技术领域
本发明有关于一种比较电路，特别是有关于一种具有偏移(offset)平均
架构的比较电路。
背景技术：
比较器广泛地应用于模拟数字转换。在一传统的模拟数字转换器中，需要
三个比较器来将输入信号数字化以获得四个范围。此三个比较器之每一者具有
一临界电压，此三个临界电压包括在该三个临界电压中之最大的临界电压、在
该三个临界电压中最小的临界电压、以及位于该最大与最小临界电压之间的中
间临界电压。因此，此四个范围有：高于最大临界电压之范围、介于最大临界
电压与中间临界电压之范围、介于中间临界电压与最小临界电压之范围、以及
低于最小临界电压之范围。假使期望提供用于输入信号数字化之多个范围，则
需要多个比较器，这增大了模拟数字转换器的尺寸。
因此，期望提供一种比较电路，其采取用于模拟数字转换的偏移(offset)
平均架构，且占用最小的面积。本发明的比较电路的比较器临界值透过比较器
内建偏移(或固有偏移)来实现。
技术实现要素：
本发明提供一种比较电路，其包括第一比较器、第二比较器、以及第一时
间-数字比较器。第一比较器具有第一偏移电压。第一比较器接收输入信号，
且对输入信号执行第一比较操作以产生第一比较信号。第二比较器具有第二偏
移电压。第二比较器接收输入信号，且对输入信号执行第二比较操作以产生第
二反相比较信号。第一偏移电压大于第二偏移电压。第一时间-数字比较器接
收第一比较信号以及第二反相比较信号，且根据第一比较信号以及第二反相比
较信号来产生第一判断信号以及第二判断信号。第一判断信号以及第二判断信
号系指示输入信号之电压是否大于第一中间电压。第一中间电压介于第一偏移
电压与第二偏移电压之间。
本发明另提供一种比较电路，包括第一比较器、地二比较器、第一时间-
数字比较器、以及第二时间-数字比较器。第一比较器具有第一偏移电压。第
一比较器接收输入信号，且该输入信号执行第一比较操作以产生第一比较信号
以及第一反相比较信号。第二比较器具有第二偏移电压。第二比较器接收输入
信号，且对输入信号执行第二比较操作以产生第二比较信号以及第二反相比较
信号。第一时间-数字比较器接收第一比较信号以及第二反相比较信号，且根
据第一比较信号以及第二反相比较信号来产生第一判断信号以及第二判断信
号。第二时间-数字比较器接收第一反相比较信号以及第二比较信号，且根据
第一反相比较信号以及第二比较信号来产生第三判断信号以及第四判断信号。
当第一偏移电压大于第二偏移电压，第一判断信号以及第二判断信号指示输入
信号之电压是否大于第一中间电压。当第二偏移电压大于第一偏移电压，第三
判断信号以及第四判断信号指示输入信号之电压是否大于第一中间电压。第一
中间电压介于第一偏移电压与第二偏移电压之间。
与现有技术比较，为了判断输入信号的电压是处于哪个电压范围，比较电
路包括两个比较器。而由于使用时间-数字比较器而形成一伪比较器，该伪比
较器的面积远小于比较器中任一者的面积。因此，当比较电路应用于模拟-数
字转换器时，此模拟-数字转换器的尺寸减小。此外，由于需要较少的比较器，
比较电路可消耗较少的功率。
附图说明
图1表示本发明一实施例的比较电路；
图2表示在图1的比较电路中时间-数字比较器的详细架构；
图3表示在图1的比较电路中，输入信号之电压介于一较大偏移电压与一
中间电压的情况示意图；
图4表示在图1的比较电路中，输入信号之电压介于一较小偏移电压与一
中间电压的情况示意图；
图5表示本发明另一实施例的比较电路；
图6表示本发明又一实施例的比较电路；
图7表示本发明再一实施例的比较电路；以及
图8表示在图7的比较电路中时间-数字比较器的详细架构。
具体实施方式
为使本发明之上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施
例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1表示本发明一实施例的比较电路。该比较电路1包括比较器10与11、
时间-数字比较器12与13、以及判断单元14。比较器10具有内建偏移电压(或
固有偏移)Voffset10，而比较器11具有内建偏移电压(或固有偏移)Voffset11。
比较器10与11都接收一输入信号VIN。比较器10根据偏移电压Voffset10来
对输入电压VIN进行比较操作以产生比较信号D10与DB10，其中，比较信号
DB10反相于比较信号D10。比较器11根据偏移电压Voffset11来对输入电压
VIN进行比较操作以产生比较信号D11与DB11，其中，比较信号DB11反相
于比较信号D11。偏移电压Voffset10与Voffset11之总和的一半定义为第一中
间电压(例如，偏移电压等于(Voffset10+Voffset11)/2)。
时间-数字比较器12接收比较信号D10以及反相比较信号DB11，且根据
比较信号D10以及反相比较信号DB11来产生判断信号Q120与Q121。时间-
数字比较器13接收反相比较信号DB10以及比较信号D11，且根据反相比较
信号DB10以及比较信号D11来产生判断信号Q130与Q131。判断单元14接
收判断信号Q120、Q121、Q130、与Q131。在偏移电压Voffset10大于偏移电
压Voffset11的情况下，判断单元14根据判断信号Q120与Q121来判断输入
信号VIN之电压是否大于第一中间电压。在偏移电压Voffset11大于偏移电压
Voffset10的情况下，判断单元14根据判断信号Q130与Q131来判断输入信号
VIN之电压是否大于第一中间电压。在此实施例中，比较器10与11之每一者
以一感测放大器型正反器(senseamplifier-basedflip-flop)来实施，其不需参
考信号来进行比较。
图2表示时间-数字比较器12与13的详细架构。为了描述比较电路1的
操作，图2也示出了比较器10与11以及判断单元14。在此实施例中，时间-
数字比较器12与13之每一者由一SR拴锁器(SRlatch)来实施，且具有两个
输入节点以及两个输出节点。参阅图2，SR拴锁器12分别由输入节点IN120
与IN121来接收比较信号D10以及反相比较信号DB11，且分别于输出节点
OUT120与OUT121产生判断信号Q120与Q121。SR拴锁器12包括或非(NOR)
门120与121。或非门120之一输入端耦接输入节点IN120，其另一输入端耦
接输出节点OUT121，且其输出端耦接输出节点OUT120。或非门121之一输
入端耦接输出节点OUT120，其另一输入端耦接输入节点IN121，且其输出端
耦接输出节点OUT121。SR拴锁器13分别由输入节点IN130与IN131来接收
比较信号D11以及反相比较信号DB10，且分别于输出节点OUT130与OUT131
产生判断信号Q130与Q131。SR拴锁器13包括或非门130与131。或非门130
之一输入端耦接输入节点IN130，其另一输入端耦接输出节点OUT131，且其
输出端耦接输出节点OUT130。或非门131之一输入端耦接输出节点OUT130，
其另一输入端耦接输入节点IN131，且其输出端耦接输出节点OUT131。
在以下叙述中，比较电路1之详细操作将根据偏移电压Voffset10大于偏
移电压Voffset11之情况来说明。参阅图3，当输入信号VIN之电压介于偏移
电压Voffset10与第一中间电压(表示为“range_Voffset10-Vmiddle”)之间时，
由于输入信号VIN之电压接近于偏移电压Voffset10，因此由比较器10所产生
之比较信号D10与反相比较信号DB10缓慢地改变至最终电位。因为输入信号
VIN的电压小于偏移电压Voffset10，所以比较信号D10以及反相比较信号
DB10之最终电位分别是电位Llow以及电位Lhigh。此外，由于输入信号VIN
的电压远离于偏移电压Voffset11，因此由比较器11所产生的比较信号D11与
反相比较信号DB11快速地改变至最终电位。因为输入信号VIN的电压大于偏
移电压Voffset11，所以比较信号D11以及反相比较信号DB11之最终电位分别
是电位Lhigh以及电位Llow。在此实施利中，电位Lhigh与Llow分别以逻辑
值”1”与”0”来表示。因此，SR拴锁器12接收具有逻辑值”0”的比较信号D10
以及具有逻辑值”0”的反相比较信号DB11，而SR拴锁器13接收具有逻辑值”1”
的比较信号D11以及具有逻辑值”1”的反相比较信号DB10。
根据SR拴锁器12的逻辑操作，由于比较信号DB11快速地改变至电位
Vlow，或非门121所产生的判断信号Q121被反相比较信号DB11所决定，以
具有逻辑值”1”。接着，或非门120所产生的判断信号Q120根据具有逻辑值”0”
之比较信号D10以及具有逻辑值”1”之判断信号Q121而具有逻辑值”0”。此时，
根据SR拴锁器13的逻辑操作，判断信号Q130与Q131都具有逻辑值”0”。判
断信号Q120、Q121、Q130、与Q131之逻辑值显示于表1。
参阅图4，当输入信号VIN的电压介于第一中间电压与偏移电压Voffset11
(表示为“range_Vmiddle-Voffset11”)之间时，由于输入信号VIN的电压接近
于偏移电压Voffset11，因此由比较器11所产生的比较信号D11与反相比较信
号DB11缓慢地改变至最终电位。因为输入信号VIN的电压大于偏移电压
Voffset11，所以比较信号D11以及反相比较信号DB11的最终电位分别是电位
Lhigh以及电位Llow。此外，由于输入信号VIN的电压远离于偏移电压
Voffset10，因此由比较器10所产生的比较信号D10与反相比较信号DB10快
速地改变至最终电位。因为输入信号VIN的电压小于偏移电压Voffset10，所
以比较信号D10以及反相比较信号DB10的最终电位分别是电位Llow以及电
位Lhigh。接着，SR拴锁器12接收具有逻辑值”0”的比较信号D10以及具有
逻辑值”0”的反相比较信号DB11，而SR拴锁器13接收具有逻辑值”1”之比较
信号D11以及具有逻辑值”1”的反相比较信号DB10。
如上所述，根据SR拴锁器12的逻辑操作，判断信号Q120与Q121分别
具有逻辑值”1”与”0”。此时，根据SR拴锁器13的逻辑操作，判断信号Q130
与Q131都具有逻辑值”0”。
根据图2之架构，当输入信号VIN的电压大于偏移电压Voffset10(表示
为“range_>Voffset10”)，比较器10产生具有逻辑值”1”的比较信号D10以及
具有逻辑值”0”的反相比较信号DB10，而比较器11产生具有逻辑值”1”的比较
信号D11以及具有逻辑值”0”的反相比较信号DB11。根据SR拴锁器12与13
的逻辑操作，SR拴锁器12所产生的判断信号Q120与Q121分别具有逻辑值”0”
与”1”，而SR拴锁器13所产生的判断信号Q130与Q131分别具有逻辑值”0”
与”1”。
当输入信号VIN的电压小于偏移电压Voffset11(表示为
“range_<Voffset11”)，比较器10产生具有逻辑值”0”的比较信号D10以及具
有逻辑值”1”的反相比较信号DB10，而比较器10产生具有逻辑值”0”的比较信
号D11以及具有逻辑值”1”的反相比较信号DB11。根据SR拴锁器12与13的
逻辑操作，SR拴锁器12所产生的判断信号Q120与Q121分别具有逻辑值”1”
与”0”，而SR拴锁器13所产生的判断信号Q130与Q131分别具有逻辑值”1”
与”0”。
表1
在上述实施例中，如表1所示，在偏移电压Voffset10大于偏移电压
Voffset11的情况下，当输入信号VIN的电压大于第一中间电压
(range_>Voffset10以及range_Voffset10-Vmiddle)时，判断信号Q120与Q121
分别具有逻辑值”0”与”1”。当输入信号VIN的电压小于第一中间电压
(range_Vmiddle-Voffset11以及range_<Voffset11)时，判断信号Q120与Q121
分别具有逻辑值”1”与”0”。因此，在此情况下，判断单元14根据判断信号Q120
与Q121来判断输入信号VIN的电压是否大于第一中间电压。
根据上述的逻辑操作，在偏移电压Voffset11大于偏移电压Voffset10的情
况下，判断信号Q130与Q131是有意义的，判断单元14根据判断信号Q130
与Q131来判断输入信号VIN之电压是否大于第一中间电压。
根据上述实施利，由于SR拴锁器12与13所产生的判断信号可用来判断
输入信号VIN的电压是否大于第一中间电压(例如，(Voffset10+Voffset11)/2)，
因此SR拴锁器12与13组成具有等效偏移电压Voffset15的伪比较器(pseudo
comparator)15，而此偏移电压Voffset15等于第一中间电压。
与现有技术比较，为了判断输入信号VIN的电压是处于四个范围中的哪
一者，比较电路1包括两个比较器10与11。伪比较器15之面积远小于比较
器10与11中任一者的面积。因此，当比较电路1应用于模拟-数字转换器时，
此模拟-数字转换器的尺寸减小。此外，由于需要较少的比较器，比较电路1
可消耗较少的功率。
在上述实施利中，不论偏移电压Voffset10是否大于偏移电压Voffset11，
判断单元14只判断输入信号VIN的电压与第一中间电压之间的关系。参阅图
5，在另一实施利中，判断单元14可进一步接收来自比较器10的比较信号D10
与反相比较信号DB10以及来自比较器11的比较信号D11与反相比较信号
DB11。因此，判断单元14可进一步判断输入信号VIN的电压与偏移电压
Voffset10之间的关系以及输入信号VIN的电压与偏移电压Voffset11之间的关
系。
在偏移电压Voffset10大于偏移电压Voffset11的情况下，判断单元14可判
断出输入信号VIN的电压位于范围range_>Voffset10、range_Voffset-Vmiddle、
range_Vmiddle-Voffset11、或range_<Voffset11。如上所述，当输入信号VIN之
电压大于偏移电压Voffset10时，比较信号D10以及反相比较信号DB10分别
具有逻辑值”1”以及逻辑值”0”；而当输入信号VIN之电压小于偏移电压
Voffset10时，比较信号D10以及反相比较信号DB10分别具有逻辑值”0”以及
逻辑值”1”。因此，当判断单元14根据判断信号Q120与Q121而判断出输入
信号VIN的电压大于第一中间电压时，判断单元14可根据比较信号D10以及
反相比较信号DB10来判断输入信号VIN的电压是否大于偏移电压Voffset10。
如上所述，当输入信号VIN的电压大于偏移电压Voffset11时，比较信号
D11以及反相比较信号DB11分别具有逻辑值”1”以及逻辑值”0”；而当输入信
号VIN的电压小于偏移电压Voffset11时，比较信号D11以及反相比较信号
DB11分别具有逻辑值”0”以及逻辑值”1”。因此，当判断单元14根据判断信号
Q120与Q121而判断出输入信号VIN的电压不大于第一中间电压时，判断单
元14可根据比较信号D11以及反相比较信号DB11来判断输入信号VIN的电
压是否大于偏移电压Voffset11。
在偏移电压Voffset11大于偏移电压Voffset10的情况下，判断单元14根据
判断信号Q130与Q131来判断输入信号VIN的电压是否大于第一中间电压。
同样地，判断单元14可进一步根据比较信号D10与反相比较信号DB10来判
断输入信号VIN的电压是否大于偏移电压Voffset10，且可进一步根据比较信
号D11与反相比较信号DB11来判断输入信号VIN的电压是否大于偏移电压
Voffset11。
图6表示本发明另一实施例的比较电路。参阅第1图与第6图，第1图与
第6图之间的差异在于，比较电路6更包括计算单元60。计算单元60包括或
非门600与601。或非门600的一输入端接收判断信号Q120，其另一输入端
接收判断信号Q130，且其输出端产生结果信号R60。或非门601的一输入端
接收判断信号Q121，其另一输入端接收判断信号Q131，且其输出端产生反相
结果信号RB60。结果信号R60与反相结果信号RB60指示输入信号VIN之电
压是否大于第一中间电压。不论偏移电压Voffset10是否大于偏移电压
Voffset11，判断单元14可根据结果信号R60与反相结果信号RB60来判断输
入信号VIN的电压是否大于第一中间电压。在此实施例中，具有逻辑值”1”的
结果信号R60以及具有逻辑值”0”的反相结果信号RB60表示输入信号VIN的
电压大于第一中间电压，而具有逻辑值”0”的结果信号R60以及具有逻辑值”1”
的反相结果信号RB60表示输入信号VIN的电压不大于第一中间电压。
图7表示根据本发明又一实施例的比较电路。参阅第6图与第7图，第6
图与第7图的差异在于：比较电路7更包括延迟单元70以及伪比较器71。延
迟单元70接收比较信号D11以及反相比较信号DB11，且将比较信号D11以
及反相比较信号DB11延迟一既定期间。伪比较器71接收比较信号D10以及
反相比较信号DB10，以及接收来自延迟单元70的比较信号D11以及反相比
较信号DB11。参阅图7，伪比较器71包括时间-数字比较器710与711。时间
-数字比较器710接收比较信号D10以及来自延迟单元70的反相比较信号
DB11，且根据比较信号D10以及反相比较信号DB11来产生判断信号Q7100
与Q7101。时间-数字比较器711接收反相比较信号DB10以及来自延迟单元
70的比较信号D11，且根据反相比较信号DB10以及比较信号D11来产生判
断信号Q7110与Q7111。判断单元14更接收判断信号Q7100、Q7101、Q7110、
与Q7111。在偏移电压Voffset10大于偏移电压Voffset11的情况下，判断单元
14根据判断信号Q7100与Q7101来判断输入信号VIN的电压是否大于一第二
中间电压，其中，该第二中间电压介于偏移电压Voffset10与Voffset11之间。
在偏移电压Voffset11大于偏移电压Voffset10的情况下，判断单元14根据判断
信号Q7110与Q7111来判断输入信号VIN的电压是否大于第二中间电压。优
选地，第二中间电压根据延迟单元70的既定期间而决定。在图7的实施例中，
根据延迟单元70的既定期间，第二中间电压被定义为偏移电压Voffset10与第
一中间电压的总和的一半(例如，[Voffset10+(Voffset10+Voffset11)/2]/2)。
参阅图8，其具有与伪比较器15的时间-数字比较器12与13相同的架构，
时间-数字比较器710与711的每一者以SR拴锁器来实施。SR拴锁器710包
括或非门7100与7101，且SR拴锁器711包括或非门7110与7111。SR拴锁
器710与711的架构与操作如同于SR拴锁器12与13。因此，在此省略相关
叙述。
根据图7的实施例，由于SR拴锁器710与711所产生的判断信号可用来
判断输入信号VIN的电压是否大于第二中间电压，因此由SR拴锁器710与
711所组成的伪比较器71具有等于第二中间电压的等效偏移电压Voffset71。
在前面详细的描述中，通过参考本发明描述的特定实施例，本领域技术人
员可以理解的是，在没有背离本发明的精神的情况下可以做出各种修改。且前
面详细的描述以及附图应该理解为是为了清楚的阐述发明，而不是作为本发明
的限制。