CN104953988B - 高精度抗干扰比较器及方法和应用该比较器的存储器结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高精度抗干扰比较器及方法和应用该比较器的存储器结构，该比较器包括放大器以及调整模块；放大器的输入端连接参考电压信号线和输入电压信号线；调整模块，用于调整放大器的灵敏度，使放大器工作状态灵敏度高于非工作状态。本发明在比较器比较时灵敏度很高，能够实现高精度的比较；比较之后，通过改变放大器的放大倍数降低比较器的灵敏度，从而增加比较器的抗干扰能力；相对于迟滞比较器，比较器的阈值范围更集中，可以是一个确定的值；本发明比较器实现结构简单。

Description

高精度抗干扰比较器及方法和应用该比较器的存储器结构

【技术领域】

本发明涉及电子技术领域，具体涉及一种高精度抗干扰比较器及方法和应用该比较器的存储器结构。

【背景技术】

在电路中，比较器是一种常用的功能单元。通常主要由放大器来实现。如图1所示，为一个最常用的比较器，它主要由放大器和反相器(非门)组成。放大器的输入端分别为参考电压和输入。参考电压用来确定比较器比较的阈值，而输入即为被比较器比较检测的信号。输入信号经放大器比较之后经过两个反相器整形后输出。

对于图1中的现有比较器，因为实际工作中由于噪声等的干扰，该比较器的输出可能会不稳定，甚至会输出错误的结果。因此为了解决上述问题，迟滞比较器被提出，如图2所示。迟滞比较器在参考电压输入端接入串联的电阻R0、R1和R2，同时输出通过反馈回路控制串联电阻R2的接入状态，从而就通过电阻R0、R1和R2串联电阻值的改变，就可以改变比较器的阈值电压。从而可以在一定程度上避免噪声的干扰。

但是，迟滞比较器也有缺点，迟滞比较器的比较电压值是一个电压范围而不是一个电压值，因此迟滞比较器的精度就会低，同时它的抗干扰能力也是有限的。

同时，在存储器中进行数据的读取时需要用到比较器。通常为了能够读出数据，存储器中读取数据的比较器需要很高的灵敏度，但是，由于存储器中的存储单元中信号的不确定性以及噪声等的干扰，有时因为比较器的灵敏度太高可能会有误动作产生。这样会使读出的数据错误，影响存储器的准确率，而读出数据的准确率是衡量存储器优劣的一个非常重要的指标。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种高精度抗干扰比较器及方法和应用该比较器的存储器结构，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

高精度抗干扰比较器，包括放大器以及调整模块；

放大器的输入端连接参考电压信号线和输入电压信号线，放大器的输出接调整模块；

调整模块，用于调整放大器的灵敏度，使放大器工作状态灵敏度高于非工作状态；或使放大器不工作状态灵敏度低于工作状态。

本发明进一步的改进在于：调整模块为输入级MOS管的尺寸调整模块；输入级MOS管的尺寸调整模块，用于根据放大器的输出端信号改变放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器工作状态的输入级MOS管的宽长比大于非工作状态的输入级MOS管的宽长比，进而使放大器工作状态的放大倍数大于非工作状态的放大倍数，即使放大器工作状态的灵敏度大于非工作状态的灵敏度。

本发明进一步的改进在于：调整模块为输入级MOS管的尺寸调整模块：在放大器输入级中固定连接的输入MOS管上并联连接调节MOS管，通过开关调节并联连接的调节MOS管的接入状态改变放大器输入级MOS管的尺寸，开关的状态由放大器的输出控制。

本发明进一步的改进在于：所述开关为MOS管。

本发明进一步的改进在于：调整模块为放大器的一部分或者为外设电路。

一种应用高精度抗干扰比较器的存储器结构，包括高精度抗干扰比较器；还包括存储单元支路、参考支路和控制模块；在比较器的正相输入端接参考支路，用于生成参考电压；在比较器的反相输入端接存储单元支路，用于生成输入电压；存储单元支路包括存储单元；

本发明进一步的改进在于：

存储单元支路为：存储单元依次接MOS管MN43和MN41，MOS管MN41的漏极接比较器的反相输入端，MOS管MN41的漏极通过电阻R41接到电源；MOS管MN43的源级接存储单元，MOS管MN43的漏极与MN41的源级相连；参考支路为：参考电流依次接MOS管MN44和MN42，MOS管MN42的漏极接比较器的正相输入端，MOS管MN42的漏极通过电阻R42接到电源；MOS管MN44的源级接参考电流，MOS管MN44的漏极与MN42的源级相连；钳位MOS管MN41和MN42的栅极接钳位信号，使能MOS管MN43和MN44分别接第一使能信号和第二使能信号；所述控制模块，用于在降低比较器的灵敏度后，在比较器的进入下次正常工作状态之前，通过控制输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度提高到工作时的状态。

本发明进一步的改进在于：存储单元为RRAM存储单元。

本发明更进一步的改进在于：RRAM存储单元是1T1R结构。

比较器的高精度抗干扰方法，根据放大器的输出结果进行判断：

当放大器由工作状态转为非工作状态时，降低放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在非工作状态时的放大倍数降低，即降低放大器非工作状态下的灵敏度；

当放大器由非工作状态转为工作状态时，提高放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在工作状态时的放大倍数提高，即提高放大器非工作状态下的灵敏度。

本发明进一步的改进在于：通过改变放大器的输入级MOS管并联的个数降低或提高放大器的输入级MOS管的宽长比。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、在比较器比较时灵敏度很高，能够实现高精度的比较；

2、比较之后，通过改变放大器的放大倍数降低比较器的灵敏度，从而增加比较器的抗干扰能力；

3、相对于迟滞比较器，比较器的阈值范围更集中，可以是一个确定的值；

4、本发明比较器实现结构简单。

5、本发明比较器在存储器中使用可以极大地提高存储数据读出的准确率，而读出数据的准确率是衡量存储器优劣的一个非常重要的指标。

【附图说明】

图1为现有常规比较器的结构示意图；

图2为迟滞比较器的结构示意图；

图3本发明的一种高精度抗干扰比较器的一种结构示意图；

图4本发明的输入级MOS管的尺寸调整模块的结构示意图；

图5本发明一种应用高精度抗干扰比较器的存储器结构示意图。

【具体实施方式】

对于比较器而言，理论上：

1、比较器的灵敏度影响比较器的抗干扰能力。灵敏度越高抗干扰能力越差。

2、放大器的放大倍数Av影响着比较器的灵敏度。放大倍数Av越高，比较器的灵敏度也越高。

3、由公式

可知：放大器的放大倍数Av与放大器输入级MOS管的宽长比(W/L)的开平方成正比；同时，放大器的放大倍数Av与偏置电流的(Id)的开平方成反比。

由上述理论分析可知：可以通过改变放大器输入级MOS管的宽长比(W/L)或偏置电流的(Id)改变放大器的放大倍数Av，从而改变比较器的灵敏度。

基于上述分析，为了解决背景技术中现有比较器的缺点，获得一个高精度抗干扰能力强的比较器，可以通过这样的过程实现：在比较器进行比较时，保持比较器很高的灵敏度，而在比较器进行比较过程结束后，降低比较器的灵敏度。这样，既可以使比较器进行比较时精度很高(因为比较器进行比较时灵敏度高)，又可以使比较器的抗干扰能力增强(因为在比较后降低了比较器的灵敏度)。

通过改变放大器输入级MOS管的宽长比(W/L)就可以实现上述过程。

这个过程具体为：

W/L↓→Av↓→灵敏度↓

即：放大器输入级MOS管的宽长比(W/L)降低，放大器的放大倍数Av随之降低，导致放大器的的灵敏度降低。

如图3所示为本发明的一种实现形式:放大器输入级MOS管的尺寸改变。本发明一种高精度抗干扰比较器通过放大器输入级MOS管的尺寸改变实现。放大器的输入端连接参考电压信号线和输入电压信号线，放大器的输出端连接两个串联的反相器整形后输出(这里的两个反相器的作用是：对放大器输出的信号进行整形，这里的两个反相器不是必须的)，反相器的输出端连接放大器的输入级MOS管的尺寸调整模块的控制端。

放大器通过两个反相器整形后的输出信号反馈输入给了输入级MOS管的尺寸调整模块。在比较器在进行工作时，当比较器的输入信号超过参考电压的值时(高于参考电压的值或者低于参考电压的值)，比较器的输出信号状态发生改变(由高电平变为低电平或者由低电平变为高电平)。发生改变的输出信号输入给输入级MOS管的尺寸调整模块，输入级MOS管的宽长比(W/L)降低，因此降低放大器的放大倍数Av，从而通过降低放大器的灵敏度。

如图4所示为本发明的输入级MOS管的尺寸调整模块的实现形式之一。图4只是放大器的一种示意形式，目的是为了说明放大器输入级MOS管尺寸调整的方式。图4中放大器输入级MOS管的偏置电流Id31、Id32以及Id33在这里也只是示意，与放大器输入级MOS管尺寸调整的方式无关。由图4可知，放大器输入级固定接有MOS管MN31和MN32。另外通过开关K31、K32、K33和K34可选择接有MOS管MN33和MN34。当开关K31和K32接通、K33和K34断开时，MOS管MN33和MN34分别于MN31和MN32并联，相当于输入级MOS管的尺寸(W/L)增加。需要说明的是这里的开关K31、K32、K33和K34可以由MOS管实现，开关的状态由放大器输出控制。由于开关K31、K32的状态与K33、K34的状态相反，所以可由放大器的输出经过反相前后的信号控制。

上述具体过程为：当比较器在比较时，开关K31和K32接通、K33和K34断开时，MOS管MN33和MN34分别与MN31和MN32并联，此时输入级MOS管的尺寸(W/L)大。当比较器在比较完成后，比较器的输出信号控制开关K31和K32断开、K33和K34接通，相当于输入级MOS管的尺寸(W/L)减小。根据公式(1)可知放大器的放大倍数Av降低，从而通过降低放大器的灵敏度。放大器的抗干扰能力提高。上述过程可以简单理解为：在放大器输入级固定连接的输入MOS管上并联连接调节MOS管，通过调节并联连接调节MOS管的接入状态从而改变放大器输入级MOS管的尺寸。

本发明一种高精度抗干扰比较器，包括放大器以及调整模块；该调整模块为放大器的一部分或者为外设电路。

调整模块，用于调整放大器的灵敏度，使放大器工作状态灵敏度高于非工作状态或使放大器不工作状态灵敏度低于工作状态。

调整模块为输入级MOS管的尺寸调整模块；输入级MOS管的尺寸调整模块，用于根据放大器的输出端信号改变放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器工作状态的输入级MOS管的宽长比大于非工作状态的输入级MOS管的宽长比，进而使放大器工作状态的放大倍数大于非工作状态的放大倍数，即使放大器工作状态的灵敏度大于非工作状态的灵敏度。

本发明一种比较器的高精度抗干扰方法，包括：根据放大器的输出结果进行判断：

当放大器由工作状态转为非工作状态时，降低放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在非工作状态时的放大倍数降低，即降低放大器非工作状态下的灵敏度；

当放大器由非工作状态转为工作状态时，提高放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在工作状态时的放大倍数提高，即提高放大器非工作状态下的灵敏度。

如图5本发明的一种应用高精度抗干扰比较器的存储器结构示意图，其中所使用的存储器为RRAM，RRAM(Resistive Random Access Memory)是指阻变随机存储器。

在存储器中进行数据的读取时需要用到比较器。通常为了能够读出数据，存储器中读取数据的比较器需要很高的灵敏度，但是，由于存储器中的存储单元中信号的不确定性以及噪声等的干扰，有时因为比较器的灵敏度太高可能会有误动作产生。这样会使读出的数据错误，影响存储器的准确率，而读出数据的准确率是衡量存储器优劣的一个非常重要的指标。

在本发明所提出的高精度抗干扰比较器在存储器中的应用主要为，在前述高精度抗干扰比较器的基础上增加控制模块，控制模块通过控制输入级MOS管的尺寸调整模块对比较器不同工作状态的灵敏度进行调节，以满足存储器数据读取不同状态的需要(数据读取与不读取)。同时在比较器的正相输入端接参考支路，用于生成参考电压；在比较器的反相输入端接存储单元支路，用于生成输入电压，存储单元支路包括储单元。

由图5可知，图中的比较器是本发明所提出的高精度抗干扰比较器。图中包括存储单元支路和参考支路。存储单元支路包括RRAM存储单元，这里的存储单元是1T1R结构(1Transistor 1Resistor)。RRAM存储单元依次接MOS管MN43和MN41，最后MN41的漏极接比较器的反相输入端，同时MN41的漏极通过电阻R41接到电源。这里MN43的源级接RRAM存储单元，MN43的漏极与MN41的源级相连。类似的，参考支路中参考电流依次接MOS管MN44和MN42，最后MN42的漏极接比较器的正相输入端，同时MN42的漏极通过电阻R42接到电源。这里MN44的源级接参考电流，MN44的漏极与MN42的源级相连。钳位MOS管MN41和MN42的栅极接钳位信号，使能MOS管MN43和MN44分别接使能信号1和使能信号2。这里的高精度抗干扰比较器除了前面介绍模块之外，还增加了一个控制模块。控制模块的作用是在降低比较器的灵敏度后，在比较器的进入下次正常工作状态之前，通过控制输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度后提高到工作时的状态(即通过改变输入级MOS管的尺寸调整模块的开关状态，减小输入级MOS的尺寸)，以便于比较器下一次正常工作。控制模块可以由常规的逻辑单元组成在这里就不做详细介绍了。

上述具体工作过程为：在数据准备读出时，控制模块通过控制改变输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度后提高到工作时的状态。然后通过钳位信号将钳位MOS管MN41和MN42的源级接到一个相同的电平，接使能信号1和使能信号2控制MOS管MN43和MN44导通。MOS管MN41源级的钳位电压在RRAM存储单元的可变电阻上产生电流，存储单元支路的电流在电阻R41上转换为输入电压输入比较器的反相端，参考支路的电流即为参考电流，参考电流在电阻R42上转换为参考电压输入比较器的正相端。通过比较器的比较就可以知道RRAM存储单元中电阻的阻值状态。具体RRAM存储单元的情况就不在这里详细介绍了。在比较器比较之后(即数据正常读取之后)，改变输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度降低。此时，因为灵敏度低就可以避免噪声等干扰影响读出的正确数据。在数据在完全被读出之后，控制模块再通过控制改变输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度后提高，等待下一次数据的读出。

需要强调的是本发明的一种高精度抗干扰比较器也可用于其它类型的存储器(例如DRAM、SRAM、Flash等类型的存储器，但不限于此所列出的存储器类型)。在具体使用时只需将上述结构中的1T1R存储单元替换为相应类型的存储单元，并根据存储单元的不同类型需要对存储单元支路和参考支路做相应的调整，最终在比较器的正相输入端和比较器的反相输入端输入相应的参考电压和输入电压即可，这里就不做详细的介绍和说明了。

Claims (7)

1.高精度抗干扰比较器，其特征在于，包括放大器以及调整模块；

所述比较器设置在存储器中；

放大器的两个输入端分别连接参考电压信号线、输入电压信号线，放大器的输出直接接调整模块；

调整模块，用于调整放大器的灵敏度，使放大器工作状态灵敏度高于非工作状态；或使放大器不工作状态灵敏度低于工作状态；

调整模块为输入级MOS管的尺寸调整模块；输入级MOS管的尺寸调整模块，用于根据放大器的输出端信号改变放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器工作状态的输入级MOS管的宽长比大于非工作状态的输入级MOS管的宽长比，进而使放大器工作状态的放大倍数大于非工作状态的放大倍数，即使放大器工作状态的灵敏度大于非工作状态的灵敏度；

在放大器输入级中固定连接的输入MOS管上并联连接调节MOS管，通过开关调节并联连接的调节MOS管的接入状态改变放大器输入级MOS管的尺寸，开关的状态由放大器的输出控制；

所述工作状态为所述调节MOS管接入到输入级，

所述非工作状态为所述调节MOS管不接入到输入级；

所述工作状态是指存储器中数据读取。

2.根据权利要求1所述的高精度抗干扰比较器，其特征在于，所述开关为MOS管。

3.根据权利要求1所述的高精度抗干扰比较器，其特征在于，调整模块为放大器的一部分或者为外设电路。

4.应用高精度抗干扰比较器的存储器结构，其特征在于，包括权利要求1所述的高精度抗干扰比较器；还包括控制模块，参考支路和存储单元支路；在比较器的正相输入端接参考支路，用于生成参考电压；在比较器的反相输入端接存储单元支路，用于生成输入电压；存储单元支路中包括存储单元。

5.根据权利要求4所述的应用高精度抗干扰比较器的存储器结构，其特征在于，存储单元支路为：存储单元依次接MOS管MN43和MN41，MOS管MN41的漏极接比较器的反相输入端，MOS管MN41的漏极通过电阻R41接到电源；MOS管MN43的源级接存储单元，MOS管MN43的漏极与MN41的源级相连；参考支路为：参考电流依次接MOS管MN44和MN42，MOS管MN42的漏极接比较器的正相输入端，MOS管MN42的漏极通过电阻R42接到电源；MOS管MN44的源级接参考电流，MOS管MN44的漏极与MN42的源级相连；钳位MOS管MN41和MN42的栅极接钳位信号，使能MOS管MN43和MN44分别接第一使能信号和第二使能信号；所述控制模块，用于在降低比较器的灵敏度后，在比较器的进入下次正常工作状态之前，通过控制输入级MOS管的尺寸调整模块将比较器的灵敏度提高到工作时的状态。

6.根据权利要求5所述的应用高精度抗干扰比较器的存储器结构，其特征在于，存储单元为RRAM存储单元。

7.比较器的高精度抗干扰方法，其特征在于，基于权利要求1至3中任一项所述的高精度抗干扰比较器，根据放大器的输出结果进行判断：

所述比较器设置在存储器中；

当放大器由工作状态转为非工作状态时，降低放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在非工作状态时的放大倍数降低，即降低放大器非工作状态下的灵敏度；

当放大器由非工作状态转为工作状态时，提高放大器的输入级MOS管的宽长比，使放大器在工作状态时的放大倍数提高，即提高放大器非工作状态下的灵敏度；

在放大器输入级中固定连接的输入MOS管上并联连接调节MOS管，通过开关调节并联连接的调节MOS管的接入状态改变放大器输入级MOS管的尺寸，开关的状态由放大器的输出控制；

所述工作状态为所述调节MOS管接入到输入级，

所述非工作状态为所述调节MOS管不接入到输入级；

所述工作状态是指存储器中数据读取。