[發明專利]一種比較器

有效

• 申請號: 201110419984.3
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102420594A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 楊喆;王釗
• 申請（專利權）人: 無錫中星微電子有限公司
• 主分類號: H03K5/24
• 分類號: H03K5/24
• 代理公司: 無錫互維知識產權代理有限公司 32236
• 代理人: 戴薇

【技術領域】

本發明涉及電路設計領域，特別是涉及一種比較器。

【背景技術】

比較器是集成電路中常用的電路模塊，其功能是比較輸入端的信號差異，輸出離散的高或者低的信號。請參考圖1所示，其為現有技術中比較器的結構框圖，所述比較器包括正相輸入端VIN+、反相輸入端VIN-和輸出端VOUT。請參考圖2所示，其為圖1所示比較器理想的傳輸曲線圖，其中橫坐標為VIN+-VIN-，縱坐標為所述輸出信號VOUT，VOH為輸出信號VOUT的高電平信號值，VOL為輸出信號VOUT的低電平信號值。當正相輸入電壓VIN+大于反相輸入電壓VIN-時，比較器輸出信號VOUT為高電平信號VOH；當正相輸入電壓VIN+小于反相輸入電壓VIN-時，比較器輸出信號VOUT為低電平信號VOL；當正相輸入電壓VIN+等于反相輸入電壓VIN-時，比較器輸出信號VOUT實現翻轉。而在實際使用中，比較器的輸出信號VOUT在翻轉時存在延遲時間，所述延遲時間是比較器重要的動態特性之一，其定義為比較器的輸入激勵到輸出翻轉之間的時延，這個指標越小越好。

請參考圖3，其為現有技術中的兩級比較器。所述兩級比較器中的輸入級電路310包括PMOS(P-channel?Metal?Oxide?Semiconductor)晶體管M3，PMOS差分晶體管M1和M2，NMOS(N-channel?Metal?Oxide?Semiconductor)晶體管M6和M7。PMOS差分晶體管M1的源極與PMOS差分晶體管M2的源極相連，所述PMOS差分晶體管M3串聯在電源VCC和PMOS差分晶體管M1的源極與PMOS差分晶體管M2的源極的連接節點之間。

PMOS差分晶體管M1的柵極為所述輸入級電路310的反相輸入端口VIN-，PMOS晶體管M2的柵極為所述輸入級電路310的正相輸入端口VIN+。NMOS晶體管M6的源極接地，漏極接PMOS差分晶體管M1的漏極，NMOS晶體管M7的源極接地，漏極接PMOS差分晶體管M2的漏極。NMOS晶體管M6的柵極與NMOS晶體管M7的柵極相連，NMOS晶體管M6的柵極與其漏極相連。NMOS晶體管M7與PMOS差分晶體管M2的中間節點為所述輸入級電路310的輸出端NET1。

所述輸出級電路320包括串聯在電源和地之間的PMOS晶體管M4和NMOS晶體管M8，NMOS晶體管M8的柵極為所述輸出級電路320的輸入端，其與所述輸入級電路310的輸出端NET1相連，PMOS晶體管M4和NMOS晶體管M8的中間節點為所述輸出級電路320的輸出端VOUT(即所述比較器的輸出端VOUT)。

PMOS晶體管M3、M4和M5的源極與電源VCC相連，PMOS晶體管M3、M4和M5的柵極互連，并且PMOS晶體管M5的柵極與PMOS晶體管M5的漏極相連，PMOS晶體管M5的漏極接基準電流IBIAS。PMOS晶體管M3、M4和M5構成電流鏡。PMOS晶體管M3通過鏡像基準電流IBIAS而提供第一鏡像電流，可以稱PMOS晶體管M3為第一電流源。PMOS晶體管M4通過鏡像基準電流IBIAS提供第二鏡像電流，可以稱PMOS晶體管M4為第二電流源。

請參考圖4所示，其為圖3中的兩級比較器各個信號的時間曲線圖。其橫坐標為時間T，縱坐標表示電壓值V。其分別表示輸入電壓VIN+和輸入電壓VIN-的時間曲線，輸入級電路310的輸出NET1和比較器的輸出VOUT的時間曲線圖。結合圖3和圖4可知，在比較器的輸出信號VOUT由高電平信號向低電平信號翻轉前由于輸入電壓VIN+大于輸入電壓VIN-，PMOS差分晶體管M2的電流小于PMOS差分晶體管M1的電流，PMOS差分晶體管M1的電流等于NMOS晶體管M5的電流，且NMOS晶體管M7鏡像NMOS晶體管M5的電流，因此，使得第一輸入級的輸出端NET1輸出低電平0V。當比較器輸入電壓VIN+與VIN-的差逐漸減小至電壓相同時，比較器應該開始翻轉，但NET1節點要從零電平上升到NMOS晶體管M8的閾值電壓才能使比較器的輸出VOUT翻轉。這段時間與PMOS差分晶體管M1和M2的尾電流大小即PMOS晶體管M3的電流大小和NET1節點的寄生電容有關，這段時間也是比較器延遲時間的重要組成部分。在低功耗應用中，若差分輸入對的尾電流較小，則這段時間會更長，導致比較器的延遲時間更長，這是大多數應用不希望看到的。

因此，有必要提出一種改進的技術方案來解決上述問題。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種比較器，其可以縮短比較器的延遲時間，從而提高比較器的翻轉速度。