CN102082569B - 比较器线性度补偿系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种比较器线性度补偿系统，用于补偿一第一比较器的线性度，所述比较器线性度补偿系统包括所述第一比较器，所述第一比较器接收一对输入的差分电压信号，并根据输入的差分电压信号输出一对差分电压信号，所述比较器线性度补偿系统还包括一第二比较器及一第三比较器，所述第三比较器分别与第一比较器及第二比较器相连，所述第二比较器与一共模电压端相连，并输出一第一电压至第三比较器，所述第一比较器输出一第二电压至第三比较器，所述第三比较器根据第一电压与第二电压输出一偏置电压至第一比较器来控制第一电压与第二电压相等。本发明还进一步提供一种比较器线性度补偿方法。本发明保证了输入差分电压变化期间，比较器的增益保持近似不变。

Description

比较器线性度补偿系统及方法

技术领域

本发明涉及一种比较器系统，尤指一种能够自动补偿比较器的线性度的比较器线性度补偿系统及方法。

背景技术

比较器是输出量数值与规定的参比值相比较，以产生一个差值信号的器件。

线性度是对比较器的一个重要要求，然而，现有的比较器的增益会随着输入差分电压的幅度的变化而变化，从而影响比较器的线性度。因此，有必要提供一种能够自动补偿比较器的线性度的比较器线性度补偿系统及方法。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种能够自动补偿比较器的线性度的比较器线性度补偿系统及方法。

一种比较器线性度补偿系统，用于补偿一第一比较器的线性度，所述比较器线性度补偿系统包括所述第一比较器，所述第一比较器接收一对输入的差分电压信号，并根据输入的差分电压信号输出一对差分电压信号，所述比较器线性度补偿系统还包括一第二比较器及一第三比较器，所述第三比较器分别与所述第一比较器及所述第二比较器相连，所述第二比较器与一共模电压端相连，并输出一第一电压至所述第三比较器，所述第一比较器输出一第二电压至所述第三比较器，所述第三比较器根据所述第一电压与所述第二电压输出一偏置电压至所述第一比较器来控制所述第一电压与所述第二电压相等。

一种比较器线性度补偿方法，包括以下步骤：

一第一输入电压端与一第二输入电压端输入一对输入差分电压至一第一比较器，一共模电压端输入一共模电压至一第二比较器，所述第一比较器输出一第二电压至一第三比较器，所述第二比较器输出一第一电压至所述第三比较器；

当输入差分电压之间存在差值时，所述第二电压改变，所述第一电压不变，所述第三比较器开始工作，所述第三比较器输出一偏置电压至所述第一比较器；及

所述第二电压随所述偏置电压的改变而改变，使得所述第二电压与所述第一电压相等。

相对现有技术，本发明比较器线性度补偿系统及方法用于解决一种能够随输入差分电压的变化自动补偿比较器的线性度的方法，从而保证整个输入差分电压变化期间，比较器的增益保持近似不变，大大提高了比较器可以忍受的最大差分电压值，并且整个电路是随输入差分电压值动态变化的，因此在节省功耗方面也有很大优势。

附图说明

图1为本发明比较器线性度补偿系统较佳实施方式的系统架构图。

图2为本发明比较器线性度补偿系统较佳实施方式的电路图。

图3为本发明比较器线性度补偿方法较佳实施方式的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明比较器线性度补偿系统较佳实施方式用于补偿一第一比较器opm1的线性度，其包括该第一比较器opm1、一第二比较器opm2及一第三比较器opm3。该第一比较器opm1的一正相输入端与一第一输入电压端Vdm+相连，该第一比较器opm1的一反相输入端与一第二输入电压端Vdm-相连，该第一输入电压端Vdm+与该第二输入电压端Vdm-用于接收一对输入的差分电压信号，该第一比较器opm1的一输出端与该第三比较器opm3的一正相输入端相连，该第一比较器opm1的另两个输出端分别与一第一输出电压端Vout+及一第二输出电压端Vout-相连，该第一输出电压端Vout+及该第二输出电压端Vout-根据接收的输入差分电压信号输出一对差分电压信号。该第二比较器opm2的一正相输入端及一反相输入端共同与一共模电压端Vcm相连，该第二比较器opm2的一输出端与该第三比较器opm3的一反相输入端相连，该第三比较器opm3的一输出端与该第一比较器opm1的一输入控制端相连。该第二比较器opm2的输出端输出一第一电压Vs1至该第三比较器opm3的反相输入端，该第一比较器opm1的输出端输出一第二电压Vs2至该第三比较器opm3的正相输入端，该第三比较器opm3的输出端输出一偏置电压Vbb至该第一比较器opm1的输入控制端。

请参阅图2，图2为本发明比较器线性度补偿系统较佳实施方式的电路图。其中，该第二比较器opm2包括一第一场效应管M1A、一第二场效应管M1B、一第三场效应管MB1、一第一电阻R1、一第二电阻R2及一第三电阻R3，该第三比较器opm3包括一第四场效应管MB5、一第五场效应管M4A、一第六场效应管MP1、一第七场效应管MP2、一第八场效应管M2A、一第九场效应管M2B、一第十场效应管MB2、一第十一场效应管MB6、一第十二场效应管M4B、一第十三场效应管MP3及一第十四场效应管MB3，该第一比较器opm1包括一第十五场效应管M3A、一第十六场效应管M3B、一第十七场效应管MB4、一第四电阻R4、一第五电阻R5及一第六电阻R6。

该比较器线性度补偿系统较佳实施方式的电路连接关系为：该第一场效应管M1A的栅极与该第二场效应管M1B的栅极共同连接该共模电压端Vcm，该第一场效应管M1A的漏极与该第一电阻R1的一端相连，该第二场效应管M1B的漏极与该第二电阻R2的一端相连，该第一电阻R1的另一端与该第二电阻R2的另一端共同连接该第三电阻R3的一端，该第三场效应管MB1的栅极及该第十场效应管MB2的栅极共同连接一电压端Vbn，该第三场效应管MB1的漏极、该第一场效应管M1A的源级与该第二场效应管M1B的源级共同连接该第五场效应管M4A的栅极，并输出电压Vs1至该第五场效应管M4A的栅极。

该第四场效应管MB5的栅极与该第十一场效应管MB6的栅极共同连接一电压端Vbp，该电压端Vbn与该电压端Vbp为电流源的偏置电压端，该第四场效应管MB5的漏极与该第五场效应管M4A的源级及该第八场效应管M2A的栅极相连，该第六场效应管MP1的栅极、漏极及该第七场效应管MP2的栅极共同连接该第八场效应管M2A的漏极，该第七场效应管MP2的漏极与该第十三场效应管MP3的栅极共同连接该第九场效应管M2B的漏极，该第八场效应管M2A的源级与该第九场效应管M2B的源级共同连接该第十场效应管MB2的漏极，该第九场效应管M2B的栅极与该第十一场效应管MB6的漏极及该第十二场效应管M4B的源级相连，该第十三场效应管MP3的漏极与该第十四场效应管MB3的栅极、漏极及该第十七场效应管MB4的栅极相连。

该第十五场效应管M3A的栅极与该第一输入电压端Vdm+相连，该第十六场效应管M3B的栅极与该第二输入电压端Vdm-相连，该第十五场效应管M3A的漏极与该第四电阻R4的一端相连，该第十六场效应管M3B的漏极与该第五电阻R5的一端相连，该第四电阻R4的另一端与该第五电阻R5的另一端共同连接该第六电阻R6的一端，该第十四场效应管MB3的栅极、漏极输出偏置电压Vbb至该第十七场效应管MB4的栅极，该第十七场效应管MB4的漏极、该第十五场效应管M3A的源级与该第十六场效应管M3B的源级共同连接该第十二场效应管M4B的栅极，并输出电压Vs2至该第十二场效应管M4B的栅极。

该第三电阻R3的另一端、该第四场效应管MB5的源级、该第六场效应管MP1的源级、该第七场效应管MP2的源级、该第十一场效应管MB6的源级、该第十三场效应管MP3的源级及该第六电阻R6的另一端共同连接一电源端VDD。

该第三场效应管MB1的源级、该第五场效应管M4A的漏极、该第十场效应管MB2的源级、该第十二场效应管M4B的漏极、该第十四场效应管MB3的源级及该第十七场效应管MB4的源级共同连接一接地端GND。

该比较器线性度补偿系统较佳实施方式的工作原理分析如下：

请同时参阅图1及图2，该第一比较器opm1与该第二比较器opm2为相同的比较器，即该第三电阻R3与该第六电阻R6的阻值相等，该第一电阻R1、该第二电阻R2、该第四电阻R4与该第五电阻R5的阻值相等，该第一场效应管M1A、该第二场效应管M1B、该第十五场效应管M3A与该第十六场效应管M3B的型号完全相同，该第三场效应管MB1与该第十七场效应管MB4的型号完全相同。

该第一比较器opm1的输入信号为该第一输入电压端Vdm+与该第二输入电压端Vdm-接收的一对输入差分电压信号以及由该第三比较器opm3输出的偏置电压Vbb，该第一比较器opm1的输出信号为电压Vs2以及该第一输出电压端Vout+及该第二输出电压端Vout-输出的一对差分电压信号。该第二比较器opm2的输入信号为共模电压端Vcm输入的共模电压，输出信号为电压Vs1。该第三比较器opm3的输入信号为电压Vs1及电压Vs2，输出信号为偏置电压Vbb。

当该第一输入电压端Vdm+与该第二输入电压端Vdm-接收的一对输入差分电压与该共模电压端Vcm输入的共模电压相等时，该第一比较器opm1与该第二比较器opm2的状态相同，因此输出的电压Vs1=Vs2，此时，该第三比较器opm3输出的偏置电压Vbb与该电压端Vbn的电压相等，该第一比较器opm1与该第二比较器opm2的尾电流相等，则该第一比较器opm1与该第二比较器opm2的增益相等，该第一比较器opm1保持线性。

当该第一输入电压端Vdm+与该第二输入电压端Vdm-接收的一对输入差分电压之间存在差值时，如该第一输入电压端Vdm+输入的电压升高、该第二输入电压端Vdm-输入的电压降低时，该第一比较器opm1的输出电压Vs2必然升高，由于电压Vs1不变，则该第三比较器opm3开始工作，其输出偏置电压Vbb也升高，从而该第一比较器opm1的尾电流增大，以补偿差分电压的幅度增大对比较器增益降低的影响。当偏置电压Vbb升高以后，该第一比较器opm1的输出电压Vs2降低，如此形成一个负反馈，最终使得输出的电压Vs2=Vs1，并保持不变，从而使得该第一比较器opm1保持线性。

请参阅图3，本发明比较器线性度补偿方法包括以下步骤：

步骤一，第一输入电压端Vdm+与第二输入电压端Vdm-输入一对输入差分电压至第一比较器opm1，共模电压端Vcm输入共模电压至第二比较器opm2，第一比较器opm1输出第二电压Vs2至第三比较器opm3，第二比较器opm2输出第一电压Vs1至第三比较器opm3。

步骤二，判断第一输入电压端Vdm+与第二输入电压端Vdm-输入的差分电压与共模电压端Vcm输入的共模电压是否相等，如果是，转入步骤三，如果否，转入步骤五。

步骤三，当输入差分电压与共模电压相等时，第一比较器opm1与第二比较器opm2的状态相同，因此输出的电压Vs1=Vs2。

步骤四，第一比较器opm1与第二比较器opm2的尾电流相等，则第一比较器opm1与第二比较器opm2的增益相等，转入步骤七。

步骤五，当输入差分电压之间存在差值时，第一比较器opm1的输出电压Vs2改变，由于电压Vs1不变，则第三比较器opm3开始工作，其输出偏置电压Vbb改变，从而第一比较器opm1的尾电流随之改变。

步骤六，第一比较器opm1的输出电压Vs2随偏置电压Vbb改变而改变，如此形成一个负反馈，最终使得输出的电压Vs2=Vs1，并保持不变。例如当该第一输入电压端Vdm+输入的电压升高、该第二输入电压端Vdm-输入的电压降低时，该第一比较器opm1的输出电压Vs2必然升高，由于电压Vs1不变，则该第三比较器opm3开始工作，其输出偏置电压Vbb也升高，从而该第一比较器opm1的尾电流增大，以补偿差分电压的幅度增大对比较器增益降低的影响。当偏置电压Vbb升高以后，该第一比较器opm1的输出电压Vs2降低，如此形成一个负反馈，最终使得输出的电压Vs2=Vs1，并保持不变。

步骤七，第一比较器opm1保持线性。

本发明比较器线性度补偿系统及方法用于解决一种能够随输入差分电压的变化自动补偿比较器的线性度的方法，从而保证整个输入差分电压变化期间，比较器的增益保持近似不变，大大提高了比较器可以忍受的最大差分电压值，并且整个电路是随输入差分电压值动态变化的，因此在节省功耗方面也有很大优势，同时输出电压的线性度更高。

Claims (8)

1.一种比较器线性度补偿系统，用于补偿一第一比较器的线性度，所述比较器线性度补偿系统包括所述第一比较器，所述第一比较器接收一对输入的差分电压信号，并根据输入的差分电压信号输出一对差分电压信号，其特征在于：所述比较器线性度补偿系统还包括一第二比较器及一第三比较器，所述第一比较器与所述第二比较器为相同结构的比较器，所述第三比较器分别与所述第一比较器及所述第二比较器相连，所述第二比较器的一正相输入端及一反相输入端共同与一共模电压端相连，并输出一第一电压至所述第三比较器，所述第一比较器输出一第二电压至所述第三比较器，所述第三比较器根据所述第一电压与所述第二电压输出一偏置电压至所述第一比较器来控制所述第一电压与所述第二电压相等，所述第二比较器包括一第一场效应管、一第二场效应管、一与所述第一场效应管及所述第二场效应管相连的第三场效应管、一与所述第一场效应管相连的第一电阻、一与所述第二场效应管相连的第二电阻及一与所述第一电阻及所述第二电阻相连的第三电阻，且所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第二电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端共同连接所述第三电阻的一端，所述第一比较器包括一第十五场效应管、一第十六场效应管、一与所述第十五场效应管及所述第十六场效应管相连的第十七场效应管、一与所述第十五场效应管相连的第四电阻、一与所述第十六场效应管相连的第五电阻及一与所述第四电阻及所述第五电阻相连的第六电阻，且所述第十五场效应管的漏极与所述第四电阻的一端相连，所述第十六场效应管的漏极与所述第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端共同连接所述第六电阻的一端，所述第三比较器包括一第四场效应管、一与所述第二比较器内三个场效应管相连的第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一第十场效应管、一第十一场效应管、一与所述第一比较器内三个场效应管相连的第十二场效应管、一第十三场效应管及一与所述第十七场效应管相连的第十四场效应管，所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的源极及所述第八场效应管的栅极相连，所述第四场效应管的栅极与第十一场效应管的栅极共同连接一电压端（Vbp），所述第六场效应管的栅极、漏极及所述第七场效应管的栅极共同连接所述第八场效应管的漏极，所述第七场效应管的漏极与所述第十三场效应管的栅极共同连接所述第九场效应管的漏极，所述第八场效应管的源极与所述第九场效应管的源极共同连接所述第十场效应管的漏极，所述第九场效应管的栅极与所述第十一场效应管的漏极及所述第十二场效应管的源极相连，所述第十三场效应管的漏极与第十四场效应管的栅极、漏极及第十七场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的漏极、所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极共同连接所述第五场效应管的栅极，所述第三场效应管的栅极及第十场效应管的栅极共同连接一电压端（Vbn），所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极及所述第三场效应管的漏极输出所述第一电压至所述第五场效应管的栅极，所述第十五场效应管的源极、所述第十六场效应管的源极及所述第十七场效应管的漏极输出所述第二电压至所述第十二场效应管的栅极，所述第十四场效应管的栅极与漏极输出所述偏置电压至所述第十七场效应管的栅极。

2.如权利要求1所述的比较器线性度补偿系统，其特征在于：所述第一比较器的一反相输入端与一第二输入电压端相连，一第一输入电压端与所述第二输入电压端用于接收一对输入的差分电压信号，所述第一比较器的一输出端与所述第三比较器的一正相输入端相连，所述第一比较器的另两个输出端分别与一第一输出电压端及一第二输出电压端相连，所述第一输出电压端及所述第二输出电压端用于输出一对差分电压信号。

3.如权利要求2所述的比较器线性度补偿系统，其特征在于：所述第二比较器的一正相输入端及一反相输入端共同与所述共模电压端相连，所述第二比较器的一输出端与所述第三比较器的一反相输入端相连，所述第三比较器的一输出端与所述第一比较器的一输入控制端相连，所述第二比较器的输出端输出所述第一电压至所述第三比较器的反相输入端，所述第一比较器的输出端输出所述第二电压至所述第三比较器的正相输入端，所述第三比较器的输出端输出所述偏置电压至所述第一比较器的输入控制端。

4.如权利要求3所述的比较器线性度补偿系统，其特征在于：所述第一场效应管的栅极与所述第二场效应管的栅极共同连接所述共模电压端。

5.如权利要求4所述的比较器线性度补偿系统，其特征在于：所述第十五场效应管的栅极与所述第一输入电压端相连，所述第十六场效应管的栅极与所述第二输入电压端相连，所述第十四场效应管的栅极输出所述偏置电压至所述第十七场效应管的栅极，所述第十七场效应管的漏极、所述第十五场效应管的源极与所述第十六场效应管的源极共同连接所述第十二场效应管的栅极，并输出所述第二电压至所述第十二场效应管的栅极。

6.如权利要求5所述的比较器线性度补偿系统，其特征在于：所述第三电阻的另一端、所述第四场效应管的源极、所述第六场效应管的源极、所述第七场效应管的源极、所述第十一场效应管的源极、所述第十三场效应管的源极及所述第六电阻的另一端共同连接一电源端，所述第三场效应管的源极、所述第五场效应管的漏极、所述第十场效应管的源极、所述第十二场效应管的漏极、所述第十四场效应管的源极及所述第十七场效应管的源极共同连接一接地端。

7.一种比较器线性度补偿方法，包括以下步骤：

一第一输入电压端与一第二输入电压端输入一对输入差分电压至一第一比较器，一共模电压端输入一共模电压至一第二比较器，所述第一比较器输出一第二电压至一第三比较器，所述第二比较器输出一第一电压至所述第三比较器，所述第一比较器与所述第二比较器为相同结构的比较器，所述第二比较器包括一第一场效应管、一第二场效应管、一与所述第一场效应管及所述第二场效应管相连的第三场效应管、一与所述第一场效应管相连的第一电阻、一与所述第二场效应管相连的第二电阻及一与所述第一电阻及所述第二电阻相连的第三电阻，且所述第一场效应管的漏极与所述第一电阻的一端相连，所述第二场效应管的漏极与所述第二电阻的一端相连，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端共同连接所述第三电阻的一端，所述第一比较器包括一第十五场效应管、一第十六场效应管、一与所述第十五场效应管及所述第十六场效应管相连的第十七场效应管、一与所述第十五场效应管相连的第四电阻、一与所述第十六场效应管相连的第五电阻及一与所述第四电阻及所述第五电阻相连的第六电阻，且所述第十五场效应管的漏极与所述第四电阻的一端相连，所述第十六场效应管的漏极与所述第五电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端与所述第五电阻的另一端共同连接所述第六电阻的一端，所述第三比较器包括一第四场效应管、一与所述第二比较器内三个场效应管相连的第五场效应管、一第六场效应管、一第七场效应管、一第八场效应管、一第九场效应管、一第十场效应管、一第十一场效应管、一与所述第一比较器内三个场效应管相连的第十二场效应管、一第十三场效应管及一与所述第十七场效应管相连的第十四场效应管，所述第四场效应管的漏极与所述第五场效应管的源极及所述第八场效应管的栅极相连，所述第四场效应管的栅极与第十一场效应管的栅极共同连接一电压端（Vbp）所述第六场效应管的栅极、漏极及所述第七场效应管的栅极共同连接所述第八场效应管的漏极，所述第七场效应管的漏极与所述第十三场效应管的栅极共同连接所述第九场效应管的漏极，所述第八场效应管的源极与所述第九场效应管的源极共同连接所述第十场效应管的漏极，所述第九场效应管的栅极与所述第十一场效应管的漏极及所述第十二场效应管的源极相连，所述第十三场效应管的漏极与第十四场效应管的栅极、漏极及第十七场效应管的栅极连接，所述第三场效应管的漏极、所述第一场效应管的源极与所述第二场效应管的源极共同连接所述第五场效应管的栅极，所述第三场效应管的栅极及第十场效应管的栅极共同连接一电压端（Vbn），所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极及所述第三场效应管的漏极输出所述第一电压至所述第五场效应管的栅极，所述第十五场效应管的源极、所述第十六场效应管的源极及所述第十七场效应管的漏极输出所述第二电压至所述第十二场效应管的栅极；

当输入差分电压之间存在差值时，所述第二电压改变，所述第一电压不变，所述第三比较器开始工作，所述第三比较器的所述第十四场效应管的栅极与漏极输出一偏置电压至所述第一比较器的所述第十七场效应管的栅极；及

所述第二电压随所述偏置电压的改变而改变，使得所述第二电压与所述第一电压相等。

8.如权利要求7所述的比较器线性度补偿方法，其特征在于：所述比较器线性度补偿方法还包括以下步骤：当输入差分电压与所述共模电压相等时，所述第一比较器与所述第二比较器的状态相同，所述第一电压与所述第二电压相等。

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