CN107112986A - 差分比较器 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种差分比较器，所述差分比较器具有第一输入和第二输入(22、24)，且包括：第一和第二晶体管(10、12)，其布置为分别连接到所述第一和第二输入(22、24)的差分对；以及恒定电流布置(14)，其安置于所述差分对和第一供应轨之间；本发明还公开一种采用此差分比较器的无线电接收器。
Description
技术领域
本发明涉及尤其集成电路上采用的差分比较器电路的改进。
背景技术
差分比较器是常用以测量电路中的信号电平以确定何时两个信号电平之间的差超出阈值的电路元件。常规地，其包括差分到单端放大器和电压参考作为到高增益放大器(例如运算放大器)的输入。已知电路布置的实例在IEEE固态电路期刊(IEEE Journal ofSolid-State Circuits)，第17卷，第6版，第969-982页，“MOS运算放大器设计-辅导概观(MOS operational amplifier design-a tutorial overview)”中给出。
发明内容
本发明旨在改进已知电路布置，且提供一种具有第一输入和第二输入的差分比较器，包括：
第一和第二晶体管，其布置为分别连接到第一和第二输入的差分对；以及
恒定电流布置，其安置于所述差分对和第一供应轨之间；
其中第一晶体管和恒定电流布置之间的第一路径具有与第二晶体管和恒定电流布置之间的第二路径不同的电阻。
因此，所属领域的技术人员将认识到，根据本发明，在差分对的晶体管之间引入有意失配。此提供差分比较器的所要功能，但因为仅需要单一差分对，所以申请人已发现，此布置比常规电路更高效地使用功率，这意味着其能够在比已知布置高的频率下操作而所使用的功率不会相称地增加。其还需要集成电路布局上的较小面积，这从节省成本的观点来看是有益的。
第一和第二晶体管可为任何合适的类型，但在一组实施例中包括场效应晶体管，优选地金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述晶体管优选地相同，但此鉴于上文描述的失配并不是必需的。
差分对通常驱动负载。此可包括无源负载，例如固定电阻器。然而，在一组实施例中，有源负载提供在所述差分对和第二供应轨之间。有源负载可包括对所述相应第一和第二晶体管进行馈送的第三和第四晶体管。所述第三和第四晶体管优选地为场效应晶体管，优选地金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。在一组实施例中，所述第三和第四晶体管中的一者的栅极/基极连接到其漏极/发射极。比较器的输出可从第三和第四晶体管中的另一者的漏极/发射极采取。有源负载可包括简单电流反射镜，但在其它实施例中可提供进一步电路(本身已知)以引入滞后和/或给出较快切换时间。
第一和第二路径可各自包括一或多个电阻器以给出所述不同电阻。在一或多个电阻器提供于第一和第二路径中的每一者中的情况下，其相应电阻应具有不同标称值，即，其差应超过依据相同标称电阻的值的固有容差所预期的。在一组实施例中，所述第一和第二路径中的一者包括电阻器，而另一者不包括电阻器。
恒定电流布置可以若干方式提供。举例来说，其可简单地包括晶体管或级联的晶体管对。在优选实施例中，提供单一恒定电流源，其是第一和第二路径共同的。然而，此不是必需的，且单独恒定电流源可分别提供于第一和第二路径中。这些可提供彼此相同的电流或不同电流。
本发明的实施例尤其适合用于电平检测器中，确切地说无线电接收器电路内的电平检测器中。此有利地提供具有以下能力的无线电接收器：测量所接收信号的电平，且调节信号路径上分量的增益以便防止削波。因此，从第二方面来看，本发明提供一种无线电接收器，包括：
信道滤波器，其用于衰减处于特定信道外部的所接收无线电信号的分量；
电平检测器，其位于与信道滤波器相同的信号路径上，其中所述电平检测器包括具有第一输入和第二输入的差分比较器，且所述差分比较器包括：
第一和第二晶体管，其布置为分别连接到第一和第二输入的差分对；以及
恒定电流布置，其安置于所述差分对和第一供应轨之间；
其中第一晶体管和恒定电流布置之间的第一路径具有与第二晶体管和恒定电流布置之间的第二路径不同的电阻；以及
自动增益控制系统，其经布置以从电平检测器接收电平检测信息，且使用所接收的电平检测信息调节无线电接收器中的一或多个增益控制系统的增益。
附图说明
现将参考附图仅借助于实例描述本发明的特定实施例，在附图中：
图1为现有技术差分比较器布置的图形表示；
图2为体现本发明的比较器的示意性电路图；以及
图3为图2的比较器的示范性实施方案的图形表示。
具体实施方式
图1说明常规差分比较器。待比较的两个信号馈送到差分放大器2的+和-输入。来自差分放大器2的输出信号等于+和-输入端子上的电压的差乘以电压增益Av(其可能高于或低于单位一)加上任选地共模电压VCM。差分放大器2的前述输出将输入中的一者提供到高增益比较器4。到比较器4的另一输入由固定电压参考6提供。比较器4通常经设置使得如果其正输入(由差分放大器2提供)高于其负输入(由电压参考6提供)，则其输出8较高地饱和，否则为低。因此，在使用中，所述差分放大器的+和-输入之间的差大于预定量，那么总体输出8为高，然而如果所述差小于此量，那么输出8为低。
此电路具有许多用途，但申请人已了解，其对于一些情形并不是最佳的。
图2展示本发明的示范性实施例。所述电路包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)10、12的差分对。MOSFET 10中的一者的漏极引线直接连接到安置于MOSFET 10和0V轨之间的恒定电流源14。另一MOSFET 12的漏极引线也连接到恒定电流源14，但经由具有值R的电阻器16。
两个MOSFET 10、12的源极引线连接到第三和第四MOSFET 18、20的相应源极引线，其形成电流反射镜布置。第三和第四MOSFET 18、20的栅极引线连接在一起且连接到第四MOSFET 20的漏极引线。第三和第四MOSFET的源极引线连接到电压供应轨+V。
到电路22、24的输入连接到差分晶体管对10、12的相应栅极引线。如所示，到第一MOSFET 10的栅极引线提供负输入，且到第二MOSFET 12的栅极引线提供正输入。电路26的输出从第一和第三MOSFET 10、28的共同源极引线结采取。
现将描述电路的操作。如果相同电压电平施加到两个输入22、24，那么将存在跨越电阻器16的电压降。此给出跨越第二晶体管12的比跨越第一电阻器10低的栅极-源极电压，且因此第二晶体管12的源极电流将显著减小。此致使跨越电阻器16的电压降减小，且电路因此最终达到平衡。因为电流源14中的电流为恒定的，所以穿过第二晶体管12的电流的减小将导致穿过第一晶体管10的电流的类似增加。此致使输出26变低。
类似地，如果正输入24仅稍微高于负输入22，那么相异电流将流动且输出26将保持低。当相等电流流动穿过输入晶体管10、12两者时发生切换点，输入晶体管10、12各自为由恒定电流源14产生的电流的值I的一半。在切换点处，跨越电阻器16的电压降VSW因此为：
VSW＝0.5IR
因此对于恒定电流源的给定值I，电阻器16的电阻值R确定将触发比较器的输入22、24之间的电压差分。当相等电流流动穿过输入晶体管10、12时，电流反射镜布置18、20致使输出26开始变高。当穿过第二晶体管12的电流超出穿过第一晶体管10的电流时，输出26将为高。这是因为来自第二晶体管12的电流经由电流反射镜的第三和第四晶体管18、20镜射且添加到来自第一晶体管10的电流。因为这些电流具有相反方向且来自第三晶体管18的电流的振幅高于来自第一晶体管10的电流，所以输出信号将拉高。
举一个特定实例，如果恒定电流产生器14提供电流I＝10μA且电阻器具有值63kΩ，那么切换点处的电压降VSW＝0.5x0.00001x63000＝315mV。
尽管图2中展示的布置可具有比常规差分比较器电路布置低(举例来说，与1到5％的准确性相比，大约20％)的准确性，但此在许多应用中为适当的。作为一实例，申请人已理解，有利的是提供具有包括如本文所描述的比较器的自动增益控制(AGC)回路的无线电接收器。这样做的目的是调节接收器中的信号增益以避免在存在强信号的情况下的饱和，同时在存在弱信号的情况下仍维持极好的噪声性能。因此，能够实现约100dB的动态范围。对于此大增益范围，具有比3dB小的增益步阶常常不可行，且振幅检测器的20％的绝对准确性因而是完全可接受的。
然而，已发现本文中描述的实施例与常规替代方案相比具有显著较低的功率消耗。虽然此实施例中的比较器将通常具有与常规电路中的比较器类似的电流消耗，但常规电路进一步需要差分到单端放大器。设计此情形的一种常见方式是使用具有电阻性反馈的两个运算放大器。因为这一点，差分到单端放大器最可能成为常规电路中的功率消耗的主导部分。如果假定比较器消耗与运算放大器相同的功率，那么本发明的实施例可具有常规电路的值的约三分之一的功率消耗。在实践中，功率消耗可更低，因为具有电阻性反馈的运算放大器将通常消耗比比较器多的功率。类似地，能够使用集成电路上的较少面积实施本发明的实施例。在某些状况下，较大功率效率还可意味着电路较快起作用，且因此能够在需要较高带宽的情况下使用。
图3展示例如基于包的数字无线电接收器等无线电接收器中采用的电平检测器电路中的图2的比较器的示范性实施方案。在此布置中，将输入信号电压30与两个阈值电压比较。向参看图2描述的类型的第一差分比较器36馈送上部参考电压32，且向第二此类差分比较器38馈送较低参考电压34。这些差分比较器36、38各自产生馈送到相应触发器42、44的复位输入的输出信号。如果输入信号30具有比阈值电压32、34高的电压，那么相应差分比较器36、38将输出设定相关联触发器42、44的逻辑高信号。如果输入信号电压30大于上部参考电压32，那么第一触发器42产生“过高”输出48上的逻辑高。如果输入信号电压30小于下部参考电压34，那么第二触发器44借助于逻辑反相器46产生“过低”输出50上的逻辑高。
所属领域的技术人员应了解，已通过描述本发明的特定实施例来说明本发明，但本发明不限于所述实施例；在所附权利要求书的范围内的许多变化和修改是可能的。举例来说，尽管单一电阻器展示为在差分对和恒定电流源之间的路径中的一者中，但可在每一路径中使用不同电阻器来实现相同效应。
Claims (13)
1.一种具有第一输入和第二输入的差分比较器，且其包括：
第一和第二晶体管，其布置为分别连接到所述第一和第二输入的差分对；以及
恒定电流布置，其安置于所述差分对和第一供应轨之间；
其中所述第一晶体管和所述恒定电流布置之间的第一路径具有与所述第二晶体管和所述恒定电流布置之间的第二路径不同的电阻。
2.根据权利要求1所述的差分比较器，其中所述第一和第二晶体管包括场效应晶体管。
3.根据权利要求1或2所述的差分比较器，其中所述第一和第二晶体管为相同的。
4.根据权利要求1、2或3所述的差分比较器，其包括所述差分对和第二供应轨之间的有源负载。
5.根据权利要求4所述的差分比较器，其中所述有源负载包括对所述相应第一和第二晶体管进行馈送的第三和第四晶体管。
6.根据权利要求5所述的差分比较器，其中所述第三和第四晶体管包括场效应晶体管。
7.根据权利要求5或6所述的差分比较器，其中所述第三和第四晶体管中的一者的栅极/基极连接到其漏极/发射极。
8.根据权利要求7所述的差分比较器，其包括从所述第三和第四晶体管中的另一者的漏极/发射极采取的输出。
9.根据权利要求4到8中任一权利要求所述的差分比较器，其中所述有源负载包括电流反射镜。
10.根据任一前述权利要求所述的差分比较器，其中所述第一和第二路径中的一者包括电阻器，而另一者不包括电阻器。
11.根据任一前述权利要求所述的差分比较器，其包括所述第一和第二路径共同的单一恒定电流源。
12.一种无线电接收器，其包括包含根据任一前述权利要求所述的差分比较器的电平检测器。
13.一种无线电接收器，其包括：
信道滤波器，其用于衰减处于特定信道外部的所接收无线电信号的分量；
电平检测器，其位于与所述信道滤波器相同的信号路径上，其中所述电平检测器包括具有第一输入和第二输入的差分比较器，且所述差分比较器包括：
第一和第二晶体管，其布置为分别连接到所述第一和第二输入的差分对；以及
恒定电流布置，其安置于所述差分对和第一供应轨之间；
其中所述第一晶体管和所述恒定电流布置之间的第一路径具有与所述第二晶体管和所述恒定电流布置之间的第二路径不同的电阻；以及
自动增益控制系统，其经布置以从所述电平检测器接收电平检测信息，且使用所述所接收的电平检测信息调节所述无线电接收器中的一或多个增益控制系统的增益。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20170829 |