专利名称：一种输入和参考电压幅度为轨至轨的cmos比较器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，属于模数/数模转 换器应用领域。
背景技术：
模数/数模转换器是一种大量应用于各种电子系统中的集成电路器件，模数/数 模转换器的核心电路是比较器，其工作原理如图1所示，Vref为参考电压，当输入电压Vin低 于参考电压Vrrf时，输出V。ut = 0，当输入电压Vin高于参考电压Vrrf时，输出V。ut = 1。传统 经典比较器的具体电路如图2和图3所示，图2为NMOS型比较器，图3为PMOS型比较器。 两种比较器都是基于2级差分放大器的结构和原理。以NMOS型比较器(图2)为例，Ml和 M2组成输入差分对，M3和M6组成放大器的负载，M7-M10组成放大器的输出级，交叉连接的 M4和M5用来实现比较器的延迟效应。这种差分放大器结构的比较器可以实现对输入电压 Vin和参考电压的比较，并将误差放大至1或0。这种比较器结构简单适用，但是存在 着一定的缺陷，差分放大器的结构决定了其对输入电压和参考电压的范围有一定的限定， 差分对Ml和M2正常工作的要求是输入电压Vin和参考电压Vref必须要大于电流源管子的 Vds加上Ml或M2的阀值电压Vtl,2，以0. 18um CMOS工艺为例，上述两个电压加在一起大约 为0. 7V，而电源电压仅为1. 8V，这就意味着输入和参考电压的范围被局限在了 0. 7V-1. 8V 之间。在实际应用中，有许多情况都需要比较器实现对输入和参考电压在轨至轨(Rail to Rail)的范围内进行比较，也就是说输入和参考电压的变化范围是从VSS到VDD，显然这种 比较器难以满足轨至轨(Rail to Rail)的要求。PMOS型比较器的原理和NMOS型的完全相同，因此也同样存在着和NMOS比较器相 同的局限性，只是PMOS型比较器对输入和参考电压的限制范围是0V-1. IV(以0. 18um CMOS 工艺为例)。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS 比较器。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种输入和参考电压幅度为轨至轨 的CMOS比较器，由NMOS型比较器和PMOS型比较器组成，所述NMOS型比较器中的NMOS差 分对第一 NMOS管和第二 NMOS管的栅极与PMOS型比较器中的PMOS差分对第一 PMOS管 和第二 PMOS管的栅极连接，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第三PMOS管的漏极、源 极与设置于PMOS型比较器输出放大级上的第三NMOS管的漏极、第四PMOS管的源极相连， 所述NMOS型比较器的输出放大级上的第四NMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极相连。通过本发明无论输入和参考电压在任何区间内变化，比较器都能输出正确的结果。
图1为模数/数模转换器的工作原理图。图2为传统NMOS型比较器的电路图。图3为传统PMOS型比较器的电路图。图4为本发明的电路图。图中1、第一 NMOS管；2、第二 NMOS管；3、第三NMOS管；4、第四NMOS管；5、第五 匪OS管；6、第六匪OS管；7、第七匪OS管；8、第八匪OS管；9、第一 PMOS管；10、第二 PMOS 管；11、第三PMOS管；12、第四PMOS管；13、第五PMOS管；14、第六PMOS管；15、第七PMOS管； 16、第八PMOS管。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。通过对NMOS型比较器和PMOS型比较器的分析可以看出，两种结构都对输入和参 考电压的范围有一定的局限，但同时也可以发现，这两种局限范围的级性是相反的，一个是 局限在下半段，另一个是局限在上半段，而在中间则存在着一定的重叠，本发明基于这种特 点将两种结构合并在一起，实现了对输入和参考电压轨至轨(Rail to Rail)的比较，具体 电路如图4所示。图4中第一 NMOS管1、第二 NMOS管2和第一 PMOS管9、第二 PMOS管10分别为 NMOS差分对和PMOS差分对，第五PMOS管13、第六PMOS管14和第五NMOS管5、第六NMOS 管6分别为NMOS部分和PMOS部分的负载，第七PMOS管15、第八PMOS管16和第七NMOS管 7、第八NMOS管8分别实现NMOS部分和PMOS部分的延迟效应，第三NMOS管3、第四PMOS管 12、第三PMOS管11、第四NMOS管4等其他MOS管组成了共同的输出放大级。其具体结构可 描述为一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，由NMOS型比较器和PMOS型比 较器组成，所述NMOS型比较器中的NMOS差分对第一 NMOS管1和第二 NMOS管2的栅极与 PMOS型比较器中的PMOS差分对第一 PMOS管9和第二 PMOS管10的栅极连接，所述NMOS 型比较器的输出放大级上的第三PMOS管11的漏极、源极与设置于PMOS型比较器输出放大 级上的第三NMOS管3的漏极、第四PMOS管12的源极相连，所述NMOS型比较器的输出放大 级上的第四NMOS管4的漏极与第四PMOS管12的漏极相连。当输入和参考电压在低端范 围内变化时，NMOS型比较器部分截止，比较器的功能由PMOS型比较器部分来实现；当输入 和参考电压在高端范围内变化时，PMOS型比较器部分截止，比较器的功能由NMOS型比较器 部分来实现；当输入和参考电压在中间范围内变化时，比较的功能由NMOS型比较器和PMOS 型比较器共同来实现，由于使用同一输出放大级，无论输入和参考电压在任何区间内变化， 比较器都能输出正确的结果，这样就实现了轨至轨(Rail to Rail)的比较。需要强调的是以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上 的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰， 均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，其特征是所述输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器由NMOS型比较器和PMOS型比较器组成，所述NMOS型比较器中的NMOS差分对第一NMOS管(1)和第二NMOS管(2)的栅极与PMOS型比较器中的PMOS差分对第一PMOS管(9)和第二PMOS管(10)的栅极连接，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第三PMOS管(11)的漏极、源极与设置于PMOS型比较器输出放大级上的第三NMOS管(3)的漏极、第四PMOS管(12)的源极相连，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第四NMOS管(4)的漏极与第四PMOS管(12)的漏极相连。
全文摘要
本发明涉及一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，属于模数/数模转换器应用领域。一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，由NMOS型比较器和PMOS型比较器组成，所述NMOS型比较器中的NMOS差分对第一NMOS管和第二NMOS管的栅极与PMOS型比较器中的PMOS差分对第一PMOS管和第二PMOS管的栅极连接，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第三PMOS管的漏极、源极与设置于PMOS型比较器输出放大级上的第三NMOS管的漏极、第四PMOS管的源极相连，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第四NMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极相连。通过本发明无论输入和参考电压在任何区间内变化，比较器都能输出正确的结果。
文档编号H03K5/22GK101908868SQ20101024186
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月30日 优先权日2010年7月30日
发明者孙礼中, 梅海涛 申请人:苏州科山微电子科技有限公司