CN106341129B - 一种比较器、模数转换电路及显示装置 - Google Patents

一种比较器、模数转换电路及显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种比较器、模数转换电路及显示装置，包括：差分放大模块、分压模块以及输出模块；其中，通过上述三个模块的相互配合，可以使分压模块产生偏置电压信号，可以省去外接偏置电压信号，从而可以避免外加偏置电压信号的不稳定对整个比较器带来的干扰，并且还可以省去用传输偏置电压信号的信号线，节省成本。

Description

一种比较器、模数转换电路及显示装置
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域，特别涉及一种比较器、模数转换电路及显示装置。
背景技术
比较器是将模拟电压信号与基准电压信号进行比较而输出一个二进制数字信号的电路，当模拟电压大于基准电压时，输出一个稳定的第一电平信号，如高电平信号；当模拟电压小于基准电压时，输出一个稳定的第二电平信号，如低电平信号。比较器一般由放大器组成，由于一级放大器的放大能力不高，如果不经过第二级放大器，其输出电压的摆幅较小，驱动能力较低，故比较器一般采用两级放大器结构，第一级可实现较高增益，第二级可增大输出电压摆幅。此外，比较器为了实现正常工作一般需要设置外加偏置电压，当外加偏置电压小于场效应晶体管的阈值电压时，场效应晶体管会工作在截止区，漏极电流为0，使得场效应晶体管不能正常工作，以至于比较器无法实现比较功能。因此，外加偏置电压需要不小于场效应晶体管的阈值电压。但是，由于外加偏置电压存在不稳定性，当其在一定范围内变化时，有可能使偏置电压小于场效应晶体管的阈值电压，而导致比较器停止工作。
发明内容
本发明实施例提供一种比较器、模数转换电路及显示装置，用以避免由于外接偏置电压的不稳定性导致比较器不能正常工作的问题。
因此，本发明实施例提供了一种比较器，包括：分压模块、差分放大模块以及输出模块；其中，
所述分压模块分别与第一电源端、第二电源端以及第一节点相连；所述分压模块用于接收所述第一电源端的信号与所述第二电源端的信号，通过对所述第一电源端和所述第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将所述偏置电压信号提供给所述第一节点；
所述差分放大模块分别与第一输入信号端、第二输入信号端、所述第一电源端、所述第二电源端、所述第一节点以及第二节点相连；所述差分放大模块用于根据所述第一输入信号端的信号与第二输入信号端的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将所述放大控制信号提供给所述第二节点；
所述输出模块分别与所述第一电源端、所述第二电源端、所述第一节点、所述第二节点以及所述比较器的比较结果输出端相连；所述输出模块用于接收并放大所述放大控制信号，产生作为比较结果且与所述放大控制信号对应的输出信号，并将所述输出信号提供给所述比较结果输出端。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，分压模块包括：第一有源电阻模块、第二有源电阻模块以及电流镜模块；其中，
所述第一有源电阻模块的输入端与所述第一电源端相连，输出端与所述电流镜模块的电流输入端相连；所述第一有源电阻模块用于通过所述电流镜模块的共同作用产生流经所述第一有源电阻模块的电流；
所述第二有源电阻模块的输入端与所述第一电源端相连，输出端分别与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连；所述第二有源电阻模块用于对所述第一电源端和所述第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号；
所述电流镜模块的电压输入端与所述第二电源端相连；所述电流镜模块用于将所述电流输入端的电流根据预设比例复制到所述电流输出端。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述第一有源电阻模块包括：第一场效应晶体管；其中，
所述第一场效应晶体管的栅极和漏极均与所述电流镜模块的电流输入端相连，源极与所述第一电源端相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述第二有源电阻模块包括：第二场效应晶体管；其中，
所述第二场效应晶体管的栅极和漏极均与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连，源极与所述第一电源端相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述电流镜模块包括：第三场效应晶体管和第四场效应晶体管；其中，
所述第三场效应晶体管的栅极和漏极均与所述第一有源电阻模块的输出端以及所述第四场效应晶体管的栅极相连，所述第三场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连；
所述第四场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连，漏极与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述差分放大模块包括：第五场效应晶体管、第六场效应晶体管、第七场效应晶体管、第八场效应晶体管以及第九场效应晶体管；其中，
所述第五场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极分别与所述第六场效应晶体管的源极和所述第七场效应晶体管的源极相连；
所述第六场效应晶体管的栅极与所述第一输入信号端相连，所述第六场效应晶体管的漏极与所述第八场效应晶体管的栅极和漏极以及所述第九场效应晶体管的栅极相连；
所述第七场效应晶体管的栅极与所述第二输入信号端相连，漏极与所述第二节点相连；
所述第八场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连；
所述第九场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连，漏极与所述第二节点相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述输出模块包括：第十场效应晶体管与第十一场效应晶体管；其中，
所述第十场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第二节点相连，源极与所述第二电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述第十场效应晶体管为P型场效应晶体管，所述第十一场效应晶体管为N型场效应晶体管。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，还包括：相位补偿模块；其中，
所述相位补偿模块分别与所述第二电源端以及所述比较结果输出端相连；所述相位补偿模块用于对所述比较结果输出端进行相位补偿。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述相位补偿模块包括：电容；其中，
所述电容连接于所述第二电源端与所述比较结果输出端之间。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述输出模块包括：第十场效应晶体管与第十一场效应晶体管；其中，
所述第十场效应晶体管的栅极与所述第二节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第二电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述第十场效应晶体管为N型场效应晶体管，所述第十一场效应晶体管为P型场效应晶体管。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，还包括：相位补偿模块；其中，
所述相位补偿模块分别与所述第一电源端以及所述比较结果输出端相连；所述相位补偿模块用于对所述比较结果输出端进行相位补偿。
在一种可能的实施方式中，在本发明实施例提供的上述比较器中，所述相位补偿模块包括：电容；其中，
所述电容连接于所述第一电源端与所述比较结果输出端之间。
相应地，本发明实施例还提供了一种模数转换电路，包括本发明实施例提供的上述任一种比较器。
相应地，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述模数转换器。
本发明实施例提供的比较器、模数转换电路及显示装置，包括：差分放大模块、分压模块以及输出模块；其中，分压模块用于接收第一电源端的信号与第二电源端的信号，通过对第一电源端和第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将偏置电压信号提供给第一节点；差分放大模块用于根据第一输入信号端的信号与第二输入信号端的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将放大控制信号提供给第二节点；输出模块用于接收并放大放大控制信号，产生作为比较结果且与放大控制信号对应的输出信号，并将输出信号提供给比较结果输出端。本发明实施例提供的上述比较器，通过上述三个模块的相互配合，可以使分压模块产生偏置电压信号，可以省去外接偏置电压信号，从而可以避免外加偏置电压信号的不稳定对整个比较器带来的干扰，并且还可以省去用传输偏置电压信号的信号线，节省成本。
附图说明
图1a为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之一；
图1b为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之二；
图1c为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之三；
图2a为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之四；
图2b为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之五；
图2c为本发明实施例提供的比较器的结构示意图之六；
图3a为本发明实施例提供的比较器的具体结构示意图之一；
图3b为本发明实施例提供的比较器的具体结构示意图之二；
图4a为本发明实施例提供的比较器的具体结构示意图之三；
图4b为本发明实施例提供的比较器的具体结构示意图之四；
图5为比较器在理想状态时的传输曲线；
图6为比较器在实际工作中的传输曲线；
图7为具有输入失调电压的传输曲线；
图8为本发明实施例提供的比较器的增益的仿真曲线；
图9为本发明实施例提供的比较器的相位裕度的仿真曲线；
图10为本发明实施例提供的比较器的输入失调电压的检测结果图；
图11为本发明实施例提供的比较器的噪声响应曲线；
图12为本发明实施例提供的比较器的输入电压时序图；
图13为本发明实施例提供的比较器的输出电压时序图；
图14为本发明实施例提供的比较器的瞬态电流的仿真结果图。
具体实施方式
为了使本发明的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图，对本发明实施例提供的比较器、模数转换电路及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
本发明实施例提供了一种比较器，如图1a至图1c所示，包括：分压模块1、差分放大模块2、以及输出模块3；其中，
分压模块1分别与第一电源端VC1、第二电源端VC2以及第一节点A相连；分压模块1用于接收第一电源端VC1的信号与第二电源端VC2的信号，通过对第一电源端VC1和第二电源端VC2之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将偏置电压信号提供给第一节点A；
差分放大模块2分别与第一输入信号端Vn、第二输入信号端Vp、第一电源端VC1、第二电源端VC2、第一节点A以及第二节点B相连；差分放大模块2用于根据第一输入信号端Vn的信号与第二输入信号端Vp的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将放大控制信号提供给第二节点B；
输出模块3分别与第一电源端VC1、第二电源端VC2、第一节点A、第二节点B以及比较器的比较结果输出端Output相连；输出模块3用于接收并放大控制信号，产生作为比较结果且与放大控制信号对应的输出信号，并将输出信号提供给比较结果输出端Output。
本发明实施例提供的上述比较器，包括：差分放大模块、分压模块以及输出模块；其中，分压模块用于接收第一电源端的信号与第二电源端的信号，通过对第一电源端和第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将偏置电压信号提供给第一节点；差分放大模块用于根据第一输入信号端的信号与第二输入信号端的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将放大控制信号提供给第二节点；输出模块用于接收并放大控制信号，产生作为比较结果且与放大控制信号对应的输出信号，并将输出信号提供给比较结果输出端。本发明实施例提供的上述比较器，通过上述三个模块的相互配合，可以使分压模块产生偏置电压信号，可以省去外接偏置电压信号，从而可以避免外加偏置电压信号的不稳定对整个比较器带来的干扰，并且还可以省去用传输偏置电压信号的信号线，节省成本。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图2a至图2c所示，分压模块具体可以包括：第一有源电阻模块11、第二有源电阻模块12以及电流镜模块13；其中，
第一有源电阻模块11的输入端与第一电源端VC1相连，输出端与电流镜模块13的电流输入端相连；第一有源电阻模块11用于通过电流镜模块13的共同作用产生流经第一有源电阻模块11的电流；
第二有源电阻模块12的输入端与第一电源端VC1相连，输出端分别与第一节点A以及电流镜模块13的电流输出端相连；第二有源电阻模块12用于对第一电源端VC1和第二电源端VC2之间的电压进行分压以产生偏置电压信号；
电流镜模块13的电压输入端与第二电源端VC2相连；电流镜模块13用于将电流输入端的电流根据预设比例复制到电流输出端。
下面结合具体实施例，对本发明提供的比较器进行详细说明。需要说明的是，本实施例中是为了更好的解释本发明，但不限制本发明。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，电流镜模块13具体可以包括：第三场效应晶体管M3和第四场效应晶体管M4；其中，
第三场效应晶体管M3的栅极和漏极均与第一有源电阻模块的输出端以及第四场效应晶体管M4的栅极相连，第三场效应晶体管M3的源极与第二电源端VC2相连；
第四场效应晶体管M4的源极与第二电源端VC2相连，漏极与第一节点A相连。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第三场效应晶体管M3和第四场效应晶体管M4可以为N型场效应晶体管；第一电源端VC1的电压为高电压，第二电源端VC2的电压为低电压；或者，如图4a和图4b所示，第三场效应晶体管M3和第四场效应晶体管M4可以为P型场效应晶体管；第一电源端VC1的电压为低电压，第二电源端VC2的电压为高电压，在此不作限定。
需要说明的是，流经工作在饱和状态的N型场效应晶体管的电流IN满足公式：其中，un代表N型场效应晶体管的载流子迁移率，Coxn代表N型场效应晶体管的栅氧化层电容，W代表N型场效应晶体管沟道的宽度，L代表N型场效应晶体管沟道的长度；代表N型场效应晶体管沟道的宽长比，VGSN代表N型场效应晶体管的栅源电压，VthN代表N型场效应晶体管的阈值电压。由于流经工作于饱和状态时的N型场效应晶体管的电流与N型场效应晶体管沟道的宽长比成正比，因此可以通过调节N型场效应晶体管沟道的宽长比来调节流经N型场效应晶体管的电流。
需要说明的是，流经工作在饱和状态的P型场效应晶体管的电流IP满足公式：其中，up代表P型场效应晶体管的载流子迁移率，Coxp代表P型场效应晶体管的栅氧化层电容，W代表P型场效应晶体管沟道的宽度，L代表P型场效应晶体管沟道的长度；代表P型场效应晶体管沟道的宽长比，VGSP代表P型场效应晶体管的栅源电压，VthP代表P型场效应晶体管的阈值电压。由于流经工作于饱和状态时的P型场效应晶体管的电流与P型场效应晶体管沟道的宽长比成正比，因此可以通过调节P型场效应晶体管沟道的宽长比来调节流经P型场效应晶体管的电流。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，第三场效应晶体管M3和第四场效应晶体管M4组成电流镜结构，并且流经工作于饱和状态的第三场效应晶体管M3的电流和流经工作于饱和状态的第四场效应晶体管M4的电流的比值与第三场效应晶体管M3的沟道的宽长比和第四场效应晶体管M4的沟道的宽长比的比值成正比，因此可以通过分别调节第三场效应晶体管M3的沟道的宽长比以及调节第四场效应晶体管M4的沟道的宽长比，确定流经第四场效应晶体管M4的电流，从而实现将第三场效应晶体管M4的电流根据预设比例复制到第四场效应晶体管M4。
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中电流镜模块的具体结构，在具体实施时，电流镜模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，第一有源电阻模块11具体可以包括：第一场效应晶体管M1；其中，
第一场效应晶体管M1的栅极和漏极均与电流镜模块13的电流输入端相连，源极与第一电源端VC1相连。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第一场效应晶体管M1可以为P型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为高电压，第二电源端VC2的电压为低电压；或者，如图4a和图4b所示，第一场效应晶体管M1可以为N型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为低电压，第二电源端VC2的电压为高电压，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，由于第一场效应晶体管M1的栅极和漏极相连可以形成二极管形式，因此第一场效应晶体管M1可以看作有源电阻。由于电流镜模块13中的第三场效应晶体管M3的栅极和漏极相连可以形成二极管形式，因此第三场效应晶体管M3也可以看作有源电阻。因此第一场效应晶体管M1和第三场效应晶体管M3相当于串联连接于第一电源端VC1与第二电源端VC2之间的两个电阻，从而产生流经第一场效应晶体管M1和第三场效应晶体管M3的电流。
需要说明的是，一般形成二极管的场效应晶体管的电阻r满足公式：其中，gm代表场效应晶体管的跨导，其中，N型场效应晶体管的跨导gmn满足公式：其中，un代表N型场效应晶体管的载流子迁移率，Coxn代表N型场效应晶体管的栅氧化层电容，W代表N型场效应晶体管沟道的宽度，L代表N型场效应晶体管沟道的长度；代表N型场效应晶体管沟道的宽长比，VGSN代表N型场效应晶体管的栅源电压，VthN代表N型场效应晶体管的阈值电压。P型场效应晶体管的跨导gmp满足公式：其中，up代表P型场效应晶体管的载流子迁移率，Coxp代表P型场效应晶体管的栅氧化层电容，W代表P型场效应晶体管沟道的宽度，L代表P型场效应晶体管沟道的长度；代表P型场效应晶体管沟道的宽长比，VGSP代表P型场效应晶体管的栅源电压，VthP代表P型场效应晶体管的阈值电压。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，当第一场效应晶体管M1为P型场效应晶体管，第三场效应晶体管M3为N型场效应晶体管时，第一场效应晶体管M1的电阻为第三场效应晶体管M3的电阻其中，gmp1代表第一场效应晶体管M1的跨导，gmn3代表第三场效应晶体管M3的跨导。如图4a和图4b所示，当第一场效应晶体管M1为N型场效应晶体管，第三场效应晶体管M3为P型场效应晶体管时，第一场效应晶体管M1的电阻为第三场效应晶体管M3的电阻其中，gmn1代表第一场效应晶体管M1的跨导，gmp3代表第三场效应晶体管M3的跨导。由于跨导与场效应晶体管的器件参数有关，因此可以通过分别调整第一场效应晶体管M1和第三场效应晶体管M3的器件参数，调节流经第一场效应晶体管M1和第三场效应晶体管M3的电流。
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中第一有源电阻模块的具体结构，在具体实施时，第一有源电阻模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，第二有源电阻模块12具体可以包括：第二场效应晶体管M2；其中，
第二场效应晶体管M2的栅极和漏极均与第一节点A以及电流镜模块13的电流输出端相连，源极与第一电源端VC1相连。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第二场效应晶体管M2可以为P型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为高电压，第二电源端VC2的电压为低电压；如图4a和图4b所示，第二场效应晶体管M2可以为N型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为低电压，第二电源端VC2的电压为高电压，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图3b所示，由于第二场效应晶体管M2的栅极和漏极相连可以形成二极管形式，因此第二场效应晶体管M2可以看作有源电阻。由于电流镜模块中流经第四场效应晶体管的电流与流经第三场效应晶体管M3的电流呈预设比例，可以产生流经第二场效应晶体管M2和第三场效应晶体管M3的电流，根据有源电阻分压原理，可以得到第二场效应晶体管M2的漏极的电压，即第一节点A的电压，从而得到偏置电压信号。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，当第二场效应晶体管M2为P型场效应晶体管时，第二场效应晶体管M2的电阻其中，gmp2代表第二场效应晶体管M2的跨导。如图4a和图4b所示，当第二场效应晶体管M2为N型场效应晶体管时，第二场效应晶体管M2的电阻其中，gm2代表第二场效应晶体管M2的跨导。由于跨导与场效应晶体管的器件参数有关，因此可以通过分别调整第二场效应晶体管M2器件参数，调节流经第二场效应晶体管M2和第三场效应晶体管M3的电流。
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中第二有源电阻模块的具体结构，在具体实施时，第二有源电阻模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，差分放大模块2具体可以包括：第五场效应晶体管M5、第六场效应晶体管M6、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8以及第九场效应晶体管M9；其中，
第五场效应晶体管M5的栅极与第一节点A相连，源极与第一电源端VC1相连，漏极分别与第六场效应晶体管M6的源极和第七场效应晶体管M7的源极相连；
第六场效应晶体管M6的栅极与第一输入信号端Vn相连，第六场效应晶体管M6的漏极与第八场效应晶体管M8的栅极和漏极以及第九场效应晶体管M9的栅极相连；
第七场效应晶体管M7的栅极与第二输入信号端Vp相连，漏极与第二节点B相连；
第八场效应晶体管M8的源极与第二电源端VC2相连；
第九场效应晶体管M9的源极与第二电源端VC2相连，漏极与第二节点B相连。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第五场效应晶体管M5、第六场效应晶体管M6和第七场效应晶体管M7可以为P型场效应晶体管，第八场效应晶体管M8以及第九场效应晶体管M9可以为N型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为高电压，第二电源端VC2的电压为低电压；或者，如图4a和图4b所示，第五场效应晶体管M5、第六场效应晶体管M6和第七场效应晶体管M7可以为N型场效应晶体管，第八场效应晶体管M8以及第九场效应晶体管M9可以为P型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为低电压，第二电源端VC2的电压为高电压，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a至图4b所示，第五场效应晶体管M5在其栅源电压的作用下产生流经其的电流I0，第六场效应晶体管M6在其栅源电压的作用下产生流经其的电流I1，第七场效应晶体管M7在其栅源电压的作用下产生流经其的电流I2，并且I0＝I1+I2。因此，可以得到第六场效应晶体管M6的源极与第七场效应晶体管M7的源极的电压，从而可以得到第五场效应晶体管M5的源极和漏极的电压。
如图3a和图3b所示，由于第五场效应晶体管M5、第六场效应晶体管M6、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8以及第九场效应晶体管M9组成的电路为对称结构，因此可以通过第七场效应晶体管M7和第九场效应晶体管M9得到差分放大模块的增益Avo1满足的公式：Avo1＝gmp7(ron9||rop7)；其中，gmp7代表第七场效应晶体管M7的跨导：rop7代表第七场效应晶体管M7的电阻：ron9代表第九场效应晶体管M9的电阻：
如图4a和图4b所示，由于第五场效应晶体管M5、第六场效应晶体管M6、第七场效应晶体管M7、第八场效应晶体管M8以及第九场效应晶体管M9组成的电路为对称结构，因此可以通过第七场效应晶体管M7和第九场效应晶体管M9得到差分放大模块的增益Avo1满足的公式：Avo1＝gmn7(rop9||ron7)；其中，gmn7代表第七场效应晶体管M7的跨导：ron7代表第七场效应晶体管M7的电阻：rop9代表第九场效应晶体管M9的电阻：
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中差分放大模块的具体结构，在具体实施时，差分放大模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，输出模块3具体可以包括：第十场效应晶体管M10与第十一场效应晶体管M11；其中，
第十场效应晶体管M10的栅极与第一节点A相连，源极与第一电源端VC1相连，漏极与比较结果输出端Output相连；
第十一场效应晶体管M11的栅极与第二节点B相连，源极与第二电源端VC2相连，漏极与比较结果输出端Output相连。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第十场效应晶体管M10可以为P型场效应晶体管；第十一场效应晶体管M11可以为N型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为高电压，第二电源端VC2的电压为低电压。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，由于第十场效应晶体管M10的栅极与第一节点A相连，并在其栅源电压即偏置电压信号和第一电源端VC1的电压信号的控制下产生输出电流；由于第十一场效应晶体管M11的栅极与第二节点B相连，并在其栅源电压即放大控制信号和第二电源端VC2的电压信号的控制下产生输出电流。
第十场效应晶体管M10和第十一场效应晶体管M11组成的电流的增益Avo2满足的公式：Avo2＝gmn11(ron11||rop10)；其中，gmn11代表第十一场效应晶体管M11的跨导：rop10代表第十场效应晶体管M10的输出电阻：ron11代表第十一场效应晶体管M11的输出电阻：
或者，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图4a和图4b所示，输出模块3具体可以包括：第十场效应晶体管M10与第十一场效应晶体管M11；其中，
第十场效应晶体管M10的栅极与第二节点B相连，源极与第一电源端VC1相连，漏极与比较结果输出端Output相连；
第十一场效应晶体管M11的栅极与第一节点A相连，源极与第二电源端VC2相连，漏极与比较结果输出端Output相连。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图4a和图4b所示，第十场效应晶体管M10可以为N型场效应晶体管；第十一场效应晶体管M11可以为P型场效应晶体管，第一电源端VC1的电压为低电压，第二电源端VC2的电压为高电压。
具体地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图4a和图4b所示，由于第十一场效应晶体管M11的栅极与第一节点A相连，并在其栅源电压即偏置电压信号和第二电源端VC2的电压信号的控制下产生输出电流；由于第十场效应晶体管M10的栅极与第二节点B相连，并在其栅源电压即放大控制信号和第一电源端VC1的电压信号的控制下产生输出电流。
第十场效应晶体管M10和第十一场效应晶体管M11组成的电流的增益Avo2满足的公式：Avo2＝gmn10(ron10||rop11)；其中，gmn10代表第十场效应晶体管M10的跨导：ron10代表第十场效应晶体管M10的输出电阻：rop11代表第十一场效应晶体管M11的输出电阻：
一般的，在场效应晶体管理想的电流-电压特性中，当栅源电压VGS小于场效应晶体管的阈值电压Vth时，漏极电流ID为0。而在实际应用中，当VGS<Vth时，场效应晶体管处于表面弱反型状态，该表面弱反型状态与开启时的强反型有区别，这个区域叫做亚阈值区。场效应晶体管工作在亚阈值区时，沟道中虽然存在反型载流子，但浓度较低，因而此时ID很小，但不为0。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，第七场效应晶体管M7和第十场效应晶体管M10为P型场效应晶体管，第九场效应晶体管M9和第十一场效应晶体管M11为N型场效应晶体管，比较器的增益Avo与对应的场效应晶体管的参数满足公式：其中，n9n代表第九场效应晶体管M9的本征载流子浓度，n11n代表第十一场效应晶体管M11的本征载流子浓度，λ7p代表第七场效应晶体管M7的沟道长度调制系数，λ9n代表第九场效应晶体管M9的沟道长度调制系数，λ10p代表第十场效应晶体管M10的沟道长度调制系数，λ11n代表第十一场效应晶体管M11的沟道长度调制系数，k代表玻尔兹曼常数，T代表热力学温度，q代表电子电量：1.6×10-19C。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图4a和图4b所示，第七场效应晶体管M7和第十场效应晶体管M10为N型场效应晶体管，第九场效应晶体管M9和第十一场效应晶体管M11为P型场效应晶体管，比较器的增益Avo与对应的场效应晶体管的参数满足公式：其中，n9p代表第九场效应晶体管M9的本征载流子浓度，n10n代表第十场效应晶体管M10的本征载流子浓度，λ7n代表第七场效应晶体管M7的沟道长度调制系数，λ9p代表第九场效应晶体管M9的沟道长度调制系数，λ10n代表第十场效应晶体管M10的沟道长度调制系数，λ11p代表第十一场效应晶体管M11的沟道长度调制系数，k代表玻尔兹曼常数，T代表热力学温度，q代表电子电量：1.6×10-19C。
因此可以通过调整分压模块产生的偏置电压信号以及调整各场效应晶体管的参数以使比较器工作在亚阈值区域，从而可以使比较器消耗较少的电源电压，并使流经各支路的电流降低，进而可以进一步降低整个电路的功耗。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3a和图3b所示，当比较器处于亚阈值区域时，增益Avo满足公式：Avo＝gmp7(ron9||rop7)×gmn11(ron11||rop10)。如图4a和图4b所示，当比较器处于亚阈值区域时，增益Avo满足公式：Avo＝gmn7(rop9||ron7)×gmn10(ron10||rop11)。
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中输出模块的具体结构，在具体实施时，输出模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，当第十场效应晶体管为P型场效应晶体管；第十一场效应晶体管为N型场效应晶体管时，如图1b和图2b所示，还包括：相位补偿模块4；其中，
相位补偿模块4分别与第二电源端VC2以及比较结果输出端Output相连；相位补偿模块4用于对比较结果输出端Output进行相位补偿。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图3b所示，相位补偿模块4具体可以包括：电容C；其中，
电容C连接于第二电源端VC2与比较结果输出端Output之间。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，通过电容的作用对比较结果输出端进行相位补偿。
或者，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，当第十场效应晶体管为N型场效应晶体管；第十一场效应晶体管为P型场效应晶体管时，如图1c和图2c所示，还包括：相位补偿模块4；其中，
相位补偿模块4分别与第一电源端VC1以及比较结果输出端Output相连；相位补偿模块4用于对比较结果输出端Output进行相位补偿。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，如图4b所示，相位补偿模块4具体可以包括：电容C；其中，
电容C连接于第一电源端VC1与比较结果输出端Output之间。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述比较器中，通过电容的作用对比较结果输出端进行相位补偿。
以上仅是举例说明本发明实施例提供的比较器中相位补偿模块的具体结构，在具体实施时，相位补偿模块的具体结构不限于本发明实施例提供的上述结构，还可以是本领域技术人员可知的其他结构，在此不作限定。
需要说明的是本发明上述实施例中提到的场效应晶体管是金属氧化物半导体场效应管(MOS，Metal Oxide Scmiconductor)。
一般比较器在理想状态时的传输曲线如图5所示，其中，VP和VN分别代表比较器输入端的信号，VOH代表输出电位最大值，VOL代表输出电位最小值，横坐标VP-VN代表比较器输入端VP与比较器输入端VN之间的差值，纵坐标VO代表输出端的电位；当VP>VN时，输出端输出高电位VOH；当VP<VN时，输出端输出低电位VOL。但是，在实际工作状态中，由于比较器增益AV有限、由于场效应晶体管的尺寸误差产生的输入失调电压VOS以及比较器中的电阻与电容等，导致比较器在实际工作中的特性与理想状态下的特性是有差别的。比较器在工作状态时的传输曲线如图6所示，其中，VP和VN分别代表比较器输入端的信号，VIH代表输出达到上限所需要的输入电压，VIL代表输出达到下限所需要的输入电压，VOH代表输出电位最大值，VOL代表输出电位最小值，横坐标VP-VN代表比较器输入端VP与比较器输入端VN之间的差值，纵坐标VO代表输出端的电位，比较器在工作状态时的增益AV满足公式：具有输入失调电压的传输曲线如图7所示，其中，VOS代表输入失调电压，VP和VN分别代表比较器输入端的信号，VIH代表输出达到上限所需要的输入电压，VIL代表输出达到下限所需要的输入电压，VOH代表输出电位最大值，VOL代表输出电位最小值，横坐标VP-VN代表比较器输入端VP与比较器输入端VN之间的差值，纵坐标VO代表输出端的电位，可以看出，当两个输入端的信号之差达到输入失调电压VOS时，输出才会发生改变。
以图3b所示的比较器为例，对该比较器进行增益、相位裕度、输入失调电压、输入参考噪声功率谱密度、传输延迟时间以及功耗进行相关仿真模拟与计算。
一般在实际设计要求中，比较器的增益需要满足大于或等于40dB的条件，相位裕度需要满足至少为45°的条件，并且相位裕度越大，比较器越稳定，对本发明实施例提供的上述比较器进行AC仿真，得到的增益的仿真结果如图8所示，横坐标Freq代表频率，纵坐标Ao代表增益，可以看出，在10Hz处，比较器的增益约为50dB；在26.01MHz处，比较器的增益为0dB。得到的相位裕度的仿真结果如图9所示，横坐标Freq代表频率，纵坐标FW代表相位裕度，可以看出，比较器的相位裕度大约为63.32°。
一般在实际应用中，比较器的特性会受到输入失调电压的影响，因此在实际设计要求中，比较器的输入失调电压需要满足小于10mV的条件。以本发明实施例提供的上述比较器的第一输入信号端接收1.23V的参考电压，第二输入信号端与比较结果输出端直接短路为例，对第一输入信号端的电压和第二输入信号端的电压进行测量，得到的测量结果如图10所示，横坐标T代表时间，纵坐标U代表电压，实线S1代表测量得到的第一输入信号端的电压，虚线S2代表测量得到的第二输入信号端的电压，可以看出，在同一时刻，第一输入信号端的电压为1.23V，第二输入信号端的电压为1.2246V，因此，在同一时刻第一输入信号端的电压和第二输入信号端的电压之差为5.4mV，即本发明实施例提供的比较器的输入失调电压为5.4mV。
一般在实际应用中，比较器的特性还会受到输入噪声的影响，一般输入噪声的大小通常采用输入参考噪声功率谱密度v表示。并且一般在实际设计要求中，输入参考噪声功率谱密度v需要满足条件：在10kHz处，对本发明实施例提供的上述比较器进行测量，得到噪声响应曲线如图11所示，横坐标Freq代表频率，纵坐标v代表输入参考噪声功率谱密度，可以看出，在10kHz频率处，本发明实施例提供的上述比较器的输入参考噪声功率谱密度v大约为
一般传输延迟能够直接影响比较器的工作速度，限制比较器的工作频率。并且一般通过检测比较器的传输延迟时间来表征其传输延迟特性，其中传输延迟时间为输入信号与输出信号之间的时间差。在实际设计要求中，输出延迟时间需要满足小于35ns的条件。以本发明实施例提供的上述比较器的第一电源端的电压为2.5V的高电压，第二电源端的电压为0V的低电压，第一输入信号端接收1.23V的参考电压vn，第二输入信号端接收具有1.0V和1.23V两种电压的方波vp为例，检测比较器的功能准确性及其传输延迟时间，输入电压检测结果如图12所示，横坐标T代表时间，纵坐标U代表电压，实线代表第一输入信号端接收的电压vn，粗虚线代表第二输入信号端接收的电压vp。输出电压检测结果如图13所示，横坐标T代表时间，纵坐标U代表电压。结合图12和图13所示，在0-5.0us之间时，第一输入信号端接收的电压vn＝1.23V，第二输入信号端接收的电压vp＝1.0V，因此vn与vp之间的差值为0.23V，由于本发明实施例提供的比较器的增益约为50dB，根据增益AVO和放大倍数A0满足的公式：本发明实施例提供的比较器的放大倍数约为1000。因此，比较器可以将0.23V放大1000倍以获得230V，由于第一电源端的电压最高为2.5V，使得比较结果输出端仅能输出2.5V的电压。在5.0-10.0us之间时，第一输入信号端接收的电压vn与第二输入信号端接收的电压vp均为1.23V，因此vn与vp之间的差值为0V，使得比较结果输出端输出0V的电压。通过检测分析得到本发明实施例提供的上述比较器的传输延迟时间为33.51ns，延时较短。
在实际应用中，为了节省能源，一般需要比较器具有较低的功耗。在实际设计要求中，比较器的功耗需要满足不大于0.05mW的条件。以本发明实施例提供的上述比较器的第一电源端的电压为2.5V，第二电源端的电压为0V，第一输入信号端接收1.23V的参考电压，第二输入信号端接收具有1.0V和1.23V两种电压的方波为例，对比较器进行检测以得到瞬态电流，上述比较器的瞬态电流的仿真结果如图14所示，横坐标T代表时间，纵坐标A代表电流，可以看出流过比较器的平均电流约为13.75uA。由于第一电源端的电压为2.5V，第二电源端的电压为0V，因此得到本发明实施例提供的上述比较器的功耗为：13.75×10-3mA×2.5V＝0.034mW。
通过上述对本发明实施例提供的比较器进行仿真检测可知，在10Hz处增益约为50dB，相位裕度约为63.32°，输入失调电压为5.4mV，输入参考噪声功率谱密度约为传输延迟时间为33.51ns，功耗为0.034mW，因此完全满足对比较器的功能的设定要求。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种模数转换电路，包括本发明实施例提供的上述任一种比较器。该模数转换电路解决问题的原理与前述比较器相似，因此该模数转换电路的实施可以参见前述比较器的实施，重复之处在此不再赘述。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述模数转换电路。该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。对于该显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。该显示装置的实施可以参见上述封装结构的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的比较器、模数转换电路及显示装置，包括：差分放大模块、分压模块以及输出模块；其中，分压模块用于接收第一电源端的信号与第二电源端的信号，通过对第一电源端和第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将偏置电压信号提供给第一节点；差分放大模块用于根据第一输入信号端的信号与第二输入信号端的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将放大控制信号提供给第二节点；输出模块用于接收并放大控制信号，产生作为比较结果且与放大控制信号对应的输出信号，并将输出信号提供给比较结果输出端。本发明实施例提供的上述比较器，通过上述三个模块的相互配合，可以使分压模块产生偏置电压信号，可以省去外接偏置电压信号，从而可以避免外加偏置电压信号的不稳定对整个比较器带来的干扰，并且还可以省去用传输偏置电压信号的信号线，节省成本。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (15)

1.一种比较器，其特征在于，包括：分压模块、差分放大模块以及输出模块；其中，
所述分压模块分别与第一电源端、第二电源端以及第一节点相连；所述分压模块用于接收所述第一电源端的信号与所述第二电源端的信号，通过对所述第一电源端和所述第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号，并将所述偏置电压信号提供给所述第一节点；
所述差分放大模块分别与第一输入信号端、第二输入信号端、所述第一电源端、所述第二电源端、所述第一节点以及第二节点相连；所述差分放大模块用于根据所述第一输入信号端的信号与第二输入信号端的信号之间的差值，产生放大控制信号，并将所述放大控制信号提供给所述第二节点；
所述输出模块分别与所述第一电源端、所述第二电源端、所述第一节点、所述第二节点以及所述比较器的比较结果输出端相连；所述输出模块用于接收并放大所述放大控制信号，产生作为比较结果且与所述放大控制信号对应的输出信号，并将所述输出信号提供给所述比较结果输出端；
分压模块包括：第一有源电阻模块、第二有源电阻模块以及电流镜模块；其中，所述第一有源电阻模块的输入端与所述第一电源端相连，输出端与所述电流镜模块的电流输入端相连；所述第一有源电阻模块用于通过所述电流镜模块的共同作用产生流经所述第一有源电阻模块的电流；所述第二有源电阻模块的输入端与所述第一电源端相连，输出端分别与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连；所述第二有源电阻模块用于对所述第一电源端和所述第二电源端之间的电压进行分压以产生偏置电压信号；所述电流镜模块的电压输入端与所述第二电源端相连；所述电流镜模块用于将所述电流输入端的电流根据预设比例复制到所述电流输出端。
2.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述第一有源电阻模块包括：第一场效应晶体管；其中，
所述第一场效应晶体管的栅极和漏极均与所述电流镜模块的电流输入端相连，源极与所述第一电源端相连。
3.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述第二有源电阻模块包括：第二场效应晶体管；其中，
所述第二场效应晶体管的栅极和漏极均与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连，源极与所述第一电源端相连。
4.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述电流镜模块包括：第三场效应晶体管和第四场效应晶体管；其中，
所述第三场效应晶体管的栅极和漏极均与所述第一有源电阻模块的输出端以及所述第四场效应晶体管的栅极相连，所述第三场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连；
所述第四场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连，漏极与所述第一节点以及所述电流镜模块的电流输出端相连。
5.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述差分放大模块包括：第五场效应晶体管、第六场效应晶体管、第七场效应晶体管、第八场效应晶体管以及第九场效应晶体管；其中，
所述第五场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极分别与所述第六场效应晶体管的源极和所述第七场效应晶体管的源极相连；
所述第六场效应晶体管的栅极与所述第一输入信号端相连，所述第六场效应晶体管的漏极与所述第八场效应晶体管的栅极和漏极以及所述第九场效应晶体管的栅极相连；
所述第七场效应晶体管的栅极与所述第二输入信号端相连，漏极与所述第二节点相连；
所述第八场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连；
所述第九场效应晶体管的源极与所述第二电源端相连，漏极与所述第二节点相连。
6.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述输出模块包括：第十场效应晶体管与第十一场效应晶体管；其中，
所述第十场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第二节点相连，源极与所述第二电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连。
7.如权利要求6所述的比较器，其特征在于，所述第十场效应晶体管为P型场效应晶体管，所述第十一场效应晶体管为N型场效应晶体管。
8.如权利要求7所述的比较器，其特征在于，还包括：相位补偿模块；其中，
所述相位补偿模块分别与所述第二电源端以及所述比较结果输出端相连；所述相位补偿模块用于对所述比较结果输出端进行相位补偿。
9.如权利要求8所述的比较器，其特征在于，所述相位补偿模块包括：电容；其中，
所述电容连接于所述第二电源端与所述比较结果输出端之间。
10.如权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述输出模块包括：第十场效应晶体管与第十一场效应晶体管；其中，
所述第十场效应晶体管的栅极与所述第二节点相连，源极与所述第一电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连；
所述第十一场效应晶体管的栅极与所述第一节点相连，源极与所述第二电源端相连，漏极与所述比较结果输出端相连。
11.如权利要求10所述的比较器，其特征在于，所述第十场效应晶体管为N型场效应晶体管，所述第十一场效应晶体管为P型场效应晶体管。
12.如权利要求11所述的比较器，其特征在于，还包括：相位补偿模块；其中，
所述相位补偿模块分别与所述第一电源端以及所述比较结果输出端相连；所述相位补偿模块用于对所述比较结果输出端进行相位补偿。
13.如权利要求12所述的比较器，其特征在于，所述相位补偿模块包括：电容；其中，
所述电容连接于所述第一电源端与所述比较结果输出端之间。
14.一种模数转换电路，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的比较器。
15.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求14所述的模数转换器。
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