JPH118535A - 差動入力チョッパ型電圧比較回路 - Google Patents
差動入力チョッパ型電圧比較回路Info
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Abstract
る信頼性の向上が図られたチョッパ型電圧比較回路を提
供すること。 【解決手段】 本発明のチョッパ型電圧比較回路は、入
力電圧Vinを入力するための入力電圧端子1、基準電圧
Vref を入力するための基準電圧端子2、第1及び第2
のキャパシタ3,4、第1及び第2のインバータ5,
6、第1乃至第7のスイッチ7〜13、第1及び第2の
出力端子14,15を備えた差動入力タイプのチョッパ
型電圧比較回路であり、駆動回路16からの第1乃至第
3の駆動信号P1〜P3を受けて第1乃至第7のスイッ
チ7〜13を切り換えることにより、入力電圧Vinと基
準電圧Vref とを比較して、入力電圧Vinが基準電圧V
ref より大きい場合には、第1のインバータ5における
電源電圧Vppを第1の出力端子14から出力し、入力電
圧Vinが基準電圧Vref より小さい場合には、接地電圧
GNDを第1の出力端子14から出力する。
Description
ル(A/D)変換器に関し、特にチョッパ型電圧比較回
路に関する。
としては、「1989.IEEE Internati
onal Solid−State Circuits
Conference P.14−15(以下、従来
例)」に開示されているものが挙げられる。
に示されるように、入力電圧Vinを入力するための入力
電圧端子51、基準電圧Vref を入力するための基準電
圧端子52、入力電圧端子51に接続された第1のスイ
ッチ53、基準電圧端子52に接続された第2のスイッ
チ54、一端を第1及び第2のスイッチ53,54に接
続された第1のキャパシタ55、第1のキャパシタ55
の他端に入力部が接続される第1のインバータ56、第
1のインバータ56の入出力間に設けられた第3のスイ
ッチ57、第1のインバータ56の出力部に一端を接続
された第2のキャパシタ58、第2のキャパシタ58の
他端に入力部が接続される第2のインバータ59、第2
のインバータ59の入出力間に設けられた第4のスイッ
チ、及び第2のインバータ59の出力部に接続された出
力端子61を備えている。
型電圧比較回路は、外部から入力される第1及び第2の
駆動信号P1,P2に従って、各スイッチ53,54,
57及び60を切り換える。詳しくは、第1の駆動信号
P1をオンにすると共に第2の駆動信号P2をオフにす
ると、第1、第3及び第4のスイッチ53,57及び6
0がオンになると共に第2のスイッチ54がオフにな
る。一方、第1の駆動信号P1をオフにすると共に第2
の駆動信号P2をオンにすると、第2のスイッチ54が
オンになると共に第1、第3及び第4のスイッチ53,
57及び60がオフになる。
における電圧比較動作について、図10を参照して説明
する。まず、第1の駆動信号P1をオンにし、且つ第2
の駆動信号P2をオフにすると、第1のスイッチ53
は、入力電圧端子51と第1のキャパシタ55の一端を
接続し、入力電圧Vinを第1のキャパシタ55にサンプ
ルする。この際、第3及び第4のスイッチ57,60
が、夫々、第1のインバータ56及び第2のインバータ
59の入出力間を接続するため、第1のインバータ56
及び第2のインバータ59の入出力部の電位は、全て、
ロジカルスレッシュホールド電圧VLTに保持される。次
いで、第1の駆動信号P1をオフにし、第2の駆動信号
P2をオンにすると、第2のスイッチ54は、基準電圧
端子52と第1のキャパシタ55の一端を接続し、第1
のキャパシタ55の一端の電位を基準電圧Vref に変化
させる。この際、第1のキャパシタ55の他端の電位、
即ち第1のインバータ56の入力部における電位は、入
力電圧Vinから基準電圧Vrefへの変化分だけ、ロジカ
ルスレッシュホールド電圧VLTから変化する。第1のイ
ンバータ56の出力部には、入力部に入力された電位V
LT−(Vin−Vref )からロジカルスレッシュホールド
電圧VLTを引いた差電圧−(Vin−Vref )が第1のイ
ンバータ56の増幅率−Aをもって反転増幅され、更に
ロジカルスレッシュホールド電圧VLTに加算されて得ら
れる電圧VLT+A(Vin−Vref )が出力される。第1
のインバータ56の出力部における電位は、第2のキャ
パシタ58を介して第2のインバータ59の入力部に伝
達する。第2のインバータ59においては、第1のイン
バータ56の場合と同様にして、増幅率−Aをもって入
力された電位を反転増幅して、出力端子61に対して電
圧VLT−A2 (Vin−Vref)を出力する。尚、図9に
おいては、インバータを2段接続した例を用いて説明し
てきたが、所望とするロジックレベルを得るために、通
常、インバータは更なる多段接続されて用いられる。
比較回路においては、入力電圧Vinをサンプルした後、
基準電圧Vref を同じキャパシタを用いてサンプルし、
その際に当該キャパシタにおける電荷の移動を多段接続
したインバータを用いて所望とするロジックレベルにま
で増幅することにより、電圧比較結果を得ていた。
た従来例のチョッパ型電圧比較回路は、以下に示すよう
な問題点を有していた。
ったものの、従来例のチョッパ型電圧比較回路において
は、高精度の判定結果を得るために、及び/又は所望と
するロジックレベルを得るために、インバータを多段接
続しなければならなかった。このようにインバータを多
段接続すると消費電流が増加することとなる。即ち、従
来例のチョッパ型電圧比較回路においては、消費される
電力が大きいといった問題が生じていた。
は、電源ノイズ等の同相ノイズが発生して、インバータ
における閾値電圧が変化してしまうと、電圧比較におい
て誤動作の生じる可能性があるといった問題点を有して
いた。特に、従来例のチョッパ型電圧比較回路において
は、図11に示されるように、第1の駆動信号P1がオ
ンの状態から第2の駆動信号P2がオンの状態に移行す
る際に、同相ノイズが発生し、インバータにおける閾値
電圧が変化してし、その電圧変化分が入力電圧Vinと基
準電圧Vref との電圧差よりも大きい場合、入力電圧V
inと基準電圧Vref との関係から本来得られる筈の出力
と全く逆の結果が得られることとなるという問題が生じ
ていた。
と共に比較結果に関する信頼性の向上が図られたチョッ
パ型電圧比較回路を提供することを目的とする。
を解決するために、以下に示す解決手段を提供すること
した。
入力される入力電圧と基準電圧端子から入力される基準
電圧とを比較して、出力端子から比較結果としての出力
信号を出力するための電圧比較回路であって、前記入力
電圧と前記基準電圧とを、夫々、断続的に受けて、前記
入力電圧が前記基準電圧より大きい場合には、第1の所
定電圧を前記出力信号として前記出力端子から出力する
一方、前記入力電圧が前記基準電圧より小さい場合に
は、第2の所定電圧を前記出力信号として出力するため
のチョッパ型電圧比較回路において、前記入力電圧及び
前記基準電圧を同時に受ける差動入力タイプであって、
前記同時に受けた前記入力電圧及び前記基準電圧を同時
に処理することにより前記比較結果としての前記出力信
号を出力することを特徴とする差動入力チョッパ型電圧
比較回路が得られる。
ッパ型電圧比較回路において、前記入力電圧端子及び基
準電圧端子に第1の所定時間接続されて、前記入力電圧
及び前記基準電圧を個々に且つ同時にサンプルし、前記
第1の所定時間に続く第2の所定時間の間、前記サンプ
ルした前記入力電圧及び前記基準電圧を受けて、前記入
力電圧から前記基準電圧を引いて得られる差電圧を所定
数で割った値を有する第1の差電圧と、前記基準電圧か
ら前記入力電圧を引いて得られる差電圧を前記所定数で
割った値を有する第2の差電圧とを求め、前記第1及び
第2の差電圧を、夫々、反転増幅して第1及び第2の増
幅電圧を生成し、前記第2の所定時間に続く第3の所定
時間の間、前記第1及び第2の増幅電圧を初期の入力電
圧としてラッチ回路に入力すると共に一方の出力を他方
の入力としながら繰り返し反転増幅することにより、前
記比較結果としての前記出力信号を出力することを特徴
とする差動入力チョッパ型電圧比較回路が得られる。
ッパ型電圧比較回路において、前記入力電圧端子に接続
され、前記第1の所定時間の間オンすると共に、前記第
2及び第3の所定時間の間オフする第1のスイッチと、
前記基準電圧端子に接続され、前記第1の所定時間の間
オンすると共に、前記第2及び第3の所定時間の間オフ
する第2のスイッチと、前記第1のスイッチにその一端
を接続された第1のキャパシタと、前記第2のスイッチ
にその一端を接続された第2のキャパシタと、前記第1
のキャパシタの前記一端と前記第2のキャパシタの前記
一端との間に設けられ、前記第1の所定時間の間オフす
ると共に、前記第2及び第3の所定時間の間オンする第
3のスイッチと、前記第1のキャパシタの他端に対し
て、その入力部が接続されると共に、前記出力端子に対
して、その出力部が接続された第1のインバータと、前
記第2のキャパシタの他端に対して、その入力部が接続
された第2のインバータと、前記第1のインバータの入
出力間に設けられ、前記第1の所定時間の間オンすると
共に、前記第2及び第3の所定時間の間オフする第4の
スイッチと、前記第2のインバータの入出力間に設けら
れ、前記第1の所定時間の間オンすると共に、前記第2
及び第3の所定時間の間オフする第5のスイッチと、前
記第1のインバータの前記入力部と前記第2のインバー
タの前記出力部との間に設けられ、前記第1及び第2の
所定時間の間オフすると共に、前記第3の所定時間の間
オンする第6のスイッチと、前記第2のインバータの前
記入力部と前記第1のインバータの前記出力部との間に
設けられ、前記第1及び第2の所定時間の間オフすると
共に、前記第3の所定時間の間オンする第7のスイッチ
とを備えることを特徴とする差動入力チョッパ型電圧比
較回路が得られる。
回路は、第1乃至第3の駆動信号であって、前記第1の
所定時間の間、オンであると共に、前記第2及び第3の
所定時間の間、オフである前記第1の駆動信号と、前記
第1の所定時間の間、オフであると共に、前記第2及び
第3の所定時間の間、オンである前記第2の駆動信号
と、前記第1及び第2の所定時間の間、オフであると共
に、前記第3の所定時間の間、オンである前記第3の駆
動信号とを生成し、前記第1及び第2のスイッチ並びに
前記第4及び第5のスイッチに対して前記第1の駆動信
号を出力し、前記第3のスイッチに対して前記第2の駆
動信号を出力し、前記第6及び第7のスイッチに対して
前記第3の駆動信号を出力するための駆動回路を更に備
えており、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第4
及び第5のスイッチは、前記第1の駆動信号に従ってス
イッチング動作を行うものであるとし、前記第3のスイ
ッチは、前記第2の駆動信号に従ってスイッチング動作
を行うものであるとし、前記第6及び第7のスイッチ
は、前記第3の駆動信号に従ってスイッチング動作を行
うものであるとしても良い。
ッパ型電圧比較回路において、前記第1乃至第5のスイ
ッチは、前記第3の所定時間に続く第4の所定時間の
間、オフするものであり、前記第6及び第7のスイッチ
は、前記第3の所定時間に続く第4の所定時間の間、オ
ンするものであることを特徴とする差動入力チョッパ型
電圧比較回路が得られる。
の駆動信号であって、前記第1の所定時間の間オンであ
ると共に、前記第2乃至第4の所定時間の間オフである
前記第1の駆動信号と、前記第1及び第4の所定時間の
間、オフであると共に、前記第2及び第3の所定時間の
間、オンである前記第2の駆動信号と、前記第1及び第
2の所定時間の間、オフであると共に、前記第3及び第
4の所定時間の間、オンである前記第3の駆動信号とを
生成し、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第4及
び第5のスイッチに対して前記第1の駆動信号を出力
し、前記第3のスイッチに対して前記第2の駆動信号を
出力し、前記第6及び第7のスイッチに対して前記第3
の駆動信号を出力するものとなる。
動入力チョッパ型電圧比較回路において、前記出力信号
を非反転信号とした場合における反転信号を出力するた
めの反転出力端子を更に備えていることを特徴とする差
動入力チョッパ型電圧比較回路が得られる。
いて図面を用いて説明する。
は、差動入力タイプのものであり、入力電圧Vinと基準
電圧Vref とを同時に処理することにより電圧比較結果
を得ることを特徴としており、例えば、図1に示される
フラッシュA/D変換器における第1乃至第7の電圧比
較回路COMP1〜COMP7の夫々に適用されるもの
である。
至第7の電圧比較回路COMP1〜COMP7には、ア
ナログ電圧である入力電圧Vinが入力されると共に、電
圧VRTから電圧VRBまでの電圧を抵抗分割回路により分
圧して得られる第1乃至第7の基準電圧Vref1〜Vref7
の夫々が入力される。第1乃至第7の電圧比較回路CO
MP1〜COMP7は、入力電圧Vinと第1乃至第7の
基準電圧Vref1〜Vref7の夫々とを比較し、比較結果と
して“電源電圧(Vpp)”又は“接地電圧(GND)”
を出力する。更に、エンコーダ(図示せず)は、第1乃
至第7の電圧比較回路COMP1〜COMP7の出力を
受けて、第1の電圧比較回路COMP1の出力が“GN
D”であった場合には“000”、第1の電圧比較回路
COMP1の出力が“Vpp”であり、且つ、第2の電圧
比較回路COMP2の出力が“GND”であった場合に
は“001”というように入力電圧Vinをコード化す
る。以上述べたように、フラッシュA/D変換器は、第
1乃至第7の電圧比較回路COMP1〜COMP7に対
して、入力電圧Vinを同時に入力してデジタル信号に変
換する。尚、説明の都合上、図1には一例として3ビッ
トA/D変換器を図示してあるが、これに制限されない
ことは言うまでもない。
較回路は、図2に示されるような構成を備えている。
電圧比較回路は、入力電圧Vinを入力するための入力電
圧端子1、基準電圧Vref を入力するための基準電圧端
子2、第1及び第2のキャパシタ3,4、第1及び第2
のインバータ5,6、第1乃至第7のスイッチ7〜1
3、並びに第1及び第2の出力端子14,15を備えて
おり、駆動回路16からの第1乃至第3の駆動信号P1
〜P3を受けて第1乃至第7のスイッチ7〜13を切り
換えることにより、入力電圧Vinと基準電圧Vref とを
比較して、入力電圧Vinが基準電圧Vref より大きい場
合には、第1のインバータ5における電源電圧Vppを第
1の出力端子14から出力し、入力電圧Vinが基準電圧
Vref より小さい場合には、接地電圧GNDを第1の出
力端子14から出力するためのものである。尚、第2の
出力端子15は、第1の出力端子14の反転信号を出力
するためのものである。
較回路は、詳しくは、以下に示すような接続関係を有し
ている。
端に接続されている。また、第1のスイッチ7の他端に
は、第1のキャパシタ3の一端が接続されている。即
ち、入力電圧端子1は、第1のスイッチ7を介して、第
1のキャパシタ3の一端に接続されている。基準電圧端
子2は、第2のスイッチ8の一端に接続されている。ま
た、第2のスイッチ8の他端には、第2のキャパシタ4
の一端が接続されている。即ち、基準電圧端子2は、第
2のスイッチ8を介して、第2のキャパシタ4の一端に
接続されている。また、第1のキャパシタ3の第1のス
イッチ7が接続されている一端は、第3のスイッチ9の
一端に接続されており、第2のキャパシタ4の第2のス
イッチ8が接続されている一端は、第3のスイッチ9の
他端に接続されている。第1のキャパシタ3の他端は、
第1のインバータ5の入力部に接続されている。第2の
キャパシタ4の他端は、第2のインバータ6の入力部に
接続されている。第1のインバータ5の出力部は、第1
の出力端子14に接続されている。第2のインバータ6
の出力部は、第2の出力端子15に接続されている。ま
た、第1のインバータ5の入出力間には第4のスイッチ
10が設けられており、第2のインバータ6の入出力間
には第5のスイッチ11が設けられている。更に、第1
のインバータ5の出力部と第2のインバータ6の入力部
との間には第6のスイッチ12が設けられており、第2
のインバータの出力部と第1のインバータの入力部との
間には第7のスイッチ13が設けられている。
に第4のスイッチ及び第5のスイッチ10,11は、駆
動回路16からの第1の駆動信号P1のオン・オフに従
って、オン・オフするものである。また、第3のスイッ
チ9は、駆動回路16からの第2の駆動信号P2のオン
・オフに従って、オン・オフするものである。更に、第
6及び第7のスイッチ12,13は、駆動回路16から
の第3の駆動信号P3のオン・オフに従って、オン・オ
フするものである。
動入力チョッパ型電圧比較回路は、図3に示されるよう
な第1乃至第3の駆動信号P1〜P3のオン・オフの組
み合わせに従って、図4乃至図7に示されるような接続
形態を有し、夫々の状態を連続して変化することによ
り、電圧比較結果を出力する。
電圧比較回路は、第1の状態として、第1の駆動信号P
1がオン、第2の駆動信号P2がオフ、及び第3の駆動
信号P3がオフであることにより、第1及び第2のスイ
ッチ7,8、第4及び第5のスイッチ10,11がオン
になり、第3、第6及び第7のスイッチ9,12,13
がオフになり、図4に示されるような接続状態を有す
る。この際、入力電圧端子1から入力される入力電圧V
inは、第1のキャパシタ3によりサンプルされ、基準電
圧端子2から入力される基準電圧Vref は、第2のキャ
パシタ4によりサンプルされる。この入力電圧Vinのサ
ンプルと基準電圧Vref のサンプルとは、スイッチのタ
イミング及び図等から理解されるように、同時に行われ
る。結果として、図3に示されるように、入力電圧Vin
及び基準電圧Vref を十分にサンプルした後の点及び
点における電位は、夫々、Vin及びVref となる。ま
た、第1のインバータ5及び第2のインバータ6が、夫
々、入出力間を第4のスイッチ10及び第5のスイッチ
11により短絡されていることから、,,,及び
点における電位は、ロジカルスレッシュホールド電圧
VLTに保たれている。
電圧比較回路は、第2の状態として、第1の駆動信号P
1がオフ、第2の駆動信号P2がオン、及び第3の駆動
信号P3がオフであることにより、第3のスイッチ9が
オンになり、第1及び第2のスイッチ7,8、第4乃至
第7のスイッチ10〜13がオフになり、図5に示され
るような接続状態を有する。第3のスイッチ9がオンに
なることにより、第1及び第2のキャパシタ3,4の端
部の内、第3のスイッチ9に接続されている各々の一端
の電位が同電位になるように、電荷の移動が起こる。結
果として、図3に示されるように、及び点の電位
は、平均化されて、(Vin+Vref )/2となる。ま
た、この第1及び第2のキャパシタ3,4の第3のスイ
ッチ9側における電荷の移動に伴い、第1及び第2のキ
ャパシタ3,4の第1及び第2のインバータ5,6側に
おいても電荷の移動が生じる。結果として、及び点
の電位は、夫々、VLT−{(Vin−Vref )/2}及び
VLT+{(Vin−Vref )/2}となる。この及び
点の電圧は、夫々、第1及び第2のインバータ5,6に
より、増幅率−Aをもって、反転増幅される。正確に
は、夫々のインバータにおける入力部の電圧からロジカ
ルスレッシュホールド電圧VLTを引いた差電圧が−A倍
に反転増幅されて、ロジカルスレッシュホールド電圧V
LTに加算され、夫々のインバータの出力部に出力され
る。従って、第1及び第2のインバータ5,6の夫々か
ら第1及び第2の出力端子14,15に対して出力され
る電位、すなわち、及び点の電位は、夫々、VLT+
{A(Vin−Vref )/2}及びVLT−{A (Vin−
Vref )/2}となる。
後、本実施の形態の差動入力チョッパ型電圧比較回路
は、第3の状態として、第1の駆動信号P1がオフ、第
2の駆動信号P2がオン、及び第3の駆動信号P3がオ
ンであることにより、第3のスイッチ9、並びに第6及
び第7のスイッチ12,13がオンになり、第1及び第
2のスイッチ7,8、並びに第4及び第5のスイッチ1
0,11がオフになり、図6に示されるような接続状態
を有する。この第3の状態においては、第2の状態に引
き続き、第3のスイッチ9がオンのままであり、且つ第
1及び第2のスイッチ7,8がオフのままであるので、
及び点の電位に変化はない。しかしながら、この第
3の状態においては、第4及び第5のスイッチ10,1
1がオフであり、且つ、第6及び第7のスイッチ12,
13がオンであるため、第1及び第2のインバータ5,
6に関して、一方のインバータの出力部が他方のインバ
ータの入力部に対して、互いに接続されることとなり、
所謂、ラッチ回路が形成される。結果として、夫々のイ
ンバータにある電位が与えられると、夫々のインバータ
の入力部に与えられた電位からロジカルスレッシュホー
ルド電圧VLTを引いた差電圧がA2 倍に増幅され、更
に、A2 倍された差電圧がロジカルスレッシュホールド
電圧VLTから減算されて、結果として得られる電圧が、
再び、夫々のインバータの入力部にフィードバックされ
る。フィードバックにより入力部に与えられた電位は、
更に繰り返し2つのインバータによる増幅を経てフィー
ドバックされてくる。従って、,,及び点の電
位は、夫々、図3に示されるように、VLT−{A
n-1 (Vin−Vref )/2},VLT+{An (Vin−V
ref )/2},VLT+{An-1 (Vin−Vref )/2}
及びVLT−{An (Vin−Vref )/2}となる。即
ち、,,及び点の電位は、時間の経過と共に、
夫々、電源電圧Vpp若しくは接地電圧GNDのいずれか
一方に漸近していくこととなる。尚、nは、2以上の整
数であり、フィードバックする毎に増えていくことは言
うまでもない。また、本実施の形態において、第1及び
第2のインバータ5,6は、インバータ特性の同じもの
として説明してある。即ち、上述した説明からも明らか
なように、本実施の形態において、第1及び第2のイン
バータ5,6の増幅率は、双方とも−Aである。更に、
夫々の電位が電源電圧Vpp又は接地電圧GNDのいずれ
に漸近していくかは、図4乃至図6に示される数式と図
3とから明らかなように、入力電圧Vinと基準電圧V
ref との大小により決定される。即ち、入力電圧Vinが
基準電圧Vref よりも大きい場合、及び点の電位が
接地電位GNDに漸近すると共に及び点の電位が電
源電圧Vppに漸近する。一方、入力電圧Vinが基準電圧
Vref よりも小さい場合、及び点の電位が電源電圧
Vppに漸近すると共に及び点の電位が接地電位GN
Dに漸近する。ここで、電源電圧Vppとは、第1及び第
2のインバータ5,6に供給される電源電圧を示すこと
は言うまでもない。
較は、第1及び第2の状態を経て第3の状態を保持して
おくことにより、達成され得る。しかしながら、第3の
状態において、第1及び第2のキャパシタ3,4が、夫
々、第1及び第2のインバータ5,6に対する負荷容量
として接続されているため、電圧比較の結果を得るため
に時間を要することとなる。そこで、本実施の形態にお
いては、電圧比較結果を得るにあたり高速化を図るため
に、本実施の形態の差動入力チョッパ型電圧比較回路
は、図6に示されるラッチ回路形成後、第4の状態とし
て、ラッチ回路の負荷容量を切り離した接続状態を有す
る。即ち、本実施の形態の差動入力チョッパ型電圧比較
回路は、第1の駆動信号P1がオフ、第2の駆動信号P
2がオフ、及び第3の駆動信号P3がオンであることに
より、第1乃至第5のスイッチ7〜11がオンになり、
第6及び第7のスイッチ12,13がオンになり、図7
に示されるような接続状態を有する。結果として、第1
及び第2のインバータ5,6と第6及び第7のスイッチ
12,13とにより形成されるラッチ回路は、負荷容量
が軽減されることとなり、高速化が図られ、その出力
は、図3に示されるように、急速にロジックレベル、即
ち、第3の状態に関連して説明した原理に基づいて、電
源電圧Vpp若しくは接地電圧GNDまで開くこととな
る。
差動入力チョッパ型電圧比較回路において、入力電圧V
inと基準電圧Vref とを比較して所望とするロジックレ
ベルを得るために必要とされるインバータの個数は2つ
のみである。従って、高精度化のため、若しくは所望と
するロジックレベルを得るために直列に接続された多段
数のインバータを必要とする従来例と比較して、本実施
の形態の差動入力チョッパ型電圧比較回路においては、
消費電力の軽減が達成されている。
因である電源ノイズ等、同相ノイズの発生について説明
し、その後、当該同相ノイズの発生によりインバータに
おける閾値電圧が変化してしまう場合における本実施の
形態の差動入力チョッパ型電圧比較回路の動作につい
て、図8を用いて、本実施の形態の差動入力チョッパ型
電圧比較回路における電圧比較の動作を説明する。
較回路は、前述のように、A/D変換器の一部として用
いられ得るものであり、近年、当該A/D変換器は、適
用されるデジタルシステムと同一のチップ上に形成さ
れ、パッケージされることが求められている。このよう
な状況下においては、デジタルシステムとA/D変換器
とが電源及びグランドを同一とするため、A/D変換器
に対して、電源又はグランドを介してデジタルシステム
からのノイズが伝達されることが起こり得る。
に、CMOS技術が適用されており、また、A/Dコン
バータと非同期でデジタルスイッチング動作(0→1又
は1→0)を行っている。このようなデジタルシステム
において、スイッチング動作時に電源からグランドに対
して電流が流れることは良く知られている。また、デジ
タルシステムの有する多くの論理ゲートがほぼ同時に動
作するため、スイッチング動作時において、電源とグラ
ンドは、電位的に激しく揺すられることとなる。この際
の電源及びグランドの電位的な揺れが、同相ノイズとし
てA/D変換器に対して伝達される。ここで、同相ノイ
ズが発生する多くの場合、当該同相ノイズは、例えば上
記例によればデジタルシステムのスイッチング動作が終
了することにより収まるものであり、また、チップ外部
から電源に対して他のチップ等からのノイズを受ける場
合も同様にして収まるものである。従って、以下におい
ては、同相ノイズが一瞬で収まる場合を例に挙げて説明
することとする。
動入力チョッパ型電圧比較回路において、第2の状態下
で同相ノイズが発生し、第1及び第2のインバータ5,
6の閾値電圧がVnoise だけ変動したとすると、及び
点の電位は、夫々、VLT+{Vnoise −(Vin−V
ref )/2}及びVLT+{Vnoise +(Vin−Vref )
/2}となる。及び点に与えられた電位は、夫々、
第1及び第2のインバータ5,6により、増幅率−Aを
もって反転増幅されることとなるため、及び点にお
ける電位は、VLT−A{Vnoise −(Vin−Vref )/
2}及びVLT−A{Vnoise +(Vin−Vref )/2}
となる。
れるように、例えば、入力電圧Vinが基準電圧Vref よ
り大きい場合(Vin>Vref )、及び点の電位は、
双方ともロジカルスレッシュホールド電圧VLTよりも低
い。更に、点と点との関係に着目すると、点の電
位と比較して点の電位の方がロジカルスレッシュホー
ルド電圧VLTからみて低い、即ち、点の電位の方が
点の電位よりもロジカルスレッシュホールド電圧VLTに
対して電圧差(絶対値)を有する。
ると、まず、一方では第2の状態下における点の電位
が点に供給され、他方では第2の状態下における点
の電位が点に供給される。次いで、点及び点の夫
々に対して供給された電位に従って、点及び点に
は、当該供給された電圧とロジカルスレッシュホールド
電圧VLTとの差が−A倍に反転増幅されて得られる電位
が出力される。ここで、第2の状態下において及び
点の電位が双方ともロジカルスレッシュホールド電圧V
LTよりも低かったことから、第3の状態に移行当初の
及び点の電位、即ち反転増幅されて得られる電位は、
双方ともロジカルスレッシュホールド電圧VLTよりも高
くなろうとする。更に詳しくは、第2の状態下において
点の電位と比較して点の電位の方がロジカルスレッ
シュホールド電圧VLTからみて低かったことから、第3
の状態に移行当初において、点の電位は、点の電位
よりも強力に高い電位へと引き上げられる。また、点
の電位が点に供給され、反転増幅されて点に出力さ
れ、更に点の電位が点に供給され、反転増幅されて
点に出力されるというサイクルを繰り返すことによ
り、結果として、点の電位は、高い方のロジックレベ
ルに収束することとなり、点の電位は、低い方のロジ
ックレベルに収束することとなる。尚、第3の状態から
第4の状態に移行すると、前述のように、双方のロジッ
クレベルへの収束が加速されることとなるが結果に変化
は無い。
4,15に出力されるロジックレベルは、夫々、前述の
理想状態において第1及び第2の出力端子14,15に
出力されるロジックレベルと同じ値を有することとな
る。即ち、本実施の形態による差動入力チョッパ型電圧
比較回路においては、電圧比較時に同相ノイズが発生し
たとしても、正しい比較結果が得られることとなる。
尚、入力電圧Vinが基準電圧Vref よりも大きい場合を
例に挙げて説明してきたが、上記したノイズ発生時にお
ける各部における電位を示す数式、及び説明に用いた図
面等から明白であるように、入力電圧Vinが基準電圧V
ref よりも小さい場合においても、本実施の形態の差動
入力チョッパ型電圧比較回路が正しい比較結果を出力す
ることは、容易に理解されることである。
入力チョッパ型電圧比較回路においては、入力電圧Vin
と基準電圧Vref とを同時に処理していくため、電源電
圧の変動等、同相ノイズが発生してインバータにおける
閾値電圧が変化したて信頼性の高い比較結果が得られ
る。
ッパ型電圧比較回路によれば、差動入力タイプとし、入
力電圧Vinと基準電圧Vref とを同時に処理することに
より電圧比較結果を得ることとしたため、同相ノイズが
発生した場合にあっても誤動作することなく信頼性の高
い比較結果が得られる。
おいて、2つのインバータの入出力をたすき掛け状に接
続してラッチ回路を形成していることにより、高精度化
のために、若しくは所望のロジックレベルを有する出力
を得るために、2つのインバータを備えていれば良く、
従来例と比較して、消費電力の軽減が図られることとな
る。
比較回路が適用可能なフラッシュA/D変換器の簡略的
な構成を示す図である。
比較回路の構成を示す図である。
比較回路の理想動作時における各部電圧変化を示す図で
ある。
比較回路の第1の状態下における接続形態を示す図であ
る。
比較回路の第2の状態下における接続形態を示す図であ
る。
比較回路の第3の状態下における接続形態を示す図であ
る。
比較回路の第4の状態下における接続形態を示す図であ
る。
比較回路の同相ノイズ発生時における各部電圧変化を示
す図である。
図である。
時における各部電圧変化を示す図である。
ズ発生時における各部電圧変化を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】 入力電圧端子から入力される入力電圧と
基準電圧端子から入力される基準電圧とを比較して、出
力端子から比較結果としての出力信号を出力するための
電圧比較回路であって、前記入力電圧と前記基準電圧と
を、夫々、断続的に受けて、前記入力電圧が前記基準電
圧より大きい場合には、第1の所定電圧を前記出力信号
として前記出力端子から出力する一方、前記入力電圧が
前記基準電圧より小さい場合には、第2の所定電圧を前
記出力信号として出力するためのチョッパ型電圧比較回
路において、 前記入力電圧及び前記基準電圧を同時に受ける差動入力
タイプであって、前記同時に受けた前記入力電圧及び前
記基準電圧を同時に処理することにより前記比較結果と
しての前記出力信号を出力することを特徴とする差動入
力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項2】 請求項1に記載の差動入力チョッパ型電
圧比較回路において、 前記入力電圧端子及び基準電圧端子に第1の所定時間接
続されて、前記入力電圧及び前記基準電圧を個々に且つ
同時にサンプルし、前記第1の所定時間に続く第2の所
定時間の間、前記サンプルした前記入力電圧及び前記基
準電圧を受けて、前記入力電圧から前記基準電圧を引い
て得られる差電圧を所定数で割った値を有する第1の差
電圧と、前記基準電圧から前記入力電圧を引いて得られ
る差電圧を前記所定数で割った値を有する第2の差電圧
とを求め、前記第1及び第2の差電圧を、夫々、反転増
幅して第1及び第2の増幅電圧を生成し、前記第2の所
定時間に続く第3の所定時間の間、前記第1及び第2の
増幅電圧を初期の入力電圧としてラッチ回路に入力する
と共に一方の出力を他方の入力としながら繰り返し反転
増幅することにより、前記比較結果としての前記出力信
号を出力することを特徴とする差動入力チョッパ型電圧
比較回路。 - 【請求項3】 請求項2に記載の差動入力チョッパ型電
圧比較回路において、 前記入力電圧端子に接続され、前記第1の所定時間の間
オンすると共に、前記第2及び第3の所定時間の間オフ
する第1のスイッチと、 前記基準電圧端子に接続され、前記第1の所定時間の間
オンすると共に、前記第2及び第3の所定時間の間オフ
する第2のスイッチと、 前記第1のスイッチにその一端を接続された第1のキャ
パシタと、 前記第2のスイッチにその一端を接続された第2のキャ
パシタと、 前記第1のキャパシタの前記一端と前記第2のキャパシ
タの前記一端との間に設けられ、前記第1の所定時間の
間オフすると共に、前記第2及び第3の所定時間の間オ
ンする第3のスイッチと、 前記第1のキャパシタの他端に対して、その入力部が接
続されると共に、前記出力端子に対して、その出力部が
接続された第1のインバータと、 前記第2のキャパシタの他端に対して、その入力部が接
続された第2のインバータと、 前記第1のインバータの入出力間に設けられ、前記第1
の所定時間の間オンすると共に、前記第2及び第3の所
定時間の間オフする第4のスイッチと、 前記第2のインバータの入出力間に設けられ、前記第1
の所定時間の間オンすると共に、前記第2及び第3の所
定時間の間オフする第5のスイッチと、 前記第1のインバータの前記入力部と前記第2のインバ
ータの前記出力部との間に設けられ、前記第1及び第2
の所定時間の間オフすると共に、前記第3の所定時間の
間オンする第6のスイッチと、 前記第2のインバータの前記入力部と前記第1のインバ
ータの前記出力部との間に設けられ、前記第1及び第2
の所定時間の間オフすると共に、前記第3の所定時間の
間オンする第7のスイッチとを備えることを特徴とする
差動入力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項4】 請求項3に記載の差動入力チョッパ型電
圧比較回路において、 前記第1乃至第5のスイッチは、前記第3の所定時間に
続く第4の所定時間の間、オフするものであり、 前記第6及び第7のスイッチは、前記第3の所定時間に
続く第4の所定時間の間、オンするものであることを特
徴とする差動入力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項5】 請求項3に記載の差動入力チョッパ型電
圧比較回路において、 第1乃至第3の駆動信号であって、前記第1の所定時間
の間、オンであると共に、前記第2及び第3の所定時間
の間、オフである前記第1の駆動信号と、前記第1の所
定時間の間、オフであると共に、前記第2及び第3の所
定時間の間、オンである前記第2の駆動信号と、前記第
1及び第2の所定時間の間、オフであると共に、前記第
3の所定時間の間、オンである前記第3の駆動信号とを
生成し、前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第4及
び第5のスイッチに対して前記第1の駆動信号を出力
し、前記第3のスイッチに対して前記第2の駆動信号を
出力し、前記第6及び第7のスイッチに対して前記第3
の駆動信号を出力するための駆動回路を更に備えてお
り、 前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第4及び第5の
スイッチは、前記第1の駆動信号に従ってスイッチング
動作を行うものであり、 前記第3のスイッチは、前記第2の駆動信号に従ってス
イッチング動作を行うものであり、 前記第6及び第7のスイッチは、前記第3の駆動信号に
従ってスイッチング動作を行うものであることを特徴と
する差動入力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項6】 請求項4に記載の差動入力チョッパ型電
圧比較回路において、 第1乃至第3の駆動信号であって、前記第1の所定時間
の間オンであると共に、前記第2乃至第4の所定時間の
間オフである前記第1の駆動信号と、前記第1及び第4
の所定時間の間、オフであると共に、前記第2及び第3
の所定時間の間、オンである前記第2の駆動信号と、前
記第1及び第2の所定時間の間、オフであると共に、前
記第3及び第4の所定時間の間、オンである前記第3の
駆動信号とを生成し、前記第1及び第2のスイッチ並び
に前記第4及び第5のスイッチに対して前記第1の駆動
信号を出力し、前記第3のスイッチに対して前記第2の
駆動信号を出力し、前記第6及び第7のスイッチに対し
て前記第3の駆動信号を出力するための駆動回路を更に
備えており、 前記第1及び第2のスイッチ並びに前記第4及び第5の
スイッチは、前記第1の駆動信号に従ってスイッチング
動作を行うものであり、 前記第3のスイッチは、前記第2の駆動信号に従ってス
イッチング動作を行うものであり、 前記第6及び第7のスイッチは、前記第3の駆動信号に
従ってスイッチング動作を行うものであることを特徴と
する差動入力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項7】 請求項1乃至請求項6のいずれかに記載
の差動入力チョッパ型電圧比較回路において、 前記出力信号を非反転信号とした場合における反転信号
を出力するための反転出力端子を更に備えていることを
特徴とする差動入力チョッパ型電圧比較回路。 - 【請求項8】 入力電圧と基準電圧とを夫々断続的に受
けて、電圧値の比較を行う電圧比較方法であって、前記
入力電圧と前記基準電圧とを夫々別個に、且つ、同時に
サンプルし、該サンプルした前記入力電圧及び前記基準
電圧からその差電圧を求め、該差電圧及び該差電圧の反
転信号を夫々反転増幅した後、ラッチ回路に入力するこ
とにより前記電圧値の比較を行うことを特徴とする電圧
比較方法。
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