CN115606095A - 比较器电路 - Google Patents

Abstract

一种比较器电路包括具有一组差分电流路径的输入级和连接到一对输入端(INN,INP)的一对差分输入晶体管(N1,N2；P7,P8)。输出级包括第一和第二电源端(VDD,VSS)之间的输出电流路径、连接在该输出电流路径中并具有耦合到该组差分电流路径的控制端的输出晶体管(P4)、以及连接到该输出电流路径的比较器输出(OUT)。辅助级包括电源端(VDD,VSS)之间的辅助电流路径、辅助电流源、连接在该辅助电流路径中并且具有连接到该输出晶体管(P4)的控制端的控制端的第一辅助晶体管(P3)、以及具有第二辅助晶体管(P5)和第三辅助晶体管(P6)的电压跟随器。该第二辅助晶体管(P5)控制该电压跟随器，该第三辅助晶体管(P6)将该输出晶体管(P4)的控制端耦合到该组差分电流路径中的至少一个差分电流路径。

Description

比较器电路

技术领域

本公开涉及比较器电路以及具有这种比较器电路的传感器前端和斜坡模数转换器。本公开还涉及包括这种比较器电路的电子设备。

本申请要求欧洲专利申请20174457.0的优先权，其公开内容被引用附于此。

背景技术

比较器电路广泛用于电子应用中。通常希望比较器的输出几乎没有延迟地跟随其输入的变化。然而，在传统的比较器电路中，比较器的速度与电路实现的能量消耗和/或必要空间相权衡。

发明内容

要实现的目标是提供一种改进后的比较器概念，其能够以很小的电流消耗快速切换比较器输出。

此目标是通过独立权利要求的主题实现的。从属权利要求中定义了改进后的概念的实施例和发展。

根据改进后的比较器概念的比较器电路可以包括具有一组差分电流路径的输入级和与该组差分电流路径耦合的一对差分输入晶体管。此外，比较器电路具有输出级和输出晶体管，输出级在电源端之间具有输出电流路径，输出晶体管连接在输出电流路径中并且具有连接到输入级的控制端。

改进后的比较器概念基于提供辅助级的想法，该辅助级控制输出晶体管的控制端处的电势，使得即使在比较器的倾斜状态下，例如由于比较器的输入端处的差分较大而导致的倾斜状态下，输出晶体管的控制端处的电势也不会完全饱和，但是如果输入端处的条件相反，则允许快速转换到另一输出状态。例如，这通过辅助电流路径中的第一辅助晶体管来实现，该辅助电流路径的控制端连接到输出晶体管的控制端。具有连接在一起的控制端的第二辅助晶体管和第三辅助晶体管的电压跟随器通过使第二辅助晶体管连接在辅助电流路径中同时第三辅助晶体管将输出晶体管的控制端连接到该组差分电流路径的至少一个电流路径来支持控制。

通过辅助电流路径和第三辅助晶体管的所得电流导致在输出晶体管的控制端处的受控电压下降，防止完全饱和，并且一旦感测输入越过比较器的阈值电压，就允许输出晶体管并因此允许比较器输出立即切换。因此，辅助级调节比较器的内部节点，在传统解决方案中，该内部节点需要从饱和状态恢复到接近比较器切换的点的明确水平。

例如，根据改进后的比较器概念的比较器电路的实施例包括输入级，该输入级包括一组差分电流路径和与该组差分电流路径耦合的一对差分输入晶体管，并且具有连接到比较器电路的一对输入端的控制端。输出级包括第一电源端和第二电源端之间的输出电流路径、连接在输出电流路径中并具有连接到该组差分电流路径中的一个电流路径的控制端的输出晶体管、以及连接到输出电流路径的比较器输出。

辅助级包括第一电源端和第二电源端之间的辅助电流路径、连接在辅助电流路径中的辅助电流源、连接在辅助电流路径中并具有连接到输出晶体管的控制端的控制端的第一辅助晶体管、以及具有连接在一起的控制端的第二辅助晶体管和第三辅助晶体管的电压跟随器。第二辅助晶体管连接在辅助电流路径中，并控制电压跟随器。第三辅助晶体管将输出晶体管的控制端耦合到该组差分电流路径中的至少一个电流路径。

辅助级中的辅助电流源迫使特定电流流经辅助电流路径，并因此流经第一辅助晶体管和第二辅助晶体管。由于第二辅助晶体管和第三辅助晶体管之间的电压跟随器配置，通过第三辅助晶体管，即分别从输出晶体管的控制端、第一辅助晶体管到比较器的输入级，也隐含了一定的电流。由于这些电流是由三个辅助晶体管各自的控制电压决定的，因此，连接到输出晶体管的第一辅助晶体管的控制端处的某个电势以这种方式被调节。

具体地，这种调节使第一辅助晶体管和输出晶体管的控制端处的电势更接近输出晶体管的开关点，同时远离饱和电势。因此，如果输入端的条件向平衡或转换方向变化，输出晶体管可以更快地切换。

例如，第一、第二和第三辅助晶体管被设计尺寸使得在辅助级的运作点处，第一辅助晶体管的源极端和控制端之间的电压差大于零并且低于输出晶体管的阈值电压差。阈值电压差可以被定义为在比较器的平衡状态下，即当比较器的输入端之间的电压差为零时，在两个输出状态之间切换的阈值。取决于晶体管类型，第一辅助晶体管的源极端和控制端之间的电压差可以是绝对电压差。

这种尺寸确定可以通过多种方式实现。例如，可以设计辅助晶体管的尺寸，使得第一辅助晶体管的电流密度低于输出晶体管的电流密度。此外，第二辅助晶体管的电流密度低于第三辅助晶体管的电流密度也是可能的。上述两者的组合也是可能的。

在另一种类型的尺寸确定中，第一辅助晶体管的阈值电压低于输出晶体管的阈值电压，和/或第二辅助晶体管的阈值电压低于第三辅助晶体管的阈值电压。

在这些配置中，可以假设第一辅助晶体管和输出晶体管的源极端处于相同的电势或相似的电势，例如电源端之一。还应当注意，所提到的对输出晶体管的控制端处的电势的调节也是通过重新使用从输入级的差分电流路径提供并返回到输入级的电流来实现的。此外，该调节仅在比较器处于倾斜状态时有效，并且不需要差分输入对的全部性能。这使得改进后的比较器概念的功率有效实现。一旦两个输入电压分别彼此接近，即当比较器应该切换时，由于输入级引起的输出晶体管和第一辅助晶体管的控制端处的变化，调节自动关闭。

在比较器电路的一些实现中，输入级的该组差分电流路径包含具有差分晶体管对的电流镜。该组差分电流路径中连接到输出晶体管的控制端的一个电流路径由电流镜控制。这意味着，例如，从输入级转移到输出晶体管的电势在相应的电路中不是主动得到控制的，而是仅由从差分电流路径的另一电流路径控制的电流镜控制。这使得能够更容易地控制相应的节点。

在一些实现中，输入级的该组差分电流路径包含一对差分输入晶体管和具有一对差分晶体管的电流镜。输入级包括输入电流源，该输入电流源与输入级的该组差分电流路径具有公共连接。第三辅助晶体管连接在输出晶体管的控制端和具有输入电流源的公共连接之间。同样在这样的配置中，连接到输出晶体管的控制端的该组差分电流路径的一个电流路径可以由电流镜控制。具体而言，通过第三辅助晶体管从输出晶体管的控制端到该组差分电流路径的公共连接的电流的反馈使得能够从输入级(具体而言是电流镜)提供到输出级的电流的有效再利用。

在另一种实现方式中，输入级被实现为折叠式共源共栅放大器。该对差分输入晶体管耦合在公共电流源和该组不同电流路径之间。该组差分电流路径耦合在第一和第二电源端之间，并且包括具有不同晶体管对的电流镜。这种配置还使得能够从输出晶体管的控制端提供的电流的电流有效再利用。

对于输入级的实现，各种其他修改是可能的。然而，辅助级仍然可以提供对输出晶体管的控制端的电势的有效调节，同时通过电流重用来节省功率。

如果必须将变化的电压与固定的或变化的参考电压进行比较，则根据上述实施方式的比较器电路可能特别有用。具体而言，比较器可以用于以快速反应时间检测感测电压是否超过参考电压。

例如，根据上述实施例之一的比较器电路可以用于光电二极管的传感器前端，该传感器前端包括用于对来自光电二极管的光电流进行积分的积分器。在这种配置中，比较器电路具有连接到积分器的输出的一对输入端的第一实施例，以及连接到参考电压源的一对输入端的第二端。因此，可以以快速的方式检测积分光电流与参考电压的交叉。

在另一个实现中，根据改进后的比较器概念的比较器电路可以用在斜坡模数转换器ADC中。例如，该对输入端的第一端连接到斜坡信号发生器的输出，该对输入端的第二端连接到对输入端处提供的输入信号进行采样的采样保持元件，并且比较器输出耦合到计数器电路，用于提供对应于输入信号的数字输出值。

例如，比较器电路、传感器前端和斜坡ADC的各种实现可以用于各种固定或便携式电子设备中。固定电子设备的例子是医疗成像设备，如X射线装置或计算机断层摄影设备。便携式电子设备的例子是智能手机、可穿戴设备如智能手表或生物传感器、便携式传感器设备等，例如用于光学传感器应用。因此，改进后的比较器概念也包括这种电子设备。

附图说明

下面将借助附图更详细地描述改进后的比较器概念。在所有附图中，具有相同或相似功能的元件具有相同的附图标记。因此，在下面的附图中没有必要重复对它们的描述。

在附图中：

图1示出了比较器电路的示例实现；

图2示出了比较器电路的另一示例实现；

图3示出了比较器电路的另一示例实现；

图4示出了光电二极管的传感器前端的示例实现；和

图5示出了斜坡模数转换器的示例实现。

具体实施方式

图1示出了根据改进后的比较器概念的比较器电路的第一示例实现。在该示例实现中，比较器电路由三个级形成，具体而言是输入级、输出级和辅助级。所有级都连接在第一电源端VDD和第二电源端VSS之间。例如，第一电源端VDD提供正电源电压，第二电源端VSS提供负电源电压或地电势。

输入级包括一组差分电流路径和耦合在该组差分电流路径中的一对差分输入晶体管N1、N2。具体而言，每个输入晶体管N1、N2的受控部分、例如源极-漏极连接被连接在每个差分电流路径中。输入晶体管N1、N2的控制端或栅极端分别连接到比较器电路的一对输入端INN、INP。在该示例实现中，输入晶体管N1、N2具有到输入电流源的公共连接，该输入电流源耦合到第二电源端VSS。具体而言，输入晶体管N1、N2的源极端连接到这个输入电流源。

输入级的这组差分电流路径还包括具有差分晶体管对P1、P2的电流镜，晶体管P1从该差分晶体管对P1、P2控制电流镜。因此，流经晶体管P1和N1的电流IB1控制流经晶体管P2的电流。流经晶体管P2的所述电流分成流经晶体管N2的电流IB2和流向输出级的电流IB4。

输出级包括在第一电源端VDD和第二电源端VSS之间的输出电流路径、连接在输出电流路径中并具有连接到输入级中的晶体管P2的漏极端的控制端或栅极端的输出晶体管P4。输出级还包括驱动电流IB7的输出电流源。比较器输出OUT耦合到输出晶体管P4和输出电流源之间的输出电流路径中的节点。

根据改进后的比较器概念，比较器电路还包括在虚线框中框起来的辅助级。辅助级包括第一电源端VDD和第二电源端VSS之间的辅助电流路径。在辅助电流路径中，连接第一辅助晶体管P3，其中其控制端或栅极端连接到输出晶体管P4的控制端。第一辅助晶体管P3和输出晶体管P4的源极端都连接到第一电源端VDD。辅助级还包括由晶体管P5和P6形成的电压跟随器，晶体管P5从该电压跟随器连接到辅助电流路径中并控制电压跟随器。为此，晶体管P5是二极管连接的，即其控制端连接到其漏极端。为了执行电压跟随器功能，晶体管P6的控制端连接到晶体管P5的控制端。晶体管P6的受控部分连接在输出晶体管P4的控制端和输入晶体管N1、N2与输入电流源的公共连接之间。辅助电流路径还包括驱动电流IB5的电流源，其一端连接到第二电源端VSS，另一端连接到晶体管P5的漏极端。电流IB6流经第三辅助晶体管P6。

在比较器电路的运作期间，输入端INN例如是比较器的负输入端或反相输入端，可以向其提供限定比较器的阈值电压的参考电压。因此，当正输入或非反相输入INP处的输入电压高于参考电压时，比较器的输出OUT将为高，对应于例如第一电源端VDD处的电势，否则为低，对应于第二电源端VSS处的电势。

假设比较器电路在没有辅助级的情况下运作，当输入端INP处的电势低于输入端INN处的电势时，差分对的输出、即与具有电势VDIFFOUTN的输出级的连接通常、即不应用改进后的比较器概念、将与由第一电源端VDD定义的高轨相同或接近。如果输入端INP处的电压快速上升到输入端INN的电势，则节点VDIFFOUTN需要稳定回到其运作点，该运作点大约比第一电源端VDD处的电源电压或者输出晶体管P4的栅源电压低一个阈值电压。在没有改进后的比较器概念的情况下，该恢复阶段以回转(slewing)方式发生，降低了比较器的速度。

改进后的比较器概念通过由辅助晶体管P3、P5和P6形成的调节回路来限制节点VDIFFOUTN的偏移，从而防止节点VDIFFOUTN到达高轨。因此，节点VDIFFOUTN将从略高于最终运作点的电压电平稳定回到其运作点，而不是从高轨的电势恢复，从而导致更快的稳定。

例如，这是通过确定第一、第二和第三辅助晶体管P3、P5、P6的尺寸来实现的，使得在辅助级的运作点处，第一辅助晶体管P3的源极端和控制端之间的电压差大于零并且低于输出晶体管P4的阈值电压差。输出晶体管P4的这种阈值电压差可以被定义为输出晶体管P4从非导通状态切换到导通状态、对应于比较器输出OUT处从低电平到高电平的切换时的电压差。例如，这可以通过将第一辅助晶体管P3的阈值电压设定为低于输出晶体管的阈值电压来实现。

例如，可以通过使第一辅助晶体管P3通常与输出晶体管P4匹配并充当用于定义节点VDIFFOUTN的上限电压的参考晶体管来实现该设定。例如，通过选择相对于晶体管P4更低的晶体管P3的电流密度，辅助晶体管P3将需要更小的栅极源极电压，从而在节点VDIFFOUTN处产生比在输入端INP、INN处的差分输入电压为0V时输出晶体管P4的运作点更高的电压。

第一辅助晶体管P3与辅助电流源驱动电流IB5一起形成通用放大器，因此提供增益。如上所述，第二和第三辅助晶体管P5和P6形成通用放大器的电压跟随器或源极跟随器输出。第三辅助晶体管P6的源极端是电压跟随器的输出，当输入端INP处的电压低于输入端INN处的电压时，电压跟随器调节节点VDIFFOUTN处的电压。

在替代实现中，确定辅助晶体管的尺寸，使得第二辅助晶体管P5的阈值电压低于第三辅助晶体管的阈值电压。此外，可以将确定晶体管P3和P4的阈值电压的尺寸与确定辅助晶体管P5和P6的尺寸相结合。

类似地，第二辅助晶体管P5的电流密度可以被设计为小于第三辅助晶体管P6的电流密度。

通过辅助晶体管P3、P5和P6各自的栅极-源极电压与流过这些晶体管的各自的电流之间的依赖性，建立对节点VDIFFOUTN处的电势的调节。

第三辅助晶体管P6降低将节点VDIFFOUTN处的电压下拉到差分输入对N2、N1尾部所需的电流IB6。这使得差分对N1、N2的电流均衡。

例如，在正输入端INP处的电压低于负输入端INN处的电压的倾斜情况下，如果辅助级不存在，整个电流IB3将从IB1向下流动。然而，由于辅助级的存在，将节点VDIFFOUTN处的电压下拉到限定电平所需的电流IB6将被降低到提供电流IB3的电流源。这意味着电流IB3的大约一半将从IB1向下流动，而另一半由电流IB6提供。这将比较器电路的输入级预偏置到接近切换点的配置，除了输入晶体管N2，其连续感测正输入端INP处的电压。一旦输入端INP、INN处的差分输入电压变为0V，差分对N1、N2就可以快速切换。

一旦比较器的差分输入电压变为0V，辅助级将不再起作用，辅助级的调节将禁用自身，让比较器电路以正常精度切换。

根据改进后的比较器概念的辅助级将一个额外的电流分支添加到现有的具有输入级和输出级的比较器电路中，如上所述。增益速度性能使得能够至少补偿额外的电流分支，从而产生功率有效的解决方案。

由于回转防止是通过调节来实现的，因此在过程变化和环境温度下得到的精度和性能稳定性都得到了很好的控制。

该调节共享由连接到该对差分输入晶体管的输入电流源提供的偏置电流。这确保了高能效和高速特性，而不会影响比较器的精度。具体而言，当比较器处于倾斜状态并且精度不重要时，是通过与该对差分输入晶体管N1、N2共享电流来实现的。除了一个额外的电流分支、即辅助电流路径之外，不需要额外的电流消耗来提高速度。

辅助级省电、快速，并且不影响比较器的精度。由于辅助级的附加电路相对较小，因此它也适用于多通道设备，其中面积对于每个通道中存在的每个模块都至关重要。

图2示出了根据改进后的组件概念的比较器电路的替代实现，其是基于图1所示的实现。因此，将仅解释与图1的实施方式的不同之处。

取代采用输入级中的电流镜，图2的实现的输入级在输入级的差分电流路径的每个电流路径中包括两个二极管连接的晶体管P1、P2。尽管有具有晶体管P2的电流分支不受P1控制的事实，但假设辅助级不存在，节点VDIFFOUTN处的电压仍倾向于保持在高轨上。因此，在没有辅助级的情况下，一旦正输入端INP处的电压接近负输入端INN处的电压，输出晶体管P4的控制端处的电势将需要从这样的电压恢复，从而得到比较器输出OUT的切换。

然而，由于辅助级的存在，出现了与结合图1描述的相同的效果，因此加速了比较器输出OUT处的切换。

对于图1和图2的两种实施方式，例如出于偏置原因等，在各种电流路径中可以存在额外的晶体管对或单个晶体管，然而这并不影响结合改进后的比较器概念描述的一般原理。在任何情况下，输出晶体管P4的控制端处的电压被带到接近输出晶体管P4的开关阈值的电平。

图3示出了根据改进后的比较器概念的比较器电路的另一个示例实现。输出级和辅助级类似于图1和图2中的相应实现。在该实现中，输入级被实现为具有一组差分路径的折叠式共源共栅放大器，包括具有晶体管P1、P2的电流镜，这类似于图1的实现。此外，差分电流路径包括由偏置电压VB控制的一对偏置晶体管N3、N4。差分电流路径的每个路径包括相应的电流源，该电流源驱动电流IB8、IB9并将差分电流路径耦合到第二电源端VSS。该对输入晶体管由驱动电流IB3的输入电流源连接到第一电源端的晶体管P7、P8形成。输入晶体管P7、P8的漏极端分别连接到每个差分电流路径。具体地，晶体管P7连接到具有晶体管P1和N3的电路，电流源驱动电流IB8，并且晶体管P8连接到包括晶体管P2、N4和驱动电流IB9的电流源的电路。来自辅助级的反馈通过晶体管P6连接到晶体管P7、N3的公共连接。

利用输入级的这种实现，在没有辅助级存在的倾斜状态下，出现了与图1的实现类似的情况。特别地，如果正输入端INP处的电压低于负输入端INN处的电压，由输入电流源提供的电流IB3将完全或几乎完全流过输入晶体管P8，而没有或几乎没有电流流过输入晶体管P7。因此，通过晶体管P1的电流IB1必须提供全电流IB8。因此，镜像晶体管P2也将被控制到开路状态，导致节点VDIFFOUTN处的电压处于或接近第一电源端VDD的电势。此外，在这种状态下，输出晶体管P4的控制端也将接近高轨。

利用如结合图1所描述的那样工作的辅助级，输出晶体管P4的控制端处的电势将被调节，使得第一辅助晶体管P3的源极端和控制端之间的电压差大于0并且低于输出晶体管P4的阈值电压差。如果比较器电路即将切换，这可以降低压摆效应。

因为输入晶体管P7不提供电流，所以电流IB8是电流IB1和IB6之和。利用来自辅助级的该电流IB6的反馈，IB1相对于没有辅助级的实现而言减小了。因此，电流IB6被有效地重用。输入级的进一步实现和/或输出级的变化仍然是可能的。在任何情况下，辅助级都会降低输出晶体管的压摆率。

根据改进后的比较器概念的比较器电路可以用在需要具有快速检测的比较器的各种应用中。

例如，图4显示了光电二极管PD的传感器前端的示例实现。例如，传感器前端包括积分器，该积分器可以耦合到光电二极管PD，用于对其光电流进行积分。积分器的输出耦合到处理电路，该处理电路可以在模拟或数字域中处理积分信号。此外，积分器的输出连接到根据上述示例之一实现的比较器的非反相正输入INP。负反相输入连接到参考电压源VREF，该参考电压源可以是恒压源或可变电压源。

在积分周期开始时，积分器的输出低于基准电压。然而，一旦积分后的光电流、即由积分器提供的电压超过参考电压的电平，比较器电路CMP就可以在比较器输出端OUT几乎没有延迟地指示这种交叉。例如，该信息可以用于处理电路PROC。

图5显示了斜坡模数转换器(ADC)中的比较器电路的另一种应用。在该应用中，第一端、特别是比较器CMP的非反相输入端连接到斜坡信号发生器的输出端。第二输入、即反相输入连接到采样保持元件S/H，采样在输入端处提供的输入信号VIN。

斜坡信号发生器例如由积分恒定参考电压的积分器形成，从而输出线性斜坡电压VINT。积分器可以由相应的信号并基于时钟信号CLK来复位。

在每个斜坡周期的开始，斜坡信号VINT将低于反相输入INN处的输入电压VIN。一旦斜坡信号VINT越过该电平，比较器输出将相应地从低切换到高。换句话说，在此之前，交叉该输出很低。斜坡ADC还包括与门，该与门具有被提供有时钟信号CLK的第一输入和具有比较器输出的反相版本的第二输入。因此，在与斜坡信号VINT交叉之前的每个时钟沿，脉冲被提供给计数器CNTR，计数器CNTR相应地对相应的脉冲进行计数。一旦斜坡信号VINT交叉该输入电压VIN，AND门就不提供任何脉冲，使得计数器CNT的计数值CV保持恒定。计数器值可以用表示输入信号VIN的数字等效的N位字来实现。

如信号图中所示，输入电压VIN对应于给定时间t之后斜坡信号VINT的电压，该给定时间t由计数器值CV乘以时钟信号CLK的时钟周期T定义，即CV T。

尽管在示例实现中，晶体管被示出为p沟道型或n沟道型，但是相应的晶体管类型也可以连同电源电势和电源端VDD、VSS的极性的切换一起全部改变为相反的类型。因此，这种替代实施方式也由本公开和权利要求中限定的范围所涵盖。

比较器电路、传感器前端和斜坡ADC的各种实现可以例如用在各种固定或便携式电子设备中，例如固定电子设备如医疗成像设备如X射线设备或计算机断层摄影设备，或者便携式电子设备如智能手机、可穿戴设备如智能手表或生物传感器、便携式传感器设备等，例如用于光学传感器应用。

应当理解，本公开不限于所公开的实施例以及上文具体示出和描述的内容。相反，在独立的从属权利要求或说明书中列举的特征可以有利地组合。此外，本公开的范围包括那些变型和修改，这些变型和修改对于本领域技术人员来说是显而易见的，并且落入所附权利要求的精神内。在权利要求或说明书中使用的术语“包括”不排除相应特征或过程的其他元件或步骤。在术语“一”或“一个”与特征结合使用的情况下，不排除这样的特征存在多个。此外，权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

Claims (13)

1.一种比较器电路，包括：

输入级包括一组差分电流路径和一对差分输入晶体管(N1，N2；P7，P8)，其中所述一对差分输入晶体管(N1，N2；P7，P8)与所述一组差分电流路径耦合并且具有连接到所述比较器电路的一对输入端(INN，INP)的控制端；

输出级，包括第一和第二电源端(VDD，VSS)之间的输出电流路径、连接在所述输出电流路径中并具有连接到所述一组差分电流路径的一个电流路径的控制端的所述输出晶体管(P4)、以及连接到所述输出电流路径的比较器输出(OUT)；和

辅助级，包括在所述第一和第二电源端(VDD，VSS)之间的辅助电流路径，连接在所述辅助电流路径中的辅助电流源、连接在所述辅助电流路径中并且具有连接到所述输出晶体管(P4)的控制端的第一辅助晶体管(P3)、以及具有连接在一起的控制端的第二辅助晶体管(P5)和第三辅助晶体管(P6)的电压跟随器，其中所述第二辅助晶体管(P5)连接在所述辅助电流路径中并控制所述电压跟随器，并且其中所述第三辅助晶体管(P6)将所述输出晶体管(P4)的控制端耦合到所述一组差分电流路径中的至少一个电流路径。

2.根据权利要求1所述的比较器电路，其中所述第一、第二和第三辅助晶体管(P3,P5,P6)的尺寸被设计成使得在辅助级的运作点处，所述第一辅助晶体管(P3)的源极端和控制端之间的电压差，特别是绝对电压差，大于零并且低于所述输出晶体管(P4)的阈值电压差。

3.根据权利要求2所述的比较器电路，其中所述第一辅助晶体管(P3)的电流密度低于所述输出晶体管(P4)的电流密度，和/或所述第二辅助晶体管(P5)的电流密度低于所述第三辅助晶体管(P6)的电流密度。

4.根据权利要求2或3所述的比较器电路，其中所述第一辅助晶体管(P3)的阈值电压低于所述输出晶体管(P4)的阈值电压，和/或所述第二辅助晶体管(P5)的阈值电压低于所述第三辅助晶体管(P6)的阈值电压。

5.根据前述权利要求之一所述的比较器电路，其中

所述输入级的一组差分电流路径包含具有差分晶体管对(P1,P2)的电流镜；和

所述一组差分电流路径中连接到所述输出晶体管(P4)的控制端的一个电流路径由所述电流镜控制。

6.根据前述权利要求之一所述的比较器电路，其中

所述输入级的所述一组差分电流路径包含所述一对差分输入晶体管(N1，N2)和具有差分晶体管对(P1,P2)的电流镜；

所述输入级包括输入电流源(IB3)，所述输入电流源(IB3)具有与所述输入级的所述一组差分电流路径的公共连接；和

所述第三辅助晶体管(P6)连接在所述输出晶体管(P4)的控制端和具有所述输入电流源(IB3)的所述公共连接之间。

7.根据权利要求1至5之一所述的比较器电路，其中

所述输入级的一组差分电流路径包含一对差分输入晶体管(Nl，N2)和差分晶体管对(PI，P2)；

所述输入级包括输入电流源(IB3)，所述输入电流源(IB3)具有与所述输入级的一组差分电流路径的公共连接；以及

第三辅助晶体管(P6)连接在所述输出晶体管(P4)的控制端和具有所述输入电流源(IB3)的公共连接之间。

8.根据权利要求7所述的比较器电路，其中所述差分晶体管对(PI，P2)的每个晶体管以二极管连接的方式实现。

9.根据权利要求1至5之一所述的比较器电路，其中，

所述输入级被实现为折叠式共源共栅放大器；

所述一对差分输入晶体管(P7，P8)耦合在公共电流源和所述一组差分电流路径之间；并且

所述一组差分电流路径耦合在第一和第二电源端(VDD，VSS)之间，并且包括具有差分晶体管对(P1，P2)的电流镜。

10.一种用于光电二极管的传感器前端，所述传感器前端包括：

积分器，用于对来自所述光电二极管的光电流进行积分；和

根据前述权利要求之一的比较器电路，具有连接到所述积分器的输出端的一对输入端的第一端(INP)和连接到参考电压源的一对输入端的第二端(INN)。

11.一种斜坡模数转换器ADC，包括根据权利要求1至9之一所述的比较器电路，其中

所述一对输入端的第一端(INP)连接到斜坡信号发生器的输出；

所述一对输入端的第二端(INN)连接到对输入端处提供的输入信号(Vin)进行采样的采样保持元件(S/H)；以及

所述比较器输出(OUT)耦合到计数器电路(CNTR)，用于提供对应于所述输入信号的数字输出值。

12.一种电子设备，包括以下之一：

根据权利要求1至9之一所述的比较器电路；

根据权利要求10所述的传感器前端；

根据权利要求11所述的斜坡模数转换器。

13.根据权利要求12所述的电子设备，其中，所述电子设备被实现为以下之一：

固定的电子设备；

X光装置；

计算机断层摄影设备；

便携式电子设备；

智能手机；

可穿戴设备，特别是智能手表或生物传感器；

便携式传感器设备。

Images