JPS62269512A - Voltage comparator - Google Patents

Voltage comparator

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Publication number
JPS62269512A
JPS62269512A JP11274486A JP11274486A JPS62269512A JP S62269512 A JPS62269512 A JP S62269512A JP 11274486 A JP11274486 A JP 11274486A JP 11274486 A JP11274486 A JP 11274486A JP S62269512 A JPS62269512 A JP S62269512A
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JP
Japan
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voltage
gate
type mos
mos transistor
switch
Prior art date
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Pending
Application number
JP11274486A
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Japanese (ja)
Inventor
Tsuneo Tsukahara
恒夫 束原
Yukio Akazawa
赤沢 幸雄
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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Publication of JPS62269512A publication Critical patent/JPS62269512A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03FAMPLIFIERS
    • H03F1/00Details of amplifiers with only discharge tubes, only semiconductor devices or only unspecified devices as amplifying elements
    • H03F1/30Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters
    • H03F1/303Modifications of amplifiers to reduce influence of variations of temperature or supply voltage or other physical parameters using a switching device

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain high accuracy and high speed by using a differential amplifier setting in itself the bias voltage of a load transistor (TR) so as to reduce the offset of a comparator even when a capacitance element having no voltage dependancy is not used. CONSTITUTION:Switches SW3, SW4 are closed in the preset mode with a clock theta1 at a high level and the gate and drain of load TRs MP1, MP2 are short- circuited to automatically set a bias voltage. In case, a switch SW2 is also closed and a reference voltage VREF is applied to the gate of a drive TR MN2. If unbalanced threshold voltage exists between differential TRs MN2, MN3 and MP1, MP2, the bias voltage of the TRs MP1, MP2 are set accordingly. In the amplifier mode, switches SW3,SW4 are opened and the said bias voltage is kept respectively in capacitors CGSI, CGS2. Further, the switch SW2 is opened and the switch SW1 is closed to apply an input voltage VIN to the gate of the TR MN2. In the latch mode, the input voltage difference is amplified rapidly up to the logical amplitude level. Thus, the input converted offset voltage is reduced without using a capacitance element.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、2alの電圧の大小を高精度、高速に判定す
る電圧比較器(以後コンノ(レータと呼ぶ)に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a voltage comparator (hereinafter referred to as a controller) that determines the magnitude of the voltage of 2al with high precision and high speed.

(従来技術お工び発明が解決しようとする問題点)MO
Sデバイスを用いtコンパレータの高精度化には、特に
オフセット電圧の低減が不可欠である。従って、従来第
5図に示す工つなCMOSインバータと容量、スイッチ
を用い原理的にオフセットフリーなコンパノー夕が提案
されている。■ゴは入力電圧s  VRKFは参照電圧
、VDDは正電源電圧、Ccハ容撤、SWa、 Swc
はクロックφにエリ駆動されるスイッチ、SWbはφと
逆相のクロックφにエリ駆動されるスイッチ、MNφ、
MPφはそれぞれNチャネルMOSトランジスタ、Pチ
ャネルMOSトランジスタ、Latch 1 n CM
 OSインバータの出力fmmフレベルで高めるラッチ
、Qはラッチ出力でめる0第6図はクロックφの波形と
コンパレータの動作状態を示すものである。φが高プリ
セットモードのときSWa+ bWcが閉じノード■に
はVRE’Fが、ノード■、■にはインバータの伝達特
性エフ決まるVDDと接地電位の間の所定の電圧VMが
加わる。次にφが低に変化し比較モードに入ると、SW
a、 5ItlVcが開きSWbは閉じノード■の電圧
はVゴとなり、ノード■の電圧はVE−v習十vMと変
化する。丁なわち%V工NとVRKFの大小にエフノー
ド■の電圧はvMから増減じ、この電圧変化がインバー
タで増幅され電圧比較が行なわれる。このLうに1 (
talのWKと2個のスイッチにエク電圧差を検出して
いる几め原理的にオフセットフリーであるが、答盪とし
て金属−絶縁体一金M(ポリシリコン)構造等の電圧依
存性の無いもの(MOS:g食、接合容量は電圧に依存
して変化する)が心安となり、ICプロセスとして容置
を製造するためのプロセスを付加する心安が生じ複雑化
し強いては歩留りの低下。
(Problems to be solved by the invention based on the prior art) MO
In order to improve the precision of a t comparator using an S device, it is especially essential to reduce the offset voltage. Therefore, a comparator which is essentially offset-free using a complicated CMOS inverter, capacitor, and switch as shown in FIG. 5 has been proposed. ■G is the input voltage s, VRKF is the reference voltage, VDD is the positive power supply voltage, Cc is the input voltage, SWa, Swc
is a switch driven by a clock φ, SWb is a switch driven by a clock φ having the opposite phase to φ, MNφ,
MPφ is an N-channel MOS transistor, a P-channel MOS transistor, and a Latch 1 n CM, respectively.
The latch is raised by the output fmm level of the OS inverter, and Q is determined by the latch output. FIG. 6 shows the waveform of the clock φ and the operating state of the comparator. When φ is in the high preset mode, SWa+bWc is closed, VRE'F is applied to node (2), and a predetermined voltage VM between VDD and ground potential, which determines the inverter's transfer characteristic F, is applied to nodes (2) and (2). Next, when φ changes to low and enters comparison mode, SW
a, 5ItlVc is opened and SWb is closed, and the voltage at node (2) becomes Vgo, and the voltage at node (2) changes to VE - v + vM. In other words, the voltage at the ef node (2) increases or decreases from vM depending on the magnitude of %VN and VRKF, and this voltage change is amplified by an inverter and voltage comparison is performed. This L sea urchin 1 (
The method of detecting the voltage difference between the WK of tal and the two switches is offset-free in principle, but as an answer, there is no voltage dependence such as a metal-insulator monometallic M (polysilicon) structure. (MOS: G-type, junction capacitance changes depending on voltage) becomes reliable, and it becomes safe to add a process to manufacture the container as an IC process, which complicates the process and inevitably lowers the yield.

ICのコスト高につながる欠点を有している。It has a drawback that leads to high IC costs.

そのほかに、答Jt’に心安とするため、小型化できず
、″′!九高速動作ができず、さらに容量のバラツキ、
谷量からのリークの之め信頼性がしくない欠点を有して
いる。
In addition, in order to provide peace of mind to the answer Jt', it is not possible to downsize, it is not possible to operate at high speed, and there are variations in capacity,
It has the disadvantage of poor reliability due to leakage from the valley.

(問題点を解決するための手段) 不発明は上記の欠点全改善する定めに提案されたもので
、本発明の目的に、全編−絶縁体−金践(ポリシリコン
)構造等電圧依存性の無い容攬累子を用いずVcMOS
トランジスタのゲート容置とスイッチを用いることで差
動増幅器のオフセット電圧の影41ヲ低減し、高精度に
して高速な電圧比較器を提供することにある。
(Means for Solving the Problems) The present invention was proposed in order to improve all the above-mentioned drawbacks, and for the purpose of the present invention, the entire structure - insulator - polysilicon (polysilicon) structure with voltage dependence, etc. VcMOS without any connection
The object of the present invention is to provide a high-accuracy, high-speed voltage comparator that reduces the influence of the offset voltage of a differential amplifier by using a transistor gate container and a switch.

上記の目的を達成するため、本発明は2檎の電圧の大小
全比較する電圧比較器において、3個のN形MOSトラ
ンジスタと2個のP形M0Sトランジスタを具備し、第
1のN形MOSトランジスタのソースを低電源端子に接
続し、ゲートには一足の電圧を印加し、ドレインには第
2と第3のN形MOSトランジスタのソースを接続し、
第2のN形MOSトランジスタのゲートには第1のスイ
ッチを介し比較器べきアナログ電圧を印加し、更に第1
のスイッチと逆相で動作する第2のスイッチ全弁して参
照過圧會印加し、第3のN形MOSトランジスタのゲー
トには参照電圧を印加し、第2のN形MOSトランジス
タのドレインには第1のP形MOSトランジスタのドレ
インを接続し、この接、吠点ki1の出力端子とし、第
3のN形MOSトラ/ジスタのドレインには第2のP形
MOSトランジスタのドレインを接続し、この接続点を
第2の出力端子とし、第1のP形MOSトランジスタの
ゲートとドレイン全第2のスイッチと同相で動作する第
3のスイッチにより接続し、ソースは高電源端子に接続
し、第2のP形MOSトランジスタのゲートとドレイン
を第2のスイッチと同相で動作する第4のスイッチに:
り接続し、ソースは高電源端子に接続し、2伽の入力端
子電圧ちクロック電圧の変化点における該−2個の入力
端子電圧の大小をとらえて論理レベルの高低として出力
するラッチの該2個の入力端子に該第1の出力端子と該
第2の出力端子を各々接続することを特徴とする電圧比
較器を発明の要旨とするものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a voltage comparator that compares the magnitude of two voltages, including three N-type MOS transistors and two P-type MOS transistors, and a first N-type MOS transistor. The source of the transistor is connected to the low power supply terminal, a voltage of one foot is applied to the gate, and the sources of the second and third N-type MOS transistors are connected to the drain.
A comparator analog voltage is applied to the gate of the second N-type MOS transistor via the first switch, and the first
A reference overvoltage is applied to the second switch which operates in opposite phase to the switch, a reference voltage is applied to the gate of the third N-type MOS transistor, and a reference voltage is applied to the drain of the second N-type MOS transistor. is connected to the drain of the first P-type MOS transistor, and this connection serves as the output terminal of the output point ki1, and the drain of the second P-type MOS transistor is connected to the drain of the third N-type MOS transistor/transistor. , this connection point is used as a second output terminal, the gate and drain of the first P-type MOS transistor are all connected by a third switch operating in the same phase as the second switch, and the source is connected to a high power supply terminal, The gate and drain of the second P-type MOS transistor are connected to a fourth switch operating in the same phase as the second switch:
2 of the latch, whose source is connected to the high power supply terminal, and which captures the magnitude of the -2 input terminal voltages at the change point of the clock voltage and outputs it as a high or low logic level. The gist of the invention is a voltage comparator characterized in that the first output terminal and the second output terminal are connected to respective input terminals of the voltage comparator.

不発明の符敵とする点に、電圧比較器において、比較動
作をはじめる前に、インバータ全構成するPチャネルM
OSトランジスタと、NチャネルMOSトランジスタの
バイアスを、両トランジスタの作動のアンバランスが生
じないようにセットすることにある。
A key point of non-invention is that in a voltage comparator, before starting the comparison operation, the P channel M
The purpose is to set the biases of the OS transistor and the N-channel MOS transistor so that the operations of both transistors are not unbalanced.

次に不発明の実施的全添付図面について説明する。Next, description will be given of all the accompanying drawings which are embodying the invention.

なお実施例は一つの例示であって、本発明の精神全逸脱
しない範囲で櫨々の変更あるいは改良ヲ行いつることは
言うまでもない。
It should be noted that the embodiments are merely illustrative, and it goes without saying that various changes and improvements may be made without departing from the spirit of the present invention.

次に本発明の実施例について説明する。第1図は本発明
の第1の実施ダjであり、第2図は各クロックの波形全
示す。VINは入力電圧、VREFは参照電圧、VB工
μバイアス電圧、VDDは正屯源電昆、M、N1〜MN
3はNチャネルMOSトランジスタ、MPI、MP2μ
PチャネルMUSトランジスタ、SW2.swa、SW
4はクロツノφ1にエリ駆動されるスイッチ、SWIは
φ、と逆位相のクロックφ、により駆動されるスイッチ
、VOUT、 voU’rh M OS トランジスタ
MN 1 、 M、N 2 。
Next, examples of the present invention will be described. FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows all the waveforms of each clock. VIN is the input voltage, VREF is the reference voltage, VB bias voltage, VDD is the power supply voltage, M, N1 to MN
3 is an N-channel MOS transistor, MPI, MP2μ
P-channel MUS transistor, SW2. swa, SW
4 is a switch driven by a clock signal φ1, SWI is a switch driven by a clock φ having an opposite phase to φ, VOUT, voU'rh MOS transistors MN 1 , M, N 2 .

MN3.MPI、MP2に1夛構成される差動増幅器の
互いに相補な出力電圧s  Latchは差動JJ 1
1a器の出力を入力とするラッチ、IN、INはラッチ
の入力端子、Q、Qflラッチの出力端子、φLはラッ
チを駆動するためのクロック電圧である。
MN3. The mutually complementary output voltages s of the differential amplifiers configured in MPI and MP2 are differential JJ 1
A latch whose input is the output of the 1a circuit, IN is an input terminal of the latch, Q is an output terminal of the Qfl latch, and φL is a clock voltage for driving the latch.

ニジ詳細に構成を説明すると、MN2.MN3は差動増
幅器の駆動用トランジスタであり、MN2のゲートには
スイッチSWI ffi介して入力電圧VTNが、芒ら
にスイッチSW2 ’を介して参照電圧VItE’Fが
印加される。一方、MN3のゲートには常時参照* :
E VREFが印加される。MN2とMN3のソースは
共通接続され、電流源用のトランジスタMNIのドレイ
ンと接&、ケれる。
To explain the configuration in detail, MN2. MN3 is a transistor for driving the differential amplifier, and the input voltage VTN is applied to the gate of MN2 via the switch SWIffi, and the reference voltage VItE'F is applied to the gate via the switch SW2'. On the other hand, always refer to the gate of MN3 *:
E VREF is applied. The sources of MN2 and MN3 are commonly connected and connected to the drain of current source transistor MNI.

MNIのゲートにはオン状態で一定電流が流れるように
一定値のバイアス電圧VBIが印加される。MPIはM
N2に対する負荷トランジスタでろ!+、MPIのゲー
トとドレインはスイッチ5W3rCニジ接続される。M
P2はMN3に対する負荷トランジスタでめり同様にM
P2のゲートとドレインはスイッチSW4により接gさ
れる。差kfJ増幅器の出力vOUTと逆相出力VOU
Tは、クロックφLK工り駆動されるラッチ(Latc
h )に人力される。
A bias voltage VBI of a constant value is applied to the gate of MNI so that a constant current flows in the on state. MPI is M
Use a load transistor for N2! +, the gate and drain of MPI are connected through switch 5W3rC. M
P2 is a load transistor for MN3, and similarly M
The gate and drain of P2 are connected by switch SW4. Difference kfJ amplifier output vOUT and negative phase output VOU
T is a latch (Latc) driven by the clock φLK.
h) is manually operated.

コンパレータ動作は、φ1が高レベルのプリセットモー
ドと、φ、が高レベルでかつφLが高レベルのアングモ
ードと7.が高レベルで九が低レベルのラッテモードに
分かれる。プリセットモードでは、SW3.SW4が閉
じMPIとMP2のゲートとドレインtそれぞれ短絡す
ることでバイアス電圧が自動的に設定される。このとき
SW2も閉じておりMN2のゲートには参照[EE V
myが印加されている。従って、差動ベアトランジスタ
MN2とMN3並びにMPIとMP2にしきい値電圧等
のアンバランスがある場合、アンバランスに応じてMP
IとMP2のバイアス電圧が設定される。
The comparator operation is a preset mode in which φ1 is at a high level, an Ang mode in which φ is at a high level and φL is at a high level, and 7. is divided into high level and nine low level latte modes. In preset mode, SW3. The bias voltage is automatically set by closing SW4 and shorting the gates and drains t of MPI and MP2, respectively. At this time, SW2 is also closed, and the reference [EE V
my is applied. Therefore, if there is an unbalance in threshold voltage, etc. between differential bare transistors MN2 and MN3 and MPI and MP2, MP
Bias voltages for I and MP2 are set.

今、駆動トランジスタMN2とMN3のしきい値電圧と
負荷トランジスタMPI、MP2のしきい値電圧にアン
バランスが存在する場合を考える。MOSトランジスタ
の飽和狽域における電流式IDS =β(VGS −V
T )2(但し、ドレイン電圧依存性は小きいので無視
しfF−)f用い、MN2とMPlのドレイン電流が等
しく、MN3とMP2のドレイン電流が等しいと置くと
(1)、(2)式が得られる。
Now, consider a case where there is an imbalance between the threshold voltages of the drive transistors MN2 and MN3 and the threshold voltages of the load transistors MPI and MP2. Current formula in the saturation region of MOS transistor IDS = β (VGS −V
T )2 (however, the drain voltage dependence is small, so ignore it fF-)) If we use f and assume that the drain currents of MN2 and MP1 are equal and the drain currents of MN3 and MP2 are equal, then equations (1) and (2) are obtained. is obtained.

IN(VGS−VTN、 )” = βP(VDS3.
  VTP、 )”   (13βN (VGS−VT
N、 )” =βp (VDS、  VTP、 )’ 
  (2)但し、βN、βPはそれぞれ、Nチャネルト
ランジスタ、Pチャネルトランジスタの易動度定数s 
VGsはプリセットモードにおいてトランジスタMN2
.MN3に加わるゲート電圧、VTN、。
IN(VGS-VTN, )” = βP(VDS3.
VTP, )” (13βN (VGS-VT
N, )" = βp (VDS, VTP, )'
(2) However, βN and βP are mobility constants s of N-channel transistor and P-channel transistor, respectively.
VGs is transistor MN2 in preset mode.
.. The gate voltage applied to MN3, VTN.

VTN!、 VTP、 、 VTP、 uそれぞ0MN
2.MN3゜MPl、MP2(7)L4い値電圧、VD
S、 、 VDS、 I’mそれぞれMPI、MP2に
加わるドVイン峠ソース電圧である。
VTN! , VTP, , VTP, u each 0MN
2. MN3゜MPl, MP2 (7) L4 low value voltage, VD
S, , VDS, and I'm are the source voltages applied to MPI and MP2, respectively.

(11,(2)式からMPIとMP2のバイアス電圧の
アンバランス(△VB ミVDS、 −VDS2 ) 
’/’1(3) 式テ与えられる。
(11, From equation (2), imbalance of bias voltage between MPI and MP2 (△VB miVDS, -VDS2)
'/'1(3) The expression is given.

第1項は駆動トランジスタのしきい値電圧アンバランス
に基づき、第2項は負荷トランジスタのしきい値電圧ア
ンバランスに基づいている。
The first term is based on the threshold voltage imbalance of the drive transistor, and the second term is based on the threshold voltage imbalance of the load transistor.

様に寄与し、差動ベアトランジスタのしきい値電圧アン
バランスは、はぼその″11負荷トランジスタMPI、
MP2のバイアス電圧差、丁なわちプリセットモードの
出力電圧差△VOUT =VOUT−VOUTとして出
現する。
The threshold voltage imbalance of the differential bare transistors contributes to the ``11'' load transistor MPI,
The bias voltage difference of MP2, ie, the output voltage difference in preset mode, appears as ΔVOUT=VOUT−VOUT.

次にアンプモードでは、SW3.SW4が開きプリセッ
トモードにおいて設定され7tMP1゜MP2のバイア
ス電圧がMP 1 、 MP 2のゲート・ソース問答
、t CGS、 、 (4s、にそれぞれ保持される。
Next, in amplifier mode, SW3. SW4 is opened and set in the preset mode, and a bias voltage of 7tMP1°MP2 is maintained at the gate-source response of MP1 and MP2, tCGS, (4s), respectively.

また、SW2が開きSWIが閉じることでMN壱のゲー
トには入力電圧V工Nが印加される。
Furthermore, when SW2 opens and SWI closes, the input voltage V is applied to the gate of MN1.

アンプモードにおける差動増幅器の利得GAは(4)式
で与えられる。
The gain GA of the differential amplifier in amplifier mode is given by equation (4).

但し、gn11UMN2.MN3の相互コンダクタンス
、rlはMN2.MN3の出力抵抗、rt ’D、 M
P 1 。
However, gn11UMN2. The transconductance of MN3, rl, is MN2. Output resistance of MN3, rt'D, M
P1.

MP2の出力抵抗である。This is the output resistance of MP2.

IGAIが1より十分大きいため、プリセットモードに
おいて生じ友出力電圧差△VOUT ’に打消すのに必
要な入力電圧差は△VOUT/GAと△VOUT工)十
分小さくなる。一方、△VOUTはプリセットモードが
無い場合の差動増幅器の入力換算オフ七ツ) vQAに
ほぼ等しい。したがって、プリセットモードの付加にエ
フ入力換算オフセット全1/GAに減少させることが可
能である。
Since IGAI is sufficiently larger than 1, the input voltage difference required to cancel the output voltage difference ΔVOUT' that occurs in the preset mode is sufficiently small between ΔVOUT/GA and ΔVOUT. On the other hand, △VOUT is approximately equal to the input equivalent off-point (vQA) of the differential amplifier when there is no preset mode. Therefore, with the addition of a preset mode, it is possible to reduce the total F input conversion offset to 1/GA.

クロックφLが高レベルから低レベルへ切替る点での差
動増幅器出力をラッチが取込んでラッチモードに入り、
入力電圧差を論理振幅レベルまで急速に増幅する。
The latch captures the differential amplifier output at the point where the clock φL switches from high level to low level and enters latch mode.
Rapidly amplify input voltage differences to logic amplitude levels.

ランチの入力換算オフセットm圧t VOLとすると、
コンパレータ全体としての入力換算オフセット電圧VO
Cは(5)式で与えられる。
If the input conversion offset of lunch is m pressure t VOL, then
Input-referred offset voltage VO for the entire comparator
C is given by equation (5).

キ云(VOA+VOL ) 以上述ベアc工うにこの構成に工れば、コンノ(レータ
の入力換)γオフセット電圧を容量素子を用いずに低減
できる。
Key word (VOA+VOL) If the above-mentioned bare circuit is constructed in this configuration, the controller (input conversion) γ offset voltage can be reduced without using a capacitive element.

第3図は本発明の81!2の実施例であって、寄生移置
の影響を低減し工り高精度なコンパレータ動作全保証す
るものである。通常MOSトランジスタにはゲート・ド
レイン容量、ゲート・ソース容量が存在する。第3図に
は以下で問題となる負荷トランジスタM P 1とMP
2のゲート・ドレイン容量COD、 + CGD2s 
 ゲート・ソース容量CGS、 + CGS、のみを示
し友。MP3はゲート長がMPIと等しく、ゲート幅が
MPIの1/2のPチャネルMOSトランジスタで、ソ
ースとドレイン全結合してMPIのゲートに接続してい
る。MP3のゲートにはVOUTが印加されている。
FIG. 3 shows an 81!2 embodiment of the present invention, which reduces the influence of parasitic displacement and fully guarantees highly accurate comparator operation. Normally, a MOS transistor has a gate-drain capacitance and a gate-source capacitance. Figure 3 shows load transistors M P 1 and MP
2 gate/drain capacitance COD, + CGD2s
Only the gate-source capacitance CGS, + CGS, is shown. MP3 is a P-channel MOS transistor whose gate length is equal to that of MPI and whose gate width is 1/2 that of MPI, and its source and drain are fully coupled and connected to the gate of MPI. VOUT is applied to the gate of MP3.

また、MP4はゲート長がMP2と等しく、ゲート幅が
MP2の1/2のPチャネルMOSトランジスタで、ソ
ースとドレイン全結合してMP2のゲートに接続してい
る。他のM線、端子関係等は第1図と同じである。
Further, MP4 is a P-channel MOS transistor whose gate length is equal to that of MP2 and whose gate width is 1/2 that of MP2, and its source and drain are fully coupled and connected to the gate of MP2. Other M wires, terminal relationships, etc. are the same as in FIG.

コンパレータ動作もMP3.MP4部分以外は第1図と
同じである。MP3.MP4の存在しない第1図の構成
では、MPIとMP2のゲート・ドレイン容1i Q)
D、 、 CGD、が存在すると、アンプモードにおけ
るオリ得が減少し、オフセット低減の効果が小さくなる
欠点がある。これは以下の工うに説明できる。アンプモ
ードにおいてMP1部分のみを考えるとゲートrtcは
電源が印加されない第4図の状態となる○このとき凭否
端子からみた等端的な微分抵抗reqは(6)式で与え
られるO (ここで、 ω=2πf、fは信号周波数9g□、)1
であるから、睡の割合が大きいトr! ランジスタを用い友場合、r が減少する。reqq は駆動トランジスタMN2の負荷抵抗となるため、アン
プモードにおける利得の減少が生ずる。
Comparator operation is also MP3. It is the same as FIG. 1 except for the MP4 part. MP3. In the configuration shown in FIG. 1 without MP4, the gate-drain capacitance of MPI and MP2 is 1i Q)
The presence of D, , CGD has the disadvantage that the original gain in the amplifier mode is reduced and the effect of offset reduction is reduced. This can be explained as follows. Considering only the MP1 part in the amplifier mode, the gate RTC will be in the state shown in Figure 4 where no power is applied. At this time, the equilateral differential resistance req seen from the support terminal is given by equation (6) O (Here, ω=2πf, f is the signal frequency 9g□, )1
Therefore, the percentage of sleep is high! If a transistor is used, r decreases. Since reqq becomes the load resistance of the drive transistor MN2, a decrease in gain occurs in the amplifier mode.

reqの減少は、COD、 k介して逆相出力電圧先掛
の変化がゲートに加わり負帰還パスが形成されるために
生じているので、正相出力VOUTの変化f CGD、
と同じ大きさの容iを介してMPIのゲートに印加しゲ
ート電圧変化全補償子ればr6qの減少は生じない。M
PIは飽和領域で動作している九めCGD、hゲートと
ドレインのオーバラップ容置が支配的でおる。従って、
オーバラップ容量のみ見えるオフ状態のトランジスタM
P3にニジ上記の補償効果を実現できる。MP4もMP
3  と同様の拗きt持つ。
The decrease in req is caused by the change in the negative phase output voltage applied to the gate via COD, k, forming a negative feedback path, so the change in the positive phase output VOUT f CGD,
If it is applied to the gate of MPI through a capacitance i of the same magnitude as , and a gate voltage change is fully compensated for, no decrease in r6q will occur. M
The PI is the ninth CGD operating in the saturation region, with h-gate and drain overlapped structures being dominant. Therefore,
Transistor M in off state where only the overlap capacitance is visible
The above compensation effect can be achieved at P3. MP4 and MP
It has the same persistence as 3.

以上この構成では、寄生容量としてゲート・ドレイン容
量が存在してもアンプモードの利得減少が発生しない九
め、オフセット低減の効果を保証できる。
As described above, with this configuration, even if gate-drain capacitance is present as a parasitic capacitance, a decrease in amplifier mode gain does not occur, and the effect of offset reduction can be guaranteed.

なお上記の説明におけるPチャネルMOSトランジスタ
の代りにNチャネルMOSトランジスタを用い、Nチャ
ネルMOSトランジスタの代りにPチャネルMOSトラ
ンジスタを用い′電源の高・低を逆にしても同じ工うな
作用及び効果を呈するものである。
Note that even if an N-channel MOS transistor is used in place of the P-channel MOS transistor in the above explanation, and a P-channel MOS transistor is used in place of the N-channel MOS transistor, the same operation and effect can be obtained even if the high and low power supplies are reversed. It is intended to be presented.

(発明の効果) 斜上の工うに、不発明では負荷トランジスタのバイアス
電圧全自己設定する差動増幅器を用いているtめ、電圧
依存性のない容量素子を用いなくてもコンパレータのオ
フセットを低減し高精度化が可能である。この几め1通
常の低コストなディジタル回路用CMOSプロセス技術
を用いてA/D変換LSIが実現でき、アナログ・ディ
ジタル混載LSIの低価格化、多機能化に有効である。
(Effect of the invention) As shown in the diagram above, since the invention uses a differential amplifier that completely sets the bias voltage of the load transistor by itself, the offset of the comparator can be reduced without using a capacitive element without voltage dependence. High precision is possible. Measure 1: An A/D conversion LSI can be realized using ordinary low-cost CMOS process technology for digital circuits, and is effective in reducing the cost and increasing the functionality of analog-digital mixed LSIs.

このほかに、容量がないtめ動作が高速になり、又小型
化できる。さらに容量のバラツキや容輩からのリークが
なく信頼性が向上するなどの効果を有している。
In addition to this, the second operation, which has no capacitance, becomes faster and can be made smaller. Furthermore, it has the effect of improving reliability because there is no variation in capacity or leakage from the capacitor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の第1の実施例、l第2図は実施例のコ
ンパレータのタイミングチャート、第3図は不発明の第
2の実施例、第4図は負荷トランジスタケ示す図、第5
図はCMOSインバータを用いた従来形のコンパレータ
を示す図、第6図に従来形コンパレータのタイミングチ
ャートを示す。 VDD・・・・・・正電源電圧 VIN・・・・・・入力電圧 vxF・・・・・・参照電圧 SW2.* SWb+ 5Wo−−−−−−スイッチφ
・・・・・・・・・swa、swc駆動用のクロック電
圧7・・・・・・・・・SWb駆動用“のクロック電圧
Cc・・・・・・・・容量 Latch 1・・・クロックφにエフ駆動されるラッ
チQ・・・・・・・・・ラッチの出力端子MNφ ・・
・NチャネルMOSトランジスタMPφ ・・・Pチャ
ネルMOSトランジスタvB工・・・・・・バイアス電
圧 VOUT 、 VOUT・・・差@増幅器の2釉の出力
電圧Latch  ・・・差動入出力形式のラッチIN
、IN・・・ラッチの入力端子 Q、Q・・・ラッチの出力端子 φL ・・・・・・ラッチを駆動するクロック適圧MN
1.MN2.MN3・・・NチャネルMOSトランジス
タ MPI、MP2・・・PチャネルMOSトランジスタS
W1.SW2.SW3.SW4・・・スイッチφ、・・
・・・・・・・SW2.SW3.SW4駆動用のクロッ
ク4圧φ、・・・・・・・・・SW1駆動用のクロック
電圧CGS、・・・・・・MPIのゲート−ソース’1
48CGD、・・・・・・MPIのゲート・ドレイン容
量CGS、・・・・・・MP2のゲート0ソース容量C
GD、・・・・・・MP2のゲート・ドレイン6mMP
3・・・・・・MPIと同ゲート長、1/2のチャネル
幅を持っPチャネルMOS)ランジスクMP4・・・・
・・MP2と同ゲート長、1/2のチャネル1鴫ヲ持つ
PチャネルMOSトランジスタ特許出願人  日本電信
電話株式会社 第1図 VIN     V霞σ
Fig. 1 shows a first embodiment of the present invention, Fig. 2 is a timing chart of a comparator of the embodiment, Fig. 3 shows a second embodiment of the invention, and Fig. 4 shows a load transistor. 5
The figure shows a conventional comparator using a CMOS inverter, and FIG. 6 shows a timing chart of the conventional comparator. VDD...Positive power supply voltage VIN...Input voltage vxF...Reference voltage SW2. *SWb+ 5Wo---Switch φ
......Clock voltage for driving swa and swc 7...Clock voltage Cc for driving SWb...Capacity Latch 1...Clock Latch Q driven by φ... Latch output terminal MNφ...
・N-channel MOS transistor MPφ...P-channel MOS transistor vB engineering...Bias voltage VOUT, VOUT...Difference @ output voltage of two glazes of amplifier Latch...Differential input/output type latch IN
, IN...Latch input terminal Q, Q...Latch output terminal φL...Clock suitable voltage MN for driving the latch
1. MN2. MN3...N channel MOS transistor MPI, MP2...P channel MOS transistor S
W1. SW2. SW3. SW4...Switch φ,...
・・・・・・SW2. SW3. Clock 4 voltage φ for driving SW4, ...... Clock voltage CGS for driving SW1, ...... Gate-source '1 of MPI
48CGD,...MPI gate/drain capacitance CGS,...MP2 gate 0 source capacitance C
GD,...MP2 gate/drain 6mMP
3... P-channel MOS with the same gate length and 1/2 channel width as MPI) Ranjisk MP4...
... P-channel MOS transistor with the same gate length as MP2 and 1/2 channel size Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation Figure 1 VIN V Kasumi σ

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)2種の電圧の大小を比較する電圧比較器において
、3個のN形MOSトランジスタと2個のP形MOSト
ランジスタを具備し、第1のN形MOSトランジスタの
ソースを低電源端子に接続し、ゲートには一定の電圧を
印加し、ドレインには第2と第3のN形MOSトランジ
スタのソースを接続し、第2のN形MOSトランジスタ
のゲートには第1のスイッチを介し比較すべきアナログ
電圧を印加し、更に第1のスイッチと逆相で動作する第
2のスイッチを介して参照電圧を印加し、第3のN形M
OSトランジスタのゲートには参照電圧を印加し、第2
のN形MOSトランジスタのドレインには第1のP形M
OSトランジスタのドレインを接続し、この接続点を第
1の出力端子とし、第3のN形MOSトランジスタのド
レインには第2のP形MOSトランジスタのドレインを
接続し、この接続点を第2の出力端子とし、第1のP形
MOSトランジスタのゲートとドレインを第2のスイッ
チと同相で動作する第3のスイッチにより接続し、ソー
スは高電源端子に接続し、第2のP形MOSトランジス
タのゲートとドレインを第2のスイッチと同相で動作す
る第4のスイッチにより接続し、ソースは高電源端子に
接続し、2個の入力端子を持ちクロック電圧の変化点に
おける該2個の入力端子電圧の大小をとらえて論理レベ
ルの高低として出力するラッチの該2個の入力端子に該
第1の出力端子と該第2の出力端子を各々接続すること
を特徴とする電圧比較器。
(1) A voltage comparator that compares the magnitude of two types of voltage is equipped with three N-type MOS transistors and two P-type MOS transistors, and the source of the first N-type MOS transistor is connected to the low power supply terminal. A constant voltage is applied to the gate, the sources of the second and third N-type MOS transistors are connected to the drain, and the comparison voltage is applied to the gate of the second N-type MOS transistor via the first switch. A reference voltage is applied through a second switch that operates in opposite phase to the first switch, and a third N-type M
A reference voltage is applied to the gate of the OS transistor, and the second
The first P-type M is connected to the drain of the N-type MOS transistor.
The drains of the OS transistors are connected, and this connection point is used as the first output terminal.The drain of the third N-type MOS transistor is connected to the drain of the second P-type MOS transistor, and this connection point is used as the second output terminal. The output terminal is connected to the gate and drain of the first P-type MOS transistor by a third switch operating in the same phase as the second switch, and the source is connected to the high power supply terminal. The gate and drain are connected by a fourth switch operating in the same phase as the second switch, the source is connected to a high power supply terminal, and has two input terminals, and the voltage of the two input terminals at the change point of the clock voltage is connected to the second switch. The first output terminal and the second output terminal are respectively connected to the two input terminals of a latch that captures the magnitude of the voltage and outputs it as a high or low logic level.
(2)電圧比較器の第1のP形MOSトランジスタと同
一のゲート長で1/2のゲート幅を持つ第3のP形MO
Sトランジスタと、第2のP形MOSトランジスタと同
一のゲート長で1/2のゲート幅を持つ第4のP形MO
Sトランジスタとを具備し、前記第3のP形MOSトラ
ンジスタのソースとドレインを前記第1のP形MOSト
ランジスタのゲートに接続し、ゲートを該第2の出力端
子に接続し、前記第4のP形MOSトランジスタのソー
スとドレインを前記第2のP形MOSトランジスタのゲ
ートに接続し、ゲートを該第1の出力端子に接続するこ
とを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の電圧比較器
(2) A third P-type MOS transistor with the same gate length and half the gate width as the first P-type MOS transistor of the voltage comparator
an S transistor and a fourth P-type MOS transistor having the same gate length and half the gate width as the second P-type MOS transistor.
an S transistor, the source and drain of the third P-type MOS transistor are connected to the gate of the first P-type MOS transistor, the gate is connected to the second output terminal, and the fourth The voltage comparison according to claim 1, wherein the source and drain of the P-type MOS transistor are connected to the gate of the second P-type MOS transistor, and the gate is connected to the first output terminal. vessel.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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US6605964B2 (en) 2001-02-05 2003-08-12 Seiko Epson Corporation Comparator circuit
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JP2013048459A (en) * 2006-01-16 2013-03-07 Sk Hynix Inc Apparatus for controlling on-die termination

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