TWI299617B - Low hysteresis center offset comparator - Google Patents

Description

1299617 八、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種磁滯型比較器，更係關於一種 低轉態區間中心偏移偏移磁滯型比較器。 【先前技術】 比較器是一種重要的訊號比較用電子元件，用以 處理各項訊號位準判斷工作，磁滯比較器的輸出特性 曲線中有一磁滯區間，該磁滯區間的中心一般都是會 偏移的。然而，磁滯區間的中心位置仍以不偏移為佳， 即磁滯區間中心位置應在零點（即兩輸入差為零）附 近，因偏移的磁滯區間中心位置會讓某些應用電路失 去其原有效能，定電流充電電路即為其中一例。請參 閱第一A圖及第一 B圖，其為——般磁滯型比較器的電 路圖及磁滯區間不意圖。如圖所不’該電路10上有兩 個操作電壓VDD及VSS，一偏壓BIAS提供於一電晶體 Q1上，二輸入INN及INP在輸入該電路後由輸出端OUT 輸出，所得到的輸出波形有一磁滯區間Η，輸入訊號差 ΙΝΡ-ΙΝΝ為0之虛線並不在磁滯區間Η的中心位置上，即 該二輸入ΙΝΡ及INN之一者需大於另一者加上一特定值 才能使輸出OUT轉態，該另一者則須較該者減去另一特 定值為小方可使輸出OUT轉態。 因此，目前確實需有一種低轉態區間中心偏移磁 5 1299617 滯型比較器的提出，使其得以料應用電路 響該應用電路的原有功能。 不〜 職是之故，中請人鑑於習知技術 失，經過悉心試驗與研究，並一本鐵而不捨丄的申缺 終構思出本案「低轉態區間中心偏移磁滞型比較器， 其能克服習知技術的缺點，其簡要說明將载述如 【發明内容】 為解決上述問題，本發明之目的即在於提出一種 低轉態區間中心偏移磁滯型比較器，以符合一特定應 用電路之所需。 〜 本發明之低轉態區間中心偏移磁滯型比較器包含 一第一切換裝置、一差動放大器、一第二切換裝置' 一一般比較器、一第一反相器及一第二反相器，其中 該差動放大器具有一偏移電壓、一非反相端及一反相 端，該非反相端經由該第一切換裝置接收一非反相輸 入訊號或一反相輸入訊號，該反相端經由該第一切換 裝置接收該反相輸入訊號或該非反相輸入訊號，並輸 出一差動非反相輸出訊號及一差動反相輸出訊號。該一 般比較器具有一非反相端及一反相端，該非反相端經 由該第二切換裝置接收該差動非反相輸出訊號或該差 動反相輸出訊號，該反相端經由該第二切換裝置接收 1299617 該差動反相輪出訊號或該差動非反相輸出訊號，並輸 出一過渡輸出訊號。該第一反相器連接並反相該過渡輸 出訊號，而得到一第一控制訊號，該第二反相器則連 接該第一反相器，並反相該第一控制訊號而得到一第 二控制訊號，該第一及第二控制訊號聯合用以控制該 第一及第二切換裝置，且該第二控制訊號為一最終輸 出訊號。 在一較佳實施例中，該第一及第二開關裝置分別 具有第一至第四開關及第五至第八開關，該第一控制 訊號控制該第一、三、五、七開關的啟閉，該第二控 制訊號則用以控制該第二、四、六、八開關的啟閉， 藉以使該最終輸出訊號之磁滯區間的中心點偏移量最 /J\ 〇 藉由上述低轉態區間中心偏移磁滯型比較器的實 靶，最終輸出訊號的磁滯中心的位置偏移量確實能達 表小化而應用於特定需要電路中。 【實施方式】 本發明揭露一種低轉態區間中心偏移磁滯型比較 态’其内容將藉由較佳實施例說明如下，熟習同領域 =術之人士可以根據該等内容而執行本發明，然該等 貝把例僅為其中之較佳者，本發明之實施並非僅限於 7 1299617 該等較佳實施例。 請參閱第二圖’其為本發明之低轉態區間中心偏 移磁滯型比較器的電路示意圖。如圖所示，該低轉態區 間中心偏移磁滯型比較器20包含一第一切換裝置21、 一差動放大器22、一第二切換裝置23---般比較器 24、'一弟一反相|§25及'一第二反相器26，其中差動放 大器22具有一非反相端及一反相端，且該非反相端具 有一偏移電壓Vos。一輸入訊號INP經由該第一切換裝 置21輸入至該差動放大器22的非反相端，另一輸入訊 號INN則經由該第一切換裝置輸入至該差動放大器22 之反相端。接著，差動放大器22輸出一差動非反相輸 出訊號及一差動反相輸出訊號。之後，該差動非反相 及反相輸出訊號分別經由該第二切換裝置23輸入至該 比較器24的一非反相輸入端及一反相輸入端，該比較 器24並輸出一過渡輸出訊號。接著，該過渡輸出訊號 經過該第一反相器25輸出一第一控制訊號，該第二反 相器26並對該第一控制訊號加以反相成為一第二控制 訊號’且第一及第二控制訊號聯合用以控制該第一及 第二，換裝置之啟閉，其中該第二控制訊號並被輸出 為一最終輸出訊號OUT。 上述說明中，第一切換裝置21包含第一至第四開 關，第二切換裝置23則包含第五至第八開關。其中， 8 1299617 • 第一開關21 -1接收非反相輸入訊號INP，並與差動放大 ； 器22之非反相端相接；第二開關21-2接收該非反相輸入 訊號，並與差動放大器22之反相端相接；第三開關21-3 接收該反相輸入訊號INN，並與差動放大器22之反相端 相接；第四開關21-4接收該反相輸入訊號，並與差動放 大器22之非反相端相接；第五開關23-1接收差動放大器 • 22之差動非反相輸出訊號，並與比較器24之非反相端 相接；第六開關23-2接收差動放大器22之差動非反相輸 出訊號，並與比較器24之反相端相接；第七開關23-3接 收差動放大器22之差動反相輸出訊號，並與比較器24 之反相端相接；而第八開關23-4則接收差動放大器22之 差動反相輸出訊號，並與比較器24之非反相端相接。 其中，該第一、第三、第五及第七開關 及23-3的啟閉為第一控制訊號控制，而第二、第四、第 • 六及第八開關21_2,21-4,23-2,23_4的啟閉為第二控制訊 唬控制，如此即能使該最終輸出訊號之磁滯區間的中 心點偏移量最小。 更詳而言之，當INPCINN-Vos時，第一反相器25的 輸出值為1 ’使得第…第三、第五及第七開關 21-1，21-3,23-1及23-3被開啟（即短路），而第二反相器％ 的輸出值為0’使得第二、第四、第六及第八開關 2,21 4,23-2,23-4被關閉（即開路）。由於差動放大器22 9 1299617 的非反相端有偏移電壓Vos，故比較器24只有在輸入訊 號INP增力π至inP=INN+Vos時才會轉態為1。當 INP>INN+V〇s時，第一反相器25的輸出值為0，使得第 一、第三、第五及第七開關21-1，21-3,23-1及23-3被關閉 (即開路），而第二反相器26的輸出值為1，使得第二、 第四、第六及第八開關21-2,21-4,23-2,23-4被開啟（即短 路）。由於差動放大器22的非反相端有偏移電壓Vos，故 比較器24只有在輸入訊號JNP減小至INP=INN_V〇s時才 會轉怨為0。由上述說明可知，磁滯區間中心點的偏移 量確實可近乎為零。 請參閱第三A圖及第三B圖，其為本發明之低轉態 區間中心偏移磁滯型比較器的實際電路圖及磁滞區間 說明圖。如圖所示，該磁滯型比較器的磁滯區間相對 於輸入訊號INP-INN差為零對稱，即磁滯區間在輪入訊 號INP=INN的曲線兩側上各有該偏移量v〇s之寬度。故 知，本發明之磁滯型比較器具有最低轉態區間^心 移量。 請參閱第四A圖，其為具本發明之低轉態區間中心 偏移磁滯型比較器的定電流充電電路的電路圖。如圖 所示’該定電流充電電路40包含一本發明之低轉態： 間中心偏移磁滯型比較器41、一雙载子電晶體:一 電阻R1、一場效電晶體Q2、一電感L、—電容c、一電 1299617 阻Rc及一充電電池42。在VCC操作電壓下，一正相輸 入電壓訊號Vref自該磁滯型比較器41的非反相端輸 入，場效電晶體Q2被提供以一特定工作電壓VCC，充 電電池42因此被充電，其平均充電電流 1。二^11。=(¥代厂¥(；_〇8)/1^，其中¥(；為感測電壓，用以 指出充電電流Ic;偏移電壓Vc_os表示磁滯區間中心位 置偏移量。由於定電流充電電路40被預期以Vref/Rc之 電流Ic充電，即平均電流誤差為-Vc_os/Rc，故偏移電 壓Vc_os愈小愈佳。請再參閱第四B圖，其為第四A圖電 路之電壓的波動示意圖，其中顯示V c之波動範圍為該 磁滯型放大器41的磁滯區間。 藉由上述低轉態區間中心偏移磁滯型放大器之實 施，其輸出訊號的磁滯中心位置偏移量確實能達最小 化，故適合應用於特定需要電路中。 本案技術得由熟悉該項技藝人士任施匠思而為諸 般修飾，然皆不脫如附申請範圍所欲保護者。舉例而 言，雖上述說明係以磁滯型電壓比較器為例說明，但 實際上磁滯型電流比較器亦可以相同原理形成，另該 非反相端之偏移電壓或電流可為自然存於差動放大器 中者，亦可為外加者，甚可為任何等效於其二輸入端 上的不對稱性及差異性者。 11 1299617 【圖式簡單說明】 器之電 第A圖及第—B圖分別為習用磁滯型比較 路圖及磁滯區間說明圖。 為本發明之低轉態區間中心偏移磁滯型比 較為的電路示意圖。 圖為第二圖電路之實際實施電路圖。 L ®為第一圖電路之磁滯區間說明圖。 形比r圖為具本發明之低轉態區間中心偏移磁滯 1比較益的定電流充電電路的電路圖。 第四B圖為第四A圖電路之感測電廢波動範圍 圖0 【圖式符號說明】 10 磁滞比較器電路 21 一切換裝置 21-2第二開關 21-4第四開關 23 第二切換裝置 23-2第六開關 23-4第八開關 25 第一反相器 4〇 定電流充電電路 20 磁滯比較器 2M 第一開關 21-3 第三開關 22 差動放大器 23-1 第五開關 23-3 第七開關 24 一般比較器 26 第二反相器 41 12 磁滯型比較器 1299617 42 充電電池

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Claims (1)

1299617 九、申請專利範圍： 1·一種磁滯型電壓比較器，包含： 一第一切換裝置； 一差動放大器，具有一非反相端及一反相端，該非 反相端具有一偏移電壓，並經由該第一切換裝置接收 一非反相輸入訊號或一反相輸入訊號，該反相端經由 該第一切換裝置接收該反相輸入訊號或該非反相輸入 訊號’並輸出一差動非反相輸出訊號及一差動反相輸 出机5虎； 一第二切換裝置； 般比較器，具有一非反相端及一反相端，該 非反相端經由該第二切換裝置接收該差動非反相輸出 訊號或該差動反相輸出訊號，該反相端經由該第二切 換裝置接收該差動反相輸出訊號或該非反相輸入訊 號’並輸出一過渡輸出訊號； 一第一反相器，連接並反相該過渡輸出訊號，以 產生一第一控制訊號；及 一第二反相器，接收並反相該第一控制訊號而成 為第一控制訊號，該第二控制訊號為一最終輸出訊 號， _其中该第一控制及第二控制訊號聯合控制該第一 及第一切換裝置，藉以使該輸出訊號具有一最低電壓 1299617 偏移磁滯區間。 2·如申請專利範圍第1項之磁滯型電壓比較器，其中該 第一切換裝置包含： 一第一開關，接收該非反相輸入訊號，並與該差 動放大器之非反相端相接； 一第一開關’接收該非反相輸入訊號，並與該差 動放大器之反相端相接； 一第三開關，接收該反相輸入訊號，並與該差動 放大器之反相端相接；及 一第四開關，接收該反相輸入訊號，並與該差動 放大器之非反相端相接，且該第二切換裝置包含： 一第五開關，接收該差動放大器之差動非反相輸 出訊號，並與該比較器之非反相端相接； 一第六開關，接收該差動放大器之差動非反相輸 出訊號，並與該比較器之反相端相接； 一第七開關，接收該差動放大器之差動反相輸出 訊號，並與該比較器之反相端相接；及 一第八開關，接收該差動放大器之差動反相輸出 訊號，並與該比較器之非反相端相接， 其中該第一、第三、第五及第七開關受該第一控 制訊號的控制而啟閉，該第二、第四、第六及第八開 關受該第二控制訊號的控制而啟閉。 15 1299617 3 ·如申請專利範圍第1項之磁滯型電壓比較器，其中該 偏移電壓為該差動放大器所自然存在者。 4·如申請專利範圍第1項之磁滯型電壓比較器，其中該 偏移電壓為外加於該差動放大器上者。 5· —種磁滯型電流比較器，包含： 一第一切換裝置； 一差動放大器，具有一非反相端及一反相端，該非 反相端具有一偏移電流，並經由該第一切換裝置接收 一非反相輸入訊號或一反相輸入訊號，該反相端經由 該第一切換裝置接收該反相輸入訊號或該非反相輸入 訊號，並輸出一差動非反相輸出訊號及一差動反相輸 出訊號； 一第二切換裝置； --般比較器，具有一非反相端及一反相端，該 非反相端經由該第二切換裝置接收該差動非反相輸出 訊號或該差動反相輸出訊號，該反相端經由該第二切 換裝置接收該差動反相輸出訊號或該非反相輸入訊 號，並輸出一過渡輸出訊號； 一第一反相器，連接並反相該過渡輸出訊號，以 產生一第一控制訊號;及 一第二反相器，接收並反相該第一控制訊號而成 為一第二控制訊號，該第二控制訊號為一最終輸出訊 16 1299617 號， 々其中該第一控制及第二控制訊號聯合控制該第一 及第一切換裝置，藉以使該輸出訊號具有一最低電壓 偏移磁滞區間。 6·如申請專利範圍第5項之磁滯型電流比較器，其中該 第一切換裝置包含： 弟一開關’接收該非反相輸入訊號，並與該差 動放大器之非反相端相接； 一弟一開關’接收該非反相輸入訊號，並與該差 動放大器之反相端相接； 一第三開關，接收該反相輸入訊號，並與該差動 放大器之反相端相接；及 一第四開關，接收該反相輸入訊號，並與該差動 放大器之非反相端相接，且該第二切換裝置包含： 一第五開關，接收該差動放大器之差動非反相輸 出訊號，並與該比較器之非反相端相接； 一第六開關，接收該差動放大器之差動非反相輸 出訊號，並與該比較器之反相端相接； 一第七開關，接收該差動放大器之差動反相輸出 訊號，並與該比較器之反相端相接；及 一第八開關，接收該差動放大器之差動反相輸出 訊號，並與該比較器之非反相端相接’ 17 1299617 關受該第一控 第六及第八開 其中該第一、第三、第五及第七開 制訊號的控制而啟閉，該第二、第四、 關受該第二控制訊號的控制而啟閉。 入如申請專利範圍第5項之磁滯型電流比較器，其中該 偏移電流為該差動放大器所自然存在者。

8·如申請專利範圍第5項之磁滯型電流比較器，其中該 偏移電流為外加於該差動放大器上者。

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