CN1841928B - 斩波型比较器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种斩波型比较器。该斩波型比较器是将构成比较器的反相器和比通常要低的阈值电压的晶体管、通常的晶体管组合而构成的，其特征在于，在根据待机信号而处于待机时，防止发生截止漏电流。因此，能在大范围内实现低电压动作。即使在低电压动作中，也可以正确地实施对所输入的信号的H和L的判断。而且，还可以削减消耗电力。特别是，通过抑制待机时的截止漏电流，在携带使用的情况下可以实现电池驱动的长时间动作。

Description

斩波型比较器
技术领域
本发明涉及斩波(chopper)型比较器。特别是，使用于顺序比较型A/D转换器等的斩波型比较器。
背景技术
例如，一直以来公知的有如8位(bit)的顺序比较型A/D转换器那样，以8次的比较动作来实现2的8次方的分辨率的A/D转换方式。图2是一般的顺序比较型A/D转换器；其由斩波型比较器1、8位的DAC2、顺序比较逻辑电路3构成。
在上述的构成中，斩波型比较器1采样保持从外部输入的模拟输入电压(AIN)。在斩波型比较器1中，所采样保持的AIN和来自8位DAC2的DAC输出相比较，其比较结果作为RESULT(信号)，输出到顺序比较逻辑电路3。在8位DAC2中，由8位的MSB侧顺序求取数字值。
通过进行上述比较8次，从而可以将AIN转换为8位的数字值。顺序比较逻辑电路3，将转换后的数字值作为DOUT输出。
在图3中示出图2的顺序比较型A/D转换器所使用的现有的一般的斩波型比较器。图3所示的TG1、TG2、TG3、TG4是传输门(transfer gate)；C1、C2是电容器；BUF1是缓冲电路；INV1、INV2、INV3是反相电路。
INV1、INV2、INV3的反相器由CMOS的Tr构成，并由组合了P沟道Tr和N沟道Tr的电路构成。
为了说明图3的动作概要，以易于理解的方式，将图3的晶体管标记变更为图5的逻辑基础(base)的标记。
利用图5，说明动作的详细内容。在图5中，将电容器C1的正前面的位置设为n1，将INV1的正前面的位置设为n2，将INV1的正后面的位置设为n3，将INV2的正前面的位置设为n4，将INV2的正后面的位置设为n5。
首先，导通TG1、TG3、TG4，而截止TG2。这时，将模拟输入电压(AIN)取入电容器C1中。如果将模拟输入电压的电压值设为Vain，将图5的n1的电压电平设为Vn1，则Vain和Vn1的电位相等。
在导通了TG1、TG3、TG4的状态下，为使理解更为容易，在图6中示出省略了TG1、TG2、TG3、TG4的框图。
如果导通TG3、TG4，则在INV1和INV2的前后可以形成进行回送(loop back)的路径。在一般的反相电路中具有以下性质：如果将输入和输出短路(直接连接)，则在所谓的转换电压(ブイティ一スタ一)的电位附近保持输入级和输出级的电位。
由所述可知，n2和n3的电位都变得和所谓的转换电压的Va几乎相等。图7中表示所谓的转换电压电位。如果将输入和输出短路，则在图7的a点被偏置。该a点是增益最高的点；一般大多成为电源电压(VCC)的一半的值，将此处的电位设为Va。如果将n2的电位设为Vn2、将n3的电位设为Vn3，则Vn2和Vn3与Va相等。同样地，Vn4和Vn5也和Va相等。
在此，从n1的电位是Vain、n2的电位为Va可知：蓄积在电容器C1中的电位Vc1，成为从Vain中减去Va后的差分的值。以下，从第一式至第4式记述此时的电位。
Vn1＝Vain                    …第1式
Vn2＝Vn3＝Va                 …第2式
Vn3＝Vn4＝Va                 …第3式
Vc1＝Vain-Va                 …第4式
此后，截止TG1、TG3、TG4，而导通TG2。这样，这次从DAOUT端子取入来自图2的8位DAC2的作为参考电压的Vdac，n1的电位和Vdac相等。这时，n2的电位，成为从n1的电位中减去刚才一直蓄积在电容器C1内的电位(Vain-Va)后的值。因此，Vn2的电位，成为从Vdac中减去Vain并加上Va的值。以下，从第5式到第6式记述此时的电位。
Vn1＝Vdac                    …第5式
Vn2＝Vdac-(Vain-Va)
＝(Vdac-Vain)+Va  …第6式
根据第6式，因为如果Vdac比Vain大，则n2的电位比阈值电压要高，所以INV1输出L电平。相反地，因为如果Vdac比Vain小，则n2的电位比阈值电压要低，所以INV1输出H电平。
关于C2和INV2，接受INV1的结果并作为放大器起作用，而且对参考电压Vdac和模拟输入电压Vain的电位差进行放大。通过放大电位差，从而在INV3中对H电平和L电平的判断变得容易。
还有，同时通过放大电位差，从而在INV1的输入级中，即使是作为阈值电压附近的电位，也在被输入INV3中的时刻成为和电源电压电平或接地电平相近的电位。通过使被输入的电位成为电源电压电平或接地电平，从而INV3输出的电压也在H电平的情况下几乎和电源电压电平相等；在L电平的情况下和接地电平相等，可明确地区别H电平和L电平。
再有，将INV3的输出输入到BUF1，进行波形整形后作为RESULT从输出端子输出。
通过将上述的比较动作执行8次，从而将模拟输入电压(AIN)转换为8位的数字值。所求得的8位的数字值，作为数字输出(DOUT)从顺序比较逻辑电路3输出。
【专利文献1】特开平2004-7131号公报
在如图3所示的现有的斩波型比较器的电路构成中，在要实现广域的动作电源中的低电压动作的情况下，有必要将构成比较器的晶体管的阈值电压降低。但是，存在着如果单纯地将构成比较器的晶体管的阈值电压降低，则在待机(standby)时容易发生截止漏电流，消耗电力增大的问题。
发明内容
本发明涉及的主要发明是一种斩波型比较器，其对通过采样进行测量的模拟电压和成为比较基准的参考电压进行比较，并根据该比较结果输出H电平或输出L电平，其特征在于，具备：电容器，其蓄积所述模拟电压和所述参考电压的电位差；反相器，其接受来自该电容器的输出信号；和待机信号，其将该反相器设为待机状态；所述反相器由：具有第一阈值电压的P沟道型的第1晶体管、具有比第一阈值电压高的第二阈值电压的P沟道型的第2晶体管、具有第三阈值电压的N沟道型的第1晶体管、和具有比第三阈值电压低的第四阈值电压的N沟道型的第2晶体管构成，并根据所述待机信号来削减漏电流，以成为待机状态，在所述反相器中，所述P沟道型的第1晶体管的源极与电源电位相连接；所述P沟道型的第1晶体管的漏极与所述P沟道型的第2晶体管的源极相连接；所述P沟道型的第2晶体管的漏极与所述N沟道型的第1晶体管的源极相连接；所述N沟道型的第1晶体管的漏极与所述N沟道型的第2晶体管的源极相连接，所述N沟道型的第2晶体管的漏极与接地电位相连接。
再有，通过附图以及本说明书的记载，能更清楚本发明的其他特征。
根据本发明，能在大范围内实现低电压动作。即使在低电压动作中，也可以正确地实施对所输入的信号的H和L的判断。而且，还可以削减消耗电力。特别是，通过抑制待机时的截止漏电流，在携带使用的情况下可以实现电池驱动的长时间动作。
附图说明
图1是表示本申请的一实施例涉及的斩波型比较器的框图。
图2是表示现有的斩波型比较器的框图。
图3是表示包含本发明以及现有的斩波型比较器的顺序比较型A/D转换器的框图。
图4是表示本申请的一实施例涉及的斩波型比较器的框图。
图5是表示斩波型比较器的示意性框图。
图6是表示斩波型比较器的示意性框图。
图7是表示转换电压的电位的图。
图中：1-斩波型比较器，2-8位的DAC，3-顺序比较逻辑电路。
具体实施方式
根据附图，对本发明的详细内容具体地进行说明。图1是表示本发明的斩波型比较器的框图。
图1的TG10、TG20、TG30、TG40是传输门；C10、C20是电容器；BUF10是缓冲电路；INV10、INV20、INV30是反相电路。
图1的斩波型比较器，可以用在图2所示的顺序比较型A/D转换器中。对于将模拟输入电压(AIN)采样保持并顺序求取数字值的顺序，和背景技术中所记载的内容相同；求得的数字值，也同样地作为数字输出(DOUT)从顺序比较逻辑电路3输出。
作为构成图1所示的本申请的斩波型比较器的反相器INV10、INV20、INV30，由CMOS-Tr构成。INV10、INV20、INV30采用组合了4个Tr的构成：比通常的阈值电压要低的P沟道Tr(PV)、通常的P沟道Tr(P)、和通常的N沟道Tr(N)和比通常的阈值电压要低的N沟道Tr(NV)。
来自电容器10的输入信号，被施加在比通常的阈值电压低的P沟道Tr和比通常的阈值电压低的N沟道Tr上。通过利用比通常低的阈值电压，从而即使被施加在INV10、INV20、INV30的电源电压(VDD)变为比通常低的电压，也可以毫无问题地识别出所输入的信号的H电平和L电平。例如，如果供给通常5V的电源电压并将阈值电压设为2.5V，简单地仅将电源电压降低到3V，则因为没有变更阈值电压，所以H电平和L电平的判断便陷入困难状态。
在此，STBYB信号是待机信号。STBYB信号用于没有使用构成本发明的斩波型比较器的反相器的情况。STBYB信号，在通常动作时是H电平；在待机时是L电平。如果STBYB信号处于待机时，则INV10、INV20、INV30的通常的P沟道Tr被施加H电平；而INV10、INV20、INV30的通常的N沟道Tr被施加L电平。另外，采用以下构成：在利用INV40、INV50而使STBYB信号有效(active)时，可以对P沟道Tr施加H电平；对N沟道施加L电平。
在待机时，在输入是H电平的情况下通常的P沟道Tr(P)处于截止状态。在输入是L电平的情况下通常的N沟道Tr(N)处于截止状态。在截止状态下，通常的P沟道Tr(P)、通常的N沟道Tr(N)的阻抗变得非常大，而无漏电流流动。由此，可以防止在待机时漏电流多发的不便。
在较长时间不使用本发明的斩波型比较器的情况下，采用通过将STBYB信号设为L而可以削减消耗电流的构成。
本申请的图1所示的INV10、INV20、INV30的构成，虽然从上开始按照顺序，是比通常的阈值电压要低的P沟道Tr、通常的P沟道Tr、通常的N沟道Tr、和比通常的阈值电压要低的N沟道Tr的顺序，但是也可以是通常的P沟道Tr、比通常的阈值电压要低的P沟道Tr、比通常的阈值电压要低的N沟道Tr、通常的N沟道Tr的顺序。其具体的构成表示在图4中。
图4是本申请的一实施例涉及的框图。但是，和图1相同地，来自电容器10的输入信号，被施加到比通常的阈值电压要低的P沟道Tr和比通常的阈值电压要低的N沟道Tr上；而STBYB信号被施加到通常的P沟道Tr和通常的N沟道Tr上。
如上所述，根据本发明，即使被施加的电源电压(VDD)为低电压，也可以实现动作。即使是低电压动作，也可以通过待机信号来削减消耗电力。特别是，通过抑制待机时的截止漏电流，从而在携带使用的情况下可实现电池驱动的长时间动作。

Claims (2)

1.一种斩波型比较器，其将通过采样而进行测量的模拟电压和成为比较基准的参考电压进行比较，并根据该比较结果输出H电平或输出L电平，其中具备：
电容器，其蓄积所述模拟电压和所述参考电压的电位差；
反相器，其接受来自该电容器的输出信号；和
待机信号，其将该反相器设为待机状态；
所述反相器由：具有第一阈值电压的P沟道型的第1晶体管、具有比第一阈值电压高的第二阈值电压的P沟道型的第2晶体管、具有第三阈值电压的N沟道型的第1晶体管、和具有比第三阈值电压低的第四阈值电压的N沟道型的第2晶体管构成，并根据所述待机信号来削减漏电流，以成为待机状态，
在所述反相器中，所述P沟道型的第1晶体管的源极与电源电位相连接；所述P沟道型的第1晶体管的漏极与所述P沟道型的第2晶体管的源极相连接；所述P沟道型的第2晶体管的漏极与所述N沟道型的第1晶体管的源极相连接；所述N沟道型的第1晶体管的漏极与所述N沟道型的第2晶体管的源极相连接，所述N沟道型的第2晶体管的漏极与接地电位相连接。
2.根据权利要求1所述的斩波型比较器，其特征在于，
所述来自电容器的输出信号，被施加到所述P沟道型的第1晶体管的栅极以及所述N沟道型的第2晶体管的栅极上；所述待机信号被施加到所述N沟道型的第1晶体管的栅极上；所述待机信号的反相信号被施加到所述P沟道型的第2晶体管的栅极上。
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