CN102355265A

CN102355265A - 无亚稳态的比较器

Info

Publication number: CN102355265A
Application number: CN2011102269860A
Authority: CN
Inventors: 李一雷; 谈熙; 闫娜; 闵昊
Original assignee: Fudan University
Current assignee: Fudan University
Priority date: 2011-08-09
Filing date: 2011-08-09
Publication date: 2012-02-15

Abstract

本发明属于集成电路设计技术领域，具体为一种无亚稳态的比较器。该比较器由参考电压源Vref，抖动电压源Vd(t)和滞回比较器T1组成；其中，输入电压Vin接滞回比较器T1的输入端a，参考电源Vref在与直流电平为0的抖动源Vd(t)串联后接入滞回比较器T1的输入端b，滞回比较器T1的输出端c接输出电压Vout。本发明在参考电压中加入抖动，从而避免在比较器的输出出现亚稳态。

Description

无亚稳态的比较器

技术领域

本发明属于集成电路设计技术领域，具体涉及一种混合信号电路中的比较器。

背景技术

在混合信号电路中，需要将模拟信号转换为数字信号。比较器作为一种最基本的一位模拟-数字转换器，是混合信号电路中的基本模块。

在实际应用中，当比较器的输入处于与比较器的翻转阈值电压接近的一个范围时，比较器的输出不再是数字电平，而是亚稳态中间电平。这种电平无法被数字电路处理，因此应当避免。通过使用再生电路可以将产生亚稳态输出的输入电压范围减小，但是该范围无法减小到0。另外，当输入接近翻转阈值电压时，即使再生电路最终能产生数字电平，该再生时间会很长，于是比较器的速度就降低了。

发明内容

本发明的目的在于提出一种在混合信号电路中能够避免输出产生亚稳态的比较器结构。

本发明提出的在混合信号电路中的比较器，其电路结构见图1所示。由参考电压源Vref，抖动电压源Vd(t)和滞回比较器T1组成，由于抖动电压源的抖动作用，避免输出出现亚稳态。输入电压Vin接滞回比较器T1的输入端a，参考电源Vref在与直流电平为0的抖动源Vd(t)串联后接入滞回比较器T1的输入端b，滞回比较器T1的输出端c则接输出电压Vout。设滞回比较器T1在输出为高时翻转阈值电压为Vref+Vd(t)+V1，在输出为低时翻转阈值电压为Vref+Vd(t)+V2，其中V1和V2是滞回比较器T1内部反馈产生的附加电压。

当滞回比较器T1的输出Vout为高时，其翻转阈值电压为Vref+Vd(t)+V1，假设此时是输出产生亚稳态的电压范围为Vref+Vd(t)+V1-ΔV<Vin<Vref+Vd(t)+V1+ΔV, 其中ΔV是由比较器内部结构决定的电压，该电压决定了亚稳态输入范围。由于在该电压范围中，Vd(t)是一时变的抖动电压，因此即使Vin在某时刻进入该范围，则在下一时刻Vd(t)发生改变时，Vin<Vref+Vd(t)+V1-ΔV，滞回比较器发生翻转，其翻转阈值变为Vref+Vd(t)+V2，则Vin即不再处于亚稳态输入范围内，从而输出不会产生亚稳态。

当滞回比较器T1的输出Vout为低时，其翻转阈值电压为Vref+Vd(t)+V2。假设此时是输出产生亚稳态的电压范围为Vref+Vd(t)+V2-ΔV<Vin<Vref+Vd(t)+V2+ΔV, 其中ΔV是由比较器内部结构决定的电压，该电压决定了亚稳态输入范围。由于在该电压范围中，Vd(t)是一时变的抖动电压，因此即使Vin在某时刻进入该范围，则在下一时刻Vd(t)发生改变时，Vin> Vref+Vd(t)+V2+ΔV，滞回比较器发生翻转，翻转阈值变为Vref+Vd(t)+V1，即Vin不再处于亚稳态输入范围内，从而输出不会产生亚稳态。

为了避免输出频繁翻转，比较器T1采用了滞回比较器，从而在输出Vout为高和低时，滞回比较器T1的翻转阈值也不同，其翻转阈值的差为V2-V1。为了在避免亚稳态输出的同时避免输出频繁翻转，抖动电压幅度Vd，翻转阈值差V2-V1和亚稳态输入范围ΔV之间需满足：

ΔV<Vd<V2-V1

当该关系满足时，输出比较器的输出即可满足无亚稳态以及无频繁翻转。

附图说明

图1 是本发明无亚稳态的比较器的结构图。

图2 是本发明的一种实施方式图示。

具体实施方式

下面通过一个具体实例进一步详细描述本发明。

图2给出了使用无亚稳态输出的滞回比较器的完整电路图。滞回比较器由MOSFET M0~M6组成。Vb为外接偏置电压。Vin为输入电压。Vout为输出电压。Vc1和Vc2为外接差分信号，并且可表示为Vc1=Vref+v(t)，Vc2=Vref-v(t)，其中Vref是差分信号的直流成分，v(t)是外界差分信号的交流时变成分。设外界差分信号的交流时变成分幅度为Vd。电阻R1和R2的阻值满足R1：R2=5：4，因此输入到滞回比较器输入端b的电压可表示为Vref+v(t)/9。于是滞回比较器的在输出为高时，其翻转阈值电压可表示为Vref+v(t)/9+V1，当输出为低时，其翻转阈值可表示为Vref+v(t)/9+V2，其中V1，V2为滞回比较器内部正反馈产生的附加电压。于是滞回比较器在输出为低电平和高电平时翻转阈值的差为V2-V1。

当输出电压为高电平时，其翻转阈值电压为Vref+v(t)/9+V1。假设此时是输出产生亚稳态的电压范围为Vref+v(t)/9+V1-ΔV<Vin<Vref+v(t)/9+V1+ΔV, 其中ΔV是由比较器内部结构决定的电压，该电压决定了亚稳态输入范围。由于在该电压范围中，v(t)是一时变的抖动电压，因此即使Vin在某时刻进入该范围，则在下一时刻v(t)发生改变时，Vin<Vref+v(t)/9+V1-ΔV，滞回比较器发生翻转，其翻转阈值变为Vref+v(t)/9+V2，从而输入远离亚稳态输入范围因此输出不会产生亚稳态。

当输出电压为低电平时，其翻转阈值电压为Vref+v(t)/9+V2。假设此时是输出产生亚稳态的电压范围为Vref+v(t)/9+V2-ΔV<Vin<Vref+v(t)/9+V2+ΔV, 其中ΔV是由比较器内部结构决定的电压，该电压决定了亚稳态输入范围。由于在该电压范围中，v(t)是一时变的抖动电压，因此即使Vin在某时刻进入该范围，则在下一时刻v(t)发生改变时，Vin>Vref+v(t)/9+V2+ΔV，滞回比较器发生翻转，其翻转阈值变为Vref+v(t)/9+V1，从而输入远离亚稳态输入范围因此输出不会产生亚稳态。

为了同时满足输出无亚稳态以及输出不频繁翻转，外接差分信号的直流成分Vref，交流时变成分v(t)的幅度vd，滞回比较器输出为低电平和高电平时翻转阈值的电压差V2-V1，亚稳态输入范围ΔV之间应满足：

ΔV<vd<V2-V1

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种无亚稳态的比较器，其特征在于由参考电压源Vref，抖动电压源Vd(t)和滞回比较器T1组成；其中，输入电压Vin接滞回比较器T1的输入端a，参考电源Vref在与直流电平为0的抖动源Vd(t)串联后接入滞回比较器T1的输入端b，滞回比较器T1的输出端c接输出电压Vout。

2.根据权利要求1所述的无亚稳态的比较器，其特征在于满足：ΔV<Vd<V2-V1，其中，Vd为抖动电压幅度，V2-V1为翻转阈值的差，ΔV为亚稳态输入范围，V1和V2是滞回比较器T1内部反馈产生的附加电压。