WO1986003012A1 - Voltage comparator of a type of low power comsumption - Google Patents

Voltage comparator of a type of low power comsumption Download PDF

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WO1986003012A1
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Hiroshi Ishida
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Fanuc Ltd
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/165—Indicating that current or voltage is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values
    • G01R19/16566—Circuits 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
    • G01R19/16576—Circuits 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 comparing DC or AC voltage with one threshold
    • G01R19/1658—AC voltage or recurrent signals
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/22—Circuits 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
    • H03K5/24—Circuits 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
    • H03K5/2409—Circuits 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
    • H03K5/2418—Circuits 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

Definitions

  • the present invention relates to a low power consumption type voltage comparison circuit used for an electronic circuit for a pulse encoder and the like.
  • FIG. 1 shows an operational amplifier 50 as a voltage comparator.
  • the operational amplifier 50 is supplied with power from a + V power supply 21 via a power supply line 51, and passes through a power return line 52.
  • To the negative terminal 22 of the power supply (usually ground potential).
  • the input signal S (I) is supplied to the non-inverting input terminal 53 and the inverting input terminal 54, and an output is obtained at the output terminal 55.
  • Such a voltage comparison device as an operational amplifier usually formed as an integrated circuit has a problem that the power consumption is relatively large because it includes a differential amplifier circuit. In particular, the problem becomes conspicuous when power is supplied to the circuit by a battery or the like.
  • FIG. 3 shows a circuit diagram of the differential amplifier circuit portion of this circuit.
  • two transistors 56 and 57 with their emitters connected together and resistors 62 and 63 with transistors connected to the collectors of transistors 56 and 57, respectively, and a transistor
  • a differential width circuit is formed by the resistor 61 connected to the emitters of 56 and 57, and the switch inserted in the power supply circuit
  • the voltage of the power supply 21 is turned on / off by 60, and the voltage comparison circuit is operated intermittently to obtain an output at the terminal 65.
  • the power consumption can be suppressed to a small value.
  • An object of the present invention is based on the idea that a current switch circuit is provided on the power supply side and the power return side of the differential amplifier means in the voltage comparison device, and the switch circuit is turned on and off intermittently. It is an object of the present invention to obtain a voltage comparison device which consumes less power and can perform high-speed intermittent operation.
  • the non-inverting input terminal and the inverting input terminal Means for differentially generating an output signal by differentially dividing an input signal; first and second voltage sources; a power supply line connecting the differential amplifying means and the first voltage source; A power return line surrounding the differential width means and the second voltage source; a first current supply circuit (current switch) inserted into the power supply line and having a switching element; And a second current supply circuit (current switch) inserted into the power return line and having a switching element, wherein the first and second current supply circuits having the switching element are A voltage comparison device adapted to be on / off controlled is provided.
  • a current switch circuit is provided on the power supply side and the power return side of the differential width means of the voltage comparison device, and the power is supplied by intermittently turning on the current switch only when necessary. By doing so, power consumption can be reduced.
  • the differential amplifier circuit which is turned off and disconnected by the two current switches, is in a floating state, so that when the current switch is turned on and switched to the operating state, the differential amplifier circuit is quickly turned on. Capable of high-speed intermittent operation, Brief description of drawings
  • 1 and 2 are circuit diagrams of a conventional voltage comparator
  • FIG. 3 is a circuit diagram of a differential width section in a conventional voltage comparator that performs an intermittent operation
  • FIG. 4 is a differential amplifier circuit and its periphery in a low power consumption type voltage comparator as an embodiment of the present invention
  • 5 and 6 are circuit diagrams of the low power consumption type voltage comparator of FIG. 4
  • FIG. 7 is a circuit diagram of another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 and FIG. 5 show a low power consumption type voltage comparator as one embodiment of the present invention.
  • a current supply circuit is provided in the operational amplifier type differential amplifier circuit constituting the voltage comparison device, and a control signal S (ON / OFF) is externally applied to the newly provided switching terminal 30. It can be turned on and off by doing this.
  • This current switch is inserted on the power supply side and the power return side of the differential width circuit 10 so that the power supply of the differential amplifier circuit can be connected or disconnected as necessary.
  • an input is applied to the non-inverting input terminal 12 and the inverting input terminal 13, and an output is obtained at the output terminal 20.
  • the voltage from the + V power supply 21 as the first voltage source is supplied through the power supply line '31.
  • the power supply return line 32 is connected to the ground potential V (GROUND) at the ground point 22.
  • FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 2 described above.
  • the input signal 15 to be operated is applied to the input terminal of the circuit of FIG. 6, and the bias voltage V ( BIAS) power supply 26 is connected.
  • the control signal S (0N / 0FF) is applied to the switching terminal 30.
  • the differential width circuit 10 is the same as that of FIG.
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of the differential amplifier circuit and its peripheral parts.
  • the differential amplifier circuit 10 includes resistors 16 and 17 and resistors 18 and 19 connected to the collectors of the transistors 16 and 17 respectively.
  • the emitters of transistors 16 and 17 are connected to each other.
  • Transistor The base of 16 is connected to the non-inverting input terminal 12, and the base of the transistor 17 is connected to the inverting input terminal 13.
  • the power from the + V power supply 21 is connected via the current switch 23 to the terminals of the resistors 18 and 19 which are not connected to the transistors 16 and 17.
  • the emitters of transistors 16 and 17 are grounded via another one current switch 24.
  • a control terminal for controlling on / off of the current switches 23 and 24 is connected to the switching terminal 30.
  • the collector of transistor 17 is connected to output terminal 14.
  • the connection of the input signal 15 and the bias power supply 26 is almost the same as the circuit in FIG.
  • the current switches 23 and 24 for example, a transistor circuit forming a constant current circuit can be used.
  • the differential amplifier circuit 10 By using the differential amplifier circuit 10 as described above, even if the current switch is switched from the off state to the on state, the differential amplifier circuit
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a low-power-consumption type voltage comparator as another embodiment of the present invention.
  • the device shown in FIG. 7 includes transistors Q 1 to Q 17.
  • Transistors Q1 to Q7, and Q15 and Q16 are used for current switches.
  • Power supply 21 normally supplies +5 volts, while one is grounded 22.
  • Transistor Q 1 becomes conductive or non-conductive in response to an external switching on / off signal.
  • Transistor Q 1 Receives +5 volts at its base and conducts, causing transistor Q2 to conduct, thereby causing transistor Q5 to conduct, and then transistors & 3, 94, & 6, & 7, and CI
  • the contact point 4 2 to which the 15 base is connected is set to about +4.4 volts, about +0.6 volts lower than +5 volts.
  • the contact point 4 3, which is surrounded by the base of the transistor Q 5 and the collector of the transistor 3, is set at +5 volts, approximately 1.2 volts lower, approximately +3,8 volts. You.
  • the base of transistor Q16 is also set at about +0.6 volts. In this way, all the transistors for the current switch are turned on, and the transistors Q10 ', Q1K and Q14 are turned on.
  • the transistor for the current switch in which the transistor ⁇ is in a conductive state, is in a conductive state, and the outputs from the differential width circuits of the transistors Q 8 and Q 9 and the differential width circuit are output.
  • Power is supplied to the transistors Q10, Q1 and Q17, which constitute the extraction circuit.
  • the differential amplifier circuit supplied with power receives the input at input terminals 12 and 13 and outputs the output from the collector of transistor Q17 to the output amplifier of transistors Q12, Q13, and Q14.
  • Fig. 7 that outputs to the output terminal 41 via the circuit, almost no power is consumed when the ON signal is not input to the switching terminal 30, and when the ON signal is input, the power is quickly consumed.
  • Each part is set to the potential in the operating state, and high-speed simple operation can be performed.
  • the transistor Q17 and the diode connected to its base make up a current mirror circuit.

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Description

明 細 書 発明の名称
低電力消費形電圧比較装置 技術分野
本発明はパルスェンコーダ用電子回路等に用いられる低電 力消費形電圧比較回路に関する。 背景技術
差動增幅回路を用いた従来形の電圧比較装置は第 1図、 第 2図、 および第 3図に図示される。 第 1図は電圧比較装置と しての演算増幅器 5 0が示され、 演算増幅器 5 0 は + V電源 2 1から電源供給線 5 1 耷介して電力が供給され、 電源帰線 5 2を通 て電源の負側端子 2 2 (通常には接地電位） へ戻 される。 また入力信号 S ( I ) は非反転入力端子 5 3およ び反転入力端子 5 4に供袷され、 出力端子 5 5に出力が得ら れる。 このような通常集積回路化された演算増幅器としての 電圧比較装置は、 差動增幅回路を具備するため電力消費量が 比較的大きいという問題点を有する。 特に上記回路に電池等 により電力供袷する場合に問題が顕著になる。 このため第 2 図のように電力をパルス S (PULSE) として、 電圧比較を行う 時にのみ供給するようにした回路も知られている。 この例で は入力として非反転入力端子 5 3および反転入力端子 5 4の 間に入力信号 1 5が加えられ、 反転入力端子 5 3にバイ アス 電源 2 6 によるバイ ァス電圧 V (B I AS)が印加されている。 こ の回路の差動増幅回路部分の回路図が第 3図に示される。 こ の回路例では、 ェ ミ ツタが互いに接続された 2つの トランジ スタ 5 6および 5 7 と トランジスタ 5 6および 5 7のコ レク タにそれぞれ接続された抵抗 6 2および 6 3 と ト ラ ンジスタ
5 6および 5 7のエ ミ ッタに接繞された抵抗 6 1 とによって 差動增幅回路を構成し、 電力供給回路に挿入されたスィ ツチ
6 0 により電源 2 1 の電圧をォン · オフ して、 この電圧比較 回路を間欠的に動作させ出力を端子 6 5 に得ている。 第 2図 および第 3図のような回路を用いれば電力の消費は小さい値 に抑えることができる。
しかしながら、 第 2図、 第 3図の回路においては、 電源を 間欠供給するためのスィ ツチをオフにすると、 殆どの回路が 電源帰線側の電位、 すなわち、 通常接地電位、 になってしま い、 次にスィ ッチをォンにして電圧比較動作を行う際、 所要 の電位に迄迅速に立上ることができず或る時間を必要とし、 そのため高速度の間欠動作が函難となる。 発明の開示
本発明の目的は、 電圧比較装置における差動増幅手段の電 源供給側および電源帰線側に電流スィ ツチ回路を設け、 該ス ィ ッチ回路を間欠的にォン · オフするという着想に基づき、 消費電力が少なく 、 かつ高速間欠動作が可能な電圧比較装置 を得ることにある。 - - - 本発明においては、 非反転入力端子および反転入力端子を 有し入力信号を差勖增幅して出力信号を発生する差動增幅手 段 ； 第 1 および第 2の電圧源 ； 該差動増幅手段と該第 1 の電 圧源を接続する電源供給線 ； 該差動增幅手段と該第 2 の電圧 源を接繞する電源帰線 ； 該電源供給線に挿入され、 スィ ッチ ング要素をもつ第 1 の電流供袷回路 （電流スィ ッチ） ； およ び、 該電源帰線に挿入され、 スィ ツチング要素をもつ第 2 の 電流供給回路 （電流スィ ッチ） ； を具備し、 該スイ ッチング 要素をもつ第 1 および第 2 の電流供給回路がォン · オフ制御 されるようになっている電圧比較装置が提供される。
上述のように電圧比較装置の差動增幅手段の電源供給側お よび電源帰線側に電流スィ ツチ回路を設け、 必要な時のみ間 欠的に電流スィ ツチを導通させて電力を供給するようにすれ ば、 電力消費量を低減できる。 また 2つの電流スィ ッチによ りオフされ非接続とされた差動増幅回路はフローティクグ状 態となつており、 電流スィ ッチがォンされて動作状態に切換 えられた時、 迅速に対応でき、 高速な間欠動作が可能となる , 図面の簡単な説明
第 1図および第 2図は従来形の電圧比較装置の回路図、
第 3図は従来形の間欠動作を行う電圧比較装置における 差動增幅部の回路図、 第 4図は本発明の一実施例としての低 電力消費形電圧比較装置における差動増幅回路とその周辺部 分の回路図、 第 5図および第 6図は第 4図の低電力消費形電 圧比較装置の回路図、 第 7図は本発明の他の実施例の回路図 である。 発明を実施するための最良の形態
本発明の一実施例としての低電力消費形電圧比較装置が第 4図第 5図に示される。 第 5図においては電圧比較装置を構 成する演算増幅器形の差動増幅回路において電流供給回路を 設けて、 新たに設けた切換用端子 3 0 に外部から制御信号 S (ON/OFF)を加えることによりオン · オフできるようにしてあ る。 この電流スィ ツチは差動增幅回路 1 0における電源供給 側と電源帰線側に挿入され、 差動増幅回路の電源を必要に応 じて接繞したり、 非接続としたりすることができる。
第 5図の回路においては、 非反転入力端子 1 2および反転 入力端子 1 3 に入力が加えられ、 出力が出力端子 2 0 に得ら れる。 第 1 の電圧源としての + V電源 2 1 による電圧ば電源 供給線' 3 1 を通って供給される。 電源帰線 3 2 は接地点 2 2 において接地電位 V (GROUND)に接繞される。
第 6図は前述の第 2図に対応する図であって、 第 6図の回 路の入力端子簡に被演算入方信号 1 5が印加され、 反転入力 端子 1 3 にバイァス用電圧 V (B I AS)の電源 2 6が接続されて いる。 切換用端子 3 0 には制御信号 S (0N/0FF)が加えられて いる。 差動增幅回路 1 0 に関しては第 6図のものと同一であ る。
第 4図には、 差動増幅回路とその周辺部分の回路図が示さ れる。 この差動増幅回路 1 0 は ト ラ ンジスタ 1 6および 1 7 および ト ラ ンジスタ 1 6 および 1 7 のコ レクタにそれぞれ接 繞された抵抗 1 8および 1 9を具備する。 ト ラ ンジスタ 1 6 と 1 7 のエ ミ フタは互いに接続されている。 ト ラ ンジスタ 1 6 のベースは非反転入力端子 1 2 に、 ト ラ ンジスタ 1 7 の ベースは反転入力端子 1 3 に接繞される。 + V電源 2 1 から の電力ば、 電流スィ ツチ 2 3を介して抵抗 1 8および 1 9の、 ト ラ ンジスタ 1 6および 1 7 と接続されない側の端子へ接続 される。
ト ラ ンジスタ 1 6 および 1 7のェ ミ ッタは、 他の 1 つの電 流スィ ツチ 2 4を介して接地される。 電流スィ ツチ 2 3およ び 2 4のオン · オフを制御する制御端子は切換用端子 3 0 に 接繞される。 ト ラ ンジスタ 1 7 のコ レクタからは出力端子 1 4へ接続される。 入力信号 1 5およびバイ アス用電源 2 6 の接続については第 3図の回路とほぼ同様である。 電流スィ ツチ 2 3および 2 4は例えば定電流回路を構成する トラ ンジ スタ回路を用いる ことができる。
上述のような差動增幅回路 1 0を用いれば、 電流スイ ッチ がオフ状態からオ ン状態に切換えられても、 差動増幅回路
1 0がオフ状態でフローティ ング状態になっているから、 回. 路の各部電圧が動作状態の正常な条件に迅速に到達する。 従 つて高速度の間欠動作が可能である。
本発明の他の実施例としての低電力消費形電圧比較装置の 回路図が第 7図に示される。 第 7図装置は ト ラ ンジスタ Q 1 から Q 17までを具備する。 ト ラ ンジスタ Q 1から Q 7 まで、 および Q 15および Q 16は電流スィ ッチ用として用いられる。 電源 2 1 は通常 + 5 ボル トを供給し、 一方は接地 2 2 され ている。 ト ラ ンジスタ Q 1 は外部からの切換用オ ン · オフ信 号を受けて導通または非導通状態をとる。 ト ラ ンジスタ Q 1 がベースに + 5 ボル トを受けると導通し、 ト ラ ンジスタ Q 2 を導通状態とし、 それにより、 ト ラ ンジスタ Q 5を導通状態 とし、 次いで ト ラ ンジスタ &3 , 94 , &6 , &7 , および CI 15のべ —スが接続されている接繞点 4 2 は + 5 ボルトから約 0. 6 ボ ル ト低い約 + 4. 4ボル トに設定される。 同時に ト ラ ンジスタ Q 5 のベースおよび ト ラ ンジスタ 3 のコ レクタに接繞され た接繞点 4 3 は + 5 ボル トカ、ら約 1. 2ボルト低い約 + 3, 8 ボ ル トに設定される。 また ト ラ ンジスタ Q 16のベースも約 + 0. 6 ボル トに設定される。 このようにして電流スィ ツチ用 ト ラ ンジスタがすべて導通状態となるほか ト ラ ンジスタ Q 10' , Q 1 K および Q 14が導通状態となる。
以上述べたように、 ト ラ ンジスタ ιが導通状態となる 電流スィ ツチ用 ト ラ シジスタが導通状態となり、 ト ラ ンジス タ Q 8および Q 9 の差動增幅回路、 および差動增幅回路から 出力を取り出す回路を構成する ト ラ ンジスタ Q 10 , Q 1 お よび Q 17、 に電源の供給が行われる。 電源の供袷を受けた差 動増幅回路は入力端子 1 2および 1 3 に入力を受け、 出力を ト ラ ンジスタ Q 17のコ レクタから ト ラ ンジスタ Q 12 , Q 13、 および Q 14の出力増幅回路を介して出力端子 4 1 に出力する 第 7図装置においては、 切換用端子 3 0にオ ン信号が入力 しない時は殆ど電力の消費がなされず、 かつォ ン信号が入力 した時は迅速に動作状態時の電位に各部に設定され、 高速な 簡欠動作を行う こ とが可能となる。 なお ト ラ ンジスタ Q 17と そのベースに接続されたダイォー ドはカ レン ト ミ ラー回路を 構成している。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 非反転入力端子および反転入力端子を有し入力信号を差 動増幅して出力信号を発生する差動増幅手段 ；
第 1および第 2 の電圧源 ；
該差動增幅手段と該第 1 の電圧源を接繞する電源供給線 ； 該差動增幅手段と該第 2 の電圧源を接繞する電源帰線 ； 該電源供給線に挿入され、 スィ ツチング要素をもつ第 1 の電 流供給回路 ； および、
該電源帰線に挿入され、 スィ ツチング要素をもつ第 2 の電 流供袷回路 ；
を具備し、 ·
該スィ ツチング要素をもつ第 1および第 2 の電流供袷回路が オン ♦ オフ制御されるよう になっている、
電圧比較装置。
2. 該第 1および第 2 の電流供袷回路はいずれも定電流回路 を具備する、 請求の範囲第 1項記載の装置。
3. 該第 1および第 2 の電流供袷回路におけるスィ ッチング 要素は ト ラ ンジスタから成る、 請求の範囲第 1項記載の装置 4. 該第 1 および第 2の電流供給回路におけるスィ ツチング 要素は ト ラ ンジスタから成る、 請求の範囲第 2項記載の装置
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