CN201156726Y - 一种阀值可调节的cmos迟滞比较器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，包括：一个用于实现电压比较的比较器2、一个用于根据输入电压高低来选择参考电压的选择器3以及一个提供比较器2稳定高电平的偏置电路1；偏置电路1与比较器2相连；原始信号输入所述的比较器2与参考电压比较，其比较结果输入至所述的选择器3，选择器3根据比较器2输出的电平高低，选择参考电压为高电平转换阀值或低电平转换阀值，并把比较器2比较的结果进行取反后输出。本实用新型提供了一种可调节转换阀值的高精度迟滞比较器，极大地提高了芯片设计的灵活性，在设计完成并生产流片后也可以进行可配置的调节，从而大大的提高了芯片设计的成功率，在集成电路设计领域具有很大的通用性。

Description

一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器
技术领域
本实用新型涉及一种模拟比较器电路，特别是涉及一种CMOS工艺的迟滞比较器电路。
背景技术
迟滞比较器的工作原理如图1所示，应用非常广泛，在数据通讯的接收过程中，通过迟滞比较器的迟滞特性，可以去除噪声的干扰，实现信号波形的整形和波形变换；迟滞比较器也可以与电阻和电容一起，构成各种振荡器和定时器。
在设计CMOS迟滞比较器时，通常使用施密特触发器电路，如图2所示，该电路结构简单，但是他的迟滞宽度由内部的MOS管尺寸和所用的工艺决定，因此，一旦其内部参数确定下来，翻转阀值电压也就确定，且不能进行调节。如果需调整施密特触发器电路阀值参数，就必须选择新的比较器，给用户的使用造成不便，对于集成电路设计而言，则需要重新进行设计，重新流片，造成设计的重复和资金的浪费。
随后出现了宽度可调的迟滞比较器，是在施密特触发器电路的基础上进行改进，对其电流进行调节，但其高低翻转阀值电平受生产工艺、电源电压和温度的影响，迟滞宽度不够精确，在实际的应用中存在较大的缺陷，在应用中很难达到设计所需精度。
发明内容
为了克服现有迟滞比较器以上的不足，本实用新型提供了一种转换阀值可调的CMOS迟滞比较器，该迟滞比较器可对高低转换阀值进行精确的调节，受温度、电压和工艺的影响较小。
一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，包括：
一个用于实现电压比较的比较器2；
一个用于根据输入电压高低来选择参考电压的选择器3；以及
一个提供比较器2稳定高电平的偏置电路1；
偏置电路1与比较器2相连，原始信号输入所述的比较器2并与参考电压进行比较，比较结果输入至所述的选择器3，选择器3根据比较器2输出的电平高低选择参考电压为高电平转换阀值或低电平转换阀值，并把比较器2的比较结果进行取反后输出。
本实用新型中所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，所述的比较器2为两级开环比较器。
本实用新型中所述的比较器2的增益大于100db。
本实用新型中所述的选择器3包括：
一个用于对所述比较器2的输出结果进行取反后输出的反向器G3，反向器G3与比较器2的输出端相连，以及
一个根据所述比较器2的输出电平高低选择参考电压为高电平转换阀值或低电平转换阀值，并负责将选择结果传送至所述比较器2中MOS管M5栅极的二选一电路。
本实用新型中所述的二选一电路包括：串联在比较器2的输出端和反向器G3之间的反向器G1、G2，以及MOS管M9、M10、M11、M12；高电平转换阀值分别输入M9、M11的漏极，低电平转换阀值分别输入M10、M12的漏极，M9、M10的栅极和反向器G2、G3之间的节点相连，M11、M12的栅极和G1、G2之间的节点相连，M9、M10、M11、M12的源极和比较器2中MOS管M5的栅极相连。
本实用新型中所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路1由MOS管M1和电源I组成其中MOS管M1的源极与电源VDD相连，M1和比较器2中M2、M3成镜像连接，M1的漏极与电源I的正极相连，电源I的负极接地。
本实用新型中所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路1可由带隙基准提供。
本实用新型中所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路1可由DAC提供。
本实用新型的有益效果在于：提供了一种可调节转换阀值的高精度迟滞比较器，极大地提高了芯片设计的灵活性，在设计完成并生产流片后也可以进行可配置的调节，从而大大的提高了芯片设计的成功率，在集成电路设计领域具有很大的通用性。
附图说明
图1是迟滞特性原理图；
图2是现有技术中施密特触发器电路图；
图3是本实用新型的系统框图；
图4是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
图3是本实用新型一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器的优选实施方式的系统框图，该阀值可调节的CMOS迟滞比较器由偏置电路1、比较器2、选择器3组成。偏置电路1提供给比较器2稳定的高电平，原始信号输入比较器2与参考电压比较，若原始信号Vin比参考电压大则输出电平Vout为低电平到选择器3；相反若原始信号Vin(其他你查找一下)比参考电压小则输出高电平到选择器3。
高电平转换阀值：原始信号Vin的电压在由低变高时，采用的翻转阀值电压，即当电压由低变高的过程中，当电压大于高电平转换阀值时，输出电平Vout发生翻转由原来的低电平变为高电平。
低电平转换阀值：若原始信号Vin的电压在由高变低时，采用的翻转阀值电压，即当电压由高变低的过程中，当电压小于低电平转换阀值时，输出电平Vout发生翻转由原来的高电平变为低电平。
选择器3根据比较器2输出的电平高低来选择参考电压为高电平转换阀值或为低电平转换阀值。若比较器2输出为高电平，则选择器3选择低电平转换阀值作为参考电压输回至比较器2；相反若比较器2输出为低电平，则选择器3选择高电平转换阀值作为参考电压输回至比较器2；并且选择器3把比较器2输出的信号进行取反后输出。
图4是本实用新型的完整电路图，其结构如下，MOS管M1的源极和电源VDD相连，偏置电路1中MOS管M1的漏极和电源I的一端相连，电源I的另一端接地。比较器2中M2、M3与M1成镜像连接，MOS管M4、M5、M6、M7、M8组成两级开环比较器，M2、M3提供高电平给两级开环比较器。若原始信号Vin和参考电压分别输入MOS管M4和M5的栅极，MOS管M4的源极分别连接M6的漏极、栅极和M7的栅极。M5的源极分别连接M7的漏极和M8的栅极，M6和M7的源极接地。M3的漏极与M8的漏极相连，M8的源极接地。M3的源极的输出信号依次经过反向器G1、G2、G3后输出。MOS管M9、M10、M11、M12和反相器G1、G2组成二选一电路；该电路选择高电平转换阀值或低电平转换阀值为参考电压。高电平转换阀值分别输入MOS管M9、M11的漏极。低电平转换阀值分别输入MOS管M10、M12的漏极。MOS管M9、M10、M11、M12的源极与比较器2的MOS管M5的栅极相连。MOS管M9、M10的栅极和反向器G2、G3之间的漏极相连。MOS管M11、M12的栅极和反向器G1、G2之间的漏极相连。
本实用新型的工作原理如下：当原始信号Vin的电压从最小值变大时，若原始信号Vin的电压为低电位，由于比较器的反向特性，使A点的电位处于高电平，选择器3中的二选一电路选择低电平转换阀值传输至M5的栅极，这时，电路的输出端输出Vout为低电平；随着输入端的电压增大，当原始信号Vin达到或超过低电平转换阀值后，比较器发生翻转，使A点的电位变为低电平，输出电平Vout则由低电平转换为高电平，同时，二选一电路选择高电平转换阀值传输至到比较器2中MOS管M5的栅极。
当原始信号Vin的电压从高电平向低电平变化时，原始信号Vin的电压为高，由于比较器的反向作用，使A点的电位处于低电平，选择器3中的二选一电路选择高电平转换阀值为比较电压传输至M5的栅极，这时输出电平Vout为高电平，原始信号Vin的电压逐渐降低，当降到低于高电平转换阀值后，比较器发生翻转，使A点的电位变为高，同时使二选一电路选择低电平转换阀值传输至比较器2中MOS管M5的栅极，输出电平Vout则由高电平转换为低电平。
以上过程完成了一次滞回比较。在本电路的实现过程中，偏置电路1提供的偏置电压也可以由带隙基准(bandgap)提供的电压代替，高电平转换阀值和低电平转换阀值也可以由外部输入或由带隙基准产生，也可以由DAC提供以便于进行调节，本实用新型性能受比较器2的增益影响最大，其增益的设计一般选择大于100db。
在芯片的设计中，本实用新型提供了一种稳定可调节的高精度迟滞比较器，极大地提高了芯片设计的灵活性，在设计完成并生产流片后也可以进行可配置的调节，从而大大的提高了芯片设计的成功率，在集成电路设计领域具有很大的通用性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1、一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，包括：
一个用于实现电压比较的比较器(2)；
一个用于根据输入电压高低来选择参考电压的选择器(3)；以及
一个提供比较器(2)稳定高电平的偏置电路(1)；
偏置电路(1)与比较器(2)相连，原始信号输入所述的比较器(2)并与参考电压进行比较，比较结果输入至所述的选择器(3)，选择器(3)根据比较器(2)输出的电平高低选择参考电压为高电平转换阀值或低电平转换阀值，并把比较器(2)的比较结果进行取反后输出。
2、根据权利要求1所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的比较器(2)为两级开环比较器。
3、根据权利要求2所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的比较器(2)的增益大于100db。
4、根据权利要求1至3任一所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的选择器(3)包括：
一个用于对所述比较器(2)的输出结果进行取反后输出的反向器G3，反向器G3与比较器(2)的输出端相连，以及
一个根据所述比较器(2)的输出电平高低选择参考电压为高电平转换阀值或低电平转换阀值，并负责将选择结果传送至所述比较器(2)中MOS管M5栅极的二选一电路。
5、根据权利要求4所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的二选一电路包括：串联在比较器(2)的输出端和反向器G3之间的反向器G1、G2，以及MOS管M9、M10、M11、M12；高电平转换阀值分别输入M9、M11的漏极，低电平转换阀值分别输入M10、M12的漏极，M9、M10的栅极和反向器G2、G3之间的节点相连，M11、M12的栅极和G1、G2之间的节点相连，M9、M10、M11、M12的源极和比较器(2)中MOS管M5的栅极相连。
6、根据权利要求1所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路(1)由MOS管M1和电源I组成其中MOS管M1的源极与电源VDD相连，M1和比较器(2)中M2、M3成镜像连接，M1的漏极与电源I的正极相连，电源I的负极接地。
7、根据权利要求1所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路(1)可为带隙基准。
8、根据权利要求1所述的一种阀值可调节的CMOS迟滞比较器，其特征在于：所述的偏置电路(1)可为DAC。
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