KR100200774B1 - Fast, low power consumption type comparator using parasitic diode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 비교기에 관한 것으로서, 특히 동작 속도를 빠르게 하고 소비 전력을 절감하기 위한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a comparator, and in particular, to a high speed, low power consumption type comparator using parasitic diodes for speeding up operation and reducing power consumption.

본 발명에 의한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기는 2개의 입력 신호의 전압을 비교한 후, 그 결과를 제1, 2출력 단자에 표현하고, 프리세트(PRESET) 신호(Φ)에 의하여 원상 복구되는 비교기에 있어서, 상기 제1출력 단자와 상기 제2출력 단자사이에 기생 다이오드 특성을 갖고 프리세트 신호에 의하여 도통/차단되는 스위칭 소자를 연결함을 특징으로 한다.The high speed, low power consumption type comparator using the parasitic diode according to the present invention compares the voltages of two input signals, and then expresses the result at the first and second output terminals, and applies the preset signal Φ. The comparator restored to its original shape, characterized in that the switching element is connected between the first output terminal and the second output terminal having a parasitic diode characteristic and is conducted / blocked by a preset signal.

본 발명에 의하면 비교기의 양 출력 단자를 기생 다이오드 특성을 갖는 트랜지스터에 의하여 프리 세팅함으로써, 소비 전력을 줄이면서 고속 동작을 실행시킬 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, by setting both output terminals of the comparator by a transistor having parasitic diode characteristics, there is an effect that high-speed operation can be performed while reducing power consumption.

Description

기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기High speed, low power consumption comparator using parasitic diodes

본 발명은 비교기에 관한 것으로서, 특히 동작 속도를 빠르게 하고 소비 전력을 절감하기 위한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a comparator, and in particular, to a high speed, low power consumption type comparator using parasitic diodes for speeding up operation and reducing power consumption.

일반적으로 아날로그/디지털 변환 회로는 증폭기와 비교기를 포함하는데, 이 중에서 증폭기와 비교기가 소모하는 전력이 전체 변환 회로에서 차지하는 전력의 대부분을 차지한다.In general, analog-to-digital conversion circuits include amplifiers and comparators, of which the power consumed by the amplifiers and comparators accounts for most of the power of the entire conversion circuit.

그리고 비교기는 출력이 큰 값으로 나타나서 다시 원점으로 복구되기까지 걸리는 시간이 비교적 길어서 동작 시간이 길고 이로 인하여 소비전력도 증가하게 된다.In addition, the comparator shows a large value and it takes a long time to return to the home position, resulting in a long operation time, thereby increasing power consumption.

따라서 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 최근 개발된 것이 다이오드를 이용한 비교기와 스위치를 이용한 비교기이다.Therefore, recently developed in order to solve such a problem is a comparator using a diode and a comparator using a switch.

도 1은 다이오드를 이용한 비교기로서, 비교기 출력 양 단자 사이에 다이오드(D11, D12)를 연결하였다. 이로 인하여 입력 전압이 아주 작은 경우에는 비교기의 이득만큼 커진 전압이 출력에 나타나고, 입력 전압이 큰 경우에는 비교기의 양쪽 출력 전압의 차가 다이오드 전압으로 제한되기 때문에 큰 입력 신호가 인가된 후에 복구되는데 필요한 시간이 단축된다.1 is a comparator using a diode, and diodes D11 and D12 are connected between the output terminals of the comparator. Because of this, when the input voltage is very small, the voltage increased by the gain of the comparator appears on the output, and when the input voltage is large, the time required to recover after the large input signal is applied because the difference between both output voltages of the comparator is limited to diode voltage. This is shortened.

도 2는 또 다른 개선 회로인 스위치를 이용한 비교기로서, 비교기의 양 출력 단자 사이에 스위치(Q26, Q27)를 삽입하여 비교가 끝난 후 스위치를 도통시킴으로써 비교기의 출력을 강제로 원점으로 복구시켜 동작 시간을 단축시킨다.FIG. 2 is a comparator using a switch, which is another improvement circuit, and inserts switches Q26 and Q27 between both output terminals of the comparator, and conducts a switch after the comparison is completed, thereby forcibly restoring the output of the comparator to the home position. Shorten.

그러나 다이오드를 이용한 비교기에 있어서는 출력 전압이 제한되기는 하지만 강제로 복구되는 것이 아니기 때문에 복구 시간이 단축되었음에도 비교적 길고, 스위치를 이용한 비교기에 있어서는 강제로 출력을 복구시킴으로써 동작을 고속화시키지만 입력 전압이 큰 경우에는 그 이득에 비례하는 큰 전압이 출력에 나타나기 때문에 소비 전력이 증가될 뿐만 아니라 출력 전압을 원점으로 되돌리는 데에도 시간이 걸려 동작 속도가 늦어지는 문제점이 있었다.However, although the output voltage is limited in the comparator using a diode but is not forcibly restored, the recovery time is relatively long even though the recovery time is shortened. Since a large voltage proportional to the gain appears on the output, not only power consumption is increased, but also it takes a long time to return the output voltage to the origin, resulting in a slow operation speed.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위하여 기생 다이오드의 특성을 이용하여 비교기의 동작 속도를 빠르게 하고, 출력 전압을 제한하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기를 제공하는데 있다.The technical problem to be achieved by the present invention is to provide a high speed, low power consumption comparator using a parasitic diode to speed up the operation speed of the comparator using the characteristics of the parasitic diode to limit the output voltage in order to solve the above problems. .

도 1은 종래의 기술에 의한 다이오드를 이용한 고속 동작 비교기의 회로이다.1 is a circuit of a high speed operation comparator using a diode according to the prior art.

도 2는 종래의 기술에 의한 스위치를 이용한 고속 동작 비교기의 회로이다.2 is a circuit of a high speed operation comparator using a switch according to the prior art.

도 3은 본 발명의 일 실시예인 p형 MOSFET의 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기의 회로이다.3 is a circuit diagram of a high speed, low power consumption type comparator using a parasitic diode of a p-type MOSFET according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예인 n형 MOSFET의 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기의 회로이다.4 is a circuit of a high speed, low power consumption comparator using a parasitic diode of an n-type MOSFET according to another embodiment of the present invention.

도 5는 도 3에 적용된 스위치 소자인 p형 MOSFET의 단면 구조이다.FIG. 5 is a cross-sectional structure of a p-type MOSFET which is a switch element applied to FIG. 3.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명에 의한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기는 2개의 입력 신호의 전압을 비교한 후, 그 결과를 제1, 2출력 단자에 표현하고, 프리세트(PRESET) 신호(Φ)에 의하여 원상 복구되는 비교기에 있어서, 상기 제1출력 단자와 상기 제2출력 단자사이에 기생 다이오드 특성을 갖고 프리세트 신호에 의하여 도통/차단되는 스위칭 소자를 연결함을 특징으로 한다.In order to achieve the above technical problem, the high speed and low power consumption type comparator using the parasitic diode according to the present invention compares the voltages of two input signals, and then expresses the result at the first and second output terminals, A comparator restored to its original state by a PRESET signal Φ, characterized in that the switching element having a parasitic diode characteristic and conducting / blocking by a preset signal is connected between the first output terminal and the second output terminal. do.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명에 의한 일 실시예인 p형 MOSFET로 스위칭 소자를 구성한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기의 회로이다.Figure 3 is a circuit of a high speed, low power consumption comparator using a parasitic diode composed of a switching device with a p-type MOSFET according to an embodiment of the present invention.

MOSFET Q1∼Q5는 종래의 기술에 의한 일반적인 비교기 회로이다.MOSFETs Q1 to Q5 are general comparator circuits according to the prior art.

여기서 MOSFET Q1, Q2는 제1바이어스 전압(Vb1)에 의하여 일정한 부하 저항의 역할을 하고, MOSFET Q5는 제2바이어스 전압(Vb2)에 의하여 일정한 저항 역할을 한다.Here, the MOSFETs Q1 and Q2 serve as a constant load resistance by the first bias voltage V b1 , and the MOSFET Q5 serves as a constant resistance by the second bias voltage V b2 .

본 발명에서는 위의 MOSFET Q1∼Q5의 기본적인 비교기에 기생 다이오드 특성을 갖는 p형 MOSFET Q6, Q7을 부가한다.In the present invention, p-type MOSFETs Q6 and Q7 having parasitic diode characteristics are added to the basic comparators of the above-described MOSFETs Q1 to Q5.

위의 기본적인 비교기의 동작을 간략히 설명하면 우선 입력 전압 v1, v2가 동일한 경우에는 출력 전압 v1, v2는 동일한 값을 갖고, MOSFET Q6, Q7이 다른 값을 갖는 경우에는 입력 전압의 차에 해당하는 값을 증폭한 후에 v1, v02으로 상호 위상이 반전된 증폭된 출력을 발생시킨다.Briefly explaining the operation of the basic comparator above, if the input voltages v 1 , v 2 are the same, the output voltages v 1 , v 2 have the same value, and if the MOSFETs Q6, Q7 have different values, after amplification the corresponding value in the v 1, v to generate an amplified output with a mutual phase inversion by 02.

그리고 입력 전압을 비교한 후에 또 다른 입력 전압들을 비교하기 위해서는 비교기는 원점으로 복구시켜야 하는데 트랜지스터 내부에 존재하는 캐패시터 용량 때문에 자동적으로 복구되는데는 일정한 시간이 소요된다.After comparing the input voltages, the comparators must be restored to the origin in order to compare the other input voltages. It takes a certain time to recover automatically due to the capacitor capacity inside the transistor.

그러나 본 발명에서 이 출력 전압은 MOSFET Q6, Q7의 게이트에 인가되는 프리세트(PRESET) 신호(Φ)가 LOW 일 경우에 Q6, Q7이 도통됨으로 비교기 출력 전압 v1과 v2를 강제로 같게 되어 비교기의 출력을 원점으로 복구시키는 시간을 줄여준다.However, in the present invention, when the preset signal Φ applied to the gates of the MOSFETs Q6 and Q7 is LOW, Q6 and Q7 are conducted so that the comparator output voltages v 1 and v 2 are forcibly equal. Reduce the time to restore the comparator's output to the origin.

만일 프리세트 신호가 HIGH일 경우에는 Q6, Q7은 스위칭 차단됨으로 비교 출력을 내보내게 된다.If the preset signal is HIGH, Q6 and Q7 will switch off and send a comparison output.

그리고 이 MOSFET Q6, Q7은 도 5와 같이 기판 단자를 전원 전압이나, 접지 단자에 연결시키지 않고 소오스 단자에 연결함으로써, 트랜지스터에 생기는 기생 다이오드 특성에 의하여 입력 전압 v1, v2가 큰 차를 갖는 경우에도 출력 전압을 지나치게 커지는 것을 방지해 주는 역할을 한다.The MOSFETs Q6 and Q7 have a large difference in input voltages v 1 and v 2 due to parasitic diode characteristics generated in the transistor by connecting the board terminal to the source terminal without connecting the power supply voltage or the ground terminal as shown in FIG. 5. In this case, it also prevents the output voltage from becoming too large.

도 4는 본 발명에 의한 또 다른 실시예인 n형 MOSFET로 스위칭 소자를 구성한 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기의 회로이다. 이 회로에 동작 설명은 도 3에서 설명한 것과 기본적인 비교기의 구성 및 동작은 동일하고 단지 스위칭 소자로서 p형 대신 n형 MOSFET를 사용한 것이 다르다.4 is a circuit diagram of a high speed, low power consumption comparator using a parasitic diode in which a switching element is formed of an n-type MOSFET according to another embodiment of the present invention. The operation description of this circuit is the same as that described in FIG. 3, and the structure and operation of the basic comparator are the same, and the n-type MOSFET is used instead of the p-type as the switching element.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 비교기의 양 출력 단자를 기생 다이오드 특성을 갖는 트랜지스터에 의하여 프리 세팅함으로써, 소비 전력을 줄이면서 고속 동작을 실행시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, by presetting both output terminals of the comparator by a transistor having parasitic diode characteristics, there is an effect that high-speed operation can be performed while reducing power consumption.

Claims (7)

2개의 입력 신호의 전압을 비교한 후, 그 결과를 제1, 2출력 단자에 표현하고, 프리세트(PRESET) 신호에 의하여 원상 복구되는 비교기에 있어서,In the comparator comparing the voltages of the two input signals and then expressing the result at the first and second output terminals, and recovering the original phase by the preset signal, 상기 제1출력 단자와 상기 제2출력 단자사이에 기생 다이오드 특성을 갖고 프리세트 신호에 의하여 도통/차단되는 스위칭 소자를 연결함을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.A high speed, low power consumption type comparator using a parasitic diode, characterized in that between the first output terminal and the second output terminal having a parasitic diode characteristic and connecting the switching element is conducted / blocked by a preset signal. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자는The method of claim 1, wherein the switching device 상기 제1출력 단자의 출력 신호를 프리세트 신호에 의하여 원상 복구시키는 제1스위치; 및A first switch for restoring the output signal of the first output terminal by a preset signal; And 상기 제2출력 단자의 출력 신호를 프리세트 신호에 의하여 원상 복구시키는 제2스위치를 포함함을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.And a second switch for restoring the output signal of the second output terminal by a preset signal. 제2항에 있어서, 상기 제1, 2스위치는 각각 제1, 2트랜지스터임을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.The high speed and low power consumption comparator using parasitic diodes of claim 2, wherein the first and second switches are first and second transistors, respectively. 제3항에 있어서, 상기 제1, 2트랜지스터는 각각 제1, 2전계 효과 트랜지스터(FET)임을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.4. The high speed and low power consumption comparator using parasitic diodes of claim 3, wherein the first and second transistors are first and second field effect transistors (FETs), respectively. 제4항에 있어서, 상기 제1, 2전계 효과 트랜지스터는 각각 제1, 2MOSFET임을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.5. The high speed and low power consumption comparator of claim 4, wherein the first and second field effect transistors are first and second MOSFETs, respectively. 제5항에 있어서, 상기 제1MOSFET의 소오스 단자는 상기 제1출력 단자에 연결되고, 드레인 단자는 상기 제2출력 단자에 연결되고, 게이트 단자는 프리세트 신호가 연결되고, 상기 제2MOSFET의 소오스 단자는 상기 제2출력 단자에 연결되고, 드레인 단자는 상기 제1출력 단자에 연결되고, 게이트 단자는 프리세트 신호가 연결됨을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.The method of claim 5, wherein the source terminal of the first MOSFET is connected to the first output terminal, the drain terminal is connected to the second output terminal, the gate terminal is connected to the preset signal, the source terminal of the second MOSFET Is connected to the second output terminal, the drain terminal is connected to the first output terminal, and the gate terminal is a high speed, low power consumption type comparator using a parasitic diode, characterized in that connected. 제5항에 있어서, 상기 제1, 2MOSFET는 n형 또는 p형 우물에 인가되는 바이어스를 n형 또는 p형 우물 내부에 만든 소오스나 드레인 중의 한 단자와 연결시킴을 특징으로 하는 기생 다이오드를 이용한 고속, 저 전력 소모형 비교기.6. The high speed using parasitic diodes of claim 5, wherein the first and second MOSFETs connect a bias applied to an n-type or p-type well with a terminal of a source or a drain formed inside the n-type or p-type well. , Low power consumption comparator.
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