JPH0159773B2 - - Google Patents

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JPH0159773B2
JPH0159773B2 JP18640181A JP18640181A JPH0159773B2 JP H0159773 B2 JPH0159773 B2 JP H0159773B2 JP 18640181 A JP18640181 A JP 18640181A JP 18640181 A JP18640181 A JP 18640181A JP H0159773 B2 JPH0159773 B2 JP H0159773B2
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Japan
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transistors
output
flip
flop
comparator
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JP18640181A
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Japanese (ja)
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JPS5888919A (en
Inventor
Yoshihisa Shioashi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K3/00Circuits for generating electric pulses; Monostable, bistable or multistable circuits
    • H03K3/02Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
    • H03K3/353Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
    • H03K3/356Bistable circuits
    • H03K3/3565Bistables with hysteresis, e.g. Schmitt trigger

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はCMOS(相補型絶縁ゲート電界効果ト
ランジスタ)よりなる比較器に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a comparator made of CMOS (complementary insulated gate field effect transistor).

この種の比較器は、たとえば第1図に示すよう
に構成されていた。すなわち、11は電源VDD
接続される第1電源端子、12は第2電源端子で
あつて本例では接地されており、13は基準電圧
VRが印加される基準入力端子、14は比較入力
VIが印加される比較入力端子、15は差動増幅
回路であつて、差動対をなすNチヤンネルのトラ
ンジスタT1,T2およびNチヤンネルの定電流源
トランジスタT3ならびにPチヤンネルの負荷ト
ランジスタT4,T5が図示の如く接続されてなり、
16はCMOSインバータ、17は比較出力端子
である。
This type of comparator was constructed, for example, as shown in FIG. That is, 11 is the first power supply terminal to which the power supply V DD is connected, 12 is the second power supply terminal which is grounded in this example, and 13 is the reference voltage.
Reference input terminal to which V R is applied, 14 is comparison input
A comparison input terminal to which V I is applied, 15 is a differential amplifier circuit, which includes a differential pair of N-channel transistors T 1 and T 2 , an N-channel constant current source transistor T 3 , and a P-channel load transistor. T 4 and T 5 are connected as shown,
16 is a CMOS inverter, and 17 is a comparison output terminal.

上記比較器においては、入力比較電圧VIが基
準電圧VRより高いとき、トランジスタT2のドレ
インがほぼ接地電位(“0”レベル)に近くなる
ので、インバータ16の出力は電源電圧(“1”
レベル)になる。逆に入力比較電圧VIが基準電
圧VRより低いとき、トランジスタT1のドレイン
がほぼ“0”レベルに近くなり、したがつてトラ
ンジスタT5がオンし、そのドレインが“1”レ
ベルになるので、インバータ16の出力は“0”
レベルになる。
In the above comparator, when the input comparison voltage V I is higher than the reference voltage VR , the drain of the transistor T 2 is almost close to the ground potential (“0” level), so the output of the inverter 16 is the power supply voltage (“1” level). ”
level). Conversely, when the input comparison voltage V I is lower than the reference voltage V R , the drain of the transistor T 1 is close to the "0" level, so the transistor T 5 is turned on and its drain becomes the "1" level. Therefore, the output of inverter 16 is “0”
become the level.

ところで、上記差動増幅回路15は、基準的に
アナログ回路として動作するので、CMOS回路
の特徴である低消費電力の面を活かせない欠点が
あつた。また、上記差動増幅回路15は、使用素
子の精密な設計および製造工程管理を行なえば所
望の特性を得ることが可能ではあるが、素子の変
動に対する特性の変動が非常に敏感であり、かつ
LSI(大規模集積回路)化に際してチツプ上の占
有面積が大きくなる欠点があつた。
By the way, since the differential amplifier circuit 15 basically operates as an analog circuit, it has the disadvantage that it cannot take advantage of the low power consumption characteristic of a CMOS circuit. Further, although it is possible to obtain the desired characteristics of the differential amplifier circuit 15 by precisely designing the elements used and controlling the manufacturing process, the characteristics are very sensitive to variations in the elements, and
A disadvantage of LSI (Large Scale Integration) was that it took up a large area on the chip.

このような欠点を除去すべく、ダイナミツク駆
動型のCMOS比較回路を用いることによつて、
低消費電力であつて素子の設計が容易であり、
LSI化に好適な第2図に示すような比較器が考え
られている。
In order to eliminate these drawbacks, by using a dynamically driven CMOS comparison circuit,
It has low power consumption and easy element design.
A comparator as shown in Figure 2, which is suitable for LSI implementation, has been considered.

すなわち、第2図において、21は比較回路、
22および23は2入力ノアゲート、24および
25はインバータであり、それぞれCMOSより
なる。上記ノアゲート22,23はR−Sフリツ
プフロツプ26を形成するように接続されてお
り、C1〜C4はコンデンサであるが、第2図の回
路がIC化される場合には浮遊容量を利用しても
よい。
That is, in FIG. 2, 21 is a comparison circuit;
22 and 23 are two-input NOR gates, and 24 and 25 are inverters, each made of CMOS. The NOR gates 22 and 23 are connected to form an R-S flip-flop 26, and C1 to C4 are capacitors, but when the circuit in Figure 2 is integrated into an IC, stray capacitances are used. It's okay.

前記比較回路21において、T1〜T4はNチヤ
ンネルトランジスタ、T5およびT6はPチヤンネ
ルトランジスタであり、このトランジスタT5
T6はソースが第1電源端子31(電源電圧VDD
印加される)に接続され、ゲートがクロツク入力
端子32に接続されている。上記トランジスタ
T5,T6の各ドレインに対応して前記トランジス
タT1,T2のドレインが接続され、このトランジ
スタT1,T2の各ゲートは対応して基準入力端子
27(基準電圧VRが印加される)、比較入力端子
28(比較電圧VIが印加される)に接続されて
いる。そして、上記トランジスタT1,T2の各ソ
ースは対応してトランジスタT3,T4のドレイ
ン・ソースパスを介して第2電源端子29(本例
では接地されている)に接続され、このトランジ
スタT3,T4のゲートは前記クロツク入力端子2
3に接続されている。
In the comparison circuit 21, T 1 to T 4 are N-channel transistors, T 5 and T 6 are P-channel transistors, and the transistors T 5 ,
The source of T 6 is connected to the first power supply terminal 31 (to which the power supply voltage V DD is applied), and the gate is connected to the clock input terminal 32 . The above transistor
The drains of the transistors T 1 and T 2 are connected to the drains of T 5 and T 6 , and the gates of the transistors T 1 and T 2 are connected to the reference input terminal 27 (to which the reference voltage V R is applied). ), and is connected to the comparison input terminal 28 (to which the comparison voltage V I is applied). The sources of the transistors T 1 and T 2 are connected to the second power supply terminal 29 (grounded in this example) via the drain-source paths of the transistors T 3 and T 4 , respectively. The gates of T 3 and T 4 are connected to the clock input terminal 2.
Connected to 3.

そして、前記トランジスタT5,T1のドレイン
相互接続点(ノード)A、トランジスタT6,T2
のドレイン相互接続点(ノード)Bは前記フリツ
プフロツプ26のリセツト入力端R、セツト入力
端Sに接続されており、この入力端R,Sは対応
してコンデンサC1,C2を介して接地されている。
また、上記フリツプフロツプ26の出力端およ
び出力端Qは対応してコンデンサC3,C4を介し
て接地され、出力端Qはインバータ24,25を
介して比較出力端子30に接続されている。
The drain interconnection point (node) A of the transistors T 5 and T 1 and the transistors T 6 and T 2
The drain interconnection point (node) B of the flip-flop 26 is connected to the reset input terminal R and the set input terminal S of the flip-flop 26, and these input terminals R and S are respectively grounded via capacitors C 1 and C 2 . ing.
Further, the output end and the output end Q of the flip-flop 26 are respectively grounded via capacitors C 3 and C 4 , and the output end Q is connected to a comparison output terminal 30 via inverters 24 and 25 .

次に、上記構成における動作を第3図を参照し
て説明する。クロツク入力端子32にたとえば第
3図に示すようなクロツクパルスφが印加される
ものとし、第3図に示すように基準電圧VRに対
して比較電圧VIが高い値から低い値へ変化した
場合を考察する。
Next, the operation of the above configuration will be explained with reference to FIG. Assume that a clock pulse φ as shown in FIG. 3 is applied to the clock input terminal 32, and when the comparison voltage V I changes from a high value to a low value with respect to the reference voltage V R as shown in FIG. Consider.

(イ) クロツクφがロウレベル(“0”レベル)の
期間、′においては、トランジスタT5,T6
はオン、トランジスタT3,T4はオフになり、
ノードA、Bは電源端子31からトランジスタ
T1,T2を通じてプリチヤージされて電源電圧
VDD(“1”レベル)になつており、コンデンサ
C1,C2は充電される。したがつて、フリツプ
フロツプ26のノアゲート22,23はそそれ
ぞれ“0”レベルを出力し、出力端、Qは第
3図に示すように“0”レベルになり、比較出
力端子30の比較出力V0は第3図に示すよう
に“0”レベルである。
(a) During the period when the clock φ is at low level (“0” level), the transistors T 5 and T 6
is on, transistors T 3 and T 4 are off,
Nodes A and B are connected to the transistor from the power supply terminal 31.
Power supply voltage is precharged through T 1 and T 2
V DD (“1” level), and the capacitor
C 1 and C 2 are charged. Therefore, the NOR gates 22 and 23 of the flip-flop 26 each output a "0" level, the output terminal Q becomes a "0" level as shown in FIG. 3, and the comparison output V 0 of the comparison output terminal 30 is at the "0" level as shown in FIG.

(ロ) VI>VRであつてクロツクφがハイレベル
(“1”レベル)の期間においては、トランジ
スタT5,T6がオフ、トランジスタT3,T4がオ
ン、トランジスタT1,T2はVR、VIに応じて前
記コンデンサC1,C2(前述したように期間に
充電されている)からの放電電流が流れる。な
お、予めトランジスタT3,T4同志、トランジ
スタT1,T2同志の寸法(望ましくはさらに電
流の流れる方向)を厳密に同じくするように設
計しておき、さらにコンデンサC1,C2同志、
コンデンサC3,C4同志の容量が厳密に同じに
なるように設計しておけばVI=VRのとき前記
ノードA、Bの放電電圧波形は等しくなるが、
上記VI>VRの条件では第3図に示すようにノ
ードBがノードAよりも放電速度が速い。この
ため、ノードBの電圧がノードAの電圧よりも
早くフリツプフロツプ26の閾値電圧VTHに達
するので、フリツプフロツプ26はセツト入力
端Sの“0”入力により出力端Qが“1”レベ
ルになり、このため出力端はリセツト入力端
Rの入力(ノードAの電圧)に無関係に“0”
レベルになる。したがつて、このとき比較出力
端子30には“1”レベルの比較出力が得られ
る。
(b) During the period when V I > V R and the clock φ is at high level (“1” level), transistors T 5 and T 6 are off, transistors T 3 and T 4 are on, and transistors T 1 and T 2 , a discharge current flows from the capacitors C 1 and C 2 (charged during the period as described above) according to V R and VI . Note that the transistors T 3 and T 4 and the transistors T 1 and T 2 are designed in advance so that the dimensions (preferably, the direction in which the current flows) are exactly the same, and the capacitors C 1 and C 2 are
If capacitors C 3 and C 4 are designed so that their capacitances are strictly the same, the discharge voltage waveforms at nodes A and B will be equal when V I = V R , but
Under the above condition of V I >V R , the discharge speed of node B is faster than that of node A, as shown in FIG. Therefore, the voltage at node B reaches the threshold voltage V TH of the flip-flop 26 earlier than the voltage at node A, so that the output terminal Q of the flip-flop 26 becomes the "1" level due to the "0" input at the set input terminal S. Therefore, the output terminal is “0” regardless of the input to the reset input terminal R (voltage at node A).
become the level. Therefore, at this time, a comparison output at the "1" level is obtained at the comparison output terminal 30.

(ハ) VI<VRであつてクロツクφがハイレベルの
期間′においては、上述(ロ)のときに準じた動
作が行われるが、この場合はトランジスタT1
の方にトランジスタT2よりも大きな放電電流
が流れ、ノードAがノードBよりも放電速度が
速い。したがつて、フリツプフロツプ26はリ
セツト入力端Rの“0”入力により出力端が
“1”レベルになり、このため出力端Qは“0”
レベルになり、比較出力端子30には“0”レ
ベルの比較出力が得られる。
(c) During the period when V I < V R and the clock φ is at a high level, the same operation as in (b) above is performed, but in this case, the transistor T 1
A discharge current larger than that of transistor T 2 flows into the node A, and the discharge speed of the node A is faster than that of the node B. Therefore, the output terminal of the flip-flop 26 becomes "1" level due to the "0" input at the reset input terminal R, and therefore the output terminal Q becomes "0" level.
level, and a comparison output of "0" level is obtained at the comparison output terminal 30.

上述したような第2図の比較器によれば、比較
回路21はクロツクパルスφによりダイナミツク
駆動されるので、電源端子31と接地端との間に
貫通電流が流れることはなく、フリツプフロツプ
26に直流電流が流れるのは、ノードA、Bの電
圧のうち放電速度の速い方の電圧が放電開始から
フリツプフロツプの閾値に達するまでの僅かの時
間(第3図中Δt1,Δt2)であるが、コンデンサ
C1,C2は通常1pF程度であつて充電電荷は少ない
ので、上記比較器はCMOS回路の特徴を失なう
ことなく消費電力は低くて済む。
According to the comparator of FIG. 2 as described above, since the comparator circuit 21 is dynamically driven by the clock pulse φ, no through current flows between the power supply terminal 31 and the ground terminal, and a DC current flows through the flip-flop 26. flows during a short period of time (Δt 1 , Δt 2 in Fig. 3) from when the voltage at nodes A and B, which has the faster discharge rate, reaches the threshold of the flip-flop.
Since C 1 and C 2 are usually about 1 pF and the charge is small, the comparator has low power consumption without losing the characteristics of a CMOS circuit.

しかも、前述したようにトランジスタT1,T2
同志、トランジスタT3,T4同志を等しく設計す
ることは、集積回路においては容易である。
Moreover, as mentioned above, the transistors T 1 and T 2
It is easy to design transistors T 3 and T 4 equally in integrated circuits.

なお、上記した第2図の比較器においては、ト
ランジスタT1,T2がカツトオフしない範囲、つ
まりトランジスタT1,T2に電流が流れる条件は、
Nチヤンネルトランジスタの閾値電圧をVTHN
表わすとVDD〜VTHNであり、換言すれば比較可能
な電圧レンジはVDD〜VTHNに限定される。たとえ
ばVTHN=1.0Vとすると、1.0V以下の電圧ではト
ランジスタT1,T2がオンしないため比較できな
い。
In the comparator shown in FIG. 2 described above, the range in which the transistors T 1 and T 2 do not cut off, that is, the conditions under which current flows through the transistors T 1 and T 2 are as follows:
When the threshold voltage of an N-channel transistor is expressed as V THN , it is V DD to V THN . In other words, the voltage range that can be compared is limited to V DD to V THN . For example, if V THN = 1.0V, the transistors T 1 and T 2 will not turn on at a voltage of 1.0V or less, and therefore cannot be compared.

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
比較可能な電圧レンジがVDD〜VTHNの第1の比較
器と、比較可能な電圧レンジが(VDD−|VTHP
|)〜0Vの第2の比較器とを設け、いずれか一
方の比較器から正常な比較出力を選択して導出す
ることにより、比較可能な電圧レンジを0〜VDD
の範囲に拡大し得る比較器を提供するものであ
る。
The present invention was made in view of the above circumstances, and
The first comparator has a comparable voltage range of V DD to V THN , and the first comparator has a comparable voltage range of (V DD − | V THP
|) ~0V second comparator, and by selecting and deriving a normal comparison output from either one of the comparators, the voltage range that can be compared is set to 0~V DD
This provides a comparator that can be expanded to a range of .

以下、図面を参照して本発明の一実施例を詳細
に説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第4図において、41は比較可能な電圧レンジ
がVDD〜VTHNの第1の比較器であり、第2図を参
照して説明したと同様の第1のCMOS比較回路
21、第1のR−Sフリツプフロツプ26、コン
デンサC1〜C4からなる。42は比較可能な電圧
レンジが(VDD−|VTHP|)〜0Vの第2の比較器
である。ここで、VTHPはPチヤンネルトランジス
タの閾値電圧である。この第2の比較器42は、
前記第1のCMOS比較回路21のNチヤンネル
トランジスタT1,T2をPチヤンネルトランジス
タT1′,T2′に置換すると共に前記クロツクパルス
φとは逆相のクロツクパルスを用いる第2の
CMOS比較回路21′と前記第1のフリツプフロ
ツプ26のノアゲート22,23に代えてナンド
ゲート22′,23′を用いた第2のR−Sフリツ
プフロツプ26′と、コンデンサC1′〜C4′からな
る。すなわち、上記第2のCMOS比較回路2
1′において、T1′,T2′,T5′T6′はPチヤンネル
トランジスタであり、T3′,T4′はNチヤンネルト
ランジスタであり、T5′,T6′はソースが第1電源
端子31に接続され、ゲートがクロツク入力端子
32′(クロツクパルスが印加される)に接続
されている。上記トランジスタT5′,T6′の各ドレ
インに対応して前記トランジスタT1′,T2′のソー
スが接続され、このトランジスタT1′,T2′の各ゲ
ートは対応して基準入力端子27および比較入力
端子28に接続されている。上記トランジスタ
T1′,T2′の各ドレインは対応してトランジスタ
T3′,T4′のドレイン・ソースパスをして第2電源
端子29に接続され、このトランジスタT3′,
T4′のゲートは前記クロツク入力端子32′に接続
されている。そして、前記トランジスタT1′,
T2′の各ドレイン(ノードA′、B′)が対応して第
2のR−Sフリツプフロツプ26′のリセツトR
入力端およびセツトS入力端に接続されている。
In FIG. 4, 41 is a first comparator whose voltage range can be compared from V DD to V THN . It consists of an R-S flip-flop 26 and capacitors C1 to C4 . A second comparator 42 has a comparable voltage range of (V DD -|V THP |) to 0V. Here, V THP is the threshold voltage of the P channel transistor. This second comparator 42 is
The N-channel transistors T 1 and T 2 of the first CMOS comparator circuit 21 are replaced with P-channel transistors T 1 ′ and T 2 ′, and a second CMOS comparator circuit 21 uses a clock pulse having an opposite phase to the clock pulse φ.
It consists of a CMOS comparison circuit 21', a second R-S flip-flop 26' using NAND gates 22' and 23' in place of the NOR gates 22 and 23 of the first flip-flop 26, and capacitors C1 ' to C4 '. . That is, the second CMOS comparison circuit 2
1′, T 1 ′, T 2 ′, T 5 ′, T 6 ′ are P-channel transistors, T 3 ′, T 4 ′ are N-channel transistors, and T 5 ′, T 6 ′ are transistors whose sources are 1 power supply terminal 31, and its gate is connected to a clock input terminal 32' (to which a clock pulse is applied). The sources of the transistors T 1 ′ and T 2 ′ are connected to the drains of the transistors T 5 ′ and T 6 ′, and the gates of the transistors T 1 ′ and T 2 ′ are respectively connected to the reference input terminal. 27 and comparison input terminal 28. The above transistor
Each drain of T 1 ′ and T 2 ′ is connected to a corresponding transistor.
The transistors T 3 ′, T 4 ′ are connected to the second power supply terminal 29 through drain-source paths, and the transistors T 3 ′,
The gate of T 4 ' is connected to the clock input terminal 32'. And the transistor T 1 ′,
Each drain of T 2 ' (nodes A', B') corresponds to the reset R of the second R-S flip-flop 26'.
input terminal and the SET S input terminal.

一方、第1の比較器41の一対の出力端、つま
り第1のR−Sフリツプフロツプ26のQ出力端
および出力端は二入力のノアゲート43の各入
力端に接続され、このノアゲート43の出力端は
インバータ44およびアンドゲート45の一方入
力端に接続されている。上記インバータ44の出
力端および前記Q出力端はアンドゲート46の各
入力端に接続されている。そして、前記アンドゲ
ード45の他方入力端には前記第2の比較器42
のフリツプフロツプ26′の出力端がインバー
タ50を介して接続され、上記アンドゲード45
および46の各出力端はノアゲート47の入力端
に接続され、このノアゲート47の出力端はイン
バータ48を介して比較出力端子49に接続され
ている。
On the other hand, the pair of output terminals of the first comparator 41, that is, the Q output terminal and the output terminal of the first R-S flip-flop 26, are connected to each input terminal of a two-input NOR gate 43, and the output terminal of this NOR gate 43 is connected to one input terminal of the inverter 44 and the AND gate 45. The output terminal of the inverter 44 and the Q output terminal are connected to respective input terminals of an AND gate 46. The second comparator 42 is connected to the other input terminal of the AND gate 45.
The output terminal of the flip-flop 26' is connected via the inverter 50, and the output terminal of the flip-flop 26' is connected to the AND gate 45.
and 46 are connected to the input end of a NOR gate 47, and the output end of this NOR gate 47 is connected to a comparison output terminal 49 via an inverter 48.

なお、上記ノアゲート43、インバータ44、
アンドゲート45,46、ノアゲート47および
インバータ48により切換選択回路50が形成さ
れている。
Note that the Noah gate 43, the inverter 44,
A switching selection circuit 50 is formed by the AND gates 45 and 46, the NOR gate 47, and the inverter 48.

而して、上記比較器において、第1の比較器4
1の動作は第3図を参照して前述したと同様に第
5図中に示すようなものとなり、また第2の比較
器42は第1の比較器41の動作に準じて動作
し、第5図中に示すようになる。
Therefore, in the above comparator, the first comparator 4
The operation of the first comparator 42 is as shown in FIG. 5 in the same manner as described above with reference to FIG. 5 as shown in Figure 5.

すなわち、 (イ) クロツクパルスがハイレベル(“1”レベ
ル)の期間、′においては、トランジスタ
T5′,T6′はオフであるが、トランジスタT3′,
T7′がオンし、コンデンサC1′,C2′にそれまで
充電されていた電荷は放電する。したがつてこ
のときフリツプフロツプ26′の出力端Q、
は共に“1”になつている。
In other words, (a) During the period when the clock pulse is at high level (“1” level), the transistor
T 5 ′, T 6 ′ are off, but transistors T 3 ′,
T 7 ′ is turned on, and the charges previously stored in capacitors C 1 ′ and C 2 ′ are discharged. Therefore, at this time, the output terminal Q of the flip-flop 26'
Both become "1".

(ロ) クロツクパルスがローレベル(“0”レベ
ル)の期間、′においては、トランジスタ
T5′,T6′はオン、トランジスタT3′,T4′はオ
フ、トランジスタT1′,T2′は前記電圧VR、VI
の大きさに対応した抵抗になつている。したが
つてVR<VIの期間には、電源端子31から
トランジスタT5′,T1′を経てコンデンサC1′に
流れる充電電流の方が、電源端子31からトラ
ンジスタT6′,T2′を経てコンデンサC2′に流れ
る充電電流よりも大きく、ノードA′の方がノ
ードB′よりも早くフリツプフロツプ26′の閾
値電圧VTHに達し、フリツプフロツプ26′は
リセツト入力端Rの“1”入力により出力端
が“0”になる。
(b) During the period when the clock pulse is at low level (“0” level), the transistor
T 5 ′, T 6 ′ are on, transistors T 3 ′, T 4 ′ are off, transistors T 1 ′, T 2 ′ are above voltages V R , V I
The resistance corresponds to the size of . Therefore, during the period of V R <V I , the charging current flowing from the power supply terminal 31 through the transistors T 5 ′ and T 1 ′ to the capacitor C 1 ′ flows from the power supply terminal 31 through the transistors T 6 ′ and T 2 The charging current flowing through capacitor C 2 ' through ' is larger, and node A' reaches the threshold voltage V TH of flip-flop 26' earlier than node B', and flip-flop 26' reaches "1" at reset input terminal R. The output terminal becomes "0" due to input.

これに対してVR>VIの期間′には、上記と逆
にコンデンサC2′の方がコンデンサC1′よりも充電
速度が早くなり、ノードB′の方がノードA′より
も早くフリツプフロツプ26′の閾値VTHに達し、
フリツプフロツプ26′はセツト入力端Sの“1”
入力により出力端Qが“0”になり、出力端は
“1”のままである。
On the other hand, during the period ' when V R > V I , conversely to the above, capacitor C 2 ' charges faster than capacitor C 1 ', and node B' charges faster than node A'. The threshold value V TH of flip-flop 26' is reached;
The flip-flop 26' has a set input S at "1".
The output terminal Q becomes "0" due to the input, and the output terminal remains "1".

いま、VI、VRがVTHN〜VDDの場合、前記第1の
比較器41はVI>VRのときQ出力が“1”、VI
VRのとき出力が“1”になる。そして、切換
選択回路50は、上記Q出力が“1”のとき、ノ
アゲート43の出力が“0”、アンドゲート45
の出力が“0”、インバータ44の出力が“1”、
アンドゲート46の出力が“1”、ノアゲート4
7の出力が“0”、インバータ48の出力が“1”
となり、前記出力が“1”のときにはノアゲー
ト43の出力が“0”、インバータ44の出力が
“1”、アンドゲート45,46の出力がそれぞれ
“0”、ノアゲート47の出力が“1”、インバー
タ48の出力が“0”になる。すなわち、第1の
比較器41のQ出力の“1”、“0”に応じて比較
出力端子49の出力レベルが定まる。このとき、
アンドゲート45の一方入力は“0”であり、こ
こで第2の比較器42からインバータ50を経て
くる出力は禁止される。
Now, when V I and VR are between V THN and V DD , the Q output of the first comparator 41 is "1" when V I > V R , and when V I <
The output becomes “1” when it is VR . Then, the switching selection circuit 50 determines that when the Q output is "1", the output of the NOR gate 43 is "0", and the output of the AND gate 45 is "0".
The output of the inverter 44 is "0", the output of the inverter 44 is "1",
AND gate 46 output is “1”, NOR gate 4
The output of inverter 7 is “0” and the output of inverter 48 is “1”
When the output is "1", the output of the NOR gate 43 is "0", the output of the inverter 44 is "1", the outputs of the AND gates 45 and 46 are "0", the output of the NOR gate 47 is "1", The output of the inverter 48 becomes "0". That is, the output level of the comparison output terminal 49 is determined according to "1" or "0" of the Q output of the first comparator 41. At this time,
One input of the AND gate 45 is "0", and the output from the second comparator 42 via the inverter 50 is inhibited.

これに対してVI、VRが0〜VTHNの場合、たと
えばVTHN=+1.0V、VR=+0.5V、VI=0Vまたは
+0.7Vの場合、第1の比較器41のトランジス
タT1,T2はカツトオフし、ノードA、Bは“1”
レベルのままとなり、Q出力、出力とも“0”
になる。したがつて、切換選択回路50におい
て、ノアゲート43の出力、すなわちアンドゲー
ト45の一方入力は“1”になるが、他方のアン
ドゲート46は禁止状態になる。そしてこの場
合、第2の比較器42の動作範囲は0〜(VDD
|VTHP|)であつて、その出力はVI>VRのと
き“0”、VI<VRのとき“1”となつているの
で、この出力がインバータ50により反転され
て上記アンドゲート45を経てさらにノアゲート
47、インバータ48を経て比較出力端子49に
導出される。
On the other hand, when V I and V R are between 0 and V THN , for example, when V THN = +1.0V, V R = +0.5V, V I =0V or +0.7V, the first comparator 41 Transistors T 1 and T 2 are cut off, and nodes A and B are “1”
The level remains, and both Q output and output are “0”
become. Therefore, in the switching selection circuit 50, the output of the NOR gate 43, that is, one input of the AND gate 45 becomes "1", but the other AND gate 46 becomes disabled. In this case, the operating range of the second comparator 42 is 0 to (V DD
|V THP |), and its output is “0” when V I > V R , and “1” when V I < V R , so this output is inverted by the inverter 50 and converted to the above AND. The signal passes through the gate 45, then passes through the NOR gate 47 and the inverter 48, and is led out to the comparison output terminal 49.

上述した比較器によれば、それぞれの動作範囲
の一部が重なる2個のCMOS比較器を用い、一
方の比較器の出力によつて正常な動作範囲で動作
しているか否かを判定し、正常ならその出力を選
択し、正常でないなら他方の比較器の出力を選択
して導出するものである。したがつて、一方の動
作範囲の上端から他方の動作範囲の下端まで動作
範囲を拡大することができる。
According to the above-mentioned comparator, two CMOS comparators whose operating ranges partially overlap are used, and it is determined whether or not the comparator is operating within a normal operating range based on the output of one of the comparators. If it is normal, that output is selected, and if it is not normal, the output of the other comparator is selected and derived. Therefore, the operating range can be expanded from the upper end of one operating range to the lower end of the other operating range.

なお、上述実施例においては、切換選択回路5
0は、第1のR−Sフリツプフロツプ26の2出
力状態の検出結果に応じて出力選択を行つたが、
これに代えて第2のR−Sフリツプフロツプ2
6′の2出力状態の検出結果に応じて出力選択を
行なうように回路接続を変更してもよい。
Note that in the above embodiment, the switching selection circuit 5
0 selected the output according to the detection result of the two output states of the first R-S flip-flop 26.
In place of this, a second R-S flip-flop 2
The circuit connection may be changed so that the output is selected according to the detection result of the two output states of 6'.

本発明は上述したように、比較可能な電圧レン
ジを接地電位から電源電圧までの範囲に拡大し得
る比較器を提供できる。
As described above, the present invention can provide a comparator that can expand the voltage range that can be compared from the ground potential to the power supply voltage.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の比較器を示す回路図、第2図は
従来考えられている比較器を示す回路図、第3図
は第2図の動作を説明するために示す波形図、第
4図は本発明に係る比較器の一実施例を示す回路
図、第5図は第4図の動作を説明するために示す
波形図である。 21,21′……比較回路、26,26′……R
−Sフリツプフロツプ、29,31……電源端
子、50……切換選択回路、T1〜T6,T1′〜
T6′……トランジスタ。
Fig. 1 is a circuit diagram showing a conventional comparator, Fig. 2 is a circuit diagram showing a conventionally considered comparator, Fig. 3 is a waveform diagram shown to explain the operation of Fig. 2, and Fig. 4 5 is a circuit diagram showing one embodiment of the comparator according to the present invention, and FIG. 5 is a waveform diagram shown for explaining the operation of FIG. 4. 21, 21'...comparison circuit, 26, 26'...R
-S flip-flop, 29, 31...power terminal, 50...switching selection circuit, T1 ~ T6 , T1 '~
T 6 ′...Transistor.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 第1電源端子にそれぞれ一端が接続されたP
チヤンネルのトランジスタT5,T6および第2電
源端子にそれぞれ一端が接続されたNチヤンネル
のトランジスタT3,T4ならびに前記トランジス
タT5,T3の各他端間およびT6,T4の各他端間に
それぞれ対応して挿入されそれぞれのゲートに対
応して基準電圧VRおよび比較電圧VIが印加され
るNチヤンネルのトランジスタT1,T2を備え、
上記トランジスタT5,T6,T3,T4の各ゲートに
クロツクパルスφが印加される第1のCMOS(相
補型絶縁ゲート電界効果トランジスタ)比較回路
と、この比較回路の前記トランジスタT5,T6
各他端に対応して一対の入力端が接続される第1
のR−Sフリツプフロツプと、前記第1電源端子
にそれぞれ一端が接続されたPチヤンネルのトラ
ンジスタT5′,T6′および第2電源端子にそれぞれ
一端が接続されたNチヤンネルのトランジスタ
T3′,T4′ならびに前記トランジスタT5′,T3′の各
他端間およびT6′,T4′の各他端間にそれぞれ対応
して挿入されそれぞれのゲートに対応して前記基
準電圧VRおよび比較電圧VIが印加されるPチヤ
ンネルのトランジスタT1′,T2′を備え、上記トラ
ンジスタT5′,T6′,T3′,T4′の各ゲートに前記ク
ロツクパルスφとは逆相のクロツクパルスが印
加される第2のCMOS比較回路と、この比較回
路の前記トランジスタT3′,T4′の各他端に対応し
て一対の入力端が接続される第2のR−Sフリツ
プフロツプと、この第2のフリツプフロツプの出
力状態もしくは前記第1のフリツプフロツプの出
力状態を検知し、その出力状態に応じて第2のフ
リツプフロツプの出力もしくは第1のフリツプフ
ロツプの出力を選択して導出する切換選択回路と
を具備することを特徴とする比較器。
1 P with one end connected to the first power terminal
N-channel transistors T 3 , T 4 having one end connected to the channel transistors T 5 , T 6 and the second power supply terminal, and between the other ends of the transistors T 5 , T 3 and each of T 6 , T 4 N-channel transistors T 1 and T 2 are respectively inserted between the other ends and a reference voltage V R and a comparison voltage V I are applied to the respective gates,
A first CMOS (complementary insulated gate field effect transistor) comparison circuit in which a clock pulse φ is applied to each gate of the transistors T 5 , T 6 , T 3 , T 4 , and the transistors T 5 , T of this comparison circuit. 6 to which a pair of input ends are connected corresponding to each other end of the first
P-channel transistors T5 ', T6 ' each having one end connected to the first power supply terminal, and an N-channel transistor having one end each connected to the second power supply terminal.
The transistors T 3 ′, T 4 ′ and the transistors T 5 ′, T 3 ′ and the other ends of the transistors T 6 ′, T 4 ′ are inserted correspondingly to each other, respectively. The clock pulse is applied to each gate of the transistors T 5 , T 6 ′, T 3 , and T 4 ′. a second CMOS comparator circuit to which a clock pulse having an opposite phase to φ is applied; and a second CMOS comparator circuit to which a pair of input terminals are connected corresponding to the other terminals of the transistors T 3 ' and T 4 ' of this comparator circuit. detects the output state of the R-S flip-flop and the second flip-flop or the first flip-flop, and selects the output of the second flip-flop or the output of the first flip-flop according to the output state. A comparator comprising a switching selection circuit for deriving the .
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CN103023437B (en) * 2012-12-17 2015-11-18 清华大学深圳研究生院 A kind of dynamic comparer correcting offset voltage

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