CN104202022B

CN104202022B - 一种新型低功耗比较器

Info

Publication number: CN104202022B
Application number: CN201410435979.5A
Authority: CN
Inventors: 沈磊
Original assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONIC Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA JINGJIA MICROELECTRONIC Co Ltd
Priority date: 2014-09-01
Filing date: 2014-09-01
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2034-09-01
Also published as: CN104202022A

Abstract

本发明公开了一种新型低功耗比较器电路及其实现方法，所述的比较器电路包括输入端、电流镜有源负载和尾电流源；所述比较器的实现方法包括如下步骤：首先将一路参考电压和两路待比较电压作为输入信号，两路比较器进行比较后通过输出端将结果输出。本发明仅采用七个MOS管（三个PMOS管、四个NMOS管或四个PMOS管、三个NMOS管）实现，简化了电路结构，具有低功耗、低成本、高可靠性的特性。

Description

一种新型低功耗比较器

技术领域

本发明主要涉及时钟振荡器设计领域，尤其指一种电压比较器电路结构。

背景技术

在时钟产生电路中，片内RC振荡器因其成本低、实现简单、容易集成，且非常容易调谐的特点得到了广泛的应用。比较器作为时钟产生模块的核心电路，其性能决定输出时钟的很多指标。新型低功耗比较器主要实现对RC振荡器中电容两端的充电电压与参考电压进行比较，产生一个随电容充电变压变化的高低脉冲波形。

传统电压比较器电路请参阅图1。图1中电压比较器只有一组输入，比较器由两个PMOS管和三个NMOS管构成，其中PMOS管M2的栅漏短接并接PMOS管M3的栅极和NMOS管M5的漏极，源极接电源（VDD）；PMOS管M3的栅极接PMOS管M2的栅极，源极接电源（VDD），漏极接输出端V_o；NMOS管M5的栅极接参考电压输入端（V_REF），源极接NMOS管M7的漏极，漏极接PMOS管M2的漏极；NMOS管M6的栅极接待比较电压输入端（V_i），源极接NMOS管M7的漏极，漏极接输出端V_o；NMOS管M7栅极接外部偏置电压输入端（V_bias），源极接电源地（GND），漏极接NMOS管M6的源极。

传统的电压比较器与本发明中的新型电压比较器相比存在两个缺陷：传统电压比较器只有两个输入端，当两个输入信号和同一个参考电压相比较时，需要两个比较器同时工作，这就增加了电路的功耗和电路的面积，从而增加了成本。同时，两个独立的比较器又增加了电路的不匹配因素，而这会影响了电路的可靠性等性能。

针对传统电压比较器电路结构存在的设计缺陷，设计人员采用两个比较器的巧妙融合来实现两个比较器的同时工作（图2所示）。为降低电路的功耗，两个电压比较器电路由原来的10个MOS管简化为7个实现。具体改进如下：删去一个电压比较器，保留的电压比较器输入参考电压端保持不变，待比较电压输入端V_i作为第一待比较电压输入端V_i1，输出端V_o作为第一输出端V_O1，在保留的电压比较器上增加PMOS管M1，M1的栅极接原PMOS管M2的栅极，源极接电源VDD，漏极接第二输出端V_O2；增加NMOS管M4，其栅极接第二待比较电压输入端V_i2，源极接原NMOS管M7的漏极，漏极接第二输出端V_O2。

对于改进后的新型电压比较器，MOS管M1、M2、M4和M5实现对第一组输入电压进行比较并输出结果的功能，MOS管M2、M3、M5和M6实现对第二组输入电压进行比较并输出结果的功能。

发明内容

本发明要解决的问题在于：针对现有技术存在的问题，提供一种新型低功耗电压比较器，该电压比较器电路实现了两组电压同时比较，同时具有低功耗、低成本以及高可靠性的特性。

所述的比较器电路包括输入端、电流镜有源负载和尾电流源；所述比较器的实现方法包括如下步骤：首先将一路参考电压和两路待比较电压作为输入信号，两路比较器进行比较后通过输出端将结果输出。本发明仅采用七个MOS管（三个PMOS管、四个NMOS管或四个PMOS管、三个NMOS管）实现。

附图说明

图1是传统的电压比较器器电路的示意图；

图2是本发明新型低功耗电压比较器电路的示意图；

图3是本发明新型低功耗电压比较器电路的另一种实现电路示意图

图4是本发明新型低功耗电压比较器电路实施例的示意图一；

图5是本发明新型低功耗电压比较器电路实施例的示意图二；

图6是本发明新型低功耗电压比较器电路实施例的示意图三；

图7是本发明新型低功耗电压比较器电路实施例的示意图四；

图8是本发明新型低功耗电压比较器电路理想的输出波形；

图9是本发明新型低功耗电压比较器电路实际的输出波形；

图中附图标记为：V_REF—参考电压输入端；V_bias—偏置电压输入端；VDD—电源；×—MOS管工作在截止区，与其相连的节点断开；M1、M2、M3、M8—PMOS管；M4、M5、M6、M7—NMOS管；V_i1、V_i2—待比较电压输入端；V_O1、V_O2—输出端；+—输入电压大于参考电压；-—输入电压小于参考电压。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

请参阅图2，图2是本发明新型低功耗电压比较器电路的示意图。图2所示的新型低功耗电压比较器电路在实现时，首先将公共参考电压从输入端V_REF输入，两路待比较的输出电压信号分别从输入端V_i1和V_i2输入，如果输入电压信号大于参考电压，则相应的输出端输出低电平，如果输入电压信号小于参考参考电压，则相应的输出端输出高电平。

本发明新型电压比较器电路的实施例一请参阅图4，假定从输入端V_i1输入的电压低于参考电压，从输入端V_i2输入的电压高于参考电压，那么M6会处在饱和区，输出端V_O2会输出一个比较低的电平。随着输入电压V_i1从0电位到慢慢接近参考电压，M4会从截止状态慢慢变为亚阈值导通状态，相当于断开状态，输出端V_O1会输出一个比较高的电平。

本发明新型电压比较器电路的实施例二请参阅图5，假定从输入端V_i1和V_i2输入的电压都高于参考电压，那么M5和M6会处在饱和区，输出端V_O1和V_O2会输出一个比较低的电平。

本发明新型电压比较器电路的实施例一请参阅图6，假定从输入端V_i1输入的电压高于参考电压，从输入端V_i2输入的电压低于参考电压，那么M4会处在饱和区，输出端V_O1会输出一个比较低的电平。随着输入电压V_i2从0电位到慢慢接近参考电压，M6会从截止状态慢慢变为亚阈值导通状态，相当于断开状态，输出端V_O2会输出一个比较高的电平。

本发明新型电压比较器电路的实施例一请参阅图7，假定从输入端V_i1和V_i2输入的电压都低于参考电压，那么随着输入电压从0电位到慢慢接近参考电压，M4和M6会从截止状态慢慢变为亚阈值导通状态，相当于断开状态，输出端V_O1和V_O2会输出一个比较高的电平。

以上各图的电路既可以采用NMOS管实现，也可以采用PMOS管或者双极型器件（如NPN型晶体管或PNP型晶体管）实现。以上各图所示的电路仅为示例，将V_i1、V_i2、V_O1、V_O2、V_REF简单地替换所引起的电路变化亦属于本发明的保护范围，本发明的保护范围应以权力要求书为准。

Claims

1.一种新型低功耗比较器电路，其主要特征在于：它包括PMOS管M1、M2、M3，NMOS管M4、M5、M6、M7，其中PMOS管M1的栅极接PMOS管M2的栅极，源极接电源VDD，漏极接输出端V_O2；PMOS管M2的栅漏短接并接PMOS管M1的栅极，同时接到NMOS管M5的漏极，源极接电源VDD；PMOS管M3的栅极接PMOS管M2的栅极，源极接电源VDD，漏极接输出端V_O1；NMOS管M4栅极接输入端V_i2，源极接NMOS管M7的漏极，漏极接输出端V_O2；NMOS管M5的栅极接参考电压V_REF，源极接NMOS管M7的漏极，漏极接PMOS管M2的漏极；NMOS管M6的栅极接输入端V_i1，源极接NMOS管M7的漏极，漏极接输出端V_O1；NMOS管M7的栅极接外部偏置电压V_bias，源极接电源地，漏极接NMOS管M4的源极。

2.根据权利要求1所述的一种新型低功耗比较器电路，其特征还在于采用两组差分输入对管，电流镜有源负载和一路尾电流源的电路实现。

3.根据权利要求2所述的一种新型低功耗比较器电路，其特征在于所述的两组差分输入对管共用一个输入端，公共端接参考电压，每一个待比较的电压输入端对应一个输出端，所述的尾电流源的栅极电压来自外部电路提供的电压偏置。