用于比较三路输入的比较器电路的制作方法

专利名称：用于比较三路输入的比较器电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种比较器电路，更具体地，涉及一种用于比较三路输入的比较器电 路。
背景技术：
高性能的集成电路(IC)内部使用至少一个比较器，以实现精确的控制或其他各 种功能。这种比较器一般有两路输入。为了实现更复杂的功能，也广泛使用一种3输入比 较器。 图1示出了用于比较三路输入的相关的比较器电路100。参照图1，3输入比较器 电路100将第一信号的电压V1与第二信号的电压V2和第三信号的电压V3中较低的一个 相比较，并且输出比较结果。在这种情况下，假定第二信号的电压V2是固定的并且第三信 号的电压V3从0开始增加。当第三信号的电压V3的值在0至第二信号的电压V2之间的 范围内时，第一信号的电压V1与第三信号的电压V3相比较。另一方面，当第三信号的电压 V3比第二信号的电压V2高时，第一信号的电压V1与第三信号的电压V2相比较。根据以上 提到的比较的结果，可以确定比较器电路的输出。 然而，当第三信号的电压V3大约等于第二信号的电压V2时，图1中比较三路输入 的比较电路100无法实现精确的比较。 当第三信号的电压V3和第二信号的电压V2之间的差值较大时，第二晶体管Q2和 第三晶体管Q3中只有一个一定会被打开。在这种情况下，因为第二偏流12只流过第二和第 三晶体管Q2和Q3中的一个，即只流过打开的晶体管，因此比较器电路100可以正常运作。 然而，当第三信号电压V3和第二信号电压V2之间的差值较小时，第二和第三晶体管Q2和 Q3可能都是打开的。在这种情况下，第二偏流12的一半流过第二和第三晶体管Q2和Q3中 的每一个。因此，第一发射极-基极电压VEB l和第二发射极-基极电压VEB2之间的偏置 量增加。 在最坏的情况下，其中第二偏流I2被分为完全相等的两部分，偏置量对应于"VT x In(2)" (VEB1-VEB2 = VT x In(2))。这里，"VT"是温度常数，"In"是自然对数。
S卩，在最坏的情况下，其中第二偏流12的一半流过第二和第三晶体管Q2和Q3中 的每一个的每个发射极节点，偏置量是"VT xln (2)"。如果在这种情况下VT为25mV，则偏 置量可能为大约17. 3mV。当使用n个晶体管(n为大于2的自然数)时，则偏置量增加到 "VT x In(n)"。

发明内容
因此，本发明针对一种用于比较三路输入的比较器电路，其基本上避免了由于相关技术的局限和缺点产生的一个或多个问题。 本发明的一个目的是提供一种用于比较三路输入的比较器电路，其能够保证精确
操作并且实现工作范围的增加。 本发明的其他优点、目的和特征的一部分将在下文中得到阐述，通过审阅下文本
领域普通技术人员将明显了解这些优点、目的和特征中的一部分，或者可以从本发明的实 践中获得。通过所写的说明书及其权利要求以及附图中具体指出的结构，可以了解和获知 本发明的这些目的和其他优点。 为了实现这些目的和其他优点以及根据本发明的目的，如在本文中所体现和概括 描述的，一种比较器电路包括差分放大单元，用于放大第一节点的电压与第二节点的电压 之间的差值并且输出产生的结果；电流源，用于向第一节点提供第一偏流，以及向第二节点 提供第二偏流；第一偏置开关，用于根据第一电压偏置从第一节点流向接地电压源的电流； 第二偏置开关，用于根据第二电压偏置从第二节点流向接地电压源的电流的一部分；第三 偏置开关，用于根据第三电压偏置从第二节点流向接地电压源的电流的余下的部分；以及 偏置转换单元，用于根据第二电压和第三电压向第二节点提供第三偏流。
第一偏流与第二偏流可以具有相同值。当第二电压和第三电压在预设的范围内 时，偏置转换单元可以向第二节点提供第三偏流。 在本发明的另一方面中，一种比较器包括差分放大单元，用于放大第一节点的电
压与第二节点的电压之间的差值并且输出产生的结果；第一偏置开关，用于根据第一电压
控制从被提供有第一电流的第一节点流向接地电压源的电流的一部分；第二偏置开关，用
于根据第二电压控制从被提供有第二电流的第二节点流向接地电压源的电流的一部分；第
三偏置开关，用于根据第三电压而控制从第二节点流向接地电压源的电流的余下部分；以
及偏置转换单元，用于根据第二电压和第三电压向第二节点提供第三偏流。 第一偏置开关可以包括连接在第一节点和接地电压源之间同时具有第一基极的
双极晶体管，第一电压被施加到第一基极。第二偏置开关可以包括连接在第二节点和接地
电压源之间同时具有第二基极的双极晶体管，第二电压被施加到第二基极。第三偏置开关
可以包括连接在第二节点和接地电压源之间同时具有第三基极的双极晶体管，第三电压被
施加到第三基极。 根据本发明的各实施例，3输入比较器增加了开关和逻辑电路，以根据输入电压改 变偏流，从而实现工作范围的增加和精度的增加。 可以理解的是，本发明的上述总体描述和以下的具体描述都是示例性的和说明性 的，并且旨在提供对所要求的本发明的进一步解释。


附图被包含进来用来提供对本发明的进一步理解以及被整合进来并构成本申请 的一部分)、附图示出了本发明的示例性实施例并与说明书一起阐述了本发明的原理。在附 图中 图1是示出了用于比较三路输入的相关的比较器电路的电路图； 图2是示出了根据本发明的示例性实施例的用于比较三路输入的比较器电路的
电路 图3是示出了图2中所示的第一和第二比较器以及偏置转换晶体管的输出状态的 表格； 图4是示出了偏置转换晶体管的根据第二和第三电压的0N-0FF工作范围的波形 图； 图5是示出了根据本发明的另一示例性实施例的用于比较三路输入的比较器电 路的电路图； 图6是示出了第一和第三发射极-基极电压随着第三电压的变化而变化的曲线 图。
具体实施例方式
现在将详细地参照本发明的优选实施方式，其实例在附图中示出。 图2是示出了根据本发明的示例性实施例的用于比较三路输入的3输入比较器电
路200的电路图。参照图2，该3输入比较器电路200包括第一和第二偏流源202和204、
第一偏置开关Q1、第二偏置开关Q2、第三偏置开关Q3、差分放大单元210以及偏置转换单元
220。 第一偏置开关Ql连接在差分放大单元210的第一输入节点Nl与第一电压源VSS 之间。第一偏置开关Q1响应于第一电压V1而进行切换。即，第一偏置开关Q1可以是双极 晶体管，该双极晶体管具有被输入第一电压VI的第一基极、连接到第一节点Nl的第一发 射极以及连接到第一电压源VSS的第一集电极。第一电压源VSS可以是接地电压源。
第二偏置开关Q2连接在差分放大单元210的第二输入节点N2和第一电压源VSS 之间。第二偏置开关Q2响应于第二电压V2而进行切换。即，第二偏置开关Q2可以是双极 晶体管，该双极晶体管具有被输入第二电压V2的第二基极、连接到第二节点N2的第二发 射极以及连接到第一电压源VSS的第二集电极。 第三偏置开关Q3连接在差分放大单元210的第二输入节点N2和第一电压源VSS 之间。第三偏置开关Q3响应于第三电压V3而被切换。即，第三偏置开关Q3可以是双极晶 体管，该双极晶体管具有被输入第三电压V3的第三基极、连接到第二节点N2的第三发射 极以及连接到第一电压源VSS的第三集电极。 第一偏流源202连接在第一节点Nl和第二电压源VDD之间，以向第一节点Nl提 供第一电流Il。第二偏流源204连接在第二节点N2和第二电压源VDD之间，以向第二节点 N2提供第二电流12。第一电流II可以与第二电流12具有相同的值(II = 12)。
差分放大单元210包括输出负载Ll和L2、一对差分放大器Q4和Q5以及输入偏流 源10。 输出负载L1和L2中的每一个连接在差分放大器Q4和Q5的输出端中的对应的一 个与第二电压源VDD之间。输出负载Ll和L2中的每一个可以由晶体管来实现，作为有源 负载或者电流反射镜。 输入偏流源10连接在差分放大器Q4和Q5的尾部(tail)Tl和第一电压源VSS之 间。 当第三电压V3与第二电压V2之比在预设的范围内时(a < V3/V2 < P )，偏置转 换单元220向第二节点N2提供第三电流13。
偏置转换单元220包括第一比较器Compl、第二比较器Comp2、换向器222、NAND门
224、偏置转换晶体管226、第三偏流源228以及第一至第四电阻器Rl至R4。 第一比较器Compl具有被输入第二电压V2的a(+)输入端以及被输入第一分压
"Px V3"的a(-)输入端。第一分压"PxV3"是由第一电阻器Rl和第二电阻器R2从第三
电压V3分得的电压。这里，"P "对应于"R2/(R1+R2) " (P = R2/(R1+R2))。 第一比较器Compl比较第二电压V2与第一分压"P xV3"，并且根据比较结果输出
第一比较信号C1。 第二比较器Comp2具有被输入第三电压V3的a(+)输入端以及被输入第二分压 "ax V2"的a(-)输入端。第二分压"a xV2"是由第三电阻器R3和第四电阻器R4从第二 电压V2分得的电压。这里，"a "对应于"R4/ (R3+R4) " ( a = R4/ (R3+R4))。
第二比较器Comp2比较第三电压V3与第二分压"a x V2"，并且根据比较结果输出 第二比较信号C2。 第一电阻器Rl连接在第三基极和第一比较器Compl的(-)输入端之间。第二电 阻器R2连接在第一比较器Compl的(_)输入端和接地电压源之间。 第三电阻器R3连接在第二基极和第二比较器Comp2的(+)输入端之间。第四电 阻器R4连接第二比较器Comp2的(+)输入端和接地电压源之间。 换向器222转换第二比较信号C2，并且输出被转换的第二比较信号C2'。 NAND门 224逻辑运算第一比较信号Cl和被转换的第二比较信号C2'，并且输出逻辑运算的结果。
偏置转换晶体管226根据NAND门224的输出，向第二节点N2提供从第三偏流源 228输出的第三电流13。 图3示出了图2中所示的第一比较器Compl和第二比较器Comp2以及偏置转换晶 体管226的输出状态。参照图2和3，由于"a "和"|3 "是电阻分比，因此它们总是小于1。 因此，不能定义第一比较信号Cl处于低状态以及第二比较信号C2处于高状态的条件。
当第一比较信号Cl和第二比较信号C2都处于低状态或者高状态时，"a "和"1/ e"中的较大的或较小的一个可被忽略。并且，当第一比较信号C 1和第二比较信号C2都 处于低状态或者高状态时，NAND门224的输出具有高电平值。当偏置转换晶体管226是 NMOS晶体管时，其响应于NAND门224的输出的高电平值而关闭。 图4示出了偏置转换晶体管226的根据第二电压V2和第三电压V3的0N-0FF工 作范围。 参照图3和4，当第三电压V3与第二电压V2之比(V3/V2)大于"a"而小于"1/ P "时，偏置转换晶体管226被打开。S卩，当第一比较信号C1具有高电平并且第二比较信号 具有低电平时，偏置转换晶体管226被打开。 这使得通过调节电阻分比"a "和"|3 "来定义偏置转换晶体管226被打开所在的 范围成为可能。 一旦偏置转换晶体管226被打开，则电流被提供给第二偏置开关Q2和第三 偏置开关Q3。由于第三电压V3近似于第二电压V2，因此提供给第二偏置开关Q2和第三偏 置开关Q3的电流对应于第二电流12与第三电流13之和。S卩，根据以下表达式1 ，第一偏置 开关Ql的第一发射极_基极电压VEB1与第三偏置开关Q3的第二发射极-基极电压VEB2 之差被第三偏流源228降低。
[表达式1]
VEB1-VEB2 = VT x In[(2x 12)/(12+13)]
其中，"VT "表示温度常数，"In "表示自然对数。 图5是示出了根据本发明的另一示例性实施例的3输入比较器电路500的电路 图。参照图5，该3输入比较器电路500包括第一和第二偏流源202和204、第一偏置开关 Ql、第二偏置开关Q2、第三偏置开关Q3、差分放大单元210以及偏置转换单元510。
由于第一和第二偏流源202和204、第一偏置开关Ql、第二偏置开关Q2、第三偏置 开关Q3、差分放大单元210与图2中的相同，以下将不给出其描述。 偏置转换单元510包括第一比较器Compl、第二比较器Comp2、开关单元、第三偏 流源228以及第一至第四电阻器R1至R4。 由于第一比较器Compl、第二比较器Comp2、第三偏流源228以及第一至第四电阻 器Rl至R4与图2中的相同，以下将不给出其描述。 开关单元分别根据第一比较信号Cl和第二比较信号C2向第二节点N2提供第三 电流13。开关单元包括第一开关512和第二开关514。 第一和第二开关512和514串联连接在第三偏流源228和第二节点N2之间。第 一开关512根据第一比较器的输出C1(S卩，第一比较信号C1)进行切换。第二开关514根 据第二比较器的输出C2(S卩，第二比较信号C2)进行切换。第一开关512可以是NM0S晶体 管，第二开关514可以是PMOS晶体管。 只有当第一比较信号Cl具有高电平并且第二比较信号C2具有低电平时，第一和 第二开关512和514同时打开。在这种情况下，第三电流I3被提供给第二节点N2。 3输入 比较器电路500与图3中的3输入比较器电路具有相同的特性。 图6是示出了第一发射极_基极电压VEB1和第三发射极_基极电压VEB3随着第 三电压V3的变化而变化的曲线图。在这种情况下，第一电压V1固定在350mV。
如果在允许的偏置范围为10mV的条件下不应用建议的偏置补偿，则只有最高大 约345mV的电压可以被用于第三电压V3。然而，当如图2或5中所示的补偿被用于第三电 流13时，最高大约388mV的电压可以被用于第三电压V3。当然，这种差别小到大约43mV。 然而，当第三电压V3是根据某个电压的电阻分比M而应用的电压时，工作范围可以提高M 倍。例如，当M为10时，3输入比较器不仅可以实现精度的增加，而且可以保证增加430mV 的宽工作范围。 根据本发明，3输入比较器增加了开关和逻辑电路，以根据输入电压改变偏流，从 而实现工作范围的增加和精度的增加。当建议的偏置补偿用于3输入比较器时(其广泛地 用于在高性能IC中实现各种功能)，使得不仅保证更宽的工作范围而且设计具有更高精度 的比较器成为可能。在这种情况下，使得能够不仅实现如上所述的比较器的性能增强而且 实现IC的整体性能的增强。 对于本领域的技术人员而言是显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情 况下可以对本发明作出各种修改及变型。因此，本发明意在涵盖在所附权利要求及其等同 物范围内的对本发明的修改和变型。
权利要求
一种比较器电路，包括差分放大单元，用于放大第一节点的电压与第二节点的电压之间的差值，并且输出所产生的结果；电流源，用于向所述第一节点提供第一偏流，以及向所述第二节点提供第二偏流；第一偏置开关，用于根据第一电压来偏置从所述第一节点流向接地电压源的电流；第二偏置开关，用于根据第二电压来偏置从所述第二节点流向所述接地电压源的电流的一部分；第三偏置开关，用于根据第三电压来偏置从所述第二节点流向所述接地电压源的所述电流的余下部分；以及偏置转换单元，用于根据所述第二电压和所述第三电压向所述第二节点提供第三偏流。
2. 根据权利要求1所述的比较器电路，其中，所述第一偏流和所述第二偏流具有相同 的值。
3. 根据权利要求l所述的比较器电路，其中，当所述第二电压和所述第三电压在预设 范围内时，所述偏置转换单元向所述第二节点提供所述第三偏流。
4. 根据权利要求1所述的比较器电路，其中，所述偏置转换单元包括 第一比较器，用于比较所述第二电压与从所述第三电压分得的第一分压，并且根据所述比较的结果输出第一比较信号；第二比较器，用于比较所述第三电压与从所述第二电压分得的第二分压，并且根据所 述比较的结果输出第二比较信号；换向器，用于转换所述第二比较信号；NAND门，用于逻辑运算所述第一比较信号与所述换向器的输出，并且输出所述逻辑运 算的结果；以及偏置转换晶体管，用于根据所述NAND门的输出，向所述第二节点提供所述第三偏流。
5. 根据权利要求1所述的比较器电路，其中，所述偏置转换单元包括 第一比较器，用于比较所述第二电压与从所述第三电压分得的第一分压，并且根据所述比较的结果输出第一比较信号；第二比较器，用于比较所述第三电压与从所述第二电压分得的第二分压，并且根据所 述比较的结果输出第二比较信号；以及开关单元，用于根据所述第一比较信号和所述第二比较信号，向所述第二节点提供所 述第三电流。
6. —种比较器电路，包括差分放大单元，用于放大第一节点的电压与第二节点的电压之间的差值，并且输出所 产生的结果；第一偏置开关，用于根据第一电压控制从被提供有第一电流的第一节点流向接地电压 源的电流；第二偏置开关，用于根据第二电压控制从被提供有第二电流的第二节点流向所述接地 电压源的电流的一部分；第三偏置开关，用于根据第三电压控制从所述第二节点流向所述接地电压源的所述电流的余下部分；以及偏置转换单元，用于根据所述第二电压和所述第三电压向所述第二节点提供第三偏流。
7. 根据权利要求6所述的比较器电路，其中第一偏置开关，包括连接在所述第一节点与所述接地电压源之间同时具有第一基极的 双极晶体管，所述第一电压施加到所述第一基极；第二偏置开关，包括连接在所述第二节点与所述接地电压源之间同时具有第二基极的 双极晶体管，所述第二电压施加到所述第二基极；第三偏置开关，包括连接在所述第二节点与所述接地电压源之间同时具有第三基极的 双极晶体管，所述第三电压施加到所述第三基极。
8. 根据权利要求6所述的比较器电路，其中，所述偏置转换单元包括 第一比较器，用于比较所述第二电压与从所述第三电压分得的第一分压，并且根据所述比较的结果输出第一比较信号；第二比较器，用于比较所述第三电压与从所述第二电压分得的第二分压，并且根据所 述比较的结果输出第二比较信号；以及逻辑运算单元，用于逻辑运算所述第一比较信号和所述第二比较信号，并且输出所述 逻辑运算的结果；以及偏置转换晶体管，用于根据所述逻辑运算单元的输出，向所述第二节点提供所述第三 偏流。
全文摘要
本发明披露了一种用于比较三路输入的比较器电路。该比较器电路包括差分放大单元，用于放大第一节点的电压与第二节点的电压之差并输出产生的结果；电流源，用于向第一节点提供第一偏流，以及向第二节点提供第二偏流；第一偏置开关，用于根据第一电压偏置从第一节点流向接地电压源的电流；第二偏置开关，用于根据第二电压偏置从第二节点流向接地电压源的电流的一部分；第三偏置开关，用于根据第三电压偏置从第二节点流向接地电压源的电流的余下部分；以及偏置转换单元，用于根据第二电压和第三电压向第二节点提供第三偏流。
文档编号H03K3/023GK101783662SQ200910266059
公开日2010年7月21日 申请日期2009年12月30日 优先权日2008年12月30日
发明者方锡勋, 朴成旼 申请人:东部高科股份有限公司