DE10157962C1 - Komparator - Google Patents
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- H03K5/22—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral
- H03K5/24—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude
- H03K5/2436—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using a combination of bipolar and field-effect transistors
- H03K5/2445—Circuits having more than one input and one output for comparing pulses or pulse trains with each other according to input signal characteristics, e.g. slope, integral the characteristic being amplitude using a combination of bipolar and field-effect transistors with at least one differential stage
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Komparator mit einer Differenzverstärkerstufe, die zwei am Emitteranschluß zusammengeschaltete bipolare Transistoren (10, 12), deren Basisanschlüsse die beiden Eingänge des Komparators bilden, ein mit dem Kollektoranschluß des ersten bipolaren Transistors (10) verbundenes erstes Lastelement (R1) und ein mit dem Kollektoranschluß des zweiten bipolaren Transistors (12) verbundenes zweites Lastelement (R2) umfaßt. Der erfindungsgemäße Komparator zeichnet sich dadurch aus, daß er darüber hinaus einen ersten MOSFET (M1) und einen zweiten MOSFET (M2) umfaßt, ein Schaltungspunkt, an dem die während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am ersten Lastelement (R1) abfallende Spannung (VA1) auftritt, mit dem Sourceanschluß des ersten MOSFETs (M1) und dem Backgateanschluß des zweiten MOSFETs (M2) verbunden ist, der Schaltungspunkt, an dem die während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am zweiten Lastelement (R2) abfallende Spannung (VA2) auftritt, mit dem Sourceanschluß des zweiten MOSFETs (M2) und dem Backgateanschluß des ersten MOSFETs (M1) verbunden ist, und der Drainanschluß des zweiten MOSFETs (M2) den Ausgang (Vout) des Komparators bildet. Die besonderen Vorteile des Komparators liegen darin, daß er neben der geringen Offsetspannung einer mit bipolaren Transistoren Differenzverstärkerstufe einen geringen Stromverbrauch und eine sehr kurze Ansprechzeit aufweist.
Description
Die Erfindung betrifft einen Komparator mit einer Differenzverstärkerstufe, die
zwei am Emitteranschluß zusammengeschaltete bipolare Transistoren (10, 12),
deren Basisanschlüsse die beiden Eingänge des Komparators bilden, ein mit dem
Kollektoranschluß des ersten bipolaren Transistors (10) verbundenes erstes La
stelement (R1) und ein mit dem Kollektoranschluß des zweiten bipolaren Transi
stors (12) verbundenes zweites Lastelement (R2) umfaßt.
Komparatoren auf der Basis von Differenzverstärkern mit bipolaren Transistoren
haben ein weites Einsatzgebiet. Für manche Einsatzzwecke ist es wichtig, daß die
Schaltzeit des Komparators einen gewissen Wert nicht überschreitet, ohne daß die
Vorteile des bipolaren Transistors, nämlich die geringe Offsetspannung der Diffe
renzverstärkerstufe und hohe Verstärkung aufgegeben werden müssen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen eingangs genannten Komparator so
zu gestalten, daß er eine besonders kurze Ansprechzeit aufweist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Komparator dadurch gelöst, daß
der Komparator darüber hinaus einen ersten MOSFET (M1) und einen zweiten
MOSFET (M2) umfaßt, ein Schaltungspunkt, an dem die während des Betriebs
der Differenzverstärkerstufe am ersten Lastelement (R1) abfallende Spannung
(VA1) auftritt, mit dem Sourceanschluß des ersten MOSFETs (M1) und dem
Backgateanschluß des zweiten MOSFETs (M2) verbunden ist, der Schaltungs
punkt, an dem die während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am zweiten
Lastelement (R2) abfallende Spannung (VA2) auftritt, mit dem Sourceanschluß
des zweiten MOSFETs (M2) und dem Backgateanschluß des ersten MOSFETs
(M1) verbunden ist, und der Drainanschluß des zweiten MOSFETs (M2) den
Ausgang (Vout) des Komparators bildet.
Der erfindungsgemäße Komparator erreicht eine sehr kurze Schaltzeit dadurch,
daß das Ausgangssignal des mit bipolaren Transistoren mit großer Verstärkung
aufgebauten Differenzverstärkers zur Steuerung eines MOSFETs am Ausgang
verwendet wird, der mit diesem Signal sowohl über das Gate als auch über das
Backgate, d. h. den Substratanschluß des MOSFETs angesteuert wird. Durch die
Verwendung von MOSFETs am Ausgang und die beschriebene Backgateansteue
rung wird zudem ein sehr geringer Stromverbrauch des Komparators möglich.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekenn
zeichnet.
Weitere Vorteile und Merkmale des erfindungsgemäßen Komparators gehen aus
der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter
Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung hervor.
Die einzige Figur zeigt ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Komparators.
Der vorzugsweise in integrierter hergestellte erfindungsgemäße Komparator um
faßt zunächst eine herkömmliche Differenzverstärkerstufe, die zwei am Emitte
ranschluß zusammengeschaltete baugleiche bipolare Transistoren 10 und 12 auf
weist, deren Basisanschlüsse mit den beiden Eingängen des Komparators ver
bunden sind. Die beiden bipolaren Transistoren 10 und 12 werden über eine ge
meinsame Konstantstromquelle I0 (= dritte Konstantstromquelle) gespeist, die
zwischen dem Verbindungspunkt der beiden Emitter der bipolaren Transistoren
und Masse (GND) liegt. Anstelle der Konstantstromquelle I0 kann auch ein Wi
derstand verwendet werden.
Die Differenzverstärkerstufe des Komparators weist darüber hinaus einen ersten
Widerstand R1 auf, der zwischen der Versorgungsspannung VDD und dem Kol
lektoranschluß des ersten bipolaren Transistors 10 liegt und einen mit dem ersten
Widerstand baugleichen zweiten Widerstand R2 auf, der zwischen der Versor
gungsspannung VDD und dem Kollektoranschluß des zweiten bipolaren Transi
stors 12 liegt. Anstelle der beiden Widerstände können auch aktive Lastelemente
wie Stromquellen und Stromspiegel verwendet werden, was im Stand der Technik
bekannt ist.
Der erfindungsgemäße Komparator weist darüber hinaus einen ersten MOSFET
M1 auf, bei dem es sich um einen P-MOSFET handelt, dessen Sourceanschluß
mit dem Kollektoranschluß des ersten bipolaren Transistors 10 verbunden ist und
dessen Drainanschluß mit einer ersten Konstantstromquelle I1 verbunden ist, die
an Masse GND liegt.
Der erfindungsgemäße Komparator weist darüber hinaus einen mit dem ersten
MOSFET M1 baugleichen zweiten P-MOSFET M2 auf, dessen Sourceanschluß
mit dem Kollektoranschluß des zweiten bipolaren Transistors 12 verbunden ist
und dessen Drainanschluß mit einer zweiten Konstantstromquelle I2 verbunden
ist, die an Masse GND liegt und einen gleichen Strom liefert wie die erste Kon
stantstromquelle I1.
Die Gateanschlüsse der beiden MOSFETs M1 und M2 sind miteinander verbun
den, wobei der Gateanschluß des ersten MOSFETs mit der ersten Konstantstrom
quelle verbunden ist, so daß die Gates der beiden MOSFETs auf gleichem Poten
tial liegen.
Der Schaltungspunkt (Kollektor des ersten bipolaren Transistors 10), an dem die
während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am ersten Lastelement R1 ab
fallende Spannung VA1 auftritt, ist mit dem Sourceanschluß des ersten MOSFETs
M1 und dem Backgateanschluß (= Substratanschluß) des zweiten MOSFETs M2
verbunden.
Der Schaltungspunkt (Kollektor des zweiten bipolaren Transistors 12), an dem die
während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am zweiten Lastelement R2
abfallende Spannung VA2 auftritt, ist mit dem Sourceanschluß des zweiten
MOSFETs M2 und dem Backgateanschluß (= Substratanschluß) des ersten MOS-
FETs M1 verbunden.
Der Drainanschluß des zweiten MOSFETs M2 ist mit dem Ausgang des Kompa
rators verbunden, an dem eine Spannung Vout auftritt.
Im folgenden wird kurz die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Komparators
beschrieben.
Steigt z. B. an den Eingängen des Komparators eine an dem Basisanschluß des
ersten bipolaren Transistors 10 liegende Spannung V1 über eine an dem Basisan
schluß des zweiten bipolaren Transistors 12 anliegende Spannung V2 (Annahme
= 0 V) an, mit der die Spannung V1 verglichen werden soll, so sinkt die am Wi
derstand R1 abfallende Spannung VA1 und die am Widerstand R2 abfallende
Spannung VA2 steigt an.
Die am Widerstand R2 liegende ansteigende Spannung VA2 gelangt an die Sour
ce des MOSFETs M2, so daß dessen Gate-Source-Spannung negativer wird und
der MOSFET allmählich durchschaltet. Dieser Effekt wird noch dadurch verstärkt
und beschleunigt, daß der MOSFET M2 zudem über seinen Backgateanschluß
gesteuert wird, an dem nun die gefallene Spannung VA1 anliegt, so daß sich die
Substrat-Source-Spannung des MOSFETs M2 verändert und der MOSFET M2
umso schneller durchschaltet.
Durch das Durchschalten des MOSFETs M2 steigt am Ausgang des Komparators
die Spannung Vout an und es wird ein Ausgangssignal erzeugt, daß anzeigt, daß
die an dem Basisanschluß des ersten bipolaren Transistors 10 liegende Spannung
V1 über die an dem Basisanschluß des zweiten bipolaren Transistors 12 anliegen
de Spannung V2 gestiegen ist.
Falls die an dem Basisanschluß des ersten bipolaren Transistors 10 liegende
Spannung V1 unter die an dem Basisanschluß des zweiten bipolaren Transistors
12 anliegende Spannung V2 fällt, läuft der Vorgang analog in umgekehrter Weise
ab und der Komparator gibt in diesem Fall ein anderes Ausgangssignal ab.
Der symmetrische Aufbau des Komparators garantiert eine weitgehende Unab
hängigkeit von Temperatureinflüssen auf die Schaltung.
Claims (6)
1. Komparator mit einer Differenzverstärkerstufe, die zwei am Emitter
anschluß zusammengeschaltete bipolare Transistoren (10, 12), deren
Basisanschlüsse die beiden Eingänge des Komparators bilden, ein mit dem
Kollektoranschluß des ersten bipolaren Transistors (10) verbundenes erstes
Lastelement (R1) und ein mit dem Kollektoranschluß des zweiten bipolaren
Transistors (12) verbundenes zweites Lastelement (R2) umfaßt, wobei der
Komparator darüber hinaus einen ersten MOSFET (M1) und einen zweiten
MOSFET (M2) umfaßt, ein Schaltungspunkt, an dem die während des Betriebs
der Differenzverstärkerstufe am ersten Lastelement (R1) abfallende Spannung
(VA1) auftritt, mit dem Sourceanschluß des ersten MOSFETs (M1) und dem
Backgateanschluß des zweiten MOSFETs (M2) verbunden ist, der Schaltungs
punkt, an dem die während des Betriebs der Differenzverstärkerstufe am zweiten
Lastelement (R2) abfallende Spannung (VA2) auftritt, mit dem Sourceanschluß
des zweiten MOSFETs (M2) und dem Backgateanschluß des ersten MOSFETs
(M1) verbunden ist, und der Drainanschluß des zweiten MOSFETs (M2) den
Ausgang (Vout) des Komparators bildet.
2. Komparator nach Anspruch 1, bei dem darüber hinaus eine erste Konstant
stromquelle (I1) vorgesehen ist, die mit dem Drainanschluß des ersten MOSFETs
(M1) verbunden ist, und eine zweite Konstantstromquelle (I2) vorgesehen, die mit
dem Drainanschluß des zweiten MOSFETs (M2) verbunden ist und den gleichen
Strom wie die erste Konstantstromquelle (I1) liefert.
3. Komparator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Gateanschlüsse der beiden
MOSFETs (M1, M2) miteinander verbunden sind und der Gateanschluß des er
sten MOSFETs (M1) mit der ersten Konstantstromquelle (I1) verbunden ist.
4. Komparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die bipolaren
Transistoren (10, 12) aus einer gemeinsamen dritten Konstantstromquelle (I0)
gespeist werden.
5. Komparator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lastele
mente aus Widerständen (R1, R2) bestehen.
6. Komparator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Lastelemente aus
aktiven Lasten bestehen.
Priority Applications (2)
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DE10157962A DE10157962C1 (de) | 2001-11-26 | 2001-11-26 | Komparator |
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Citations (4)
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2001
- 2001-11-26 DE DE10157962A patent/DE10157962C1/de not_active Expired - Fee Related
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2002
- 2002-11-26 US US10/304,569 patent/US6717466B2/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
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US20030164733A1 (en) | 2003-09-04 |
US6717466B2 (en) | 2004-04-06 |
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