JPH0983316A - コンパレータおよびアナログ−デジタル変換回路 - Google Patents

コンパレータおよびアナログ−デジタル変換回路

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JPH0983316A
JPH0983316A JP7230379A JP23037995A JPH0983316A JP H0983316 A JPH0983316 A JP H0983316A JP 7230379 A JP7230379 A JP 7230379A JP 23037995 A JP23037995 A JP 23037995A JP H0983316 A JPH0983316 A JP H0983316A
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JP
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comparator
voltage
circuit
analog
conversion circuit
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Application number
JP7230379A
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English (en)
Inventor
Kuniyuki Tani
邦之 谷
Atsushi Wada
淳 和田
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速動作が可能で低消費電力なコンパレータを
提供する。 【解決手段】CMOSインバータ51は、PMOSトラ
ンジスタ52を介して高電位側電源VCCに接続されると
共に、NMOSトランジスタ53を介して低電位側電源
であるグランドに接続されている。そして、入力信号
(入力電圧)VIがCMOSインバータ51の入力に印加
され、基準電圧VRが各トランジスタ52,53のゲート
に印加される。CMOSインバータ51からは、コンパ
レータ21の論理閾値VT より入力信号VIが大きいとき
にはローレベル、論理閾値VT より入力信号VIが小さい
ときにはハイレベルの出力信号VOが出力される。ここ
で、コンパレータ21の論理閾値VT は基準電圧VRの関
数である。従って、論理閾値VTと入力信号VIとを比較
することは、基準電圧VRと入力信号VIとを比較すること
に他ならない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はコンパレータおよび
アナログ−デジタル変換回路(A/Dコンバータ)に係
り、詳しくは、コンパレータ、全並列比較(フラッシ
ュ)方式A/Dコンバータ、多段パイプライン(ステッ
プフラッシュ)構成をとるA/Dコンバータに関するも
のである。
【0002】
【従来の技術】近年、ビデオ信号のデジタル処理技術の
進歩に伴い、ビデオ信号処理用のA/Dコンバータの需
要が大きくなっている。ビデオ信号処理用のA/Dコン
バータには高速変換動作が要求されるため、従来、2ス
テップフラッシュ(2ステップパラレル)方式が広く用
いられていた。
【0003】しかし、変換ビット数の増大に伴い、2ス
テップフラッシュ方式では十分な変換精度が得られなく
なってきた。分解能を表すLSB(Least Significant
Bit)は、式(1)に示すように、アナログ入力信号の
入力電圧範囲(FSR;FullScale Range)とビット数
Nとを用いて表される。
【0004】1LSB=FSR/2N ………(1) 例えば、ビット数が10ビットでFSRが2Vの場合、
式(1)からLSBは2mVとなる。このようにLSB
が小さくなると、2ステップフラッシュ方式A/Dコン
バータを構成する各コンパレータの分解能が限界とな
り、十分な変換精度を得ることが難しくなる。実際問題
として、2ステップフラッシュ方式で9ビット以上を得
ることは現実的でない。
【0005】そこで、各段がA/Dコンバータとデジタ
ル−アナログ変換回路(D/Aコンバータ)と差分アン
プとから成る多段パイプライン構成をとるA/Dコンバ
ータが開発された。
【0006】図5に、10ビット4段パイプライン構成
をとるA/Dコンバータ1のブロック回路を示す。A/
Dコンバータ1は、サンプルホールド回路2、1段目〜
4段目の回路3〜6、ラッチ回路7、出力回路8から構
成されている。1段目〜3段目の回路3〜5は、サブA
/Dコンバータ9、D/Aコンバータ10、差分アンプ
11を備える。4段目(最終段)の回路6はサブA/D
コンバータ9だけを備える。1段目(初段)の回路3は
4ビット構成、2〜4段目の回路4〜6はそれぞれ2ビ
ット構成である。1〜3段目の回路3〜5において、サ
ブA/Dコンバータ9およびD/Aコンバータ10のビ
ット数(ビット構成)nは同じに設定されている。尚、
2段目〜4段目の回路4〜6は1ビット以上の冗長ビッ
トを備える。
【0007】次に、A/Dコンバータ1の動作を説明す
る。サンプルホールド回路2は、アナログ入力信号Vin
をサンプリングして一定時間保持する。サンプルホール
ド回路2から出力されたアナログ入力信号Vinは、1段
目の回路3へ転送される。
【0008】1段目の回路3において、サブA/Dコン
バータ9はアナログ入力信号Vinに対してA/D変換を
行う。サブA/Dコンバータ9のA/D変換結果である
上位4ビットのデジタル出力(29,28,27,26 )は、
D/Aコンバータ10へ転送されると共に、4つのラッ
チ回路7を介して出力回路8へ転送される。差分アンプ
11は、D/Aコンバータ10のD/A変換結果とアナ
ログ入力信号Vinとの差分を増幅する。その差分アンプ
11の出力は、2段目の回路4へ転送される。
【0009】2段目の回路4においては、1段目の回路
3の差分アンプ11の出力に対して、1段目の回路3と
同様の動作が行われる。また、3段目の回路5において
は、2段目の回路4の差分アンプ11の出力に対して、
1段目の回路3と同様の動作が行われる。そして、2段
目の回路4から中上位2ビットのデジタル出力(25,2
4 )が得られ、3段目の回路5から中下位2ビットのデ
ジタル出力(23,22)が得られる。
【0010】4段目の回路6においては、3段目の回路
5の差分アンプ11の出力に対して、サブA/Dコンバ
ータ9がA/D変換を行い、下位2ビットのデジタル出
力(21,20 )が得られる。
【0011】1〜4段目の回路3〜6のデジタル出力
は、各ラッチ回路7を経て同時に出力回路8に到達す
る。すなわち、各ラッチ回路7は各回路3〜6のデジタ
ル出力の同期をとるために設けられている。
【0012】出力回路8は、アナログ入力信号Vinの1
0ビットのデジタル出力Dout をパラレル出力する。こ
のように、ADコンバータ1においては、各段の回路3
〜5において、アナログ入力信号Vinまたは前段の回路
3,4の差分アンプ11の出力と、その段の回路3〜5
のデジタル出力のD/A変換結果との差分が、差分アン
プ11によって増幅される。
【0013】そのため、変換ビット数が増大してLSB
が小さくなっても、サブA/Dコンバータ9を構成する
各コンパレータの分解能を実質的に向上させることが可
能になり、十分な変換精度が得られる。
【0014】ところで、サブA/Dコンバータ9にはフ
ラッシュ方式が用いられる。図6に、nビットのフラッ
シュ方式サブA/Dコンバータ9の構成を示す。サブA
/Dコンバータ9は、抵抗R、コンパレータ21、エン
コーダ22から構成される。抵抗Rは全て同じ抵抗値で
あり、高電位側基準電源VRT (電圧VRT)および低電位
側基準電源VRB (電圧VRB )間に直列に接続されてい
る。ビット数(ビット構成)nのサブA/Dコンバータ
9は(2n −1)個のコンパレータ21を備える。各コ
ンパレータ21は、抵抗Rによって生成された基準電圧
(VRT −VRB )の分圧電圧と入力信号VI(アナログ入力
信号Vinまたは前段の回路3〜5の差分アンプ11の出
力)とを比較する。エンコーダ22は、各コンパレータ
21の比較結果に基づいて、入力信号VIのA/D変換結
果であるデジタル出力を生成する。
【0015】尚、2〜4段目の回路4〜6のサブA/D
コンバータ9は、1ビット以上の冗長ビットを備えるた
め、その冗長ビット分だけの抵抗Rおよびコンパレータ
21を余分に有している。
【0016】ところで、コンパレータ21にはチョッパ
方式、差動方式、差動チョッパ方式などが用いられる。
図7に、チョッパ方式コンパレータ21の構成を示す。
【0017】各スイッチS1,S2はコンデンサCを介
してCMOSインバータ31に接続され、そのインバー
タ31はスイッチS3と並列に接続されている。インバ
ータ31は高電位側電源VCCと低電位側電源であるグラ
ンドとの間に接続されている。そして、入力信号(入力
電圧)VIがスイッチS2に、前記分圧電圧である基準電
圧VRがスイッチS1にそれぞれ印加される。尚、各スイ
ッチS1〜S3は制御信号φ,バーφによってオン・オ
フ制御される。すなわち、ハイレベルの制御信号φ(ロ
ーレベルの制御信号バーφ)が各スイッチS1〜S3に
入力されると、スイッチS2,S3はオンし、スイッチ
S1はオフする。また、ローレベルの制御信号φ(ハイ
レベルの制御信号バーφ)が各スイッチS1〜S3に入
力されると、スイッチS2,S3はオフし、スイッチS
1はオンする。
【0018】このチョッパ方式コンパレータ21によっ
て入力信号VIと基準電圧VRとを比較するには、まず、ハ
イレベルの制御信号φ(ローレベルの制御信号バーφ)
を各スイッチS1〜S3に入力し、スイッチS2,S3
をオン、スイッチS1をオフさせる。すると、コンデン
サCのスイッチS2側の電極には入力信号VIが印加され
る。また、インバータ31の入出力は短絡されるため、
その入出力電圧はインバータ31の論理閾値電圧Vt に
収束する。従って、コンデンサCのインバータ31側の
電極の電位(インバータの入力電圧)は、論理閾値電圧
Vt になる。そのため、コンデンサCは入力信号VIと論
理閾値電圧Vt の差電圧(VI−Vt )で充電されて電荷
が蓄積される。このスイッチS2,S3をオンさせるこ
とにより差電圧でコンデンサCに電荷を蓄積する期間を
リセット期間という。
【0019】次に、ローレベルの制御信号φ(ハイレベ
ルの制御信号バーφ)を各スイッチS1〜S3に入力
し、スイッチS2,S3をオフ、スイッチS1をオンさ
せる。すると、コンデンサCのスイッチS1側の電極に
は基準電圧VRが印加される。リセット期間においてコン
デンサCに蓄積された電荷は放電されないため、その電
気量は変化しない。従って、コンデンサCのインバータ
31側の電極の電位は、入力信号VIと基準電圧VRの差電
圧(VI−VR)分だけ論理閾値電圧Vt から変化し、(VR
−VI+Vt )となる。
【0020】そのため、インバータ31からは、入力信
号VIが基準電圧VRより大きいときにはハイレベル、入力
信号VIが基準電圧VRより小さいときにはローレベルの出
力信号VOが出力される。このスイッチS1をオンさせる
ことにより入力信号VIと基準電圧VRとを比較する期間を
比較期間という。
【0021】図8に、差動チョッパ方式コンパレータ2
1の構成を示す。差動チョッパ方式コンパレータ21
は、図7に示すチョッパ方式コンパレータ21のインバ
ータ31を、差動増幅器41に置き代えて構成される。
つまり、差動チョッパ方式コンパレータは、チョッパ方
式と差動方式とを合体させて両者の長所を取り入れたも
のである。
【0022】差動増幅器41は、差動トランジスタであ
るNMOSトランジスタT1,T2と、負荷トランジス
タであるPMOSトランジスタT3,T4とから構成さ
れる。各トランジスタT1,T2はそれぞれ、各トラン
ジスタT3,T4を介して高電位側電源VCCに接続され
ると共に、定電流源42を介して低電位側電源であるグ
ランドに接続されている。尚、各トランジスタT1,T
2のトランジスタサイズは同じである。また、各トラン
ジスタT3,T4のトランジスタサイズも同じである。
【0023】トランジスタT1のゲートには、コンデン
サC1aを介して各スイッチS1a,S2aが接続されて
いる。トランジスタT3のゲートとドレインとは接続さ
れ、その接続点はスイッチS3aを介してトランジスタ
T1のゲートに接続されている。そして、プラス側入力
信号(入力電圧)VI(+) がスイッチS2aに、プラス側
基準電圧VR(+) がスイッチS1aにそれぞれ印加され
る。また、トランジスタT1,T3のドレインからマイ
ナス側出力信号VO(-) が出力される。
【0024】同様に、トランジスタT2のゲートには、
コンデンサC1bを介して各スイッチS1b,S2bが接
続されている。トランジスタT4のゲートとドレインと
は接続され、その接続点はスイッチS3bを介してトラ
ンジスタT2のゲートに接続されている。そして、マイ
ナス側入力信号(入力電圧)VI(-) がスイッチS2b
に、マイナス側基準電圧VR(-) がスイッチS1bにそれ
ぞれ印加される。また、トランジスタT2,T4のドレ
インからプラス側出力信号VO(+) が出力される。
【0025】尚、各コンデンサC1a,C1bの容量は同じ
である。図9に、差動チョッパ方式コンパレータ21の
タイミングチャートを示す。スイッチS1aとS1b、
スイッチS2aとS2b、スイッチS3aとS3bは、
それぞれ同じオン・オフ動作を行う。
【0026】この差動チョッパ方式コンパレータ21に
よって各入力信号VI(+),VI(-) と各基準電圧VR(+),VR
(-) とを比較するには、まず、スイッチS1a,S1b
をオフ、スイッチS2a,S2b,S3a,S3bをオ
ンさせる。すると、各コンデンサC1a,C1bのスイッチ
S2a,S2b側の電極には、各入力信号VI(+),VI(-)
が印加される。また、スイッチS3a,S3bがオンす
ることで、トランジスタT1,T3とトランジスタT
2,T4とはそれぞれ、入出力が短絡されたCMOSイ
ンバータを構成し、その入出力電圧は当該インバータの
論理閾値電圧Vt に収束する。従って、各コンデンサC
1a,C1bのトランジスタT1,T2側の電極の電位(各
トランジスタT1,T2のゲート電位)は、論理閾値電
圧Vt になる。そのため、各コンデンサC1a,C1bはそ
れぞれ、各入力信号VI(+),VI(-) と論理閾値電圧Vt の
差電圧(VI(+) −Vt 、VI(-) −Vt )で充電されて電
荷が蓄積される。この差電圧で各コンデンサC1a,C1b
に電荷を蓄積する期間をリセット期間という。
【0027】次に、スイッチS2a,S2bをオンさせ
たままで、スイッチS3a,S3bをオフさせる。続い
て、スイッチS3a,S3bに加えてスイッチS2a,
S2bをオフさせ、スイッチS1a,S1bをオンさせ
る。すると、各コンデンサC1a,C1bのスイッチS1
a,S1b側の電極には、各基準電圧VR(+),VR(-) が印
加される。リセット期間において各コンデンサC1a,C
1bに蓄積された電荷は放電されないため、その電気量は
変化しない。従って、各コンデンサC1a,C1bのトラン
ジスタT1,T2側の電極の電位(各トランジスタT
1,T2のゲート電位)は、各入力信号VI(+),VI(-) と
各基準電圧VR(+),VR(-) の差電圧(VI(+) −VR(+) 、VI
(-) −VR(-) )分だけ論理閾値電圧Vt から変化し、そ
れぞれ(VR(+) −VI(+) +Vt )、(VR(-) −VI(-) +
Vt )となる。
【0028】そして、差動増幅器41は、式(2)に示
す各トランジスタT1,T2のゲート電位の差電圧Vb
を増幅する。 Vb =(VR(+) −VI(+) +Vt )−(VR(-) −(VI(-) +Vt ) =(VR(+) −VI(+) )−(VR(-) −(VI(-) ) ………(2) その結果、Vb >0のときには、ハイレベルのプラス側
出力信号VO(+) 、ローレベルのマイナス側出力信号VO
(-) が出力される。また、Vb <0のときには、ローレ
ベルのプラス側出力信号VO(+) 、ハイレベルのマイナス
側出力信号VO(-)が出力される。
【0029】このように、差動チョッパ方式コンパレー
タ21によれば、(VR(+) −VI(+))と(VR(-) −(VI
(-) )とを比較することができる。尚、式(2)は式
(3)のようにも表すことができる。
【0030】 Vb =(VR(+) −VR(-) )−(VI(+) −(VI(-) ) ………(3) つまり、差動チョッパ方式コンパレータ21によれば、
(VR(+) −VR(-) )と(VI(+) −(VI(-) )とを比較す
ることもできる。
【0031】
【発明が解決しようとする課題】図7に示すチョッパ方
式コンパレータ21には以下の問題点がある。 コンデンサCの充放電を行うため、そのコンデンサC
の容量が入力信号VIおよび基準電圧VRに対する負荷とな
る。
【0032】入力信号VIは、図5に示すA/Dコンバ
ータ1のサンプルホールド回路2または各段の回路3〜
5の差分アンプ11から出力される。そのため、コンデ
ンサCの容量がサンプルホールド回路2および差分アン
プ11の出力に対して負荷となる。図6に示すnビット
のフラッシュ方式サブA/Dコンバータ9は、(2n
1)個のコンパレータ21を備える。従って、サンプル
ホールド回路2および差分アンプ11の出力には、C×
(2n −1)という非常に大きな容量性負荷が接続され
ることになる。その結果、サンプルホールド回路2およ
び差分アンプ11の動作が不安定になる恐れがある。
【0033】図6に示すnビットのフラッシュ方式サ
ブA/Dコンバータ9において、各基準電源VRT,VRB 間
に流れる貫通電流を少なくするには、抵抗Rを大きくす
る必要がある。しかし、各抵抗R間のノードから生成さ
れる分圧電圧がチョッパ方式コンパレータ21の基準電
圧VRとなるため、その各抵抗R間のノードにはコンデン
サCが接続されることになる。従って、抵抗Rを大きく
すると、コンデンサCと抵抗Rによる時定数も大きくな
り、コンデンサCの充放電に要する時間が増大して、コ
ンパレータ21の動作速度(スルーレート)が低下す
る。そのため、抵抗Rを大きくすることはできない。そ
の結果、各基準電源VRT,VRB 間に流れる貫通電流が多く
なって消費電力が増大する。
【0034】図8に示す差動チョッパ方式コンパレータ
21の動作速度は、定電流源42を流れる電流値に比例
する。従って、コンパレータ21の動作速度を向上させ
るには、定電流源42の電流値を大きくする必要があ
る。しかし、定電流源42の電流値を大きくすると、消
費電力が増大する。
【0035】本発明は上記要求を満足するためになされ
たものであって、以下の目的を有するものである。 1〕高速動作が可能で低消費電力なコンパレータを提供
する。
【0036】2〕上記1〕のコンパレータを用いた低消
費電力なフラッシュ方式A/Dコンバータを提供する。 3〕上記1〕のコンパレータを用いた低消費電力な多段
パイプライン構成をとるA/Dコンバータを提供する。
【0037】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、出力電圧を入力端子側へ帰還させるコンデンサを備
えたことをその要旨とする。
【0038】請求項2に記載の発明は、チョッパ回路
と、そのチョッパ回路が入力端子に接続された差動増幅
器と、差動増幅器の出力電圧を入力端子側へ帰還させる
コンデンサとを備えたことをその要旨とする。
【0039】請求項3に記載の発明は、チョッパ回路
と、そのチョッパ回路が入力端子に接続された差動増幅
器と、一方の電極が差動増幅器の入力端子に接続され、
他方の電極がスイッチを介して差動増幅器の出力端子に
接続されたコンデンサとを備え、差動増幅器の増幅動作
時に前記スイッチをオンすることで、差動増幅器の出力
電圧を入力端子側へ帰還させることをその要旨とする。
【0040】請求項4に記載の発明は、CMOSインバ
ータと、基準電圧によってCMOSインバータの論理閾
値電圧を調整する制御回路とを備えたことをその要旨と
する。
【0041】請求項5に記載の発明は、CMOSインバ
ータと、そのCMOSインバータの論理閾値電圧を調整
する制御回路とを備え、その論理閾値電圧の調整を基準
電圧によって行うことで、CMOSインバータの入力電
圧と基準電圧との比較結果をCMOSインバータから出
力することをその要旨とする。
【0042】請求項6に記載の発明は、請求項4または
請求項5に記載のコンパレータにおいて、前記制御回路
は、CMOSインバータと高電位側電源および低電位側
電源との間に接続された各トランジスタから構成される
ことをその要旨とする。
【0043】請求項7に記載の発明は、フラッシュ方式
のアナログ−デジタル変換回路であって、請求項1〜6
のいずれか1項に記載のコンパレータを用いたことをそ
の要旨とする。
【0044】請求項8に記載の発明は、各段がアナログ
−デジタル変換回路とデジタル−アナログ変換回路と差
分アンプとから成る多段パイプライン構成をとり、少な
くとも一つの段のアナログ−デジタル変換回路に請求項
1〜6のいずれか1項に記載のコンパレータを用いたこ
とをその要旨とする。
【0045】請求項9に記載の発明は、各段がアナログ
−デジタル変換回路とデジタル−アナログ変換回路と差
分アンプとから成る多段パイプライン構成をとり、少な
くとも一つの段のアナログ−デジタル変換回路に請求項
7に記載のアナログ−デジタル変換回路を用いたことを
その要旨とする。
【0046】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)以下、本発明を具体化した第1実施形
態を図面に従って説明する。尚、本実施形態において、
図5,図6,図8,図9に示した従来の形態と同じ構成
部材については符号を等しくしてその詳細な説明を省略
する。
【0047】図1に、本実施形態の差動チョッパ方式コ
ンパレータ21の構成を示す。尚、図1において、図8
と異なるのは以下の点だけである。 コンデンサC2aおよびスイッチS4aが設けられてい
る。コンデンサC2aの一方の電極はトランジスタT2の
ゲートに接続され、他方の電極はスイッチS4aを介し
てトランジスタT3のドレインに接続されている。
【0048】コンデンサC2bおよびスイッチS4bが
設けられている。コンデンサC2bの一方の電極はトラン
ジスタT1のゲートに接続され、他方の電極はスイッチ
S4bを介してトランジスタT4のドレインに接続され
ている。
【0049】各コンデンサC2a,C2bの容量は同じで
ある。 各スイッチS4a,S4bは同じオン・オフ動作を行
う。図2に、本実施形態の差動チョッパ方式コンパレー
タ21のタイミングチャートを示す。
【0050】この差動チョッパ方式コンパレータ21に
よって各入力信号VI(+),VI(-) と各基準電圧VR(+),VR
(-) とを比較するには、まず、スイッチS1a,S1b
をオフ、スイッチS2a,S2b,S3a,S3b,S
4a,S4bをオンさせる。すると、各コンデンサC1
a,C1bのスイッチS2a,S2b側の電極には、各入
力信号VI(+),VI(-) が印加される。また、スイッチS3
a,S3bがオンすることで、トランジスタT1,T3
とトランジスタT2,T4とはそれぞれ、入出力が短絡
されたCMOSインバータを構成し、その入出力電圧は
当該インバータの論理閾値電圧Vt に収束する。従っ
て、各コンデンサC1a,C1bのトランジスタT1,T2
側の電極の電位(各トランジスタT1,T2のゲート電
位)は、論理閾値電圧Vt になる。そのため、各コンデ
ンサC1a,C1bはそれぞれ、各入力信号VI(+),VI(-) と
論理閾値電圧Vt の差電圧(VI(+) −Vt 、VI(-) −V
t )で充電されて電荷が蓄積される。また、各コンデン
サC2a,C2bの両端には論理閾値電圧Vt が印加され
る。この差電圧で各コンデンサC1a,C1bに電荷を蓄積
する期間をリセット期間という。
【0051】次に、スイッチS2a,S2bをオンさせ
たままで、スイッチS3a,S3b,S4a,S4bを
オフさせる。続いて、スイッチS3a,S3b,S4
a,S4bに加えてスイッチS2a,S2bをオフさ
せ、スイッチS1a,S1bをオンさせる。すると、各
コンデンサC1a,C1bのスイッチS1a,S1b側の電
極には、各基準電圧VR(+),VR(-)が印加される。リセッ
ト期間において各コンデンサC1a,C1bに蓄積された電
荷は放電されないため、その電気量は変化しない。従っ
て、各コンデンサC1a,C1bのトランジスタT1,T2
側の電極の電位(各トランジスタT1,T2のゲート電
位)は、各入力信号VI(+),VI(-) と各基準電圧VR(+),VR
(-) の差電圧(VI(+) −VR(+) 、VI(-) −VR(-) )分だ
け論理閾値電圧Vt から変化し、それぞれ(VR(+) −VI
(+) +Vt )、(VR(-) −VI(-) +Vt )となる。その
ため、各コンデンサC2a,C2bのスイッチS4a,S4
b側の電位も、それぞれ(VR(+) −VI(+) +Vt )、
(VR(-) −VI(-) +Vt )となる。
【0052】そして、差動増幅器41は、前記式(2)
に示す各トランジスタT1,T2のゲート電位の差電圧
Vb を増幅する。その結果、Vb >0のときには、ハイ
レベルのプラス側出力信号VO(+) 、ローレベルのマイナ
ス側出力信号VO(-) が出力される。また、Vb <0のと
きには、ローレベルのプラス側出力信号VO(+) 、ハイレ
ベルのマイナス側出力信号VO(-) が出力される。このよ
うに、差動チョッパ方式コンパレータ21によれば、
(VR(+) −VI(+) )と(VR(-) −(VI(-) )とを比較す
ることができる。尚、式(2)は前記式(3)のように
も表すことができる。つまり、差動チョッパ方式コンパ
レータ21によれば、(VR(+) −VR(-) )と(VI(+) −
(VI(-) )とを比較することもできる。
【0053】このとき、スイッチS2a,S2b,S3
a,S3bをオフさせたままで、スイッチS1a,S1
bに加えてスイッチS4a,S4bを再度オンさせる。
すると、コンデンサC2aのスイッチS4a側の電位がト
ランジスタT3のドレインに印加され、コンデンサC2b
のスイッチS4b側の電位がトランジスタT4のドレイ
ンに印加される。すなわち、差動増幅器41の各出力電
圧(各トランジスタT4,T3のドレイン電位=プラス
側出力信号VO(+) ,マイナス側出力信号VO(-))を、各
コンデンサC2b,C2aを介して差動増幅器41の各入力
端子(各トランジスタT1,T2のゲート)に帰還させ
る。その結果、差動増幅器41の増幅動作は高速化さ
れ、差動増幅器41の各出力電圧のレベルが速やかに確
定する。
【0054】このように、本実施形態によれば、以下の
作用および効果を得ることができる。 差動増幅器41の各出力電圧を各入力端子に帰還させ
ることで、差動増幅器41の各出力電圧(プラス側出力
信号VO(+) ,マイナス側出力信号VO(-) )のレベルを速
やかに確定させることが可能になる。
【0055】上記より、差動増幅器41の各入力端
子(各トランジスタT1,T2のゲート)の電位差(差
電圧Vb )が小さい場合でも、差動増幅器41の各出力
電圧のレベルが速やかに確定する。
【0056】上記より、定電流源42の電流値を
大きくすることなく、差動チョッパ方式コンパレータ2
1の動作速度を向上させることができる。つまり、高速
動作と低消費電力化を共に実現することができる。
【0057】従って、本実施形態の差動チョッパ方式コ
ンパレータ21を、図6に示すフラッシュ方式A/Dコ
ンバータ9に用いれば、低消費電力なA/Dコンバータ
9を得ることができる。
【0058】そして、本実施形態の差動チョッパ方式コ
ンパレータ21を用いたフラッシュ方式A/Dコンバー
タ9を、図5に示す多段パイプライン構成をとるA/D
コンバータ1のサブA/Dコンバータ9に用いれば、A
/Dコンバータ1の低消費電力化を図ることができる。
【0059】(第2実施形態)次に、本発明を具体化し
た第2実施形態を図面に従って説明する。尚、本実施形
態において、図5,図6,図7に示した従来の形態と同
じ構成部材については符号を等しくしてその詳細な説明
を省略する。
【0060】図3に、本実施形態のコンパレータ21の
構成を示す。本実施形態のコンパレータ21は、CMO
Sインバータ51、PMOSトランジスタ52、NMO
Sトランジスタ53から構成される。CMOSインバー
タ51は、PMOSトランジスタ52を介して高電位側
電源VCCに接続されると共に、NMOSトランジスタ5
3を介して低電位側電源であるグランドに接続されてい
る。そして、入力信号(入力電圧)VIがCMOSインバ
ータ51の入力に印加され、基準電圧VRが各トランジス
タ52,53のゲートに印加される。
【0061】CMOSインバータ51からは、コンパレ
ータ21の論理閾値VT より入力信号VIが大きいときに
はローレベル、論理閾値VT より入力信号VIが小さいと
きにはハイレベルの出力信号VOが出力される。ここで、
コンパレータ21の論理閾値VT は基準電圧VRの関数で
ある。従って、論理閾値VT と入力信号VIとを比較する
ことは、基準電圧VRと入力信号VIとを比較することに他
ならない。
【0062】このように、本実施形態によれば、以下の
作用および効果を得ることができる。 基準電圧VRに従ってコンパレータ21の論理閾値VT
を調整する各トランジスタ52,53を設けることで、
基準電圧VRと入力信号VIとを比較する。
【0063】上記より、入力信号VIに対する負荷は
CMOSインバータ51のゲート容量だけとなり、基準
電圧VRに対する負荷は各トランジスタ52,53のゲー
ト容量だけとなる。
【0064】入力信号VIは、図5に示すA/Dコンバ
ータ1のサンプルホールド回路2または各段の回路3〜
5の差分アンプ11から出力される。そのため、CMO
Sインバータ51のゲート容量がサンプルホールド回路
2および差分アンプ11の出力に対して負荷となる。こ
こで、CMOSインバータ51のゲート容量は極めて小
さいため、サンプルホールド回路2および差分アンプ1
1の動作が不安定になることはない。
【0065】図6に示すnビットのフラッシュ方式サ
ブA/Dコンバータ9において、各基準電源VRT,VRB 間
に流れる貫通電流を少なくするには、抵抗Rを大きくす
る必要がある。各抵抗R間のノードから生成される分圧
電圧が本実施形態のコンパレータ21の基準電圧VRとな
るため、その各抵抗R間のノードには各トランジスタ5
2,53のゲート容量が接続されることになる。ここ
で、各トランジスタ52,53のゲート容量は極めて小
さい。そのため、抵抗Rを大きくしても、各トランジス
タ52,53のゲート容量と抵抗Rによる時定数はほと
んど増大せず、コンパレータ21の動作速度(スルーレ
ート)が低下することはない。従って、抵抗Rを十分に
大きくすることが可能になり、各基準電源VRT,VRB 間に
流れる貫通電流を少なくして消費電力を減少させること
ができる。
【0066】従って、本実施形態のコンパレータ21
を、図6に示すフラッシュ方式A/Dコンバータ9に用
いれば、低消費電力なA/Dコンバータ9を得ることが
できる。
【0067】そして、本実施形態のコンパレータ21を
用いたフラッシュ方式A/Dコンバータ9を、図5に示
す多段パイプライン構成をとるA/Dコンバータ1のサ
ブA/Dコンバータ9に用いれば、A/Dコンバータ1
の低消費電力化を図ることができる。
【0068】(第3実施形態)次に、本発明を具体化し
た第3実施形態を図面に従って説明する。尚、本実施形
態において、第2実施形態と同じ構成部材については符
号を等しくしてその詳細な説明を省略する。
【0069】図4に、本実施形態のコンパレータ21の
構成を示す。尚、図4において、図3と異なるのは、各
トランジスタ52,53のゲートにそれぞれ別個の各基
準電圧VRP,VRN が印加されている点だけである。コンパ
レータ21の論理閾値VT は各基準電圧VRP,VRN の関数
である。そのため、各基準電圧VRP,VRN を適宜に調整す
ることで論理閾値VT を任意に設定することができる。
従って、本実施形態によれば、第2実施形態と同様の作
用および効果を得ることができる。
【0070】尚、上記各実施形態は以下のように変更し
てもよく、その場合でも同様の作用および効果を得るこ
とができる。 (1)サブA/Dコンバータ9をフラッシュ方式以外の
方式で具体化する。
【0071】(2)第1実施形態の差動チョッパ方式コ
ンパレータ21を、フラッシュ方式のA/Dコンバータ
ではなく、コンパレータを用いるその他の方式のA/D
コンバータ(逐次比較方式、電圧比較方式、電流比較方
式、循環比較方式、直並列比較方式、2ステップフラッ
シュ方式、継続比較方式など)に適用する。
【0072】(3)第2または第3実施形態の差動チョ
ッパ方式コンパレータ21を、フラッシュ方式のA/D
コンバータではなく、コンパレータを用いるその他の方
式のA/Dコンバータに適用する。
【0073】以上、各実施形態について説明したが、各
実施形態から把握できる請求項以外の技術的思想につい
て以下に記載する。 (イ)請求項6に記載のコンパレータにおいて、前記制
御回路は、CMOSインバータと高電位側電源との間に
接続されたPMOSトランジスタと、CMOSインバー
タと低電位側電源との間に接続されたNMOSトランジ
スタとから構成されるコンパレータ。
【0074】(ロ)上記(イ)において、各トランジス
タのゲートにそれぞれ別個の基準電圧が印加されるコン
パレータ。
【0075】
【発明の効果】
1〕高速動作が可能で低消費電力なコンパレータを提供
することができる。 2〕上記1〕のコンパレータを用いたフラッシュ方式A
/Dコンバータを提供することができる。
【0076】3〕上記1〕のコンパレータを用いた低消
費電力な多段パイプライン構成をとるA/Dコンバータ
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の回路図。
【図2】第1実施形態のタイミングチャート。
【図3】第2実施形態の回路図。
【図4】第3実施形態の回路図。
【図5】多段パイプライン構成をとるA/Dコンバータ
の回路図。
【図6】フラッシュ方式A/Dコンバータの回路図。
【図7】従来のチョッパ方式コンパレータの回路図。
【図8】従来の差動チョッパ方式コンパレータの回路
図。
【図9】従来の差動チョッパ方式コンパレータのタイミ
ングチャート。
【符号の説明】
1…A/Dコンバータ 3…1段目の回路 4…2段目の回路 5…3段目の回路 6…4段目の回路 9…サブA/Dコンバータ 10…D/Aコンバータ 11…差分アンプ 21…コンパレータ 41…差動増幅器 51…CMOSインバータ 52…PMOSトランジスタ 53…NMOSトランジスタ C1a,C1b…コンデンサ S4a,S4b…スイッチ VI…入力信号(入力電圧) VO…出力信号 VR,VRP,VRN…基準電圧 VCC…高電位側電源 VO(+) …プラス側出力信号 VO(-) …マイナス側出力信号

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力電圧を入力端子側へ帰還させるコン
    デンサを備えた差動チョッパ方式のコンパレータ。
  2. 【請求項2】 チョッパ回路と、そのチョッパ回路が入
    力端子に接続された差動増幅器と、差動増幅器の出力電
    圧を入力端子側へ帰還させるコンデンサとを備えた差動
    チョッパ方式のコンパレータ。
  3. 【請求項3】 チョッパ回路と、 そのチョッパ回路が入力端子に接続された差動増幅器
    と、 一方の電極が差動増幅器の入力端子に接続され、他方の
    電極がスイッチを介して差動増幅器の出力端子に接続さ
    れたコンデンサとを備え、 差動増幅器の増幅動作時に前記スイッチをオンすること
    で、差動増幅器の出力電圧を入力端子側へ帰還させる差
    動チョッパ方式のコンパレータ。
  4. 【請求項4】 CMOSインバータと、基準電圧によっ
    てCMOSインバータの論理閾値電圧を調整する制御回
    路とを備えたコンパレータ。
  5. 【請求項5】 CMOSインバータと、そのCMOSイ
    ンバータの論理閾値電圧を調整する制御回路とを備え、
    その論理閾値電圧の調整を基準電圧によって行うこと
    で、CMOSインバータの入力電圧と基準電圧との比較
    結果をCMOSインバータから出力するコンパレータ。
  6. 【請求項6】 請求項4または請求項5に記載のコンパ
    レータにおいて、前記制御回路は、CMOSインバータ
    と高電位側電源および低電位側電源との間に接続された
    各トランジスタから構成されるコンパレータ。
  7. 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載のコ
    ンパレータを用いたフラッシュ方式の変換回路。
  8. 【請求項8】 各段がアナログ−デジタル変換回路とデ
    ジタル−アナログ変換回路と差分アンプとから成る多段
    パイプライン構成をとり、少なくとも一つの段のアナロ
    グ−デジタル変換回路に請求項1〜6のいずれか1項に
    記載のコンパレータを用いたアナログ−デジタル変換回
    路。
  9. 【請求項9】 各段がアナログ−デジタル変換回路とデ
    ジタル−アナログ変換回路と差分アンプとから成る多段
    パイプライン構成をとり、少なくとも一つの段のアナロ
    グ−デジタル変換回路に請求項7に記載のアナログ−デ
    ジタル変換回路を用いたアナログ−デジタル変換回路。
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