JPH10123182A - ウィンドウコンパレータ回路 - Google Patents

ウィンドウコンパレータ回路

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JPH10123182A
JPH10123182A JP8297598A JP29759896A JPH10123182A JP H10123182 A JPH10123182 A JP H10123182A JP 8297598 A JP8297598 A JP 8297598A JP 29759896 A JP29759896 A JP 29759896A JP H10123182 A JPH10123182 A JP H10123182A
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    • H03K5/22Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
    • H03K5/24Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
    • H03K5/2409Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using bipolar transistors
    • H03K5/2418Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using bipolar transistors with at least one differential stage
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533
    • G01R19/1659Circuits and arrangements for comparing voltage or current with one or several thresholds and for indicating the result not covered by subgroups G01R19/16504, G01R19/16528, G01R19/16533 to indicate that the value is within or outside a predetermined range of values (window)

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Abstract

(57)【要約】 【課題】高利得の増幅器等を入れることなく、シンプル
な構成で急峻なコンパレータ特性の提供。 【解決手段】少なくとも2つの入力端子を有する差動対
を不均衡にした第1及び第2の差動対において、第1の
差動対の少なくとも1つの入力端子と、第2の差動対の
少なくとも1つの入力端子を接続し、第1の差動対の少
なくとも1つの出力端子と第2の差動対の少なくとも1
つの出力端子を、電流制御電流源の制御側に接続し、電
流制御電流源の出力側に、負荷電流回路を接続し、電流
制御電流源の出力電流と、負荷電流回路の負荷電流を非
対称とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体集積化回路
に関し、特に、半導体基板上に構成して好適とされるウ
ィンドウコンパレータ回路に関する。
【0002】
【従来の技術】ウィンドウコンパレータ回路は、入力信
号電圧が予め定めた範囲内にあるか/範囲外であるか、
に応じて、異なるレベルの信号を出力するものである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このウィンドウコンパ
レータ回路をバイポーラプロセス半導体集積回路上に構
成する場合、図16に示すような回路構成が本発明者に
より発案されている(本願出願時未公表)。図16を参
照すると、このウィンドウコンパレータ回路は、エミッ
タが共通接続されて第1の定電流源(定電流値=IL
1)に接続された第1、及び第2のトランジスタQ1、
及びQ2からなる第1の差動対回路と、エミッタが共通
接続されて第2の定電流源(定電流値=IL2)に接続
された第3、及び第4のトランジスタQ3、及びQ4か
らなる第2の差動対回路と、コレクタとベースを接続し
た第5のトランジスタQ5と、第5のトランジスタQ5
とベースを共通接続したトランジスタQ6と、からなる
第1のカレントミラー回路と、コレクタとベースを接続
した第7のトランジスタQ7と、第7のトランジスタと
ベースを共通接続した第8のトランジスタQ8と、から
なる第2のカレントミラー回路と、コレクタとベースを
接続した第9のトランジスタQ9と、第9のトランジス
タとベースを共通接続した第10のトランジスタQ10
と、からなる第3のカレントミラー回路と、を備えて構
成されている。
【0004】そして第1、第3のトランジスタQ1、及
びQ3のコレクタを接続して第5のトランジスタQ5の
コレクタに接続し、第2、第4のトランジスタQ2、及
びQ4のコレクタを接続して第7のトランジスタQ7の
コレクタに接続し、第6、第9のトランジスタQ6、Q
8のコレクタをそれぞれ第10、第9のトランジスタQ
9のコレクタと接続されている。
【0005】第1、第2のトランジスタQ1とQ2のエ
ミッタ面積比、及び、第3、第4のトランジスタQ3と
Q4のエミッタ面積比を異ならせた構成とされている。
【0006】入力信号電圧Vinは第1、第4のトラン
ジスタQ1、Q4のベースに入力され、第2、第3のト
ランジスタQ2、Q3のベースには基準電圧Vrefが
入力される。図16には、第6のトランジスタQ6のコ
レクタ(第1のカレントミラー回路の出力端)にベース
を接続しコレクタを抵抗R1を介して高位側電源VCC
に接続しエミッタを接地した第11のトランジスタQ1
1からなる反転回路が接続されている。
【0007】図17に、図16に示した従来のウィンド
ウコンパレータ回路の、入力電圧Vin(横軸)に対す
る節点VA(第6のトランジスタQ6のコレクタ)での
出力電圧特性(縦軸)を示す。
【0008】図17に示す特性は、第1及び第2の差動
対回路を構成するトランジスタのエミッタ面積比を2:
1、第1及び第2の差動回路の負荷電流をそれぞれ5u
A、基準電圧Vrefを0.87V、電源電圧Vccを
1.05Vに設定した状態における、SPICE等の回
路シミュレータによるシミュレーション結果を示したし
たものである。
【0009】図17に示す入出力特性のグラフから判る
ように、入力電圧に対する出力電圧の変化が小さく、こ
のままではウィンドウコンパレータとしては動作しな
い。
【0010】図18に、図16における節点VAに反転
回路を接続した場合における、入力電圧Vinに対する
節点VB(第6のトランジスタQ6のコレクタ)での出
力特性を示す。なお、図18の出力特性も、図17の特
性と同様の条件のもとでのシミュレーション結果をグラ
フで示したものである。図18に示すグラフからも判る
ように、このままではウィンドウコンパレータとしては
機能しない。
【0011】すなわち、図16に示した回路は、ウィン
ドウコンパレータとして使用する場合は、節点VAに高
利得のアンプ等が必要となり、回路が複雑で実現しにく
いという、問題点を有している。また、集積化する場合
も、高利得のアンプ等が必要とされ、素子数が多くな
り、チップ面積が大きくなるという問題点も有しいるな
ど、改善すべき点が残されている。
【0012】したがって本発明は、上記問題点を解消す
べくなされたものであって、その目的は、後段に高利得
アンプ等を挿入することなく、簡易な構成で急峻なコン
パレータ特性を実現するウィンドウコンパレータを提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のウィンドウコンパレータ回路は、少なくと
も2つの入力端子を有する差動対を不均衡にした第1及
び第2の差動対回路において、前記第1の差動対回路の
少なくとも1つの入力端子と、前記第2の差動対回路の
少なくとも1つの入力端子を接続し、前記第1の差動対
回路の少なくとも1つの出力端子と、前記第2の差動対
回路の少なくとも1つの出力端子と、電流制御電流源の
制御側を接続し、前記電流制御電流源の出力側に、負荷
電流回路を接続し、前記電流制御電流源の出力電流と、
前記負荷電流回路の負荷電流を非対称にした回路構成を
有する。
【0014】本発明のウィンドウコンパレータ回路は、
シンプル(簡易)な構成で、急峻なコンパレータ特性を
得ることが可能であり、集積化が容易である。
【0015】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。
【0016】図1に、本発明の第1の実施の形態のウィ
ンドウコンパレータの回路構成を示す図である。
【0017】図1を参照すると、本発明の第1の実施の
形態に係るウィンドウコンパレータは、エミッタが共通
接続されて第1の定電流源(定電流値=IL1)に接続
された第1、及び第2のトランジスタQ1、及びQ2か
らなる第1の差動対回路と、エミッタが共通接続されて
第2の定電流源(定電流値=IL2)に接続された第
3、及び第4のトランジスタQ3、及びQ4からなる第
2の差動対回路と、コレクタとベースを接続した第5の
トランジスタQ5と、第5のトランジスタQ5とベース
を共通接続したトランジスタQ6と、からなる第1のカ
レントミラー回路と、コレクタとベースを接続した第7
のトランジスタQ7と、第7のトランジスタQ7とベー
スを共通接続した第8のトランジスタQ8とからなる第
2のカレントミラー回路と、コレクタとベースを接続し
た第9のトランジスタQ9と、第9のトランジスタQ9
とベースを共通接続した第10のトランジスタQ10と
からなる第3のカレントミラー回路と、を備えて構成さ
れている。
【0018】そして第1、第3のトランジスタQ1、及
びQ3のコレクタを接続して第5のトランジスタQ5の
コレクタに接続し、第2、第4のトランジスタQ2、及
びQ4のコレクタを接続して第7のトランジスタQ7の
コレクタに接続し、第6、第9のトランジスタQ6、Q
8のコレクタをそれぞれ第10、第9のトランジスタQ
9のコレクタと接続して構成されている。
【0019】入力信号電圧Vinは第1、第4のトラン
ジスタQ1、Q4のベースに入力され、第2、第3のト
ランジスタQ2、Q3のベースには基準電圧Vrefが
入力される。図1では、第6のトランジスタQ6のコレ
クタ(第1のカレントミラー回路の出力端)にベースを
接続しコレクタを抵抗R1を介して高位側電源VCCに
接続しエミッタを接地した第11のトランジスタQ11
からなる反転回路が接続されている。
【0020】この実施の形態においては、第1、第2の
トランジスタQ1とQ2のエミッタ面積比、及び、第
3、第4のトランジスタQ3とQ4のエミッタ面積比、
第5、第6のトランジスタQ5とQ6のエミッタ面積
比、並びに、第7、第8のトランジスタQ7とQ8のエ
ミッタ面積比を異ならせた回路構成とされている。
【0021】また、この実施の形態においては、電源電
圧をVccとし、トランジスタQ1、Q2、Q3、Q4
のコレクタ電流をそれぞれIC1、IC2、IC3、I
C4とし、第1の差動対回路及び第2の差動対回路の負
荷電流をそれぞれIL1、IL2とし、第1、第4のト
ランジスタQ1及びQ4のバイアス電圧を入力電圧Vi
nとし、第2、第3トランジスタのQ2及びQ3のバイ
アス電圧を基準電圧Vrefとし、第1のカレントミラ
ー回路を構成する第5のトランジスタQ5側のコレクタ
電流をI1、第6のトランジスタQ6側のコレクタ電流
をI3とし、第2のカレントミラー回路を構成する第7
のトランジスタQ7側のコレクタ電流をI2、第8のト
ランジスタQ8側のコレクタ電流をI4とし、第3のカ
レントミラー回路を構成する第10のトランジスタQ1
0側のコレクタ電流をI6とし、反転回路を構成する第
11のトランジスタQ11のベース電流をI5とし、第
6、第10のトランジスタQ6及びQ10のコレクタ電
圧を出力電圧VAとし、第11のトランジスタQ11の
コレクタ電圧を反転電圧VBとする。
【0022】まず、本発明の第1の実施の形態のウィン
ドウコンパレータ回路の動作原理について図面を用いて
詳しく説明する。
【0023】図2に、本発明の第1の実施の形態によ
る、エミッタ面積比が異なる不均衡差動対を組み合わせ
たウィンドウコンパレータの一部を示す。
【0024】入力電圧Vinに対する、第1、第2の差
動回路を構成する第1〜第4のトランジスタQ1、Q
2、Q3、Q4の各トランジスタの出力電流IC1、I
C2、IC3、IC4は、周知の通り、次式(1)〜
(4)と表される。なお、式中、Kはボルツマン定数、
Tは絶対温度、qは電子電荷、βは電流増幅率、をそれ
ぞれ示す。
【0025】
【数1】
【0026】また、特に、トランジスタのエミッタ面積
比がa:bの場合は、次式(5)となる。
【0027】 dV=(KT/q)×ln(a/b) …(5) (lnは自然対数)
【0028】図3に、入力電圧Vinに対する各差動対
の出力電流特性を示す。周知の通り、エミッタ面積比が
異なる分、基準電圧Vrefからズレ、そこを中心にそ
れぞれの差動対が左右対称の入出力特性を示す。
【0029】図4に、入力電圧Vinに対する、I1、
I2の出力電流特性を示す。
【0030】出力電流I1、I2は、次式(6)、
(7)で与えられるため、図4に示すような入出力特性
になる。
【0031】I1=IC1+IC3 …(6) I2=IC2+IC4 …(7)
【0032】図2に示した、RCの負荷として、本発明
の第1の実施の形態による、図5に示す回路を接続した
場合について説明する。
【0033】図5においては、第5のトランジスタQ5
と第6のトランジスタQ6のエミッタ面積比及び、第7
のトランジスタQ7と第8のトランジスタQ8のエミッ
タ面積比をそれぞれ、c:d、及びe:fとし、第9の
トランジスタQ9と第10のトランジスタQ10のエミ
ッタ面積比を1:1とする。また、第6、第8、第10
ののトランジスタQ6、Q8、Q10の出力電流をそれ
ぞれI3、I4、I6とし、第11のトランジスタQ1
1のベース電流をI5とする。
【0034】特に、出力段のカレントミラー回路を構成
するトランジスタQ5、Q6、Q7、Q8のエミッタ面
積比が同じ場合は、ベース電流分を無視すれば、次式
(8)、(9)となり、電流I3及びI4は、それぞれ
図4のI1及びI2の入出力特性と一致する。
【0035】I3=I1 …(8) I4=I2 …(9)
【0036】本発明の第1の実施の形態の一具体例(実
施例)として、第1のカレントミラー回路を構成する第
5、第6のトランジスタQ5とQ6のエミッタ面積比を
1:2、第2のカレントミラー回路を構成する第7、第
8のトランジスタQ7とQ8のエミッタ面積比を1:3
にした場合の、入力電圧Vinに対するそれぞれのトラ
ンジスタの出力電流特性について説明する。
【0037】出力電流I3、I4は、ベース電流分を無
視すれば、次式(10)、(11)となり、図6に示す
ような入出力特性となる。
【0038】I3=2×I1 …(10) I4=3×I2 …(11)
【0039】出力電流I6は、第3のカレントミラー回
路を構成する第9、第10のトランジスタQ9とQ10
のエミッタ面積比が1:1であるから、ベース電流分を
無視して、次式(12)となる。
【0040】I6=I4 …(12)
【0041】次に、第11のトランジスタQ11のベー
ス電流である電流I5について説明する。
【0042】I3≦I4の領域では、第6のトランジス
タQ6から流れ出る電流I3は、すべて第9のトランジ
スタQ9のコレクタ電流である電流I6により引き込ま
れ、I3=I6となるため、I5には電流は流れずに、
I5=0となる。
【0043】一方、I3≧I4の領域では、第6のトラ
ンジスタQ6から流れ出る電流I3は、I6分は引き込
まれるが、残りは第11のトランジスタQ11のベース
電流として流れ、 I5=I3−I6 となり、図6に示すような特性を示す。
【0044】従って、I3=I4をカットオフ点とし
て、I3<I4の領域では、第11のトランジスタQ1
1はOFF状態、I3>I4の領域で第11のトランジ
スタQ11はON状態になり、急峻なコンパレータ特性
を得ることができる。
【0045】図7に、図1に示した本発明の第1の実施
の形態のウィンドウコンパレータ回路の実施例として、
入力電圧Vinに対する第6のトランジスタQ6のコレ
クタ電位VA点での出力特性を示す。
【0046】この特性は、第1の差動対回路を構成する
第1、第2のトランジスタQ1とQ2のエミッタ面積比
及び、第2の差動対回路を構成する第3、第3のトラン
ジスタQ3とQ4のエミッタ面積比をそれぞれ2:1、
第1のカレントミラー回路を構成する第5、第6のトラ
ンジスタQ5とQ6のエミッタ面積比を1:2、第2の
カレントミラー回路を構成する第7、第8のトランジス
タQ7とQ8のエミッタ面積比を1:3、第1の差動対
回路の負荷電流IL1及び、第2の差動対回路の負荷電
流IL2をそれぞれ5uA、差動対回路の基準電圧Vr
efを0.87V、電源電圧Vccを1.05V、R1
を100KΩにした状態での、SPICE等の回路シミ
ュレータでシミュレーションしたものである。
【0047】図7に示した入出力特性グラフから判るよ
うに、入力電圧Vinに対する出力電圧の変化が大き
く、上記した動作原理で説明したように、第1、第2の
カレントミラー回路の出力電流I3,I4について、I
3=I4をカットオフ点として、急峻なコンパレータ特
性を示している。
【0048】比較例として、図8に、図16に示す従来
のウィンドウコンパレータ回路と、図1に示す本発明の
第1の実施の形態のウィンドウコンパレータ回路の、V
A点での入出力特性のシミュレーション結果を比較した
グラフを示す。
【0049】図8に示す結果からもわかるように、従来
のウィンドウコンパレータ回路に比べ、本発明の第1の
実施の形態のウィンドウコンパレータ回路は、著しく急
峻なコンパレータ特性に改善されている。
【0050】さらに比較例として、図9に、図16に示
した従来のウィンドウコンパレータ回路と、図1に示し
た本発明の第1の実施の形態のウィンドウコンパレータ
回路の、入力電圧Vinに対する反転回路VBの出力特
性のシミュレーションを比較した結果を示す。
【0051】図9に示すグラフからも明らかなように、
本発明の第1の実施の形態は、急峻なウィンドウコンパ
レータ特性を示している。
【0052】次に、本発明の第2の実施の形態に係るウ
ィンドウコンパレータ回路について図面を用いて詳しく
説明する。図10に、本発明の第2の実施の形態に係る
ウィンドウコンパレータ回路の回路構成を示す。
【0053】図10を参照すると、本発明の第2の実施
の形態のウィンドウコンパレータは、エミッタが共通接
続されて第1の定電流源(定電流値=IL1)に接続さ
れた第1、及び第2のトランジスタQ1、及びQ2から
なる第1の差動回路と、エミッタが共通接続されて第2
の定電流源(定電流値=IL2)に接続された第3、及
び第4のトランジスタQ3、及びQ4からなる第2の差
動回路と、コレクタとベースを接続した第5のトランジ
スタQ5と、第5のトランジスタQ5とベースを共通接
続したトランジスタQ6と、からなる第1のカレントミ
ラー回路と、コレクタとベースを接続した第7のトラン
ジスタQ7と、第7のトランジスタQ7とベースを共通
接続した第8のトランジスタQ8とからなる第2のカレ
ントミラー回路と、コレクタとベースを接続した第9の
トランジスタQ9と、第9のトランジスタQ9とベース
を共通接続した第10のトランジスタQ10とからなる
第3のカレントミラー回路と、を備えて構成されてい
る。
【0054】そして第1、第3のトランジスタQ1、及
びQ3のコレクタを接続して第5のトランジスタQ5の
コレクタに接続し、第2、第4のトランジスタQ2、及
びQ4のコレクタを接続して第7のトランジスタQ7の
コレクタに接続し、第6、第9のトランジスタQ6、Q
8のコレクタをそれぞれ第10、第9のトランジスタQ
9のコレクタと接続して構成されている。
【0055】入力信号電圧Vinは第1、第4のトラン
ジスタQ1、Q4のベースに入力され、第2、第3のト
ランジスタQ2、Q3のベースには基準電圧Vrefが
入力される。図1では、第6のトランジスタQ6のコレ
クタ(第1のカレントミラー回路の出力端)にベースを
接続しコレクタを抵抗R1を介して高位側電源VCCに
接続しエミッタを接地した第11のトランジスタQ11
からなる反転回路が接続されている。
【0056】この実施の形態においては、第1、第2の
トランジスタQ1とQ2のエミッタ面積比、及び、第
3、第4のトランジスタQ3とQ4のエミッタ面積比、
第9、第10のトランジスタQ9とQ10のエミッタ面
積比を異ならせた回路構成とされている。
【0057】また、電源電圧をVccとし、第1〜第4
のトランジスタQ1、Q2、Q3、Q4のコレクタ電流
をそれぞれIC1、IC2、IC3、IC4とし、第1
の差動対回路及び第2の差動対回路の負荷電流をそれぞ
れIL1、IL2とし、Q1及びQ4のバイアス電圧を
入力電圧Vinとし、第2、第3のトランジスタQ2及
びQ3のバイアス電圧を基準電圧Vrefとし、第1の
カレントミラー回路を構成する第5のトランジスタQ5
側のコレクタ電流をI1、第6のトランジスタQ6側の
コレクタ電流をI3とし、第2のカレントミラー回路を
構成する第7のトランジスタQ7側のコレクタ電流をI
2、第8のトランジスタQ8側のコレクタ電流をI4と
し、第3のカレントミラー回路を構成する第10のトラ
ンジスタQ10側のコレクタ電流をI6とし、反転回路
を構成する第11のトランジスタQ11のベース電流を
I5とし、第6、第10のトランジスタQ6及びQ10
のコレクタの接続点電圧を出力電圧VAとし、第11の
トランジスタQ11のコレクタ電圧を反転電圧VBとす
る。
【0058】図10に示す本発明の第2の実施の形態の
ウィンドウコンパレータ回路の動作原理について説明す
る。
【0059】図10に示される、IC1、IC2、IC
3、IC4、I1、I2については、本発明の第1の実
施例にて説明しているため省略する。I3及びI4に関
しては、第5、及び第6のトランジスタQ5とQ6、及
び、第7、第8のトランジスタQ7とQ8のエミッタ面
積比が等しいため、前記第1の実施例において、上式
(8)、(9)で説明したように、図4の特性と一致す
る。
【0060】本発明の第2の実施の形態の一具体例とし
て、第9、第10のトランジスタQ9とQ10のエミッ
タ面積比を2:3にした場合についてのI3、I5、I
6の動作について説明する。
【0061】図11に、入力電圧Vinに対する出力電
流I3、I5、I6特性を示す。
【0062】I6は、ベース電流を無視すれば、次式
(13)となり、本来は、図11の点線に示される電流
を引き込むことが可能である。
【0063】I6=(3/2)×I4 …(13)
【0064】但し、I3≦I6の領域では、第6のトラ
ンジスタQ6から供給される電流I3はすべて、第10
のトランジスタQ10のコレクタ電流I6に引き込まれ
るため、I6=I3となる。
【0065】I3≧I6の領域では、第10のトランジ
スタQ10が引き込むことが可能な電流値I6を越えて
しまうため、 I3=I6+I5 となり、電流I5が流れはじめ、第11のトランジスタ
Q11がONする。
【0066】従って、I3=I6をカットオフ点とし
て、I3<I6の領域では第11のトランジスタQ11
はOFF状態、I3>I6の領域で第11のトランジス
タQ11はON状態になり、急峻なコンパレータ特性を
得ることができる。
【0067】図12に、本発明の第2の実施の形態の一
具体例(実施例)として、第1の差動対回路を構成する
第1、第2のトランジスタQ1とQ2のエミッタ面積比
及び、第2の差動対回路を構成する第3、第4のトラン
ジスタQ3とQ4のエミッタ面積比をそれぞれ2:1、
第3のカレントミラー回路を構成する第9、第10のト
ランジスタQ9とQ10のエミッタ面積比を2:3、第
1の差動対回路の負荷電流IL1及び、第2の差動対回
路の負荷電流IL2をそれぞれ5uA、差動対回路の基
準電圧Vrefを0.87V、電源電圧Vccを1.0
5V、抵抗R1を100KΩにした状態での、節点VA
及びVBの入力電圧に対する出力特性を示す。この特性
は、SPICE等の回路シミュレータでシミュレーショ
ンした結果である。
【0068】図12に示されるとおり、I3≧I6の領
域のみQ11が動作するため、高利得の増幅器等なし
に、急峻なウィンドウコンパレータ特性を得ることがで
きる。
【0069】次に、本発明の第3の実施の形態に係るウ
ィンドウコンパレータについて図面を用いて詳しく説明
する。図13に、本発明の第3の実施の形態のウィンド
ウコンパレータ回路の回路構成を示す。
【0070】図13を参照すると、本発明の第3の実施
の形態に係るウィンドウコンパレータは、エミッタが共
通接続されて第1の定電流源(定電流値=IL1)に接
続された第1、及び第2のトランジスタQ1、及びQ2
からなる第1の差動対回路と、エミッタが共通接続され
て第2の定電流源(定電流値=IL2)に接続された第
3、及び第4のトランジスタQ3、及びQ4からなる第
2の差動対回路と、コレクタとベースを接続した第5の
トランジスタQ5と、第5のトランジスタQ5とベース
を共通接続したトランジスタQ6と、からなる第1のカ
レントミラー回路と、第6のトランジスタのコレクタに
接続された第3の電流源(定電流値=IL3)と、を備
え、第1、第3のトランジスタQ1、及びQ3のコレク
タを接続して第5のトランジスタQ5のコレクタに接続
し、第2、第4のトランジスタQ2、及びQ4のコレク
タを接続して負荷回路RCを介して高位側電源VCCに
接続し、第6のトランジスタQ6のコレクタ(第1のカ
レントミラー回路の出力端)にベースを接続しコレクタ
を抵抗R1を介して高位側電源VCCに接続しエミッタ
を接地した第11のトランジスタQ11からなる反転回
路が接続されている。
【0071】入力信号電圧Vinは第1、第4のトラン
ジスタQ1、Q4のベースに入力され、第2、第3のト
ランジスタQ2、Q3のベースには基準電圧Vrefが
入力される。
【0072】第1、第2のトランジスタQ1とQ2のエ
ミッタ面積比、及び、第3、第4のトランジスタQ3と
Q4のエミッタ面積比を異ならせた回路構成とされてい
る。
【0073】また、電源電圧をVccとし、Q1、Q
2、Q3、Q4のコレクタ電流をそれぞれIC1、IC
2、IC3、IC4とし、第1の差動対回路及び第2の
差動対回路の負荷電流をそれぞれIL1、IL2とし、
Q1及びQ4のバイアス電圧を入力電圧Vinとし、Q
2及びQ3のバイアス電圧を基準電圧Vrefとし、カ
レントミラー回路のQ5側のコレクタ電流をI1、Q6
側のコレクタ電流をI3とし、Q6に接続される負荷電
流源をIL3とし、反転回路Q11のベース電流をI5
とし、Q6のコレクタ電圧を出力電圧VAとし、Q11
のコレクタ電圧を反転電圧VBとする。
【0074】図13に示す本発明の第3の実施の形態の
ウィンドウコンパレータ回路の動作原理について説明す
る。
【0075】図13に示されるIC1、IC2、IC
3、IC4、I1、I2については、本発明の第1の実
施の形態にて説明しているため省略する。
【0076】図14を参照して、入力電圧Vinに対す
るI3、IL3、I5の動作について説明する。
【0077】第6のトランジスタQ6のコレクタ電流I
3は、ベース電流を無視すれば、次式(14)となり、
本来は、図14の点線で示されるような電流特性にな
る。
【0078】I3=I1 …(14)
【0079】但し、I3≦IL3の領域では、第6のト
ランジスタQ6から供給される電流I3は全て第3の定
電流源(負荷電流源)IL3によって引き込まれるた
め、I3=IL3となる。
【0080】I3≧IL3の領域では、負荷電流源が引
き込むことができる電流値IL3を越えてしまうため、 I3=IL3+I5 となり、第11のトランジスタQ11のベース電流I5
が流れはじめ、第11のトランジスタQ11がONす
る。
【0081】従って、I3=IL3をカットオフ点とし
て、I3<IL3の領域では第11のトランジスタQ1
1はOFF状態、I3>IL3の領域で第11のトラン
ジスタQ11はON状態になり、急峻なコンパレータ特
性を得ることができる。
【0082】図15に、本発明の第3の実施の形態の一
具体例(実施例)として、第1の差動対回路を構成する
第1、第2のトランジスタQ1とQ2のエミッタ面積比
及び、第2の差動対回路を構成する第3、第4のトラン
ジスタQ3とQ4のエミッタ面積比をそれぞれ2:1、
第1の差動対回路の負荷電流IL1及び、第2の差動対
回路の負荷電流IL2をそれぞれ5uA、第3の負荷電
流源IL3を5.5uA、差動対回路の基準電圧Vre
fを0.87V、電源電圧Vccを1.05V、R1を
100KΩにした状態での、節点VBの入力電圧に対す
る出力特性を示す。この特性は、SPICE等の回路シ
ミュレータでシミュレーションした結果である。
【0083】図15に示されるとおり、I3≧IL3の
領域のみQ11が動作するため、高利得の増幅器等なし
に、急峻なウィンドウコンパレータ特性を得ることがで
きる。
【0084】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
高利得の増幅器等を挿入することなく、簡易な構成で急
峻なコンパレータ特性を得ることができるという効果を
奏する。また、本発明は、従来技術に比べ、消費電流、
素子数等を低減し、集積化しやすいという効果も奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態のウィンドウコンパ
レータの回路構成を示す図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態の動作原理を説明す
るための図である。
【図3】本発明の第1の実施の形態の動作原理を説明す
るための特性図である。
【図4】本発明の第1の実施の形態の動作原理を説明す
るための示す特性図である。
【図5】本発明の第1の実施の形態の例の動作原理を説
明するための図である。
【図6】本発明の第1の実施の形態の動作原理を説明す
るための特性図である。
【図7】本発明の第1の実施の形態のシミュレーション
結果を示す図である。
【図8】本発明の第1の実施の形態と従来例のシミュレ
ーション結果を比較して示す図である。
【図9】本発明の第1の実施の形態と従来例のシミュレ
ーション結果を比較して示す図である。
【図10】本発明の第2の実施の形態のウィンドウコン
パレータ回路構成を示す図である。
【図11】本発明の第2の実施の形態の動作原理を説明
するための図である。
【図12】本発明の第2の実施の形態のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
【図13】本発明の第3の実施の形態のウィンドウコン
パレータの回路構成を示す図である。
【図14】本発明の第3の実施の形態の動作原理を説明
するための図である。
【図15】本発明の第3の実施の形態のシミュレーショ
ン結果を示す図である。
【図16】ウィンドウコンパレータの回路構成の一例を
示す図である。
【図17】図16のウィンドウコンパレータのシミュレ
ーション結果を示す図である。
【図18】図16のウィンドウコンパレータのシミュレ
ーション結果を示す図である。
【符号の説明】
Q1〜Q11 トランジスタ Vin、Vcc、Vref 電圧源 IL1、IL2、IL3 電流源 R1 抵抗 RC 負荷抵抗 IC1 Q1のコレクタ電流 IC2 Q2のコレクタ電流 IC3 Q3のコレクタ電流 IC4 Q4のコレクタ電流 I1 カレントミラーQ5側のコレクタ電流 I2 カレントミラーQ7側のコレクタ電流 I3 カレントミラーQ6側のコレクタ電流 I4 カレントミラーQ8側のコレクタ電流 I5 Q11のベース電流 I6 Q10のコレクタ電流 a、b、c、d、e、f、g、h トランジスタのエミ
ッタ面積比

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも2つの入力端子を有する差動対
    を不均衡にした第1及び第2の差動対回路において、 前記第1の差動対回路の少なくとも1つの入力端子と、
    前記第2の差動対回路の少なくとも1つの入力端子とを
    接続し、 前記第1の差動対回路の少なくとも1つの出力端子と、
    前記第2の差動対回路の少なくとも1つの出力端子と、
    を、電流制御電流源の制御側に接続し、 前記電流制御電流源の出力側に、負荷電流回路を接続
    し、 前記電流制御電流源の出力電流と前記負荷電流回路の負
    荷電流を非対称にしたことを特徴とするウィンドウコン
    パレータ回路。
  2. 【請求項2】前記電流制御電流源の出力側に、反転回路
    を接続したことを特徴とする請求項1記載のウィンドウ
    コンパレータ回路。
  3. 【請求項3】少なくとも2つの入力端子と2つの出力端
    子を有する差動対を不均衡にした第1及び第2の差動対
    回路において、 前記第1の差動対回路の第1の入力端子と、前記第2の
    差動対回路の第2の入力端子を接続し、 前記第1の差動対回路の第1の出力端子と、前記第2の
    差動対回路の第1の出力端子とを、第1のカレントミラ
    ー回路の制御側に接続し、 前記第1の差動対回路の第2の出力端子と、前記第2の
    差動対回路の第2の出力端子とを、第2のカレントミラ
    ー回路の制御側に接続し、 前記第1のカレントミラー回路の出力端、及び前記第2
    のカレントミラー回路の出力端を、第3のカレントミラ
    ー回路に接続し、 前記第1及び第2のカレントミラー回路のエミッタ面積
    比を不均衡にしたことを特徴とするウィンドウコンパレ
    ータ回路。
  4. 【請求項4】前記第1のカレントミラー回路の出力側
    と、前記第2のカレントミラー回路の出力側のエミッタ
    面積比を不均衡にしたことを特徴とする請求項3記載の
    ウィンドウコンパレータ回路。
  5. 【請求項5】前記第1のカレントミラー回路の制御側
    と、前記第2のカレントミラー回路の制御側もエミッタ
    面積比を不均衡にしたことを特徴とする請求項3記載の
    ウィンドウコンパレータ回路。
  6. 【請求項6】前記第1のカレントミラー回路の出力側
    に、反転回路を接続したことを特徴とする請求項3記載
    のウィンドウコンパレータ回路。
  7. 【請求項7】少なくとも2つの入力端子と2つの出力端
    子を有する差動対を不均衡にした第1及び第2の差動対
    回路において、 前記第1の差動対回路の第1の入力端子と、前記第2の
    差動対回路の第2の入力端子を接続し、 前記第1の差動対回路の第1の出力端子と、前記第2の
    差動対回路の第1の出力端子を、第1のカレントミラー
    回路の制御側を接続し、 前記第1の差動対回路の第2の出力端子と、前記第2の
    差動対回路の第2の出力端子を、第2のカレントミラー
    回路の制御側を接続し、 前記第1のカレントミラー回路の出力側と、前記第2の
    カレントミラー回路の出力側に、第3のカレントミラー
    回路を接続し、 前記第3のカレントミラー回路のエミッタ面積比を不均
    衡にしたことを特徴とするウィンドウコンパレータ回
    路。
  8. 【請求項8】前記第2のカレントミラー回路の出力側
    に、反転回路を接続したことを特徴とする請求項7記載
    のウィンドウコンパレータ回路。
  9. 【請求項9】少なくとも2つの入力端子と2つの出力端
    子を有する差動対を不均衡にした第1及び第2の差動対
    回路において、 前記第1の差動対回路の第1の入力端子と、前記第2の
    差動対回路の第2の入力端子を接続し、 前記第1の差動対回路の第1の出力端子と、前記第2の
    差動対回路の第1の出力端子と、を、第1のカレントミ
    ラー回路を接続し、 前記第1のカレントミラー回路の出力側に負荷電流回路
    を接続したことを特徴とするウィンドウコンパレータ回
    路。
  10. 【請求項10】前記第1のカレントミラー回路の出力側
    に、反転回路を接続したことを特徴とする請求項9記載
    のウィンドウコンパレータ回路。
  11. 【請求項11】前記第1の差動対回路の第2の出力側
    と、前記第2の差動回路の第2の出力側に、負荷回路を
    接続したことを特徴とする請求項9記載のウィンドウコ
    ンパレータ回路。
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