CN102176669B - 比较电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种比较电路，其至少包括：电平转换器，其输入端连接至一分压器，用于将分压器的输出波动进行反相放大；判决器，连接至该电平转换器，用于对该电平转换器的输出进行反相放大后送入一反相器；反相器，其输入端连接至该判决器的输出端，将该判决器的输出再次反相后输出一反馈信号至该电荷泵；以及自偏置电路，自一带隙基准电压产生电路接收一基准电压，对该基准电压进行自偏置稳定后输出二次基准电压电平至该判决器，为该判决器提供直流偏置，本发明比较电路的工作点一直在敏感区域，速度较快，这样使得电荷泵的输出电压相对稳定，不会产生大的纹波，提高了电荷泵的性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种比较电路，特别是涉及一种用于对电荷泵的输出电压进行调节的比较电路。
背景技术
电荷泵是一种电容式电压变换器，可用以提升或降低电压，也可用以产生负电压。由于其电路简单且效率较高，广泛应用于单电源供电的集成电路中。例如，在电可擦可编程只读存储器(EEPROM)或闪存(Flash Memory)中，电荷泵将供电电压转换为高于供电电压的高电压信号，来驱动负载、EEPROM或Flash Memory的读写操作。
然而，由于电荷泵在无任何限制的条件下所产生的输出电压往往偏离于所需值，因此往往需要通过比较电路来获得较为稳定的输出电压。
图1为现有技术一种对电荷泵的输出电压进行改善的比较电路的电路示意图。如图1所示，该比较电路主要是采用传统的差分比较电路，其包括偏置恒流源Ibias、PMOS晶体管P1与P2、NMOS晶体管N1与N2以及反相器D，其中PMOS晶体管P1与P2的源极连接至该偏置恒流源Ibias，漏极分别连接至NMOS晶体管N1与N2的漏极，PMOS晶体管P1与P2的栅极分别连接电荷泵(未示出)的输出与基准电压，NMOS晶体管N1栅漏相连后连接至NMOS晶体管N2的栅极，NMOS晶体管N2漏极连接至反相器D的输入端，反相器D的输出FB又反馈至电荷泵(未示出)的输入端。
该比较电路虽然可以对电荷泵的输出电压进行适当调节，然而却存在如下缺点：由于该比较电路的工作点无法一直调整到敏感区域，速度较慢，这样就会使得电荷泵的输出电压不稳，产生较大纹波变化，容易损坏电路或造成读写错误，影响电荷泵的性能。
综上所述，可知先前技术的比较电路存在速度慢导致电荷泵的输出电压产生较大纹波变化的问题，因此，实有必要提出改进的技术手段，来解决此一问题。
发明内容
为克服上述现有技术存在的电荷泵输出电压产生较大纹波变化的问题，本发明的主要目的在于提供一种比较电路，其通过采用电平变换器与自偏置电路以降低电荷泵输出电压的纹波变化，使得电荷泵输出较为稳定的输出电压，提高电荷泵的性能。
为达上述及其它目的，本发明一种比较电路，用于调整电荷泵的输出电压，其至少包括：
电平转换器，其输入端连接至一分压器，用于将分压器的输出波动进行反相放大；
判决器，连接至该电平转换器，用于对该电平转换器的输出进行反相放大后送入一反相器；
反相器，其输入端连接至该判决器的输出端，将该判决器的输出再次反相后输出一反馈信号至该电荷泵；以及
自偏置电路，自一带隙基准电压产生电路接收一基准电压，对该基准电压进行自偏置稳定后输出二次基准电压电平至该判决器，为该判决器提供直流偏置以将该判决器偏置在灵敏的工作点上。
进一步地，该比较电路还包括第一缓冲电路，该第一缓冲电路连接在该带隙基准电压产生电路与该自偏置电路之间，用于将该基准电压进行缓冲后再送入至该自偏置电路。
进一步地，该比较电路还包括第二缓冲电路，该第二缓冲电路连接在该自偏置电路与该判决器之间，用于将该二次基准电压进行缓冲后再送入至该判决器。
进一步地，该电平转换器包括第一PMOS晶体管与第二NMOS晶体管，该第一PMOS晶体管源极接至电源电压，漏极与该第一NMOS晶体管相连后连接至该判决器，栅极与该第一NMOS晶体管栅极互连后连接至该分压器，该第一NMOS晶体管源极接地。
进一步地，该判决器包括第二PMOS晶体管与第二NMOS晶体管，该第二PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第二NMOS晶体管相连后连接至该反相器输入端，栅极与该第二NMOS晶体管栅极互连后连接至该第二缓冲电路，该第二NMOS晶体管源极接地。
进一步地，该自偏置电路包括第三PMOS晶体管与第三NMOS晶体管，该第三PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第三NMOS晶体管相连后连接至该第二缓冲电路，栅极与该第三NMOS晶体管栅极互连后连接至该第二缓冲器与该电平转换器，且该第三PMOS晶体管与该第三NMOS晶体管均栅漏互连相连。
进一步地，该第一缓冲电路包括第四PMOS晶体管与第四NMOS晶体管，该第四PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第四NMOS晶体管相连后连接至该自偏置电路，栅极与该第四NMOS晶体管栅极互连后连接至该带隙基准电压产生电路。
进一步地，该第二缓冲电路包括第五PMOS晶体管与第五NMOS晶体管，该第五PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第五NMOS晶体管相连后连接至该判决器，栅极与该第五NMOS晶体管栅极互连后连接至该自偏置电路。
与现有技术相比，本发明一种比较电路电路通过电平转换器反相放大电荷泵输出的波动至判决器，通过判决器反相放大及反相器再次反相后输出反馈信号至电荷泵，以为电荷泵的波动提供补偿，同时本发明还通过自偏置电路产生稳定的二次基准电压提供给判决器作为直流偏置以将判决器偏置在最灵敏的工作点上，因此本发明比较电路的工作点一直在敏感区域，速度较快，这样使得电荷泵的输出电压相对稳定，不会产生大的纹波，提高了电荷泵的性能。
附图说明
图1为现有技术一种比较电路的电路示意图；
图2为本发明一种比较电路较佳实施例的结构示意图；
图3为本发明一种比较电路较佳实施例的仿真图；
图4为现有技术比较电路与本发明比较电路的仿真对比示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。
图2为本发明一种比较电路较佳实施例的结构示意图。如图2所示，本发明一种比较电路200，用于调节电荷泵的输出电压，其至少包括电平变换器201、判决器202、反相器203以及自偏置电路204。
其中电平变换器201的输入端连接至一分压器205的输出端，电荷泵206的输出电压经分压器205分压后输出至电平变换器201，当电荷泵206的输出电压出现波动时，经分压器205分压后的电压亦出现波动，电平变换器201实质为反相高增益放大器，主要用于将分压器205的输出波动进行放大，波动值经反相放大后的输出电压则被送入到判决器202的输出端；判决器202实际为高增益反相放大器，其将电平变换器201的输出进行反相放大后送入反相器203；反相器203的输入端连接至判决器202的输出端，其将判决器202的输出再次进行反相后输出一反馈信号FB至电荷泵206的输出端；以及自偏置电路204连接至一带隙基准电压产生电路207，带隙基准电压产生电路207产生较为精准的基准电压输出至自偏置电路电路204，自偏置电路204通过自偏置对该基准电压进行稳定以产生二次基准电压，该二次基准电压为判决器202提供直流偏置以将判决器202偏置在最灵敏的工作点上。
更具体地说，电平变换器201至少包括第一PMOS晶体管P1及第一NMOS晶体管N1，第一PMOS晶体管P1源极接电源电压，漏极与第一NMOS晶体管N1漏极相连后作为电平变换器201的输出端，第一PMOS晶体管P1与第一NMOS晶体管N1的栅极互连作为电平变换器201的输入端以接收分压器205的输出，第一NMOS晶体管N1源极接地；判决器202至少包括第二PMOS晶体管P2与第二NMOS晶体管N2，第二PMOS晶体管P2源极接电源电压，漏极与第二NMOS晶体管N2漏极相连后作为判决器202的输出端，输出端连接至反相器203的输入端，第二PMOS晶体管P2栅极与第二NMOS晶体管N2栅极互连产生一共同节点C，通过该共同节点接收电平变换器201的输出以及二次基准电压，第二NMOS晶体管N2源极接地；自偏置电路204至少包括第三PMOS晶体管P3与第三NMOS晶体管N3，第三PMOS晶体管P3源极接电源电压，栅极与第三NMOS晶体管N3栅极互连后作为自偏置电路204的输入端，漏极与第三NMOS晶体管N3漏极相连后走为自偏置电路204的输出端，第三NMOS晶体管N3源极接地，并且第三PMOS晶体管P3栅极与漏极相连(即第三NMOS晶体管的栅漏也相连)。
为使自偏置电路204能产生更为精准的二次基准电压，本发明还包括第一缓冲电路208，第一缓冲电路208的输入端连接至带隙基准电压产生电路207的输出端，用于对将带隙基准电压产生电路207产生的带隙基准电压进行缓冲后再送入至自偏置电路204，第一缓冲电路208至少包括第四PMOS晶体管P4与第四NMOS晶体管N4，第四PMOS晶体管P4源极接电源电压，栅极与第四NMOS晶体管N4栅极互连后连接至带隙基准电压产生电路207的输出端，漏极与第四NMOS晶体管漏极互连后连接至自偏置电路204的输入端，第四NMOS晶体管N4源极接地。同理，在自偏置电路204的输出端，还可以设置一第二缓冲电路209，以对自偏置电压204的输出进行再次缓冲后再作为二次基准电压送入至判决器202，第二缓冲电路209至少包括第五PMOS晶体管P5与第五NMOS晶体管N5，第五PMOS晶体管P5源极接电源电压，栅极与第五NMOS晶体管互连后连接至自偏置电路204的输出端，漏极与第五NMOS晶体管N5漏极互连后连接至共同节点C，第五NMOS晶体管N5接地。
以下将通过一具体的例子来说明本发明的工作原理：若由于某原因时的电荷泵206的输出电压Vp出现细微波动(下降)，此电压经分压器205分压后后的取样信号，设置取样信号直流点为0.9v，现由于Vp出现轻微下降，对应的分压器205分压后的电压亦出现轻微下降，如0.9v-0.01v，经电平转换器201(实际为反相高增益放大器)变换后，波动电压变为+0.3v，但直流仍然维持0.9v，亦即共同节点C的电压变为0.9v+0.3v＝1.2v，则电压经判决器202(实际为高增益反相放大器)进行反相后，其输出(第二PMOS晶体管P2与第二NMOS晶体管N2的漏极电压)下降，再经反相器203后产生较宽的高电平反馈信号FB，此反馈信号FB的较高高电平使得电荷泵206有更长时间属于充电状态，从而使得其输出电压Vp上升以补偿先前的细微下降，降低了电荷泵206输出电压的纹波变化，同理，本发明也能补偿电荷泵206输出电压出现细微上升的状况，在此不予赘述。带隙基准电压产生电路207产生精准的0.9v作为基准电压，在本发明中，较佳的，该基准电压最好为vref＝x*vdd，其中Vdd为电源电压，x为0.5左右，该基准电压经第一缓冲电路208缓冲和自偏置电路204稳定后产生稳定的二次基准电压0.85v，二次基准电压0.85v经第二缓冲电路209缓冲后给判决器202提供直流偏置，该直流偏置将判决器偏置在最灵敏的工作点上，提高了速度。
图3为本发明比较电路200的仿真图。如图3所示，Vin为分压器205的输出电压，其电压从0.91v负斜率向0.89v下降之后再从0.89v沿正斜率上升至0.91v，下降时，Vin在基准电压0.9v以上时判决器202输出为高电平，当Vin下降至0.895v时，判决器202输出开始出现负脉冲(低电平)，在Vin低于0.895v时，判决器202输出维持低电平，当Vin电压从0.895v上升时，判决器202输出亦出现缓变，到Vin达到0.9v时，判决器202输出达到高电平，如此周而复始，缓变过程速度最大4.5ns，而现有技术中则需约30ns。图4为现有技术比较电路与本发明比较电路的仿真对比示意图，该图是带有电荷泵仿真图，图中自上而下的第一个示意图是现有技术的比较电路输出FB信号的波形，第二个是本发明比较电路的输出反馈信号(图中为FB2)的波形，第三个是现有技术与本发明的电荷泵输出波形对比，其中纹波大的是现有技术，纹波小的为本发明，第四个和第五个分别是本发明和现有技术分压器的输出电压和参考电压，可见，相比现有技术，本发明速度确实提高了很多，相应的电荷泵的输出电压较为稳定，产生的纹波要小得多，提高了电荷泵的性能。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
Claims (8)
1.一种比较电路，用于调整电荷泵的输出电压，其至少包括：
电平转换器，其输入端连接至一分压器，用于将分压器的输出波动进行反相放大；
判决器，连接至该电平转换器，用于对该电平转换器的输出进行反相放大后送入一反相器；
反相器，其输入端连接至该判决器的输出端，将该判决器的输出再次反相后输出一反馈信号至该电荷泵；以及
自偏置电路，自一带隙基准电压产生电路接收一基准电压，对该基准电压进行自偏置稳定后输出二次基准电压电平至该判决器，为该判决器提供直流偏置以将该判决器偏置在灵敏的工作点上。
2.如权利要求1所述的比较电路，其特征在于：该比较电路还包括第一缓冲电路，该第一缓冲电路连接在该带隙基准电压产生电路与该自偏置电路之间，用于将该基准电压进行缓冲后再送入至该自偏置电路。
3.如权利要求1所述的比较电路，其特征在于：该比较电路还包括第二缓冲电路，该第二缓冲电路连接在该自偏置电路与该判决器之间，用于将该二次基准电压进行缓冲后再送入至该判决器。
4.如权利要求3所述的比较电路，其特征在于：该电平转换器包括第一PMOS晶体管与第一NMOS晶体管，该第一PMOS晶体管源极接至电源电压，漏极与该第一NMOS晶体管漏极相连后连接至该判决器，栅极与该第一NMOS晶体管栅极互连后连接至该分压器，该第一NMOS晶体管源极接地。
5.如权利要求4所述的比较电路，其特征在于：该判决器包括第二PMOS晶体管与第二NMOS晶体管，该第二PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第二NMOS晶体管漏极相连后连接至该反相器输入端，栅极与该第二NMOS晶体管栅极互连后连接至该第二缓冲电路，该第二NMOS晶体管源极接地。
6.如权利要求5所述的比较电路，其特征在于：该自偏置电路包括第三PMOS晶体管与第三NMOS晶体管，该第三PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第三NMOS晶体管漏极相连后连接至该第二缓冲电路，栅极与该第三NMOS晶体管栅极互连后连接至该第二缓冲电路与该电平转换器，且该第三PMOS晶体管与该第三NMOS晶体管均栅漏互连相连。
7.如权利要求6所述的比较电路，其特征在于：该第一缓冲电路包括第四PMOS晶体管与第四NMOS晶体管，该第四PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第四NMOS晶体管漏极相连后连接至该自偏置电路，栅极与该第四NMOS晶体管栅极互连后连接至该带隙基准电压产生电路。
8.如权利要求7所述的比较电路，其特征在于：该第二缓冲电路包括第五PMOS晶体管与第五NMOS晶体管，该第五PMOS晶体管源极接至该电源电压，漏极与该第五NMOS晶体管漏极相连后连接至该判决器，栅极与该第五NMOS晶体管栅极互连后连接至该自偏置电路。
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