JPH05175752A - Differential voltage comparator - Google Patents

Differential voltage comparator

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JPH05175752A
JPH05175752A JP4137095A JP13709592A JPH05175752A JP H05175752 A JPH05175752 A JP H05175752A JP 4137095 A JP4137095 A JP 4137095A JP 13709592 A JP13709592 A JP 13709592A JP H05175752 A JPH05175752 A JP H05175752A
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JP
Japan
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circuit
differential amplifier
voltage
amplifier circuit
input
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Application number
JP4137095A
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Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Taguchi
田口正弘
Koichi Azuma
幸一 東
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Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH05175752A publication Critical patent/JPH05175752A/en
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Abstract

PURPOSE:To amplify an input voltage up to a logic level without increasing the circuit scale even when a difference between two input voltages to be compared by providing a differential amplifier circuit, a nonlinear differential amplifier circuit and a voltage comparator circuit with a latch on the subject comparator. CONSTITUTION:Two voltages to be compared are fetched by an input circuit 1 and two outputs of the input circuit 1 are amplified by a degree with a differential amplifier circuit 2 receiving them through capacitors C1, C2. Then the two outputs of the differential amplifier circuit 2 are inputted to a nonlinear differential amplifier circuit 3 via capacitors C3, C4, in which they are largely amplified by the positive feedback effect suppressed from a positive feedback circuit. The two outputs are amplified up to a logic level by a voltage comparator circuit 4 with a latch.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は2つの電圧を比較する差
動型電圧比較器に係わり、特に2つのアナログ電圧の差
が小さくてもロジックレベルまで増幅することのできる
差動型電圧比較器に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a differential voltage comparator for comparing two voltages, and more particularly to a differential voltage comparator capable of amplifying to a logic level even if the difference between two analog voltages is small. Regarding

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の差動型電圧比較器、例えば“Th
e Journal OF Solid−State
Circuits,Vol.24,No.1 FEBR
UARY 1989;pp241−249”において示
された例を図11に示す。ここでは、同じ構成の差動型
増幅回路を3つのコンデンサカップリングで接続するこ
とにより、入力電圧差をロジックレベルまで増幅して、
差動電圧比較器を実現している。
2. Description of the Related Art A conventional differential voltage comparator, for example, "Th
e Journal OF Solid-State
Circuits, Vol. 24, No. 1 FEBR
11 shows an example shown in UARY 1989; pp 241-249 ". Here, a differential amplifier circuit having the same configuration is connected by three capacitor couplings to amplify the input voltage difference to a logic level. hand,
Realizes a differential voltage comparator.

【0003】図11でMOSFETであるQF1、QF
2、QF3、QF4、QF5、QF6はそれぞれの差動
型増幅回路5をリッセト状態にするためもので、MOS
FETQF1、QF2にはパルスFB0、MOSFET
QF3、QF4、QF5、QF6にはパルスFB1が入
力される。パルスFB0とパルスFB1は同時にハイレ
ベルになって各差動型増幅回路5をリセットし、パルス
FB0はFB1より先にローレベルになって初段の差動
型増幅回路を作動状態とし、順次後段の差動型増幅回路
を動作状態として回路全体の安定を図っている。
In FIG. 11, MOSFETs QF1 and QF are provided.
2, QF3, QF4, QF5, and QF6 are for putting the respective differential amplifier circuits 5 in a reset state, and MOS
A pulse FB0 and a MOSFET are applied to the FETs QF1 and QF2.
The pulse FB1 is input to QF3, QF4, QF5, and QF6. The pulse FB0 and the pulse FB1 simultaneously become high level to reset each differential type amplifier circuit 5, and the pulse FB0 becomes low level before FB1 to activate the differential type amplifier circuit in the first stage, and sequentially in the subsequent stages. The differential amplifier circuit is put into an operating state to stabilize the entire circuit.

【0004】図11の差動型増幅回路の回路図を図12
に示す。MOSFETQl1、Q12に入力された+V
in、−Vinは、ゲートとドレインが接続されたMO
SFETQL1、QL2からなる負荷回路、ゲートに一
定の電圧が与えられたMOSFETQL3、QL4から
なる負荷回路、ゲートに一定の電圧が与えられたMOS
FETQC1、QC2からなるカスコード回路、ゲート
に一定の電圧が与えられたMOSFETQ9の定電流回
路によって差動増幅され、QC1、QC2のドレインよ
り+Vout、−Voutが出力される。なお、QC
1、QC2のドレインに接続されたMOSFETQR1
はリッセト回路を構成し、ゲートに加えられるリセット
信号によりQC1、QC2間が短絡されてリセットされ
る。
FIG. 12 is a circuit diagram of the differential amplifier circuit of FIG.
Shown in. + V input to MOSFETs Q11 and Q12
in and -Vin are MO in which the gate and the drain are connected
Load circuit composed of SFETs QL1 and QL2, load circuit composed of MOSFETs QL3 and QL4 whose gates are supplied with a constant voltage, MOS whose gate is supplied with a constant voltage
Differential amplification is performed by a cascode circuit composed of FETs QC1 and QC2 and a constant current circuit of a MOSFET Q9 whose gate is supplied with a constant voltage, and + Vout and −Vout are output from the drains of QC1 and QC2. In addition, QC
1. MOSFET QR1 connected to the drain of QC2
Constitutes a reset circuit, and is reset by short-circuiting between QC1 and QC2 by a reset signal applied to the gate.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような差
動型増幅回路を2乃至3程度接続しただけでは比較され
るべき2つの入力電圧の差が小さい場合には入力電圧差
をロジックレベルまで増幅することはできず、ロジック
レベルまで増幅しようとすると、差動型増幅回路をさら
に付加する必要があり、そのため回路規模が大きくなっ
てしまうという問題がある。
However, if the difference between the two input voltages to be compared is small only by connecting about 2-3 such differential type amplifier circuits, the input voltage difference is reduced to the logic level. It cannot be amplified, and if it is attempted to amplify to a logic level, it is necessary to add a differential amplifier circuit, which causes a problem that the circuit scale becomes large.

【0006】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、比較されるべき2つの入力電圧の差が小さくても、
回路規模を大きくすることなく入力電圧をロジックレベ
ルまで増幅することができる差動型電圧比較器を提供す
ることを目的とする。
The present invention is intended to solve the above-mentioned problems, and even if the difference between two input voltages to be compared is small,
An object of the present invention is to provide a differential voltage comparator that can amplify an input voltage to a logic level without increasing the circuit scale.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】そこで本発明は、2つの
電圧を比較して電圧差を増幅する差動型電圧比較器にお
いて、比較されるべき2つの電圧を取り込む入力回路
と、該入力回路の2つの出力が第1のコンデンサC1及
び第2のコンデンサC2を介して入力され、入出力間に
スイッチング回路が接続された差動増幅回路と、該差動
増幅回路の2つの出力が第3のコンデンサC3および第
4のコンデンサC4を介して入力され、入出力間にスイ
ッチング回路が接続された非線形差動増幅回路と、該非
線形差動増幅回路の2つの出力が入力される差動増幅回
路と該差動増幅回路出力が入力され、正帰還回路からな
るラッチ回路とを有するラッチ付き電圧比較回路とを備
えたことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, according to the present invention, in a differential voltage comparator for comparing two voltages and amplifying a voltage difference, an input circuit for taking in two voltages to be compared, and the input circuit. Two outputs of the differential amplifier circuit are input via the first capacitor C1 and the second capacitor C2, and a switching circuit is connected between the input and output, and two outputs of the differential amplifier circuit are the third output. Non-linear differential amplifier circuit which is input via the capacitor C3 and the fourth capacitor C4, and a switching circuit is connected between the input and output, and a differential amplifier circuit to which two outputs of the non-linear differential amplifier circuit are input. And a latched voltage comparison circuit having a latch circuit formed of a positive feedback circuit, to which the output of the differential amplifier circuit is input.

【0008】また本発明は、差動増幅回路、非線形差動
増幅回路、ラッチ付き電圧比較回路の少なくとも1つが
自己バイアス形からなり、外部からのバイアス電圧を必
要とせず、回路構成を簡単化したことを特徴とする。
Further, according to the present invention, at least one of the differential amplifier circuit, the non-linear differential amplifier circuit, and the voltage comparison circuit with a latch is of a self-bias type, which does not require an external bias voltage and simplifies the circuit configuration. It is characterized by

【0009】[0009]

【作用】本発明の差動型電圧比較器においては、比較さ
れるべき2つの電圧を入力回路により取り込み、この入
力回路の2つの出力がオフセットキャンセル用の第1の
コンデンサC1および第2のコンデンサC2を介して入
力される差動増幅回路によってある程度増幅される。コ
ンデンサC1、コンデンサC2は、回路素子のバラツキ
によるオフセット量に応じた電荷が蓄えられるようにし
ている。次いで、差動増幅回路の2つの出力をオフセッ
トキャンセル用の第3のコンデンサC3および第4のコ
ンデンサC4を介して非線形差動増幅回路に入力し、正
帰還回路の抑制された正帰還効果により大きく増幅す
る。非線形差動増幅回路の正帰還回路は、差動増幅され
る一方の出力で、他方の出力に正帰還をかけるものであ
り飽和電圧に向けて電圧増幅する。この非線形差動増幅
回路の2つの出力は、ラッチ付き電圧比較回路によりロ
ジックレベルまで増幅される。ラッチ付き電圧比較回路
は差動増幅回路と正帰還回路を構成するラッチ回路から
なり、入力電圧差が大きいために差動増幅回路で飽和電
圧まで増幅された場合はそのまま保持して出力し、入力
電圧差が小さいために増幅が十分でない場合は、ラッチ
回路の正帰還回路で飽和電圧まで増幅して出力するもの
であり、比較されるべき2つの入力電圧の差が小さくて
もロジックレベルまで増幅して取り出すことが可能であ
る。
In the differential voltage comparator of the present invention, the two voltages to be compared are fetched by the input circuit, and the two outputs of this input circuit are the first capacitor C1 and the second capacitor for offset cancellation. The signal is amplified to some extent by the differential amplifier circuit input via C2. The capacitors C1 and C2 are configured to store electric charges according to an offset amount due to variations in circuit elements. Next, the two outputs of the differential amplifier circuit are input to the non-linear differential amplifier circuit via the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4 for offset cancellation, and are greatly increased by the suppressed positive feedback effect of the positive feedback circuit. Amplify. The positive feedback circuit of the non-linear differential amplifier circuit applies positive feedback to one output that is differentially amplified and the other output, and performs voltage amplification toward the saturation voltage. The two outputs of this non-linear differential amplifier circuit are amplified to a logic level by a voltage comparison circuit with a latch. The voltage comparator circuit with a latch consists of a differential amplifier circuit and a latch circuit that constitutes a positive feedback circuit.When the differential amplifier circuit has amplified the voltage to the saturation voltage because it has a large input voltage difference, it is held and output as is. If the amplification is not sufficient because the voltage difference is small, the positive feedback circuit of the latch circuit amplifies and outputs to the saturation voltage. Even if the difference between the two input voltages to be compared is small, it is amplified to the logic level. Can be taken out.

【0010】また、本発明は差動増幅回路、非線形差動
増幅回路、ラッチ付き電圧比較回路を構成する各素子
は、外部電圧でバイアス制御することも、自己バイアス
で制御するようにしてもよく、自己バイハス型とするこ
とによりバイアス電圧発生回路を不要とすることが可能
である。
Further, according to the present invention, each element constituting the differential amplifier circuit, the non-linear differential amplifier circuit, and the voltage comparison circuit with a latch may be bias-controlled by an external voltage or self-biased. By using the self-bias type, the bias voltage generating circuit can be eliminated.

【0011】[0011]

【実施例】図1は本発明の差動型電圧比較器の実施例の
ブロック構成図である。図1において、1は比較される
べき2つの電圧Vin、Vrefを取り込む入力回路、
2は上記入力回路の2つの出力が第1のコンデンサC1
および第2のコンデンサC2を介して入力される差動増
幅回路、3は上記差動増幅回路の2つの出力が第3のコ
ンデンサC3および第4のコンデンサC4を介して入力
される非線形差動増幅回路、4は上記非線形差動増幅回
路の2つの出力が入力されてVout1、Vout2を
出力するラッチ付き電圧比較回路である。
1 is a block diagram of an embodiment of a differential type voltage comparator of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an input circuit that takes in two voltages Vin and Vref to be compared,
2 indicates that the two outputs of the input circuit are the first capacitor C1.
And a differential amplifier circuit 3 which is input via the second capacitor C2, and 3 is a non-linear differential amplifier in which the two outputs of the differential amplifier circuit are input via the third capacitor C3 and the fourth capacitor C4. A circuit 4 is a voltage comparison circuit with a latch to which the two outputs of the non-linear differential amplifier circuit are input and which outputs Vout1 and Vout2.

【0012】まず、図6により図1の差動型電圧比較器
の動作を概略説明する。図6は動作波形を示し、Vi
n、Vref、V1、V2、V3、V4、Vout1、
Vout2はそれぞれ図1に示した各端子の電圧であ
り、またタイミングパルスPH1、PH2はノーオーバ
ーラップのパルスになっている。なお、図6(a)はタ
イミングパルスPH1、PH2を示す図、図6(b)は
入力電圧Vin、基準電圧Vrefを説明する図、図6
(c)は差動増幅回路の出力電圧V1、V2を示す図、
図6(d)は非線形差動増幅回路の出力電圧V3、V4
を示す図、図6(e)はラッチ付き電圧比較回路の出力
電圧Vout1、Vout2を説明する図である。
First, the operation of the differential voltage comparator of FIG. 1 will be briefly described with reference to FIG. FIG. 6 shows operation waveforms, and Vi
n, Vref, V1, V2, V3, V4, Vout1,
Vout2 is the voltage at each terminal shown in FIG. 1, and the timing pulses PH1 and PH2 are non-overlapping pulses. 6A shows the timing pulses PH1 and PH2. FIG. 6B shows the input voltage Vin and the reference voltage Vref.
(C) is a diagram showing output voltages V1 and V2 of the differential amplifier circuit,
FIG. 6D shows output voltages V3 and V4 of the non-linear differential amplifier circuit.
FIG. 6E is a diagram for explaining output voltages Vout1 and Vout2 of the voltage comparison circuit with a latch.

【0013】図6(b)に示すように、時刻t0からt
1までは比較されるべき2つの入力電圧Vin、Vre
fの差がVin≫Vrefで大きく、時刻t1からt2
まではVin>Vref、時刻t2以降はVin<Vr
efで比較されるべき2つの入力電圧Vin、Vref
の差は小さい。このような入力電圧を与えたときの差動
増幅回路の出力電圧V1、V2は、図6(c)に示すよ
うにPH2の期間一定程度増幅される。そして、図6
(d)に示すように非線形差動増幅回路でさらに大きく
増幅されVin≫Vrefの場合には飽和電圧になり、
またVinとVrefの差が小さい場合でも正帰還をか
けて増幅し、電圧V3、V4を出力している。なお、タ
イミングパルスPH1がハイレベルの時、差動増幅回路
と非線形差動増幅回路はリッセト状態となり、出力電圧
V1、V2、V3、V4はそれぞれ、ある一定の電圧を
示し、後述するようにオフセットキャンセルが行われる
ようになっている。次いで、非線形差動増幅回路の電圧
はラッチ付き電圧比較器に入力され、飽和電圧まで増幅
されている場合にはその値がそのまま保持され、増幅が
十分でない場合にはラッチ回路の正帰還作用により飽和
電圧まで増幅して保持し、Vout1、Vout2とし
て出力する。
As shown in FIG. 6B, from time t0 to t
Up to 1, two input voltages Vin, Vre to be compared
The difference of f is large in Vin >> Vref, and from time t1 to t2
Up to Vin> Vref, after time t2 Vin <Vr
Two input voltages Vin, Vref to be compared at ef
Is small. The output voltages V1 and V2 of the differential amplifier circuit when such an input voltage is applied are amplified to a certain degree during the period PH2 as shown in FIG. 6C. And FIG.
As shown in (d), it is further amplified by the non-linear differential amplifier circuit, and when Vin >> Vref, it becomes a saturation voltage,
Further, even when the difference between Vin and Vref is small, positive feedback is performed to amplify the voltage, and the voltages V3 and V4 are output. When the timing pulse PH1 is at a high level, the differential amplifier circuit and the non-linear differential amplifier circuit are in a reset state, and the output voltages V1, V2, V3, and V4 each show a certain constant voltage, and are offset as described later. Cancellation is supposed to be done. Next, the voltage of the non-linear differential amplifier circuit is input to the voltage comparator with a latch, and when the voltage is amplified to the saturation voltage, its value is held as it is. It is amplified to the saturation voltage, held, and output as Vout1 and Vout2.

【0014】次に実施例の差動型電圧比較器の各回路を
順に説明する。 (1)入力回路 図2は図1に示す入力回路1の一実施例を示す図であ
る。N型MOSFET(以下「NMOS」と言う)QT
1、QT2は第1のタイミングパルスPH1により一方
の入力端子Vrefの電圧を両方の出力端子に出力す
る。NMOSQT3、QT4は第2のタイミングパルス
PH2により各入力端子Vin、Vrefの電圧をそれ
ぞれ出力する。従って、第1のタイミングパルスPH1
がハイレベルのとき入力端子Vrefの電圧を基準電圧
として取り込み、第2のタイミングパルスPH2がハイ
レベルのとき各入力端子Vin、Vrefの電圧が取り
込まれる。
Next, each circuit of the differential type voltage comparator of the embodiment will be described in order. (1) Input Circuit FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the input circuit 1 shown in FIG. N-type MOSFET (hereinafter referred to as "NMOS") QT
1, QT2 outputs the voltage of one input terminal Vref to both output terminals by the first timing pulse PH1. The NMOSs QT3 and QT4 output the voltages of the input terminals Vin and Vref, respectively, in response to the second timing pulse PH2. Therefore, the first timing pulse PH1
Is high level, the voltage of the input terminal Vref is taken in as a reference voltage, and when the second timing pulse PH2 is high level, the voltages of the input terminals Vin and Vref are taken in.

【0015】(2)差動増幅回路 図3は図1に示す差動増幅回路2の一実施例を示す図で
ある。NMOSQI1、QI2は差動入力段でそれぞれ
のゲートに入力端子+Vin、−Vinが接続されてい
る。NMOSQC1、QC2はカスコード段で、そのゲ
ートが端子BIAScに接続されている。また、QC
1、QC2のドレインはそれぞれ出力端子−Vout、
+Voutに接続されている。P型MOSFET(以下
「PMOS」と言う)QL1、QL2、QL3、QL4
は負荷回路を構成し、それぞれのソースには電源電圧V
DDが与えられている。
(2) Differential Amplifier Circuit FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the differential amplifier circuit 2 shown in FIG. The input terminals + Vin and -Vin are connected to the respective gates of the NMOS QI1 and QI2 in the differential input stage. The NMOS QC1 and QC2 are cascode stages, and their gates are connected to the terminal BIASc. Also, QC
1, the drain of QC2 is the output terminal -Vout,
It is connected to + Vout. P-type MOSFETs (hereinafter referred to as "PMOS") QL1, QL2, QL3, QL4
Constitutes a load circuit, and the power supply voltage V is applied to each source.
DD is given.

【0016】また、QL1、QL2はそのゲートとドレ
インが短絡されており、QL3、QL4はそのゲートは
端子BIASpに接続されている。QI1、QI2の共
通化されたソースには、電流を供給する定電流源として
NMOSQ9が接続されている。Q9のゲートは端子B
IASnに接続され、ソースには基板電位が与えられて
いる。NMOSQF1、QF2はタイミングパルスPH
1に従って、それぞれQC1のドレインとQI1のゲー
ト、QC2のドレインとQI2のゲートを短絡するため
のスイッチである。また端子BIASc、BIASp、
BIASnにはそれぞれ一定のバイアス電圧が与えら
れ、QL3、QL4、QC1、QC2、Q9は所定のイ
ンピーダンス値になるように制御されている。
The gates and drains of QL1 and QL2 are short-circuited, and the gates of QL3 and QL4 are connected to the terminal BIASp. An NMOS Q9 as a constant current source for supplying a current is connected to the common source of QI1 and QI2. The gate of Q9 is terminal B
It is connected to IASn and the substrate potential is applied to the source. NMOS QF1 and QF2 are timing pulses PH
1 is a switch for short-circuiting the drain of QC1 and the gate of QI1, and the drain of QC2 and the gate of QI2. Also, the terminals BIASc, BIASp,
BIASn is supplied with a constant bias voltage, and QL3, QL4, QC1, QC2, and Q9 are controlled to have predetermined impedance values.

【0017】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
き、QC1のドレインとQI1のゲート、QC2のドレ
インとQI2のゲートはそれぞれQF1、QF2によっ
て短絡され、差動増幅回路はリセット状態となり、入力
端子+Vinの電圧は、QL1、QL3、QF1、QC
1、QI1、Q9で決まる−Voutになり、入力端子
−Vinの電圧はQL2、QL4、QF2、QC2、Q
I2、Q9で決まる+Voutとなる。このとき差動増
幅回路のトランジスタにバラツキがなければ−Vout
と+Voutは、図6(c)に示すように同じ一定値と
なるが、トランジスタにバラツキがあると、そのオフセ
ット量に応じたある一定の電圧を出力端子−Voutと
入力端子+Vin、及び出力端子+Voutと入力端子
−Vinにそれぞれ出力する。
When the timing pulse PH1 is at a high level, the drain of QC1 and the gate of QI1 and the drain of QC2 and the gate of QI2 are short-circuited by QF1 and QF2, respectively, and the differential amplifier circuit is in the reset state, and the voltage at the input terminal + Vin. Is QL1, QL3, QF1, QC
It becomes -Vout determined by 1, QI1, Q9, and the voltage of the input terminal -Vin is QL2, QL4, QF2, QC2, Q.
It becomes + Vout determined by I2 and Q9. At this time, if there is no variation in the transistors of the differential amplifier circuit, -Vout
6 and + Vout have the same constant value as shown in FIG. 6C, but if there are variations in the transistors, a certain constant voltage corresponding to the offset amount is output to the output terminal −Vout, the input terminal + Vin, and the output terminal. It outputs to + Vout and the input terminal -Vin, respectively.

【0018】また、PH1がハイレベルのとき、図1の
コンデンサC1およびC2の入力回路側の端子には、図
2に示す入力回路のQT1、QT2が導通するためにV
refがそれぞれ与えられている。したがって、コンデ
ンサC1およびC2には差動増幅回路のオフセット量に
応じた電荷が蓄えられる。次いで、タイミングパルスP
H1がローレベルになると、QC1のドレインとQI1
のゲート、QC2のドレインとQI2のゲートはそれぞ
れQF1、QF2によって開放され、差動増幅回路は能
動状態となる。
When PH1 is at a high level, the terminals on the input circuit side of the capacitors C1 and C2 shown in FIG. 1 are connected to the input circuit QT1 and QT2 shown in FIG.
ref is given to each. Therefore, charges corresponding to the offset amount of the differential amplifier circuit are stored in the capacitors C1 and C2. Then, the timing pulse P
When H1 goes low, the drain of QC1 and QI1
, The drain of QC2 and the gate of QI2 are opened by QF1 and QF2, respectively, and the differential amplifier circuit becomes active.

【0019】次に、タイミングパルスPH2がハイレベ
ルになると、入力回路1から取り込まれたVin、Vr
efの電圧がオフセット量に応じた電荷が蓄えられてい
るコンデンサC1およびC2を介して、それぞれ入力端
子+Vin、−Vinに現れ、そのためオフセットはキ
ャンセルされる。本実施例では、Vrefの電圧は一定
なので、入力端子+Vin、−Vin間には差動回路の
オフセットと|Vref − Vin|を加えた電位差
が生じ、それぞれQI1、QI2のゲートに伝えられて
増幅され、図6(c)に示すように出力端子+Vou
t、−Voutに出力される。
Next, when the timing pulse PH2 becomes high level, Vin, Vr fetched from the input circuit 1
The voltage of ef appears at the input terminals + Vin and -Vin via the capacitors C1 and C2 in which electric charges corresponding to the offset amount are stored, and the offset is canceled. In the present embodiment, since the voltage of Vref is constant, an offset of the differential circuit and a potential difference obtained by adding | Vref-Vin | Output terminal + Vou as shown in FIG.
t, output to -Vout.

【0020】(3)非線形差動増幅回路 図4は図1の非線形差動増幅回路3の一実施例を示す図
である。NMOSQI1、QI2は差動入力段で、それ
ぞれのゲートは入力端子+Vin、−Vinに接続され
ている。またドレインはそれぞれ出力端子−Vout、
+Voutに接続されている。PMOSQL1、QL
2、QL3、QL4は負荷回路で、それぞれのソースに
は電源電圧VDDが与えられている。また、QL1、Q
L2はそのゲートとドレインが短絡されており、QL
3、QL4はそのゲートは端子BIASpに接続されて
いる。PMOSQP1、QP2は正帰還回路で、そのゲ
ートとドレインが交差接続されており、それぞれのソー
スには電源電圧VDDが与えられている。
(3) Non-Linear Differential Amplifier Circuit FIG. 4 is a diagram showing an embodiment of the non-linear differential amplifier circuit 3 of FIG. The NMOS QI1 and QI2 are differential input stages, and their gates are connected to the input terminals + Vin and -Vin, respectively. The drains are output terminals -Vout,
It is connected to + Vout. PMOS QL1, QL
2, QL3 and QL4 are load circuits, and the power supply voltage VDD is applied to their sources. Also, QL1, Q
The gate and drain of L2 are short-circuited, and QL
3, QL4 has its gate connected to the terminal BIASp. The PMOS QP1 and QP2 are positive feedback circuits, the gates and drains of which are cross-connected, and the power supply voltage VDD is applied to their sources.

【0021】また、QI1、QI2の共通化されたソー
スに電流を供給する定電流源としてNMOSQ9が接続
され、そのゲートは端子BIASnに接続されてソース
には基板電位が与えられている。NMOSQF1、QF
2はタイミングパルスPH1に従って、それぞれQI1
のドレインとゲート、QI2のドレインとゲートを短絡
するためのスイッチである。また端子BIASp、BI
ASnにはそれぞれ一定のバイアス電圧が与えられ、Q
L3、QL4、Q9は所定のインピーダンス値になるよ
うに制御されている。
An NMOS Q9 is connected as a constant current source for supplying a current to the common source of QI1 and QI2, the gate thereof is connected to the terminal BIASn, and the substrate potential is given to the sources. NMOS QF1, QF
2 is QI1 according to the timing pulse PH1.
Is a switch for short-circuiting the drain and the gate of QI2 and the drain and the gate of QI2. Also, the terminals BIASp, BI
A constant bias voltage is applied to each ASn, and Q
L3, QL4, and Q9 are controlled to have a predetermined impedance value.

【0022】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
き、QI1のドレインとゲート、QI2のドレインとゲ
ートはそれぞれQF1、QF2によって短絡され、非線
形差動増幅回路はリセット状態となる(図6(d))。
そして、図3の場合と同様、非線形差動増幅回路のトラ
ンジスタのバラツキによるオフセット量に応じたある一
定の電圧を出力端子−Vout、入力端子+Vinと出
力端子+Vout、入力端子−Vinにそれぞれ出力す
る。この時、コンデンサC3およびC4の差動増幅回路
2側の端子には差動増幅回路のリセット時の電圧が与え
られており、従って、差動増幅回路のオフセット量と非
線形差動増幅回路のオフセット量に応じた電荷がコンデ
ンサC3、C4に蓄えられる。
When the timing pulse PH1 is at high level, the drain and gate of QI1 and the drain and gate of QI2 are short-circuited by QF1 and QF2, respectively, and the non-linear differential amplifier circuit is reset (FIG. 6 (d)).
Then, as in the case of FIG. 3, a constant voltage corresponding to the offset amount due to the variation of the transistors of the nonlinear differential amplifier circuit is output to the output terminal −Vout, the input terminal + Vin and the output terminal + Vout, and the input terminal −Vin, respectively. .. At this time, the voltage at the time of resetting the differential amplifier circuit is applied to the terminals of the capacitors C3 and C4 on the side of the differential amplifier circuit 2. Therefore, the offset amount of the differential amplifier circuit and the offset of the nonlinear differential amplifier circuit are applied. Electric charges corresponding to the amount are stored in the capacitors C3 and C4.

【0023】タイミングパルスPH1がローレベルにな
ると、QI1のドレインとゲート、QI2のドレインと
ゲートはそれぞれQF1、QF2によって開放され、非
線形差動増幅回路3は能動状態となる。そして、差動増
幅回路2の出力電圧と、リセット時の差動増幅回路2の
出力電圧との差が、コンデンサC3およびC4を介し
て、それぞれ入力端子+Vin、−Vinに現れる。こ
れらが、それぞれQI1、QI2のゲートに伝えられ、
増幅されて、出力端子+Vout、−Voutに出力さ
れる。図6(d)に示すように、Vin≫Vrefまた
はVin≪Vrefのとき非線形差動増幅回路3の出力
はただちに飽和状態となり、またVin>Vrefまた
はVin<Vrefのときには非線形差動増幅回路の出
力は抑制された正帰還回路QP1、QP2の働きによ
り、徐々に増幅されていく。
When the timing pulse PH1 becomes low level, the drain and gate of QI1 and the drain and gate of QI2 are opened by QF1 and QF2, respectively, and the nonlinear differential amplifier circuit 3 becomes active. Then, the difference between the output voltage of the differential amplifier circuit 2 and the output voltage of the differential amplifier circuit 2 at the time of reset appears at the input terminals + Vin and -Vin via the capacitors C3 and C4, respectively. These are transmitted to the gates of QI1 and QI2, respectively,
It is amplified and output to the output terminals + Vout and -Vout. As shown in FIG. 6D, when Vin >> Vref or Vin << Vref, the output of the nonlinear differential amplifier circuit 3 is immediately saturated, and when Vin> Vref or Vin <Vref, the output of the nonlinear differential amplifier circuit. Is gradually amplified by the functions of the suppressed positive feedback circuits QP1 and QP2.

【0024】すなわち、QI1とQI2のドレインの電
圧は、一方がハイレベルになると他方はローレベルにな
る関係にあり、QI2のドレインの電圧がローレベルで
あるとQP1が低インピーダンスとなって−Voutは
電源電圧VDDまで増幅されていき、一方QI1はハイ
レベルでQP2はは高インピーダンスであるので+Vo
utはローレベルに維持される。また、QI1のドレイ
ンの電圧がローレベルであるとQP2が低インピーダン
スとなって+Voutは電源電圧VDDまで増幅されて
いき、このときQP1は高インピーダンスであるので−
Voutはローレベルに維持される。こうして非線形差
動増幅回路によりVinとVrefの差電圧は飽和電
圧、あるいはそれに近い値まで増幅されることになる。
That is, the drain voltages of QI1 and QI2 have a relationship that when one becomes high level, the other becomes low level, and when the drain voltage of QI2 is low level, QP1 becomes low impedance and -Vout. Is amplified to the power supply voltage VDD, while QI1 is high level and QP2 is high impedance, so + Vo
ut is maintained at a low level. When the voltage of the drain of QI1 is low level, QP2 has a low impedance and + Vout is amplified to the power supply voltage VDD. At this time, QP1 has a high impedance, so −
Vout is maintained at low level. Thus, the non-linear differential amplifier circuit amplifies the difference voltage between Vin and Vref to a saturation voltage or a value close to the saturation voltage.

【0025】(4)ラッチ付き電圧比較回路 図5は図1のラッチ付き電圧比較回路4の一実施例を示
す図である。VinとVrefの差電圧は、図4で示し
た非線形差動増幅回路3により十分大きい電圧に増幅さ
れているので、非線形差動増幅回路3、ラッチ付き電圧
比較回路4間にはオフセット量をキャンセルするための
コンデンサは挿入されていない。したがって、ラッチ付
き電圧比較回路の入出間には短絡用のスイッチは設けず
オートリセットはかけていない。NMOSQI1、QI
2は差動入力段で、それぞれのゲートは入力端子+Vi
n、−Vinに接続されている。NMOSQC1、QC
2はカスコード段で、ゲートは端子BIAScに接続さ
れている。またドレインはそれぞれ出力端子−Vou
t、+Voutに接続されている。
(4) Voltage Comparison Circuit with Latch FIG. 5 is a diagram showing an embodiment of the voltage comparison circuit 4 with latch in FIG. Since the differential voltage between Vin and Vref is amplified to a sufficiently large voltage by the non-linear differential amplifier circuit 3 shown in FIG. 4, the offset amount is canceled between the non-linear differential amplifier circuit 3 and the latched voltage comparison circuit 4. The capacitor to do this is not inserted. Therefore, a switch for short circuit is not provided between the input and output of the voltage comparison circuit with a latch, and auto reset is not applied. NMOS QI1, QI
2 is a differential input stage, and each gate has an input terminal + Vi
It is connected to n and -Vin. NMOS QC1, QC
2 is a cascode stage, the gate of which is connected to the terminal BIASc. The drains are output terminals -Vou, respectively.
t, + Vout.

【0026】PMOSQL1、QL2、QL3、QL4
は負荷回路で、それぞれのソースはPMOSQS1のド
レインに接続されている。また、QL1、QL2はその
ゲートとドレインが短絡されており、QL3、QL4は
そのゲートは端子BIASpに接続されている。上記Q
L1、QL2、QL3、QL4の共通化されたソースに
電源電圧を与えるQS1のゲートにはタイミングパルス
PH2の反転パルスであるPH2#が与えられる。
PMOS QL1, QL2, QL3, QL4
Is a load circuit, and the source of each is connected to the drain of the PMOS QS1. The gates and drains of QL1 and QL2 are short-circuited, and the gates of QL3 and QL4 are connected to the terminal BIASp. Q above
PH2 #, which is an inversion pulse of the timing pulse PH2, is applied to the gate of QS1 which supplies the power supply voltage to the common source of L1, QL2, QL3, and QL4.

【0027】PMOSQP1、QP2は正帰還回路でQ
C1、QC2のそれぞれのドレインに接続され、そのゲ
ートとドレインが交差接続され、それぞれのソースはP
MOSQS2のドレインに接続されている。QP1、Q
P2の共通化されたソースに電源電圧を与えるQS2の
ゲートにはタイミングパルスPH1の反転パルスである
PH1#が与えられる。
PMOS QP1 and QP2 are positive feedback circuits Q
C1 and QC2 are connected to their respective drains, their gates and drains are cross-connected, and their respective sources are P
It is connected to the drain of MOSQS2. QP1, Q
PH1 # which is an inversion pulse of the timing pulse PH1 is applied to the gate of QS2 which supplies the power supply voltage to the common source of P2.

【0028】また、QI1、QI2の共通化されたソー
スに電流を供給する定電流源としてNMOSQ9が接続
され、Q9のゲートは端子BIASnに接続され、ソー
スには基板電位が与えられている。また端子BIAS
c、BIASp、BIASnにはそれぞれ一定のバイア
ス電圧が与えられ、QL3、QL4、QC1、QC2、
Q9は所定インピーダンス値になるように制御されてい
る。
An NMOS Q9 is connected as a constant current source for supplying a current to the common source of QI1 and QI2, the gate of Q9 is connected to the terminal BIASn, and the substrate potential is applied to the sources. Also, the terminal BIAS
A constant bias voltage is applied to each of c, BIASp, and BIASn, and QL3, QL4, QC1, QC2,
Q9 is controlled to have a predetermined impedance value.

【0029】タイミングパルスPH2がハイレベルのと
きQS1はオンとなり、負荷回路QL1、QL2、QL
3、QL4の働きにより、非線形差動増幅回路3の出力
差が増幅され、出力端子−Vout、+Voutに現れ
る。このとき正帰還回路はQS2がOFFしているので
働いていない。
When the timing pulse PH2 is at high level, QS1 is turned on, and the load circuits QL1, QL2, QL.
3 and QL4, the output difference of the non-linear differential amplifier circuit 3 is amplified and appears at the output terminals -Vout and + Vout. At this time, the positive feedback circuit is not working because QS2 is off.

【0030】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
きQS2がオンとなり、正帰還回路QP1、QP2が作
動し、PH2がハイレベルのときに出力された電圧をロ
ジックレベルまで増幅して保持する。図6(e)に示す
ように、Vin≫VrefまたはVin≪Vrefのと
き非線形差動増幅回路3の出力は、すでにロジックレベ
ルまで増幅されているので、正帰還回路ではそのまま保
持する。Vin>VrefまたはVin<Vrefのと
き、ラッチ付き電圧比較回路の差動増幅出力は、まだロ
ジックレベルまで増幅されていないので、ロジックレベ
ルまで増幅して保持する。すなわち、QC1のドレイン
がローレベルのときQP1が低インピーダンスとなり、
−Voutの電圧は電源電圧VDDまで増幅され、ま
た、QC2がローレベルのときはQP2が低インピーダ
ンスとなって+Voutは電源電圧VDDまで増幅され
て保持される。このようにして入力電圧Vin、Vre
fの電圧の差にかかわらず、比較結果をロジックレベル
まで増幅して出力することができる。
When the timing pulse PH1 is at high level, QS2 is turned on, the positive feedback circuits QP1 and QP2 are activated, and the voltage output when PH2 is at high level is amplified to the logic level and held. As shown in FIG. 6E, when Vin >> Vref or Vin << Vref, the output of the non-linear differential amplifier circuit 3 has already been amplified to the logic level, and therefore is held as it is in the positive feedback circuit. When Vin> Vref or Vin <Vref, the differential amplification output of the voltage comparison circuit with a latch is not yet amplified to the logic level, so it is amplified and held to the logic level. That is, when the drain of QC1 is low level, QP1 becomes low impedance,
The voltage of −Vout is amplified to the power supply voltage VDD, and when QC2 is at a low level, QP2 has a low impedance and + Vout is amplified to the power supply voltage VDD and held. In this way, the input voltages Vin, Vre
The comparison result can be amplified to the logic level and output regardless of the voltage difference of f.

【0031】図7は入力回路の他の実施例を示す図であ
る。本実施例の入力回路は、Vin−Vrefを差動増
幅回路の2つの入力とするようにしたものである。図7
において、NMOSFETQT2、QT3は第1のタイ
ミングパルスPH1により各入力端子Vin、Vref
の電圧をそれぞれの出力端子+Vout,−Voutに
出力し、NMOSQT1は第2のタイミングパルスPH
2により各入力端子Vin、Vrefのそれぞれを短絡
する。従って、第1のタイミングパルスPH1がハイレ
ベルのとき入力端子の電圧を取り込み、第2のタイミン
グパルスPH2がハイレベルのとき各出力端子+Vou
t,−Voutは大きさがVinとVrefの差が現
れ、Vin−Vrefが次段の入力信号ということにな
る。この入力回路の場合、図2の場合に比してトランジ
スタを1つ少なくすることができる。また、図2の場合
には、PH1とPH2の期間でVrefとして同じ電圧
がかかっていることが前提になっているが、本実施例の
場合にはPH1のときだけ電圧を読み込んでいるので、
この期間だけ同じ電圧がかかっていればよいという利点
がある。
FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the input circuit. The input circuit of this embodiment is such that Vin-Vref is used as two inputs of the differential amplifier circuit. Figure 7
, The NMOSFETs QT2 and QT3 are supplied to the input terminals Vin and Vref by the first timing pulse PH1.
Is output to the respective output terminals + Vout and -Vout, and the NMOS QT1 outputs the second timing pulse PH.
2, the input terminals Vin and Vref are short-circuited. Therefore, when the first timing pulse PH1 is at the high level, the voltage of the input terminal is taken in, and when the second timing pulse PH2 is at the high level, each output terminal + Vou.
A difference between Vin and Vref appears in t and -Vout, and Vin-Vref is the input signal of the next stage. In the case of this input circuit, the number of transistors can be reduced by one compared with the case of FIG. Further, in the case of FIG. 2, it is premised that the same voltage is applied as Vref during the period of PH1 and PH2, but in the case of the present embodiment, the voltage is read only at PH1.
There is an advantage that the same voltage needs to be applied only during this period.

【0032】図8は差動増幅回路の他の実施例を示す図
である。本実施例は、図3に示す差動増幅回路に対して
外部からのバイアス電圧で制御されるQL3、QL4を
省略し、差動増幅した出力で自己バイアスするようにし
て負荷回路を構成し、またカスコード段のQC1、QC
2の制御電圧を電源電圧とし、また定電流回路は、互い
のドレイン側を短絡し、ゲートに位相が反転している差
動入力段のドレイン電圧を加えた2つのNMOSFET
で構成するようにした自己バイアス差動増幅回路であ
る。
FIG. 8 is a diagram showing another embodiment of the differential amplifier circuit. In the present embodiment, the load circuit is configured by omitting QL3 and QL4 controlled by an external bias voltage in the differential amplifier circuit shown in FIG. 3 and self-biasing with the differentially amplified output. Also, the cascode stage QC1, QC
The control voltage of 2 is used as the power supply voltage, and the constant current circuit has two NMOSFETs in which the drain voltages of the differential input stages whose phases are inverted are added to the gates by short-circuiting their drain sides.
It is a self-biased differential amplifier circuit configured as follows.

【0033】図8において、NMOSQI1、QI2は
差動入力段でそれぞれのゲートは入力端子+Vin、−
Vinに接続されている。NMOSQC1、QC2はカ
スコード段でゲートには電源電圧VDDが与えられ、そ
のドレインはそれぞれ出力端子−Vout,+Vout
に接続されている。PMOSQL1、QL2は負荷回路
で、それぞれのソースには電源電圧が与えれ、そのゲー
トとドレインが短絡されてダイオードとして機能してい
る。QI1、QI2の共通化されたソースには電流を供
給する定電流源として互いのドレインが短絡されたNM
OSQS1、QS2が接続されている。また、QS1、
QS2のゲートはそれぞれQI1、QI2のドレインに
接続され、ソースには基板電位が与えられている。NM
OSQF1、QF2はタイミングパルスPH1に従っ
て、それぞれQC1のドレインとQI1のゲート、QC
2のドレインとQI2のゲートを短絡するためのスイッ
チである。
In FIG. 8, NMOS QI1 and QI2 are differential input stages, and their gates are input terminals + Vin and −Vin.
It is connected to Vin. The NMOS QC1 and QC2 are cascode stages, the power supply voltage VDD is applied to their gates, and their drains are output terminals −Vout and + Vout, respectively.
It is connected to the. The PMOS QL1 and QL2 are load circuits, each of which has a source to which a power supply voltage is applied and whose gate and drain are short-circuited to function as a diode. NMs whose drains are short-circuited as a constant current source for supplying current to the common source of QI1 and QI2
OSQS1 and QS2 are connected. Also, QS1,
The gate of QS2 is connected to the drains of QI1 and QI2, respectively, and the substrate potential is applied to the sources. NM
OSQF1 and QF2 are connected to the drain of QC1, the gate of QC1 and QC according to the timing pulse PH1.
It is a switch for short-circuiting the drain of 2 and the gate of QI2.

【0034】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
き、QC1のドレインとQI1のゲート、QC2のドレ
インとQI2のゲートはそれぞれQF1、QF2によっ
て短絡され、差動増幅回路はリセット状態となる。そし
て、差動増幅回路のトランジスタのバラツキによるオフ
セット量に応じたある一定の電圧を出力端子−Vou
t、入力端子Vinと出力端子+Vout、入力端子−
Vinにそれぞれ出力する。この時、コンデンサC1お
よびC2の入力回路側のそれぞれの端子には入力回路に
により、Vin、Vrefの電圧が与えられており、そ
れぞれ、差動増幅回路のオフセット量と入力電圧に応じ
た電荷が蓄えられる。タイミングパルスPH1がローレ
ベルになると、QC1のドレインとQI1のゲート、Q
C2のドレインとQI2のゲートはそれぞれQF1、Q
F2によって開放され、差動増幅回路は能動状態とな
る。本実施例の自己バイアス差動増幅回路は、外部から
ゲート制御電圧を入れないようにし、例えば定電流源は
NMOSQS1、QS2のドレインを短絡して構成し、
QS1、QS2のゲートには、一方がハイレベルになれ
ば他方がローレベルになる関係のQI1、QI2のドレ
インの電圧を加えているので、QS1、QS2を流れる
電流の合計値は一定となる。
When the timing pulse PH1 is at a high level, the drain of QC1 and the gate of QI1 and the drain of QC2 and the gate of QI2 are short-circuited by QF1 and QF2, respectively, and the differential amplifier circuit is reset. Then, a certain voltage corresponding to the offset amount due to the variation of the transistors of the differential amplifier circuit is output terminal -Vou.
t, input terminal Vin and output terminal + Vout, input terminal −
Output to Vin respectively. At this time, voltages of Vin and Vref are given to the respective terminals on the input circuit side of the capacitors C1 and C2 by the input circuit, and the charges corresponding to the offset amount and the input voltage of the differential amplifier circuit are respectively supplied. It can be stored. When the timing pulse PH1 goes low, the drain of QC1 and the gate of QI1, Q
The drain of C2 and the gate of QI2 are QF1 and QF, respectively.
It is opened by F2, and the differential amplifier circuit becomes active. The self-biased differential amplifier circuit of this embodiment is configured so that no gate control voltage is applied from the outside, and the constant current source is configured by short-circuiting the drains of NMOS QS1 and QS2,
Since the voltages of the drains of QI1 and QI2 are related to the gates of QS1 and QS2, in which the other goes low when one goes high, the total value of the currents flowing through QS1 and QS2 is constant.

【0035】タイミングパルスPH2がハイレベルにな
ると、PH1がハイレベルのときに入力回路1から取り
込まれたVin、Vrefの電圧差が、オフセット量に
応じた電荷が蓄えられているコンデンサC1およびC2
を介して、それぞれ入力端子+Vin、−Vinに現れ
る。本実施例では、入力端子+Vin、−Vin間には
差動回路のオフセットと|Vref − Vin|を加
えた電位差が生じ、それぞれQI1、QI2のゲートに
伝えられて増幅され、オフセットがキャンセルされて出
力端子+Vout、−Voutに出力される。
When the timing pulse PH2 becomes high level, the voltage difference between Vin and Vref taken from the input circuit 1 when PH1 is high level causes the capacitors C1 and C2 in which electric charges corresponding to the offset amount are stored.
Through the input terminals + Vin and −Vin, respectively. In this embodiment, an offset of the differential circuit and a potential difference of | Vref−Vin | are generated between the input terminals + Vin and −Vin, and the potential difference is transmitted to the gates of QI1 and QI2, amplified, and the offset is canceled. It is output to the output terminals + Vout and -Vout.

【0036】図9は非線形差動増幅回路の他の実施例を
示す図である。本実施例は、図4に示す非線形差動増幅
回路に対して外部からのバイアス電圧で制御されるQL
3、QL4を省略し、差動増幅した出力で自己バイアス
するようにして負荷回路を構成し、また差動出力電圧を
増幅する正帰還回路を接続し、またカスコード段のQC
1、QC2の制御電圧を電源電圧とし、また定電流回路
は、互いのドレイン側を短絡し、ゲートに位相が反転し
ている差動入力段のドレイン電圧を加えた2つのNMO
SFETで構成するようにした自己バイアス非線形差動
増幅回路である。本実施例においてカスコード段QC
1、QC2を設けているのはQI1、QI2のゲート入
力が出力側の電圧変動を影響を受けないようにするとと
もに、非線形差動増幅回路の出力容量を小さくするため
である。
FIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the non-linear differential amplifier circuit. In this embodiment, the QL controlled by a bias voltage from the outside with respect to the nonlinear differential amplifier circuit shown in FIG.
3, QL4 is omitted, a load circuit is configured so as to be self-biased by a differentially amplified output, a positive feedback circuit for amplifying a differential output voltage is connected, and a cascode QC
1. The control voltage of QC2 is used as the power supply voltage, and the constant current circuit has two NMOs in which the drain side of each other is short-circuited and the drain voltage of the differential input stage whose phase is inverted is added to the gate.
It is a self-biased non-linear differential amplifier circuit configured by SFET. In this embodiment, the cascode stage QC
1 and QC2 are provided to prevent the gate inputs of QI1 and QI2 from being affected by the voltage fluctuation on the output side and to reduce the output capacitance of the nonlinear differential amplifier circuit.

【0037】NMOSQI1、QI2は差動入力段で、
それぞれのゲートは入力端子+Vin、−Vinに接続
され、そのドレインはカスコードQC1、QC2を介し
てそれぞれ出力端子−Vout、+Voutに接続され
ている。PMOSQL1、QL2は負荷回路で、それぞ
れのソースには電源電圧が与えられ、そのゲートとドレ
インが短絡されてダイオードとして機能している。PM
OSQP1、QP2は正帰還回路で、そのゲートとドレ
インが交差接続されており、それぞれのソースには電源
電圧が与えられている。
The NMOS QI1 and QI2 are differential input stages,
Each gate is connected to input terminals + Vin and -Vin, and its drain is connected to output terminals -Vout and + Vout via cascodes QC1 and QC2, respectively. The PMOS QL1 and QL2 are load circuits, each of which is supplied with a power supply voltage and has its gate and drain short-circuited to function as a diode. PM
OSQP1 and QP2 are positive feedback circuits, the gates and drains of which are cross-connected, and the power supply voltage is applied to their sources.

【0038】また、QI1、QI2の共通化されたソー
スに電流を供給する定電流源としてNMOSQS1、Q
S2が接続され、QS1、QS2それぞれのゲートはQ
I1、QI2のドレインに接続され、ソースには基板電
位が与えられている。NMOSQF1、QF2はタイミ
ングパルスPH1に従って、それぞれQC1のドレイン
とQI1のゲート、QC2のドレインとQI2のゲート
を短絡するためのスイッチである。
Further, as constant current sources for supplying currents to the common source of QI1 and QI2, NMOS QS1 and QI
S2 is connected, and the gates of QS1 and QS2 are Q
It is connected to the drains of I1 and QI2, and the substrate potential is applied to the sources. The NMOSs QC1 and QF2 are switches for short-circuiting the drain of QC1 and the gate of QI1, and the drain of QC2 and the gate of QI2, respectively, according to the timing pulse PH1.

【0039】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
き、QC1のドレインとQI1のゲート、QC2のドレ
インとQI2のゲートはそれぞれQF1、QF2によっ
て短絡され、自己バイアス非線形差動増幅回路はリセッ
ト状態となる。そして、自己バイアス非線形差動増幅回
路のトランジスタのバラツキによるオフセット量に応じ
たある一定の電圧を出力端子−Vout、入力端子+V
inと出力端子+Vout、入力端子−Vinにそれぞ
れ出力する。この時、図1のコンデンサC3およびC4
の差動増幅回路側の端子には差動増幅回路のリセット時
の電圧が与えられており、従ってそれぞれ、差動増幅回
路のオフセット量と自己バイアス非線形差動増幅回路の
オフセット量に応じた電荷が蓄えられる。
When the timing pulse PH1 is at the high level, the drain of QC1 and the gate of QI1, the drain of QC2 and the gate of QI2 are short-circuited by QF1 and QF2, respectively, and the self-biased nonlinear differential amplifier circuit is reset. Then, a certain voltage corresponding to the offset amount due to the variation of the transistors of the self-biased nonlinear differential amplifier circuit is output terminal −Vout and input terminal + V.
in, the output terminal + Vout, and the input terminal -Vin, respectively. At this time, capacitors C3 and C4 of FIG.
The voltage at the time of resetting the differential amplifier circuit is applied to the terminals on the side of the differential amplifier circuit of, and therefore, the charge corresponding to the offset amount of the differential amplifier circuit and the offset amount of the self-biased nonlinear differential amplifier circuit, respectively. Is stored.

【0040】タイミングパルスPH1がローレベルにな
ると、QC1のドレインとQI1のゲート間、QC2の
ドレインとQI2のゲート間はそれぞれQF1、QF2
によって開放され、非線形差動増幅回路は能動状態とな
る。そして、自己バイアス差動増幅回路の出力電圧と、
リセット時の差動増幅回路の出力電圧との差が、コンデ
ンサC3およびC4を介して、それぞれ入力端子+Vi
n、−Vinに現れる。これらが、それぞれQI1、Q
I2のゲートに伝えられて増幅され、出力端子+Vou
t、−Voutに出力される。Vin≫Vrefまたは
Vin≪Vrefのとき自己バイアス非線形差動増幅回
路の出力は、ただちに飽和状態となる。Vin>Vre
fまたはVin<Vrefのときには自己バイアス非線
形差動増幅回路の出力は抑制された正帰還回路QP1、
QP2の働きにより、徐々に増幅されていく。すなわ
ち、QI1とQI2のドレインの電圧は一方がハイレベ
ルのとき他方はローレベルとなる関係であり、QC2の
ドレイン側電圧がローレベルであるとQP1が低インピ
ーダンスとなって−Voutは電源電圧VDDまで増幅
されていき、一方QC1はハイレベルでQP2は高イン
ピーダンスであるので+Voutはローレベルに維持さ
れる。また、QC1のドレイン側電圧がローレベルであ
るとQP2が低インピーダンスとなって+Voutは電
源電圧VDDまで増幅されていき、このときQP1は高
インピーダンスであるので−Voutはローレベルに維
持される。こうして入力電圧差は十分な大きさまで増幅
されることになる。
When the timing pulse PH1 goes low, QF1 and QF2 are drained between the drain of QC1 and the gate of QI1 and between the drain of QC2 and the gate of QI2, respectively.
Is opened, and the non-linear differential amplifier circuit becomes active. And the output voltage of the self-biased differential amplifier circuit,
The difference between the output voltage of the differential amplifier circuit at the time of resetting and the input terminal + Vi via the capacitors C3 and C4, respectively.
Appear in n, -Vin. These are QI1 and QI, respectively.
It is transmitted to the gate of I2, amplified, and output terminal + Vou
t, output to -Vout. When Vin >> Vref or Vin << Vref, the output of the self-biased nonlinear differential amplifier circuit is immediately saturated. Vin> Vre
When f or Vin <Vref, the output of the self-biased nonlinear differential amplifier circuit is suppressed, and the positive feedback circuit QP1,
It is gradually amplified by the function of QP2. That is, the drain voltages of QI1 and QI2 have a relationship in which one is at a high level and the other is at a low level. Up to the high level, while QC1 is at the high level and QP2 is at the high impedance, + Vout is maintained at the low level. When the drain side voltage of QC1 is low level, QP2 becomes low impedance and + Vout is amplified to the power supply voltage VDD. At this time, QP1 is high impedance and -Vout is maintained at low level. In this way, the input voltage difference is amplified to a sufficient magnitude.

【0041】図10はラッチ付き電圧比較回路の他の実
施例を示す図である。本実施例は、図5に示すラッチ付
き電圧比較回路に対して、差動増幅回路は、外部からの
バイアス電圧で制御されるQL3、QL4を省略し、差
動増幅した出力で自己バイアスするようにして負荷回路
を構成し、またカスコード段のQC1、QC2をタイミ
ングパルスで制御して常時電流が流れるのを防止し、ま
た定電流回路は、互いのドレイン側を短絡し、ゲートに
位相が反転している差動出力段のドレイン電圧を加えた
2つのNMOSFETで構成するようにし、またラッチ
回路は、差動増幅回路が動作しないときに動作し、定電
流源を差動増幅回路と分離するようにしたものである。
FIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the voltage comparison circuit with a latch. In the present embodiment, in contrast to the voltage comparison circuit with a latch shown in FIG. 5, the differential amplifier circuit omits QL3 and QL4 controlled by a bias voltage from the outside, and self-biases with a differentially amplified output. To form a load circuit, and to prevent constant current from flowing by controlling QC1 and QC2 of the cascode stage with timing pulses, and the constant current circuit short-circuits the drain sides of each other and inverts the phase to the gate. It is configured by two NMOSFETs to which the drain voltage of the differential output stage is added, and the latch circuit operates when the differential amplifier circuit does not operate to separate the constant current source from the differential amplifier circuit. It was done like this.

【0042】NMOSQI1、QI2は差動入力段で、
それぞれのゲートは入力端子+Vin、−Vinに接続
されている。NMOSQC1、QC2はカスコード段
で、ゲートはタイミングパルスPH2が与えられる。ま
たドレインはそれぞれ出力端子−Vout、+Vout
に接続されている。PMOSQL1、QL2は負荷回路
で、それぞれのソースはPMOSQS1のドレインに接
続され、そのゲートとドレインが短絡されている。上記
QL1、QL2の共通化されたソースに電源電圧を与え
るQS1のゲートにはタイミングパルスPH2の反転パ
ルスであるPH2#が与えられる。また、QI1、QI
2の共通化されたソースに電流を供給する定電流源とし
てNMOSQS4、QS5が接続され、それぞれゲート
はQC1、QC2のドレインに接続され、ソースには基
板電位が与えられている。
The NMOS QI1 and QI2 are differential input stages,
Each gate is connected to the input terminals + Vin and -Vin. The NMOS QC1 and QC2 are cascode stages, and the gate is supplied with the timing pulse PH2. The drains are output terminals -Vout and + Vout, respectively.
It is connected to the. The PMOS QL1 and QL2 are load circuits, the respective sources are connected to the drain of the PMOS QS1, and the gate and the drain are short-circuited. PH2 #, which is an inversion pulse of the timing pulse PH2, is applied to the gate of QS1 which supplies the power supply voltage to the common source of QL1 and QL2. Also, QI1, QI
NMOSs QS4 and QS5 are connected as constant current sources for supplying a current to the two common sources, the gates are connected to the drains of QC1 and QC2, respectively, and the substrate potential is applied to the sources.

【0043】PMOSQP1、QP2、NMOSQP
3、QP4は正帰還回路であり、ラッチ回路を構成して
いる。QP1、QP2はそれぞれQC1、QC2のそれ
ぞれのドレインに接続され、そのゲートとドレインが交
差接続され、それぞれのソースはPMOSQS2のドレ
インに接続されている。QP1、QP2の共通化された
ソースに電源電圧を与えるQS2のゲートにはタイミン
グパルスPH1の反転パルスであるPH1#が与えられ
る。
PMOS QP1, QP2, NMOS QP
3 and QP4 are positive feedback circuits, which form a latch circuit. QP1 and QP2 are connected to the respective drains of QC1 and QC2, their gates and drains are cross-connected, and their respective sources are connected to the drain of PMOS QS2. PH1 #, which is an inversion pulse of the timing pulse PH1, is applied to the gate of QS2, which supplies the power supply voltage to the common source of QP1 and QP2.

【0044】また、QP3、QP4はそれぞれQC1、
QC2のドレインに接続され、そのゲートとドレインが
交差接続され、それぞれのソースはNMOSQS3のド
レインに接続されている。QP3、QP4の共通化され
たソースに基板電位を与えるQS3のゲートにはタイミ
ングパルスPH1が与えられる。
QP3 and QP4 are QC1 and
It is connected to the drain of QC2, its gate and drain are cross-connected, and each source is connected to the drain of NMOS QS3. A timing pulse PH1 is applied to the gate of QS3 which applies the substrate potential to the common source of QP3 and QP4.

【0045】タイミングパルスPH2がハイレベルのと
きQS1とQC1、QC2はオンとなり、負荷回路QL
1、QL2の働きにより、入力電圧差が増幅され、出力
端子−Vout、+Voutに現れる。
When the timing pulse PH2 is at the high level, QS1, QC1 and QC2 are turned on, and the load circuit QL.
The input voltage difference is amplified by the action of 1 and QL2 and appears at the output terminals −Vout and + Vout.

【0046】タイミングパルスPH1がハイレベルのと
きQS2、QS3がオンとなり、正帰還回路QP1、Q
P2、QP3、QP4の働きにより、PH2がハイレベ
ルのときに出力された電圧をロジックレベルまで増幅し
て保持する。つまり、Vin≫VrefまたはVin≪
Vrefのとき差動増幅部分の出力は、すでにロジック
レベルまで増幅されているので、ラッチ回路ではそのま
ま保持する。Vin>VrefまたはVin<Vref
のとき差動増幅部分の出力は、まだロジックレベルまで
増幅されていないので、ラッチ回路ではロジックレベル
まで増幅して保持する。すなわち、ラッチ回路ではQC
1のドレインがローレベルのときQP1が低インピーダ
ンスとなり、−Voutの電圧は電源電圧VDDまで増
幅され、また、QC2がローレベルのときはQP2が低
インピーダンスとなって+Voutは電源電圧VDDま
で増幅される。
When the timing pulse PH1 is at high level, QS2 and QS3 are turned on, and the positive feedback circuits QP1 and QP are provided.
The functions of P2, QP3, and QP4 amplify and hold the voltage output when PH2 is at a high level up to the logic level. That is, Vin >> Vref or Vin <<
At Vref, the output of the differential amplification section has already been amplified to the logic level, and is therefore retained in the latch circuit. Vin> Vref or Vin <Vref
At this time, the output of the differential amplifying portion is not yet amplified to the logic level, so the latch circuit amplifies and holds the logic level. That is, in the latch circuit, QC
When the drain of 1 is low level, QP1 becomes low impedance, the voltage of −Vout is amplified to the power supply voltage VDD, and when QC2 is low level, QP2 becomes low impedance and + Vout is amplified to the power supply voltage VDD. It

【0047】図5の比較回路ではQC1、QC2が常時
ONしており、そのため差動入力段、定電流回路での消
費電流が大きかったが、本実施例ではPH2がローレベ
ルのとき、QS1とQC1、QC2はオフとなっている
ので、差動入力段、定電流回路での消費電流を少なくす
ることができ、このとき正帰還回路QP1、QP2、Q
P3、QP4のみが動作し、比較結果をロジックレベル
まで増幅した後は、ほとんど電力を消費することがな
い。
In the comparison circuit of FIG. 5, QC1 and QC2 are always ON, and therefore, the current consumption in the differential input stage and the constant current circuit was large, but in the present embodiment, when PH2 is at the low level, it becomes QS1. Since QC1 and QC2 are off, the current consumption in the differential input stage and the constant current circuit can be reduced. At this time, the positive feedback circuits QP1, QP2, Q
Only P3 and QP4 operate, and after amplifying the comparison result to the logic level, almost no power is consumed.

【0048】[0048]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力回路
の2つの出力が差動増幅回路によってある程度増幅され
た後に、非線形差動増幅回路がその正帰還回路の正帰還
効果により大きくかつ徐々に増幅され、ラッチ付き電圧
比較回路の正帰還回路によりロジックレベルまで増幅し
て保持するようにしたため、比較されるべき2つの入力
電圧の差が小さくても、回路規模を大きくすることなく
入力電圧をロジックレベルまで増幅することができる。
また、差動増幅回路、非線形差動増幅回路、ラッチ付き
電圧比較回路を自己バイアス型とすることにより、バイ
アス電圧発生回路を不要にするとともに、消費電力を低
減することが可能となる。
As described above, according to the present invention, after the two outputs of the input circuit are amplified to some extent by the differential amplifier circuit, the non-linear differential amplifier circuit becomes large due to the positive feedback effect of the positive feedback circuit. Since the positive feedback circuit of the voltage comparison circuit with a latch is used to amplify the voltage gradually and hold it, even if the difference between the two input voltages to be compared is small, the input is made without increasing the circuit scale. The voltage can be amplified to logic level.
Further, by making the differential amplifier circuit, the non-linear differential amplifier circuit, and the voltage comparison circuit with a latch self-biased, it becomes possible to eliminate the need for the bias voltage generation circuit and reduce the power consumption.

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

【図1】 本発明の実施例の回路構成図である。FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an embodiment of the present invention.

【図2】 入力回路の実施例の図である。FIG. 2 is a diagram of an embodiment of an input circuit.

【図3】 差動増幅回路の実施例の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of an embodiment of a differential amplifier circuit.

【図4】 非線形差動増幅回路の実施例の回路図であ
る。
FIG. 4 is a circuit diagram of an embodiment of a non-linear differential amplifier circuit.

【図5】 ラッチ付き電圧比較回路の実施例の回路図で
ある。
FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of a voltage comparison circuit with a latch.

【図6】 実施例の動作波形図である。FIG. 6 is an operation waveform diagram of the embodiment.

【図7】 入力回路の他の実施例の図である。FIG. 7 is a diagram of another embodiment of the input circuit.

【図8】 差動増幅回路の他の実施例の回路図である。FIG. 8 is a circuit diagram of another embodiment of the differential amplifier circuit.

【図9】 自己バイアス非線形差動増幅回路の実施例の
回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram of an embodiment of a self-biased nonlinear differential amplifier circuit.

【図10】 ラッチ付き電圧比較回路の他の実施例の回
路図である。
FIG. 10 is a circuit diagram of another embodiment of the voltage comparison circuit with a latch.

【図11】 従来の差動型電圧比較器の回路図である。FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional differential voltage comparator.

【図12】 従来例の差動増幅回路の回路図である。FIG. 12 is a circuit diagram of a conventional differential amplifier circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…入力回路、2…差動増幅回路、3…非線形差動増幅
回路、4…ラッチ付き電圧比較回路、5…差動増幅回
路、Vin,Vref…入力電圧、V1,V2…差動増
幅回路の出力電圧、V3,V4…非線形差動増幅回路の
出力電圧、Vout1,Vout2…出力電圧。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Input circuit, 2 ... Differential amplification circuit, 3 ... Non-linear differential amplification circuit, 4 ... Latch voltage comparison circuit, 5 ... Differential amplification circuit, Vin, Vref ... Input voltage, V1, V2 ... Differential amplification circuit Output voltages of V3, V4 ... Non-linear differential amplifier circuit, Vout1, Vout2.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 2つの電圧を比較して電圧差を増幅する
差動型電圧比較器において、 比較されるべき2つの電圧を取り込む入力回路と、 該入力回路の2つの出力が第1のコンデンサC1及び第
2のコンデンサC2を介して入力され、入出力間にスイ
ッチング回路が接続された差動増幅回路と、 該差動増幅回路の2つの出力が第3のコンデンサC3お
よび第4のコンデンサC4を介して入力され、入出力間
にスイッチング回路が接続された非線形差動増幅回路
と、 該非線形差動増幅回路の2つの出力が入力される差動増
幅回路と該差動増幅回路出力が入力され、正帰還回路か
らなるラッチ回路とを有するラッチ付き電圧比較回路
と、 を備えたことを特徴とする差動型電圧比較器。
1. A differential voltage comparator for comparing two voltages and amplifying a voltage difference, wherein an input circuit for receiving two voltages to be compared and two outputs of the input circuit are first capacitors. A differential amplifier circuit that is input via C1 and a second capacitor C2 and has a switching circuit connected between the input and output, and two outputs of the differential amplifier circuit are a third capacitor C3 and a fourth capacitor C4. A non-linear differential amplifier circuit having a switching circuit connected between the input and the output, a differential amplifier circuit to which two outputs of the non-linear differential amplifier circuit are input, and an output of the differential amplifier circuit are input. And a voltage comparison circuit with a latch having a latch circuit formed of a positive feedback circuit, and a differential voltage comparator.
【請求項2】 請求項1記載の差動型電圧比較器におい
て、前記差動増幅回路、非線形差動増幅回路、ラッチ付
き電圧比較回路の少なくとも1つが自己バイアス形から
なることを特徴とする差動型電圧比較器。
2. The differential voltage comparator according to claim 1, wherein at least one of the differential amplifier circuit, the non-linear differential amplifier circuit, and the latched voltage comparator circuit is of a self-bias type. Dynamic voltage comparator.
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