CN104202022B - 一种新型低功耗比较器 - Google Patents
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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
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Vo;NMOS管M5的栅极接参考电压输入端(VREF),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(Vi),源极接NMOS管M7的漏极,漏极接输出端Vo;NMOS管M7栅极接外部偏置电压输入端(Vbias),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Vi作为第一待比较电压输入端Vi1,输出端Vo作为第一输出端VO1,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VO2;增加NMOS管M4,其栅极接第二待比较电压输入端Vi2,源极接原NMOS管M7的漏极,漏极接第二输出端VO2。
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:VREF—参考电压输入端;Vbias—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;Vi1、Vi2—待比较电压输入端;VO1、VO2—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VREF输入,两路待比较的输出电压信号分别从输入端Vi1和Vi2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Vi1输入的电压低于参考电压,从输入端Vi2输入的电压高于参考电压,那么M6会处在饱和区,输出端VO2会输出一个比较低的电平。随着输入电压Vi1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VO1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Vi1和Vi2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VO1和VO2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Vi1输入的电压高于参考电压,从输入端Vi2输入的电压低于参考电压,那么M4会处在饱和区,输出端VO1会输出一个比较低的电平。随着输入电压Vi2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VO2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Vi1和Vi2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VO1和VO2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Vi1、Vi2、VO1、VO2、VREF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 (3)
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VO2;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VO1;NMOS管M4栅极接输入端Vi2,源极接NMOS管M7的漏极,漏极接输出端VO2;NMOS管M5的栅极接参考电压VREF,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Vi1,源极接NMOS管M7的漏极,漏极接输出端VO1;NMOS管M7的栅极接外部偏置电压Vbias,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。
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