专利名称：电流比较器的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路设计技术领域，特别涉及电流比较器的设计技术。
背景技术：
近年来，电流式电路由于其面积小、速度快、功耗低等优点，受到了人们越来越多的重视。在电流式电路中有一个非常重要的基本单元就是电流比较器，它现已广泛应用于各种线性及非线性集成电路中，如模数转换器(A/D转换器)、触发器、压控振荡器等。从第一代电流比较器的产生到现在，人们已经提出了大量的实现方法。最简单的一种电流比较器结构如图1所示，为简化起见，后面省去了反相器。所述电流比较器中， PMOS管Ml及M3、PMOS管M5及M7、NMOS管M6及M8、NMOS管M2及M4各自构成电流镜结构。所述电流比较器是将两个共源共栅电流镜的输出电流之差通过CMOS反相器比较放大， 得到最后的电压比较信号。所述电流比较器是以电流镜为基础的，则必然会引入因电流镜失配而产生的输入电流失调，从而降低比较器的精度。针对输入失调问题，传统的解决办法有以下几种1.采用补偿电路来抑制失调， 可是这种方法虽然从一定程度上降低了输入失调，却因为需要另加补偿电路，使得比较器的电路形式变得复杂，且引入了因调零而产生的延时；2.采用双输入结构的电流比较器结构，所述结构的基础上从一定程度上进一步降低了延时，提高了精度。图2a、图2b、图3示出了一种双输入结构的电流比较器，其包括P枝输入电路、N 枝输入电路和输出电路。参照图加所示，所述双输入结构的电流比较器的N枝输入电路中，电源电压Vdd 为+3V，Vss为0V。在静态时，各MOS管M10、M11和M12均工作于饱和区。它们的工作电流即为输入级的偏置电流。当有信号输入时，随着il的上升，流经MOS管MlO的电流上升，而它的栅源电压VgslO不变。所以，它的漏电压VdlO上升。即MOS管Mll的栅电压Vgll上升。由于MlO工作于饱和区，所以即便当il发生一个较小的波动，MOS管Mll的栅电压Vgll 都会发生较大的变化。反之，如果当il减小或i2上升时，Vgll下降。适当的调节MOS管 M10、M11、M12的宽长比，使得在il = i2时，Vgll的值大致在0. 9V(匪OSFET的阈值电压) 左右。这样，当有输入信号加入时，Vgll基本上是在0. 9V上下波动。当il > i2时，Vgll 上升，大于0. 9V;当il < 2时，Vgll下降，小于0. 9V。参照图2b所示，所述双输入结构的电流比较器的P枝输入电路，其结构与N枝输入的电路结构相类似。静态时，MOS管M13、M14和M15工作在饱和区。当有信号输入时，若 il上升或i2下降，MOS管M14的栅电压Vgl4上升。反之，若il下降或i2上升，Vgl4下降。 适当的调节MOS管M13、M14、M15的宽长比，使il = i2时，Vgl4在2. 3V左右。这样，当il 在i2的基础上，上下波动时，Vgl4在2. 3V上下波波动。若il > i2，Vgl4大于2. 3V ；若il < i2, Vgl4 小于 2. 3V。结合图2a、图2b及图3所示，所述双输入结构的电流比较器的输出级电路中，经过上述输入级的处理后，P枝输入电路的Vgl4和N枝输入电路的Vgll被分别加到输出级电路中的PMOS管M17和NMOS管M16的栅极上。当Vgl4上升，使得PMOS管M17进入亚阈值区时，Vgll也同时上升，使得NMOS管M16离开亚阈值区。相反，如果Vgl4下降，使得PMOS 管M17离开亚阈值区，Vgll也同时下降，使得NMOS管M16进入亚阈值区。这样，在任何时刻，输出级电路中，总会有一个MOS管(M16或17)处于亚阈值区。整个电流比较器的输出电路是非常稳定的，从而极大地减小了比较器的响应时间(输出级电路状态的不稳定，是限制比较器响应时间的最主要因素)。为了使输出波形的边沿更陡并使输出幅度达到可加一个反相器(PM0S管M19和NMOS管M18构成)以改善输出波形。基于上述电路分析可知，虽然所述双输入结构的电流比较器从一定程度上降低了延时，提高了精度。然而，所述比较器的偏置电路复杂且不对称，容易受工艺偏差影响，引起较大的输入失调。另外，所述比较器的输入阻抗较大，在输入电流变化较小时会产生较大的延时。
发明内容
本发明提供一种电流比较器，以提供较快的响应速度和较高精度。为解决上述问题，本发明提供一种比较器，包括依次级联的具有电阻负反馈的 CMOS反相放大器、乙类工作方式的推挽放大器及甲乙类工作方式的推挽放大器。与现有技术相比，上述电流比较器具有以下优点所述电流比较器使用了带电阻负反馈的输入级，降低了输入级的输入输出阻抗，因而具有较快的响应速度。并且，所述电流比较器不需要外加的偏置电压和电流，因而不易受到工艺偏差的影响，具有较高的精度。
图1是现有的一种电流比较器的简化电路结构图；图加是现有的另一种双输入级电流比较器的N枝输入电路结构图；图2b是图加所述电流比较器的P枝输入电路结构图；图3是图加所述电流比较器的输出级电路结构图；图4是本发明电流比较器的一种实施例电路结构图；图5是图4所示电流比较器输出电压随输入电流变化的瞬态响应仿真波形图；图6图4所示电流比较器的输出电压随输入电流大小变化的仿真波形图。
具体实施例方式基于前述分析的现有电流镜结构的电流比较器及双输入结构的电流比较器的缺点，发明人经过分析后发现，可以运用电阻负反馈的CMOS反相放大器来实现较小的输入和输出阻抗。基于上述设计思想，本发明电流比较器的一种实施方式包括依次级联的具有电阻负反馈的CMOS反相放大器、乙类工作方式的推挽放大器及甲乙类工作方式的推挽放大
ο其中，所述电流比较器由于使用了带电阻负反馈的输入级，降低了输入级的输入输出阻抗，因而具有较快的响应速度。并且，所述电流比较器无需如现有的双输入结构电流比较器一样采用外加的偏置电压和电流，因而不易受到工艺偏差的影响，具有较高的精度。以下通过具体的电路实现实例对本发明电流比较器进一步举例说明。图4是本发明电流比较器的一种实施例电路结构图。参照图4所示，所述电流比较器包括依次级联的具有电阻负反馈的CMOS反相放大器100、乙类工作方式的推挽放大器200及甲乙类工作方式的推挽放大器300。具体地说，具有电阻负反馈的CMOS反相放大器100包括第一 PMOS管MP1、第一匪OS管MN2及第二匪OS管MN3。其中，第一 PMOS管MPl和第一匪OS管MN2的栅极相连， 接收输入电流Iin(此处的输入电流Iin即相当于现有的双输入结构的两个输入电流之差)， 源极与电源VDD相连，漏极与第一 NMOS管丽2的漏极相连；第一 NMOS管丽2的源极接地； 第二 NMOS管丽3的栅极与电源VDD相连，漏极与第一 NMOS管丽2的栅极相连，源极与第一匪OS管丽2的漏极相连。乙类工作方式的推挽放大器200包括第二 PMOS管MP4及第三NMOS管丽5。其中，第二 PMOS管MP4的源极与电源VDD相连，栅极与第三NMOS管丽5的栅极相连，且与第一匪OS管丽2的漏极相连，漏极与第三匪OS管丽5的漏极相连；第三匪OS管丽5的源极接地。甲乙类工作方式的推挽放大器300包括第四NMOS管MN6、第五NMOS管MN9、第六 NMOS 管 MNl 1、第七 NMOS 管 MN13、第三 PMOS 管 MP7、第四 PMOS 管 MP8、第五 PMOS 管 MPlO、 第六PMOS管MP12。其中，第四NMOS管MN6的栅极与第三PMOS管MP7的栅极相连，且与第三NMOS管丽5的漏极相连，漏极与电源VDD相连，源极与第五PMOS管MPO的源极相连；第三PMOS管MP7的漏极接地，源极与第五NMOS管MN9的源极相连；第四PMOS管MP8与第六 PMOS管MP12构成电流镜，第四PMOS管MP8及第六PMOS管MP12的源极均与电源VDD相连； 第五NMOS管MN9的漏极与第四PMOS管MP8的漏极相连，栅极与电源VDD相连；第五PMOS 管MPlO的漏极与第六NMOS管丽11的漏极相连，栅极接地；第六NMOS管丽11与第七NMOS 管丽13构成电流镜，第六匪OS管丽11与第七匪OS管丽13的源极均接地；第七匪OS管丽13的漏极与第六PMOS管MP12的漏极相连，输出比较结果V。ut。分析图4所示电流比较器，对于具有电阻负反馈的CMOS反相放大器100，工作在
饱和区的第一 PMOS管MPl和第一 NMOS管丽2是整个电路的输入级，而工作在线性区的第
二 NMOS管丽3作为CMOS反相放大器的电阻负反馈。利用小信号分析，可得到该反相放大
器的输入、输出电阻如下
权利要求
1.一种电流比较器，其特征在于，包括依次级联的具有电阻负反馈的CMOS反相放大器、乙类工作方式的推挽放大器及甲乙类工作方式的推挽放大器。
2.如权利要求1所述的电流比较器，其特征在于，所述具有电阻负反馈的CMOS反相放大器包括第一 PMOS管、第一 NMOS管及第二 NMOS管，其中，第一 PMOS管和第一 NMOS管的栅极相连，接收输入电流，源极与电源相连，漏极与第一 NMOS管的漏极相连；第一 NMOS管的源极接地；第二 NMOS管的栅极与电源相连，漏极与第一 NMOS管的栅极相连，源极与第一 NMOS管的漏极相连。
3.如权利要求2所述的电流比较器，其特征在于，所述乙类工作方式的推挽放大器包括第二 PMOS管及第三NMOS管，其中，第二 PMOS管的源极与电源相连，栅极与第三NMOS管的栅极相连，且与第一 NMOS管的漏极相连，漏极与第三NMOS管的漏极相连；第三NMOS管的源极接地。
4.如权利要求3所述的电流比较器，其特征在于，所述甲乙类工作方式的推挽放大器包括第四匪OS管、第五NMOS管、第六NMOS管、第七NMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、 第五PMOS管、第六PMOS管，其中，第四NMOS管的栅极与第三PMOS管的栅极相连，且与第三NMOS管的漏极相连，漏极与电源相连，源极与第五PMOS管的源极相连；第三PMOS管的漏极接地，源极与第五NMOS管的源极相连；第四PMOS管与第六PMOS管构成电流镜，第四PMOS管及第六PMOS管的源极均与电源相连；第五NMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极相连，栅极与电源相连；第五PMOS管的漏极与第六匪OS管的漏极相连，栅极接地；第六NMOS管与第七NMOS管构成电流镜，第六NMOS管与第七NMOS管的源极均接地；第七NMOS管的漏极与第六PMOS管的漏极相连，输出比较结果。
全文摘要
一种电流比较器，包括依次级联的具有电阻负反馈的CMOS反相放大器、乙类工作方式的推挽放大器及甲乙类工作方式的推挽放大器。所述电流比较器使用了带电阻负反馈的输入级，降低了输入级的输入输出阻抗，因而具有较快的响应速度。并且，所述电流比较器不需要外加的偏置电压和电流，因而不易受到工艺偏差的影响，具有较高的精度。
文档编号H03K5/24GK102571045SQ20101060577
公开日2012年7月11日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者程亮 申请人:无锡华润上华半导体有限公司, 无锡华润上华科技有限公司