(57)【要約】【課題】電流出力と電圧出力の両方を持ち且つモノリシック集積回路に適したコンパレータ回路を提供する。【解決手段】コンパレータ入力電圧ｖ１、ｖ２を入力する差動増幅器２と、差動増幅器２の出力を入力して、差動増幅器２に正帰還をかけると共にコンパレータ出力電圧ｖ５、ｖ６を取り出すエミッタホロワ回路３とを含み、差動増幅器２の負荷抵抗Ｒ５、Ｒ６を、ベースが基準電圧Ｖｒに接続されたベース接地型増幅器を構成するトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタに接続し、負荷抵抗Ｒ５、Ｒ６を流れる電流をコンパレータ電流出力ｉ０１、ｉ０２としてトランジスタＱ３、Ｑ４のコレクタから取り出す。【選択図】　図１
2004088205.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンパレータ入力電圧を入力する差動増幅器と、該差動増幅器の出力を入力して前記差動増幅器に正帰還をかけると共にコンパレータ出力電圧を取り出すエミッタホロワ回路とを含み、前記差動増幅器の負荷抵抗を、ベースが基準電圧に接続されたベース接地型増幅器を構成するトランジスタのエミッタに接続し、前記負荷抵抗を流れる電流をコンパレータ電流出力として前記トランジスタのコレクタから取り出すように構成されたことを特徴とするコンパレータ回路。
【請求項２】
それぞれのエミッタを第１の定電流源に接続し、コレクタにはそれぞれ第５、第６の抵抗が接続されることにより差動増幅器を構成する第１、第２のトランジスタと、前記第５、第６の抵抗のもう一方の端子にそれぞれのエミッタを接続すると共にそれぞれの抵抗に流れる電流をそれぞれのコレクタから第１の電流出力、第２の電流出力として取り出すためにベースが基準電圧源に接続されたベース接地型増幅器を構成する第３、第４のトランジスタと、前記差動増幅器の出力を第１、第２の電圧出力として出力するホロワ回路として動作する第５、第６のトランジスタおよび第２、第３の定電流源とを備え、第１の入力端子と第１の電圧出力端子の間に直列接続された第１、第３の抵抗の互いに接続された接続点に前記第１のトランジスタのベースが接続され、第２の入力端子と第２の電圧出力端子の間に直列接続された第２、第４の抵抗の互いに接続された接続点に前記第２のトランジスタのベースが接続されていることを特徴とするコンパレータ回路。
【発明の詳細な説明】
【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し、特に、電流出力と電圧出力の両方を持ち且つモノリシック集積回路に適したコンパレータ回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２に従来のコンパレータ回路１１を示す。トランジスタＱ１、Ｑ２と抵抗Ｒ５、Ｒ６と定電流源Ｉ１とで構成された差動増幅器１２と、トランジスタＱ３、Ｑ４と定電流源Ｉ２、Ｉ３とで構成され、差動増幅器１２の出力を帰還抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して差動増幅器１２のＱ１、Ｑ２のベースに与える正帰還回路を構成すると共に、コンパレータ出力電圧を取り出すためのエミッタホロワ回路１３と、コンパレータ回路入力電圧を抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して差動増幅器１２のＱ１、Ｑ２の各ベースと抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点に与える手段とで構成されている。
【０００３】
このコンパレータ回路１１では電流出力が得られないため、電流出力を得るためにトランジスタＱ５、Ｑ６と定電流源Ｉ４とで構成される電流スイッチ回路２０を設け、Ｑ５、Ｑ６のベースにコンパレータ回路１１の電圧出力を接続することにより、コンパレータ出力電圧が切換ることを利用してＱ５、Ｑ６のコレクタ電流を切替え、その電流をコンパレータ電流出力としている。
【０００４】
コンパレータ回路１１及び電流スイッチ回路２０の動作は以下の通りである。なお、以下の動作説明では、トランジスタのｈＦＥはベース電流を無視できるほど高く、又、Ｑ３のベース−エミッタ間電圧とＱ４のベース−エミッタ間電圧は等しいと近似している。
【０００５】
コンパレータの入力電圧を図２のようにｖ１、ｖ２とし、Ｑ１のベース電圧をｖ３、Ｑ２のベース電圧をｖ４、Ｑ４のエミッタ電圧（コンパレータ出力）をｖ５、Ｑ３のエミッタ電圧（コンパレータ出力）をｖ６とする。初め、ｖ１＞ｖ２の入力条件でＩ１がＱ１側に流れている状態を考える。この時、出力電圧ｖ５、ｖ６はそれぞれ以下のようになる。
ｖ５＝Ｖｒ−ＶＢＥ（Ｑ４）
ｖ６＝Ｖｒ−Ｒ５×Ｉ１−ＶＢＥ（Ｑ３）
ここでＶｒは基準電圧、ＶＢＥ（Ｑ３）はＱ３のベース−エミッタ間電圧、ＶＢＥ（Ｑ４）はＱ４のベース−エミッタ間電圧である。このため、コンパレータ出力電圧ｖ５、ｖ６の大小関係はｖ５＞ｖ６である。
【０００６】
また、ｖ３、ｖ４はｖ１、ｖ２、ｖ５、ｖ６をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で抵抗分割し与えられるため、以下のようになる。
ｖ３＝（Ｒ１×ｖ５＋Ｒ３×ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）
ｖ４＝（Ｒ２×ｖ６＋Ｒ４×ｖ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）
ｖ１＞ｖ２、ｖ５＞ｖ６であることから、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４に設計すると、ｖ３＞ｖ４となり、Ｉ１はＱ１側に流れ、コンパレータ出力電圧はｖ５＞ｖ６の状態を安定的に継続する。
【０００７】
また、ｖ５＞ｖ６であることから、後段の電流スイッチ回路２０ではＱ５側に定電流Ｉ４が流れ、コンパレータ電流出力は、Ｉｏ１＝Ｉ４、Ｉｏ２＝０となり、電流出力もＩｏ１＞Ｉｏ２の状態を安定的に継続する。
【０００８】
次にこの状態から、ｖ２に対してｖ１を下げて行くと（ｖ１＜ｖ２）、ｖ３とｖ４の差が小さくなり、Ｒ３、Ｒ４の正帰還回路により、ｖ３とｖ４の差がある条件となるところで、定電流Ｉ１はＱ１からＱ２に切換る。この切換るための条件は、正帰還ループを切り離した時のオープンループゲインが１となる条件であり、その条件からｖ３とｖ４との条件は以下のようになる。
ｖ３−ｖ４＝ＶＴ×ｌｎ（（Ｉ１／２＋√Ａ）／（Ｉ１／２−√Ａ））
ここで、
Ａ＝Ｉ１×（Ｉ１／４−ＶＴ／Ｒ）
Ｒ＝Ｒ１×Ｒ６／（Ｒ１＋Ｒ３）＋Ｒ２×Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ４）
ＶＴ＝Ｋ×Ｔ／ｑ
Ｋ；ボルツマン定数、Ｔ；絶対温度、ｑ；素電荷
【０００９】
ｖ３とｖ４との差が上式となると、正帰還回路により、一瞬にコンパレータ回路１１は反転し、定電流Ｉ１はＱ２側に流れ、コンパレータ出力電圧は次のようになる。
ｖ５＝Ｖｒ−Ｉ１×Ｒ６−ＶＢＥ（Ｑ４）
ｖ６＝Ｖｒ−ＶＢＥ（Ｑ３）
この結果、コンパレータ出力電圧の大小関係はｖ５＜ｖ６となる。
【００１０】
また、ｖ３、ｖ４は前の状態と同じく以下の関係が成り立つ。
ｖ３＝（Ｒ１×ｖ５＋Ｒ３×ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）
ｖ４＝（Ｒ２×ｖ６＋Ｒ４×ｖ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）
ｖ１＜ｖ２、ｖ５＜ｖ６であることから、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４に設計するとｖ３＜ｖ４となり、Ｉ１はＱ２側に流れ、コンパレータ出力電圧はｖ５＜ｖ６の状態を安定的に継続する。これにより後段の電流スイッチ回路２０ではＩ４がＱ６側に流れていることから、コンパレータ出力電流は、ｉｏ１＝０、ｉｏ２＝ｉ４となり、ｉｏ１＜ｉｏ２の状態を継続し続ける。
【００１１】
次にこの状態から、ｖ２に対してｖ１を上げて行くと（ｖ１＞ｖ２）、ｖ３とｖ４の差がまたある条件でコンパレータは反転する。その条件は、前記と同様にオープンループゲインが１となる時であり、
ｖ３−ｖ４＝−ＶＴ×ｌｎ（（Ｉ１／２＋√Ａ）／（Ｉ１／２−√Ａ））
である。
【００１２】
ｖ３とｖ４との差が上式となると正帰還回路により、一瞬にコンパレータ回路は反転し、定電流Ｉ１はＱ１側に流れ、初めの状態に戻る。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
コンパレータ回路から電圧出力と電流出力の両方を得ようとする場合、従来例のようにコンパレータ回路の他に、電流スイッチ回路が必要となる。このため、回路電流が増加するとともに、電流スイッチ回路が必要となり、チップサイズの増大を招く。
【００１４】
本発明はこのような問題に鑑みて考案されたものであり、その目的は、回路を簡略化しＩＣ化した時の占有面積を小さくし、さらには回路電流を小さくすることにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本発明においては、コンパレータ回路の一部を構成する差動増幅器の負荷抵抗を、ベースを基準電圧に接続したベース接地型増幅器を構成するトランジスタのエミッタに接続し、差動増幅器の負荷抵抗に流れる電流をコンパレータ電流出力として前記ベース接地形増幅器のトランジスタのコレクタから取り出す。
【００１６】
【作用】
コンパレータ回路を構成する差動増幅器の電流がコンパレータ動作に従い電流が切換ることから、差動増幅器の回路電流をベース接地型増幅器を用いて取り出すことにより、コンパレータ電流出力を得る。これにより、従来例のような電流スイッチ回路が不要になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の一実施例のコンパレータ回路を示す。この実施例のコンパレータ回路１は、差動増幅器２とエミッタホロワ回路３を主要部として有し、図２の電流スイッチ回路２０に相当する回路は存在しない。差動増幅器２は、負荷抵抗とトランジスタＱ１、Ｑ２と定電流Ｉ１とを含む点で図２の差動増幅器１２と同じであるが、ベース電位を基準電圧とするベース接地型増幅器であるトランジスタＱ３、Ｑ４を備え、このトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタに負荷抵抗Ｒ５、Ｒ６が接続され、トランジスタＱ３、Ｑ４のコレクタからコンパレータ電流出力を取り出すようにしている。エミッタホロワ回路３は、図２のエミッタホロワ回路１３と同様に、トランジスタＱ５、Ｑ６と、定電流源Ｉ２、Ｉ３とで構成され、差動増幅器２の出力を帰還抵抗Ｒ３、Ｒ４を介して差動増幅器２のＱ１、Ｑ２のベースに与える正帰還回路を構成すると共に、コンパレータ出力電圧を取り出すためのエミッタホロワ回路として機能する。また、コンパレータ回路入力電圧は、抵抗Ｒ１、Ｒ２を介して差動増幅器２におけるＱ１、Ｑ２の各ベースと抵抗Ｒ３、Ｒ４の接続点に与えられる。
【００１８】
次に本実施例のコンパレータ回路１の動作を説明する。なお、以下の動作説明では、トランジスタのｈＦＥはベース電流を無視できるほど高く、又、Ｑ４のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ４）とＱ３のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ３）は等しく、またＱ５のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ５）とＱ６のベース−エミッタ間電圧ＶＢＥ（Ｑ６）は等しいと近似している。
【００１９】
コンパレータ回路１の入力電圧を図１のようにｖ１、ｖ２とし、Ｑ１のベース電圧をｖ３、Ｑ２のベース電圧をｖ４、Ｑ６のエミッタ電圧（コンパレータ出力）をｖ５、Ｑ５のエミッタ電圧（コンパレータ出力）をｖ６とする。初め、ｖ１＞ｖ２の入力条件でＩ１がＱ１側に流れている状態を考える。この時、出力電圧はそれぞれ以下のようになる。
ｖ５＝Ｖｒ−ＶＢＥ（Ｑ４）−ＶＢＥ（Ｑ６）
ｖ６＝Ｖｒ−Ｒ５×Ｉ１−ＶＢＥ（Ｑ３）−ＶＢＥ（Ｑ５）
このため、コンパレータ出力電圧ｖ５、ｖ６の大小関係はｖ５＞ｖ６である。
【００２０】
またｖ３、ｖ４はｖ１、ｖ２、ｖ５、ｖ６をＲ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ４で抵抗分割し与えられるため、以下のようになる。
ｖ３＝（Ｒ１×ｖ５＋Ｒ３×ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）
ｖ４＝（Ｒ２×ｖ６＋Ｒ４×ｖ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）
ｖ１＞ｖ２、ｖ５＞ｖ６であることから、Ｒ１＝Ｒ２、Ｒ３＝Ｒ４に設計すると、ｖ３＞ｖ４となり、Ｉ１はＱ１側に流れ、コンパレータ出力電圧はｖ５＞ｖ６の状態を安定的に継続する。
【００２１】
またこの時、電流出力はＩ１がＱ１側に流れていることから、コンパレータ出力電流は、ｉｏ１＝Ｉ１、ｉｏ２＝０となり、ｉｏ１＞ｉｏ２の状態を安定的に継続する。
【００２２】
次にこの状態から、ｖ２に対してｖ１を下げて行くと（ｖ１＜ｖ２）、ｖ３とｖ４の差が小さくなりＲ３、Ｒ４の正帰還回路により、ｖ３とｖ４の差がある条件となるところで、定電流Ｉ１はＱ１からＱ２に切換る。この切換るための条件は、正帰還ループを切り離した時のオープンループゲインが１となる条件であり、その条件からｖ３とｖ４との条件は次のようになる。
ｖ３−ｖ４＝　ＶＴ×ｌｎ（（Ｉ１／２＋√Ａ）／（Ｉ１／２−√Ａ））
ここで、
Ａ＝Ｉ１×（Ｉ１／４−ＶＴ／Ｒ）
Ｒ＝Ｒ１×Ｒ６／（Ｒ１＋Ｒ３）＋Ｒ２×Ｒ５／（Ｒ２＋Ｒ４）
ＶＴ＝Ｋ×Ｔ／ｑ
Ｋ；ボルツマン定数、Ｔ；絶対温度、ｑ；素電荷
【００２３】
ｖ３とｖ４との差が上式となると正帰還回路により、一瞬にコンパレータ回路は反転し、定電流Ｉ１はＱ２側に流れ、各電圧は次のようになる。
ｖ５＝Ｖｒ−Ｉ１×Ｒ６−ＶＢＥ（Ｑ４）−ＶＢＥ（Ｑ６）
ｖ６＝Ｖｒ−ＶＢＥ（Ｑ３）−ＶＢＥ（Ｑ５）
この結果、コンパレータ出力電圧の大小関係はｖ５＜ｖ６となる。
【００２４】
また、ｖ３、ｖ４は前の状態と同じく以下の関係が成り立つ。
ｖ３＝（Ｒ１×ｖ５＋Ｒ３×ｖ１）／（Ｒ１＋Ｒ３）
ｖ４＝（Ｒ２×ｖ６＋Ｒ４×ｖ２）／（Ｒ２＋Ｒ４）
ｖ１＜ｖ２、ｖ５＜ｖ６であることからｖ３＜ｖ４となり、Ｉ１はＱ２側に流れ、コンパレータ出力電圧はｖ５＜ｖ６の状態を安定的に継続する。
【００２５】
また、電流出力はＩ１がＱ２側に流れていることから、コンパレータ出力電流は、ｉｏ１＝０、ｉｏ２＝ｉ１となり、ｉｏ１＜ｉｏ２となる。
【００２６】
次にこの状態から、ｖ２に対してｖ１を上げて行くと（ｖ１＞ｖ２）、ｖ３とｖ４の差がある条件でコンパレータは反転する。その条件は、前記と同様にオープンループゲインが１となる時であり、
ｖ３−ｖ４＝−ＶＴ×ｌｎ（（Ｉ１／２＋√Ａ）／（Ｉ１／２−√Ａ））
である。
【００２７】
ｖ３とｖ４との差が上式となると正帰還回路により、一瞬にコンパレータ回路は反転し、定電流Ｉ１はＱ１側に流れ、初めの状態に戻る。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明においては、差動増幅器の動作電流をコンパレータ回路の出力電流として取り出すため、従来必要であった電流スイッチ回路が不要となり、回路電流を少なくすることが可能となった。また、電流スイッチ回路を構成するトランジスタ及び定電流回路が不要となるため、素子数が少なくなり、ＩＣ化した場合のチップサイズを縮小することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の回路図である。
【図２】従来例の回路図である。
【符号の説明】
１、１１…コンパレータ回路
２、１２…差動増幅器
３、１３…エミッタホロワ回路
２０…電流スイッチ回路
【図１】
2004088205.tif 000003
【図２】
2004088205.tif 000004