CN107769758A - 一种比较器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种比较器电路，其包括：一电流镜负载；第一MOS管，其源极与所述电流镜负载的第一输出端连接，其漏极通过第二电阻接地；第二MOS管，其源极与所述电流镜负载的第二输出端连接，并通过第一电阻与所述第一MOS管的源极连接，其漏极通过第三电阻接地；一比较器单元；第一开关，其一端与所述第一MOS管的源极连接，其另一端与第一阈值电流源连接；第二开关，其一端与所述第二MOS管的源极连接，其另一端与第二阈值电流源连接；以及一与所述第一阈值电流源以及第二阈值电流源连接以调整该第一阈值电流源以及第二阈值电流源的电流大小的阈值电流调整单元。本发明通过在第一MOS管和第二MOS管的源极产生电压差，从而实现比较器翻转阈值的精确可调。

Description

一种比较器电路
技术领域
本发明涉及一种比较器电路。
背景技术
众所周知，比较器广泛运用于各种模拟信号的大小判断。如图1所示，常规的比较器电路是一种判断两端电压大小的过零比较器，其包括多个MOS管M8-M14，其中，MOS管M8和MOS管M9的源极相连，输入电压信号V+、V-分别直接加在MOS管M8和MOS管M9的栅极，MOS管M8和MOS管M9、MOS管M10和MOS管M11的宽长比均相等，当输入电压信号V+高于输入电压信号V-时，MOS管M9灌向MOS管M12栅极的电流小于MOS管M11拉低的电流，从而使得MOS管M12的栅极电压降低，MOS管M12关闭，MOS管M13的电流将输出电压OUT抬高，实现过零比较。当然，如果MOS管M10和MOS管M11的宽长比不一样，则也可实现不同阈值的电压比较，但这只能实现一种比较阈值，并且该阈值受工艺的影响较大。因此，这种比较器电路无法适用于需要比较器阈值精确控制的系统。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种比较器电路，以实现比较器翻转阈值的精确可调。
本发明所述的一种比较器电路，其包括：
一电流镜负载，其第一输入端与第二输入端相连并接收一工作电压信号；
第一MOS管，其栅极接收一负比较电压信号，其源极与所述电流镜负载的第一输出端连接，其漏极通过第二电阻接地；
第二MOS管，其栅极接收一正比较电压信号，其源极与所述电流镜负载的第二输出端连接，并通过第一电阻与所述第一MOS管的源极连接，其漏极通过第三电阻接地；
一比较器单元，其正输入端连接至所述第一MOS管的漏极，其负输入端连接至所述第二MOS管的漏极；
第一开关，其一端与所述第一MOS管的源极连接，其另一端与第一阈值电流源连接；
第二开关，其一端与所述第二MOS管的源极连接，其另一端与第二阈值电流源连接；以及
一与所述第一阈值电流源以及第二阈值电流源连接以调整该第一阈值电流源以及第二阈值电流源的电流大小的阈值电流调整单元。
在上述的比较器电路中，所述阈值电流调整单元包括：
一运算放大器，其正输入端接收一参考电压信号，其负输入端通过第四电阻接地；
第三MOS管，其栅极与所述运算放大器的输出端连接，其源极与所述运算放大器的负输入端连接；
第四MOS管，其漏极与所述第三MOS管的漏极连接；
第五MOS管，其漏极与所述第四MOS管的源极连接；
第六MOS管，其栅极分别与所述第五MOS管的栅极以及所述第四MOS管的漏极连接，其源极与所述第五MOS管的源极连接；
第七MOS管，其栅极与所述第四MOS管的栅极连接，其源极与所述第六MOS管的漏极连接；以及
一比例电流镜子单元，其第一输入端与所述第七MOS管的漏极连接，其第二输入端与所述第一阈值电流源连接，其第三输入端与所述第二阈值电流源连接，其输出端接地。
在上述的比较器电路中，所述比例电流镜子单元包括：
一连接在所述第七MOS管的漏极与地之间的参考恒流源，其电流大小为I；
n个第一二进制开关，该些第一二进制开关的一端相连至所述第一阈值电流源，每个所述第一二进制开关的另一端分别通过一第一恒流源接地；
n个第二二进制开关，该些第二二进制开关的一端相连至所述第二阈值电流源，每个所述第二二进制开关的另一端分别通过一第二恒流源接地；
其中，n个所述第一恒流源的电流大小依次为I、2I、……、2nI，n个所述第二恒流源的电流大小依次为I、2I、……、2nI。
在上述的比较器电路中，所述电流镜负载包括：与所述第一MOS管的源极连接的第一电流源以及与所述第二MOS管的源极连接的第二电流源，其中，所述第一电流源和第二电流源的电流大小相同。
在上述的比较器电路中，所述第二电阻与第三电阻的阻值大小相同。
在上述的比较器电路中，所述第一电阻与第四电阻为相同类型的电阻。
由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过在比较对管，即第一MOS管和第二MOS管之间连接第一电阻，并利用电流镜负载以及通过设置第一阈值电流源或第二阈值电流源的电流大小控制流过第一电阻的电流，以在第一MOS管和第二MOS管的源极产生电压差，从而实现比较器翻转阈值的精确可调。
附图说明
图1是常规的比较器电路的结构示意图；
图2是本发明一种比较器电路的结构示意图；
图3是本发明一种比较器电路中阈值电流调整单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
如图2、3所示，本发明，即一种比较器电路，其包括：
电流镜负载100，其第一输入端与第二输入端相连并接收工作电压信号VDD，具体来说，电流镜负载100包括：第一电流源I1和第二电流源I2，该第一电流源I1与第二电流源I2的输入端相连并接收工作电压信号VDD，其中，第一电流源I1与第二电流源I2的电流大小相同，即I1＝I2；
第一MOS管M1，其栅极接收负比较电压信号V-，其源极与电流镜负载100的第一输出端，即第一电流源I1的输出端连接，其漏极通过第二电阻R2接地；
第二MOS管M2，其栅极接收正比较电压信号V+，其源极与电流镜负载100的第二输出端，即第二电流源I2的输出端连接，并通过第一电阻R1与第一MOS管M1的源极连接，其漏极通过第三电阻R3接地，其中，第二电阻R2与第三电阻R3的阻值大小相同，即R2＝R3；
比较器单元Comp，其正输入端连接至第一MOS管M1的漏极，其负输入端连接至第二MOS管M2的漏极，在本实施例中，比较器单元Comp为常规的过零比较器；
第一开关S1，其一端与第一MOS管M1的源极连接，其另一端与第一阈值电流源I3连接；
第二开关S2，其一端与第二MOS管M2的源极连接，其另一端与第二阈值电流源I4连接；以及
与第一阈值电流源I3以及第二阈值电流源I4连接以调整该第一阈值电流源I3以及第二阈值电流源I4的电流大小的阈值电流调整单元200，具体来说，阈值电流调整单元200包括：
运算放大器AMP，其正输入端接收芯片内部的参考电压信号，例如本实施例中的带隙基准电压信号Vbg(该电压信号基本不随温度和工艺变化而变化)，其负输入端通过第四电阻R4接地；
第三MOS管M3，其栅极与运算放大器AMP的输出端连接，其源极与运算放大器AMP的负输入端连接；
第四MOS管M4，其漏极与第三MOS管M3的漏极连接；
第五MOS管M5，其漏极与第四MOS管M4的源极连接；
第六MOS管M6，其栅极分别与第五MOS管M5的栅极以及第四MOS管M4的漏极连接，其源极与第五MOS管M5的源极连接；
第七MOS管M7，其栅极与第四MOS管M4的栅极连接，其源极与第六MOS管M6的漏极连接；以及
比例电流镜子单元300，其第一输入端与第七MOS管M7的漏极连接，其第二输入端与第一阈值电流源I3连接，其第三输入端与第二阈值电流源I4连接，其输出端接地，具体来说，比例电流镜子单元300包括：
连接在第七MOS管M7的漏极与地之间的参考恒流源301，其电流大小为I；
n个第一二进制开关k1、k2、……、kn，该些第一二进制开关k1、k2、……、kn的一端相连至第一阈值电流源I3，每个第一二进制开关k1、k2、……、kn的另一端分别通过一第一恒流源302接地；
n个第二二进制开关a1、a2、……、an，该些第二二进制开关a1、a2、……、an的一端相连至第二阈值电流源I4，每个第二二进制开关a1、a2、……、an的另一端分别通过一第二恒流源303接地；
其中，n个第一恒流源302的电流大小依次为I、2I、……、2nI，n个第二恒流源303的电流大小依次为I、2I、……、2nI。
下面结合图2、3对本发明的工作原理进行详细说明。
假设第一开关S1闭合，第二开关S2断开，第一阈值电流源I3拉第一MOS管M1的源极。当比较器处于翻转态时，第二电阻R2和第三电阻R3上的压降相等，所以流过这两个电阻的电流相等，从而得出流过第一MOS管M1和第二MOS管M2的电流相等，即，图2中的I5＝I6，进而第一、第二MOS管M1、M2的栅源压降VGS1、VGS2相等。由此得到以下式①～④：
I1＝I2 ①；
I5＝I6 ②；
I1+I7-I3＝I5 ③；
I2-I7＝I6 ④；
根据上述式①～④可以得到以下式⑤和⑥：
I7＝I3/2 ⑤；
(V+)-(V-)＝VGS1+I7*R1-VGS2＝I3/2*R1 ⑥；
由此可见，比较器的翻转阈值变为了R1*I3/2。
同理，如果第二开关S2闭合，第一开关S1断开，则比较器的翻转阈值为-R1*I4/2。
因此，通过调节第一阈值电流源I3和第二阈值电流源I4的电流大小，即可轻松的设定比较器的翻转阈值。
为了精确的得到比较器的翻转阈值，可以通过内部参考电平除以电阻来得到阈值调整电流。具体来说，首先运算放大器AMP负反馈让第三MOS管M3的源极电压等于参考电压Vbg，因此，流过第四电阻R4的参考电流I＝Vbg/R4，由此，参考恒流源301的电流大小I＝Vbg/R4，进而可以得到第一阈值电流源I3的电流大小的表达式⑦：
I3＝(20k1+21k2+……+2nkn)*Vbg/R4 ⑦；
其中，k1～kn表示二进制开关状态，闭合时值为1，断开值为0；
由上式⑥和⑦，可以得到翻转阈值的进一步表达式⑧：
(V+)-(V-)＝(20k1+21k2+……+2nkn)*Vbg*R1/2R4 ⑧。
其中，k1*(Vbg*R1)/2R4为根据实际需要设置的最小翻转阈值。
同理，可以得到第二阈值电流源I4的电流大小的表达式⑨：
I4＝(20a1+21a2+……+2nan)*Vbg/R4 ⑨；
其中，a1～an表示二进制开关状态，闭合时值为1，断开值为0
由此得到翻转阈值的进一步表达式⑩：
(V+)-(V-)＝-(20k1+21k2+……+2nkn)*Vbg*R1/2R4 ⑩。
根据上式⑧和⑩可以看出，翻转阈值里有第一电阻R1和第四电阻R4的相对阻值，因此，在本实施例中第一电阻R1和第四电阻R4为相同类型的电阻，从而可消除工艺对翻转阈值的影响。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (6)

1.一种比较器电路，其特征在于，所述电路包括：
一电流镜负载，其第一输入端与第二输入端相连并接收一工作电压信号；
第一MOS管，其栅极接收一负比较电压信号，其源极与所述电流镜负载的第一输出端连接，其漏极通过第二电阻接地；
第二MOS管，其栅极接收一正比较电压信号，其源极与所述电流镜负载的第二输出端连接，并通过第一电阻与所述第一MOS管的源极连接，其漏极通过第三电阻接地；
一比较器单元，其正输入端连接至所述第一MOS管的漏极，其负输入端连接至所述第二MOS管的漏极；
第一开关，其一端与所述第一MOS管的源极连接，其另一端与第一阈值电流源连接；
第二开关，其一端与所述第二MOS管的源极连接，其另一端与第二阈值电流源连接；以及
一与所述第一阈值电流源以及第二阈值电流源连接以调整该第一阈值电流源以及第二阈值电流源的电流大小的阈值电流调整单元。
2.根据权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，所述阈值电流调整单元包括：
一运算放大器，其正输入端接收一参考电压信号，其负输入端通过第四电阻接地；
第三MOS管，其栅极与所述运算放大器的输出端连接，其源极与所述运算放大器的负输入端连接；
第四MOS管，其漏极与所述第三MOS管的漏极连接；
第五MOS管，其漏极与所述第四MOS管的源极连接；
第六MOS管，其栅极分别与所述第五MOS管的栅极以及所述第四MOS管的漏极连接，其源极与所述第五MOS管的源极连接；
第七MOS管，其栅极与所述第四MOS管的栅极连接，其源极与所述第六MOS管的漏极连接；以及
一比例电流镜子单元，其第一输入端与所述第七MOS管的漏极连接，其第二输入端与所述第一阈值电流源连接，其第三输入端与所述第二阈值电流源连接，其输出端接地。
3.根据权利要求2所述的比较器电路，其特征在于，所述比例电流镜子单元包括：
一连接在所述第七MOS管的漏极与地之间的参考恒流源，其电流大小为I；
n个第一二进制开关，该些第一二进制开关的一端相连至所述第一阈值电流源，每个所述第一二进制开关的另一端分别通过一第一恒流源接地；
n个第二二进制开关，该些第二二进制开关的一端相连至所述第二阈值电流源，每个所述第二二进制开关的另一端分别通过一第二恒流源接地；
其中，n个所述第一恒流源的电流大小依次为I、2I、……、2nI，n个所述第二恒流源的电流大小依次为I、2I、……、2nI。
4.根据权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，所述电流镜负载包括：与所述第一MOS管的源极连接的第一电流源以及与所述第二MOS管的源极连接的第二电流源，其中，所述第一电流源和第二电流源的电流大小相同。
5.根据权利要求1所述的比较器电路，其特征在于，所述第二电阻与第三电阻的阻值大小相同。
6.根据权利要求2所述的比较器电路，其特征在于，所述第一电阻与第四电阻为相同类型的电阻。
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