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JPH0797119B2 - 電圧比較回路 - Google Patents
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JPH0797119B2 - 電圧比較回路 - Google Patents

電圧比較回路

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JPH0797119B2
JPH0797119B2 JP15858389A JP15858389A JPH0797119B2 JP H0797119 B2 JPH0797119 B2 JP H0797119B2 JP 15858389 A JP15858389 A JP 15858389A JP 15858389 A JP15858389 A JP 15858389A JP H0797119 B2 JPH0797119 B2 JP H0797119B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電圧比較回路に関し、特にMOS−FETで構成され
た電圧比較回路に関する。
〔従来の技術〕
従来、さまざまな電圧比較回路が考案されているが、例
えばElectronics/June2,1982 P.144 Fig.4に記載された
電圧比較回路が考案されている。この電圧比較回路は第
6図に示したように、第1及び第2の入力端子(IN及び
▲▼)と出力端子(OUT)を具備し、第1の電源端
子(Vcc)と第2の電源端子(GND)間に直列接続された
第1及び第2のNチャネル型MOS−FET(Qi1及びQi2:iは
1以上の整数)より成り、第2のNチャネル型MOS−FET
(Qi2)のゲートを入力に、第1及び第2のNチャネル
型MOS−FET(Qi1及びQi2)の接続点()を出力とする
直列回路(直列回路i)を例えば6段、縦続接続する
(iを1〜6の整数とする)ことにより構成され、偶数
段目の直列回路(直列回路2,4,6)を構成する第1のN
チャネル型MS−FET(Q21,Q41,Q61)のゲートを第1の入
力端子(IN)に、奇数段目の直列回路(直列回路1,3,
5)を構成する第1のNチャネル型MOS−FET(Q11,Q31,Q
5)のゲートを第2の入力端子(▲▼に接続し、初
段の直列回路(直列回路1)における入力(Q12のゲー
ト)と出力()を接続すると共に、最終段の直列回路
(直列回路6)における出力()が出力端子(OUT)
に接続されて構成されている。
次に第7図も参照しながら動作の説明をする。第1の入
力端子(IN)に印加された電圧をvIN、第2の入力端子
(▲▼)に印加された電圧をv▲▼、〜の
電位をV 〜v とし、Nチャネル型MOS−FET(Q11〜Q
62)のβを(βQ11〜βQ62)、しきい値電圧をVTとする
と、各直列回路において次式が成立する。
ここで、βQ11=βQ21=βQ31=βQ41=βQ51=βQ61
びβQ12=βQ22=βQ32=βQ42=βQ52=βQ62となるよ
うに設定した場合、βQ12=βQ22より1式と2式の右辺
が等しくなり次式が成立する。
さらにβQ11=βQ21よりv は次式で与えられる。
=v +(vIN−v▲▼) ……8式 まず、vIN=v▲▼の場合8式よりv =v とな
る。さらにv =v 及びβQ12=βQ32より1式と3式
の右辺も等しくなり が成立し、さらにβQ11=βQ31よりv =v となる。
以降同様にv =v ,v =v ,v =v となる。
次にv▲▼が一定値でvINが変化した場合の動作を
説明する。v▲▼が一定値であるので1式よりvIN
が変化してもv は一定値であることがわかり、第7図
に示されている。v は8式で与えられ第7図に示
されている。v であるが、vIN>v▲▼となりv
が上昇した場合3式を満足する為にはv が下降する
必要があり、逆にvIN<v▲▼となりv が下降し
た場合3式を満足する為にはv が上昇する必要があ
る。v は第7図に示されている。同様にしてvIN
▲▼の場合v が上昇、v が下降しv が上昇
して出力端子(OUT)からハイが出力され、vIN<v
▲▼の場合v が下降、v が上昇しv が下降し
て出力端子(OUT)からロウが出力される。
〔発明が解決しようとする課題〕
上述した従来の電圧比較回路は、入力に正帰還がかかる
ので、高いインピーダンスを介して電圧比較回路の入力
に電圧を印加した場合、動作が不安定になるという欠点
がありり、以降で簡単に説明しておく。
電圧比較回路を構成しているMOS−FETには第8図に示し
たようにゲートとドレイン間及びゲートとソース間に寄
生容量(CGD及びCGS)が存在している。従って第6図に
おいて,及びと第2の入力端子(▲▼)がQ
11,Q31及びQ51のCGSで、又,及びと第1の入力端
子(IN)がQ21,Q41及びQ61のCGSで容量結合しており、
第9図に示したようにCGSのインピーダンスと同等若し
くはそれ以上の高インピーダンス(ZO及びZ )を介し
て電圧比較回路の入力(IN及び▲▼)に電圧(vO
びv )を印加した場合の動作を、第10図を参照しなが
ら説明する。第10図において、t0ではvo<v であり入
力端子(IN及び▲▼)の電圧(vIN及び
▲▼)もvO及びv に等しく、前述した動作に従
って〜の電位が決まり、出力端子(OUT)からロウ
が出力されている。次にt1でvo,v が変化して、vo>v
となり、同様にvIN,v▲▼も変化する。vIN,v
▲▼の変化に従って,及びの電位が下降を、
又,及びの電位が上昇を開始する。t2以降vO及び
は一定値となるが、遅延がある為の,及びの
電位はさらに下降を続け、,及びの電位は上昇を
続ける。ここでvOは高インピーダンス(Z )を介して
第2の入力端子(▲▼)に接続され,及びは
Q11,Q13及びQ51のCGSで第2の入力端子(▲▼)と
容量結合している為、,及びの電位の下降と共に
▲▼も引き下げられ、v 以下の電位となる。同
様にvOも高インピーダンス(ZO)を介して第1の入力端
子(IN)に接続され、,及びはQ21,Q41及びQ61
CGSで第1の入力端子(IN)と容量結合している為、
,及びの電位の上昇と共にvINも引き上げられ、v
O以上の電位となり、〜の電位はvINがv▲▼
対応した電位となり出力端子(OUT)からハイが出力さ
れる。t3で〜の電位が一旦安定するとvINはvOに等
しくなるべく下降し、v▲▼′はv に等しくなる
べく上昇する。ここで〜の電位はvIN=vO及びv
▲▼=v に対応する電位になるべく、,及び
の電位は僅かに上昇し、,及びの電位は僅かに
下降する。この時Q11,Q31及びQ51のCGSによりv
▲▼が引き上げられると共に、Q21,Q41及びQ61のC
GSによりvINが引き下げられて、従って,及びの
電位はさらに上昇し、,及びの電位はさらに下降
する。この為、t4でvINはvO以下に引き下げられ、v
▲▼はv 以上に引き上げられて、出力端子(OU
T)の信号がハイから再びロウに反転してしまう。t5
〜の電位が一旦安定すると、vINはvOに等しくなる
べく上昇し、v▲▼はv に等しくなるべく下降
し、vIN及びv▲▼に対応して〜の電位も変動
する。t5以降、前述したt2〜t5の動作を繰り返し、出力
が安定するまでに長い時間を要するか、若しくは発振状
態となり出力が定まらなくなるという欠点がある。
つまり、第6図に示した従来の電圧比較回路ではQ11,Q
21,Q31,Q41,Q51及びQ61のCGSが正帰還容量として動作す
る為、動作が非常に不安定になっている。
〔発明の従来技術に対する相違点〕
上述した従来の電圧比較回路に対し、本発明は高インピ
ーダンスを介して入力に電圧を印加した場合でも安定に
動作するという相違的を有する。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の電圧比較回路は第1及び第2の入力端子と出力
端子を具備し第1の電源端子と第2の電源端子間に直列
接続された第1及び第2のMOS−FETより成り、第2のMO
S−FETのゲートを入力し、第1及び第2のMOS−FETの接
続点を出力とする直列回路を複数段縦続接続することに
より構成され、偶数段目の直列回路を構成する第1のMO
S−FETのゲートを第1の入力端子に、奇数段目の直列回
路を構成する第1のMOS−FETのゲートを第2の入力端子
に接続し、初段の直列回路における入力と出力を接続す
ると共に、最終段の直列回路における出力が出力端子に
接続されている電圧比較回路において、偶数段目の直列
回路における出力と第2の入力端子間及び奇数段目の直
列回路における出力と第1の入力端子間に接続された容
量素子を有している。
〔実施例〕 次に、本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示す回路図であり、第
1及び第2の入力端子(IN及び▲▼)と出力端子
(OUT)を具備し、第1の電源端子(Vcc)と第2の電源
端子(GND)間に直列接続された第1及び第2のNチャ
ネル型MOS−FET(Qi1及びQi2:iは1以上の整数)より成
り、第2のNチャネル型MOS−FET(Qi2)のゲートを入
力に、第1及び第2のNチャネル型MOS−FET(Qi1及びQ
i2)接続点()を出力とする直列回路(直列回路i)
を例えば6段縦続接続する(iを1〜6の整数とする)
ことにより構成され、偶数段目の直列回路(直列回路2,
4,6)を構成する第1のNチャネル型MOS−FET(Q21,
Q41,Q61)のゲートを第1の入力端子(IN)に、奇数段
目の直列回路(直列回路1,3,5)を構成する第1のNチ
ャネル型MOS−FET(Q11,Q31,Q51)のゲートを第2の入
力端子(▲▼)に接続し、初段の直列回路(直列回
路1)における入力(Q12のゲート)と出力()を接
続すると共に、最終段の直列回路(直列回路6)におけ
る出力()が出力端子(OUT)に接続されている電圧
比較回路において、偶数段目の直列回路(直列回路2,4,
6)における出力(,及び)と第2の入力端子
(▲▼)間及び奇数段目の直列回路(直列回路1,3,
5)における出力(,及び)と第1の入力端子(I
N)間に容量素子(C1,C2,C3,C4,C5及びC6)が接続され
ている。
次に動作の説明をするが、直流動作に関しては前述した
従来の実施例(第6図及び第7図)の場合と全く同様で
あるのでここでの説明は省略し、第9図に示したように
CGSのインピーダンスと同等若しくはそれ以上の高イン
ピーダンス(ZO及びZ )を介して電圧比較回路の入力
(IN及び▲▼)に電圧(vO及びv )を印加した場
合の動作を第2図も参照しながら説明する。t0ではvO
であり入力端子(IN及び▲▼)の電圧(vIN
びv▲▼)も、vO及びv に等しく、前述した動作
に従って〜の電位が決まり、出力端子(OUT)から
ロウが出力されている。次にt1でvO,v が変化している
vO>v となり、vIN,v▲▼も追従して変化する。v
IN,v▲▼の変化に従って,及びの電位が下降
を、又は,及びの電位が上昇を開始する。ここで
容量素子(C1,C2,C3,C4,C5及びC6)の値をQ11,Q21,Q31,
Q41,Q51及びQ61のCGSと同程度の値に設定した場合、
,及び電位が下降するのでQ11,Q31及びQ51のCGS
によりv▲▼が引き下げられるが、同時に,及
びの電位が上昇するのでC2,C4及びC6によりv
▲▼が引き上げられるので、Q11,Q31及びQ51のCGS
によるv▲▼の下降をC2,C4及びC6でキャンセルす
ることができる。全く同様に、,及びの電位が上
昇するのでQ21,Q41及びQ61のCGSによりvINが引き上げら
れるが、同時に,及びの電位が下降するのでC1,C
3及びC5によりvINが引き下げられるのでQ21,Q41及びQ61
のCGSによるvINの上昇をC1,C3及びC5でキャンセルする
ことができ、t2で〜の電位が定まると共にvIN及び
▲▼がvO及びv と等しい値となって、出力端子
(OUT)から安定にハイが出力される。つまり、非常に
高いインピーダンスを介して入力(IN,▲▼)に電
圧(vO,v )を印加した場合でもvIN及びv▲▼
〜の電位の変化に依存せずvO及びv だけで決まる
為、非常に安定に動作する。
以上、第1図に示した本発明の第1の実施例では直列回
路を6段縦続接続することにより構成された電圧比較回
路の説明をしたが、直列回路を2段以上縦続接続するこ
とにより構成された電圧比較回路においても、同様の動
作をすることは明らかであり、ここでは説明を省略す
る。
第3図は本発明の第2の実施例を示す回路図であり、第
1図に示した容量素子(C1,C2,C3,C4,C5及びC6)かわり
に、偶数段目の直列回路(直列回路2,4,6)における出
力(,,)にソースが、第2の入力端子(▲
▼)にゲートが接続されたNチャネル型MOS−FET(Q23,
Q43,Q63)と、奇数段目の直列回路(直列回路1,3,5)に
おける出力(,,)にソースが、第1の入力端子
(IN)にゲートが接続されたNチャネル型MOS−FET(Q
13,Q33,Q53)を接続することにより構成されている。第
3図に示した第2の実施例では、第1図に示した容量素
子(C1,C2,C3,C4,C5及びC6)のかわりに直列回路を構成
している第1のNチャネル型MOS−FET(Q11,Q21,Q31,Q
41,Q51及びQ61)と同様のNチャネル型MOS−FET(Q13,Q
23,Q33,Q43,Q53及びQ63)のゲート容量を用いている
為、正帰還容量(Q13,Q23,Q33,Q43,Q53及びQ63のCGS
に等しい容量を容易に設定できるという利点もある。例
えばNチャネル型MOS−FET(Q13,Q23,Q33,Q43,Q53及びQ
63)の〔チャンネル長(L)×チャンネル幅(W)〕
を、直列回路を構成する第7Nチャネル型MOS−FET(Q11,
Q21,Q31,Q41,Q51及びQ61)の〔チャンネル長(L)×チ
ャンネル幅(W)〕の1/2〜2/3に設定するだけで正帰還
容量〔Q13,Q23,Q33,Q43,Q53及びQ63のCGS)にほぼ等し
ちゲート容量が設定できる。
第3図において、Nチャネル型MOS−FET(Q11,Q23,Q33,
Q43,Q53及びQ63)のドレインはオープンになっている
が、第4図(a)に示されたi番目の直列回路(直列回
路i)のようにNチャネル型MOS−FET(Q13,Q23,Q33,Q
43,Q53及びQ63)のドレイン及びソースを接続しても同
様の効率が得られることは明らかである。
さらに、第4図(b)に示されたi番目の直列回路(直
列回路i)のようにNチャネル型MOS−FET(Q13,Q23,Q
33,Q43,Q53及びQ63)が第4図(c)に示したようなド
レインの無い構造であっても同様に効果が得られること
も明らかである。
第5図は本発明の第3の実施例を示す回路図であり、第
1図に示した第1の実施例において直列回路5の出力
()と第1の入力端子(IN)間及び直列回路6の出力
()と第2の入力端子(▲▼)間にのみ容量素子
(C5及びC6)を接続して構成されている。第5図におい
て、及びの電位の振幅は〜は電位の振幅の比べ
て大きく、Q51及びQ61のCGSによる正帰還量もQ11,Q21,Q
31及びQ41のCGSによる正帰還量と比べて大きい。従って
及びに容量素子(C5及びC6)を接続したたげでも前
述したように安全に動作し、しかも少ない容量素子で構
成できるという利点を有する。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明は、帰還容量を接続すること
により、高インピーダンスを介して入力に電圧を印加し
た場合でも安定に動作する。従って電源電圧が低下して
電圧比較回路の入力に接続された回路の出力インピーダ
ンスが高くなっても非常に安定に動作させることが可能
となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図は本発明の第1の実施例を示す回路図
及び動作を説明する為の図、第3図,第4図(a),
(b)及び第4図(c)は本発明の第2の実施例を示す
回路図及びMOS−FETの構造を示す図、第5図は本発明の
第3の実施例を示す回路図、第6図及び第7図,第10図
は従来例を示す回路図及び動作を説明する為の図、第8
図はMOS−FETにおける寄生容量を示す図、第9図は電圧
比較回路の入力に接続される回路を等価回路図である。 IN,▲▼……入力端子、OUT……出力端子、Q11,Q12,
Q13,Q14,Q15,Q16,Q21,Q22,Q23,Q24,Q25,Q26,Q31,Q32,Q
33,Q34,Q35,Q36……Nチャネル型MOS−FET。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】第1及び第2の入力端子と、出力端子と、
    複数の直列回路であって、 各々が第1の電源端子と第2の電源端子間に直列に接続
    された第1および第2のMOS/FETを有し、前記第2のMOS
    −FETのゲートを入力とし前記第1及び第2のMOS−FET
    の接続点を出力とする複数の直列回路とを備え、 前段の前記直列回路の出力が次段の前記直列回路の入力
    となるように前記複数の直列回路を縦続接続し、偶数段
    目の前記直列回路の夫々の前記第1のMOS−FETのゲート
    を前記第1の入力端子に、奇数段目の前記直列回路の夫
    々の前記第1のMOS−FETのゲートを前記第2の入力端子
    に各々接続し、初段の前記直列回路における入力と出力
    を接続すると共に、最終段の前記直列回路における出力
    を前記出力端子に接続した電圧比較回路において、 少なくとも一つの偶数段目の前記直列回路の出力と前記
    第2の入力端子との間及び、少なくとも一つの奇数段目
    の前記直列回路の出力と前記第1の入力端子との間に容
    量素子を夫々接続することを特徴とする電圧比較回路。
  2. 【請求項2】前記容量素子をMOS−FETで構成したことを
    特徴とする請求項1記載の電圧比較回路。
  3. 【請求項3】偶数段目の前記直列回路の全ての出力の各
    々と前記第2の入力端子との間に容量素子が接続され、
    奇数段目の前記直列回路の全ての出力の各々と前記第1
    の入力端子間に容量素子が接続されていることを接続と
    する請求項1又は2記載の電圧比較回路。
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