【手続補正書】
【提出日】平成15年8月19日(2003.8.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】温度補償された加算比較器
【特許請求の範囲】
【請求項１】加算比較器であって、
各々が差動電圧入力を受け、前記加算比較器の出力に結合される出力を有する少なくとも１個の第１の差動対と、
温度に依存する差動電圧入力を受け、前記加算比較器の出力に結合される出力を有する第２の差動対と、
前記少なくとも１個の第１の差動対に結合され、前記少なくとも１個の第１の差動対を駆動するための温度に依存する電流を発生する少なくとも１個の第１の電流源及び、
前記第２の差動対に結合され、前記第２の差動対を駆動するための温度に依存しない電流を発生する第２の電流源を有する加算比較器。
【請求項２】請求項１記載の加算比較器であって、
前記少なくとも１個の第１の電流源は、
【数１】
1997198457.tif 000001
の形式の電流を発生し、ここにIは発生される電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Tは°Kで表わされる温度、ｘは定数である加算比較器。
【請求項３】請求項１記載の加算比較器であって、もし
【数２】
1997198457.tif 000002
であれば、前記加算比較器で高い出力を発生し、また、もし、
【数３】
1997198457.tif 000003
であれば、前記加算比較器で低い出力を発生し、ここにＶid1，Ｖid2，…Ｖid(n-1)は前記少なくとも１個の第１の差動対への差電圧入力、Ｖidnは前記第２の差動対への差電圧入力、Gは定数、Ｉnは前記第２の電流源によって発生する電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Tは°Kで表わされる温度である加算比較器。
【請求項４】請求項１記載の加算比較器であって、前記第２の差動対は、大きな温度係数をもつ回路要素の両端間に差電圧入力を受ける加算比較器。
【請求項５】請求項１記載の加算比較器であって、前記第２の差動対は、大きな温度係数をもつ抵抗器の両端間に差電圧入力を受ける加算比較器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には電子回路に関し、より詳しくは、本発明は、温度補償された加算比較器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
加算比較器は、いくつかの差入力電圧を受け、もし差入力電圧の合計が零より大であれば論理高をもつ出力を発生し、またもし合計が零より小であれば論理低の出力を発生する。加算比較器は、直接加算ＤＣ／ＤＣコンバータのような回路を作るために一般的に使用される構成ブロックである。ある場合には、１つ又はそれ以上の差入力は温度補償を必要とするかも知れないが、それは変化する温度係数がそれぞれの入力に現われるからである。集積回路においては、比較器の一組の差入力は、電流モード直接加算ＤＣ／ＤＣコンバータにおける電流を感知するための抵抗器として用いられる金属相互接続部材の両端間に接続されることがある。このような抵抗器の温度係数は３４００ｐｐｍ℃-1の範囲内にあるかも知れない。しかしその加算比較器への他の差入力は、同様な温度係数特性をもっておらず不正確な結果を生じることになる。典型的にはこのような入力は殆ど温度係数をもっていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の加算比較器の１つ又はそれ以上の入力における温度係数特性の不同により不正確な出力を生じることを改善し、１つ又はそれ以上の温度補償された入力をもつ加算比較器を提供し、従来の回路に付随する不具合を除去又は本質的に減少させる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の一局面においては、加算比較器は、各々が温度に無関係な差電圧入力を受ける少なくとも１個の第１の差動対と、各々が温度に依存した差電圧入力を受ける少なくとも１個の第２の差動対とを含む。少なくとも１個の第１の電流源が、少なくとも１個の第１の差動対を駆動するための温度に依存した電流を発生するために少なくとも１個の第１の差動対に結合され、上記温度に依存した差電圧入力の影響を相殺する。
【０００５】
本発明の他の局面においては、加算比較器は少なくとも１個の第１の電流源を含み、この電流源は、次の形式の電流を発生し、
【数４】
1997198457.tif 000004
ここに、Ｉは発生される電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度、ｘは定数である。
さらに他の局面においては、加算比較器はもし
【数５】
1997198457.tif 000005
であれば高い出力を発生し、またもし
【数６】
1997198457.tif 000006
であれば低い出力を発生し、
ここにＶid1，Ｖid2，……及びＶid(n-1)は少なくとも１個の第１の差動対への差電圧入力、Ｖidnは少なくとも１個の第２の差動対への差電圧入力、Ｇは定数、Ｉnは少なくとも１個の第２の電流源により発生される電流、ｑは電荷量、Ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度である。
【０００６】
本発明の技術的利点は、入力の１つが温度により変動しても正確な出力を与える加算比較器が得られることである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、示される加算比較器１０は、Ｖid1，Ｖid2及びＶid3で表わされる３組の差入力をもち、ここにＶid3は金属要素又は構成要素１２の両端間の電圧降下である。
出力ＶOUTは、もし
【数７】
Ｖid1＋Ｖid2＋Ｖid3＞０，
であれば論理高をもち、またもし
【数８】
Ｖid1＋Ｖid2＋Ｖid3＜０
であれば、出力ＶOUTは論理低をもつ。
一組の差入力がアルミニウム抵抗器Ｒのような金属構成要素１２の両端間に接続される場合は、この抵抗器Ｒの大きな温度係数は、たとえ抵抗器Ｒを流れる電流Ｉが温度に無関係であっても温度補償を必要とする。この場合、抵抗器Ｒの両端間の電圧は、次式で表わされ
【数９】
Ｖid3＝Ｉ（ＴROOM＋ＴC*＿Ｔ）
ここに、ＴROOMは室温、＿Ｔは室温との温度の差、ＴCは抵抗器の温度係数である。アルミニウム抵抗器Ｒに対して、ＴCは約３４００ｐｐｍ℃-1である。従って、抵抗器のＴCの影響は、加算比較器の論理方程式に対して相殺し論理方程式が依然としてあてはまるようにする必要がある。
【０００８】
図２は、本発明により作られる加算比較器１０の入力段１２の実行手段を示す。入力段１２は、３つの差電圧入力Ｖid1，Ｖid2及びＶid3を受けるための３つの差動対１４，１６，１８を含む。差動対１４，１６，１８は、それぞれ整合された２つのパイポーラトランジスタで作られ、これらのエミッタは一緒に接続され、それぞれの電流によりバイアスされる。差動対１４は電流Ｉ1をもつ電流源２０によりバイアスされ差動対１６は電流Ｉ2をもつ電流源２２によりバイアスされる。電流源２０及び２２は、電流Ｉ1及びＩ2をそれぞれ発生し、これらの電流は次の一般方程式に従い絶対温度に比例し、
【数１０】
1997198457.tif 000007
ここに、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度、ｘは電流源２０又は２２におけるトランジスタの大きさの比である。温度により変動する電圧で入力段を駆動するための差動対１８は、他方、温度に無関係な電流Ｉ3をもつ定電流源２４を生成する構造になっている。３つの対のトランジスタは、さらにこれらのコレクタが相互に接続され、次にこれらは抵抗を通じて正の供給電圧に結合される。ここで、本発明は３個より多い差入力をもつ加算比較器へ拡張できることに注意すべきである。
【０００９】
温度に依存する電流源及び温度に無関係な電流源の構造は、当該技術分野で知られている。しかし、図３には、電流ＩOUTを発生する例示的電流源３０を示す。この電流源３０は、２個のバイポーラトランジスタ３２及び３４を含み、それらのベースは一緒に結合され、またトランジスタ３２では、そのベースをコレクタに短絡してダイオードとして接続される。第３のトランジスタ３６では、コレクタがトランジスタ３２のエミッタに結合され、またベースがトランジスタ３４のエミッタに結合される。第４のトランジスタ３８では、ベースがトランジスタ３２のエミッタに結合され、またコレクタはトランジスタ３４のエミッタに結合される。抵抗器４０が、さらにトランジスタ３８のエミッタに結合される。バイアス電流４２、ＩINがトランジスタ３２のコレクタへ流入する。電流源３０は次式のような電流ＩOUTを発生し、これは温度に依存し、
【数１１】
1997198457.tif 000008
ここに、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄはそれぞれトランジスタ３２，３４，３６，３８の面積、Ｒは抵抗器４０の抵抗値である。電流ＩOUTは、次に差動対１４及び１６を駆動するために用いられる。
【００１０】
このような構造にすることにより、電流源２０及び２２は、絶対温度に比例する電流Ｉ1及びＩ2を発生するように作ることができる。差動対１４のための相互コンダクタンスｇm1は、従って第２の差動対１６の相互コンダクタンスｇm2に等しい。ＩOUTの温度係数は、差動対１４及び１６の相互コンダクタンスが温度に無関係になるようになっており、即ち
【数１２】
ｇｍ1＝ｇm2＝Ｇ．
である。
電流Ｉ3は、絶対温度に無関係であり、従って、差動対１８の相互コンダクタンスは
【数１３】
1997198457.tif 000009
である。
【００１１】
入力後１２の平衡点は、次式で表わされ
【数１４】
Ｖid1ｇｍ1＋Ｖid2ｇm2＋Ｖid3ｇｍ3＝０
又は、
【数１５】
1997198457.tif 000010
【数１６】
1997198457.tif 000011
の温度係数は、約−３３００ｐｐｍ℃-1であるので、次式
【数１７】
Ｖid1Ｇ＋Ｖid2Ｇ＋ＩＲROOMTEMP＝０
が今や平衡状態ということができるが、それは第３項の温度係数がアルミニウム抵抗器の温度係数を補償するからである。
【００１２】
本発明は、ｎ−ｐ−ｎバイポーラトランジスタ以外のトランジスタにも同様に適用でき、またさらに差入力を用いる回路応用面にも適用できることは理解でいるであろう。さらに、当該技術分野において、絶対温度に比例する電流源又は温度に無関係な電流源を生成する方法は周知である。本発明は、２つ又はそれ以上の差電圧入力をもつ加算比較器に適用できる。
【００１３】
【発明の効果】
本発明の加算比較器においては、１つの差動対において温度変動に依存する差入力電圧を受けても、他の差動対へはこれを相殺する温度依存性が導入されるので、正確な出力を発生することができる。
【００１４】
本発明及びその利点を詳細に説明したが、種々の変更、置換及び改変は、特許請求の範囲に定義した発明の精神及び範囲から逸脱することなく行うことができることを理解すべきである。
【００１５】
以上の説明に関して以下の項を開示する。
（１）各々が温度に無関係な差電圧入力を受ける少なくとも１個の第１の差動対と、各々が温度に依存する差電圧入力を受ける少なくとも１個の第２の差動対と、上記少なくとも１個の第１の差動対に結合された少なくとも１個の第１の電流源であって、上記少なくとも１個の第１の差動対を駆動するための温度に依存した電流を発生し、上記温度に依存した差電圧入力の影響を相殺する。上記少なくとも１個の第１の電流源と、上記少なくとも１個の第２の差動対に結合された少なくとも１個の第２の電流源であって、上記少なくとも１個の第２の差動対を駆動するための温度に無関係な電流を発生する上記少なくとも１個の第２の電流源と、を含む加算比較器。
【００１６】
（２）第１項記載の加算比較器であって、
上記少なくとも１個の第１の電流源は、
【数１８】
1997198457.tif 000012
の形式の電流を発生し、ここにＩは発生される電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度、ｘは定数である。
【００１７】
（３）第１項記載の加算比較器であって、もし
【数１９】
1997198457.tif 000013
であれば高い出力を発生し、また、もし
【数２０】
1997198457.tif 000014
であれば低い出力を発生し、ここにＶid1，Ｖid2，…及びｖid(n-1)は上記少なくとも１個の第１の差動対への差電圧入力、Ｖidnは上記少なくとも１個の第２の差動対への差電圧入力、Ｇは定数、Ｉnは上記少なくとも１個の第２の電流源によって発生する電流、ｑは電荷量は、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度である。
【００１８】
（４）第１項記載の加算比較器であって、上記少なくとも１個の第２の差動対の各々は、大きな温度係数をもつ回路要素の両端間の差電圧入力を受ける。
【００１９】
（５）第１項記載の加算比較器であって、上記少なくとも１個の第２の差動対の各々は、大きな温度係数をもつ抵抗器の両端間の差動圧入力を受ける。
【００２０】
（６）各々が温度に無関係な差電圧入力を受ける少なくも１個の第１の差動対と、各々が温度に依存する差電圧入力を受ける少なくとも１個の第２の差動対と、上記少なくとも１個の第１の差動対に結合された少なくとも１個の第１の電流源であって、上記少なくとも１個の第１の差動対を駆動するための温度に依存した電流を発生し、上記温度に依存した差電圧入力の影響を相殺する上記少なくとも１個の第１の電流源と、上記少なくとも１個の第２の差動対に結合された少なくとも１個の第２の電流源であって、上記少なくとも１個の第２の差動対を駆動するための温度に無関係な電流を発生する上記少なくとも１個の第２の電流源と、を含む回路。
【００２１】
（７）第６項記載の回路であって、上記少なくとも１個の第１の電流源は、
【数２１】
1997198457.tif 000015
の形式の電流を発生し、ここにＩは発生される電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度、ｘは定数である。
【００２２】
（８）第６項記載の回路であって、もし
【数２２】
1997198457.tif 000016
であれば高い出力を発生し、またもし
【数２３】
1997198457.tif 000017
であれば低い出力を発生し、ここにＶid1，Ｖid2...及びＶid(n-1)は上記少なくとも１個の第１の差動対への差電圧入力、Ｖidnは上記少なくとも１個の第２の差動対への差電圧入力、Ｇは定数、Ｉnは上記少なくとも１個の第２の電流源によって発生する電流、ｑは電荷量、ｋはボルツマン定数、Ｔは°Ｋで表わされる温度である。
【００２３】
（９）第６項記載の回路であって、上記少なくとも１個の第２の差動対の各々は、大きな温度係数をもつ回路要素の両端間の差電圧入力を受ける。
【００２４】
（１０）第６項記載の回路であって、上記少なくとも１個の第２の差動対の各々は、大きな温度係数をもつ抵抗器の両端間の差電圧入力を受ける。
【００２５】
（１１）加算比較器１０において、１つの差動対１８の受ける１つの差入力が電圧は、大きな温度係数をもつ抵抗器１２の両端の電圧のように温度変動に依存しており、この温度への依存性は他の差動対１４，１６における打消し用温度依存性の導入により相殺される。
【図面の簡単な説明】
【図１】加算比較器の簡単なブロック図である。
【図２】本発明の教示により作られる加算比較器の差入力の簡略化された概略図である。
【図３】温度に依存した電流を発生する例示的電流源の回路概略図である。
【符号の説明】
１０  加算比較器
１２  金属構成要素（抵抗器）
１２  入力手段
１４，１６，１８  差動対
２０，２２  電流源（第１の電流源）
２４  定電流源（第２の電流源）
３０  電流源
Ｒ  抵抗器
Ｖid1，Ｖid2，Ｖid3  差電圧入力