专利名称：以神经元电路为基本单元的电压比较器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以神经元电路为基本单元的电压比较器电路。
本发明的任务通过以下技术方案实现一种以神经元电路为基本单元的电压比较器，它包括一具有两个输入端和一个控制端的二选一电路，用于选择比较器的两输入信号之一；一输入电容，其一端接二选一电路的输出，其用于完成比较器的两个输入信号的减法运算；一反相器电路，其输入接输入电容的另一端，其用于对比较器的两个输入信号之差进行放大；一电子开关，其开关两端分别接反相器电路的输入端、输出端，其控制端接二选一电路的控制端，其用于在反相器电路的输出输入之间建立或切断反馈回路。
所述二选一电路由两个电子开关构成，两电子开关的一端分别为二选一电路的两个输入端之一，两电子开关的另一端并接，作为二选一电路的输出端。
所述电子开关由一个NMOS晶体管、一个PMOS晶体管和一个反相器构成，两晶体管的源极和漏极分别对接，分别作为电子开关的两端，反相器接在两晶体管的栅极之间，反相器的输入端作为电子开关的控制端。
所述反相器电路由一个NMOS晶体管、一个PMOS晶体管构成，两晶体管的栅极并接，作为反相器电路的输入端，两晶体管的漏极并接，作为反相器电路的输出端。
所述反相器电路的输出至少串接一级放大器。
本发明比较器电路以神经元电路为基本单元构建，具有分辨率高、工作电压范围大、结构简单的优点，由于结构简单，故调节方便。
请参阅
图1的虚框部分。这是一个简化了的神经元电路，所谓神经元是神经网络的基本处理单元，它一般是一个多输入/单输出的非线性器件[1]。本发明便是一种以神经元电路为基本单元的比较器，它包括一个具有两个输入端和一个控制端的二选一电路Xmux1，它用于根据控制信号CTL选择比较器的两输入信号Va、Vb之一；一个输入电容Cin，其一端接二选一电路的输出，它用于完成比较器的两个输入信号Va和Vb的减法运算；一个反相器电路Inv2，其输入接输入电容Cin的另一端，它用于对比较器的两个输入信号Va、Vb之差进行放大；一个电子开关Xsw1，其开关两端分别接反相器电路Inv2的输入端、输出端，其控制端接二选一电路Xmux1的控制端，它用于在反相器电路的输出输入之间建立或切断反馈回路。
此外，如图1所示，在本发明的反相器电路的输出端还串接了多级放大器，该放大器可为反相器电路。
该比较器有复位、比较两个工作状态，以CTL控制其工作状态。在作比较前，首先置CTL为高电平，电路处于复位状态，2节点电位是Vb，3节点处于跳变电位VT，这时，输出无效数据。当CTL变为低电平时，2节点电位变为Va，3节点变为VT+ΔV＝VT+Va-Vb，输出结果是他们的大小关系。该电路能完成Va与Vb的比较。工作原理如下所述。
复位状态CTL输入高电平，电子开关Xsw1闭合，二选一电路Xmux1选通Vb。这时，由于Xsw1闭合，节点3和4短接，形成反馈，在反馈电路的作用下，将3点电位置于反相器的跳变电位VT。2点电位则为Vb。
比较状态CTL输入低电平，开关Xsw1断开，二选一电路Xmux1选通Va。这时，2点电位跳变成Va，变化量ΔV＝Va-Vb。因此，3点电位变为VT+ΔV。当ΔV＞0，经过多级放大电路的放大，out输出为1；当ΔV＜0时，out输出为0。
请参阅图2。上述反相器电路是由一个NMOS管M1和PMOS管M2构成的典型CMOS反相器，两管的栅极并接，作为反相器电路的输入端X，两管的漏极并接，作为反相器电路的输出端Y。
请参阅图3。上述电子开关由一个NMOS管M1、一个PMOS管M2、一个反相器构成，两管的源极和漏极分别对接，分别作为电子开关的两端X和Y，反相器接在两管的栅极之间，反相器的输入端作为电子开关的控制信号CTL。
请参阅图4。上述二选一电路由两个电子开关构成，两电子开关的一端分别为二选一电路的两个输入端X1和X2，两电子开关的另一端并接，作为二选一电路的输出端Y。其中每个电子开关的构成和图3一样，由一个共用的反相器、NMOS管M1和PMOS管M2或M3和M4构成。
图1虚框中的电路是简化了的神经元电路，电路的两个输入根据电路的控制信号在不同的时刻输入，并在比较状态完成运算。后三级反相器作放大用，其级数可根据实际需要改变。
本发明比较器对外有四个信号端脚，其中Va、Vb是两个模拟输入信号端，CTL是输入控制信号端，out是比较输出信号端。
本发明比较器的工作范围可以达到0～VDD，这是因为输入信号在输入电容已完成了两个输入信号的减法运算，然后将减法的结果送到放大器中放大，避免了直接将要比较的两个信号直接送到放大器的输入，从而增加了电路的工作范围。
由于四级反相器电路的放大系数很大，故这种比较器的分辨率很高，可达到2mv。
本发明比较器的频率由电路复位时间和电路比较所需时间决定。所需时间越长，工作频率越小。本发明比较器的工作频率比较高，可以达到50MHZ以上。
参考文献《広带域DS-CDMA用ベ一スバンド处理部低消费电力化技术》p53-74，寿国梁，1998
权利要求
1.一种以神经元电路为基本单元的电压比较器，其特征在于它包括一具有两个输入端和一个控制端的二选一电路，用于选择比较器的两输入信号之一；一输入电容，其一端接二选一电路的输出，其用于完成比较器的两个输入信号的减法运算；一反相器电路，其输入接输入电容的另一端，其用于对比较器的两个输入信号之差进行放大；一电子开关，其开关两端分别接反相器电路的输入端、输出端，其控制端接二选一电路的控制端，其用于在反相器电路的输出输入之间建立或切断反馈回路。
2.如权利要求1所述的以神经元电路为基本单元的电压比较器，其特征在于所述二选一电路由两个电子开关构成，两电子开关的一端分别为二选一电路的两个输入端之一，两电子开关的另一端并接，作为二选一电路的输出端。
3.如权利要求1或2所述的以神经元电路为基本单元的电压比较器，其特征在于所述电子开关由一个NMOS晶体管、一个PMOS晶体管和一个反相器构成，两晶体管的源极和漏极分别对接，分别作为电子开关的两端，反相器接在两晶体管的栅极之间，反相器的输入端作为电子开关的控制端。
4.如权利要求1所述的以神经元电路为基本单元的电压比较器，其特征在于所述反相器电路由一个NMOS晶体管、一个PMOS晶体管构成，两晶体管的栅极并接，作为反相器电路的输入端，两晶体管的漏极并接，作为反相器电路的输出端。
5.如权利要求1所述的以神经元电路为基本单元的电压比较器，其特征在于所述反相器电路的输出至少串接一级放大器。
6.如权利要求5所述的以神经元电路为基本单元的比较器，其特征在于所述放大器为反相器电路。
全文摘要
本发明公开了一种以神经元电路为基本单元的电压比较器电路，它包括一具有两个输入端和一个控制端的二选一电路，用于选择比较器的两输入信号之一；一输入电容，其一端接二选一电路的输出，其用于完成比较器的两个输入信号的减法运算；一反相器电路，其输入接输入电容的另一端，其用于对比较器的两个输入信号之差进行放大；一电子开关，其开关两端分别接反相器电路的输入端、输出端，其控制端接二选一电路的控制端，其用于在反相器电路的输出输入之间建立或切断反馈回路。该电路具有分辨率高、工作电压范围大、结构简单、调节方便等优点。
文档编号H03K19/00GK1428934SQ01144900
公开日2003年7月9日 申请日期2001年12月28日 优先权日2001年12月28日
发明者旷章曲, 吴南健, 陈杰, 寿国梁, 杨军 申请人:北京六合万通微电子技术有限公司