CN111010155A - 比较器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请属于集成电路设计技术领域，涉及一种比较器，包括：方向调整单元，被设置为调整输入电流的方向；电流检测单元，被设置为检测余量电流的大小，并输出电流信号；电流电压转换单元，被设置为将所述电流信号转换为电压信号。该比较器通过方向调整单元对输入电流方向进行调整，使比较器可以对同向或者反向的电流进行比较，扩大了比较器的应用场景；同时，基于电流输入的比较器，适合输入传输线距离远的应用，并具有较强的抗干扰能力。本申请还公开一种电子设备。
Description
技术领域
本申请涉及集成电路设计技术领域，例如涉及一种比较器及电子设备。
背景技术
比较器是集成电路常用的一个基本组成模块，它的工作速度、功耗、噪声等指标都对电路的性能有着直接的影响。目前，电压比较器用途较多，例如用于控制电路、报警设备、AD转换电路、电压监测系统、高速采样系统及振荡器等。但传统电压型比较器在输入传输线较长的情况下，会受传输线电阻影响比较器速度，同时，电压型比较器容易受串扰影响。
发明内容
为了对披露的实施例的一些方面有基本的理解，下面给出了简单的概括。概括不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围，而是作为后面的详细说明的序言。
本公开实施例提供了一种比较器及电子设备，以解决现有的比较器易受传输线电阻影响，导致比较强速度慢，抗干扰能力弱的技术问题。
在一些实施例中，所述比较器，包括：
方向调整单元，被设置为调整输入电流的方向；
电流检测单元，被设置为检测余量电流的大小，并输出电流信号；
电流电压转换单元，被设置为将所述电流信号转换为电压信号。
本公开实施例提供的比较器及电子设备，可以实现以下技术效果：能够通过方向调整单元对输入电流方向进行调整，使比较器可以对同向或者反向的电流进行比较，扩大了比较器的应用场景；同时，基于电流输入的比较器，适合输入传输线距离远的应用，并具有较强的抗干扰能力。
以上的总体描述和下文中的描述仅是示例性和解释性的，不用于限制本申请。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明和附图并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件示为类似的元件，附图不构成比例限制，并且其中：
图1是本公开实施例提供的比较器的一个结构示意图；
图2是本公开实施例提供的比较器的另一个结构示意图
图3是本公开实施例提供的比较器的一个电路结构示意图；
图4是本公开实施例提高的比较器中的方向调整单元的一个电路结构示意图；
图5是本公开实施例提高的比较器中的电流转向电路的一个结构的示意图。
具体实施方式
为了能够更加详尽地了解本公开实施例的特点与技术内容，下面结合附图对本公开实施例的实现进行详细阐述，所附附图仅供参考说明之用，并非用来限定本公开实施例。在以下的技术描述中，为方便解释起见，通过多个细节以提供对所披露实施例的充分理解。然而，在没有这些细节的情况下，一个或多个实施例仍然可以实施。在其它情况下，为简化附图，熟知的结构和装置可以简化展示。
本公开实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本公开实施例的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
除非另有说明，术语“多个”表示两个或两个以上。
本公开实施例中，字符“/”表示前后对象是一种“或”的关系。例如，A/B表示：A或B。
术语“和/或”是一种描述对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，表示：A或B，或，A和B这三种关系。
结合图1所示，本公开实施例提供了一种比较器，包括：
方向调整单元1，被设置为调整输入电流的方向；可选地，使上拉或下拉的两个电流经方向调整单元处理后均可进行大小比较；
电流检测单元2，被设置为检测余量电流的大小，并输出电流信号；可选地，将两个输入电流做差，并将余量电流进行放大；
电流电压转换单元3，被设置为将所述电流信号转换为电压信号。
方向调整单元1对需要进行电流大小比较的输入电流进行方向调整，输出电流到电流检测单元2进行余量电流检测，电流电压转换单元3将电流检测单元2输出的电流信号转换为电压信号，本公开实施例提供的比较器，具有速度快、抗干扰能力强、传输距离远的优点。
结合图2所示，比较器还包括：输出整形单元4；
所述输出整形单元4被设置为对所述电流电压转换单元3输出的电压信号进行整形，使输出满摆幅。
可选地，比较器还包括：恒流源5；
所述恒流源5被设置为提供恒定偏置电流给所述电流检测单元2和所述电流电压转换单元3。
可选地，比较器还包括：偏置单元6；
所述偏置单元6，被设置为输出偏置控制信号给所述恒流源5与所述方向调整单元1。
可选地，所述方向调整单元1包括电流转向电路和数据选择器(multiplexer，MUX)；
所述电流转向电路通过所述数据选择器连接所述电流检测单元。
可选地，所述数据选择器由传输门构成。
可选地，所述电流转向电路被设置为对所述输入电流的方向进行转向。
可选地，所述电流转向电路包括下拉转向单元、电流转向控制单元、上拉转向单元及反相器；所述下拉转向单元与所述上拉转向单元分别通过所述电流转向控制单元连接反相器，所述电流转向控制单元通过所述数据选择器连接所述电流检测单元。例如当输入电流为上拉电流，则可通过电流转向电路中的上拉转向单元将其电流变成下拉电流；当输入电流为下拉电流，可通过电流转向电路中的下拉转向单元将其电流变成上拉电流。
可选地，所述电流转向控制单元包括：第一传输门、第二传输门、第三传输门和第四传输门；
所述第一传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号、所述第一传输门的PMOS管的栅极与所述第二传输门的PMOS管的栅极连接，其连接线上连接有第一反相器，所述第一传输门的一端与所述下拉转向单元的第十三PMOS管的栅极、第十三PMOS管的漏级和所述下拉转向单元的第十四PMOS管的栅极连接，所述第一传输门的另一端与所述第三传输门的一端连接，其连接节点接输入电流；
所述第二传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号，所述第二传输门的一端连接所述下拉转向单元的第十四PMOS管的漏极，所述第二传输门的另一端与所述第四传输门的一端连接，其连接节点连接选择器的第一输入端；
所述第三传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号、所述第三传输门的PMOS管的栅极与所述第四传输门的PMOS管的栅极连接，其连接线上连接有第二反相器，所述第三传输门的另一端与所述上拉转向单元的第十三NMOS管的栅极、第十三NMOS管的漏极和所述上拉转向单元的第十四NMOS管的栅极连接；
所述第四传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号，所述第四传输门的另一端连接所述上拉转向单元第十四NMOS管的漏极。
本公开实施例提供的比较器包括偏置单元、恒流源、方向调整单元、电流检测单元、电流电压转换单元和输出整形单元。其中，方向调整单元的作用是对两个输入电流的方向进行调整，为电流检测单元提供合适的、电流方向相反的电流。偏置单元为恒流源提供偏置控制信号，使恒流源能为电流检测单元和电流电压转换单元提供偏置电流，偏置单元同时为方向调整单元提供偏置控制信号，确定输入电流在经过电流检测单元之前的方向。电流检测单元的作用是通过将输入电流做差，并检测余量电流的大小，同时将结果输出给电流电压转换单元进行电流信号到电压信号转换。输出整形单元对电流电压转换单元的输出进行整形，使输出达到满摆幅。比较器能够通过电流转向电路对输入电流方向进行调整，可以实现对同向或者反向的电流进行比较，扩大了比较器的应用场景；由于基于电流输入，使比较器适合输入传输线距离远的应用，并具有较强的抗干扰能力；同时采用商用工艺实现，降低了制造成本，同时比较器的静态功耗小，在低电源电压下仍可正常工作，具有较强的抗干扰能力，可应用于超深亚微米集成电路下的高速比较器设计。
在实际应用中，如图3所示，比较器的电路结构包括：偏置单元6包括：第一PMOS(P型金属-氧化物-半导体，P-Metal-Oxide-Semiconductor)管MP1、第二PMOS管MP2；其中：第一PMOS管MP1的源极连接电源，漏极连接自身栅极并与第二PMOS管MP2的源极、恒流源中的第三PMOS管MP3的栅极、第五PMOS管MP5的栅极、第七PMOS管MP7的栅极连接；第二PMOS管MP2的栅极与自身漏极相连并由恒定电流驱动，该恒定电流可有电流源提供或有基准电路提供，MP2的栅极同时连接第四PMOS管MP4的栅极、第六PMOS管MP6的栅极、第八PMOS管MP8的栅极，同时，方向调整单元的第一偏置控制信号sd、第二偏置控制信号su、第三偏置控制信号sd’、第四偏置控制信号su’、第五偏置控制信号s1及第六偏置控制信号s2由偏置单元提供。
恒流源5包括：第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第五PMOS管MP5、第六PMOS管MP6、第七PMOS管MP7和第八PMOS管MP8；第三PMOS管MP3的源极连接电源，MP3的漏极连接第四PMOS管MP4的源极；第五PMOS管MP5的源极连接电源，MP5的漏极连接第六PMOS管MP6的源极；第七PMOS管MP7的源极连接电源，MP7的漏极连接第八PMOS管MP8的源极；第四PMOS管MP4的漏极连接第二NMOS(N型金属-氧化物-半导体，N-Metal-Oxide-Semiconductor)管MN2的栅极与漏极、第三NMOS管MN3的栅极；第六PMOS管MP6的漏极连接第三NMOS管MN3的漏极、第五NMOS管MN5的栅极与漏极、第四NMOS管MN4的栅极；第八PMOS管MP8的漏极连接第五NMOS管MN5的源极、第四NMOS管MN4的漏极、第九PMOS管MP9的栅极及第六NMOS管MN6的栅极。
电流检测单元2包括：第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2和第三NMOS管MN3；第一NMOS管MN1的栅极与漏极相连并连接第二NMOS管MN2的源极，MN1的源极接地，MN3的源极接地，MN2的栅极和漏级连接，并连接MN3的栅极。
电流电压转换单元3包括：第四NMOS管MN4和第五NMOS管MN5；第四NMOS管MN4的漏极与MN5的源极和MP8的漏级连接，源极接地；
输出整形单元4包括：第九PMOS管MP9和第六NMOS管MN6；第九PMOS管MP9的源极连接电源，MN6的源极接地，MP9的漏极与第六NMOS管MN6的漏极连接，通过MP9的漏极与第六NMOS管MN6的漏极之间的输出节点输出电压OUT；
如图4所示，方向调整单元1包括：两个电流转向电路7，即第一电流转向器71和第二电流转向器71，和两个二选一数据选择器8，即第一数据选择器81和第二数据选择器82；第一电流转向电路71和第二电流转向器72分别对输入电流I1和输入电流I2进行上拉或下拉转向，通过数据选择器MUX选择进入电流检测单元的两路电流的方向，方向调整单元的输出为节点n8。
如图5所示，电流转向电路7包括：下拉转向单元9、电流转向控制单元10、上拉转向单元11及第一反相器12和第二反相器13。
具体的，下拉转向单元9包括：第十一PMOS管MP11、第十二PMOS管MP12、第十三NMOS管MN13和第十四PMOS管MP14；第十一PMOS管MP11的源极接电源、MP11的栅极与漏极相连同时连接第十二PMOS管MP12的栅极和第十三PMOS管MP13的源极；MP13的栅极与漏极相连、并连接第十四PMOS管MP14的栅极和电流转向控制单元的传输门T1；MP12的源极接电源、MP12的漏极连接MP14的源极；MP14的漏极连接电流转向控制单元的传输门T2。
上拉转向单元11包括：第十一NMOS管MN11、接第十二NMOS管MN12、第十三NMOS管MN13和第十四NMOS管MN14；第十三NMOS管MN13的栅极连接漏极，并连接第十四NMOS管MN14的栅极，还连接电流转向控制单元的传输门T3；第十四NMOS管MN14的漏极连接电流转向控制单元的传输门T4，MN14的源极连接第十二NMOS管MN12的漏极；第十一NMOS管MN11的漏极与栅极相连、还连接第十二NMOS管MN12的栅极，MN11的源极接地；MN12的源极接地。
电流转向控制单元10包括：第一传输门T1、第二传输门T2、第三传输门T3和第四传输门T4；第一传输门T1的NMOS管栅极接收偏置单元发出的第一偏置控制信号sd、T1的PMOS管的栅极连接第二传输门T2的PMOS管的栅极，T1的一端与MP13的栅极、MP13的漏级和MP14的栅极连接，T1的另一端与第三传输门T3的一端连接，其连接节点Iin接输入电流I1或I2；T2的NMOS管栅极接收偏置单元发出的第一偏置控制信号sd，T2的一端连接MP14的漏极，T2的另一端与T4的一端连接，其连接节点Iout连接选择器MUX的第一输入端以输出电流I1b或I2b给选择器MUX；第三传输门T3的NMOS管栅极接收偏置单元发出的第二偏置控制信号su、T3的PMOS管的栅极与第四传输门T4的PMOS管的栅极连接，T3的另一端与MN13的栅极、MN13的漏极和MN14的栅极连接；第四传输门T4的NMOS管栅极接收偏置单元发出的第二偏置控制信号su，T4的另一端连接MN14的漏极。第一反相器12的一端接收偏置单元发出的第一偏置控制信号sd，第一反相器12的另一端连接到T2的PMOS管的栅极与T1的PMOS管的栅极的连接上；第二反相器13的一端接收偏置单元发出的第二偏置控制信号su，第二反相器13的另一端连接到T4的PMOS管的栅极与T3的PMOS管的栅极的连接上。
在一些实施例中，方向调整单元的控制信号与电流方向的关系如表1所示：
| I1 | I2 | sd | su | sd’ | su’ | s1 | s2 | 电流说明 |
| 上拉 | 上拉 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1 | I2电流转向 |
| 上拉 | 下拉 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 保持电流方向 |
| 下拉 | 下拉 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 | 0 | I1电流转向 |
| 下拉 | 上拉 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | I1与I2均转向 |
表1
当输入电流I1为上拉电流，I2为下拉电流，sd＝0、su＝0、sd’＝0、su’＝0、s1＝0、s2＝0，I1与I2保持电流方向，在电流检测输入端n8做减运算I3＝I1-I2，如果I1大于I2则余量电流I3大于0，则节点n8电压升高，节点n5的电压随之升高，导致MN3的栅极电压升高，因此流过MN3的电流增大，使节点n6的电压下降、流过MN5和MN4的电流减小，因此节点n7的电压升高，经输出整形单元整形后输出OUT电压变低，标志I1电流大于I2电流；如果I1小于I2则余量电流I3小于0，则节点n8电压下降，节点n5的电压随之下降，导致MN3的栅极电压下降，因此流过MN3的电流减小，使节点n6的电压上升、流过MN5和MN4的电流增大，因此节点n7的电压下降，经输出整形单元整形后输出OUT电压变高，标志I1电流小于I2电流。
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的比较器有了清楚的认识。
综上所述，本本公开实施例提供的比较器，当两个输入电流的大小存在差异时，会输出高电平或低电平标志两个输入电流的大小，采用商用工艺实现，降低制造成本，同时比较器的静态功耗小，在低电源电压下仍可正常工作，可应用于超深亚微米集成电路下的高速比较器设计。
本公开实施例提供一种电子设备，其特征在于，包括上述的比较器。电子设备可以为各类控制电路、报警设备、数模转换电路、电压监测系统、高速采样系统及振荡器等。
以上描述和附图充分地示出了本公开的实施例，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施例可以包括结构的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可以被包括在或替换其他实施例的部分和特征。本公开的实施例并不局限于上面已经描述并在附图中示出的结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种比较器，其特征在于，包括：
方向调整单元，被设置为调整输入电流的方向；
电流检测单元，被设置为检测余量电流的大小，并输出电流信号；
电流电压转换单元，被设置为将所述电流信号转换为电压信号。
2.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述方向调整单元包括电流转向电路和数据选择器；
所述电流转向电路通过所述数据选择器连接所述电流检测单元。
3.根据权利要求2所述的比较器，其特征在于，
所述数据选择器由传输门构成。
4.根据权利要求3所述的比较器，其特征在于，所述电流转向电路被设置为对所述输入电流进行转向。
5.根据权利要求4所述的比较器，其特征在于，所述电流转向电路包括下拉转向单元、电流转向控制单元、上拉转向单元及反相器；
所述下拉转向单元与所述上拉转向单元分别通过所述电流转向控制单元连接反相器，所述电流转向控制单元通过所述数据选择器连接所述电流检测单元。
6.根据权利要求5所述的比较器，其特征在于，所述电流转向控制单元包括：第一传输门、第二传输门、第三传输门和第四传输门；
所述第一传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号、所述第一传输门的PMOS管的栅极与所述第二传输门的PMOS管的栅极连接，其连接线上连接有第一反相器，所述第一传输门的一端与所述下拉转向单元的第十三PMOS管的栅极、第十三PMOS管的漏级和所述下拉转向单元的第十四PMOS管的栅极连接，所述第一传输门的另一端与所述第三传输门的一端连接，其连接节点接输入电流；
所述第二传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号，所述第二传输门的一端连接所述下拉转向单元的第十四PMOS管的漏极，所述第二传输门的另一端与所述第四传输门的一端连接，其连接节点连接选择器的第一输入端；
所述第三传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号、所述第三传输门的PMOS管的栅极与所述第四传输门的PMOS管的栅极连接，其连接线上连接有第二反相器，所述第三传输门的另一端与所述上拉转向单元的第十三NMOS管的栅极、第十三NMOS管的漏极和所述上拉转向单元的第十四NMOS管的栅极连接；
所述第四传输门的NMOS管栅极接收所述偏置单元发出的偏置控制信号，所述第四传输门的另一端连接所述上拉转向单元第十四NMOS管的漏极。
7.根据权利要求1至6任一项所述的比较器，其特征在于，还包括：输出整形单元；
所述输出整形单元被设置为对所述电压信号进行整形。
8.根据权利要求7所述的比较器，其特征在于，还包括：恒流源；
所述恒流源被设置为提供偏置电流给所述电流检测单元和所述电流电压转换单元。
9.根据权利要求8所述的比较器，其特征在于，还包括：偏置单元；
所述偏置单元，被设置为输出偏置控制信号给所述恒流源与所述方向调整单元。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述比较器。
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