CN118300554A - 一种低频增益增强的比较器电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低频增益增强的比较器电路结构，包括第一NMOS管和第二NMOS管，以及第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极相连通，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极分别接地，所述第一电阻与所述第二电阻之间串联，本发明提供的技术方案通过在常规的电流镜放大器基础上改变第一级负载的这种结构，从而增强低频增益，这样能让差分输入端信号差小的情况下也能充分放大到满摆幅。

Description

一种低频增益增强的比较器电路结构

技术领域

本发明涉及模拟电路技术领域，具体涉及一种低频增益增强的比较器电路结构。

背景技术

现有的比较器常用的一种方法就是把op当比较器用，这是一种电流镜放大器，作为开环使用就可以当比较器了，其具有的明显缺陷在于低频增益低，当负向输入端电压和正向输入端电压的电压差较小，会有不利于放大器放大到满摆幅的情况出现。

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种低频增益增强的比较器电路结构，解决了现有放大器低频增益低，当正负向输入端电压差较小时，不利于放大到满摆幅的问题。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种低频增益增强的比较器电路结构，包括第一NMOS管和第二NMOS管，以及第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极相连通，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极分别接地，所述第一电阻与所述第二电阻之间串联，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极连接至所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一电阻未与所述第二电阻连接的一端，所述第二NMOS管的漏极连接所述第二电阻未与所述第一电阻连接的一端。

进一步地，还包括第三NMOS管和所述第四NMOS管，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的源极分别接地。

进一步地，还包括第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一PMOS管的栅极连接负向输入端，所述第一PMOS管漏极与所述第一NMOS管的漏极相连，所述第二PMOS管的栅极连接正向输入端，所述第二PMOS管漏极与所述第二NMOS管的漏极相连。

进一步地，还包括第三PMOS管，所述第三PMOS管的源极连接电源，所述第三PMOS管的漏极连接的所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的源极，所述第三PMOS管的栅极连接偏置电压。

进一步地，还包括第四PMOS管，所述第四PMOS管的源极连接电源，所述第四PMOS管的漏极连接所述第四NMOS管的漏极。

进一步地，还包括第五PMOS管，所述第五PMOS管的源极连接电源，所述第五PMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的漏极，所述第五PMOS管的栅极与所述第五PMOS管的漏极相连。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供的技术方案通过在常规的电流镜放大器基础上改变第一级负载的这种结构，从而增强低频增益，这样能让差分输入端信号差小的情况下也能充分放大到满摆幅。

附图说明

图1为本发明的实施例的结构示意图；

图2为本发明的比较例的结构示意图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图及实施例对本发明作详细描述。

实施例

结合附图1，一种低频增益增强的比较器电路结构，由第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn2，以及第一电阻r1和第二电阻r2组成全新的第一级放大器的负载结构，而第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn2和第一电阻r1、第二电阻r2以及第一PMOS管mp1、第二PMOS管mp2、第三PMOS管mp3组成第一级放大器，由第三NMOS管mn3和所述第四NMOS管mn4以及第四PMOS管mp4、第五PMOS管mp5组成第二级放大器。

所述第一NMOS管mn1的栅极和所述第二NMOS管mn2的栅极相连通，所述第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn1的源极分别接地gnd，所述第一电阻r1与所述第二电阻r2之间串联，所述第一NMOS管mn1和所述第二NMOS管mn2的栅极连接至所述第一电阻r1与所述第二电阻r2之间，所述第一NMOS管mn1的漏极连接所述第一电阻r1未与所述第二电阻r2连接的一端，所述第二NMOS管mn2的漏极连接所述第二电阻r2未与所述第一电阻r1连接的一端。

上述技术方案的负载结构除了能提供稳定的直流偏置点，这个负载的小信号阻抗从二极管形式mos的输出阻抗1/gm，变为rout//r1，从而实现增益增加的功能,从而当输入vn和vp的电压差较小时，仍能够实现放大到满摆幅的效果。

所述第三NMOS管mn3的栅极与所述第一NMOS管mn1的漏极连接，所述第四NMOS管mn4的栅极与所述第二NMOS管mn2的漏极连接，所述第三NMOS管mn3和所述第四NMOS管mn4的源极分别接地gnd。

所述第一PMOS管mp1的栅极连接负向输入端vn，所述第一PMOS管mp1漏极与所述第一NMOS管mn1的漏极相连。

所述第二PMOS管mp2的栅极连接正向输入端vp，所述第二PMOS管mp2漏极与所述第二NMOS管mn2的漏极相连。

所述第三PMOS管mp3的源极连接电源VDD，所述第三PMOS管mp3的漏极连接的所述第一PMOS管mp1和所述第二PMOS管mp2的源极，所述第三PMOS管mp3的栅极连接偏置电压Vbp。

所述第四PMOS管mp4的源极连接电源VDD，所述第四PMOS管mp4的漏极连接所述第四NMOS管mn4的漏极，所述第四PMOS管mp4的漏极连接输出电压Vout。

所述第五PMOS管mp5的源极连接电源VDD，所述第五PMOS管mp5的漏极连接所述第三NMOS管mn3的漏极，所述第五PMOS管mp5的栅极与所述第五PMOS管mn5的漏极相连。

通过把第一级放大器的负载从二极管形式的MOS改为上述技术方案中由第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn2，以及第一电阻r1和第二电阻r2组成全新的第一级放大器的负载结构，这个新的负载结构的不仅能提供稳定的直流偏置点，即新结构的直流偏置点和二极管形式的mos负载是一样的，从而使新结构与二极管形式的mos负载他同样稳定，而且这个负载的小信号阻抗从二极管形式mos的输出阻抗1/gm，变为rout//r1，从而实现增益增加的功能。

其增益效果解释为：

以mp5和mp4相同，mn1和mn3相同，mn2和mn4相同，r1＝r2＝r，mp1和mp2相同，gm2是mp2的跨导为例，

那么增益A＝A1*A2；

第一级增益A1＝gm2*(r//rout_n2)，其中rout_n2是mn2的小信号输出电阻；

第二级增益A2＝gm4*(rout_p4//rout_n4)，gm4是mn4的跨导，

其中rout_p4是mp4的小信号输出电阻，rout_n4是mn4的小信号输出电阻；

也就是说总的增益A＝gm2*(r//rout_n2)*gm4*(rout_p4//rout_n4)。

对比例：

现有技术中比较常规比较器为，常用的一种方法就是把op当比较器用，以一种电流镜放大器，作为开环使用就可以当比较器，其具体结构为：

由第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn2组成二极管形式的mos负载，而第一NMOS管mn1和第二NMOS管mn2以及第一PMOS管mp1、第二PMOS管mp2、第三PMOS管mp3组成第一级放大器，由第三NMOS管mn3和所述第四NMOS管mn4以及第四PMOS管mp4、第五PMOS管mp5组成第二级放大器。

所述第一NMOS管mn1的漏极与所述第一NMOS管mn1的栅极相连，所述第一NMOS管mn1的源极接地gnd，所述第二NMOS管mn2的漏极与所述第二NMOS管mn2的栅极相连，所述第二NMOS管mn2的源极接地gnd。

第三NMOS管mn3和所述第四NMOS管mn4，所述第三NMOS管mn3的栅极与所述第一NMOS管mn1的栅极连接。

所述第四NMOS管mn4的栅极与所述第二NMOS管mn2的栅极连接，所述第三NMOS管mn3和所述第四NMOS管mn4的源极分别接地gnd。

所述第一PMOS管mp1的栅极连接负向输入端vn，所述第一PMOS管mp1漏极与所述第一NMOS管mn1的漏极相连。

所述第二PMOS管mp2的栅极连接正向输入端vp，所述第二PMOS管mp2漏极与所述第二NMOS管mn2的漏极相连。

所述第三PMOS管mp3的源极连接电源VDD，所述第三PMOS管mp3的漏极连接的所述第一PMOS管mp1和所述第二PMOS管mp2的源极，所述第三PMOS管mp3的栅极连接偏置电压Vbp。

所述第四PMOS管mp4的源极连接电源VDD，所述第四PMOS管mp4的漏极连接所述第四NMOS管mn4的漏极，所述第四PMOS管mp4的漏极连接输出电压Vout。

所述第五PMOS管mp5的源极连接电源VDD，所述第五PMOS管mp5的漏极连接所述第三NMOS管mn3的漏极，所述第五PMOS管mp5的栅极与所述第五PMOS管mn5的漏极相连。

主要缺陷在于：缺陷在于低频增益低，要是输入vn和vp的电压差小，不利于放大到满摆幅。

其增益效果解释为：

以mp5和mp4相同，mn1和mn3相同，mn2和mn4相同为例，那么增益只有gm2*rout，gm2是mp2的跨导，rout是输出节点vout的输出阻抗，等于mp4和mn4输出阻抗的并联，也就是rout＝rout_p4//rout_n4；

也就是A＝gm2*(rout_p4//rout_n4)。

将实施例与对比例进行对比：

对比例的增益A＝gm2*(rout_p4//rout_n4)。

实施例的增益A＝gm2*(r//rout_n2)*gm4*(rout_p4//rout_n4)，

可以看出，实施例的增益A远远大于对比例的增益A＝gm2*(rout_p4//rout_n4)。

由此可见，通过改变第一级放大器的负载结构，能够明显提高低频增益，在输入vn和vp的电压差小的情况下，仍然能够放大到满摆幅。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，包括第一NMOS管和第二NMOS管，以及第一电阻和第二电阻，所述第一NMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极相连通，所述第一NMOS管的源极和第二NMOS管的源极分别接地，所述第一电阻与所述第二电阻之间串联，所述第一NMOS管和所述第二NMOS管的栅极连接至所述第一电阻与所述第二电阻之间，所述第一NMOS管的漏极连接所述第一电阻未与所述第二电阻连接的一端，所述第二NMOS管的漏极连接所述第二电阻未与所述第一电阻连接的一端。

2.根据权利要求1所述的一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，还包括第三NMOS管和所述第四NMOS管，所述第三NMOS管的栅极与所述第一NMOS管的漏极连接，所述第四NMOS管的栅极与所述第二NMOS管的漏极连接，所述第三NMOS管和所述第四NMOS管的源极分别接地。

3.根据权利要求1所述的一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，还包括第一PMOS管和第二PMOS管，所述第一PMOS管的栅极连接负向输入端，所述第一PMOS管漏极与所述第一NMOS管的漏极相连，所述第二PMOS管的栅极连接正向输入端，所述第二PMOS管漏极与所述第二NMOS管的漏极相连。

4.根据权利要求3所述的一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，还包括第三PMOS管，所述第三PMOS管的源极连接电源，所述第三PMOS管的漏极连接的所述第一PMOS管和所述第二PMOS管的源极，所述第三PMOS管的栅极连接偏置电压。

5.根据权利要求2所述的一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，还包括第四PMOS管，所述第四PMOS管的源极连接电源，所述第四PMOS管的漏极连接所述第四NMOS管的漏极。

6.根据权利要求5所述的一种低频增益增强的比较器电路结构，其特征在于，还包括第五PMOS管，所述第五PMOS管的源极连接电源，所述第五PMOS管的漏极连接所述第三NMOS管的漏极，所述第五PMOS管的栅极与所述第五PMOS管的漏极相连。