CN101944894A - 一种具有动态偏置控制的比较器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有动态偏置控制的比较器，其包括比较器；比较器的输入端与预放大器相连，预放大器与偏置信号控制电路的输出端相连；偏置信号控制电路接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电压与第二偏置电压；所述预放大器接收参考信号Vin-、第一偏置电压及第二偏置电压，并根据输入信号Vin+的幅度，向比较器输出相应的偏置电流。本发明当第二偏置电压较高时，使场效应管M1与场效应管M2的衬底电压升高，场效应管M1与场效应管M2的阈值电压Vth升高，降低了场效应管M1与场效应管M2的开关电流，降低了比较器的动态功耗；第一偏置电压较低时，降低了场效应管M4的偏置电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的适用范围。

Description

一种具有动态偏置控制的比较器
技术领域
本发明涉及一种比较器，尤其是一种具有动态偏置控制的比较器，具体地说是一种能够降低静态与动态功耗的比较器，属于模数转换器的技术领域。
背景技术
在现代通信及消费类集成电路中，模数转换器是一个重要部件；模数转换器用于将模拟信号与数字信号间的转换。而对于各种类型的模数转换器，比较器都是必不可少的重要模块。在高速模数转换器中，比较器的速度决定了模数转换器的速度，提高比较器的速度一般会增加功耗，从而限制了模数转换器的使用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有动态偏置控制的比较器，其结构简单，适用范围广，能够降低动态功耗与静态功耗。
按照本发明提供的技术方案，所述具有动态偏置控制的比较器，包括比较器；所述比较器的输入端与预放大器相连，所述预放大器与偏置信号控制电路的输出端相连；偏置信号控制电路接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电压与第二偏置电压；所述预放大器接收参考信号Vin-、第一偏置电压及第二偏置电压，并根据输入信号Vin+的幅度，向比较器输出相应的偏置电流。
所述预放大器包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4；所述场效应管M1与场效应管M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相连，所述场效应管M3与场效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电压相连，场效应管M2的栅极端与参考信号Vin-相连，场效应管M1的栅极端与输入信号Vin+相连；场效应管M1与场效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连；场效应管M1的漏极端通过电阻R1与电源VDD相连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源VDD相连。
所述比较器包括场效应管M7与场效应管M8；所述场效应管M7与场效应管M8的源极端均通过开关S3接地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻R4与电源VDD相连；场效应管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅极端与场效应管M7的漏极端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源VDD相连的另一端分别通过开关S1、开关S2与预放大器的输出端相连。
所述偏置信号控制电路包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输出端分别与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源VDD相连，场效应管M5的源极端通过电流源A1接地，电流源A1对应于与场效应管M5的源极端相连的一端形成第二偏置电压；场效应管M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过电流源A2与电源VDD相连；电流源A2对应于与场效应管M6的漏极端相连的一端形成第一偏置电压。
所述峰值检测电路包括二极管D及电容C；所述二极管D的阴极端与电容C相连，电容C的另一端接地；电容C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连。所述开关S1、开关S2及开关S3为CMOS管。
本发明的优点：偏置信号控制电路接收并检测输入信号的电压峰值，并输入第一偏置电压与第二偏置电压，第二偏置电压与场效应管M1与场效应管M2的衬底相连，第一偏置电压与场效应管M4的栅极端相连；当输入信号的幅值较大时，第二偏置电压较高，第一偏置电压较低；当第二偏置电压较高时，从而使场效应管M1与场效应管M2的衬底电压升高，场效应管M1与场效应管M2的阈值电压Vth升高，降低了场效应管M1与场效应管M2的开关电流，降低了比较器的动态功耗；当第一偏置电压较低时，降低了场效应管M4的偏置电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的适用范围，安全可靠。
附图说明
图1为本发明的原理示意图。
图2为本发明偏置信号控制电路的原理示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1～图2所示：本发明包括预放大器1、比较器2及偏置信号控制电路3。
如图1所示：所述比较器2的输入端与预放大器1相连，所述预放大器1的输入端与偏置信号控制电路3相连；偏置信号控制电路3接收输入信号Vin+，并检测所述输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值分别输出第一偏置电压bias1与第二偏置电压bias2。预放大器1分别接收输入信号Vin+、参考电压Vin-、第一偏置电压bias1及第二偏置电压bias2，并向比较器2输出偏置电流，比较器2根据所述偏置电流的大小确定比较输出结果Vout；预放大器1接收第一偏置电压bias1及第二偏置电压bias2，并根据输入信号Vin+的幅值，输出相应的偏置电流的幅值较小，从而使比较器2的静态功耗及动态功耗降低，使比较器能够适用于高速模数转换器的需要。
所述预放大器1包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4；所述场效应管M1与场效应管M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相连，所述场效应管M3与场效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电压相连bias1，场效应管M2的栅极端与参考信号Vin-相连，场效应管M1的栅极端与输入信号Vin+相连；场效应管M1与场效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连bias2；场效应管M1的漏极端通过电阻R1与电源VDD相连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源VDD相连；场效应管M3的栅极端与固定偏置电压nbias相连，所述固定偏置电压nbias用于提供电路的偏置电流。
所述比较器2包括场效应管M7与场效应管M8；所述场效应管M7与场效应管M8的源极端均通过开关S3接地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻R4与电源VDD相连；场效应管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅极端与场效应管M7的漏极端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源VDD相连的另一端分别通过开关S1、开关S2与预放大器1的输出端相连；即开关S1与电阻R1对应于与场效应管M1的漏极端相连的端部相连，开关S2与电阻R2对应于与场效应管M2的漏极端相连的端部相连，预放大器1输出的偏置电流分别通过开关S1及开关S2输入到比较器2内，从而使比较器2能够输出相应的比较结果Vout。开关S1、开关S2及开关S3均为COMS管。
如图2所示：所述偏置信号控制电路3包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输出端分别与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源VDD相连，场效应管M5的源极端通过电流源A1接地，电流源A1对应于与场效应管M5的源极端相连的一端形成第二偏置电压bias2；场效应管M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过电流源A2与电源VDD相连；电流源A2对应于与场效应管M6的漏极端相连的一端形成第一偏置电压bias1；所述峰值检测电路包括二极管D及电容C；所述二极管D的阴极端与电容C相连，电容C的另一端接地；电容C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连。场效应管M5构成源极跟随器，场效应管M6构成共源放大器。当输入信号Vin+的幅值较大时，通过场效应管M5后的第二偏置电压bias2也较高，通过场效应管M6后的第一偏置电压bias1则较低，通过第一偏置电压bias1与第二偏置电压bias2的作用，使预放大器1输出的偏置电流较小，从而能够降低静态及动态功耗。
如图1和图2所示：使用时，输入信号Vin+分别加在场效应管M1的栅极端及二极管D的阳极端；输入信号Vin+经过二极管D及电容C后，得到峰值电压，所述峰值电压通过场效应管M5及场效应管M6后，分别得到第一偏置电压bias1及第二偏置电压bias2，其中第二偏置电压bias2随着输入信号Vin+幅值的增大而增大，第一偏置电压bias1随着输入信号Vin+幅值的增大而减小。第二偏置电压bias2与场效应管M1及场效应管M2的衬底相连，当第二偏置电压bias2较大时，场效应管M1与场效应管M2的衬底电压也会升高，即场效应管M1与场效应管M2的阈值电压Vth升高，能够降低场效应管M1与场效应管M2的开关电流，从而能够降低比较器2的动态功耗。第一偏置电压bias1与场效应管M4的栅极端相连，第一偏置电压bias1低时，场效应管M4的偏置电流也较低，能够降低功耗。工作时，输入信号Vin+与参考电压Vin-同时加在场效应管M1与场效应管M2的栅极端，输入信号Vin+与参考电压Vin-进行比较，第二偏置电压bias2提高了场效应管M1及场效应管M2的衬底电压，能够降低场效应管M1与场效应管M2漏极端输出的偏置电流；所述偏置电流分别通过开关S1或开关S2输入到比较器2内，使比较器2根据场效应管M1或场效应管M2输入的偏置电流，能够输入相应的比较结果，从而模数转换器能够将模拟信号转换为相应的数字信号。
本发明偏置信号控制电路3接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并输入第一偏置电压bias1与第二偏置电压bias2，第二偏置电压bias2与场效应管M1与场效应管M2的衬底相连，第一偏置电压bias1与场效应管M4的栅极端相连；当输入信号Vin+的幅值较大时，第二偏置电压bias2较高，第一偏置电压bias1较低；当第二偏置电压bias2较高时，从而使场效应管M1与场效应管M2的衬底电压升高，场效应管M1与场效应管M2的阈值电压Vth升高，降低了场效应管M1与场效应管M2的开关电流，降低了比较器的动态功耗；当第一偏置电压bias1较低时，降低了场效应管M4的偏置电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的适用范围，安全可靠。

Claims (6)

1.一种具有动态偏置控制的比较器，包括比较器(2)；其特征是：所述比较器(2)的输入端与预放大器(1)相连，所述预放大器(1)与偏置信号控制电路(3)的输出端相连；偏置信号控制电路(3)接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电压与第二偏置电压；所述预放大器(1)接收参考信号Vin-、第一偏置电压及第二偏置电压，并根据输入信号Vin+的幅度，向比较器(2)输出相应的偏置电流。
2.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是：所述预放大器(1)包括场效应管M1、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4；所述场效应管M1与场效应管M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相连，所述场效应管M3与场效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电压相连，场效应管M2的栅极端与参考信号Vin-相连，场效应管M1的栅极端与输入信号Vin+相连；场效应管M1与场效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连；场效应管M1的漏极端通过电阻R1与电源VDD相连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源VDD相连。
3.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是：所述比较器(2)包括场效应管M7与场效应管M8；所述场效应管M7与场效应管M8的源极端均通过开关S3接地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻R4与电源VDD相连；场效应管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅极端与场效应管M7的漏极端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源VDD相连的另一端分别通过开关S1、开关S2与预放大器(1)的输出端相连。
4.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是：所述偏置信号控制电路(3)包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输出端分别与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源VDD相连，场效应管M5的源极端通过电流源A1接地，电流源A1对应于与场效应管M5的源极端相连的一端形成第二偏置电压；场效应管M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过电流源A2与电源VDD相连；电流源A2对应于与场效应管M6的漏极端相连的一端形成第一偏置电压。
5.根据权利要求4所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是：所述峰值检测电路包括二极管D及电容C；所述二极管D的阴极端与电容C相连，电容C的另一端接地；电容C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连。
6.根据权利要求3所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是：所述开关S1、开关S2及开关S3为CMOS管。
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