CN107634741A - 一种迟滞比较器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种迟滞比较器，包括电压比较器、RS触发器和电压复用器，电压比较器的正输入端作为迟滞比较器的输入端，电压比较器的正输出端连接RS触发器的输入端，其负输出端连接RS触发器的输入端，RS触发器的Q端作为迟滞比较器的输出端，其端连接电压复用器的时钟输入端；电压复用器的输出端连接电压比较器的负输入端。本发明避免使用电阻和外部电压来确定参考电压，根据输入信号巧妙地通过电压复用器动态选择输出参考电压，能大幅度的减小芯片面积，提高精确度。

Description

一种迟滞比较器

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，具体涉及一种迟滞比较器。

背景技术

在模拟集成电路应用领路中，为了使芯片在运行过程当中能实现自我保护提升芯片可靠性或者是控制模块电路为了实现监视功能，往往需要检测电路来辅助实现，而检测电路当中最重要的电路之一就是比较器。检测电路可以通过对电路不同状态的检测使芯片具备自我调节的能力，使其可以根据不同的工作状态做出合适的反应。

传统的迟滞比较器以反向比较器为例如图1所示，信号和外接电压分别串联电阻R和R1后接到比较器的负输入端和正输入端，而输出端Vout则串联电阻R2后接到比较器的正输入端形成一个正反馈，从而产生两个阈值电压，也就是Vth有两个值，其值大小由电阻R、R1、R2、Vref和Vom（峰值电压）值共同决定。比较器在Vsignal单方向增加或减小的过程当中只发生一次越变，两次越变的点即阈值电压Vth1和Vth2值不一样所以会产生迟滞的效果。相比较于单限比较器，迟滞比较器具有抗干扰能力强的优点。由于迟滞比较器具有以上的特性和特点使得其经常运用于矩形波、锯齿波等非正弦信号发生电路当中，也可以实现波形转换。

在芯片的制造过程当中，电阻本身会占用很大的面积，加上如果电阻在画layout的时候布局不合理会使制作出来的电阻值存在误差，而且芯片在使用过程当中电阻本身温度的上升会进一步影响电阻的阻值的精确性，由于电阻存在这些种种的不足会最终影响比较器的精度和电路的面积。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种迟滞比较器，既可以避免电阻的使用又能实现迟滞的特性，提高了精确度，同时减小电路芯片的面积。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种迟滞比较器，包括电压比较器、RS触发器和电压复用器，所述电压比较器的正输入端作为所述迟滞比较器的输入端，所述电压比较器的正输出端连接所述RS触发器的输入端，其负输出端连接所述RS触发器的输入端，所述RS触发器的Q端作为所述迟滞比较器的输出端，其端连接电压复用器的时钟输入端；所述电压复用器的输出端连接所述电压比较器的负输入端。

进一步地，所述电压复用器的第一输入端用于接收第一参考电压，其第二输入端用于接收第二参考电压，所述电压复用器用于根据时钟输入端的信号对第一参考电压和第二参考电压进行选择输出。

进一步地，所述电压比较器为锁存比较器。

与现有技术相比，本发明在能完成迟滞比较器功能的同时，避免使用大量的电阻，既提高了比较器的准确性又能减小电路的面积。

附图说明

图1是传统迟滞比较器的电路示意图；

图2是本发明一种迟滞比较器的电路示意图；

图3是本发明一实施例电压比较器原理图；

图4是本发明一实施例RS触发器原理图；

图5是本发明一实施例电压复用器原理图；

图6是本发明一种迟滞比较器整体原理图；

图7是本发明一实施例电压比较器仿真结果图；

图8是本发明一实施例RS触发器仿真结果图；

图9是本发明一实施例电压复用器仿真结果图；

图10是本发明一实施例迟滞比较器仿真结果图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图 2所示，一种迟滞比较器，采用三级的结构，第一级为电压比较器，第二级为RS触发器，第三级为电压复用器，电压比较器的正输入端作为迟滞比较器的输入端，接收输入信号Vsignal，电压比较器的正输出端连接RS触发器的输入端，其负输出端连接RS触发器的输入端，RS触发器的Q端作为迟滞比较器的输出端，输出信号Vout，其端连接电压复用器的时钟输入端，接收；电压复用器的输出端连接电压比较器的负输入端。

电压复用器的第一输入端用于接收第一参考电压Vhigh，其第二输入端用于接收第二参考电压Vlow，电压复用器根据时钟输入端的信号对第一参考电压Vhigh和第二参考电压Vlow进行选择输出，作为电压比较器的最终参考电压Vref。

以正弦波信号作为电路需要检测的对象，在本实施例中，电压比较器如图3所示，采用锁存型电压检测放大比较器，P1、P2、N3、N4构成交叉耦合反相结构；P3、P4为重置晶体管；N1、N2为差分输入对；N0为电流控制晶体管。比较器工作分为两个阶段，当锁存器为低电平即时钟信号为低电平0时，比较器处于重置状态，晶体管N0关断，而重置晶体管P3、P4导通，对电容C1、C2进行充电，使两个输出点电压维持在Vdd；当锁存器为高电平时即时钟信号为高电平Vdd时，比较器处于再生阶段，重置晶体管P3、P4关断，电流控制晶体管N0导通，差分输入晶体管N1、N2通过感知两个电压的大小并以电流的方式反馈到交叉耦合反相电路，交叉耦合反相电路根据反馈的电流情况将会改变两个输入端的电压状态，根据输出端的电压的状态就可以判断两个输入电压的大小情况，从而达到比较的目的。

当Vsignal>Vref时流过晶体管N1的电流比N2多，使得储存电容C1放电比C2快，即D1点的电压比D2电压下降得快，反馈到P2和N4所构成的交叉耦合反向电路使得晶体管P2一直处于导通状态，电压Vdd不断对C2进行充电，所以Vout2一直处于Vdd的水平。相反由于D2点电压一直维持在一个高电压水平，反馈到由P1和N3构成的交叉耦合反向电路使得P1处于关断状态，从而Vdd没办法通过P2对C1进行充电，只有当时钟信号CLK从高电压变回低电压时重置晶体管P3导通，Vdd通过P3对C1充电，因此D1点的电压是跟随着时钟信号的变化从而出现高低电平不断变化，其频率跟时钟频率是一致的。而当Vsignal>Vref的时候，两边的情况刚好相反。图7为仿真电压比较器的结果图，当Vsignal>Vref时Vout2为一条直线其值为Vdd、Vout1为高低电平不断变化的线段，而其频率跟CLK频率是一样的，而当Vsignal<Vref时，Vout1和Vout2刚好相反。

在本实施例中，RS触发器如图4所示，由两个与非门以交叉耦合的方式相连接而成，其作用就是对第一级电压比较器产生的两个输出信号进行处理，当端和端分别为1（高电平）和0（低电平）时Q端和端分别为1和0，RS触发器实现置1的功能；当端和端分别为0和1时Q端和端分别为0和1，RS触发器实现置0的功能；当端和端分别为1和1时Q端和端均保持前面的状态而维持不变。通过RS触发器对第一级电压比较器的输出信号的处理会使输出信号变成幅度相同相位相反的两个信号。仿真结果图如图8所示，上面两个信号分别为第一级电压比较器的两个输出，而下面两个信号分别为第二级RS触发器的两个输出。

在本实施例中，电压复用器如图5所示，RS触发器的Q端作为整个迟滞比较器的输出端而端则接到电压复用器的时钟信号Vclk的输入端，电压复用器的输出端则作为第一级电压比较器负输入端信号。当时钟信号为1（高电平）时电压复用器晶体管N2和P2关断，N3和P3导通，Vhigh顺利通过，所以Vref值为Vhigh。同样当时钟信号为0（低电平）时，N2和P2导通，N3和P3关断，输出为Vlow。经过第三级之后会使电压比较器负输入端的参考电压信号在一个周期内发生一次变化，而这种参考电压的变化实质是比较器与电压复用器反馈的结果。仿真结果图如图9所示，上面两个信号为高低两个参考电压，第三个信号为电压复用器的输出信号，为高低参考电压依次出现而成的一条线段，第四个信号为第二级RS触发器负输出端的信号。

本发明一种迟滞比较器的整体仿真结果图如图10所示，由图可看到，当输入信号Vsignal的电压高于Vhigh的时候电路做出反应给出一个高电平信号作为外部电路的控制信号，直到输入信号低于电压值Vlow的时候给出一个低电平信号，实现了迟滞比较的功能。

第一级电压比较器的电压感知放大采用对称结构，左右晶体管的宽长比值一样，其中：重置晶体管P3、P4的宽长比 ₃和 ₄值的确定需要根据时钟信号CLK的频率和电容C1和C2来确定；电流控制晶体管N0的宽长比为信号输入晶体管宽长比的两倍，其值大小也跟时钟信号的频率相关；第二级RS触发器晶体管的宽长比值的确定需要根据第一级电压比较器输出信号的频率来确定，如果宽长比太小，流过晶体管的电流太小，无法跟上第一级的频率从而导致功能失常，上下两个与非门处于对称结构，两个部分相对应晶体管的宽长比一致；同理第三级也需要根据第二级输出信号的频率来确定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (3)

1.一种迟滞比较器，其特征在于，包括电压比较器、RS触发器和电压复用器，所述电压比较器的正输入端作为所述迟滞比较器的输入端，所述电压比较器的正输出端连接所述RS触发器的输入端，其负输出端连接所述RS触发器的输入端，所述RS触发器的Q端作为所述迟滞比较器的输出端，其端连接电压复用器的时钟输入端；所述电压复用器的输出端连接所述电压比较器的负输入端。

2.根据权利要求1所述的一种迟滞比较器，其特征在于，所述电压复用器的第一输入端用于接收第一参考电压，其第二输入端用于接收第二参考电压，所述电压复用器用于根据时钟输入端的信号对第一参考电压和第二参考电压进行选择输出。

3.根据权利要求1所述的一种迟滞比较器，其特征在于，所述电压比较器为锁存比较器。