(57)【要約】【課題】ヒステリシス電圧の設定範囲を広げることを可能にするものである。【解決手段】インバータ回路、第１のタイミングで入力電圧と当該インバータ回路の閾値の差分を記憶するコンデンサ、出力電圧を保持する保持回路、第１のタイミングで当該インバータ回路の入力端子と出力端子とを短絡するスイッチ、第２のタイミングでコンデンサの電荷を制御する電荷制御回路、および、前記スイッチとその電荷制御回路の動作タイミング信号を生成する信号生成回路を具える。あるいは、差動増幅器、一端が入力電圧に接続されて他端が差動増幅器の反転入力端子に接続されたコンデンサ、差動増幅器の反転入力端子と出力端子を短絡するスイッチ、差動増幅器の反転入力端子に接続する電荷制御回路、および、電荷制御回路とスイッチを制御する信号を生成する信号生成回路を具える。【選択図】  図１
2005039445.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ回路、一端が入力電圧源に接続されて他端がインバータ回路の入力端子に接続されたコンデンサ、インバータ回路の入力端子と出力端子を短絡するスイッチ、インバータ回路の入力端子に接続される電荷制御回路と、電荷制御回路とスイッチを制御する信号を生成する信号生成回路を具えたチョッパ型電圧比較器。
【請求項２】
インバータ回路、第１のタイミングで入力電圧と当該インバータ回路の閾値の差分を記憶するコンデンサ、出力電圧を保持する保持回路、第１のタイミングで当該インバータ回路の入力端子と出力端子とを短絡するスイッチ、第２のタイミングでコンデンサの電荷を制御する電荷制御回路、および、前記スイッチとその電荷制御回路の動作タイミング信号を生成する信号生成回路をそなえたチョッパ型電圧比較器。
【請求項３】
差動増幅器、一端が入力電圧に接続されて他端が差動増幅器の反転入力端子に接続されたコンデンサ、差動増幅器の反転入力端子と出力端子を短絡するスイッチ、差動増幅器の反転入力端子に接続する電荷制御回路、および、電荷制御回路とスイッチを制御する信号を生成する信号生成回路を具えたチョッパ型電圧比較器。
【請求項４】
第１の入力が非反転入力端子に接続される差動増幅器、一端が入力電圧に接続されて他端が差動増幅器の反転入力端子に接続されたコンデンサ、出力電圧を保持する保持回路、第１のタイミングで差動増幅器の反転入力端子と出力端子を短絡するスイッチ、第２のタイミングでコンデンサを制御する差動増幅器の反転入力端子に接続された電荷制御回路、および、電荷制御回路とスイッチを制御する動作タイミング信号を生成する信号生成回路を具えたチョッパ型電圧比較器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チョッパ型電圧比較器に係るもので、特にコンデンサの電荷量を制御するチョッパ型電圧比較器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平５−２６８００７号公報
【０００３】
従来のチョッパ型電圧比較器の例を図５に示す。このチョッパ型電圧比較器は、複数のスイッチ１８、ダイオード１７、コンデンサ１９とインバータ回路２０とで構成されている。具体的には、第１の入力端子ＩＮ１に接続されてクロック信号ＣＬＫ１に連動して動作するスイッチ１８ａ、第２の入力端子ＩＮ２に接続されて出力信号に連動して動作する複数のスイッチ１８ｂおよびその間に接続されたダイオード１７、その複数のスイッチの出力側に接続されてクロック信号ＣＬＫ２に連動して動作するスイッチ１８ｃ、そしてコンデンサ１９とインバータ回路２０とで構成されたものである。
【０００４】
出力信号ＯＵＴがＨｉｇｈのとき、第１のタイミングでではコンデンサ１９の一端に入力電圧Ｖｉｎ１、もう一方にはインバータ２０の閾値電圧Ｖｔｈが印加され、それに相当する電荷が充電される。第２のタイミングではスイッチ１８ａ、１８ｂが切り替わり、コンデンサ１９の一端の電圧は入力電圧とダイオード１７の順方向電圧の合計値（Ｖｉｎ２＋Ｖｆ）に変化する。それに伴ってコンデンサ１９のもう一端の電圧も同量変化するため、
Ｖ  ＝  Ｖｔｈ  ＋  Ｖｉｎ２  ＋  Ｖｆ  −  Ｖｉｎ１  ・・・（１）
となる。この電圧Ｖがインバータ２０を通じて出力されるため、その出力電圧がＨｉｇｈからＬｏｗに変化する条件は、
Ｖｔｈ  ＞  Ｖｔｈ  ＋  Ｖｉｎ２  ＋  Ｖｆ  −  Ｖｉｎ１  ・・・（２）
となり、
Ｖｉｎ２  ＜  Ｖｉｎ１  −  Ｖｆ  ・・・（３）
と表すことができる。同様に、出力信号ＯＵＴがＬｏｗのときについて考えると、出力信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化する条件は、
Ｖｔｈ  ＜  Ｖｔｈ  ＋  Ｖｉｎ２  −  Ｖｆ  −  Ｖｉｎ１  ・・・（４）
となり、
Ｖｉｎ２  ＞  Ｖｉｎ１  ＋  Ｖｆ  ・・・（５）
と表すことができる。したがって、上記のチョッパ型電圧比較器は２倍のＶｆ分のヒステリシスを持って動作することになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記の従来のチョッパ型電圧比較器はダイオードの順方向電圧を用いているが、順方向電圧は半導体製造プロセスで固定されてしまう。そのため、通常のプロセスでチョッパ型コンパレータ（比較器）を設計する場合、順方向電圧が決まっているので、所望のヒステリシス電圧が得られない事態も生ずる。本発明は、従来のチョッパ型電圧比較器における上記の欠点を解決しようとするもので、ヒステリシス電圧の設定範囲を広げることを可能にするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１のタイミングと第２のタイミングでスイッチと電荷制御回路を動作させることによって、上記の課題を解決するものである。すなわち、インバータ回路、一端が入力電圧源に接続されて他端がインバータ回路の入力端子に接続されたコンデンサ、インバータ回路の入力端子と出力端子を短絡するスイッチ、インバータ回路の入力端子に接続される電荷制御回路と、電荷制御回路とスイッチを制御する信号を生成する信号生成回路を具えたことに特徴を有するものである。
【０００７】
【実施例】
【実施例１−１】
以下、図面を参照して、本発明の実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示すチョッパ型電圧比較器の回路図である。この例では、インバータ回路２、一方が入力電圧に接続されて他端がインバータ回路２の入力端子に接続されたコンデンサ１、インバータ回路２の入力端子と出力端子を短絡するスイッチ３、インバータ回路２の入力端子に接続される電荷制御回路４と、電荷制御回路４とスイッチ３を制御する信号を生成する信号生成回路５によって構成される。また、電荷制御回路は、正電流源６、一端が正電流源に接続されて他端が電荷制御回路４の出力端子に接続されるスイッチ８、負電流源７、一端が負電流源に接続されて他端が電荷制御回路４の出力端子に接続されるスイッチ９とで構成されている。入力電圧は、第１のタイミングの入力電圧Ｖｉｎ１と第２のタイミングの入力電圧Ｖｉｎ２となる時間によって変化する入力電圧、またはスイッチで切り替えられる２種類の入力電圧である。
【０００８】
以上のように構成されるチョッパ型コンパレータにおいて、以下の手順で第１のタイミングの入力電圧Ｖｉｎ１と第２のタイミングの入力電圧Ｖｉｎ２を比較し、判定結果を出力する。ＶｏｕｔがＨｉｇｈレベルのとき、第１のタイミングの入力電圧をＶｉｎ１とする。このとき、スイッチ８とスイッチ９を開放し、スイッチ３を短絡すると、コンデンサ１に入力電圧Ｖｉｎ１とインバータ回路２の入力オフセット電圧Ｖｏｆが充電される。その後スイッチ３は開放される。
【０００９】
第２のタイミングの入力電圧をＶｉｎ２とする。このとき、スイッチ９を一定時間短絡してコンデンサ１の一定の電荷を放電する。コンデンサ１は一定時間放電したことにより、一定電圧Ｖｈの電圧が減少することになる。このときインバータ回路２の出力電圧Ｖｉｎｖはインバータ回路２の増幅率をβとして、
2005039445.tif 000003
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１＋Ｖｈ）以上であればＬｏｗレベルに切り替わる。制御回路によってこのＬｏｗレベルを保持回路１０で保持する。
【００１０】
ＶｏｕｔがＬｏｗレベルのとき、第１のタイミングの入力電圧をＶｉｎ１とする。このとき、スイッチ８とスイッチ９を開放し、スイッチ３を短絡すると、コンデンサ１に入力電圧Ｖｉｎ１とインバータ回路２の入力オフセット電圧Ｖｏｆが充電される。その後スイッチ３は開放される。第２のタイミングの入力電圧をＶｉｎ２とする。このとき、スイッチ９を一定時間短絡してコンデンサ１の一定の電荷を充電する。コンデンサ１は一定電荷を一定時間充電したことにより、一定電圧Ｖｈの電圧が増加することになる。このときインバータ回路２の出力電圧Ｖｉｎｖは、
2005039445.tif 000004
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１−Ｖｈ）以下であればＨｉｇｈレベルに切り替わる。制御回路によってこのＨｉｇｈレベルを保持回路１０で保持する。保持回路は前の状態を保持することが可能な回路で、通常ラッチ回路であるが、コンデンサで保持することも可能である。また、保持回路を使用せず、チョッパ型コンパレータの出力電圧を受信する回路が信号生成回路に同期することで出力電圧を検出することも可能である。
【００１１】
【実施例１−２】
電荷制御回路は、一定電荷を増減させることで、一定電圧を増減させる回路である。図２に電荷制御回路の他の例を示す。この電荷制御回路は、反転入力端子と出力端子を短絡して利得が１倍である増幅器、図１のインバータ回路２の入力を正の電圧にシフトさせる正レベルシフト回路１２、負の電圧にシフトさせる負レベルシフト回路１３、レベルシフト回路の出力電圧を保持するコンデンサ１４と、出力電圧を切り替えるスイッチ１５で構成される。
【００１２】
ＶｏｕｔがＨｉｇｈレベルのとき、第１のタイミングではスイッチ回路３を短絡するとともに、スイッチ１３を正レベルシフト回路１２で図１のインバータ回路２の入力電圧よりＶｈ’分高い出力電圧に切り替えると、コンデンサ１４にＶｈ’の電圧が充電される。その後、スイッチ１５を増幅器１１の出力に切り替えると、コンデンサ１４のインバータ回路２の入力端子側からコンデンサ１へ、コンデンサ１４に記憶されている電圧が０になるまで負の電荷が移動し、インバータ回路２の入力電圧がＶｈ分低くなる。コンデンサ１の容量をＣ１、コンデンサ１４の容量をＣ２とすると、
Ｖｈ’  ＝  Ｃ２／Ｃ１・Ｖｈ  ・・・（８）
となる。第２のタイミングで、Ｖｉｎ２が入力されるとインバータ回路２の出力電圧は、
Ｖｉｎｖ  ＝  β（Ｖｉｎ２  −  Ｖｉｎ１  −  Ｖｈ）  ・・・（９）
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１＋Ｖｈ）以上であればＬｏｗレベルに切り替わる。
【００１３】
ＶｏｕｔがＬｏｗレベルのとき、第１のタイミングではスイッチ回路３を短絡するとともに、スイッチ１３を負レベルシフト回路１３で図１のインバータ回路２の入力電圧よりＶｈ’分低い出力電圧に切り替えると、コンデンサ１４のインバータ回路２の入力端子側からコンデンサ１へ、コンデンサ１４に記憶されている電圧が０になるまで正の電荷が移動し、インバータ回路２の入力電圧がＶｈ分高くなる。コンデンサ１の容量をＣ１、コンデンサ１４の容量をＣ２とすると、
Ｖｈ’  ＝  Ｃ２／Ｃ１・Ｖｈ  ・・・（１０）
となる。第２のタイミングで、Ｖｉｎ２が入力されるとインバータ回路２の出力電圧は、
Ｖｉｎｖ  ＝  β（Ｖｉｎ２  −  Ｖｉｎ１  ＋  Ｖｈ）  ・・・（１１）
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１−Ｖｈ）以上であればＨｉｇｈレベルに切り替わる。
【００１４】
【実施例１−３】
図３に電荷制御回路の他の例を示す。この電荷制御回路は、一定電荷が充電されるコンデンサ２２、一定電荷が放電されるコンデンサ２５、図１の制御回路５の信号によりコンデンサ２２を放電するスイッチ２１、制御回路５の信号によりコンデンサ２５を充電するスイッチ２４、コンデンサ２２に充電される電荷と同電荷をコンデンサ１に充電するカレントミラー回路２３、および、コンデンサ２５に充電される電荷と同電荷をコンデンサ１から放電するカレントミラー回路２６で構成される。
【００１５】
ヒステリシス電圧Ｖｈを増加させる場合、カレントミラー回路２３はコンデンサ２２にスイッチ２１で設定したグラウンドから電圧電源電圧よりもカレントミラー回路２３の閾値電圧分低い電圧まで充電するために必要な電荷をコンデンサ１に充電する。また、ヒステリシス電圧Ｖｈを減少させる場合、カレントミラー回路２６はコンデンサ２５にスイッチ２４で設定したグラウンドから電圧電源電圧よりもカレントミラー回路２６の閾値電圧分高い電圧まで放電するために必要な電荷をコンデンサ１から放電する。
【００１６】
【実施例２】
図４は本発明の他の実施例を示すもので、差動入力信号に適用したものである。差動増幅器１６、一端が入力電圧に接続されて他端が差動増幅器１６の反転入力端子に接続されたコンデンサ１、差動増幅器１６の反転入力端子と出力端子を短絡するスイッチ３、差動増幅器１６の反転入力端子に接続する電荷制御回路４、および、電荷制御回路４とスイッチ３を制御する信号を生成する信号生成回路５で構成される。
【００１７】
ＶｏｕｔがＨｉｇｈレベルのとき、第１のタイミングの差動入力電圧をＶｉｎ１とする。このときスイッチ回路３を短絡すると、差動増幅器１６の仮想接地により、コンデンサ１に入力電圧Ｖｉｎ１と差動増幅器１６の入力オフセット電圧Ｖｏｆが充電される。その後、スイッチ３は開放される。第２のタイミングの入力電圧をＶｉｎ２とする。このとき、電荷制御回路４によってコンデンサ１の一定の電荷放電する。をコンデンサ１は一定電荷を一定時間放電したことにより、一定電圧Ｖｈの電圧が減少することになる。このとき、差動増幅器１６の増幅率をβとして、差動増幅器からの出力電圧は
2005039445.tif 000005
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１＋Ｖｈ）以上であればＬｏｗレベルに切り替わる。
【００１８】
ＶｏｕｔがＬｏｗレベルのとき、第１のタイミングの差動入力電圧をＶｉｎ１とする。このときスイッチ回路３を短絡すると、差動増幅器１６の仮想接地により、コンデンサ１に入力電圧Ｖｉｎ１と差動増幅器１６の入力オフセット電圧Ｖｏｆが充電される。その後、スイッチ３は開放される。第２のタイミングの入力電圧をＶｉｎ２とする。このとき、電荷制御回路４によってコンデンサ１の一定の電荷を充電する。コンデンサ１は一定電荷を一定時間充電したことにより、一定電圧Ｖｈの電圧が増加することになる。このとき、差動増幅器１６の増幅率をβとして、差動増幅器からの出力電圧は
2005039445.tif 000006
となり、Ｖｉｎ２が（Ｖｉｎ１−Ｖｈ）以下であればＨｉｇｈレベルに切り替わる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、コンデンサに一定電荷を増減させることによって、ヒステリシス電圧の設定範囲を広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す回路図
【図２】電荷制御回路の他の例を示す回路図
【図３】電荷制御回路の他の例を示す回路図
【図４】本発明の実施例を示す回路図
【図５】従来のチョッパ型電圧比較器の回路図
【符号の説明】
１、１４、２２、２５：コンデンサ
２：インバータ
３、８、９、１５、２１、２４：スイッチ
４：電荷制御回路
５：信号生成回路
１０：ラッチ回路
１６：差動増幅器
２３、２６：カレントミラー回路
【図１】
2005039445.tif 000007
【図２】
2005039445.tif 000008
【図３】
2005039445.tif 000009
【図４】
2005039445.tif 000010
【図５】
2005039445.tif 000011