一种电压比较器制造技术

本发明专利技术公开了一种电压比较器，包括顺次电联接的PTAT电流源、差分增益级和输出级，以及电压正向输入端、电压负向输入端、电源端、地端和输出端；PTAT电流源，利用两只MOS管的栅源电压差之差与电阻之比产生与温度成正比的基准电流，为差分增益级提供电流偏置，抑制高温对比较器性能的影响；差分增益级，包括带负阻负载的折叠式共源共栅放大器和偏置电路；带负阻负载的折叠式共源共栅放大器，采用折叠式共源共栅结构可以提高增益，采用负阻负载有利于进一步提高增益，偏置电路为差分增益级提供直流偏置电压；输出级，采用带有交叉耦合正反馈的共源电路，可以增大比较器的速度。本发明专利技术具有精度高、速度快以及抑制高温带来性能恶化的特点。

A Voltage Comparator

【技术实现步骤摘要】
一种电压比较器
本专利技术涉及集成电路设计领域，具体涉及一种高速高精度电压比较器。
技术介绍
随着半导体集成电路技术的快速发展，片上系统已经得到了广泛的应用。电压比较器可以将模拟电压信号通过比较正负端电压输出数字信号，在绝大多数片上系统中都有电压比较器的身影；电压比较器的速度、精度、延迟时间和功耗等指标对整个系统来说都是至关重要的，电压比较器的优劣直接决定着整个系统的性能。电压比较器可分为静态比较器和动态比较器，动态比较器需要时钟，且会引入噪声；静态比较器采用运算放大器实现，所需功耗较大，并且不适合高速系统。图1所示为一个采用两级运算放大器构成的传统电压比较器，IB为偏置电流输入端，P1为偏置管，第一级放大器由NMOS管N1～N4和PMOS管P2构成，第二级放大器由NMOS管N5和PMOS管P3构成。图2所示为在60℃温度，输入33MHz频率，输入差为70mV时，传统结构的电压比较器的精度仿真图；在该条件下，比较器正常工作，动态功耗为190uA。图3所示为在60℃温度，输入33MHz频率，输入差为50mV时，传统结构的电压比较器的精度仿真图，在该条件下，比较器已不能正常工作；图4所示为在150℃温度，输入33MHz频率，输入差为50mV时，传统结构的电压比较器的精度仿真图，在该条件下，比较器已不能正常工作。运算放大器的带宽决定着比较器的速度，运算放大器的增益决定着比较器的精度，这种传统结构的静态比较器受到运算放大器增益带宽积的限制，速度和精度受限；此外，提高增益带宽积需要消耗很大的功耗。另外在高温下，图1所示结构的运算放大器的增益带宽积会明显减小，因此在高温下，比较器的性能也会受到明显恶化。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术解决的技术问题是克服现有方法的不足，提出一款电压比较器，速度和精度不会因为运算放大器增益带宽积的提高被限制而受限，同时还能够不受高温的影响。为解决上述问题，本专利技术是通过以下技术手段实现的：一种电压比较器，其特征在于：包括顺次电联接的PTAT电流源、差分增益级和输出级，以及电压正向输入端VIP、电压负向输入端VIN、电源端VCC、地端VSS和输出端Vout；PTAT电流源的正供电端、差分增益级的正供电端、输出级的正供电端均连接至电源端VCC；PTAT电流源的负供电端、差分增益级的负供电端、输出级的负供电端均连接至地端VSS；电压正向输入端VIP连接差分增益级的正输入端，电压负向输入端VIN连接差分增益级的负输入端，PTAT电流源的输出端连接差分增益级的偏置电流输入端，差分增益级的正输出端连接输出级的正输入端，差分增益级的负输出端连接输出级的负输入端，输出级的输出端连接输出端Vout；PTAT电流源，利用两只MOS管栅源电压差之差与电阻之比产生与温度成正比的基准电流，用于为差分增益级提供电流偏置，抑制高温对比较器性能的影响；差分增益级，包括带负阻负载的折叠式共源共栅放大器和偏置电路；带负阻负载的折叠式共源共栅放大器，折叠式共源共栅结构用于提高增益，负阻负载用于进一步提高增益，偏置电路用于为差分增益级提供直流偏置电压；输出级，采用带有交叉耦合正反馈的共源电路，用于增大比较器的速度。作为PTAT电流源的一种具体的实施方式，其特征在于：所述的PTAT电流源包括NMOS管N1～N4、PMOS管P1～P3和电阻R1；PMOS管P1～P3的源极电联接到电源端VCC；PMOS管P1～P3的栅极电联接，并同时电联接到PMOS管P2和NMOS管N2的漏极；PMOS管P1的漏极、NMOS管的N1的栅极和电阻R1的正极电联接；电阻R1的负极、NMOS管N1的漏极和NMOS管N2的栅极电联接；PMOS管P3的漏极、NMOS管N4的栅极和N4的漏极电联接；NMOS管N3的栅极、NMOS管N3的漏极和NMOS管N4的源极电联接，连接点为PTAT电流源的输出端；NMOS管N1～N3的源极电联接到地端VSS。作为差分增益级的一种具体的实施方式，其特征在于：所述的差分增益级包括NMOS管N5～N13、PMOS管P4～P6、电阻R2～R4和电容C1～C2；其中，NMOS管N5～N12、PMOS管P4～P5、电阻R2～R3和电容C1构成带负阻负载的折叠式共源共栅放大器，NMOS管N13、PMOS管P6、电阻R4和电容C2构成偏置电路；电阻R2～R4的正极和电容C2的上极板电联接到电源端VCC；电阻R2的负极、NMOS管N6的漏极、N9的漏极、N10的栅极和PMOS管P4的源极电联接；电阻R3的负极、NMOS管N7的漏极、N10的漏极、N9的栅极和PMOS管P5的源极电联接；NMOS管N6的栅极电联接到电压负向输入端VIN；NMOS管N7的栅极和电压正向输入端VIP电联接；NMOS管N6～N7的源极和NMOS管N5的漏极电联接；NMOS管N5的栅极、N8的栅极、N11～13的栅极和电容C1的上极板电联接，连接点为差分增益级的偏置电流输入端；NMOS管N9～N10的源极和NMOS管N8的漏极电联接；PMOS管P4～P5的栅极、P6的栅极、P6的漏极、NMOS管N13的漏极和电容C2的下极板电联接；电阻R4的负极和PMOS管P6的源极电联接；PMOS管P4的漏极和NMOS管N11的漏极电联接，连接点为差分增益级的负输出端；PMOS管P5的漏极和NOMS管N12的漏极电联接，连接点为差分增益级的正输出端；NMOS管N5的源极、N8的源极、N11～N13的源极和电容C1的下极板电联接到地端VSS。作为输出级的一种具体的实施方式，其特征在于：所述的输出级包括NMOS管N14～N15、PMOS管P7～P8和电阻R5～R6；其中NMOS管N14～N15、PMOS管P7～P8和电阻R5～R6构成正反馈结构的输出电路；PMOS管P7～P8的源极和电阻R5～R6的正极电联接到电源端VCC；PMOS管P7的栅极、PMOS管P8的漏极、NMOS管N14的漏极和电阻R5的负极电联接；NMOS管N14的栅极为输出级的正输入端；PMOS管P7的漏极、PMOS管P8的栅极、NMOS管N15的漏极和电阻R6的负极电联接，并同时电联接到输出端Vout；NMOS管N15的栅极为输出级的负输出端；NMOS管N14～N15的源极电联接到地端VSS。术语解释：PTAT电流源：“PATA”的英文全称为“proportionaltoabsolutetemperature”，中文翻译为“与绝对温度成正比”，因此“PTAT电流源”的含义为“与绝对温度成正比的电流源”。与现有技术相比，本专利技术具有如下特点：1、采用输出电流与温度正相关的电流源为比较器提供电流偏置，能够抑制高温带来的性能恶化；2、采用带有负阻型负载的折叠共源共栅放大器，能够实现较大的增益，增大比较器的精度；3、采用具有正反馈的输出级，能够增大比较器的速度。本专利技术所提的技术方案，其工作原理及理论分析在具体实施方式中进行详细说明，其有益效果为：(1)比较器的精度高；(2)比较器的速度快；(3)比较器能够抑制高温带来的性能恶化。附图说明图1为传统结构的电压比较器的电路原理图；图2为传统结构的电压比较器在60℃温度，输入33MHz频率，输入差为70mV时的瞬态仿真图；图3为传统结构的电压比较器在60℃温度，输入33MH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电压比较器，其特征在于：包括顺次电联接的PTAT电流源、差分增益级和输出级，以及电压正向输入端VIP、电压负向输入端VIN、电源端VCC、地端VSS和输出端Vout；PTAT电流源的正供电端、差分增益级的正供电端、输出级的正供电端均连接至电源端VCC；PTAT电流源的负供电端、差分增益级的负供电端、输出级的负供电端均连接至地端VSS；电压正向输入端VIP连接差分增益级的正输入端，电压负向输入端VIN连接差分增益级的负输入端，PTAT电流源的输出端连接差分增益级的偏置电流输入端，差分增益级的正输出端连接输出级的正输入端，差分增益级的负输出端连接输出级的负输入端，输出级的输出端连接输出端Vout；PTAT电流源，利用两只MOS管的栅源电压差之差与电阻之比产生与温度成正比的基准电流，用于为差分增益级提供电流偏置，抑制高温对比较器性能的影响；差分增益级，包括带负阻负载的折叠式共源共栅放大器和偏置电路；带负阻负载的折叠式共源共栅放大器，折叠式共源共栅结构用于提高增益，负阻负载用于进一步提高增益，偏置电路用于为差分增益级提供直流偏置电压；输出级，采用带有交叉耦合正反馈的共源电路，用于增大比较器的速度。...

【技术特征摘要】
1.一种电压比较器，其特征在于：包括顺次电联接的PTAT电流源、差分增益级和输出级，以及电压正向输入端VIP、电压负向输入端VIN、电源端VCC、地端VSS和输出端Vout；PTAT电流源的正供电端、差分增益级的正供电端、输出级的正供电端均连接至电源端VCC；PTAT电流源的负供电端、差分增益级的负供电端、输出级的负供电端均连接至地端VSS；电压正向输入端VIP连接差分增益级的正输入端，电压负向输入端VIN连接差分增益级的负输入端，PTAT电流源的输出端连接差分增益级的偏置电流输入端，差分增益级的正输出端连接输出级的正输入端，差分增益级的负输出端连接输出级的负输入端，输出级的输出端连接输出端Vout；PTAT电流源，利用两只MOS管的栅源电压差之差与电阻之比产生与温度成正比的基准电流，用于为差分增益级提供电流偏置，抑制高温对比较器性能的影响；差分增益级，包括带负阻负载的折叠式共源共栅放大器和偏置电路；带负阻负载的折叠式共源共栅放大器，折叠式共源共栅结构用于提高增益，负阻负载用于进一步提高增益，偏置电路用于为差分增益级提供直流偏置电压；输出级，采用带有交叉耦合正反馈的共源电路，用于增大比较器的速度。2.根据权利要求1所述的电压比较器，其特征在于：所述的PTAT电流源包括NMOS管N1～N4、PMOS管P1～P3和电阻R1；PMOS管P1～P3的源极电联接到电源端VCC；PMOS管P1～P3的栅极电联接，并同时电联接到PMOS管P2和NMOS管N2的漏极；PMOS管P1的漏极、NMOS管的N1的栅极和电阻R1的正极电联接；电阻R1的负极、NMOS管N1的漏极和NMOS管N2的栅极电联接；PMOS管P3的漏极、NMOS管N4的栅极和N4的漏极电联接；NMOS管N3的栅极、NMOS管N3的漏极和NMOS管N4的源极电联接，连接点为PTAT电流源的输出端；NMOS管N1～N3的源极电联接到地端VSS。3.根据权利要求1所述的电压比较器，其特征在于：所述的差分增益级包括NMOS管N5～N13、PMOS管P4～P6、电阻R2～R4和电容C1～C2；其中，NM...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱智勇，孔令宝，
申请(专利权)人：广州金升阳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44