CN110784196B - 一种高精度比较器及一种集成芯片 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种高精度比较器，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管、第二输入开关管、第一配合开关管、第二配合开关管、时钟开关管、第一反相器和第二反相器，其中：所述第一配合开关管与所述第一反相器形成正反馈电路结构；所述第二配合开关管与所述第二反相器形成正反馈电路结构。由于本申请中的两个正反馈电路结构，能够在转换过程中大幅增加比较器的增益，从而提高了比较器的精度。

Description

一种高精度比较器及一种集成芯片

技术领域

本发明涉及电路设计领域，特别涉及一种高精度比较器及一种集成芯片。

背景技术

目前，传统的高速动态比较器中，当两个输入端电压实际值不同，其电路内部电位上升速度不同，再通过比较器中的锁存模块将两个输入端固定在不同的值。但是这种高速动态比较器并不能达到较高的精度，在两个输入端的电压差较小时，其输出结果不够准确。

因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高精度比较器及一种集成芯片。其具体方案如下：

一种高精度比较器，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管、第二输入开关管、第一配合开关管、第二配合开关管、时钟开关管、第一反相器和第二反相器，其中：

所述第一配合开关管与所述第一反相器形成正反馈电路结构；

所述第二配合开关管与所述第二反相器形成正反馈电路结构。

优选的，所述预放大模块还包括：第一隔离单元和第二隔离单元，其中：

所述第一配合开关管与所述第一反相器、所述第一隔离单元形成正反馈电路结构；

所述第二配合开关管与所述第二反相器、所述第二隔离单元形成正反馈电路结构。

优选的，所述第一隔离单元和所述第二隔离单元均为电容单元。

优选的，所述第一配合开关管的漏极与所述第一反相器的输入端连接；

所述第一配合开关管的栅极与所述第一反相器的输出端通过所述第一隔离单元连接并接收时钟信号；

所述第二配合开关管的漏极与所述第二反相器的输入端连接；

所述第二配合开关管的栅极与所述第二反相器的输出端通过所述第二隔离单元连接并接收所述时钟信号。

优选的，所述第一配合开关管的漏极与所述第一反相器的输入端连接；

所述第一配合开关管的栅极与所述第一反相器的输出端连接并接收时钟信号；

所述第二配合开关管的漏极与所述第二反相器的输入端连接；

所述第二配合开关管的栅极与所述第二反相器的输出端连接并接收时钟信号。

优选的，所述第一输入开关管的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第一输入端和第一输出端，所述第二输入开关管的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第二输入端和第二输出端；

所述比较锁存模块包括第三反相器、第四反相器、锁存器、第三配合开关管和第四配合开关管，其中：

所述第三反相器的输入端作为所述比较锁存模块的第一输入端，所述第四反相器的输入端作为所述比较锁存模块的第二输入端；

所述锁存器的第一输入端、第二输入端分别接所述第三反相器的输出端和所述第四反相器的输出端，所述锁存器的第一输出端、第二输出端作为所述比较锁存模块的第一输出端和第二输出端。

优选的，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第四反相器均为包括一个反相NMOS管和一个反相PMOS管的反相器。

优选的，所述第一输入开关管、所述第二输入开关管、所述时钟开关管均为NMOS管；所述第一配合开关管、所述第二配合开关管均为PMOS管。

优选的，所述第一输入开关管、所述第二输入开关管、所述时钟开关管均为PMOS管；所述第一配合开关管、所述第二配合开关管均为NMOS管。

相应的，本发明还公开了一种集成芯片，包括如上文任一项所述高精度比较器。

本发明公开了一种高精度比较器，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管、第二输入开关管、第一配合开关管、第二配合开关管、时钟开关管、第一反相器和第二反相器，其中：所述第一配合开关管与所述第一反相器形成正反馈电路结构；所述第二配合开关管与所述第二反相器形成正反馈电路结构。由于本发明中的两个正反馈电路结构，能够在转换过程中大幅增加比较器的增益，从而提高了比较器的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1a为本发明实施例中一种具体的预放大模块的电路结构图；

图1b为本发明实施例中另一种具体的预放大模块的电路结构图；

图2为本发明实施例中一种高精度比较器的电路结构图；

图3为本发明实施例中反相器的内部电路结构图；

图4为本发明实施例中锁存器的内部电路结构图；

图5为本发明实施例中另一种高精度比较器的电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，传统的高速动态比较器中，当两个输入端电压实际值不同，其电路内部电位上升速度不同，再通过比较器中的锁存模块将两个输入端固定在不同的值。但是这种高速动态比较器并不能达到较高的精度，在两个输入端的电压差较小时，其输出结果不够准确。而本申请中的两个正反馈电路结构，能够在转换过程中大幅增加比较器的增益，从而提高了比较器的精度。

本发明实施例公开了一种高精度比较器，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管M11、第二输入开关管M12、第一配合开关管M21、第二配合开关管M22、时钟开关管Mclk、第一反相器inv1和第二反相器inv2，其中：

所述第一配合开关管M21与所述第一反相器inv1形成正反馈电路结构；

所述第二配合开关管M22与所述第二反相器inv2形成正反馈电路结构。

具体的，为了实现本实施例中的正反馈电路结构，各元件的连接关系如下：

所述第一配合开关管M21的漏极与所述第一反相器inv1的输入端连接；

所述第一配合开关管M21的栅极与所述第一反相器inv1的输出端连接并接收时钟信号；

所述第二配合开关管M22的漏极与所述第二反相器inv2的输入端连接；

所述第二配合开关管M22的栅极与所述第二反相器inv2的输出端连接并接收时钟信号。

除此之外，所述第一输入开关管M11的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第一输入端vi1和第一输出端va1，所述第二输入开关管M12的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第二输入端vi2和第二输出端va2；

所述比较锁存模块包括第三反相器inv3、第四反相器inv4、锁存器latch、第三配合开关管M23和第四配合开关管M24，其中：

所述第三反相器inv3的输入端为所述比较锁存模块的第一输入端vb1，所述第四反相器inv4的输入端作为所述比较锁存模块的第二输入端vb2；

所述锁存器latch的第一输入端、第二输入端分别接所述第三反相器inv3的输出端和所述第四反相器inv4的输出端，所述锁存器latch的第一输出端、第二输出端作为所述比较锁存模块的第一输出端vo1和第二输出端vo2。

可以理解的是，本实施例中第一输入开关管M11、第二输入开关管M12、第一配合开关管M21、第二配合开关管M22、时钟开关管Mclk、第三配合开关管M23和第四配合开关管M24的类型均未做限定，通常选择CMOS管，具体是NMOS还是PMOS，需要根据各自位置及配合关系进行确定，常有以下两种方案：

第一种参见图1a所示的预放大模块，所述第一输入开关管M11、所述第二输入开关管M12、所述时钟开关管Mclk均为NMOS管；所述第一配合开关管M21、所述第二配合开关管M22均为PMOS管。

第二种参见图1b所示的预放大模块，所述第一输入开关管M11、所述第二输入开关管M12、所述时钟开关管Mclk均为PMOS管；所述第一配合开关管M21、所述第二配合开关管M22均为NMOS管。

进一步的，以图1a为例，此时选择第三配合开关管M23和第四配合开关管M24为NMOS，整个高精度比较器的结构如图2所示，该高精度比较器工作的过程包括：

当时钟信号clk为0时，va1和va2均为1，第一反相器inv1和第二反相器inv2的输入信号均为1，输出信号均为0，当时钟信号clk从0变为1时，va1和va2从1变化至0，此时第一反相器inv1和第二反相器inv2的输入信号也由1变化至0，此时第一反相器inv1和第一配合开关管M21组成一个正反馈，第二反相器inv2和第二配合开关管M22组成一个正反馈，第一反相器inv1和第二反相器inv2实际上对第一输入信号vi1和第二输入信号vi2的信号差预先进行放大，在转换过程中增加了比较器的增益，从而提高了比较器的精度。

进一步的，本实施例中所述第一反相器inv1、所述第二反相器inv2、所述第三反相器inv3和所述第四反相器inv4均为包括一个反相NMOS管MNinv和一个反相PMOS管MPinv的反相器，具体结构参见图3所示，其中反相NMOS管MNinv的栅极和反相PMOS管MPinv的栅极连接后作为反相器的输入端，反相NMOS管MNinv的漏极和反相PMOS管MPinv的漏极连接后作为反相器的输出端，反相PMOS管MPinv的源极连接预设电源VDD，反相NMOS管MNinv的源极接地。图3所示的反相器结构可通用于上文中所有的反相器中，第一反相器inv1、第二反相器inv2、第三反相器inv3和第四反相器inv4结构相同，均可按照本实施例中的连接方式进行内部MOS管的连接确定。

具体的，锁存器latch的结构参见图4所示，所述锁存器包括第一锁存开关管M31、第二锁存开关管M32、第三锁存开关管M33和第四锁存开关管M34，此时第一锁存开关管M31、第二锁存开关管M32为PMOS，第三锁存开关管M33和第四锁存开关管M34为NMOS，具体连接关系如下：

所述第一锁存开关管M31的源极、所述第二锁存开关管M32的源极分别作为所述锁存器的第一输入端和第二输入端；

所述第一锁存开关管M31的漏极与所述第三锁存开关管M33的漏极、所述第二锁存开关管M32的栅极、所述第四锁存开关管M34的栅极均连接后作为所述锁存器的第一输出端；

所述第二锁存开关管M32的漏极与所述第四锁存开关管M34的漏极、所述第一锁存开关管M31的栅极、所述第三锁存开关管M33的栅极均连接后作为所述锁存器的第二输出端；

所述第三锁存开关管M33的源极和所述第四锁存开关管M34的源极均接地。

可以理解的是，第一锁存开关管M31、第二锁存开关管M32、第三锁存开关管M33和第四锁存开关管M34实现了锁存器latch的功能，根据锁存器latch第一输入端和第二输入端的端电压上升速度的快慢，将锁存器latch第一输出端和第二输出端的端电压固定在不同的值。

本发明实施例公开了一种高精度比较器，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管、第二输入开关管、第一配合开关管、第二配合开关管、时钟开关管、第一反相器和第二反相器，其中：所述第一配合开关管与所述第一反相器形成正反馈电路结构；所述第二配合开关管与所述第二反相器形成正反馈电路结构。由于本发明实施例中的两个正反馈电路结构，能够在转换过程中大幅增加比较器的增益，从而提高了比较器的精度。

本发明实施例公开了一种具体的高精度比较器，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。

进一步的，本实施例中所述预放大模块还包括：第一隔离单元C1和第二隔离单元C2，其中：

所述第一配合开关管M21与所述第一反相器inv1、所述第一隔离单元C1形成正反馈电路结构；

所述第二配合开关管M22与所述第二反相器inv2、所述第二隔离单元C2形成正反馈电路结构。

具体的，所述第一隔离单元C1和所述第二隔离单元C2均为电容单元。

进一步的，本实施例中各元件的连接关系如下：

所述第一配合开关管M21的漏极与所述第一反相器inv1的输入端连接；

所述第一配合开关管M21的栅极与所述第一反相器inv1的输出端通过所述第一隔离单元C1连接并接收时钟信号；

所述第二配合开关管M22的漏极与所述第二反相器inv2的输入端连接；

所述第二配合开关管M22的栅极与所述第二反相器inv2的输出端通过所述第二隔离单元C2连接并接收所述时钟信号。

除此之外，所述第一输入开关管M11的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第一输入端和第一输出端，所述第二输入开关管M12的栅极和漏极分别为所述预放大模块的第二输入端和第二输出端；

所述比较锁存模块包括第三反相器inv3、第四反相器inv4、锁存器latch、第三配合开关管M23和第四配合开关管M24，其中：

所述第三反相器inv3的输入端为所述比较锁存模块的第一输入端，所述第四反相器inv4的输入端作为所述比较锁存模块的第二输入端；

所述锁存器latch的第一输入端、第二输入端分别接所述第三反相器inv3的输出端和所述第四反相器inv4的输出端，所述锁存器latch的第一输出端、第二输出端作为所述比较锁存模块的第一输出端和第二输出端。

与上一实施例类似，本实施例中第一输入开关管M11、第二输入开关管M12、第一配合开关管M21、第二配合开关管M22、时钟开关管Mclk、第三配合开关管M23和第四配合开关管M24的类型均未做限定，通常选择MOS管，具体是NMOS还是PMOS，需要根据各自位置及配合关系进行确定，常有以下两种方案：

第一种预放大模块中，所述第一输入开关管M11、所述第二输入开关管M12、所述时钟开关管Mclk均为NMOS管；所述第一配合开关管M21、所述第二配合开关管M22均为PMOS管。

第二种预放大模块中，所述第一输入开关管M11、所述第二输入开关管M12、所述时钟开关管Mclk均为PMOS管；所述第一配合开关管M21、所述第二配合开关管M22均为NMOS管。

以第一种预放大模块为例，整个高精度比较器的结构如图5所示。

可以理解的是，在上一实施例中，由于时钟信号clk的上升速度比va1的下降速度更快，也就是说在va1仍为1时，时钟信号clk已经不是0了，此时第一反相器inv1中的反相NMOS管MPinv导通，电流由第一配合开关管M21的栅极端点通过该反相NMOS管MPinv流入接地端，也即该反相NMOS管MPinv向第一配合开关管M21的栅极端点放电，这种放电对该栅极端点电压的上升速度有一定的影响，浪费了功耗，va2与之同理；为了降低这种影响，必须限制反相器的尺寸，从而电路无法达到最大的增益。因此增加第一隔离单元C1和第二隔离单元C2，以隔离第一反相器inv1和第二反相器inv2到对应的栅极端点的直流通路，一般选择大小相同的两个电容或总容值相同的两个电容单元，使得在对应的栅极端点电压随着时钟信号clk上升的过程中，不会出现直流电压对该栅极端点电压进行下拉，解除了反相器尺寸的限制，可以进一步增大第一反相器inv1和第二反相器inv2的尺寸来提高本实施例中高精度比较器的增益，同时也不会有功耗浪费的情况出现。

相应的，本发明还公开了一种集成芯片，包括如上文任一项所述高精度比较器。

其中，具体有关高精度比较器的内容可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。

其中，本实施例中集成芯片具有与上文实施例中高精度比较器相同的有益效果，此处不再赘述。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本发明所提供的一种高精度比较器及一种集成芯片进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种高精度比较器，其特征在于，包括预放大模块和比较锁存模块，其中所述预放大模块包括第一输入开关管、第二输入开关管、第一配合开关管、第二配合开关管、时钟开关管、第一反相器和第二反相器，所述预放大模块还包括：第一隔离单元和第二隔离单元，其中：

所述第一配合开关管与所述第一反相器、所述第一隔离单元形成第一正反馈电路结构；

所述第二配合开关管与所述第二反相器、所述第二隔离单元形成第二正反馈电路结构；

所述第一隔离单元设置在所述第一配合开关管和所述第一反相器之间；

所述第二隔离单元设置在所述第二配合开关管和所述第二反相器之间；

所述第一输入开关管与所述第一正反馈电路结构连接，且连接的公共端作为所述预放大模块的第一输出；所述第一输入开关管作为所述预放大模块的第一输入；

所述第二输入开关管与所述第二正反馈电路结构连接，且连接的公共端作为所述预放大模块的第二输出；所述第二输入开关管作为所述预放大模块的第二输入。

2.根据权利要求1所述高精度比较器，其特征在于，所述第一隔离单元和所述第二隔离单元均为电容单元。

3.根据权利要求1所述高精度比较器，其特征在于，

所述第一配合开关管的漏极与所述第一反相器的输入端连接；

所述第一配合开关管的栅极与所述第一反相器的输出端通过所述第一隔离单元连接并接收时钟信号；

所述第二配合开关管的漏极与所述第二反相器的输入端连接；

所述第二配合开关管的栅极与所述第二反相器的输出端通过所述第二隔离单元连接并接收所述时钟信号。

4.根据权利要求1至3任一项所述高精度比较器，其特征在于，

所述比较锁存模块包括第三反相器、第四反相器、锁存器、第三配合开关管和第四配合开关管，其中：

所述第三反相器的输入端作为所述比较锁存模块的第一输入端，所述第四反相器的输入端作为所述比较锁存模块的第二输入端；

所述锁存器的第一输入端、第二输入端分别接所述第三反相器的输出端和所述第四反相器的输出端，所述锁存器的第一输出端、第二输出端作为所述比较锁存模块的第一输出端和第二输出端。

5.根据权利要求4所述高精度比较器，其特征在于，所述第一反相器、所述第二反相器、所述第三反相器和所述第四反相器均为包括一个反相NMOS管和一个反相PMOS管的反相器。

6.根据权利要求5所述高精度比较器，其特征在于，所述第一输入开关管、所述第二输入开关管、所述时钟开关管均为NMOS管；所述第一配合开关管、所述第二配合开关管均为PMOS管。

7.根据权利要求5所述高精度比较器，其特征在于，所述第一输入开关管、所述第二输入开关管、所述时钟开关管均为PMOS管；所述第一配合开关管、所述第二配合开关管均为NMOS管。

8.一种集成芯片，其特征在于，包括如权利要求1至7任一项所述高精度比较器。