专利名称：一种准确迟滞的比较器和制备方法
技术领域：
本发明涉及电路领域，更确切地说，本发明涉及用于设计一种模拟信号的比较器 和制备方法。
背景技术：
模拟信号的比较器是各种模拟电路中常见的功能性构造块。迟滞信号比较器在其 参考信号附近具有一个迟滞回线，通常可用于反馈电子控制电路中，以避免没有这种迟滞 回线时控制信号在其目标值附近不必要的过度振荡。
图1表示Ricon-Mora等人发明的名称为“准确、快速以及用户可编程的迟滞比较 器”的原有技术的专利号为6，229，350的美国专利(下文称作美国6，229，350)。图1表示 原有技术的迟滞比较器1，图2表示其信号输入/输出(I/O)特性2。图2适用于任何迟滞 比较器。原有技术的迟滞比较器1的关键I/O信号，为一对输入信号VINa和VINbW及一个 2-电平输出信号V0T。对于本领域的技术人员，参照输入信号VINb，图2所示的VOT与VINa 的关系图的特点表示，在VINa = VINb附近，有一个迟滞窗Vhys = 2 * AV的电平跃迁。原有技术的迟滞比较器1的以下主要功能块互相耦合在一起一个差分输入级，用于将输入信号对VINa和VINb差分转换成中间电流信号。一个总和节点和一个输出增益级，用于将中间电流信号转换并放大成末级2-电 平输出信号V0T。—个可转向偏移电流产生器，用于通过其电流转向开关，产生偏移电流并将偏移 电流注入到差分输入级，从而在VOT与VINa特性关系中，产生Vhys的迟滞窗。还含有一个信 号转换器，将VOT转换成可转向偏移电流产生器内部所需要的差分控制信号。注意通过可 转向偏移电流产生器所使用的一个“V·”信号，Vhys还可以允许用户编程。电流镜，来自于电流源"Ibias”，用于为差分输入级和可转向偏移电流产生器提供 所需的多个偏移电流。本领域的技术人员已知，原有技术的迟滞比较器1的迟滞窗Vhys由以下的方程式 决定Vhys = 2Δν= 1(偏移)/Gm(输入)=V 控制 (1)其中1(偏移)=Gm(输入)* V 控制(2)
权利要求
一种迟滞比较器，其特征在于，用于比较两个输入信号电压VINA和VINB，通过一个迟滞窗Vhys产生一个2 电平输出信号VOT反映VINA和VINB之间的相对幅度，所述迟滞比较器包括一个带有输出电流的差分输入级，所述的差分输入级具有数个晶体管跨导为Gmtnx的差分连接的输入晶体管，将所述的VINA和VINB，以输入级跨导Gmin转换成相应的中间信号电流IINA和IINB；一个可转向偏移电流产生器，由逻辑转向控制信号控制，通过其两个输出偏移电流IOSA或IOSB的任一个，产生并控制一个偏移电流IOS的方向；以及一个电流 至电压的总和转换器，连接到IINA、IOSA、IINB和IOSB上；其中，所述的总和转换器分别将电流IINA和IOSA以及电流IINB和IOSB相加，并转换成所述的2 电平输出信号VOT加上逻辑态对应VOT电平的转向控制信号，从而使得Vhys＝IOS/Gmin；并且其中所述的输入晶体管连接形成负反馈回路用于从输入级跨导Gmin上略去晶体管跨导Gmtnx的影响。
2.如权利要求1所述的迟滞比较器，其特征在于，所述差分输入级还包括一个连接到 输入晶体管上的反馈电阻Rnf，其中Gmin由反馈跨导决定，并等于反馈跨导Gnf= 1/Rnf，与 Gmtnx无关。
3.如权利要求1所述的迟滞比较器，其特征在于，所述可转向偏移电流产生器还包括 一个耦合到IOS上由逻辑转向控制信号驱动的电流转向开关，所述的的电流转向开关根据 转向控制信号的逻辑态，通过IOSa或IOSb的任一个，控制IOS的方向。
4.如权利要求2所述的迟滞比较器，其特征在于，所述的多个差分连接的输入晶体管 还包括差分连接的一对输入开关晶体管TNXsa和TNXsb，其中TNXsa和TNXsb的晶体管跨导、输出 电阻分别等于GmSA、Rsa和GmSB、Rsb ；以及输入负载晶体管TNXla和ΤΝΧω的一个差分对，在一个交错结构中分别耦合到TNXsa和 TNXsb上，产生负反馈回路，其中TNXu和ΤΝΧω的晶体管跨导、输出电阻分别等于Gmu、Rla和 GmLB、Rlb ；并且Rnf的尺寸遵循以下标准1 >> GmSA I gmsb uRnf GmLARSA GmLBRSB °
5.如权利要求4所述的迟滞比较器，其特征在于，VINa连接到TNXsa的栅极，VINb连接 到TNXsb的栅极。
6.如权利要求5所述的迟滞比较器，其特征在于，为了将VINa和VINb转换成对应的 IINa和IINB，所述的差分输入级还包括第一和第二NNa-参考电流源，桥接位于总和转换器和地之间的TNXsa和TNXla,加上一 个由ΤΝΧ^^Π—个桥接总和转换器和地的晶体管形成的电流镜；以及第一和第二IINb-参考电流源，桥接位于总和转换器和地之间的TNXsb和TNX『加上一 个由ΤΝΧω和一个桥接总和转换器和地的晶体管形成的电流镜。
7.如权利要求6所述的迟滞比较器，其特征在于，TNXu的栅极耦合到TNXsa的漏极， TNXlb的栅极耦合到TNXsb的漏极，TNXla的漏极耦合到TNXsa的源极，ΤΝΧω的漏极耦合到TNXSB 的源极。
8.如权利要求7所述的迟滞比较器，其特征在于，第一IINa-参考电流源连接在TNXu 的栅极和地之间，第二IINa-参考电流源连接在TNXsa和总和转换器之间，第一 NNb-参考电 流源连接在ΤΝΧω的栅极和地之间，第二IINb-参考电流源连接在TNXsb和总和转换器之间。
9.如权利要求8所述的迟滞比较器，其特征在于，第一IINa-参考电流源小于第二 IINa-参考电流源，第一 IINb-参考电流源小于第二 IINb-参考电流源。
10.如权利要求9所述的迟滞比较器，其特征在于，第一IINa-参考电流源和第一IINb-参考电流源，分别是第二 IINa-参考电流源和第二 IINb-参考电流源的尺寸的一半。
11.如权利要求2所述的迟滞比较器，其特征在于，所述的多个差分连接的输入晶体管 还包括差分连接的一对输入开关晶体管TNXsa和TNXsb，其中TNXsa和TNXsb的晶体管跨导、输出 电阻分别等于GmSA、Rsa和GmSB、Rsb ；以及输入负载晶体管TNXla和ΤΝΧω的一个差分对，在一个交错结构中分别耦合到TNXsa和 TNXsb上，产生负反馈回路，其中TNXu和ΤΝΧω的晶体管跨导、输出电阻分别等于Gmu、Rla和 GmLB、Rlb ；所述的差分输入级还包括两个分别由VINA*VINB驱动的运算放大器0pAmpA*0pAmpB， 每个都带有分别靠近TNXsa和TNXsb的负反馈回路，用于缓冲VINa和VINb ；并且，Rnf的尺寸遵循以下标准
12.如权利要求11所述的迟滞比较器，其特征在于，为了将VINa和VINb转换成相应的 IINa和IINB，所述的差分输入级还包括一个IINa-参考电流源，桥接TNXsa和总和转换器，加上一个由TNXu和一个桥接总和转 换器和地的晶体管形成的电流镜；以及一个IINb-参考电流源，桥接TNXsb和总和转换器，加上一个由ΤΝΧω和一个桥接总和转 换器和地的晶体管形成的电流镜。
13.如权利要求4所述的迟滞比较器，其特征在于，由于负反馈，使得输入开关晶体管的跨导被抵消，所述Rnf的标准变为
14.如权利要求4所述的迟滞比较器，其特征在于，差分输入级还包括多个NNa-参考 电流源，加上连接TNXsa和TNXu的电流镜，以将所述的VINa和VINb转换成中间信号电流 ΙΙΝα。
15.如权利要求4所述的迟滞比较器，其特征在于，差分输入级还包括多个IINb-参考3电流源，加上连接TNXsb和ΤΝΧω的电流镜，以将所述的VINa和VINb转换成中间信号电流 IINB。
16.如权利要求3所述的迟滞比较器，其特征在于，所述的电流转向开关还包括一对差 分连接的控向晶体管，交替连接到IOS上，分别提供IOSa* IOSb，所述的转向控制信号具有 一对差分转向信号，分别耦合到控向晶体管的控制端上。
17.如权利要求1所述的迟滞比较器，其特征在于，所述的总和转换器包括一个总和晶体管TNXsuma，连接到电流IINa、IOSa上，并将电流总和转换成中间差分输出 信号VioA ；一个总和晶体管TNXs■，连接到电流IINb、IOSb上，并将电流总和转换成中间差分输出 信号VioB ；一个输出增益级，耦合到中间差分输出信号(VioA、VioB)上，用于将它们放大成V0T，并 产生转向控制信号。
18.一种制备带有迟滞窗Vhys的迟滞比较器的方法，其特征在于，用于比较两个输入信 号电压VINa和VINb,并产生一个2-电平输出信号V0T，所述方法包括制备一个带有电流输出的差分输入级，所述差分输入级具有多个差分连接的输入晶体 管，所述的晶体管跨导为Gmtnx，将所述的VINa* VINb，以输入级跨导Gmin转换成相应的中间 信号电流IINa和IINB;制备一个可转向偏移电流产生器，所述的可转向偏移电流产生器由一个逻辑转向控制 信号控制，并通过两个输出偏置电流IOSa* IOSb中的任一个产生和控制内置偏移电流源 IOS的方向；制备一个电流-至电压的总和转换器，连接到IINA、I0SA、IINb和IOSb上，分别计算电流 IINa, IOSa以及电流IINb、IOSb的总和并转换成2-电平输出信号VOT加上逻辑态对应VOT 电平的转向控制信号，从而产生Vhys = I0S/Gmin ；并且连接输入晶体管，形成负反馈回路，从而用于从输入级跨导Gmin上略去晶体管跨导 Gmtnx的影响。
19.如权利要求18所述的制备带有迟滞窗Vhys的迟滞比较器的方法，其特征在于，连接 一个反馈电阻Rnf到输入晶体管上，以至于Gmin由反馈跨导决定，并等于反馈跨导Gnf = 1/ Rnf，与 Gmtnx 无关。
20.如权利要求19所述的制备带有迟滞窗Vhys的迟滞比较器的方法，其特征在于，其中 制备差分输入级还包括制备差分连接的一对输入开关晶体管TNXsa和TNXsb，其中TNXsa和TNXsb的晶体管跨导、 输出电阻分别等于GmSA、Rsa和GmSB、Rsb ；并且制备输入负载晶体管TNXu^P ΤΝΧω的一个差分对，在一个交错结构中分别耦合到TNXsa 和TNXsb上，产生负反馈回路，其中TNXsa和TNXsb的晶体管跨导、输出电阻分别等于Gmu、Rla 和 GmLB、Rlb ；其中该方法还包括，选取Rnf的尺寸遵循以下标准
全文摘要
一种带有迟滞窗Vhys的迟滞比较器，用于比较输入信号，并产生输出信号VOT。迟滞比较器包括一个带有电流输出的差分输入级(DICO)，带有跨导Gmtnx的输入晶体管，将带有输入级跨导Gmin的输入信号转换成中间信号电流。一个由转向控制信号驱动的可转向偏移电流产生器，控制偏移电流源IOS转向可选偏移电流。一个电流-至-电压总和转换器(IVSC)计算中间信号电流和偏移电流的总和，将结果转换成VOT加转向控制电流，导致Vhys＝IOS/Gmin。一个反馈电阻RNF连接输入晶体管，形成负反馈回路。RNF的尺寸与输入晶体管有关，以至于Gmin以及Vhys仅由反馈跨导GNF＝1/RNF决定，而与Gmtnx在晶体管制备过程中和器件工作环境中巨大的变化无关。
文档编号H03K5/22GK101938267SQ20101022079
公开日2011年1月5日 申请日期2010年6月24日 优先权日2009年6月26日
发明者贝赫扎德·穆赫塔斯米 申请人:万国半导体股份有限公司