有することを特徴とする請求項2乃至5のいずれか1項に記載のコンパレータ回路。 including a first transistor provided on the first current path, and defining a lower limit voltage so that the voltage value of the first node does not fall below a predetermined value in response to application of a bias voltage to the first transistor a first lower limiter;
including a second transistor provided in the first current path, and defining an upper limit voltage so that the voltage value of the first node does not exceed a predetermined value in response to application of a bias voltage to the second transistor ; a first upper limiter;
6. A comparator circuit according to any one of claims 2 to 5 , characterized in that it has:
前記第2の電流路に設けられた第4トランジスタを含み、前記第4トランジスタへのバイアス電圧の印加に応じて前記第2のノードの電圧値が所定値を上回らないように上限電圧を規定する第2の上限リミッタと、
を有することを特徴とする請求項2乃至6のいずれか1項に記載のコンパレータ回路。 including a third transistor provided in the second current path, and defining a lower limit voltage so that the voltage value of the second node does not fall below a predetermined value in response to application of a bias voltage to the third transistor. a second lower limiter;
including a fourth transistor provided in the second current path, and defining an upper limit voltage so that the voltage value of the second node does not exceed a predetermined value in response to application of a bias voltage to the fourth transistor ; a second upper limiter;
7. A comparator circuit according to any one of claims 2 to 6 , characterized in that it has:
前記オフセット補正部は、前記第1期間に前記第1の電流及び前記第2の電流のばらつきを補正し、
前記比較部は、前記第2期間に前記基準電圧と前記入力電圧とを比較することを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載のコンパレータ回路。 The input unit receives the first voltage and the second voltage corresponding to the reference voltage during a first period, and receives the first voltage and the second voltage corresponding to the input voltage during a second period. receives a voltage input of
The offset correction unit corrects variations in the first current and the second current during the first period,
8. The comparator circuit according to claim 1 , wherein the comparison section compares the reference voltage and the input voltage during the second period.
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