DE68922345T2 - Differential-Analogkomparator. - Google Patents

Differential-Analogkomparator.

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DE68922345T2
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Description

  • Die Erfindung betrifft analoge Komparatoren und Verfahren zum Vergleichen von Spannungen
  • Ein analoger Komparator ist eine grundlegende Funktionseinheit, die in analogen Schaltungsaufbauten verwendet wird, beispielsweise in Analog-Digitalwandlern (ADC). Die relative Güte analoger Komparatoren wird durch ihre Spezifikationen gemessen, beispielsweise die Eingangs-Offset- Spannung, den Offset-Strom, die Übertragungsverzögerung, die Verzerrung, den Leistungsverbrauch usw. Bei einigen Anwendungen können die Spezifikationen für die Eingangs-Offset-Spannung und den Offset-Strom gemildert werden, wenn andere Gütekriterien kritisch sind. Beispielsweise ist bei optischen und digitalen Datenempfängern oder bei Analog- Digitalwandlern hoher Geschwindigkeit und mittlerer Auflösung mit eingebetteten Analog-Komparatoren, beispielsweise solchen, die bei Video- Anwendungen benutzt werden (8- oder 9-Bit-Auflösung bei Umwandlungsraten von 10 MHz), eine niedrige Übertragungsverzögerung über die analogen Komparatoren das wichtigste Kriterium. Alternativ ist bei Analog- Digitalwandlern niedriger Geschwindigkeit und mittlerer Auflösung mit eingebetteten Analog-Komparatoren, beispielsweise Analog-Digitalwandlern, die in Telefon-(Sprach-)Anwendungen benutzt werden, bei denen Tausende solcher Schaltungen in Kanalbänken und Leitungskarten von Vermittlungsanlagen (mit 8- bis 12-Bit-Auflösung und Umwandlungsraten von 8 kHz), der Leistungsverbrauch der analogen Komparatoren von primärer Wichtigkeit. Es ist demgemäß wünschenswert, einen einzigen Aufbau für einen analogen Komparator zu haben, der sich leicht an jede Anwendung anpassen läßt.
  • In IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 16, Nr. 10, März 1974, Seiten 3227 bis 3228 und in der US-A-3870966 ist ein Differentialverstärker offenbart, der einen einzigen Verstärker für jeden Eingang besitzt und durch gemeinsame Leistungsbusse gespeist wird. Diese Busse werden durch eine variable Widerstandskopplung mit den Stromversorgungen gespeist.
  • Entsprechend einem Aspekt der Erfindung ist ein analoger Komparator gemäß Anspruch 1 vorgesehen.
  • Entsprechend einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Vergleichen von Spannungen gemäß Anspruch 9 vorgesehen.
  • Zu den Vorteilen von Ausführungsbeispielen der Erfindung gehören ein voll differentieller Analog-Komparator mit im wesentlichen identischer Ausbreitungsverzögerung von jedem von zwei Eingängen. Der Komparator besitzt eine sehr geringe Empfindlichkeit für Stromversorgungsrauschen, und die Verstärkung des Komparators kann je nach Bedarf bemessen werden. Außerdem kann der Komparator so angepaßt werden, daß die mittlere differentielle Ausgangsspannung (Gleichtakt-Ausgangsspannung) hinsichtlich einer optimalen Beaufschlagung nachfolgender Verstärkerstufen, beispielsweise digitaler Inverter eingestellt werden kann. Außerdem kann die mittlere differentielle Eingangsspannung (Gleichtakt-Eingangsspannung) so kompensiert werden, daß eine genaue Steuerung der Gleichtakt- Ausgangsspannung bei sich ändernder Gleichtakt-Eingangsspannung möglich ist.
  • Nachfolgend soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden. Es zeigen:
  • Fig. 1 das Schaltbild des analogen Komparators als Ausführungsbeispiel der Erfindung;
  • Fig. 2, 3 und 4 Verbesserungen des analogen Komparators gemäß Fig. 1.
    • Ins einzelne gehende Beschreibung
  • Ein neuartiger, voll differentieller analoger Komparator 20 zur Integration auf einem gemeinsamen Substrat ist schematisch in Fig. 1 gezeigt. Zwei Baugruppen 21, 21' von kaskadierten Verstärkerstufen 22 liefern eine vorbestimmte Spannungsverstärkung für entsprechende Eingangssignale V+ und V- des Komparators 20. Die Ausgänge der Baugruppen 21, 21' sind mit Knoten 35, 35' verbunden. Jede Baugruppe 21, 21' hat die gleiche Anzahl von Stufen 22. In typischer Weise sind nicht mehr als eine oder zwei Stufen 22 in jeder Baugruppe 21, 21' erforderlich. Jede Verstärkerstufe 22 ähnelt einem konventionellen CMOS-Inverter mit einem Eingangsanschluß 23, einem Ausgangsanschluß 24 und zwei Stromversorgungsanschlüssen 25, 26. In einer beispielhaften Stufe 22 sind ein P-Kanal-FET 30 und ein N-Kanal-FET 31 mit gemeinsamen Gate-Anschlüssen, die mit dem Eingangsanschluß 23 verbunden sind, und gemeinsamen Drain- Anschlüssen dargestellt, die mit dem gemeinsamen Ausgangsanschluß 24 verbunden sind. Obwohl P- und N-Kanal-FETs hier dargestellt sind, sei darauf hingewiesen, daß die P- und N-Kanal-FETs bei entsprechender Änderung der Polarität für die Stromversorgung ausgetauscht werden können. Der Source-Anschluß des FET 30 ist mit dem Stromversorgungsanschluß 25 und der Source-Anschluß des FET 31 mit dem Stromversorgungsanschluß 26 verbunden.
  • Das Verhältnis für die Größe des FET 30 mit Bezug auf den FET 31 soll weiter unten genauer erläutert werden. Hier genügt es zu sagen, daß das konventionelle Größenbemessungsverhältnis des FET 30 zum FET 31 von etwa 2- oder 3-zu-1 einen Komparator 20 ergibt, der eine Verzerrung der Ausbreitungsverzögerung mit im wesentlichen null besitzt.
  • Die Stromversorgungsanschlüsse 25, 26 der kaskadierten Verstärkerstufen 22 sind mit Bussen 32, 33 verbunden, die durch Stromspiegel 40 bzw. 50 gespeist werden. Die Stromspiegel 40, 50 werden durch VDD, die höchste positive Versorgungsspannung, und Vss, die höchste negative Versorgungsspannung gespeist, die typischerweise auf Erde oder null Volt liegt. Die Stromspiegel 40, 50 trennen die Busse 32, 33 von VDD und VSS, wodurch die Empfindlichkeit des Komparators gegen elektrische Störungen der Stromversorgungsspannungen VDD, VSS verringert wird.
  • Der Stromspiegel 40 ist hier als konventioneller Widlar- Stromspiegel mit mehreren Ausgängen dargestellt, es sei aber darauf hingewiesen, daß andere Stromspiegeltypen, beispielsweise Wilson- oder zusammengesetzte Stromspiegel verwendet werden können. Der FET 42 des Stromspiegels 40 ist mit einer Stromquelle 44 verbunden, die den vom Stromspiegel 40 gelieferten Strom und den gesamten Stromverbrauch des Komparators 20 einstellt. Typische, von der Stromquelle 44 gelieferte Ströme liegen abhängig von der Ausgangslastkapazität an den Knoten 35, 35' und der gewünschten Geschwindigkeit des Komparators 20 zwischen 100 uA und 1 mA. Die Größe der FETs 48, 46, 47 für die Quelle 40 ist so bemessen, daß die aus den FETs 48, 46, 47 heraus fließenden Ströme im wesentlichen gleich sind. Der FET 48 liefert Strom an den Bus 32.
  • Der Stromspiegel 50, der hier als zusammengesetzter, durch die FETS 51, 52, 53, 54, 55 gebildete Stromspiegel dargestellt ist, nimmt Strom von den Ausgängen des Stromspiegels 40 auf, der in die Stromsteuer- Eingangsknoten 56 des Stromspiegels 50 fließt. Der sich ergebende, gespiegelte Strom wird vom Bus 33 über den Eingangsknoten 57 für gespiegelten Strom in die in Reihe geschalteten FETs 54, 55 eingeführt. Der gesteuerte Ausgangsstrom der Stromsteuer-Ausgangsknoten 58 des Stromspiegels 50 fließt über die FETs 61, 62 zur Stromversorgung VSS mit dem höchsten negativen Potential. Wie später genauer erläutert werden soll, werden die FETs 61, 62 im Trioden- oder Ohmschen Bereich betrieben und haben im wesentlichen die gleiche Größe. In ähnlicher Weise fließt der gespiegelte Ausgangsstrom vom Ausgangsknoten 59 des Stromspiegels 50 über parallel geschaltete FETs 65, 66 zu VSS Wiederum arbeiten, wie weiter unten genauer erläutert werden soll, die FETs 65, 66 im Trioden- oder Ohmschen Bereich und haben im wesentlichen die gleiche Größe. Wie oben angegeben, ist der Stromspiegel 50 ein zusammengesetzter Stromspiegel zur Erzielung einer genauen Spiegelung des Stroms und ist vorzugsweise ein Stromspiegel mit der Verstärkung eins mit den FETs 51, 53, 54, 55, die im wesentlichen die gleiche Größe besitzen. Die Betriebsweise des Stromspiegels 50 soll hier kurz beschrieben werden. Der FET 52 des Stromspiegels 50 stellt eine stabile Gate-Spannung für die FETs 51 und 54 bereit und besitzt typischerweise ein Viertel oder weniger als die Größe der FETs 51, 53, 54, 55. Weiterhin besitzt der FET 52 eine ausreichend hohe Schwellenspannung, um sicherzustellen, daß die FETs 51, 53 und entsprechend die FETs 54, 55 gesättigt sind. Der FET 51 gleicht die Drain-Source-Spannung des FET 55 und des FET 53 aus, wodurch Offset-Ströme im Stromspiegel 50 im wesentlichen beseitigt werden. Die in Reihe geschalteten FETs 54, 55 stellen am Knoten 57 für den Strom vom Bus 33 eine Stromsenke hoher Impedanz dar. Es kann zwar ein einfacherer Stromspiegel für den Spiegel 50 benutzt werden, beispielsweise ein Widlar-Spiegel, aber je genauer der Strom gespiegelt wird und je höher die Impedanz des Eingangsknotens 57 für den gespiegelten Strom ist, um so besser ist die Genauigkeit des Komparators 20. Daher kann ein geeignet angepaßter Wilson-Stromspiegel als Spiegel 50 verwendet werden.
  • Die an die gemeinsamen Gate-Anschlüsse der FETs 61, 62 angeschaltete Spannungsquelle 68 liefert eine Bezugsspannung als mittlere Spannung am Ausgangsknoten 35, 35' der Baugruppen 21, 21', und wird hier als Gleichtakt-Ausgangsspannungspegel bezeichnet. Die Zweckmäßigkeit für die Einstellung der Gleichtakt-Ausgangsspannung für die Baugruppen 21, 21' wird weiter unten erläutert, aber es sei hier gesagt, daß die Schnittstelle der Baugruppen 21, 21' zu einer Last für die Eigenschaften der Last optimiert werden kann, beispielsweise digitale Inverterstufen, die an die Knoten 35, 35' angeschlossen sind. Auf ähnliche Weise sind die parallel geschalteten FETs 65, 66, die auf die Spannungen an den Ausgangsknoten 35, 35' der Baugruppen 21, 22 ansprechen, so kombiniert, daß die parallel geschalteten Widerstände der FETs 65, 66 dem Mittelwert der Spannungen an den Ausgangsknoten 35, 35', also der Gleichtakt-Ausgangsspannung, entsprechen. Anders gesagt, die parallel geschalteten Widerstände der FETS 65, 66 stellen die Gleichtakt-Ausgangsspannung der kaskadierten stufen 22 für die Baugruppen 21, 21' dar. Für die vorliegende Erläuterung wird angenommen, daß die Eingangsspannungen (V+, V-) des Komparators 20 im wesentlichen die gleichen sind und dem Schwellenwert-"Ansprechpunkt" des Komparators 20 entsprechen. Dies entspricht einer Eingangsdifferenzspannung von null an den Eingängen V+, V- und ist zweckmäßig zur Prüfung der Vorspannung und Betriebsweise des Komparators 20. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß das folgende auch gilt, wenn die Eingangsspannungen V+, V- nicht im wesentlichen gleich sind. Es ist zweckmäßig, daß die Gleichtakt- Ausgangsspannung der Baugruppen 21, 21' im wesentlichen gleich der Spannung der Quelle 68 ist. Zu diesem Zweck verändern die Widerstände der FETs 65, 66 und 61, 62 die Stromverstärkung des Stromspiegels 50 in Abweichung von eins, wenn die Gleichtakt-Ausgangsspannung nicht im wesentlichen gleich der Spannung der Quelle 68 ist. Die Widerstände der FETs 61, 62 sind im wesentlichen gleich und unveränderlich, da die Spannung der Quelle 68 für die hier vorliegenden Zwecke unveränderlich ist. Die kombinierten Widerstände der FETs 65, 66 ändern sich jedoch umgekehrt proportional mit der Spannung an den Ausgangsknoten 35, 35' der Baugruppen 21, 21', die von der Spannung auf dem Bus 33 und folglich von dem durch den Stromspiegel 50 fließenden Strom abhängen. Da der über die Steuerstrom-Eingangsknoten 56 und die Steuerstrom-Ausgangsknoten 58 fließende Strom unveränderlich ist, muß für den Komparator 20 im Gleichgewichtszustand im wesentlichen der gleiche Stromfluß für den gespiegelten Strom und den Steuerstrom fließen, d.h., für eine Stromverstärkung von eins des Stromspiegels 50. Hierzu müssen die kombinierten Widerstände der FETs 65, 66 im wesentlichen gleich den Widerständen der FETs 61, 62 sein. Folglich muß der Mittelwert für die Spannungen an Gate-Anschlüssen der FETs 65, 66 im wesentlichen gleich der Spannung der Spannungsquelle 68 sein, d.h., die Gleichtakt-Ausgangsspannung der kaskadierten Verstärkungsstufen 22 ist im wesentlichen gleich der Spannung der Quelle 68.
  • Die Ausgangsknoten 35, 35' sind mit zugeordneten Puffern 45 verbunden, die als konventionelle CMOS-Digitalinverter arbeiten. Es ist zwar nur ein Puffer 45 für jede Baugruppe 21, 21' gezeigt, es sei jedoch darauf hingewiesen, daß mehrere, kaskadierte Puffer 45 benutzt werden können. Die Ausgangsanschlüsse 24 der Puffer 45 stellen den Ausgang bzw. Ausgang' des Komparators 20 dar. Die Puffer 45 ähneln in ihrem Aufbau der Verstärkerstufe 22, sind jedoch so klein wie möglich, um die kapazitive Belastung der Baugruppen 21, 21' zu verringern. Die Stromversorgungsanschlüsse 25, 26 der Puffer 45 sind mit den Versorgungsquellen VDD und VSS statt mit den Bussen 32, 33 verbunden. Wie weiter unten genauer erläutert werden soll, ist das Größenverhältnis der FETs in jedem Puffer 45 entsprechend den FETs 30, 31 in der Stufe 22 in typischer Weise 2- oder 3-zu-1, um eine minimale Verzerrung der Ausbreitungsverzögerung und eine Schwellenspannung im wesentlichen gleich der halben Spannungsdifferenz zwischen VDD und VSS zu erreichen.
  • Die Möglichkeit zur Einstellung der Gleichtakt-Ausgangsspannung für die Baugruppen 21, 21' kann mit Vorteil im Hinblick auf die Erkenntnis benutzt werden, daß eine optimale Betriebsweise des Komparators 20 verlangt, daß, wenn die Spannung V+ etwa gleich der Spannung V- ist, die Spannungen an den Knoten 35, 35' etwa gleich den Schwellenspannungen der Puffer 45 sein sollten. Die Schwellenspannung des Puffers 45 ist die Eingangsspannung, bei der der Ausgang des Puffers 45 von VDD nach VSS und umgekehrt geht. Dadurch wird die Verzerrung der Ausbreitungsverzögerung über den Komparator 20 minimiert. Demgemäß sollte die Gleichtakt- Ausgangsspannung der Baugruppen 21, 21' etwa gleich der Schwellenspannung des Puffers 45 sein. Dies wird erreicht, indem die Spannung der Spannungsquelle 68 im wesentlichen gleich der Schwellenspannung der Puffer 45 ist. Entsprechend der Darstellung in Fig. 2 besitzt die Quelle 68 (Fig. 1) einen Puffer 75, der im wesentlichen gleich den Puffern 45 in Fig. 1 ist und vorzugsweise auf dem gleichen Substrat mit diesen integriert wird, wobei der Eingangsanschluß 23 mit dem Ausgangsanschluß 24 und die Versorgungsanschlüsse 25, 26 mit den Stromversorgungsquellen VDD und VSS verbunden sind. Wenn der Puffer 75 unter Verbindung des Eingangs 23 mit dem Ausgang 24 betrieben wird, ist die Spannung am Eingangsanschluß 23 im wesentlichen gleich der Schwellenspannung des Puffers 75. Folglich ist die Spannung der Spannungsquelle 68 (Fig. 1) im wesentlichen gleich der Schwellenspannung der Puffer 45 (Fig. 1) Wenn der Puffer 75 auf dem gleichen Chip wie die Puffer 45 (Fig. 2) verwirklicht ist, werden Änderungen der Schwellenspannung für die Puffer 45 aufgrund von Temperatur- und Verarbeitungsschwankungen durch Änderungen der Schwellenspannung des Puffers 75 kompensiert.
  • Unter Rückkehr zu Fig. 1 läßt sich erkennen, daß aufgrund der endlichen Ausgangswiderstände der FETs die Gleichtakt-Ausgangsspannung der Baugruppen 21, 21' nicht genau mit der Spannung der Spannungsquelle 68 übereinstimmen wird, wenn die Eingangsspannungen V+ und V- im wesentlichen gleich sind, d.h., wenn die Eingangsspannungen auf der Komparatorschwelle liegen. Wie oben angegeben, soll, wenn die Eingangsspannungen V+ und V- aufgrund der vorliegenden Erfindung im wesentlichen gleich sind, die Gleichtakt-Ausgangsspannung der Knoten 35, 35' im wesentlichen gleich der Spannung der Quelle 68 sein. Wenn jedoch die Spannung auf dem Bus 32 von der Spannung am Drain-Anschluß der FETs 46, 47 verschieden ist, so ist die Spannung über dem FET 48 verschieden von der Spannung über den FETs 46, 47. Dies führt dazu, daß ein unterschiedlicher Strom über die FETs 46, 47 bezogen auf den Strom über den FET 48 aufgrund dessen fließt, daß die Spannung über den FETs 46, 47 verschieden von der Spannung über dem FET 48 bei den inhärenten Ausgangswiderständen der FETs 46, 47, 48 ist. Weiterhin ändert sich die Spannung auf dem Bus 32 mit dem Mittelwert der Eingangsspannungen V+, V-, der hier als Gleichtakt-Eingangsspannung bezeichnet wird. Um den unterschiedlichen Stromfluß zu kompensieren, muß die Verstärkung des Stromspiegels abnehmen. Dies wird erreicht, indem die Gleichtakt-Ausgangsspannung sich unter Abweichung von der gewünschten Spannung ändert, bis der Gleichgewichtszustand erreicht ist. Um die Ströme über die FETs 46, 47, 48 auszugleichen und dadurch dafür zu sorgen, daß die Gleichtakt-Ausgangsspannung an den Knoten 35, 35' genauer gleich der Spannung der Spannungsquelle 68 an den Verbindungspunkten 70, 70' und 71, 71' ist, wird die Schaltung gemäß Fig. 3 eingefügt. Gemäß Fig. 3 sind die gemeinsamen Gate-Anschlüsse von 2 FETs 76, 77 mit einer Spannungsquelle 78 verbunden, die hier als Gleichtakt-Eingangsspannung bezeichnet wird. Die Größe der FETs 76, 77 ist so bemessen, daß sie im wesentlichen gleich 2N mal der Größe des FET 30 in einer Verstärkungsstufe 22 (Fig. 1) ist, wobei N die Zahl der Verstärkungsstufen 22 in einer Baugruppe 21, 21' ist und die FETs 76, 77 auf dem gleichen Substrat wie der FET 30 angeordnet sind. Dies stellt sicher, daß die Spannung über den FETs 46, 47 im wesentlichen gleich der Spannung über dem FET 48 (Fig. 1) ist, wenn die Gleichtakt- Eingangsspannung an den Eingängen V+, V- des Komparators 20 (Fig. 1) bekannt ist. Wenn jedoch die Gleichtakt-Eingangsspannung nicht bekannt ist, dann kann die Schaltung gemäß Fig. 4 benutzt werden, um die Gleichtakt- Eingangsspannung an den Eingängen V+, V- abzuleiten, indem die FETs 79, 80, 81, 82 in der Anordnung zwischen den Verbindungspunkten 70, 70' und 71, 71' in Fig. 1 vorgesehen und vorzugsweise gemeinsam auf einem Substrat mit der Schaltung gemäß Fig. 1 angeordnet werden. Die Größe der FETs 79, 80, 81, 82 ist jeweils das N-fache der Größe des FET 30 (Fig. 1), wobei N die Zahl der Stufen 22 in einer Baugruppe 21, 21' ist. Dadurch wird sichergestellt, daß die Spannung über den FETs 46, 47 im wesentlichen gleich der Spannung über dem FET 48 bei sich ändernder Gleichtakt-Eingangsspannung ist, wodurch sichergestellt wird, daß die Gleichtakt-Ausgangsspannung an den Knoten 35, 35' im wesentlichen gleich der Spannung der Spannungsquelle 68 bleibt.
  • Wie oben angegeben ist die Größe der FETs 30, 31, in den Stufen 22 und entsprechend in den Puffern 45 und 75 (Fig. 2) als Beispiel 2- oder 3- zu-1, um eine Schwellenspannung zu erhalten, die etwa gleich der halben Spannung zwischen den Stromversorgungsanschlüssen 25, 26 und eine minimale Verzerrung für die Ausbreitungsverzögerung zu erhalten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß die Größe der FETs 30, 31 1-zu-1 für eine minimale Ausbreitungsverzögerung über die Stufen 22 und die Puffer 45 oder eine Kombination daraus sein kann.
  • Nach der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sei darauf hingewiesen, daß andere Ausführungsbeispiele vom Fachmann geschaffen werden können.

Claims (11)

1. Analog-Komparator in einer integrierten Schaltung zum Vergleich einer ersten Eingangsspannung mit einer zweiten Eingangsspannung mit
einer ersten Verstärkungsstufe (22) mit einem Eingang, einem Ausgang sowie einem ersten und einem zweiten Stromversorgungsanschluß, wobei die Stromversorgungsanschlüsse an einen ersten bzw. zweiten Bus und der Eingang an die erste Eingangsspannung des Komparators angekoppelt sind, und
einer zweiten Verstärkungsstufe mit einem Eingang, einem Ausgang sowie einem ersten und einem zweiten Stromversorgungsanschluß, wobei die Stromversorgungsanschlüsse an den ersten bzw. zweiten Bus und der Eingang an die zweite Eingangsspannung des Komparators angekoppelt sind, gekennzeichnet durch
einen ersten Stromspiegel (40), der einen Transistor (48) mit einem Ausgangsknoten zur Ankopplung eines ersten Stroms an den ersten Bus (32) aufweist, und einen zweiten Stromspiegel (50), der einen Transistor (54) mit einem Knoten zur Auskopplung eines zweiten Stroms aus dem zweiten Bus (33) aufweist, wobei der zweite Stromspiegel (50) auf einen Ausgangsstrom des ersten Stromsspiegels (40) anspricht, derart, daß der zweite Strom im wesentlichen gleich dem ersten Strom ist.
2. Komparator nach Anspruch 1 mit weiteren Verstärkungsstufen,
wobei die erste Verstärkungsstufe die erste Stufe in einer ersten Kette (21) kaskadierter Verstärkungsstufen (22, 22) ist, und die zweite Verstärkungsstufe die erste Stufe in einer zweiten Kette (21') kaskadierter Verstärkungsstufen (22, 22) ist, jede weitere Stufe einen Eingang, einen Ausgang sowie einen ersten und einen zweiten Stromversorgungsanschluß besitzt und die Stromversorgungsanschlüsse an den ersten bzw. zweiten Bus angekoppelt sind.
3. Komparator nach Anspruch 1 oder 2
mit wenigstens einem digitalen Inverter (45), der auf wenigstens einen der Ausgänge der ersten und zweiten Verstärkungsstufe oder auf wenigstens einen der ersten Ausgänge der ersten und zweiten Kette anspricht.
4. Komparator nach Anspruch 1, 2 oder 3,
bei dem jede Verstärkungsstufe einen ersten Transistor (30) einer ersten Polarität und einen zweiten Transistor (31) einer zweiten Polarität aufweist, jeder Transistor zwei Ausgangsanschlüsse und einen Eingangsanschluß besitzt, die beiden Eingangsanschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind und den Eingang der Verstärkungsstufe bilden, zwei sich entsprechende Ausgangsanschlüsse der beiden Transistoren miteinander verbunden sind und den Ausgang der Verstärkungsstufe bilden und die verbleibenden Ausgangsanschlüsse der beiden Transistoren den ersten bzw. zweiten Stromversorgungsanschluß der Verstärkungsstufe darstellen.
5. Komparator nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4,
bei dem der erste Stromspiegel einen ersten und einen zweiten Ausgang besitzt, der erste Ausgang der Ausgangsknoten zur Ankopplung eines ersten Stroms an den ersten Bus ist, und der zweite Stromspiegel aufweist: einen ersten Steuerstromeingang (56), einen ersten Steuerstromausgang (58), einen gespiegelten Stromeingang (57) und einen gespiegelten Stromausgang (59), wobei der erste Steuerstromeingang mit dem zweiten Ausgang des ersten Stromspiegels verbunden und der gespiegelte Stromeingang der Knoten zur Auskopplung eines zweiten Stroms aus dem zweiten Bus (33) sind, und bei dem vorgesehen sind:
ein erster Knoten (68), der eine erste vorbestimmte Spannung führt,
ein erstes Transistornetzwerk (61, 62) mit einem ersten und einem zweiten Ausgangsanschluß sowie einem Eingangsanschluß, wobei der erste Ausgangsanschluß mit dem ersten Steuerstromausgang des zweiten Stromspiegels, der zweite Ausgangsanschluß mit einer ersten Stromversorgungsquelle und der Eingangsanschluß mit dem ersten Knoten verbunden sind, und
ein zweites Transistornetzwerk (65, 66) mit zwei Ausgangsanschlüssen und zwei Eingangsanschlüssen, wobei die Ausgangsanschlüsse zwischen dem gespiegelten Stromausgang des zweiten Stromspiegels und die erste Stromversorgungsquelle geschaltet sind und jeder Eingangsanschluß mit dem entsprechenden Ausgang der ersten und zweiten Verstärkungsstufe oder der ersten und zweiten Kette verbunden sind,
wodurch der Mittelwert der Spannungen am Ausgang der ersten und der zweiten Verstärkungsstufe oder der ersten und zweiten Kette etwa gleich der ersten vorbestimmten Spannung am ersten Knoten ist.
6. Komparator nach Anspruch 5,
bei dem das erste und das zweite Transistornetzwerk unter Ansprechen auf Spannungen, die an die entsprechenden Eingangsanschlüsse angelegt sind, als variable Widerstände betrieben werden.
7. Komparator nach Anspruch 6,
bei dem der erste Stromspiegel einen ersten, zweiten und dritten, gespiegelten Stromausgang sowie einen Steuerstromausgang besitzt, der Steuerstromausgang mit einer vorgegebenen Stromquelle (44) verbunden ist, der erste gespiegelte Stromausgang der erste Ausgang des ersten Stromspiegels und der zweite gespiegelte Stromausgang der zweite Ausgang des ersten Stromspiegels sind, das erste Transistornetzwerk einen dritten Ausgangsanschluß besitzt, der zweite Stromspiegel ein zusammengesetzter Stromspiegel mit einem zweiten Steuerstromeingang (56) und einem zweiten Steuerstromausgang (58) ist und der zweite Steuerstromeingang mit dem dritten gespiegelten Stromausgang des ersten Stromspiegels und der zweite Steuerstromausgang mit dem dritten Ausgangsanschluß des ersten Transistornetzwerks verbunden sind.
8. Komparator nach Anspruch 7
mit einem dritten Transistornetzwerk (76, 77), das zwischen den zweiten und dritten, gespiegelten Stromausgang des ersten Stromspiegels sowie den ersten und zweiten Steuerstromeingang des zweiten Stromspiegels geschaltet ist und auf eine zweite vorgegebene Spannungsquelle (78) anspricht.
9. Verfahren zum Vergleichen erster und zweiter Eingangsspannungen mit dem den Verfahrensschritten: Verstärken der ersten Spannung durch kaskadierte Verstärkungsstufen, die durch einen ersten und einen zweiten Bus gespeist werden, und
Verstärken der zweiten Spannung durch kaskadierte Verstärkungsstufen, die durch den ersten und den zweiten Bus gespeist werden, wobei
der erste und der zweite Bus durch einen ersten bzw. zweiten Stromspiegel gespeist werden, der erste Stromspiegel (40) einen Transistor (48) mit einem Ausgangsknoten zur Ankopplung eines ersten Stroms an den ersten Bus (32) besitzt, der zweite Stromspiegel (50) einen Transistor (54) mit einem Knoten zur Auskopplung eines zweiten Stroms aus dem zweiten Bus (33) aufweist und der zweite Stromspiegel (50) auf einen Ausgangsstrom des ersten Stromspiegels (40) anspricht, derart, daß der zweite Strom im wesentlichen gleich dem ersten Strom ist, und
die verstärkte erste und zweite Spannung komplementäre Ausgangsspannungen sind, die angeben, ob die zweite Spannung größer oder kleiner als die erste Spannung ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9,
bei dem der Verstärkungsfaktor eines der Stromspiegel variabel ist, mit den Verfahrensschritten: Vergrößern des Verstärkungsfaktors unter Ansprechen auf eine erste vorbestimmte Spannungsquelle, Abfühlen der mittleren Spannung der verstärkten ersten und zweiten Spannung und
verkleinern des Verstärkungsfaktors unter Ansprechen auf die abgefühlte mittlere Spannung,
derart, daß der Verstärkungsfaktor sich auf einen Wert einstellt, der erforderlich ist, damit die mittlere Spannung der verstärkten ersten und zweiten Spannung im wesentlichen gleich der ersten vorbestimmten Spannung ist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, mit den Verfahrensschritten: Puffern wenigstens einer der verstärkten ersten und zweiten Spannung durch einen ersten digitalen Inverter mit einer vorbestimmten Schwellenspannung und Erzeugen der ersten vorbestimmten Spannung durch einen zweiten digitalen Inverter mit im wesentlichen der gleichen Schwellenspannung wie der erste digitale Inverter durch Ankoppeln des Eingangs des zweiten digitalen Inverters mit dessen Ausgang.
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0793544B2 (ja) * 1992-11-09 1995-10-09 日本電気株式会社 差動回路及び差動増幅回路
DE69411044T2 (de) * 1993-01-26 1999-01-21 Philips Electronics N.V., Eindhoven Differenzverstärker mit hoher Gleichtaktunterdrückung
JP2725718B2 (ja) * 1993-08-25 1998-03-11 日本電気株式会社 差動増幅器の同相帰還回路
US6377084B2 (en) * 1999-02-22 2002-04-23 Micron Technology, Inc. Pseudo-differential amplifiers
US7724087B2 (en) 2004-04-20 2010-05-25 Nxp B.V. High speed differential receiver with rail to rail common mode operation having a symmetrical differential output signal with low skew
WO2012079090A2 (en) 2010-12-10 2012-06-14 Marvell World Trade Ltd Fast power up comparator

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3870966A (en) * 1973-06-01 1975-03-11 Rca Corp Complementary field effect transistor differential amplifier
US4333058A (en) * 1980-04-28 1982-06-01 Rca Corporation Operational amplifier employing complementary field-effect transistors
JPS59119909A (ja) * 1982-12-25 1984-07-11 Fujitsu Ltd 能動負荷回路
US4477782A (en) * 1983-05-13 1984-10-16 At&T Bell Laboratories Compound current mirror
US4554515A (en) * 1984-07-06 1985-11-19 At&T Laboratories CMOS Operational amplifier
US4618815A (en) * 1985-02-11 1986-10-21 At&T Bell Laboratories Mixed threshold current mirror
JPS6313509A (ja) * 1986-07-04 1988-01-20 Nec Corp カレントミラ−回路

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