TWI528721B - 用於具有大動態範圍之軌條對軌條比較器之偏移校準及精度磁滯 - Google Patents

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Description

用於具有大動態範圍之軌條對軌條比較器之偏移校準及精度磁滯
本發明係關於軌條對軌條比較器，且更特定言之，本發明係關於用於具有大動態範圍之軌條對軌條比較器之偏移校準及精度磁滯。
一種軌條對軌條比較器輸入級具有兩種類型的差動對，必須分開偏移校準該等差動對。因為軌條對軌條比較器輸入級之Gm(跨導)隨輸入共模電壓而變化，所以此要求使精度磁滯加至軌條對軌條比較器複雜化。由於磁滯電壓變成一變數，尤其當輸入共模電壓在電壓軌條之中間附近時，磁滯變成任一軌條(例如，Vdd或共同(接地))附近之值之一半。
藉由追蹤軌條對軌條比較器輸入級之Gm(跨導)改變且使用該資訊產生磁滯電壓而解決上文提到的問題且實現其他及另外利益。根據本發明之教示，一種兩級方法可用於增加磁滯至第二級。該軌條對軌條比較器之第一級大致以單位增益進行操作。該軌條對軌條比較器之第二級操作為具有磁滯之一正規高增益放大器。額外電路追蹤該第一級之Gm(跨導)改變，以使第二級磁滯對該第一級處之該輸入共模電壓不敏感。此亦使更容易產生一可程式化磁滯，該磁滯對所有輸入電壓值係準確的。
根據本發明之一明確例示性實施例，一軌條對軌條比較器包括：一第一級差動放大器，其具有差動輸入端及差動輸出端，該第一級差動放大器具有共模輸入偏移校準；一第二級差動放大器，其具有耦合至該第一級差動放大器之該等差動輸出端之差動輸入端及用於供應第一邏輯位準及第二邏輯位準之一數位輸出端，該第一邏輯位準及該第二邏輯位準取決於該第一級差動放大器之該等差動輸入端處之一差動電壓之一值；一共模電壓追蹤電路，其耦合至該第一級差動放大器；及一磁滯控制電路，其耦合至該第二級差動放大器及該共模電壓追蹤電路，其中該磁滯控制電路獨立於該第一級差動放大器之該等差動輸入端處之該共模電壓而控制該第二級差動放大器之磁滯。
根據本發明之另一明確例示性實施例，一軌條對軌條比較器包括：一差動放大器，其具有差動輸入端及用於供應第一邏輯位準及第二邏輯位準之一數位輸出端，該第一邏輯位準及該第二邏輯位準取決於該差動放大器之該等差動輸入端處之一差動電壓之一值，該差動放大器具有共模輸入偏移校準；一共模電壓追蹤電路，其耦合至該差動放大器；及一磁滯控制電路，其耦合至該差動放大器及該共模電壓追蹤電路，其中該磁滯控制電路獨立於該差動放大器之該等差動輸入端處之該共模電壓而控制該差動放大器之磁滯。
參考聯繫隨附圖式做出的以下描述可獲得對本發明之一更完整的理解。
雖然本發明易經受各種修改及替代形式，但其等之明確例示性實施例已在圖式中予以展示且在本文予以詳細描述。然而，應瞭解明確例示性實施例之本文描述並不意欲將本發明限制於本文揭示的特定形式，相反，本發明涵蓋隨附申請專利範圍中定義的所有修改及等效物。
現在參考圖式，示意性說明明確例示性實施例之細節。圖式中之相同的元件將由相同的數字表示，且類似的元件將由具有一不同小寫字母詞尾之相同數字表示。
參考圖1，其描繪根據本發明之一明確例示性實施例之一種兩級軌條對軌條比較器之一示意方塊圖。一般由數字100表示之一種兩級軌條對軌條比較器包括：一第一級102、一第二級104、共模電壓追蹤電路106及磁滯控制108。該第一級102具有差動輸入端114，該差動輸入端114連接至將電流饋送至二極體連接的負載之差動輸入對(圖2)。該第二級104接收來自該第一級102之一差動輸出信號(Out 1及Out 2)且放大此輸出信號足以驅動反相閘110，繼而驅動反相閘112。偏移校準在該第一級102之N通道及P通道差動對(圖2)之每一者中實施為一源極退化電阻器梯。尾電流流過一多工器使得該多工器中開關之串聯電阻不影響該等偏移校準。藉由將尾電流之一分率作為正回饋電流加至該第二級104之差動對而在該第二級104中實施磁滯。因為取決於該等反相閘110及112之邏輯狀態(取決於該第二級104之輸出邏輯狀態)相同電流流過該多工器，所以可確保該磁滯之對稱性。該磁滯電流利用該共模電壓追蹤電路106追蹤該第一級102之Gm(跨導)改變。此允許該第二級104之磁滯對該等差動端114處之共模電壓之值大致不敏感。
參考圖2，其描繪圖1之該兩級軌條對軌條比較器之該第一級之一更詳細的示意圖。該第一級102包括一低增益(例如，單位增益)級，該低增益級具有：P通道電晶體(例如，金屬氧化物半導體(MOS)電晶體)220及222，該等電晶體可操作用於輸入共模電壓範圍之下半區；及N通道電晶體(例如，金屬氧化物半導體(MOS)電晶體)224及226，該等電晶體可操作用於輸入共模電壓範圍之上半區。有一重疊區域，在重疊該區域中該P通道電晶體對220及222與該N通道電晶體對224及226兩者進行操作。
可利用該等P通道電晶體220與222之源極間之一可調整電阻器網路228及該等N通道電晶體224與226之源極間之一可調整電阻器網路230實施偏移校準。因為該可調整電阻器網路228用於該P通道電晶體對220及222，且該可調整電阻器網路230用於該N通道電晶體對224及226，所以該等可調整電阻器網路228及230之每一者將獨立於輸入對(P通道電晶體220與222及N通道電晶體224與226)使偏移貢獻為零。因此，在該等電晶體間無任何誤差或相互作用情況下可改正偏移電壓之共模依賴。使用電流源232結合該P通道電晶體對220及222，且使用電流源234結合該N通道電晶體對224及226。
參考圖3，其描繪圖1之該兩級軌條對軌條比較器之第二級及磁滯控制之一更詳細的示意圖。該第二級104包括輸入對N通道電晶體(例如，金屬氧化物半導體(MOS)電晶體)378與380及至單端輸出P通道電晶體374及376之差動輸入端。將磁滯加至具有一N通道電晶體420之此第二級104，該N通道電晶體透過開關422或開關424注入一磁滯電流Ihyst至該第二級104，該開關422或開關424組態為一多工器且由該等反相閘110及112之輸出狀態控制。該磁滯電流Ihyst係來自圖4中展示之電路的電流之一分率之一鏡像。
參考圖4，其描繪圖1之該兩級軌條對軌條比較器之該共模電壓追蹤電路之一更詳細的示意圖。該共模電壓追蹤電路106包括作為一差動輸入對之P通道電晶體408與410及作為一第二差動輸入對之N通道電晶體412與414。此二對差動輸入對分別複製P通道電晶體輸入對220與222及N通道電晶體輸入對224與226之操作。該共模電壓追蹤電路106將獨立電流產生供應至圖3中展示之該磁滯控制108。該磁滯控制108使用I2作為至該第二級104之差動輸入對(N通道電晶體378及380)之正回饋電流。因此該磁滯電流Ihyst利用該第一級102之該等共模輸入對(P通道電晶體220與222及N通道電晶體224與226)之共模追蹤電流I1+I2來追蹤該輸入級102之Gm(跨導)。
參考圖5，其描繪根據本發明另一明確例示性實施例之一單級軌條對軌條比較器之一示意方塊圖。一般由數字500表示之一單級軌條對軌條比較器包括一差動輸入單級502、一共模電壓追蹤電路506及磁滯控制508。
參考圖6及圖7，其描繪圖5之該單級軌條對軌條比較器之該差動輸入單級、共模電壓追蹤電路及磁滯控制之更詳細的示意圖。該差動輸入單級502包括：P通道電晶體(例如，金屬氧化物半導體(MOS)電晶體)620及622，該等電晶體可操作用於輸入共模電壓範圍之下半區；及N通道電晶體(例如，金屬氧化物半導體(MOS)電晶體)624及626，該等電晶體可操作用於輸入共模電壓範圍之上半區。有一重疊區域，在該重疊區域中該P通道電晶體對620及622與該N通道電晶體對624及626兩者進行操作。
可利用該等P通道電晶體620與622之源極間之一可調整電阻器網路628及該等N通道電晶體624與626之源極間之一可調整電阻器網路630實施偏移校準。因為該可調整電阻器網路628用於該P通道電晶體對620及622，且該可調整電阻器網路630用於該N通道電晶體對624及626，所以該等可調整電阻器網路628及630之每一者將獨立於輸入對(P通道電晶體620與622及N通道電晶體624與626)使偏移貢獻為零。因此，在該等電晶體間無任何誤差或相互作用情況下可改正偏移電壓之共模依賴。使用流過電流鏡電晶體634之電流源632結合該P通道電晶體對620及622，且使用流過電流鏡電晶體656之電流源662結合該N通道電晶體對624及626。
利用磁滯控制508將磁滯加至該單級502。該磁滯控制508包括差動輸入對P通道電晶體638及640、差動輸入對N通道電晶體650及652、多工器開關642至648及電流鏡電晶體654。類似於上文描述的該兩級比較器100之操作，該電流鏡電晶體654跟隨流過電晶體656之尾電流。
雖然已參考本發明之例示性實施例描繪、描述且定義本發明之實施例，但此等參考並不暗示對本發明之限制，且不會推導出此限制。瞭解有關技術且具有本發明之利益之一般技術者將瞭解，揭示的主旨在形式及功能上可具有相當的修改、變體及等效。本發明之描繪並描述的實施例僅係實例且並非本發明之詳盡範圍。
100．．．兩級軌條對軌條比較器/兩級比較器
102．．．第一級
104．．．第二級
106．．．共模電壓追蹤電路
108．．．磁滯控制
110．．．反相閘
112．．．反相閘
114．．．差動輸入端
220．．．P通道電晶體
222．．．P通道電晶體
224．．．N通道電晶體
226．．．N通道電晶體
228．．．可調整電阻器網路
230．．．可調整電阻器網路
232．．．電流源
234．．．電流源
374．．．P通道電晶體
376．．．P通道電晶體
378．．．N通道電晶體
380．．．N通道電晶體
408．．．P通道電晶體
410．．．P通道電晶體
412．．．N通道電晶體
414．．．N通道電晶體
420．．．N通道電晶體
422．．．開關
424．．．開關
500．．．單級軌條對軌條比較器
502．．．差動輸入單級
506．．．共模電壓追蹤電路
508．．．磁滯控制
620．．．P通道電晶體
622．．．P通道電晶體
624．．．N通道電晶體
626．．．N通道電晶體
628．．．可調整電阻器網路
630．．．可調整電阻器網路
632．．．電流源
634．．．電流鏡電晶體
638．．．P通道電晶體
640．．．P通道電晶體
642．．．多工器開關
644．．．多工器開關
646．．．多工器開關
648．．．多工器開關
650．．．N通道電晶體
652．．．N通道電晶體
654．．．電流鏡電晶體
656．．．電流鏡電晶體
662．．．電流源
圖1繪示根據本發明之一明確例示性實施例之一種兩級軌條對軌條比較器之一示意方塊圖；
圖2繪示圖1之該兩級軌條對軌條比較器之第一級之一更詳細的示意圖；
圖3繪示圖1之該兩級軌條對軌條比較器之第二級及磁滯控制之一更詳細的示意圖；
圖4繪示圖1之該兩級軌條對軌條比較器之共模電壓追蹤電路之一更詳細的示意圖；
圖5繪示根據本發明之另一明確例示性實施例之一單級軌條對軌條比較器之一示意方塊圖；及
圖6及圖7繪示圖5之該單級軌條對軌條比較器之單一差動輸入級、共模電壓追蹤電路及磁滯控制之更詳細的示意圖。
100．．．兩級軌條對軌條比較器/兩級比較器
102．．．第一級
104．．．第二級
106．．．共模電壓追蹤電路
108．．．磁滯控制
110．．．反相閘
112．．．反相閘
114．．．差動輸入端

Claims (13)

  1. 一種軌條對軌條比較器，其包括：一第一級差動放大器(102)，其具有差動輸入端及差動輸出端，該第一級差動放大器(102)具有差動輸入偏移電壓校準(228，230)；一第二級差動放大器(104)，其具有耦合至該第一級差動放大器(102)之該等差動輸出端之差動輸入端，其中該第二級差動放大器(104)包括與至單端輸出P通道電晶體(374，376)之差動輸入端耦合之一輸入對N通道電晶體(378，380)，該單端輸出P通道電晶體(374，376)形成用於供應第一邏輯位準及第二邏輯位準之一數位輸出端，該第一邏輯位準及該第二邏輯位準取決於該第一級差動放大器(102)之該等差動輸入端處之一差動電壓之一值；一共模電壓追蹤電路(106)，其耦合至該第一級差動放大器(102)，並產生獨立於該輸入處之一共模電壓之一控制電流；及一磁滯控制電路(108)，其耦合至該第二級差動放大器(104)及該共模電壓追蹤電路(106)，其中該磁滯控制電路(108)藉由將一磁滯電流注入該第二級差動放大器(104)之第一或第二N通道電晶體(378，380)之一輸出而控制該第二級差動放大器之磁滯，其中該磁滯電流係由該共模電壓追蹤電路(106)產生之該控制電流之一分率。
  2. 如請求項1之軌條對軌條比較器，其中該第一級差動放大器(102)包括一P通道電晶體對(220，222)及一N通道電 晶體對(224，226)，其中該P通道電晶體對(220，222)及該N通道電晶體對(224，226)具有獨立的共模輸入偏移校準調整(228；230)。
  3. 如請求項2之軌條對軌條比較器，其中該等獨立的共模輸入偏移校準調整包括該P通道電晶體對(228)之源極間連接之一第一偏移校準電位計(228；230)及該N通道電晶體對(224，226)之源極間連接之一第二偏移校準電位計(230)。
  4. 如請求項1之軌條對軌條比較器，其中該磁滯控制電路(106)追蹤該第一級差動放大器(102)之跨導，以提供該第二級差動放大器(104)之獨立的磁滯。
  5. 如請求項4之軌條對軌條比較器，其中該磁滯控制電路(108)使用該控制電流之該部分作為至該第二級差動放大器(104)之該差動輸入電晶體對(378，380)之正回饋電流。
  6. 如請求項5之軌條對軌條比較器，其中透過一對多工器開關(422，424)將該控制電流之該部分供應至該第二級差動放大器(104)，該對多工器開關(422，424)由該第二級差動放大器(104)之輸出邏輯狀態控制。
  7. 一種軌條對軌條比較器，其包括：一差動放大器(502)，其具有一差動輸入級(502a)及具有接收來自該差動輸入級(502a)之一差動信號之第一及第二支路之一輸出級(502b)，且具有用於供應第一邏輯位準及第二邏輯位準之一數位輸出端(510，512)，該第 一邏輯位準及該第二邏輯位準取決於該差動放大器(502)之該等差動輸入端處之一差動電壓之一值，該差動放大器(502)具有差動輸入偏移電壓校準；一共模電壓追蹤電路(638，640，650，652)，其耦合至該差動放大器(502)，並產生第一及第二控制電流；及一磁滯控制電路(508)，其耦合至該差動放大器(502)及該共模電壓追蹤電路(638，640，650，652)，其中該磁滯控制電路(508)藉由將該第一及該第二控制電流注入該差動放大器(502)之該輸出級(502b)之該第一及該第二支路而控制該差動放大器(502)之磁滯。
  8. 如請求項7之軌條對軌條比較器，其中該差動放大器(502)包括一P通道電晶體對(620，622)及一N通道電晶體對(624，626)，其中該P通道電晶體對(620，622)及該N通道電晶體對(624，626)具有獨立的差動輸入偏移電壓校準調整(628，630)。
  9. 如請求項8之軌條對軌條比較器，其中該等獨立的差動輸入偏移電壓校準調整包括該P通道電晶體對(620，622)之源極間連接之一第一偏移校準電位計(628)及該N通道電晶體對(624，626)之源極間連接之一第二偏移校準電位計(630)。
  10. 如請求項7之軌條對軌條比較器，其中該磁滯控制電路(638，640，650，652)追蹤該差動放大器(502)之跨導，以提供該差動放大器(502)之獨立的磁滯。
  11. 如請求項1至10之任一者之軌條對軌條比較器，其中該 數位輸出包括與一第二反相器(112；512)串聯地耦合之一第一反相器(110；510)，其中該第一反相器(110；510)及該第二反相器(112；512)之輸出信號控制該控制電流或該第一及該第二控制電流之注入。
  12. 如請求項11之軌條對軌條比較器，其中該第一反相器(110；510)控制用於電流注入之一第一開關(422)，及該第二反相器(112)控制用於電流注入之一第二開關(424)。
  13. 如請求項11之軌條對軌條比較器，其中該第一反相器(510)控制用於第一及第二電流之電流注入至該差動放大器(502)之該輸出級(502b)之該第一支路中之第一及第二開關(642，648)，及該第二反相器(512)控制用於第一及第二電流之電流注入至該差動放大器(502)之該輸出級(502b)之該第二支路中之第三及第四開關(644，646)。
TW100107610A 2010-03-17 2011-03-07 用於具有大動態範圍之軌條對軌條比較器之偏移校準及精度磁滯 TWI528721B (zh)

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