比较器与模数转换器制造技术

一种通过采样（Ｓａｍｐｌｉｎｇ）、放大（Ａｍｐｌｉｆｙ）、再生（Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｅ）、比较（Ｃｏｍｐａｒｅ）实现比较器功能的比较器（下文中称为ＳＡＲＣ比较器），用于模数（下文中称为“Ａ／Ｄ”）转换器。所述比较器通过第一个开关Ｋ１和第一个反相器ＩＮＶ１的输入端实现采样功能，通过第一个反相器ＩＮＶ１实现放大功能，通过第四个开关Ｋ４和第二个反相器ＩＮＶ２实现再生功能，通过第一反相器ＩＮＶ１和第二反相器ＩＮＶ２以及第三个开关Ｋ３和第四个开关Ｋ４实现比较和锁定比较结果的功能。所述比较器通过第一个开关Ｋ１和第一个反相器ＩＮＶ１采样输入信号，通过第二个开关Ｋ２和第二个反相器ＩＮＶ２采样参考信号，所述比较器通过较少的晶体管数目，获得较高比较精度和比较速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于比较信号电压和参考电压的比较器。特别地，它涉及一种将采样(Sampling)、放大(Amplify)、再生(Regenerate)、比较(Compare)等功能集成在一起的比较器(下文中称为SARC比较器)和具有该比较器的模数(下文中称为“A/D”)转换器。
技术介绍
众所周知的最简单和通用的A/D转换器如图1所示，它将输入的模拟信号进行快速编码并且将之转换为数字信号的闪速形式A/D转换器。它由四个部分组成参考电压产生模块，具有相同电阻值的电阻彼此串联连接，电阻之间各结点的电压作为相应于各转换数据的模拟参考电压；比较电路模块，比较器61~6n将从输入端41输入的模拟电压和n级参考电压进行比较；数字锁存电路，用于锁存保持比较器的输出结果；编码器模块，编码器43将存储的结果转换为某种形式的编码数字信号并输出。在这种形式的A/D转换器中，比较器的速度决定了整个A/D转换器的转换速度，参考电压产生模块中串联电阻的个数以及比较电路模块中比较器个数，决定了整个A/D转换器的转换精度。例如，n＝255时，整个A/D转换器的转换精度为8比特，而n＝1023时，整个A/D转换器的转换精度为10比特。因此，为了转换具有更大比特数的数据，要求A/D转换器具有更多数量的电阻和比较器。电阻数目和比较器数目n与A/D转换器的比特数w之间的关系是n＝2w，可见每提高1比特的转换精度，电阻数量和比较器数量就必须加倍。在半导体集成电路的芯片面积中形成这种类型的A/D转换器时，每个比较器占据芯片的面积大小，决定了整个A/D转换器芯片面积大小。
技术实现思路
本专利技术就是为了解决前述两个问题而提出的，本专利技术提出了一种电路元件很少，速度很快的比较器，提供了电路元件很少，速度很快的A/D转换器。本专利技术提供的比较器的基本结构包括第一开关K1，它的一端来自输入信号；第一反相器INV1，它的输入端与所述第一开关K1的另一端相连；第二开关K2，它的一端来自参考电压；第二反相器INV2，它的输入端与所述第二开关K2的另一端相连；第三开关K3，它的一端与所述第一反相器INV1的输入端相连，另一端与所述第二反相器INV2的输出端相连；第四开关K4，它的一端与所述第二反相器INV2的输入端相连，另一端与所述第一反相器INV1的输出端相连。本专利技术提供的比较器的基本结构与传统的比较器结构完全不相同，传统的比较器结构与传统的二级运算放大器结构类似，这种比较器结构电路元件多，速度越高要求功耗越大，同时面临较大失调电压的影响；本专利技术提供的比较器的基本结构电路元件少，它的功耗主要花费在放大和再生阶段，而这段时间是在时钟作用下瞬间完成工作即达到稳定，因此时间相当短暂，功耗很低，对速度要求远不如传统的比较器敏感。同时本专利技术提供的比较器的失调电压很小。本专利技术提供的比较器的基本结构与斩波型比较器结构也完全不相同，在公开号为CN1388647A的专利中提供的斩波型比较器结构采用了电容元件，并且有一个开关跨接在反相器的输入输出端，在这个开关闭合期间，被这个开关跨接的反相器的输入输出端短接，流过电流很大，功耗相当高；本专利技术提供的比较器的基本结构中没有电容元件，也没有一个开关跨接在反相器的输入输出端，从而大大提高了比较器的速度，减少了电路的功耗，减少了比较器电路中元件数目。同时本专利技术提供的比较器的基本结构既可以单端输出又可以双端差分输出，其后的锁存器的设计可以相当灵活多样，也减少了电路元件数量。在本专利技术提供的比较器的基本结构中，当第一开关K1和第二开关K2同时闭合时，而第三开关K3和第四开关K4同时打开，输入信号和参考电压被分别采样到第一反相器的输入端和第二反相器的输入端，并分别被第一反相器和第二反相器放大；当第一开关K1和第二开关K2同时打开时，第三开关K3和第四开关K4同时闭合，分别被第一反相器和第二反相器放大后的输入信号和参考电压被分别反馈到第二反相器的输入端和第一反相器的输入端进行再放大，即完成所谓的再生功能(下面称这个过程为“再生”)；由于第三开关K3和第四开关K4同时闭合后，第一反相器的输出连接到第二反相器的输入，同样第二反相器的输出连接到第一反相器的输入，形成了闭合回路，在闭合回路中的任何一点的信号经过回路一圈后都被正向放大，由于所有反相器的参数和特性完全一致，所有开关的参数和特性也完全一致，这样在闭合回路形成的瞬间，在第一反相器的输出端的信号和在第二反相器的输出端的信号中幅度大的信号经过闭合回路后占据上风，使整个闭合回路的状态稳定下来，从而使输出固定，完成比较功能。在本专利技术第一实施例之基本结构的比较器中，第一反相器的输出可接任何结构的触发器DFF1作为数据寄存器或者锁存器，第二反相器的输出可接一个等效的负载，也可以接相同结构的元件。图2是第一反相器的输出接了一个D触发器的电路结构。在本专利技术第二实施例之基本结构的比较器中，第一反相器的输出接第三反相器INV3的输入，第三反相器INV3的输出接第五开关K5的一端，第五开关K5的另一端接到第五反相器的输入，第五反相器的输出接到第七反相器的输入，第七开关K7的两端分别接到第五反相器的输入和第七反相器的输出。第五开关K5、第五反相器、第七反相器和第七开关K7构成一个数据寄存器或锁存器。如图3所示。当第一开关K1和第二开关K2同时闭合时，而第三开关K3和第四开关K4同时打开，第七开关K7和第八开关K8也同时闭合，开关K5和开关K6同时打开，输入信号和参考电压被分别采样到第一反相器的输入端和第二反相器的输入端，并分别被第一反相器和第二反相器放大，整个比较器的输出信号，也是第五反相器的输出信号，被第七反相器保持住；当第一开关K1和第二开关K2同时打开时，第三开关K3和第四开关K4同时闭合，第七开关K7和第八开关K8也同时打开，第五开关K5和第六开关K6同时闭合，分别被第一反相器和第二反相器放大后的输入信号和参考电压被再生、比较后从第一反相器的输出端输出比较结果。该比较结果通过第三反相器INV3、第五开关K5、第五反相器形成的通路输出数据。在本专利技术第二实施例之基本结构的比较器中，第二反相器的输出可以只接一个与第三反相器INV3一样的第四反相器INV4，也可以根据应用需要在第四反相器INV4的输出接与第三反相器INV3输出端接的相同的一个数据寄存器或锁存器。如图3所示，第六开关K6、第六反相器、第八反相器和第八开关K8构成一个数据寄存器或锁存器。在本专利技术第二实施例之基本结构的比较器与第一实施例相比，除了它本身基本结构的优点之外，它还能减少所述数据寄存器或锁存器的元件数量，简化电路结构。附图说明参照附图会更好地理解下面公开的本专利技术，其中图1为显示通用的闪速形式A/D转换器例子的电路方框2为显示本专利技术基本结构的比较器电路3为显示本专利技术第一实施例的比较器电路4为显示本专利技术第二实施例的比较器电路5为显示本专利技术第一实施例的比较器工作时序6为显示本专利技术第二实施例的比较器工作时序7为显示本专利技术第三实施例的A/D转换器的电路方框图具体实施方式现在考察附图，图3为显示本专利技术第一实施例的比较器电路图。如图3所示，本专利技术第一实施例的比较器电路包括信号电压输入端1，参考电压输入端10，开关2和5，反相器3，开关9和6，反相器7，触发器27本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种比较器，包括：第一开关Ｋ１，它的一端来自输入信号；第一反相器ＩＮＶ１，它的输入端与所述第一开关的另一端相连；第二开关Ｋ２，它的一端来自参考电压；第二反相器ＩＮＶ２，它的输入端与所述第二开关的另一端相连；　 　第三开关Ｋ３，它的一端与所述第一反相器的输入端相连，另一端与所述第二反相器的输出端相连；和第四开关Ｋ４，它的一端与所述第二反相器的输入端相连，另一端与所述第一反相器的输出端相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曹先国，
申请(专利权)人：曹先国，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]