JPH0449287B2 - - Google Patents

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JPH0449287B2
JPH0449287B2 JP58163459A JP16345983A JPH0449287B2 JP H0449287 B2 JPH0449287 B2 JP H0449287B2 JP 58163459 A JP58163459 A JP 58163459A JP 16345983 A JP16345983 A JP 16345983A JP H0449287 B2 JPH0449287 B2 JP H0449287B2
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JP
Japan
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current
transistor
collector
input
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JP58163459A
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Ryuichi Kioka
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NEC Corp
Original Assignee
Nippon 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
    • H03K3/023Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use of differential amplifiers or comparators, with internal or external positive feedback
    • H03K3/0233Bistable circuits
    • H03K3/02337Bistables with hysteresis, e.g. Schmitt trigger

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は入出力特性にヒステリシス特性を付け
た差動入力コンパレータに関する。
差動入力コンパレータにおいては、差動入力が
ほぼ同電位となつた時に入力信号に重畳している
ノイズ等で出力が反転をくり返す場合があり、こ
の対策として一般に入出力特性にヒステリス特性
を付けることによつてノイズ等による誤動作を防
止することが行なわれている。
第1図は従来広く用いられているヒステリシス
特性を持つた差動入力コンパレータの例である。
図において、差動入力コンパレータ1の出力端子
4より第1の抵抗5を非反転入力端子3に接続
し、かかる非反転入力端子3から共通電位へ第2
の抵抗6が接続され、反転入力端子2に入力信号
が入力されるようになつている。すなわち、出力
端子4から非反転入力端子3に帰還が施されてい
るので、かかる差動入力コンパレータ1には正帰
還がかけられていることになる。
ここで、出力端子4の電位をVO、非反転入力
端子3の電位をVIN、第1の抵抗5の抵抗値を
R1、第2の抵抗6の抵抗値をR2とすると、非反
転入力端子3の電位VINは、 VIN=R2・VO/R1+R2 ……(1) となる。出力端子4の電位のハイレベル値を
VOH,ローレベル値をVOLとすると、出力端子4
の電位がハイレベル時の非反転入力端子3の電位
VINは VIN=R2・VOH/R1+R2 ……(2) となり、一方、差動入力コンパレータ1が反転し
て出力端子4の電位がローレベルになつた時の非
反転入力端子3の電位 VIN′は VIN′=R2・VOL/R1+R2 ……(3) となる。ここで、差動入力コンパレータ1の特性
が理想演算特性を持つていると仮定すると、入出
力特性のヒステリシス幅VTHは VTH=R2(VOH−VOL)/R1+R2 ……(4) となり、第1の抵抗5と第2の抵抗6の比を適当
に設定することにより第2図に示すような入出力
特性にヒステリシス特性を持たせた差動入力コン
パレータが実現されていた。
しかしながら、第1図に示した従来の回路で
は、非反転入力端子3には必らず帰還回路である
第1と第2の抵抗5,6が接続されるために、2
つの差動入力端子を接地電位に対して完全に浮か
した状態にして使用することは不可能である。
また、差動入力コンパレータは入力信号の波形
を整形するような用途にも使用され、その場合、
要求特性上、差動入力コンパレータの反転動作に
対して独立したヒステリシス特性を付加させる必
要が生じるが、第1図の従来の回路では、かかる
特性を満足させるためには、(2),(3)式より出力端
子4のハイレベル値VOHとローレベル値VOLを必
要なヒステリシス特性に合せて設定する必要があ
り、設計上の自由度が大幅に制限されてしまう欠
点があつた。
本発明は上述した従来技術の欠点を解消し、2
つの差動入力端子が共通電位に対して完全に浮い
た状態で使用でき、合せて差動入力コンパレータ
の反転動作に対して独立したヒステリシス特性が
設定できる差動入力コンパレータを提供するもの
である。
本発明による差動入力コンパレータは、差動型
式に接続されベース間に入力電圧が印加される第
1および第2のトランジスタと、前記第1のトラ
ンジスタのコレクタに電流入力端子が接続され前
記第2のトランジスタのコレクタに電流出力端子
が接続されたカレントミラー負荷と、前記第2の
トランジスタのコレクタと前記カレントミラー負
荷の電流出力端子との接続点から得られる電流に
応答して出力電圧を発生する手段と、前記出力電
圧に応答し、前記出力電圧が第1の電圧状態のと
きは前記第1のトランジスタのコレクタ電流に所
定の第1の電流を加算して前記カレントミラー負
荷の前記電流入力端子に供給し、前記出力電圧が
第2の電圧状態のときは前記第2のトランジスタ
のコレクタ電流に所定の第2の電流を加算して前
記カレントミラー負荷の前記電流出力端子に供給
する制御手段とを備えることを特徴とする。
以下図面を用いて本発明を説明する。
第3図は本発明の構成を説明するための構成図
である。第1と第2の入力トランジスタ7,8と
かかる入力トランジスタ7,8の共通エミツタに
接続された定電流源9と前記入力トランジスタ
7,8のそれぞれコレクタに接続される負荷とし
てのトランジスタ10,11、抵抗12,13か
らなるカレントミラーとから構成される差動入力
段と、前記差動入力段にベースが接続された出力
トランジスタ17及びバイアス抵抗18、トラン
ジスタ17の負荷抵抗19により差動入力コンパ
レータが構成されている。2は反転入力端子、3
は非反転入力端子、4は出力端子であり、20は
正電源ライン、21は負電源ラインである。
かかる差動入力コンパレータの差動入力段の第
1の入力トランジスタ7のコレクタと負荷トラン
ジスタ10の接続点に第1の定電流源14が接続
され、第2の入力トランジスタ8のコレクタと負
荷トランジスタ11の接続点には第2の定電流源
が接続され、また、出力端子4の反転の状態によ
つて第1と第2の定電流源14,15を制御する
ための制御回路16が構成されている。
ここで、いま、反転入力端子2よりも非反転入
力3の電位が充分に低い場合には、第1の入力ト
ランジスタ7はオフし、第2の入力トランジスタ
8がオンして、かかる第2の入力トランジスタ8
のコレクタにベースが接続されている出力トラン
ジスタ17もオンして出力端子4の電位はローレ
ベルとなる。この時、制御回路16は第1の定電
流源14をオフさせ、第2の定電流源15をオン
させるように動作する。
つまり、第2のトランジスタ8のコレクタ電流
に第2の定電流源15の定電流が加算されたこと
になる。
次に非反転入力端子3の電位が上昇し、反転入
力端子2の電位より高くなつて、差動入力コンパ
レータが反転しようとする状態の場合には第1の
入力トランジスタ7のコレクタ電流IC1と、第2
の入力トランジスタ8のコレクタ電流:IC2と第
2の定電流源15の定電流IS2とが等しくなる。
すなわち、 IC1=IC2+IS2 ……(5) となる。この状態における差動入力電圧VIは入
力トランジスタ7と8のベース・エミツタ間電圧
をそれぞれVBE1,VBE2とすると、 VI=VBE1+VBE2 ……(6) となる。ここで、トランジスタのベース・エミツ
タ間電圧とエミツタ電流の関係式を(6)式に代入し
て、 VI=VTloIC1/IC2 ……(7) が得られる。VTは熱電圧であり、およそ26mV
である。
(5)式を(7)式に代入して VI=VTlo(1+IS2/IC2) ……(8) が得られる。すなわち、第3図の差動入力コンパ
レータの出力端子4の電位をローレベルからハイ
レベルに反転させるためには、反転入力端子2よ
りも非反転入力端子3の電位を前記差動入力電圧
VI以上高くする必要がある。
一方、反転入力端子2よりも非反転入力端子3
の電位が充分高い場合には、出力端子4の電位は
ハイレベルとなり、この出力端子4の電位を受け
て制御回路16は第1の定電流源14をオンさ
せ、第2の定電流源15をオフさせるように動作
する。ここで、非反転入力端子3の電位が低下し
て反転入力端子2の電位より低くなつて差動入力
コンパレータが反転しようとする状態の場合に
は、非反転入力端子3の電位を反転入力端子2よ
りも VI′=VTlo(1−IS1/IC2) ……(9) 以上低くする必要がある。ここでVI′はかかる状
態における差動入力電圧であり、IS1は第1の定
電流源14の定電流値である。
ここで第1の定電流源の定電流値IS1と第2の
定電流源の定電流値IS2は独立して設定すること
が可能で、これを異ならせて設定すれば、(8),(9)
式より差動入力コンパレータの反転に対して独立
したヒステリシス特性を設定することができる。
第4図は前述した本発明による差動入力コンパ
レータの入出力特性を示す図である。(8),(9)式に
よつて決定される差動入力電圧:VI,VI′の分だ
けヒステリシス特性が付けられている。
第5図は本発明を実現するための実施例であ
り、第3図における制御回路16を具体化したも
のである。
ここで定電流源9,14,15については容易
な手段で実現可能なので具体化していない。また
差動入力段の基本動作と出力トランジスタ17の
動作についても前述してあるので省略する。
第5図においては、制御回路16はトランジス
タ22,23で構成される第1の差動増幅器とト
ランジスタ24,25で構成される第2の差動増
幅器とバイアス源26で構成されている。
かかる第1の差動増幅器の共通エミツタには第
1の定電流源14が接続され、第2の差動増幅器
の共通エミツタには第2の定電流源が接続されて
いる。
また、トランジスタ23と25の両ベースは出
力端子4に接続され、トランジスタ22と24の
両ベースはバイアス源26に接続され、トランジ
スタ22のコレクタは第1の入力トランジスタ7
のコレクタと負荷トランジスタ10の接続点へ接
続され、トランジスタ25のコレクタは第2の入
力トランジスタ8のコレクタと負荷トランジスタ
11の接続点に接続され、トランジスタ23,2
4の両コレクタは負電源ライン21に接続されて
いる。
ここで、バイアス源26の電位は、出力端子4
のハイレベル値VOHとローレベル値VOLの中間の
電位に設定し、具体的にはダイオードチエーン等
で実現できる。
このような構成になつているために、反転入力
端子2の電位より非反転入力端子3の電圧が充分
低くなつて出力端子4がローレベルとなつた時に
は、トランジスタ23と25がオン、トランジス
タ22と24がオフし、第2の定電流源15の定
電流がトランジスタ25を介して第2の入力トラ
ンジスタ8のコレクタ電流に加算され、一方、第
1の定電流源14の定電流はトランジスタ23を
介して負電源ライン21に捨てられることで、差
動入力段へは伝達されなくなる。
また、反転入力端子2の電位より非反転入力端
子3の電位が充分高くなつて出力端子4の電位が
ハイレベルになつた時にはトランジスタ22と2
4がオン、トランジスタ23と25がオフして第
1の定電流源14の定電流が第1の入力トランジ
スタ7のコレクタ電流に加算され、第2の定電流
源15の定電流は負電源ライン21に捨てられ、
差動入力段へは伝達されなくなる。
以上説明したように第5図の本発明の実施例に
おいては、第3図に示した本発明の構成、動作を
全て満足している。また、第5図による本発明の
実施例においては半導体集積回路化が容易に実現
でき、低コストで本発明が具体化できる。
第6図は半導体集積回路化を前提にした本発明
の第2の実施例である。図において、制御回路1
6はマルチコレクタ構造のラテラルPNPトラン
ジスタ27,28をエミツタ共通として差動増幅
器を構成し、第1のトランジスタ27のベースは
バイアス源に接続され、第2のトランジスタ28
のベースは出力端子4に接続され、第1のトラン
ジスタの第1のコレクタは第1の入力トランジス
タ7のコレクタと負荷トランジスタ10の接続点
に接続され、かつ、第2のコレクタは負電源ライ
ン21に接続され、また、第2のトランジスタの
第1のコレクタは負電源ラインに接続され、か
つ、第2のコレクタは第2の入力トランジスタ8
のコレクタと負荷トランジスタ11の接続点に接
続されている。
ここで、出力端子4の電位がローレベルの時は
トランジスタ28がオンして定電流源29の定電
流のうち、一部はトランジスタ28の第1のコレ
クタから負電源ライン21に捨てられ、残る一部
は第2のコレクタから第2の入力トランジスタ8
のコレクタ電流に加算される。一方、出力端子4
の電位がハイレベルの時はトランジスタ27がオ
ンして定電流源29の定電流のうち、一部はトラ
ンジスタ27の第1のコレクタから第1の入力ト
ランジスタ7のコレクタ電流に加算され、残る一
部は第2のコレクタから負電源ラインに捨てられ
る。
マルチコレクタ構造のラテラルPNPトランジ
スタにおいては、コレクタ領域を分割して複数の
コレクタを作り、かかるコレクタ領域の面積もし
くは角度分割比に比例してエミツタ電流を複数の
コレクタに分流させることができるが、第6図の
回路においてはトランジスタ27と28が独立し
て第1と第2のコレクタ分割比をマスク設計上で
設定できるので本発明の目的を完全に満足させら
れる。
マルチコレクタのラテラルPNPトランジスタ
が使用できない場合はエミツタとベースをそれぞ
れ共通接続してエミツタ面積比を目的の特性に合
せて設定したカレントミラー接続をマルチコレク
タのトランジスタと置き換えても良い。
また、差動入力コンパレータの反転動作に対し
て独立したヒステリシス特性を必要としない場合
は、第6図の第1と第2のトランジスタ27,2
8をマルチコレクタ構造とせず、第1のトランジ
スタ27の第2のコレクタと第2のトランジスタ
28の第1のコレクタを省略することにより簡略
化した回路とすることができ、この場合の具体例
の回路図を第7図に示す。
以上説明したように本発明によれば、2つの差
動入力端子を接地電位に対して完全に浮かした状
態にでき、また、差動入力コンパレータの反転動
作に対して独立したヒステリシス特性が付けられ
る差動入力コンパレータが実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の差動入力の例を示す回路図、第
2図は第1図の回路の入出力特性を示す図であ
る。第3図は本発明の原理的構成を示す構成図、
第4図は入出力特性を示す図、第5図は本発明を
具体的に実現した実施例の回路図、第6図と第7
図はそれぞれ本発明の他の実施例の回路図であ
る。 1……差動入力コンパレータ、2……反転入力
端子、3……非反転入力端子、4……出力端子、
5,6,12,13,18,19……抵抗、7,
8,10,11,17,22,23,24,2
5,27,28……トランジスタ、9,14,1
5,29……定電流源、16……制御回路、20
……正電源ライン、21……負電源ライン、26
……バイアス源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 差動型式に接続されベース間に入力電圧が印
    加される第1および第2のトランジスタと、前記
    第1のトランジスタのコレクタに電流入力端子が
    接続され前記第2のトランジスタのコレクタに電
    流出力端子が接続されたカレントミラー負荷と、
    前記第2のトランジスタのコレクタと前記カレン
    トミラー負荷の電流出力端子との接続点から得ら
    れる電流に応答して出力電圧を発生する手段と、
    前記出力電圧に応答し、前記出力電圧が第1の電
    圧状態のときは前記第1のトランジスタのコレク
    タ電流に所定の第1の電流を加算して前記カレン
    トミラー負荷の前記電流入力端子に供給し、前記
    出力電圧が第2の電圧状態のときは前記第2のト
    ランジスタのコレクタ電流に所定の第2の電流を
    加算して前記カレントミラー負荷の前記電流出力
    端子に供給する制御手段とを備えることを特徴と
    する差動入力コンパレータ。 2 前記制御手段は、前記第1の電流を発生する
    第1の電流源、前記第2の電流を発生する第2の
    電流源、および前記出力電圧が前記第1の電圧状
    態のときは前記第1の電流源を前記第1のトラン
    ジスタのコレクタに接続するとともに前記第2の
    電流源を前記第2のトランジスタのコレクタから
    切り離し、前記出力電圧が前記第2の電圧状態の
    ときは前記第2の電流源を前記第2のトランジス
    タのコレクタに接続するとともに前記第1の電流
    源を前記第1のトランジスタのコレクタから切り
    離すスイツチ回路を有することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載の差動入力コンパレータ。 3 前記制御手段は、電流源およびこの電流源の
    電流の少なくとも一部を前記出力電圧が前記第1
    の電圧状態のときは前記第1のトランジスタのコ
    レクタに前記第1の電流として前記出力電圧が前
    記第2の電圧状態のときは前記第2のトランジス
    タのコレクタに前記第2の電流としてそれぞれ供
    給する電流切換回路を有することを特徴とする特
    許請求の範囲第1項記載の差動入力コンパレー
    タ。
JP58163459A 1983-09-06 1983-09-06 差動入力コンパレ−タ Granted JPS6054513A (ja)

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US06/647,433 US4634897A (en) 1983-09-06 1984-09-05 Comparator having a hysteresis characteristic

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JPH0449287B2 true JPH0449287B2 (ja) 1992-08-11

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