JP3047828B2 - Comparator circuit - Google Patents
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- Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明はコンパレータ回路に
関する。The present invention relates to a comparator circuit.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のMOSトランジスタにより構成さ
れるコンパレータ回路の例としては、例えば、特開平5
ー206756号公報に開示されている1例がある。当
該従来例の回路図が図4に示されており、差動チョッパ
型比較器を構成するスイッチ26、27、30、31、
容量28、29、PMOSトランジスタ32、33、N
MOSトランジスタ34、35および定電流源36と、
オフセット補正回路を構成するPMOSトランジスタ3
7、38、スイッチ39、40、NMOSトランジスタ
41、42および容量43、44と、ストローブラッチ
回路を構成するPMOSトランジスタ47、49、50
およびNMOSトランジスタ45、46、48、51、
52とを備えて構成される。また、図2は、スイッチ2
6、27、30、31、39および40を切替制御する
制御信号φの動作タイミング図であり、制御信号φが
“H”レベルのタイミングT1 およびT3 はリセット動
作状態に対応し、“L”レベルのタイミングT2 は比較
動作状態に対応している。2. Description of the Related Art As an example of a conventional comparator circuit composed of MOS transistors, see, for example,
-206756 discloses one example. A circuit diagram of the conventional example is shown in FIG. 4, and switches 26, 27, 30, 31, and 26 constituting a differential chopper type comparator are illustrated.
Capacitors 28, 29, PMOS transistors 32, 33, N
MOS transistors 34 and 35 and a constant current source 36;
PMOS transistor 3 constituting an offset correction circuit
7, 38, switches 39 and 40, NMOS transistors 41 and 42, capacitors 43 and 44, and PMOS transistors 47, 49 and 50 forming a strobe latch circuit.
And NMOS transistors 45, 46, 48, 51,
52. Also, FIG.
6 is an operation timing chart of a control signal φ for switching control of 6, 27, 30, 31, 39, and 40. Timings T 1 and T 3 at which the control signal φ is at “H” level correspond to the reset operation state and “L”. "the timing T 2 of the level corresponding to a comparison operation state.
【0003】図4において、外部から入力される差動入
力電圧Vin + およびVin - と、差動基準入力電圧Vref
+ およびVref - は、これらの差動入力の一方を、制御
信号φにより選択出力するスイッチ26および27に入
力される。即ち、スイッチ26には、差動入力電圧Vin
+ および差動基準入力電圧Vref + が入力されており、
スイッチ27には、差動入力電圧Vin - および差動基準
入力電圧Vref - が入力されている。当該コンパレータ
回路がリセット動作期間(タイミングT1 およびT3 )
にある間においては、図2に示されるように、制御信号
φは“H”レベルで入力されている。このリセット動作
期間においては、“H”レベルの制御信号φの入力を受
けて、スイッチ26および27の切替作用により、差動
入力電圧Vin + およびVin - が選択出力される。同時
に、スイッチ30および31は、“H”レベルの制御信
号φにより制御されて「接」の状態となり、NMOSト
ランジスタ34および35のドレインは、それぞれのゲ
ートに接続される。そして、スイッチ39および40も
「接」の状態となる。[0003] In FIG 4, the differential input voltage is input from an external V in + and V in - a differential reference input voltage V ref
+ And V ref - are input to switches 26 and 27 which selectively output one of these differential inputs by a control signal φ. In other words, the switch 26, the differential input voltage V in
+ And the differential reference input voltage V ref + are input,
The switch 27, the differential input voltage V in - and differential reference input voltage V ref - is entered. The comparator circuit is in a reset operation period (timing T 1 and T 3 )
, The control signal φ is input at the “H” level as shown in FIG. In the reset operation period, "H" in response to the input of the level of the control signal phi, the switching action of switches 26 and 27, the differential input voltage V in + and V in - is selectively outputted. At the same time, switches 30 and 31 are controlled by “H” level control signal φ to be in “contact” state, and the drains of NMOS transistors 34 and 35 are connected to their respective gates. Then, the switches 39 and 40 are also in the "contact" state.
【0004】スイッチ26および27により選択出力さ
れた差動入力電圧Vin + およびVin - は、それぞれ容量
28および29によるサンプリング作用を介して、対応
するNMOSトランジスタ34および35のゲートに入
力される。また、NMOSトランジスタ34、35、4
1および42がダイオード接続されることにより、NM
OSトランジスタ34および35のしきい値電圧の不整
合により発生するオフセット電圧は、PMOSトランジ
スタ32、33、37および38により構成されるカレ
ントミラー回路を経由して、容量43および44に印加
され、オフセット電圧に対応する電荷が蓄積されること
により当該容量43および44に保持される。なお、こ
のリセット動作期間においては、制御信号φが“H”レ
ベルとなるために、PMOSトランジスタ47はOFF
の状態となっており、PMOSトランジスタ49および
50と、NMOSトランジスタ45、46、48、51
および52を含むストローブラッチ回路に対しては電源
電圧VDDが供給されず、従って、ストローブラッチ回路
としての動作は行われない。[0004] The differential input is selectively output by the switch 26 and 27 the voltage V in + and V in - are inputted via the sampling action by capacitor 28 and 29, to the gate of the corresponding NMOS transistors 34 and 35 . Also, NMOS transistors 34, 35, 4
1 and 42 are diode-connected, so that NM
The offset voltage generated by the mismatch between the threshold voltages of the OS transistors 34 and 35 is applied to the capacitors 43 and 44 via the current mirror circuit constituted by the PMOS transistors 32, 33, 37 and 38, The charge corresponding to the voltage is stored in the capacitors 43 and 44 by being stored. Note that during this reset operation period, the PMOS transistor 47 is turned off because the control signal φ is at “H” level.
And PMOS transistors 49 and 50 and NMOS transistors 45, 46, 48 and 51
The power supply voltage V DD is not supplied to the strobe latch circuit including the strobe latch circuit 52 and the strobe latch circuit 52. Therefore, the strobe latch circuit does not operate.
【0005】次に、コンパレータ回路の比較動作期間に
おいては、図2に示されるように、制御信号φが“L”
レベルで入力される。この比較動作期間においては、
“L”レベルの制御信号φの入力を受けて、スイッチ2
6および27の切替作用により、差動入力基準電圧V
ref + およびVref - が選択出力され、それぞれ容量2
8および29を介して、対応するNMOSトランジスタ
34および35のゲートに入力される。この場合には、
スイッチ30、31、39および40は「断」の状態と
なっており、容量43および44の一端が、それぞれN
MOSトランジスタ41および42のゲートのみに接続
される状態となっているために、上述のリセット動作期
間において、容量43および44に蓄積されていた電荷
は変化することなくそのまま保持されている。従って、
NMOSトランジスタ34および35のゲート端子間に
対しては、前記入力電圧Vinと入力基準電圧Vref の差
電圧が印加される。この結果、当該差電圧入力に対応す
る電流がPMOSトランジスタ32および33に流れ、
更に、PMOSトランジスタ37およびNMOSトラン
ジスタ41により構成されるオフセット補償されたイン
バータ回路と、同じくPMOSトランジスタ38および
NMOSトランジスタ42により構成されるオフセット
補償されたインバータ回路により増幅されて出力され
る。これらのインバータ回路の増幅出力は、NMOSト
ランジスタ45および46のゲートに入力されて増幅さ
れ、前記ストローブラッチ回路に対する駆動が行われ
て、PMOSトランジスタ49のドレインからは負の出
力電圧Vout - か出力され、またPMOSトランジスタ
50のドレインからは正の出力電圧Vout + が出力され
る。Next, during the comparison operation period of the comparator circuit, as shown in FIG.
Entered by level. During this comparison operation period,
When the control signal φ of “L” level is input, the switch 2
6 and 27, the differential input reference voltage V
ref + and V ref - are selected and output, and each has a capacitance of 2
Input to the gates of the corresponding NMOS transistors 34 and 35 via 8 and 29. In this case,
The switches 30, 31, 39, and 40 are in the "OFF" state, and one ends of the capacitors 43 and 44 are connected to N
Since the connection is made only to the gates of the MOS transistors 41 and 42, the electric charges accumulated in the capacitors 43 and 44 are held without change during the above-described reset operation period. Therefore,
For the gate terminals of the NMOS transistors 34 and 35, the differential voltage between the input voltage V in and the input reference voltage V ref is applied. As a result, a current corresponding to the difference voltage input flows through the PMOS transistors 32 and 33,
Further, the signal is amplified and output by an offset-compensated inverter circuit constituted by the PMOS transistor 37 and the NMOS transistor 41 and an offset-compensated inverter circuit similarly constituted by the PMOS transistor 38 and the NMOS transistor 42. Amplified output of the inverter circuit is amplified and input to the gate of the NMOS transistors 45 and 46, are driven performed with respect to the strobe latch circuit, negative output voltage V out from the drain of the PMOS transistor 49 - or Output A positive output voltage V out + is output from the drain of the PMOS transistor 50.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のコンパ
レータ回路においては、リセット動作期間および比較動
作期間に対応して、差動入力電圧Vin + /Vin - と差動
基準入力電圧Vref + /Vref - の切替え、ならびに回
路切替え等を含むスイッチ類を除き、定電流源をトラン
ジスタ1個とカウントして、MOSトランジスタの数量
が17個と多くを必要としている。特に、コンパレータ
回路の場合には、その応用面は種々あるものの、例え
ば、A/D変換器用集積回路などのコンパレータ回路を
数多く使用する半導体集積回路においては、素子数の増
加は半導体チップ面積の増大を意味しており、高集積度
を阻害するという欠点がある。In [0008] Conventional comparator circuit described above, in response to the reset operation period and the comparison period, the differential input voltage V in + / V in - a differential reference input voltage V ref + / V ref - switching, as well except for switches including a circuit switch or the like, a constant current source by counting one transistor, the number of MOS transistors is in need of 17 and more. In particular, in the case of a comparator circuit, although there are various application aspects, for example, in a semiconductor integrated circuit using a large number of comparator circuits such as an integrated circuit for an A / D converter, the increase in the number of elements increases the area of the semiconductor chip. And there is a drawback that high integration is hindered.
【0007】また、コンパレータ回路を多用する半導体
集積回路における素子数の増大に伴ない半導体チップの
製造コストが上昇するとともに、歩留りが低下するとい
う製造上の欠点がある。In addition, there is a manufacturing defect that the manufacturing cost of a semiconductor chip increases with the increase in the number of elements in a semiconductor integrated circuit that frequently uses a comparator circuit, and the yield decreases.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明のコンパレータ回
路は、一端に制御信号がリセット動作期間で第1の入力
電圧が印加され、前記制御信号が比較動作期間で第1の
基準電圧が入力される第1の容量と、一端に前記制御信
号が前記リセット動作期間で第2の入力電圧が印加さ
れ、前記制御信号が前記比較動作期間で第2の基準電圧
が入力される第2の容量と、前記第1の容量の他端が第
1の入力端子に接続され、前記第2の容量の他端が第2
の入力端子に接続され、前記第1の入力電圧と前記第1
の基準電圧との差電圧と、前記第2の入力電圧と前記第
2の基準電圧との差電圧とを比較し、第1の出力信号と
第2の出力信号を出力する差動増幅器とを含む比較手段
と、一端が前記第1の出力信号が印加される第3の入力
端子に接続された第3の容量と、一端が前記第2の出力
信号が印加される第4の入力端子に接続された第4の容
量と、ゲートが前記第3の容量の他端に接続され、ドレ
インが前記第1の出力信号と前記第2の出力信号との差
信号を増幅して生成された第1の増幅信号が出力される
第1の出力端子に接続された第1のトランジスタと、ゲ
ートが前記第4の容量の他端に接続され、ドレインが前
記第1の出力信号と前記第2の出力信号との差信号を増
幅して生成された第2の増幅信号が出力される第2の出
力端子に接続され前記第1のトランジスタと差動対を構
成する第2のトランジスタと、前記第3の入力端子と前
記第2の出力端子間に接続され、前記制御信号に従って
前記リセット動作期間で非導通となり前記比較動作期間
で道通する第1のスイッチ手段と、前記第4の入力端子
と前記第1の出力端子間に接続され、前記制御信号に従
って前記リセット動作期間で非導通となり前記比較動作
期間で道通する第2のスイッチ手段とを含む差動増幅手
段と、を備えている。A comparator circuit according to the present invention has a control signal at one end which is supplied to a first input terminal during a reset operation period.
Voltage is applied, and the control signal is set to a first voltage during a comparison operation period.
A first capacitor to which a reference voltage is input;
The second input voltage is applied during the reset operation period.
Wherein the control signal is a second reference voltage during the comparison operation period.
And the other end of the first capacitor is connected to the second capacitor.
1 input terminal, and the other end of the second capacitor is connected to the second input terminal.
Are connected to the first input voltage and the first input voltage.
A difference voltage from the reference voltage, the second input voltage and the second
The first output signal is compared with the difference voltage between the first output signal and the reference voltage.
Comparing means including a differential amplifier for outputting a second output signal
And a third input to which one end is applied with the first output signal.
A third capacitor connected to a terminal, and one end connected to the second output
A fourth capacitor connected to a fourth input terminal to which a signal is applied
And a gate connected to the other end of the third capacitor,
Is the difference between the first output signal and the second output signal.
A first amplified signal generated by amplifying the signal is output
A first transistor connected to the first output terminal;
Is connected to the other end of the fourth capacitor, and the drain is
The difference signal between the first output signal and the second output signal is increased.
A second output in which a second amplified signal generated by the width is output;
And a differential pair connected to the first terminal and the first transistor.
A second transistor to be formed, and a third transistor connected to the third input terminal.
Connected between the second output terminals according to the control signal.
Becomes non-conductive during the reset operation period and the comparison operation period
First switch means for communicating with the fourth input terminal
And the first output terminal, and is connected to the control signal.
The non-conductive state during the reset operation period.
Amplifying means including second switch means passing through the period.
And a step .
【0009】[0009]
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】次に、本発明について図面を参照
して説明する。Next, the present invention will be described with reference to the drawings.
【0011】図1は本発明の第1の実施形態を示す回路
図である。図1に示されるように、本実施形態は、全差
動チョッパ型比較器を構成するスイッチ1、2、7、
8、容量3、4、PMOSトランジスタ5、6、定電流
源9、NMOSトランジスタ20、21と、全差動型増
幅回路を構成するPMOSトランジスタ10、11、N
MOSトランジスタ12、13、16、17、スイッチ
14、15、容量18、19および定電流源22とを備
えて構成されており、NMOSトランジスタ12および
13は、比較動作期間において、当該全差動型増幅回路
がラッチ動作を行うように、回路接続変更を行うための
スイッチとして機能している。また、図2は、スイッチ
1、2、7、8、14および15を切替制御する制御信
号φの動作タイミング図であり、前述の従来例の場合と
同様に、制御信号φが“H”レベルのタイミングT1 お
よびT3 はリセット動作期間に対応し、“L”レベルの
タイミングT2 は比較動作期間に対応している。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, switches 1, 2, 7, and
8, capacitances 3, 4, PMOS transistors 5, 6, constant current source 9, NMOS transistors 20, 21, and PMOS transistors 10, 11, N constituting a fully differential amplifier circuit
MOS transistors 12, 13, 16, 17, switches 14, 15, capacitors 18, 19, and a constant current source 22. The NMOS transistors 12 and 13 are fully differential type during the comparison operation period. It functions as a switch for changing circuit connection so that the amplifier circuit performs a latch operation. FIG. 2 is an operation timing diagram of a control signal φ for controlling the switching of the switches 1, 2, 7, 8, 14, and 15. As in the case of the above-described conventional example, the control signal φ is at the “H” level. The timings T 1 and T 3 correspond to the reset operation period, and the “L” level timing T 2 corresponds to the comparison operation period.
【0012】図1において、従来例の場合と同様に、外
部から入力される差動入力電圧Vin + およびVin - と、
差動入力基準電圧Vref + およびVref - は、これらの
差動入力の一方を、制御信号φにより選択出力するスイ
ッチ1および2に入力される。当該コンパレータ回路が
リセット動作期間(タイミングT1 およびT3 )にある
間においては、図2に示されるように、制御信号φは
“H”レベルで入力される。このリセット動作期間にお
いては、“H”レベルの制御信号φの入力を受けて、ス
イッチ1および2の切替作用により、差動入力電圧Vin
+ およびVin - が選択出力される。同時に、スイッチ7
および8は、“H”レベルの制御信号φにより制御され
て「接」の状態となり、PMOSトランジスタ5および
6のドレインは、それぞれのゲートに接続される。そし
て、スイッチ14および15も「接」の状態となる。[0012] In FIG. 1, as in the conventional example, the differential input voltage V in + and V in is input from the outside - and,
The differential input reference voltages V ref + and V ref - are input to switches 1 and 2 which selectively output one of these differential inputs by a control signal φ. While the comparator circuit is in the reset operation period (timing T 1 and T 3 ), the control signal φ is input at “H” level as shown in FIG. In the reset operation period, it receives the "H" input level of the control signal phi, the switching action of the switch 1 and 2, the differential input voltage V in
+ And V in - are selectively output. At the same time, switch 7
And 8 are controlled by an “H” level control signal φ to be in “contact” state, and the drains of the PMOS transistors 5 and 6 are connected to their respective gates. Then, the switches 14 and 15 are also in the “contact” state.
【0013】スイッチ1および2により選択出力された
差動入力電圧Vin + およびVin - は、それぞれ容量3お
よび4によるサンプリング作用を介して、対応するNM
OSトランジスタ5および6のゲートに入力される。ま
た、「接」の状態となっているスイッチ7および8を介
して、PMOSトランジスタ5および6はダイオード接
続される状態となり、同様に、「接」の状態となるスイ
ッチ14および15を介して、NMOSトランジスタ1
6よび17もダイオード接続される状態となる。これに
より、PMOSトランジスタ5および6のしきい値電圧
の不整合により発生するオフセット電圧は、それぞれ容
量3および4に印加されて、当該オフセット電圧に対応
する電荷が蓄積されて保持される。同様に、NMOSト
ランジスタ16および17のしきい値電圧の不整合によ
り発生するオフセット電圧は、それぞれ容量18および
19に印加されて、当該オフセット電圧に対応する電荷
が蓄積されて保持される。なお、このリセット動作期間
においては、スイッチとして機能するNMOSトランジ
スタ12および13に対しては、それぞれのゲートに制
御信号φの反転信号φ* が入力されており、これによ
り、これらのNMOSトランジスタ12および13はO
FFの状態となっている。[0013] The differential input is selectively output by the switch 1 and 2 voltage V in + and V in - via respective sampling action by capacitor 3 and 4, the corresponding NM
Input to the gates of OS transistors 5 and 6. In addition, the PMOS transistors 5 and 6 are diode-connected via the switches 7 and 8 which are in the “contact” state, and similarly, via the switches 14 and 15 which are in the “contact” state, NMOS transistor 1
6 and 17 are also diode-connected. As a result, the offset voltage generated by the mismatch between the threshold voltages of the PMOS transistors 5 and 6 is applied to the capacitors 3 and 4, respectively, and the charges corresponding to the offset voltages are accumulated and held. Similarly, an offset voltage generated due to a mismatch between the threshold voltages of the NMOS transistors 16 and 17 is applied to the capacitors 18 and 19, respectively, and charges corresponding to the offset voltages are accumulated and held. Note that during this reset operation period, the inverted signal φ * of the control signal φ is input to the respective gates of the NMOS transistors 12 and 13 functioning as switches, whereby the NMOS transistors 12 and 13 function as switches. 13 is O
The state is FF.
【0014】次に、コンパレータ回路の比較動作期間に
おいては、図2に示されるように、制御信号φが“L”
レベルで入力される。この比較動作期間においては、
“L”レベルの制御信号φの入力を受けて、スイッチ1
および2の切替作用により、差動基準入力電圧Vref +
およびVref - が選択出力され、それぞれ容量3および
4を介して、対応するPMOSトランジスタ5および6
のゲートに入力される。この場合には、スイッチ7、
8、14および15は「断」の状態となっており、容量
3および4の一端が、それぞれPMOSトランジスタ5
および6のゲートのみに接続される状態となり、これに
より、これらの容量3および4に蓄積されている電荷は
変化することなく、従って、PMOSトランジスタ5お
よび6のゲート間には、基準入力電圧Vref + と基準入
力電圧Vref - の差電圧が印加される。この結果、当該
差電圧に対応して、PMOSトランジスタ5および6に
流れる電流が、それぞれダイオード接続されるNMOS
トランジスタ20および21を通して接地点に流れる。
この場合には、制御信号φの反転信号φ* が“H”レベ
ルとなっているため、スイッチとして機能するNMOS
トランジスタ12および13は共にONの状態となり、
これにより、前記全差動型増幅回路が、PMOSトラン
ジスタ10および11を負荷とする、オフセット補償さ
れたストローブラッチ回路として機能する回路構成とな
り、ラッチ動作が行われて、ダイオード接続のPMOS
トランジスタ10のドレインからは正の出力電圧Vout
+ が出力され、また同じくダイオード接続のPMOSト
ランジスタ11のドレインからは負の出力電圧Vout -
が出力される。Next, during the comparison operation period of the comparator circuit, as shown in FIG. 2, the control signal .phi.
Entered by level. During this comparison operation period,
When the control signal φ of “L” level is input, the switch 1
And 2, the differential reference input voltage V ref +
And V ref - are selected and output, and via the capacitors 3 and 4, respectively, the corresponding PMOS transistors 5 and 6
Input to the gate. In this case, switch 7,
8, 14 and 15 are in the "OFF" state, and one ends of the capacitors 3 and 4 are connected to the PMOS transistors 5 and 5, respectively.
6 is connected to only the gates of the PMOS transistors 5 and 6, so that the charges stored in these capacitors 3 and 4 do not change. Therefore, the reference input voltage V ref + a reference input voltage V ref - difference voltage is applied. As a result, corresponding to the difference voltage, the current flowing through the PMOS transistors 5 and 6 is changed by the diode-connected NMOS
It flows through transistors 20 and 21 to ground.
In this case, since the inverted signal φ * of the control signal φ is at the “H” level, the NMOS functioning as a switch
Transistors 12 and 13 are both turned on,
As a result, the fully differential amplifier circuit has a circuit configuration functioning as an offset-compensated strobe latch circuit using the PMOS transistors 10 and 11 as loads, and a latch operation is performed to enable diode-connected PMOS.
From the drain of the transistor 10, a positive output voltage V out
+ It is output, and a negative output voltage V out from the same drain of the PMOS transistor 11 of diode-connected -
Is output.
【0015】以上のように、本実施形態は、従来回路と
略々同等の処理速度と高精度動作機能とを保持しつつ、
スイッチを除く使用MOSトランジスタの数量が、定電
流源をトランジスタ1個とカウントして12個にて収ま
り、その個数が大幅に削減される。また、消費電流につ
いては、比較動作期間においては、ストローブラッチ回
路は、ラッチ動作状態に入るために、NMOSトランジ
スタ16および17の動作状態としては、深く動作状態
となるか、または非動作状態となるかの何れかの動作状
態となり、これらのNMOSトランジスタ16および1
7の両者ともに、三極管領域において動作する状態とな
る。従って、定電流源22の端子電圧が低下し、当該定
電流源22を構成しているMOSトランジスタ(図示さ
れない)のドレイン・ソース間電圧が小さくなり、結果
的に定電流源22の電流値は大幅に減少する。このため
に、当該比較動作期間においては、消費電流の電流値
は、定電流源9により決まる値のみとなり、低消費電力
化を実現することが可能となる。As described above, the present embodiment maintains the processing speed and the high-precision operation function substantially equal to those of the conventional circuit,
The number of MOS transistors to be used, excluding the switches, can be reduced to 12 by counting the constant current source as one transistor, and the number is greatly reduced. Regarding the current consumption, during the comparison operation period, the strobe latch circuit enters the latch operation state, so that the operation state of the NMOS transistors 16 and 17 becomes deep or non-operational. Of the NMOS transistors 16 and 1
In both cases, the device operates in the triode region. Therefore, the terminal voltage of the constant current source 22 decreases, and the drain-source voltage of the MOS transistor (not shown) constituting the constant current source 22 decreases. As a result, the current value of the constant current source 22 becomes Dramatically reduced. For this reason, in the comparison operation period, the current value of the consumed current is only the value determined by the constant current source 9, and it is possible to realize low power consumption.
【0016】次に、本発明の第2の実施形態について説
明する。図3は当該第2の実施形態を示す回路図であ
る。図3に示されるように、本実施形態は、全差動チョ
ッパ型比較器を構成するスイッチ1、2、7、8、容量
3、4、PMOSトランジスタ5、6、定電流源9およ
びNMOSトランジスタ12、13、20、21と、全
差動型増幅回路を構成するPMOSトランジスタ10、
11、23〜25、NMOSトランジスタ16、17、
スイッチ14、15、容量18、19および定電流源2
2とを備えて構成されており、NMOSトランジスタ1
2および13は、第1の実施形態の場合と同様に、比較
動作期間において、当該全差動型増幅回路がラッチ動作
を行うように、回路接続変更を行うためのスイッチとし
て機能している。図1との対比により明らかなように、
本実施形態においては、新たに、PMOSトランジスタ
23〜25が付加されており、前述の第1の実施形態に
おけるストローブラッチ回路の負荷を形成するPMOS
トランジスタ10および11の代わりに、PMOSトラ
ンジスタ10、11、23、24および25により負荷
を形成している点に差異がある。この場合においては、
PMOSトランジスタ23および25のゲート電極が共
に接地されているので、三極管領域において動作する状
態となる。またPMOSトランジスタ24は、制御信号
φおよびその反転信号φ* によりON/OFF制御され
る。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a circuit diagram showing the second embodiment. As shown in FIG. 3, in the present embodiment, the switches 1, 2, 7, 8, the capacitors 3, 4, the PMOS transistors 5, 6, the constant current source 9, and the NMOS transistor which constitute the fully differential chopper type comparator 12, 13, 20, 21 and a PMOS transistor 10, which constitutes a fully differential amplifier circuit,
11, 23 to 25, NMOS transistors 16, 17,
Switches 14, 15, Capacities 18, 19 and Constant Current Source 2
2 and an NMOS transistor 1
Similarly to the first embodiment, the switches 2 and 13 function as switches for changing the circuit connection so that the fully differential amplifier circuit performs the latch operation during the comparison operation period. As is clear from the comparison with FIG.
In the present embodiment, PMOS transistors 23 to 25 are newly added, and the PMOS transistors forming the load of the strobe latch circuit in the first embodiment described above.
There is a difference in that a load is formed by PMOS transistors 10, 11, 23, 24 and 25 instead of transistors 10 and 11. In this case,
Since the gate electrodes of the PMOS transistors 23 and 25 are both grounded, they operate in the triode region. The PMOS transistor 24 is ON / OFF controlled by a control signal φ and its inverted signal φ * .
【0017】図3において、従来例および第1の実施形
態の場合と同様に、外部から入力される差動入力電圧V
in + およびVin - と、差動基準入力電圧Vref + および
Vref - は、これらの差動入力の一方を、制御信号φに
より選択出力するスイッチ1および2に入力される。当
該コンパレータ回路がリセット動作期間(図2のタイミ
ングT1 およびT3 )にある間においては、制御信号φ
は“H”レベルで入力される。この期間においては、
“H”レベルの制御信号φの入力を受けて、スイッチ1
および2の切替作用により、差動入力電圧Vin + および
Vin - が選択出力される。同時に、スイッチ7および8
は、“H”レベルの制御信号φにより制御されて「接」
の状態となり、PMOSトランジスタ5および6はそれ
ぞれダイオード接続され、同様に、スイッチ14および
15も「接」の状態となって、NMOSトランジスタ1
6および17はそれぞれダイオード接続される。In FIG. 3, similarly to the conventional example and the first embodiment, the differential input voltage V
in + and V in - and the differential reference input voltages V ref + and V ref - are input to switches 1 and 2 that selectively output one of these differential inputs by a control signal φ. While the comparator circuit is in the reset operation period (timing T 1 and T 3 in FIG. 2), the control signal φ
Is input at "H" level. During this period,
In response to the input of the control signal φ of “H” level, the switch 1
And the second switch action, the differential input voltage V in + and V in - is selectively outputted. At the same time, switches 7 and 8
Is controlled by an “H” level control signal φ to
And the PMOS transistors 5 and 6 are diode-connected, respectively, and the switches 14 and 15 are also in the "contact" state.
6 and 17 are each diode-connected.
【0018】選択出力された差動入力電圧Vin + および
Vin - は、それぞれ容量3および4によるサンプリング
作用を介して、NMOSトランジスタ5および6のゲー
トに入力される。その際、PMOSトランジスタ5およ
び6のしきい値電圧の不整合により発生するオフセット
電圧は、それぞれ容量3および4に印加されて、当該オ
フセット電圧に対応する電荷が蓄積されて保持される。
同様に、NMOSトランジスタ16および17のしきい
値電圧の不整合により発生するオフセット電圧は、それ
ぞれ容量18および19に印加されて、当該オフセット
電圧に対応する電荷が蓄積されて保持される。なお、こ
のリセット動作期間においては、制御信号φの反転信号
φ* が“L”レベルであるために、NMOSトランジス
タ12および13は、それぞれOFFの状態となってい
る。The selected output differential input voltage V in + and V in - via respective sampling action by capacitor 3 and 4 is input to the gate of the NMOS transistors 5 and 6. At this time, the offset voltage generated due to the mismatch between the threshold voltages of the PMOS transistors 5 and 6 is applied to the capacitors 3 and 4, respectively, and the charge corresponding to the offset voltage is accumulated and held.
Similarly, an offset voltage generated due to a mismatch between the threshold voltages of the NMOS transistors 16 and 17 is applied to the capacitors 18 and 19, respectively, and charges corresponding to the offset voltages are accumulated and held. During the reset operation period, since the inverted signal φ * of the control signal φ is at “L” level, the NMOS transistors 12 and 13 are in the OFF state.
【0019】次に、比較動作期間においては、“L”レ
ベルの制御信号φの入力を受けて、差動基準入力電圧V
ref + およびVref - が選択出力され、容量3および4
を介して、対応するPMOSトランジスタ5および6の
ゲートに入力される。スイッチ7、8、14および15
は「断」の状態となっており、容量3および4の一端
が、それぞれPMOSトランジスタ5および6のゲート
のみに接続され、容量3および4の蓄積電荷は変化する
ことはない。従って、前述のように、PMOSトランジ
スタ5および6のゲート間には、基準入力電圧Vref +
と基準入力電圧Vref - の差電圧が印加される。そし
て、当該差電圧に対応してPMOSトランジスタ5およ
び6に流れる電流が、ダイオード接続されるNMOSト
ランジスタ20および21を通して接地点に流れる。一
方において制御信号φの反転信号φ*が“H”レベルで
あるため、NMOSトランジスタ12および13は共に
ONの状態となり、また、PMOSトランジスタ24は
OFFの状態となる。これにより、全差動型増幅回路
は、PMOSトランジスタ10、11、23および25
を負荷とする、オフセット補償されたストローブラッチ
回路として機能する回路構成となり、ラッチ動作が行わ
れて、ダイオード接続のPMOSトランジスタ10のド
レインからは正の出力電圧Vout + が出力され、また同
じくダイオード接続のPMOSトランジスタ11のドレ
インからは負の出力電圧Vout - が出力される。なお本
実施形態においては、ストローブラッチ回路が、等価的
に二つのラッチ回路により構成されるために、コンパレ
ータ回路としての比較動作機能がより一層高速化される
という利点がある。Next, during the comparison operation period, the differential reference input voltage V
ref + and V ref - are selected and output, and capacitors 3 and 4 are output.
Are input to the gates of the corresponding PMOS transistors 5 and 6. Switches 7, 8, 14 and 15
Is in a "disconnected" state, one ends of the capacitors 3 and 4 are connected only to the gates of the PMOS transistors 5 and 6, respectively, and the charges stored in the capacitors 3 and 4 do not change. Therefore, as described above, the reference input voltage V ref + is applied between the gates of the PMOS transistors 5 and 6.
Differential voltage is applied - the reference input voltage V ref and. Then, the current flowing through the PMOS transistors 5 and 6 corresponding to the difference voltage flows to the ground through the diode-connected NMOS transistors 20 and 21. On the other hand, since the inverted signal φ * of the control signal φ is at the “H” level, both the NMOS transistors 12 and 13 are turned on, and the PMOS transistor 24 is turned off. Thus, the fully differential amplifier circuit includes the PMOS transistors 10, 11, 23, and 25.
, And performs a latch operation, performs a latch operation, outputs a positive output voltage V out + from the drain of the diode-connected PMOS transistor 10, and A negative output voltage V out - is output from the drain of the connected PMOS transistor 11. In this embodiment, since the strobe latch circuit is equivalently constituted by two latch circuits, there is an advantage that the comparison operation function as the comparator circuit is further accelerated.
【0020】以上のように、本実施形態は、従来回路よ
りも更に高速の処理速度と高精度動作機能とを保持しつ
つ、スイッチを除く使用MOSトランジスタの数量が、
定電流源をトランジスタ1個とカウントして15個に収
まり、その個数が、処理速度の向上という効果が得られ
るとともに従来例に対比して低減される。また、消費電
流については、第1の実施形態の場合と同様に、ストロ
ーブラッチ回路は、比較動作期間においては、ラッチ動
作状態に入るために、NMOSトランジスタ16および
17の動作状態としては、深く動作状態となるか、また
は非動作状態の何れかの動作状態になり、これらのNM
OSトランジスタ16および17の両者ともに、三極管
領域において動作する状態となる。従って、定電流源2
2の端子電圧が低下し、当該定電流源22を構成してい
るMOSトランジスタ(図示されない)のドレイン・ソ
ース間電圧が小さくなり、結果的に定電流源22の電流
値は大幅に低減される。このために、比較動作期間にお
いては、消費電流の電流値は、定電流源9により決まる
値のみとなり、低消費電力化を実現することが可能とな
る。As described above, according to the present embodiment, the number of MOS transistors to be used excluding the switches is reduced while maintaining a higher processing speed and a higher precision operation function than the conventional circuit.
The number of the constant current source is counted as one transistor and is within 15 transistors, and the number is reduced as compared with the conventional example while the effect of improving the processing speed is obtained. As for the current consumption, as in the first embodiment, the strobe latch circuit enters the latch operation state during the comparison operation period, so that the operation state of the NMOS transistors 16 and 17 is deeply operated. State, or in an inactive state, these NMs
Both OS transistors 16 and 17 operate in the triode region. Therefore, the constant current source 2
2, the voltage between the drain and source of the MOS transistor (not shown) constituting the constant current source 22 decreases, and as a result, the current value of the constant current source 22 is greatly reduced. . For this reason, in the comparison operation period, the current value of the consumed current is only the value determined by the constant current source 9, and it is possible to realize low power consumption.
【0021】[0021]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、リセッ
ト動作期間および比較動作期間を有するコンパレータ回
路に適用されて、差動入力電圧と差動基準入力電圧のレ
ベルを比較する全差動チョッパ型比較器と、当該全差動
チョッパ型比較器の差動出力を容量結合入力とする全差
動型増幅回路とを備え、スイッチ手段により、前記比較
動作期間においては、全差動チョッパ型比較器の正相入
力端子を正相出力端子に接続し、逆相入力端子を逆相出
力端子に接続することにより、コンパレータ回路ならび
に当該コンパレータ回路を多用する半導体集積回路の半
導体素子数を低減することが可能となり、半導体チップ
面積を圧縮することができるという効果が得られるとと
もに、更には製造上の歩留りを改善することができると
いう効果がある。As described above, the present invention is applied to a comparator circuit having a reset operation period and a comparison operation period, and compares a level of a differential input voltage with a level of a differential reference input voltage. And a fully-differential amplifying circuit having a differential output of the fully-differential chopper-type comparator as a capacitively-coupled input. By connecting the positive-phase input terminal to the positive-phase output terminal and the negative-phase input terminal to the negative-phase output terminal, the number of semiconductor elements of the comparator circuit and the semiconductor integrated circuit that uses the comparator circuit frequently is reduced. And the effect that the area of the semiconductor chip can be reduced can be obtained, and further, the yield in manufacturing can be improved.
【0022】また、前記比較動作期間においては、前記
全差動型増幅回路における実働電流値を著しく抑制する
ことが可能となり、これにより、当該コンパレータ回路
の低消費電力化を実現することができるという効果があ
る。Further, during the comparison operation period, it becomes possible to significantly suppress the actual working current value in the fully differential amplifier circuit, whereby the power consumption of the comparator circuit can be reduced. effective.
【図1】本発明の第1の実施形態を示す回路図である。FIG. 1 is a circuit diagram showing a first embodiment of the present invention.
【図2】本実施形態における制御信号のタイミング図で
ある。FIG. 2 is a timing chart of a control signal in the present embodiment.
【図3】本発明の第2の実施形態を示す回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention.
【図4】従来例を示す回路図である。FIG. 4 is a circuit diagram showing a conventional example.
1、2、7、8、14、15、26、27、30、3
1、39、40 スイッチ 3、4、18、19、28、29、43、44 容量 5、6、10、11、23〜25、32、33、37、
38、47、49、50 PMOSトランジスタ 9、22、36 定電流源 12、13、16、17、20、21、34、35、4
1、42、45、46、48、51、52 NMOS
トランジスタ1, 2, 7, 8, 14, 15, 26, 27, 30, 3,
1, 39, 40 switch 3, 4, 18, 19, 28, 29, 43, 44 capacity 5, 6, 10, 11, 23 to 25, 32, 33, 37,
38, 47, 49, 50 PMOS transistors 9, 22, 36 Constant current source 12, 13, 16, 17, 20, 21, 34, 35, 4
1, 42, 45, 46, 48, 51, 52 NMOS
Transistor
Claims (3)
1の入力電圧が印加され、前記制御信号が比較動作期間
で第1の基準電圧が入力される第1の容量と、一端に前
記制御信号が前記リセット動作期間で第2の入力電圧が
印加され、前記制御信号が前記比較動作期間で第2の基
準電圧が入力される第2の容量と、前記第1の容量の他
端が第1の入力端子に接続され、前記第2の容量の他端
が第2の入力端子に接続され、前記第1の入力電圧と前
記第1の基準電圧との差電圧と、前記第2の入力電圧と
前記第2の基準電圧との差電圧とを比較し、第1の出力
信号と第2の出力信号を出力する差動増幅器とを含む比
較手段と、 一端が前記第1の出力信号が印加される第3の入力端子
に接続された第3の容量と、一端が前記第2の出力信号
が印加される第4の入力端子に接続された第4の容量
と、ゲートが前記第3の容量の他端に接続され、ドレイ
ンが前記第1の出力信号と前記第2の出力信号との差信
号を増幅して生成された第1の増幅信号が出力される第
1の出力端子に接続された第1のトランジスタと、ゲー
トが前記第4の容量の他端に接続され、ドレインが前記
第1の出力信号と前記第2の出力信号との差信号を増幅
して生成された第2の増幅信号が出力される第2の出力
端子に接続され前記第1のトランジスタと差動対を構成
する第2のトランジスタと、前記第3の入力端子と前記
第2の出力端子間に接続され、前記制御信号に従って前
記リセット動作期間で非導通となり前記比較動作期間で
道通する第1のスイッチ手段と、前記第4の入力端子と
前記第1の出力端子間に接続され、前記制御信号に従っ
て前記リセット動作期間で非導通となり前記比較動作期
間で道通する第2のスイッチ手段とを含む差動増幅手段
と、 を備える コンパレータ回路。A control signal is applied to one end during a reset operation period.
1 input voltage is applied, and the control signal is in a comparison operation period.
And a first capacitor to which a first reference voltage is input, and
When the control signal is set to the second input voltage during the reset operation period,
And the control signal is applied to the second reference signal during the comparison operation period.
A second capacitor to which the reference voltage is input, and a second capacitor other than the first capacitor
The other end of the second capacitor is connected to a first input terminal.
Is connected to a second input terminal, and is connected to the first input voltage.
A difference voltage between the first reference voltage and the second input voltage;
Comparing the difference voltage with the second reference voltage,
Ratio including a signal and a differential amplifier that outputs a second output signal
Comparing means, and a third input terminal having one end to which the first output signal is applied.
And a third capacitor connected to the second output signal.
A fourth capacitor connected to a fourth input terminal to which is applied
And a gate connected to the other end of the third capacitor,
Is a difference signal between the first output signal and the second output signal.
The first amplified signal generated by amplifying the signal is output.
A first transistor connected to the output terminal of
Is connected to the other end of the fourth capacitor, and the drain is
Amplifying a difference signal between a first output signal and the second output signal
A second output from which a second amplified signal generated as a result is output
Connected to a terminal to form a differential pair with the first transistor
A second transistor, the third input terminal and the
Connected between the second output terminals, and connected in accordance with the control signal.
It becomes non-conductive during the reset operation period and during the comparison operation period.
A first switch means for passing therethrough, and the fourth input terminal;
Connected between the first output terminals and according to the control signal.
Becomes non-conductive during the reset operation period and the comparison operation period
Differential amplifying means including second switch means passing between them
Comparator circuit comprising a, and.
入力端子と前記制御信号に従って前記リセット動作期間
で導通し前記比較動作期間で非道通となる第5のスイッ
チ手段の一端に接続され、ドレインが前記第5のスイッ
チ手段の他端と前記第3の入力端子に接続された第3の
トランジスタと、 ゲートが前記第2の入力端子と前記制御信号に従って前
記リセット動作期間で導通し前記比較動作期間で非道通
となる第6のスイッチ手段の一端に接続され、 ドレイン
が前記第6のスイッチ手段の他端と前記第4の入力端子
に接続され前記第3のトランジスタと差動対を構成する
第4のトランジスタと、 を備える請求項1 記載のコンパレータ回路。2. The differential amplifier according to claim 1, wherein a gate of said differential amplifier is
The reset operation period according to the input terminal and the control signal
And the fifth switch becomes non-conductive during the comparison operation period.
And a drain connected to one end of the fifth switch means.
A third terminal connected to the other end of the switch means and the third input terminal.
A transistor and a gate connected to the second input terminal and the control signal in accordance with the control signal;
Conducted during the reset operation period, and turned off during the comparison operation period
It is connected to one end of the sixth switching means which is a drain
Is the other end of the sixth switch means and the fourth input terminal
To form a differential pair with the third transistor.
The comparator circuit according to claim 1 , further comprising: a fourth transistor .
トランジスタのゲートとドレイン間に接続され、前記制
御信号に従って前記リセット動作期間で導通し前記比較
動作期間で非道通となる第3のスイッチ手段と、前記第
2のトランジスタのゲートとドレイン間に接続され、前
記制御信号に従って前記リセット動作期間で導通し前記
比較動作期間で非道通となる第4のスイッチ手段と、 を備える請求項1 記載のコンパレータ回路。3. The differential amplifier according to claim 1 , wherein
Connected between the gate and drain of the transistor,
Control signal to conduct during the reset operation period, and
A third switch means that is non-conductive during an operation period;
2 connected between the gate and the drain of the transistor
Conducting during the reset operation period according to the control signal.
4. The comparator circuit according to claim 1 , further comprising: a fourth switch means that is non-conductive during the comparison operation period .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8257182A JP3047828B2 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Comparator circuit |
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JP8257182A JP3047828B2 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Comparator circuit |
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JPH10107600A JPH10107600A (en) | 1998-04-24 |
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Family Applications (1)
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JP8257182A Expired - Lifetime JP3047828B2 (en) | 1996-09-27 | 1996-09-27 | Comparator circuit |
Country Status (1)
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- 1996-09-27 JP JP8257182A patent/JP3047828B2/en not_active Expired - Lifetime
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