專利名稱：輸入信號檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于檢測差分信號的輸入信號檢測電路。
技術背景近年來，在計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸已經(jīng)從并行傳輸改變?yōu)槠渲袀?輸速率較快的串行傳輸。用于在傳輸和接收信號時識別信號的接收的 電路(在下文中被稱為輸入信號檢測電路)在很多接口中在物理層中 標準化，其中該很多接口諸如USB (通用串行總線)、PCI-Express (外 圍設備互聯(lián))、SATA (串行AT附加)以及SAS (串行附加小計算機 系統(tǒng)接口)。并且，每個標準定義輸入信號的幅值。為了使得這些標 準化電路正常工作，重要的是，輸入信號獨立于電路使用環(huán)境地具有 在標準范圍內的幅度。使用電路的環(huán)境中的一個特別重要的因素是溫度。典型地，在很 多情況下，接口單元使用模擬電路，而模擬電路使用差分比較電路。 并且，該差分比較電路使用諸如晶體管和電阻器的元件。該晶體管具 有轉移電導S(在下文中被稱為gm)，以及根據(jù)負載電阻和gm來 確定差分比較電路的電壓放大因子。當將晶體管的柵極氧化物膜的厚 度表示為T。x，將柵極氧化物膜的介電常數(shù)表示為e。x，真空介電常數(shù)表 示為e。，并且將載流子的移動性表示為p時，利用以下等式(1)來表 示柵極氧化物膜的電容C。x。C一 gwgo^洲— —此外，當將柵極氧化物膜的電容c。x與載流子移動性m的乘積表示為/3并且將在晶體管中的漏極和源極之間流動的電流表示為Ids，晶 體管的柵極寬度表示為W，且晶體管的柵極長度表示為L時，則可以由以下等式(2)來表示遷移電導gm。(2)參考等式(2)，因為包括乘積/3和電流Ids，所以遷移電導gm根 據(jù)溫度而變化。該取決于溫度的gm的變化對差分比較電路的輸出幅度 造成影響。即，根據(jù)溫度來增加或減小差分比較電路的輸出幅度。應 用有差分比較電路的輸入信號檢測電路具有這樣的溫度條件，在該溫 度條件下，不能檢測到在標準范圍內的輸入信號。該輸入信號檢測電路的一個傳統(tǒng)例子是日本專利申請公開 (JP-P2006-054742A:第一傳統(tǒng)例子)。圖1示出在第一傳統(tǒng)例子中公 開的輸入信號檢測電路的結構。參考圖1，傳統(tǒng)的輸入信號檢測電路包 括差分比較電路CMP7和CMP8以及異或EOR 3。在下文中，N溝道 MOS (金屬氧化物半導體)晶體管和P溝道MOS晶體管分別被稱為 NMOS晶體管和PMOS晶體管。差分比較電路CMP7包括作為差分 對的NMOS晶體管Mn9和Mnl0;作為負載電阻的電阻器R9和R10; 以及恒流源Ib7。恒流源Ib7的一端連接到NMOS晶體管Mn9和MnlO 的源極，電阻器R9的一端連接到NMOS晶體管Mn9的漏極，并且電 阻器R10的一端連接到NMOS晶體管MnlO的漏極。電阻器R9的另 一端以及電阻器R10的另一端連接到電壓源VDD。恒流源Ib7的另一 端接地。差分比較電路CMPS包括作為差分對的NMOS晶體管Mnll 和Mnl2;作為負載電阻的電阻器Rll和R12;提供偏壓Voffl的電阻 Rbl;以及恒流源Ib8。恒流源Ib8的一端連接到NMOS晶體管Mnll 和Mnl2的源極，以及電阻器Rll的一端連接到NMOS晶體管Mnll 的漏極，并且電阻器R12的一端連接到NMOS晶體管Mnl2的漏極。 電阻器Rll的另一端和電阻器R12的另一端連接到電阻器Rbl的一端，并且電阻器Rbl的另一端連接到電壓源VDD。恒流源Ib8的另一端接地。NMOS晶體管Mn9和Mnll的柵極連接到提供輸入信號SINP到 其的輸入端子，以及NMOS晶體管MnlO和Mnl2的柵極連接到提供 輸入信號SINN到其的輸入端子。NMOS晶體管Mn9通過節(jié)點N9連 接到電阻器R9。NMOS晶體管MnlO通過節(jié)點N10連接到電阻器RIO。 NMOS晶體管Mnll通過節(jié)點Nil連接到電阻器Rll。 NMOS晶體管 Mnl2通過節(jié)點N12連接到電阻器R12。從節(jié)點N9和N10輸出差分輸 出信號CMP7out，該差分輸出信號CMP7out由作為正(常)相信號的 輸出信號CMP7outP和作為負(反)相信號的輸出信號CMP7outN組 成。從節(jié)點Nll和N12輸出差分輸出信號CMP8out，該差分輸出信號 CMP8out由作為正(常)相信號的輸出信號CMP8outP和作為負(反) 相信號的輸出信號CMP8outN組成。異或EOR 3連接到節(jié)點N9到N12， 并且輸出在差分輸出信號CMP7out和差分輸出信號CMP8out之間的異 或結果的信號(輸出信號Sout (二進制信號Sout3P和Sout3N))。圖2A、 2B和2C是根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路中的節(jié)點處 的工作信號的時序圖。參考圖2A，差分輸入信號SIN由作為正相信號 的輸入信號SINP和作為負相信號的輸入信號SINN組成，并且被提供 給輸入信號檢測電路。假設在時間tl和時間t5之間不需要差分輸入信 號SIN的檢測，并且在時間t5和時間t9之間需要差分輸入信號SIN的 檢測。輸入信號SINP被提供給NMOS晶體管Mn9和Mnll，且輸入 信號SINN被提供給NMOS晶體管MnlO和Mnl2。當差分比較電路的 負載電阻被假設為RL且到差分比較電路的輸入信號的電壓(幅度)被 假設為Vm時，則由以下等式(3)來表示來自差分比較電路的輸出信 號的電壓(幅度)V。。這里，分別假設輸入信號SINP和SINN的電壓為SINP和SINN， 且分別假設輸出信號CMP7outP、 CMP7outN、 CMP8outP和CMP8outN 的電壓為CMP7outP、 CMP7outN、 CMP8outP和CMP8outN，并且分別 假設作為負載電阻的電阻器R9、 RIO、 Rll和R12的電阻為R9、 RIO、 R11和R12。此時，利用以下等式(4)和(5)來表示等式(3)OyP7ow伊-CMP7oM說-r加x形x(SMP勵SHW) (4) CM^8湖伊-CMP8做郝=rw x招1 x(fflMP-^JW)(5)這里，R9=R10且R11=R12。如由等式(4)和(5)所示，以gmXR9和gmXRll的值為差分 比較電路CMP7和CMP8的電壓放大因子來放大輸入信號SIN (SINP —SINN)，并將其輸出作為差分比較電路CMP7和CMP8的輸出信號 CMP7out ( CMP7outP-CMP7outN ) 以 及 CMP8out (CMP8outP-CMP8outN)(參考圖2B)。通過使用電源電壓VDD、電阻器R9和R10以及恒流源Ib7 (電 流值Ib7)，由以下等式(6)和(7)來確定差分比較電路CMP7的輸 出信號CMP7outP和CMP7outN的DC工作電壓Vo7P和Vo7N。<formula>formula see original document page 9</formula> 《7)另一方面，通過使用電源電壓VDD和電阻器RM (電阻值Rbl)、 Rll和R12來計算差分比較電路CMP8的輸出信號CMP8outP和CMP8outN的DC工作電壓Vo8P和Vo8N。當電源電壓VDD、電阻器 R9禾nR10、 R11和R12以及恒流源Ib7和Ib8是相同的電源、相同的 電阻器和相同的電流源時，利用在以下等式(8)中指定的偏壓offl來 分離DC工作電壓Vo8P和Vo8N以及DC工作電壓Vo7P和Vo7N。(8)在這種環(huán)境下，差分輸入信號SIN的幅度(SINP — SINN)在時間 tl和時間t5之間小。結果，差分比較電路CMP7的差分輸出信號 CMP7out和差分比較電路CMP8的差分輸出信號CMP8out不交叉。另 一方面，因為差分輸入信號SIN的幅度在時間t5和時間t9之間大，差 分輸出信號CMP7out和差分輸出信號CMP8out交叉。異或EOR3將輸 出信號CMP7outP和輸出信號CMP8outN進行比較，并如果輸出信號 CMP7outP在電壓上比輸出信號CMP8outN高則確定為邏輯電平"1"， 以及如果輸出信號CMP7outP在電壓上比輸出信號CMP8outN低則確 定為邏輯電平"0"。同時，異或EOR3比較輸出信號CMP7outN和輸 出信號CMP8outP，并且如果輸出信號CMP8outP在電壓上比輸出信號 CMP7outN高則確定為邏輯電平"1"，以及如果輸出信號CMP8outP 在電壓上比輸出信號CMP7outN低則確定為邏輯電平"0"。參考圖2C，關于異或EOR3的輸出信號Sout3P和Sout3N之間的 關系，當這兩個邏輯電平都是"1"或"0"時，則輸出信號Sout3N在 電壓上高于輸出信號Sout3P (邏輯電平"1")。相反，當兩個邏輯電 平不同時，異或EOR3的輸出信號Sout3N在電壓上低于輸出信號 Sout3P (邏輯電平"0")。以這種方式，當提供具有要被檢測的幅度 的差分輸入信號SIN時，輸出邏輯電平"0"作為輸出信號Sout。如上 所述，根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路可以檢測差分輸入信號SIN， 從而獲得具有等于或高于偏壓Voffl的幅度的差分輸出信號CMPout 和CMPSout。艮卩，根據(jù)利用等式(8)確定的偏壓Voffl來設置差分輸入信號SIN的閾值電壓(下文中被稱為檢測閾值電壓)，從而可以利用根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路來檢測差分輸入信號SIN。如等式(4)和(5)中所示，根據(jù)其值隨著溫度而變化的遷移電 導gm來確定差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度。為此，即使 提供可檢測差分輸入信號SIN (具有等于或高于檢測閾值電壓的幅度) 時，將會有這樣的情況，即由于外圍設備的影響使得不能輸出具有正 確幅度的差分輸出信號CMP7out和CMP8out。在上面?zhèn)鹘y(tǒng)電路的工作中描述的等式(4)和(5)指示在差分比 較電路的輸入和輸出之間的關系。將典型的電壓放大電路的電壓放大 因子定義為(輸出電壓)/ (輸入電壓)二電壓放大因子二gmXRL，其 中，RL是負載電阻。當這被應用到根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路 的差分比較電路CMP7和CMP8時，獲得以下的等式(9)和(10)。<formula>formula see original document page 11</formula>矽 (9)<formula>formula see original document page 11</formula> (10)如等式(2)中所示，遷移電導gm的溫度變化由流過晶體管的電 流和柵極氧化物膜的電容C。x和載流子移動性p的乘積產(chǎn)生。特別地， 根據(jù)載流子移動性m中的溫度變化的遷移電導gm的溫度變化量大，其 導致了由等式(9)和(10)表示的電壓放大因子的嚴重變化。另一方 面，當假設偏壓Voffl對于溫度穩(wěn)定時，也可以假設差分輸入信號SIN 的檢測閾值電壓穩(wěn)定。圖3A和3B是示出當具有檢測閾值電壓或更大電壓幅度的差分輸 入信號SIN被提供到根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路時的差分輸出 信號7out和8out的波形。圖3A和3B示出當外圍溫度是-25。C和75°C時的波形。參考圖3A和3B，即使當外圍溫度從-25。C變化到75。C時， 在差分比較電路CMP7和CMP8中的DC工作電壓Vo7P (Vo7N)和 Vo8P (Vo8N)分別是800 mV和760 mV，且它們幾乎不改變。艮P ，偏 壓是40 mV，其獨立于溫度地保持不變。另一方面，雖然差分輸出信 號CMP7out和CMP8out的幅度在溫度-25。C處為50 mV，而在溫度75°C 處減少到35mV。在這種情況下，差分輸出信號7out和差分輸出信號 8out分開5mV，并且不能檢測差分輸入信號SIN。以這種方式，會有 這樣的情況，即因為外圍溫度增加而不能檢測原始可檢測的輸入信號。
典型地，強烈需要用于檢測非常小的信號的輸入信號檢測電路， 以提供高敏感度并同時避免錯誤檢測。結果，檢測電壓范圍，，即檢 測閾值電壓(幅度)的可允許范圍變窄。為此原因，如上所述，需要 減少或去除基于外圍溫度所導致的檢測不規(guī)則。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目的是提供輸入信號檢測電路，該輸入信號檢測 電路可以以高精度檢測具有小幅度的差分信號同時防止檢測不規(guī)則。
在本發(fā)明的一個方面中，輸入信號檢測電路包括多個比較器， 被配置為分別響應于差分輸入信號而輸出多個差分輸出信號；以及差 分異或電路，其被配置為根據(jù)從多個比較器輸出的多個差分輸出信號 來輸出異或結果信號。在該多個比較器的至少一個中，響應于提供到 比較器的控制信號來改變DC工作電壓。
在本發(fā)明的另一方面中，輸入信號檢測電路包括第一比較器， 被配置為放大差分輸入信號以及輸出第一差分輸出信號；溫度補償電 路，被配置為輸出具有對應于外圍溫度的電壓的控制信號；第二比較 器，被配置以通過使用控制信號來放大差分輸入信號以及輸出第二差 分輸出信號；以及差分異或電路，被配置為輸出由第一和第二差分輸 出信號得到的異或結果信號。根據(jù)本發(fā)明的輸入信號檢測電路，可以檢測檢測閾值電壓或更大 的輸入信號而不接收外圍環(huán)境的影響。此外，可以從多個檢測閾值電 壓中選擇可檢測的差分輸入信號的電壓。


本發(fā)明的以上和其他目標、優(yōu)點和特征從結合附圖的某些實施例 的以下描述將更加明顯，其中
圖1是根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路的結構視圖2A到2C是示出輸入信號檢測電路的輸入信號檢測工作的時序
圖3A和3B是示出在根據(jù)傳統(tǒng)例子的輸入信號檢測電路中的溫度 變化的信號檢測結果的例子；
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入信號檢測電路的結構的 電路圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的溫度補償電路中的電流Imn的溫度特性 的視圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的偏壓的溫度特性的視圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的差分輸出信號的幅度的溫度特性的視
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的差分輸出信號的幅度和偏壓的溫度特性 之間的比較的視圖9A和9B是示出根據(jù)本發(fā)明的輸入信號檢測電路中的溫度變化 中的信號檢測結果的例子；
圖10是示出根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入信號檢測電路的結構 的電路圖。
具體實施例方式
在下文中，將參考附圖來詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的輸入信號 檢測電路。
13[第一實施例]
將參考圖4到9來描述根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入信號檢測電路。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的輸入信號檢測電路的結構的 電路圖。在第一實施例中的輸入信號檢測電路是用于檢測差分輸入信 號SIN的幅度，并且將差分輸入信號SIN轉換為二進制信號的電路， 該差分輸入信號SIN由作為正(常)相信號的輸入信號SINP和作為負 (反)相信號的輸入信號SINN組成。
根據(jù)第一實施例的輸入信號檢測電路包括差分比較電路CMP7和 CMP80、連接到其輸出端的差分異或電路E0R3、以及用于控制偏壓 Voffl的溫度補償電路Cl。即，根據(jù)第一實施例的輸入信號檢測電路 包括差分比較電路CMP80來代替?zhèn)鹘y(tǒng)例子中的輸入信號檢測電路中的 差分比較電路CMP8，且進一步包括溫度補償電路Cl。在下文中，將 通過對與傳統(tǒng)例子相同的元件和信號指定相同的參考數(shù)字和符號來描 述輸入信號檢測電路。在該實施例中的差分比較電路CMP80包括偏壓 調節(jié)電路A1來代替?zhèn)鹘y(tǒng)例子中提供以調節(jié)偏壓的電阻器Rbl。此外， 溫度補償電路Cl向偏壓調節(jié)電路Al輸出具有對應于外圍溫度的電壓 Vc的控制信號，并控制偏壓Voffl。
偏壓調節(jié)電路Al包括PMOS晶體管Mpl和運算放大器AMP1， 并將偏壓Voffl給予差分輸出信號CMP8out。 PMOS晶體管Mpl的源 極連接到電源電壓VDD，而其漏極通過節(jié)點N13公共連接到電阻器 Rll和R12的端部組之一。
運算放大器AMP1的輸出端子連接到PMOS晶體管MP1的柵極， 并且負輸入端子連接到在PMOS晶體管Mpl的漏極與電阻器Rll和 R12的端部組之間的節(jié)點N13。此外，運算放大器AMP1的正輸入端子連接到溫度補償電路Cl以接收控制信號。電阻器Rll和R12的電 阻對和NMOS晶體管Mnll和Mnl2的差分對被連接在節(jié)點N13與接 地電勢之間。因此，運算放大器AMP和PMOS晶體管Mpl作為電壓 跟隨器工作。在這樣的結構中，將與從溫度補償電路C1提供到正輸入 端子的控制信號的電壓Vc相同的電壓提供到負輸入端子。
根據(jù)來自溫度補償電路C1的控制信號，對差分輸出信號CMP8out 給予在PMOS晶體管Mpl中的源極和漏極之間施加的電壓作為偏壓 Voffl。從而，將差分比較電路CMP80的DC工作電壓V08OP(V08ON) 與差分比較電路CMP7的DC工作電壓Vo70P( Vo70N)分離偏壓Voffl 。 差分比較電路CMP7和CMP80將輸出信號CMP7outP和CMP8outP輸 出，該輸出信號CMP7outP和CMP8outP的電壓以DC工作電壓Vo70P 和Vo80P為中心地進行振蕩。類似地，差分比較電路CMP7和CMP80 將輸出信號CMP7outN和CMP8outN輸出，該輸出信號CMP7outN和 CMP8outN以DC工作電壓Vo70N和Vo80N為中心地進行振蕩。在下 文中，將基于DC工作電壓Vo70P和DC工作電壓Vo70N具有相同值 且DC工作電壓Vo80P和DC工作電壓Vo80N具有相同值的假設來給 出描述。
根據(jù)第一實施例的輸入信號檢測電路檢測具有等于或高于諸如檢 測閾值幅度的預定幅度的幅度的差分輸入信號SIN。 g卩，在輸入信號檢 測電路中，根據(jù)偏壓Voffl的值來確定可以被檢測的差分輸入信號SIN 的幅度。由此，需要將偏壓Voffl設置為對應于期望檢測閾值幅度的電 壓。特別地，將偏壓Voffl設置為等于基于檢測閾值幅度的差分輸入信 號SIN而輸出的差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度的電壓。根 據(jù)傳統(tǒng)例子的偏壓Voffl是根據(jù)電阻器Rb確定的固定值。然而，第一 實施例中的偏壓Voffl是通過由溫度補償電路C1控制的偏壓調節(jié)電路 Al確定的變量值。
下面將詳細描述溫度補償電路C1的結構。溫度補償電路C1將電壓Vc的控制信號輸出到偏壓調節(jié)電路Al并控制偏壓Voffl。溫度補 償電路Cl包含NMOS晶體管Mn20和Mn21、恒流源Ib21以及電阻器 R20禾卩R21。
恒流源Ib21的一端被連接到電源電壓VDD，并將其另一端連接到 NMOS晶體管Mn20。將NMOS晶體管Mn20和NMOS晶體管Mn21 的各自的柵極彼此相連，并形成電流鏡電路。NMOS晶體管Mn20的 柵極和漏極公共地連接到恒流源Ib21的另一端，而源極則通過電阻器 R21接地。通過電阻器R20將NMOS晶體管Mn21的漏極連接到電源 電壓VDD，并且源極接地。此外，在NMOS晶體管Mn21和電阻器 R20之間的節(jié)點N14連接到運算放大器AMP1的正輸入端子。利用該 結構，將節(jié)點14的電壓作為控制信號輸出到偏壓調節(jié)電路Al。
流過NMOS晶體管Mn21的電流Imn21基于輸入信號檢測電路的 外圍溫度而變化。為此原因，節(jié)點N14的電壓Vc即控制信號變化。由 此，溫度補償電路C1可以輸出基于外圍溫度而改變的控制信號。此時， 在輸入信號檢測電路中的各個元件的特性優(yōu)選地被設置使得控制信 號的溫度特性和差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度的溫度特性 彼此相同。通過這樣的設置，偏壓Voffl根據(jù)取決于溫度的差分輸出信 號CMP7out和CMP8out的幅度的變化而變化。為此原因，可以防止由 于溫度增加而引起的在差分輸出信號CMP7out和差分輸出信號 CMP8out之間的分離。即，可以抑制輸入差分信號的檢測不規(guī)則，該 檢測不規(guī)則由外圍溫度所導致。
在根據(jù)第一實施例的溫度補償電路Cl中，電阻器R21連接在電 流鏡電路的NMOS晶體管Mn20和地之間。為此原因，在NMOS晶體 管Mn21中的源極和漏極之間的電壓Vgs21是由恒流Ib21在電阻器R21 兩端生成的電壓與在基于外圍溫度的變化后的NMOS晶體管Mn20中 的源極和漏極之間的電壓Vgs20的總和。由此，Vgs20^gs21，以及流 過NMOS晶體管Mn21的電流Imn21基于溫度而變化。因此，類似地基于溫度來改變電阻器R20兩端的電壓Vc。
另一方面，對其施加電壓Vc的運算放大器AMP1的輸出電壓根 據(jù)溫度而改變。在運算放大器AMP1中，因為反饋回基于溫度而改變 的輸出電壓，所以在節(jié)點N13處的電壓具有考慮到根據(jù)溫度的運算放 大器AMP的變化的值。因此，優(yōu)選地在根據(jù)第一實施例的輸入信號檢 測電路中使用的運算放大器AMP1具有高開路增益，并且可以根據(jù)溫 度來改變輸出電壓。
根據(jù)第一實施例的輸入信號檢測電路的工作原理和該輸入信號檢 測電路所需要的各個元件的特性將在下面參考圖5到9描述。
首先，將描述由溫度補償電路Cl控制的偏壓Voffl的溫度特性。 當NMOS晶體管處于飽和區(qū)域中時，流過漏極的電流典型地由以下等 式(11)表示。這里，假設流過NMOS晶體管的漏極電流為Ids， NMOS 晶體管的柵極寬度為W，柵極長度為L，在柵極和源極之間的電壓為 Vgs，閾值電壓為Vt，柵極氧化物膜的電容C。x與載流子移動性p的乘 積為/3。
<formula>formula see original document page 17</formula> (11)
乘積/3基于溫度而變化。因此，當(/ W/2L)被定義為溫度系數(shù)K 時，等式(11)由以下等式(12)表示。
在下文中，為了簡化描述，假設NMOS晶體管Mn20和Mn21的 參數(shù)(特性)彼此相同并且溫度系數(shù)K彼此相同。當假設在NMOS晶體管Mn21中的柵極和源極之間的電壓為Vgs21時，在NMOS晶體管 Mn21中的漏極和源極之間流動的電流Imn21由等式(13)表示。
imwi-jrb1-^，
(13)
當流過NMOS晶體管Mn20和電阻器R21的電流被定義為Ib21， 在NM0S晶體管Mn21中的柵極和源極之間的電壓Vgs21由等式(14) 表示(其等于在NMOS晶體管Mn20中的柵極和源極之間的電壓Vgs20 與電阻器R21兩端的電壓的總和)。并且，當電流Ib21流動時，在 NMOS晶體管中的柵極和源極之間的電壓Vgs20通過使用等式(12) 由等式(15)表示。根據(jù)等式(13) 、 (14)和(15)，由以下等式 (16)表示電流Imn21。
F炒21^21xi 21 + r敘20 (14)
，0-J~^~ + rif (15)
Imw21 = il212 x i 212 x K + 2x歷21 xi 21 x ^/S21xiC (16)
等式(16)指示相對于于恒流Ib21的電流Imn21。溫度系數(shù)K包 括基于溫度而變化的乘積^。因此，當相對于溫度系數(shù)K對等式(16) 求微分時，可以確定與溫度變化相關聯(lián)的電流Imn21的變化量。當相 對于溫度系數(shù)K對等式(16)求微分時，獲得等式(17):
啦l2 xK212 + 2 x艦x腿x x
(17)
在等式(17)中，在右側上的第二項指示對應于溫度變化的電流 Imn21的變化量。應注意，電流Imn21的實際變化量取決于NMOS晶體管的結構和用于制造其的技術。圖5是示出在電流Imn21與溫度之 間的關系的溫度特性圖。參考圖5，曲線i指示當電阻器R21具有0fi 時電流Imn21的溫度特性，而曲線kJ旨示當在該實施例中(電阻器 R21詢)的電流Imn21的溫度特性。參考等式(17)和圖5，因為有電 阻器R21，根據(jù)第一實施例的電流Imn21隨著溫度的增加而增加。應 注意，曲線i指示典型電流鏡電路的特性。電流Imn21流過電阻器R20。因此，當電源電壓假設為VDD且電 阻器R20的電阻假設為R20時，在節(jié)點N14處的電壓Vc由以下等式 (18)表示。Fc = KDD —Imw21xi^0 ,、(18)向運算放大器AMP1的正輸入端子提供電壓Vc作為控制信號。 因為運算放大器AMP1和PMOS晶體管Mpl構成電壓跟隨器電路，所 以電壓Vc也出現(xiàn)在運算放大器AMP1的負輸入端子處。即，作為在 PMOS晶體管Mpl中的漏極和源極之間的電壓的偏壓Voffl變得等于 電壓Vc。圖6示出顯示在偏壓Voffl與溫度之間的關系的溫度特性圖。 如上所述，因為電流Imn21隨著溫度增加而增加，偏壓Voffl隨著溫 度增加而減小(圖6和等式(18))。接著，將描述差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度的溫度特 性。為了簡化描述，假設NMOS晶體管Mn9、 MnlO、 Mnll禾卩Mnl2 是具有相同特性的晶體管并且電阻器RIO、 Rll和R12是具有相同特 性的電阻器。在這種情況下，輸出信號CMP7outP、 CMP7outN、 CMP8outP 和 CMP8outN 的電壓的絕對值變成 I CMP7outP I = I CMP7outN I = | CMP8outP | = | CMP8outN I 。 然 而，輸出信號CMP7outP、 CMP7outN、 CMP8outP禾B CMP8outN的電 壓假設分別為CMP7outP、 CMP7outN、 CMP8outP和CMP8outN。因為 差分輸出信號CMP8out類似于差分輸出信號CMP7out，下文中將僅僅描述差分輸出信號CMP7out。當輸入信號SINP和SINN的電壓假設分 別為SINP和SINN時，在差分比較電路CMP7中的差分輸入信號SIN 和差分輸出信號CMP7out的電壓增加率由等式(9)表示。此外，當將 等式(2)代入等式(9)的遷移電導gm時，獲得等式(19)。然而， 如果假設輸入信號SINP和SINN具有相同的電壓即 I SINP I = I SINN I =SIN，則差分輸出信號CMP7out的幅度被定義為 CMP7out=CMP7outP-CMP7outN 。CMP7滅 《x腸皿 " (19)當相對于溫度系數(shù)K對等式(19)求微分時，確定相對于溫度變 化的差分輸出信號CMP7out的幅度的變化量，獲得等式(20)。由此， 如圖7所示，差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度隨著外圍溫度 的增加而減小。^r鵬婦 丄《 2孜(20)如上所述，參考等式(9) 、 (18)和(20)，基于(1/2) K1/2 來確定取決于溫度的偏壓Voffl (在節(jié)點N14處的電壓Vc)的變化量 以及取決于溫度的差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度的變化 量。在第一實施例中，要求偏壓Voffl基于溫度而改變，從而遵循根據(jù) 溫度的差分輸出信號CMP7out和CMP8out中的改變。為此，優(yōu)選地根 據(jù)溫度的偏壓Voffl的變化量和根據(jù)溫度的差分輸出信號CMP7out和 CMP8out的幅度的變化量彼此相等。為了獲得這樣的條件，由等式(17) 和(20)來獲得等式(21)。S/W x形x= B212 x i 212 + 2 x/拉1 x i 21 x x因此，在第一實施例中，優(yōu)選地恒流源Ib21、電阻器R9和電阻 器R21被選擇為滿足等式(21)。然而，電阻器R9、 RIO、 Rll和R12 的電阻值相等，并且電阻器R20、 R21的電阻值相等。此外，在NMOS 晶體管Mn9、 MnlO、 Mnll禾卩Mnl2、 Mn20和Mn21以及PMOS晶體 管Mpl中，優(yōu)選地具有溫度系數(shù)K (柵極寬度W、柵極長度L、柵極 氧化物膜電容CW以及載流子移動性/t)的MOS晶體管被選擇為滿足 等式(21)。通過這些元件的組合，差分比較電路CMP7和CMP8中 根據(jù)外圍溫度的差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度的變化以及 溫度補償電路C1中根據(jù)外圍溫度的偏壓Voffl的變化變得彼此相等。圖8示出配置為滿足等式(21)的輸入信號檢測電路中的差分輸 出信號CMP7out (CMP8out)的幅度和偏壓Voffl的溫度特性的關系。 差分輸出信號CMP7out和CMP8out的幅度隨著外圍溫度的增加而減 小，從而偏壓Voffl也減小對于該幅度減小的變化量。圖3A和3B是示出當向根據(jù)第一實施例的輸入信號檢測電路提供 具有可檢測幅度的差分輸入信號SIN時的差分輸出信號7out和8out的 波形的波形圖。圖3A和3B示出當外圍溫度低(-25。C)以及高(75°C) 時的波形。響應于來自溫度補償電路C1的控制信號，在差分比較電路CMP7 的DC工作電壓Vo70P (Vo70N)與差分比較電路CMP80的DC工作 電壓Vo80P(Vo80N)之間生成偏壓Voffl的電壓差。當外圍溫度是-25。C 時，偏壓Voffl為40 mV， DC工作電壓Vo70P (Vo70N)為800 mV， 以及DC工作電壓Vo80P (Vo80N)為760 mV。此外，當外圍溫度是 -25。C時，差分輸出信號CMP7和CMP80的幅度(最大幅度)都是50 mV。另一方面，當外圍溫度是75。C時，偏壓Voffl減小15 mV從而 變成25 mV， DC工作電壓Vo70P (Vo70N)變成800 mV，以及DC 工作電壓Vo80P (Vo80N)變成775 mV。此外，當外圍溫度為75°C時，差分輸出信號CMP7和CMP80的幅度(最大幅度)都是35mV， 并且它們相較于-25。C的情況都減小了 15mV。即，與外圍溫度的增加 相關聯(lián)，差分輸出信號和偏壓的幅度被減小相同的變化量。換句話說， 差分輸出信號CMP7和CMP8的幅度的溫度特性和偏壓Voffl的溫度 特性呈現(xiàn)反比例關系。因此，與傳統(tǒng)例子不同，即使增加溫度，差分 輸出信號CMP7和CMP80也不被分離，并且它們呈現(xiàn)某些量的交疊(這 里10 mV)。因此，根據(jù)第一實施例，可以檢測具有期望幅度的輸入 差分信號SIN而不受到外圍溫度的影響。[第二實施例]下面將參考圖10描述根據(jù)本發(fā)明第二實施例的輸入信號檢測電 路。圖IO是示出在第二實施例中的輸入信號檢測電路的結構的電路圖。 在第二實施例中的輸入信號檢測電路包括用于切換控制信號的值的切 換電路SW52，來代替第一實施例中的輸入信號檢測電路的溫度補償電 路C1。其他元件類似于第一實施例中的元件。由此，下面將描述溫度 補償電路C2。溫度補償電路C2除了第一實施例中的溫度補償電路Cl之外，還 包含NMOS晶體管Mn52和切換電路SW52。切換電路SW52具有兩個 端子，其一端連接到NMOS晶體管Mn52的柵極，而另一端則通過節(jié) 點N15連接到NMOS晶體管Mn21的柵極以及NMOS晶體管Mn20的 柵極和漏極以及恒流源Ib21。通過節(jié)點N14和電阻器20將NMOS晶 體管Mn52的漏極連接到電源電壓VDD，并且電源接地。并且，通過 切換電路SW52將NMOS晶體管Mn52的柵極連接到節(jié)點N15 (Mn20 的柵極和漏極以及恒流源Ib21)。下面將描述溫度補償電路C2的工作。當切換電路SW52處于斷開 狀態(tài)時，溫度補償電路C2執(zhí)行與第一實施例中的溫度補償電路Cl相 同的工作。當切換電路SW52處于接通狀態(tài)時，NMOS晶體管Mn20、 MN21和MN52形成電流鏡電路。此時，節(jié)點N14的電壓Vc指示不同于當切換電路SW52處于斷開狀態(tài)時的電壓Vc的值。g卩，第二實施例 中的輸入信號檢測電路可以利用切換電路SW52將偏壓Voffl的電壓值 切換到不同值。在第一實施例中，因為可以利用輸入信號檢測電路來 檢測差分輸入信號SIN的幅度的限制值(檢測閾值電壓)，所以僅設 置一個。然而，在第二實施例中，可以從檢測閾值電壓的兩個類型來 選擇和使用期望檢測閾值電壓。應注意，第二實施例具有這樣的結構， 其中， 一組切換電路SW52和NMOS晶體管Mn52被添加到溫度補償 電路C1。然而，可以使用這樣的結構，在類似的連接下，將多個組的 開關和MOS晶體管添加到溫度補償電路Cl。在這樣的情況下，在輸 入信號檢測電路中，可以從多個檢測閾值電壓來選擇期望檢測閾值電 壓。下面將描述當切換電路SW52在接通狀態(tài)時輸入信號檢測電路的 工作原理。在溫度補償電路C2中，當NMOS晶體管Mn21和Mn52結構和 尺寸相同，以及切換電路SW52處于接通狀態(tài)時，等效于其中第一實 施例中的NMOS晶體管Mn21的柵極寬度加倍的結構。如上所述，溫 度系數(shù)K與柵極寬度成正比。因此，當切換電路SW52接通時，使得 溫度系數(shù)K相較于斷開情況加倍。g卩，當切換電路SW52被設置為接 通狀態(tài)時，溫度補償電路C2呈現(xiàn)等效于第一實施例的結構和操作，但 是溫度系數(shù)K具有由NMOS晶體管Mn21和MN54確定的值(這里為 斷幵狀態(tài)的兩倍)。參考等式(16)，電流Imn21隨著溫度系數(shù)K的增加而增加。因 此，根據(jù)等式(18)，節(jié)點14的電壓Vc隨著溫度系數(shù)K的增加而減 小。即，當切換電路SW52接通時，偏壓Voffl具有小于斷開狀態(tài)的值。 為此，第二實施例中的輸入信號檢測電路可以通過接通切換電路SW52 來檢測具有小于斷開狀態(tài)的幅度的幅度的差分輸入信號SIN。當切換電路SW52接通時，如上所述，雖然溫度系數(shù)不同，溫度 補償電路C2變得等效于第一實施例的溫度補償電路。由此，如第一實 施例中所述，由溫度補償電路C2輸出的控制信號(電壓Vf偏壓Voffl ) 的根據(jù)溫度的變化量與差分輸出信號CMP7out和CMP8out的根據(jù)溫度 的變化量彼此相等。為此，即使當切換電路SW52接通時，偏壓Voffl 遵循差分輸出信號CMP7out和CMP8out的根據(jù)溫度的變化而變化。由 此，可以抑制取決于溫度的檢測不規(guī)則。如上所述，第二實施例中的輸入信號檢測電路可以通過切換電路 SW52從多個檢測閾值電壓中選擇期望的檢測閾值電壓。如上所述，己經(jīng)詳細描述了本發(fā)明的實施例。然而，具體結構不 局限于上述實施例。在本發(fā)明中還包括不偏離本發(fā)明的范圍和精神的 范圍內的改變。在第一和第二實施例中，已經(jīng)描述了使用NMOS晶體 管的差分比較電路。然而，可以利用使用PMOS晶體管的差分比較電 路。在這種情況下，偏壓調節(jié)電路A1包含PMOS晶體管來代替PMOS 晶體管Mpl。此外，溫度補償電路Cl (C2)中的NMOS晶體管可以 是PMOS晶體管。
權利要求
1.一種輸入信號檢測電路，包括多個比較器，被配置為分別響應于差分輸入信號來輸出多個差分輸出信號；以及差分異或電路，被配置為根據(jù)從所述多個比較器輸出的所述多個差分輸出信號來輸出異或結果信號，其中，在所述多個比較器的至少一個中，響應于提供給所述比較器的控制信號來改變DC工作電壓。
2. 根據(jù)權利要求1所述的輸入信號檢測電路，還包括 溫度補償電路，被配置為輸出與外圍溫度相對應的電壓值的所述控制信號，其中，所述多個比較器包括第一比較器，被配置為放大所述差分輸入信號并輸出第一差分輸 出信號作為所述多個差分輸出信號之一；以及第二比較器，被配置為放大所述差分輸入信號并輸出第二差分輸 出信號作為所述多個差分輸出信號之一，其中，所述第二比較器包括偏壓調節(jié)電路，被配置為向所述第二差分輸出信號提供偏壓，所 述偏壓具有響應于所述控制信號確定的電壓值，以及所述差分異或電路，其輸出所述第一差分輸出信號的正相信號與 所述第二差分輸出信號的反相信號的差分信號和所述第二差分輸出信 號的正相信號與所述第一差分輸出信號的反相信號的差分信號的異或 結果信號。
3. 根據(jù)權利要求2所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第一差分輸出信號的幅度和所述第二差分輸出信號的幅度的每一個的溫度特 性與所述控制信號的電壓值的溫度特性成反比。
4. 根據(jù)權利要求2所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第一比較器包括兩個晶體管的第一差分對，所述兩個晶體管與第一恒流源公共連 接；以及負載電阻器的第一負載電阻對，其通過第一節(jié)點對與所述第一差 分對連接，從所述第一節(jié)點對輸出所述第一差分輸出信號，所述第二比較器包括兩個晶體管的第二差分對，所述晶體管與第二恒流源公共連接；以及負載電阻器的第二負載電阻對，其通過第二節(jié)點對與所述第二差 分對連接，從所述第二節(jié)點對輸出所述第二差分輸出信號，所述第二負載電阻對通過所述偏壓調節(jié)電路連接到電源，以及 所述偏壓調節(jié)電路響應于從所述溫度補償電路提供的所述控制信 號來控制流過所述負載電阻的電流。
5. 根據(jù)權利要求4所述的輸入信號檢測電路，其中，所述溫度補 償電路包括電流鏡電路，所述電流鏡電路包括第一晶體管和第二晶體管，所述第一晶體管和第二晶體管的柵極相互彼此連接；所述第一晶體管被設置在第三恒流源和連接到地的第一電阻之間，所述第二晶體管被設置在與所述電源相連的第二電阻和地之間，以及所述溫度補償電路從位于所述第二晶體管和所述第二電阻之間的 連接節(jié)點向所述偏壓調節(jié)電路輸出所述控制信號。
6. 根據(jù)權利要求4所述的輸入信號檢測電路，其中，所述偏壓調 節(jié)電路包括運算放大器和第三晶體管的電壓跟隨器電路，所述第三晶體管被設置在所述電源和所述第二負載電阻對之間，以及所述運算放大器具有與所述溫度補償電路連接的第一輸入端子； 與所述第二負載電阻對和所述第三電阻器之間的節(jié)點連接的第二輸入端子；以及與所述第三晶體管的柵極連接的輸出端子。
7. 根據(jù)權利要求6所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第一和第二晶體管是N溝道MOS晶體管，以及 所述第三晶體管是P溝道MOS晶體管。
8. 根據(jù)權利要求6所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第一和 第二晶體管是P溝道MOS晶體管，以及所述第三晶體管是N溝道MOS晶體管。
9. 根據(jù)權利要求2到8的任何一個所述的輸入信號檢測電路，其 中，所述溫度補償電路進一步包括切換電路，被配置為選擇所述控制信號作為多個信號之一。
10. 根據(jù)權利要求2到8的任何一個所述的輸入信號檢測電路，其中，所述溫度補償電路進一步包括第四晶體管，具有與所述連接節(jié)點連接的漏極和與所述第二晶體管的所述漏極連接的源極；以及切換電路，被設置在所述第一晶體管的漏極和所述第四晶體管的 柵極之間。
11. 根據(jù)權利要求IO所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第四 晶體管的導電類型與所述第一和所述第二晶體管的導電類型相同。
12. —種輸入信號檢測電路，包括第一比較器，被配置為放大差分輸入信號并輸出第一差分輸出信號；溫度補償電路，被配置為輸出具有對應于外圍溫度的電壓的控制信號；第二比較器，被配置為通過使用所述控制信號來放大所述差分輸入信號以及輸出第二差分輸出信號；以及差分異或電路，被配置為根據(jù)所述第一和第二差分輸出信號來輸 出異或結果信號。
13. 根據(jù)權利要求12所述的輸入信號檢測電路，其中，在所述多 個比較器的至少一個中，響應于所述控制信號來改變DC工作電壓。
14. 根據(jù)權利要求12所述的輸入信號檢測電路，其中，所述第二比較器包括偏壓調節(jié)電路，被配置為對所述第二差分輸出信號提供偏壓，所 述偏壓具有響應于所述控制信號而確定的電壓。
15. 根據(jù)權利要求12所述的輸入信號檢測電路，其中，所述差分 異或電路輸出所述第一差分輸出信號的正相信號與所述第二差分輸出 信號的反相信號的差分信號和所述第二差分輸出信號的正相信號與所 述第一差分輸出信號的反相信號的差分信號的異或結果信號。
全文摘要
輸入信號檢測電路包括多個比較器，被配置為分別響應于差分輸入信號來輸出多個差分輸出信號；以及差分異或電路，被配置為根據(jù)從該多個比較器輸出的多個差分輸出信號輸出異或結果信號。在該多個比較器的至少一個中，響應于提供給比較器的控制信號來改變DC工作電壓。
文檔編號H03K5/22GK101262213SQ200810083719
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月7日 優(yōu)先權日2007年3月7日
發(fā)明者齊藤紀博 申請人:恩益禧電子股份有限公司