专利名称：一种具有动态偏置控制的比较器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种比较器，尤其是一种具有动态偏置控制的比较器，具体地说是一 种能够降低静态与动态功耗的比较器，属于模数转换器的技术领域。
背景技术：
在现代通信及消费类集成电路中，模数转换器是一个重要部件；模数转换器用于 将模拟信号与数字信号间的转换。而对于各种类型的模数转换器，比较器都是必不可少的 重要模块。在高速模数转换器中，比较器的速度决定了模数转换器的速度，提高比较器的速 度一般会增加功耗，从而限制了模数转换器的使用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有动态偏置控制的比较 器，其结构简单，适用范围广，能够降低动态功耗与静态功耗。按照本发明提供的技术方案，所述具有动态偏置控制的比较器，包括比较器；所述 比较器的输入端与预放大器相连，所述预放大器与偏置信号控制电路的输出端相连；偏置 信号控制电路接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电 压与第二偏置电压；所述预放大器接收参考信号Vin-、第一偏置电压及第二偏置电压，并根 据输入信号Vin+的幅度，向比较器输出相应的偏置电流。所述预放大器包括场效应管Ml、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4 ；所述场 效应管Ml与场效应管M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相连， 所述场效应管M3与场效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电压相 连，场效应管M2的栅极端与参考信号Vin-相连，场效应管Ml的栅极端与输入信号Vin+相 连；场效应管Ml与场效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连；场效应管Ml的漏极端通过 电阻Rl与电源Vdd相连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源Vdd相连。所述比较器包括场效应管M7与场效应管M8 ；所述场效应管M7与场效应管M8的 源极端均通过开关S3接地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻R4 与电源Vdd相连；场效应管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅极端 与场效应管M7的漏极端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源Vdd相连的另一端分别通过 开关Si、开关S2与预放大器的输出端相连。所述偏置信号控制电路包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输出端分别与场 效应管M5及场效应管M6的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源Vdd相连，场效应管 M5的源极端通过电流源Al接地，电流源Al对应于与场效应管M5的源极端相连的一端形成 第二偏置电压；场效应管M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过电流源A2与电源Vdd相 连；电流源A2对应于与场效应管M6的漏极端相连的一端形成第一偏置电压。所述峰值检测电路包括二极管D及电容C ；所述二极管D的阴极端与电容C相连， 电容C的另一端接地；电容C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连。所述开关Si、开关S2及开关S3为CMOS管。本发明的优点偏置信号控制电路接收并检测输入信号的电压峰值，并输入第一 偏置电压与第二偏置电压，第二偏置电压与场效应管Ml与场效应管M2的衬底相连，第一偏 置电压与场效应管M4的栅极端相连；当输入信号的幅值较大时，第二偏置电压较高，第一 偏置电压较低；当第二偏置电压较高时，从而使场效应管Ml与场效应管M2的衬底电压升 高，场效应管Ml与场效应管M2的阈值电压Vth升高，降低了场效应管Ml与场效应管M2的 开关电流，降低了比较器的动态功耗；当第一偏置电压较低时，降低了场效应管M4的偏置 电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的适用范围，安全可靠。
图1为本发明的原理示意图。图2为本发明偏置信号控制电路的原理示意图。
具体实施例方式下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。如图1 图2所示本发明包括预放大器1、比较器2及偏置信号控制电路3。如图1所示所述比较器2的输入端与预放大器1相连，所述预放大器1的输入 端与偏置信号控制电路3相连；偏置信号控制电路3接收输入信号Vin+，并检测所述输入 信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值分别输出第一偏置电压biasl与第二偏置电压 bias2。预放大器1分别接收输入信号Vin+、参考电压Vin_、第一偏置电压biasl及第二偏 置电压bias2，并向比较器2输出偏置电流，比较器2根据所述偏置电流的大小确定比较输 出结果V。ut ；预放大器1接收第一偏置电压biasl及第二偏置电压bias2，并根据输入信号 Vin+的幅值，输出相应的偏置电流的幅值较小，从而使比较器2的静态功耗及动态功耗降 低，使比较器能够适用于高速模数转换器的需要。所述预放大器1包括场效应管Ml、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4 ；所述 场效应管Ml与场效应管M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相 连，所述场效应管M3与场效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电 压相连biasl，场效应管M2的栅极端与参考信号Vin-相连，场效应管Ml的栅极端与输入信 号Vin+相连；场效应管Ml与场效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连bias2 ；场效应管Ml 的漏极端通过电阻Rl与电源Vdd相连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源Vdd相连； 场效应管M3的栅极端与固定偏置电压nbias相连，所述固定偏置电压nbias用于提供电路 的偏置电流。所述比较器2包括场效应管M7与场效应管M8 ；所述场效应管M7与场效应管M8 的源极端均通过开关S3接地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻 R4与电源Vdd相连；场效应管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅 极端与场效应管M7的漏极端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源Vdd相连的另一端分别 通过开关Si、开关S2与预放大器1的输出端相连；即开关Sl与电阻Rl对应于与场效应管 Ml的漏极端相连的端部相连，开关S2与电阻R2对应于与场效应管M2的漏极端相连的端部 相连，预放大器1输出的偏置电流分别通过开关Sl及开关S2输入到比较器2内，从而使比较器2能够输出相应的比较结果V。ut。开关Si、开关S2及开关S3均为COMS管。如图2所示所述偏置信号控制电路3包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的 输出端分别与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源Vdd 相连，场效应管M5的源极端通过电流源Al接地，电流源Al对应于与场效应管M5的源极端 相连的一端形成第二偏置电压bias2 ；场效应管M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过 电流源A2与电源Vdd相连；电流源A2对应于与场效应管M6的漏极端相连的一端形成第一 偏置电压biasl ；所述峰值检测电路包括二极管D及电容C ；所述二极管D的阴极端与电容 C相连，电容C的另一端接地；电容C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管 M5及场效应管M6的栅极端相连。场效应管M5构成源极跟随器，场效应管M6构成共源放大 器。当输入信号Vin+的幅值较大时，通过场效应管M5后的第二偏置电压bias2也较高，通 过场效应管M6后的第一偏置电压biasl则较低，通过第一偏置电压biasl与第二偏置电压 bias2的作用，使预放大器1输出的偏置电流较小，从而能够降低静态及动态功耗。如图1和图2所示使用时，输入信号Vin+分别加在场效应管Ml的栅极端及二极 管D的阳极端；输入信号Vin+经过二极管D及电容C后，得到峰值电压，所述峰值电压通过 场效应管M5及场效应管M6后，分别得到第一偏置电压biasl及第二偏置电压bias2，其中 第二偏置电压bias2随着输入信号Vin+幅值的增大而增大，第一偏置电压biasl随着输入 信号Vin+幅值的增大而减小。第二偏置电压bias2与场效应管Ml及场效应管M2的衬底相 连，当第二偏置电压bias2较大时，场效应管Ml与场效应管M2的衬底电压也会升高，即场 效应管Ml与场效应管M2的阈值电压Vth升高，能够降低场效应管Ml与场效应管M2的开关 电流，从而能够降低比较器2的动态功耗。第一偏置电压biasl与场效应管M4的栅极端相 连，第一偏置电压biasl低时，场效应管M4的偏置电流也较低，能够降低功耗。工作时，输 入信号Vin+与参考电压Vin-同时加在场效应管Ml与场效应管M2的栅极端，输入信号Vin+ 与参考电压Vin-进行比较，第二偏置电压bias2提高了场效应管Ml及场效应管M2的衬底 电压，能够降低场效应管Ml与场效应管M2漏极端输出的偏置电流；所述偏置电流分别通过 开关Sl或开关S2输入到比较器2内，使比较器2根据场效应管Ml或场效应管M2输入的 偏置电流，能够输入相应的比较结果，从而模数转换器能够将模拟信号转换为相应的数字 信号。本发明偏置信号控制电路3接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并输入第一偏 置电压biasl与第二偏置电压bias2，第二偏置电压bias2与场效应管Ml与场效应管M2的 衬底相连，第一偏置电压biasl与场效应管M4的栅极端相连；当输入信号Vin+的幅值较大 时，第二偏置电压bias2较高，第一偏置电压biasl较低；当第二偏置电压bias2较高时，从 而使场效应管Ml与场效应管M2的衬底电压升高，场效应管Ml与场效应管M2的阈值电压 Vth升高，降低了场效应管Ml与场效应管M2的开关电流，降低了比较器的动态功耗；当第一 偏置电压biasl较低时，降低了场效应管M4的偏置电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的 适用范围，安全可靠。
权利要求
一种具有动态偏置控制的比较器，包括比较器(2)；其特征是所述比较器(2)的输入端与预放大器(1)相连，所述预放大器(1)与偏置信号控制电路(3)的输出端相连；偏置信号控制电路(3)接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电压与第二偏置电压；所述预放大器(1)接收参考信号Vin 、第一偏置电压及第二偏置电压，并根据输入信号Vin+的幅度，向比较器(2)输出相应的偏置电流。
2.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是所述预放大器(1) 包括场效应管Ml、场效应管M2、场效应管M3及场效应管M4 ；所述场效应管Ml与场效应管 M2的源极相连，并分别与场效应管M3及场效应管M4的漏极端相连，所述场效应管M3与场 效应管M4的源极端均接地；场效应管M4的栅极端与第一偏置电压相连，场效应管M2的栅 极端与参考信号Vin-相连，场效应管Ml的栅极端与输入信号Vin+相连；场效应管Ml与场 效应管M2的衬底均与第二偏置电压相连；场效应管Ml的漏极端通过电阻Rl与电源Vdd相 连，场效应管M2的漏极端通过电阻R2与电源Vdd相连。
3.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是所述比较器(2)包 括场效应管M7与场效应管M8 ；所述场效应管M7与场效应管M8的源极端均通过开关S3接 地；场效应管M7与场效应管M8的漏极端分别通过电阻R3、电阻R4与电源Vdd相连；场效应 管M7的栅极端与场效应管M8的漏极端相连，场效应管M8的栅极端与场效应管M7的漏极 端相连；电阻R3及电阻R4对应于与电源Vdd相连的另一端分别通过开关Si、开关S2与预 放大器(1)的输出端相连。
4.根据权利要求1所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是所述偏置信号控制 电路(3)包括峰值检测电路，所述峰值检测电路的输出端分别与场效应管M5及场效应管M6 的栅极端相连；场效应管M5的漏极端与电源Vdd相连，场效应管M5的源极端通过电流源Al 接地，电流源Al对应于与场效应管M5的源极端相连的一端形成第二偏置电压；场效应管 M6的源极端接地，场效应管的漏极端通过电流源A2与电源Vdd相连；电流源A2对应于与场 效应管M6的漏极端相连的一端形成第一偏置电压。
5.根据权利要求4所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是所述峰值检测电路 包括二极管D及电容C ；所述二极管D的阴极端与电容C相连，电容C的另一端接地；电容 C对应于与二极管D的阴极端相连的端部还与场效应管M5及场效应管M6的栅极端相连。
6.根据权利要求3所述的具有动态偏置控制的比较器，其特征是所述开关Si、开关 S2及开关S3为CMOS管。
全文摘要
本发明涉及一种具有动态偏置控制的比较器，其包括比较器；比较器的输入端与预放大器相连，预放大器与偏置信号控制电路的输出端相连；偏置信号控制电路接收并检测输入信号Vin+的电压峰值，并根据所述电压峰值输出第一偏置电压与第二偏置电压；所述预放大器接收参考信号Vin-、第一偏置电压及第二偏置电压，并根据输入信号Vin+的幅度，向比较器输出相应的偏置电流。本发明当第二偏置电压较高时，使场效应管M1与场效应管M2的衬底电压升高，场效应管M1与场效应管M2的阈值电压Vth升高，降低了场效应管M1与场效应管M2的开关电流，降低了比较器的动态功耗；第一偏置电压较低时，降低了场效应管M4的偏置电流，降低了静态功耗，扩大了比较器的适用范围。
文档编号H03K5/24GK101944894SQ20101026719
公开日2011年1月12日 申请日期2010年8月31日 优先权日2010年8月31日
发明者任亚林 申请人:无锡比迅科技有限公司