专利名称：比较器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及比较器电路，特别是涉及既具有电流输出又具有电压输出，并且适用于单片式集成电路的比较器电路。
背景技术：
例如，在日本专利申请公开号为P2000-188517A(
公开日2000年7月4日)的特开2000-188517A公报以及日本专利申请公开号P2001-189633A(
公开日2001年7月10日)中公开了电压输出式比较器电路。另外，在图2中表示出了具备电流输出和电压输出的现有的比较器电路11。比较器电路11具有由晶体管Q11，Q12和电阻R15，R16以及恒流源CS11构成的差动放大器12，晶体管Q13，Q14和恒流源CS12，CS13。比较器电路11构成向差动放大器12的晶体管Q11，Q12的基极中施加反馈的正反馈电路的同时，还具有用于输出比较器输出电压的发射极跟随电路13和将比较器输入电压通过电阻R11，R12施加到差动放大器12的晶体管Q11，Q12的各基极和电阻R13，R14的连接点上的单元。
为了得到电流输出，在该比较器电路11中设置由晶体管Q15，Q16和恒流源CS14构成的电流开关电路20。根据把比较器电路11的输出电压接入到晶体管Q15，Q16的基极，利用切换比较器电路的输出电压来转换晶体管Q15，Q16的集电极电流，将该电流作为比较器电路的输出电流。
比较器电路11和电流开关电路20的动作为如下所述，而且以下所述的动作中，晶体管的hFE很高以至于基极电流无法忽视，还有晶体管Q13的基极-发射极之间的电压与晶体管Q14的基极-发射极之间的电压是近似相等的。
图2中将比较器电路11的输入电压表示为v1，v2，晶体管Q11的基极电压表示为v3，晶体管Q12的基极电压表示为v4，晶体管Q14的射极电压(比较器输出电压)表示为v5，晶体管Q13的发射极电压(比较器输出电压)表示为v6。初始时，要考虑在v1＞v2的输入条件下恒流源CS11的电流I11流进晶体管Q11一侧的情况。此时输出电压v5，v6分别变为下式。
v5＝Vr-VBE(Q14)v6＝Vr-R15×I11-VBB(Q13)此处Vr为参考电压，VBE(Q13)为晶体管Q13的基极-发射极之间的电压。因此，比较器输出电压v5，v6间的大小关系为v5＞v6。
再者，由于用电阻R11，R13分割v1，v5得到v3，用电阻R12，R14分割v2，v6得到v4，所以v3，v4可用下式来表示。
v3＝(R11×v5+R13×v1)/(R11+R13)v4＝(R12×v6+R14×v2)/(R12+R14)按照v1＞v2，v5＞v6，设计R11＝R12，R13＝R14时，就变为v3＞v4，恒流源CS11的恒定电流I11流进晶体管Q11一侧，并且比较器输出电压安定地维持v5＞v6的状态。
还有，按照v5＞v6，在作为后段的电流开关电路20中，恒定电流I14流进晶体管Q15一侧，比较器输出电流变为io1＝I14，io2＝0，并且输出电流安定地维持io1＞io2的状态。
其次，在上述状态下，对应v2把v1减小(v1＜v2)，v3与v4之间的差变小，根据电阻R13，R14的正反馈电路，当v3与v4之间的差变到某一条件时，恒定电流I11的流向就从晶体管Q11切换到晶体管Q12。用于此切换的条件就是从正反馈环切离时的开环增益变为1的条件。按照此条件，v3与v4之间的关系变为下式。
v3-v4＝VT×1n((I11/2+√A)/(I11/2-√A))其中，A＝I11×(I11/4-VT/R)R＝R11×R16/(R11+R13)+R12×R15/(R12+R14)VT＝K×T/qK波尔兹曼常数，T绝对温度，q元电荷v3与v4之间的差变为上式时，基于正反馈电路，将比较器电路11的动作在瞬间进行反转，因此，恒定电流I11流进晶体管Q12一侧，并且比较器输出电压变为下式。
v5＝Vr-I11×R16-VBE(Q14)v6＝Vr-VBE(Q13)作为结果，比较器输出电压的大小关系就变为v5＜v6。
v3，v4与前面的情况相同，以下的关系也成立。
v3＝(R11×v5+R13×v1)/(R11+R13)v4＝(R12×v6+R14×v2)/(R12+R14)按照v1＜v2，v5＜v6，设计R11＝R12，R13＝R14时，就变为v3＜v4。因此，由于恒定电流I11流进晶体管Q12一侧，所以比较器输出电压安定地维持v5＜v6的状态。基于此，在作为后段的电流开关电路20中，由于恒定电流I14流进晶体管Q16一侧，所以比较器输出电流变为io1＝0，io2＝I14，并且输出电流安定地维持io1＜io2的状态。
其次，在上述状态下，对应v2把v1增加(v1＞v2)，当v3与v4之间的差也变到某一条件时，比较器电路11的动作进行反转。此切换的条件与上述的条件相同，也就是开环增益变为1时的条件，v3与v4之间的关系变为下式。
v3-v4＝-VT×1n((I11/2+√A)/(I11/2-√A))当v3与v4之间的差满足上式时，基于正反馈电路，将比较器电路11的动作在瞬间进行反转，使恒定电流I11流进晶体管Q11一侧，返回到初始状态。
从比较器电路11要得到既具有电流输出又具有电压输出的情况下，如现有例所示，除比较器电路11外，电流开关电路20变得很必要。因此，在电路电流增加的同时，电流开关电路变为必要，招致芯片尺寸增大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在简化电路构成的同时，能减小IC化时的电路占有面积，并且更进一步能减小电路电流的比较器电路。
本发明的比较器电路为了达成上述目的，其中包含具有负载电阻且把两个比较器输入电压之间的电压差进行放大的差动放大器；向上述差动放大器施加正反馈的同时，取出比较器输出电压的发射极跟随电路；具有把参考电压输入到基极中的晶体管的基极接地式放大器。上述比较器电路中，把流过上述负载电阻的电流作为比较器输出电流，从上述晶体管中取出。
上述比较器电路中，把流入到构成差动放大器的一对晶体管中的一个晶体管的电流靠比较器的动作进行切换，使其流向另一个晶体管。利用此点，根据用基极接地式放大器的晶体管取出流入到差动放大器的负载电阻的电流，能得到比较器输出电流。基于以上，现有例中所述的电流开关电路就变得没有必要。
进一步，通过以下的记述可充分地理解本发明的其它目的，特征以及优点，另外，通过参考附图进行的以下说明使本发明的优势变得更清楚。
图1是表示本发明实施例的比较器电路的电路图。
图2是表示现有例的比较器电路的电路图。
具体实施例方式
实施例图1示出了本发明的一个实施例的比较器电路。该比较器电路具有作为主要部件的差动放大器2和发射极跟随电路3，但是没有相当于图2中电流开关电路20的电路。差动放大器2将两个比较器输入电压之间的电压差进行放大。该差动放大器2在包含负载电阻R5，R6和晶体管Q1，Q2以及恒流源CS1的这一点上，与图2的差动放大器12是相同的，但是其包含有晶体管Q3，Q4，其中晶体管Q3，Q4是把基极电位作为参考电压的基极接地式放大器。上述参考电压是由参考电压源4产生的。晶体管Q3，Q4分别与负载电阻R5，R6进行串联连接。总之，在晶体管Q3，Q4的发射极上分别接入负载电阻R5，R6，从晶体管Q3，Q4的集电极取出比较器输出电流。
发射极跟随电路3与图2中的发射极跟随电路13相同，是由晶体管Q5，Q6和恒流源CS2，CS3构成的，并且在构成把差动放大器2的输出经过反馈电阻R3，R4施加到差动放大器2的晶体管Q1，Q2的基极上的正反馈电路的同时，作为用于取出比较器输出电压的发射极跟随电路而起作用。还有，从第1以及第2的输入端分别向比较器电路1输入的输入电压v1，v2通过电阻R1，R2，把基极电压v3，v4施加到差动放大器2中的晶体管Q1，Q2的各基极和电阻R3，R4之间的连接点上。
下面，对本实施例的比较器电路1的动作进行说明。
在以下的动作说明中，晶体管的hFE很高以至于基极电流无法忽视。还有，晶体管Q4的基极-发射极之间的电压VBE(Q4)与晶体管Q3的基极-发射极之间的电压VBE(Q3)是近似相等的，晶体管Q5的基极-发射极之间的电压VBE(Q5)与晶体管Q6的基极-发射极之间的电压VBE(Q6)也是近似相等的。
将比较器电路1的输入电压作为图1中所示的v1，v2，将晶体管Q1，Q2的基极电压分别作为v3，v4，将晶体管Q6，Q5的发射极电压(比较器输出)分别作为v5，v6。初始时，要考虑在v1＞v2的输入条件下恒定电流I1流进晶体管Q1一侧的情况。此时，输出电压被表示为下式，v5＝Vr-VBE(Q4)-VBE(6)v6＝Vr-R5×11-VBE(Q3)-VBE(Q5)因此，比较器输出电压v5，v6的大小关系为v5＞v6。
再者，由于用电阻R1，R3分割v1，v5得到v3，用电阻R2，R4分割v2，v6得到v4，所以v3，v4可用下式来表示。
v3＝(R1×v5+R3×v1)/(R1+R3)v4＝(R2×v6+R4×v2)/(R2+R4)按照v1＞v2，v5＞v6，设计R1＝R2，R3＝R4时，就变为v3＞v4，恒定电流I1流进晶体管Q1一侧，并且比较器输出电压安定地维持v5＞v6的状态。
还有，此时由恒定电流I1流进晶体管Q1一侧，比较器输出电流变为io1＝I1，io2＝0，并且输出电流安定地维持io1＞io2的状态。
其次，在上述状态下，对应v2把v1减小(v1＜v2)，v3与v4之间的差变小，根据电阻R3，R4的正反馈电路，当v3与v4之间的差变到某一条件时，恒定电流I1的流向就从晶体管Q1切换到晶体管Q2。用于此切换的条件就是从正反馈环切离时的开环增益变为1的条件。按照此条件，v3与v4之间的关系变为下式。
v3-v4＝VT×1n((I1/2+√A)/(I1/2-√A))其中，A＝I1×(I1/4-VT/R)R＝R1×R6/(R1+R3)+R2×R5/(R2+R4)VT＝K×T/qK波尔兹曼常数，T绝对温度，q元电荷v3与v4之间的差满足上式时，基于正反馈电路，将比较器电路1的动作在瞬间进行反转，因此，恒定电流I1流进晶体管Q2一侧，此时比较器输出电压变为下式。
v5＝Vr-I1×R6-VBE(Q4)-VBE(Q6)v6＝Vr-VBE(Q3)-VBE(Q5)作为结果，比较器输出电压的大小关系就变为v5＜v6。
v3，v4与前面的情况相同，以下的关系也成立。
v3＝(R1×v5+R3×v1)/(R1+R3)v4＝(R2×v6+R4×v2)/(R2+R4)按照v1＜v2，v5＜v6，其变为v3＜v4。恒定电流I1流进晶体管Q2一侧，比较器输出电压安定地维持v5＜v6的状态。
由于恒定电流I1流进晶体管Q2一侧，所以比较器输出电流变为io1＝0，io2＝I1，io1＜io2。
其次，在上述状态下，对应v2把v1增加(v1＞v2)，当v3与v4之间的差也变到某一条件时，比较器电路的动作进行反转。此切换的条件与上述的条件相同，也就是开环增益变为1时的条件，v3与v4之间的关系变为下式。
v3-v4＝VT×1n((I1/2+√A)/(I1/2-√A))当v3与v4之间的差满足上式时，基于正反馈电路，将比较器电路1的动作在瞬间进行反转，使恒定电流I1流进晶体管Q1一侧，返回到初始状态。
如上所述，本实施例的比较器电路包含输入比较器输入电压的差动放大器和输入该差动放大器的输出并且向上述差动放大器施加正反馈的同时，取出比较器输出电压的发射极跟随电路，并且具有将上述差动放大器的负载电阻接入到晶体管的发射极上，其中该晶体管构成了基极被接入到参考电压的基极接地式放大器，把流过上述负载电阻的电流作为比较器输出电流，可从上述晶体管的集电极取出的构成。
再次作更详细地说明，则本实施例的比较器电路包含把各发射极接入到第1恒流源中，通过集电极分别连接第5及第6电阻来构成差动放大器的第1及第2晶体管；在上述第5及第6电阻的另一端上接入各发射极的同时，用于把流过各电阻的电流作为第1及第2输出电流从各集电极取出，构成基极被连接到参考电压源的基极接地式放大器的第3及第4晶体管；把上述差动放大器的输出作为第1及第2输出电压，作为使其输出的跟随电路进行动作的第5及第6晶体管以及第2及第3恒流源；在第1输入端与第1电压输出端之间串联连接的第1及第3电阻的相互连接的连接点上接入上述第1晶体管的基极，在第2输入端与第2电压输出端之间串联连接的第2及第4电阻的相互连接的连接点上接入上述第2晶体管的基极。
基于以上的构成，为了取出作为比较器电路输出电流的差动放大器的动作电流，以前必须的电流开关电路变为没有必要，进而可降低电路电流。还有，因构成电流开关电路的晶体管以及恒流电路变为没有必要，所以元件数变少，进而可缩小IC化时的芯片尺寸。
在发明的详细说明中所记述的具体实施样式或实施例始终是阐明本发明的技术内容，并不是仅限于上述具体例而作得狭义解释，在本发明的精髓以及下述的权利要求项的范围内，进行各种各样地变更而能够实施。
权利要求
1.一种具有负载电阻(R5，R6)，且包含把2个比较器输入电压(v1，v2)之间的电压差进行放大的差动放大器(2)和向该差动放大器(2)施加正反馈的同时取出比较器输出电压(v5，v6)的发射极跟随电路(3)的比较器电路(1)，其特征在于，包含具有把参考电压(Vr)输入到基极中的晶体管(Q3，Q4)的基极接地式放大器；把流过上述负载电阻(R5，R6)的电流作为比较器输出电流(io1，io2)从上述晶体管(Q3，Q4)取出。
2.权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，把上述负载电阻(R5，R6)接入到上述晶体管的发射极上，并且把流过上述负载电阻(R5，R6)的电流作为比较器输出电流(io1，io2)从上述晶体管(Q3，Q4)的集电极取出。
3.权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，上述差动放大器(2)具有第1恒流源和把各发射极接入到第1恒流源(CS1)中，且把各集电极接入到第1及第2电阻(R5，R6)的一端的第1及第2晶体管(Q1，Q2)；构成上述基极接地式放大器的上述晶体管(Q3，Q4)是把各发射极接入到第1及第2电阻(R5，R6)的另一端上的同时，为了把流过各电阻的电流作为第1及第2输出电流从各集电极取出，基极被接入到参考电压源的第3及第4晶体管；上述发射极跟随电路(3)具有把差动放大器(2)的输出作为第1及第2输出电压，作为使其输出的跟随电路(3)进行动作的第5及第6晶体管(Q5，Q6)和向第5及第6晶体管(Q5，Q6)流入各恒定电流的第2及第3恒流源(CS2，CS3)；上述比较器电路(1)还包含在第1输入端与第1电压输出端之间串联连接的第3及第4电阻(R1，R3)，以及，在第2输入端与第2电压输出端之间串联连接的第5及第6电阻(R2，R4)；上述第3及第4电阻(R1，R3)的相互连接的连接点上接入上述第1晶体管(Q1)的基极，上述第5及第6电阻(R2，R4)的相互连接的连接点上接入上述第2晶体管(Q2)的基极。
全文摘要
比较器电路具有把两个比较器输入电压之间的电压差进行放大的差动放大器，向差动放大器施加正反馈的同时，取出比较器输出电压的发射极跟随电路以及基极接地式放大器，并且具有电压及电流的2种类的比较器输出。基极接地式放大器包含参考电压被输入到基极中的2个晶体管。差动放大器的2个负载电阻被接入到基极接地式晶体管的各发射极中。把流过上述负载电阻的电流作为比较器输出电流，从上述晶体管的集电极取出。由此，无需用于取出比较器输出电流的电流开关电路。
文档编号H03F3/45GK1487666SQ03154080
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月15日 优先权日2002年8月23日
发明者仲岛明生, 古田广一, 松井高生, 一, 生 申请人:夏普株式会社