專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種比較器，尤其是一種具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，具體地說(shuō)是一 種能夠降低靜態(tài)與動(dòng)態(tài)功耗的比較器，屬于模數(shù)轉(zhuǎn)換器的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代通信及消費(fèi)類(lèi)集成電路中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器是一個(gè)重要部件；模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于 將模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)間的轉(zhuǎn)換。而對(duì)于各種類(lèi)型的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，比較器都是必不可少的 重要模塊。在高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，比較器的速度決定了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的速度，提高比較器的速 度一般會(huì)增加功耗，從而限制了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較 器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用范圍廣，能夠降低動(dòng)態(tài)功耗與靜態(tài)功耗。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，包括比較器；所述 比較器的輸入端與預(yù)放大器相連，所述預(yù)放大器與偏置信號(hào)控制電路的輸出端相連；偏置 信號(hào)控制電路接收并檢測(cè)輸入信號(hào)Vin+的電壓峰值，并根據(jù)所述電壓峰值輸出第一偏置電 壓與第二偏置電壓；所述預(yù)放大器接收參考信號(hào)Vin-、第一偏置電壓及第二偏置電壓，并根 據(jù)輸入信號(hào)Vin+的幅度，向比較器輸出相應(yīng)的偏置電流。所述預(yù)放大器包括場(chǎng)效應(yīng)管Ml、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4 ；所述場(chǎng) 效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極相連，并分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極端相連， 所述場(chǎng)效應(yīng)管M3與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極端均接地；場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端與第一偏置電壓相 連，場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極端與參考信號(hào)Vin-相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極端與輸入信號(hào)Vin+相 連；場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底均與第二偏置電壓相連；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極端通過(guò) 電阻Rl與電源Vdd相連，場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極端通過(guò)電阻R2與電源Vdd相連。所述比較器包括場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8 ；所述場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8的 源極端均通過(guò)開(kāi)關(guān)S3接地；場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端分別通過(guò)電阻R3、電阻R4 與電源Vdd相連；場(chǎng)效應(yīng)管M7的柵極端與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端相連，場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極端 與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極端相連；電阻R3及電阻R4對(duì)應(yīng)于與電源Vdd相連的另一端分別通過(guò) 開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān)S2與預(yù)放大器的輸出端相連。所述偏置信號(hào)控制電路包括峰值檢測(cè)電路，所述峰值檢測(cè)電路的輸出端分別與場(chǎng) 效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極端相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極端與電源Vdd相連，場(chǎng)效應(yīng)管 M5的源極端通過(guò)電流源Al接地，電流源Al對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極端相連的一端形成 第二偏置電壓；場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極端接地，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極端通過(guò)電流源A2與電源Vdd相 連；電流源A2對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M6的漏極端相連的一端形成第一偏置電壓。所述峰值檢測(cè)電路包括二極管D及電容C ；所述二極管D的陰極端與電容C相連， 電容C的另一端接地；電容C對(duì)應(yīng)于與二極管D的陰極端相連的端部還與場(chǎng)效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極端相連。所述開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān)S2及開(kāi)關(guān)S3為CMOS管。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)偏置信號(hào)控制電路接收并檢測(cè)輸入信號(hào)的電壓峰值，并輸入第一 偏置電壓與第二偏置電壓，第二偏置電壓與場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底相連，第一偏 置電壓與場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端相連；當(dāng)輸入信號(hào)的幅值較大時(shí)，第二偏置電壓較高，第一 偏置電壓較低；當(dāng)?shù)诙秒妷狠^高時(shí)，從而使場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底電壓升 高，場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的閾值電壓Vth升高，降低了場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的 開(kāi)關(guān)電流，降低了比較器的動(dòng)態(tài)功耗；當(dāng)?shù)谝黄秒妷狠^低時(shí)，降低了場(chǎng)效應(yīng)管M4的偏置 電流，降低了靜態(tài)功耗，擴(kuò)大了比較器的適用范圍，安全可靠。


圖1為本發(fā)明的原理示意圖。圖2為本發(fā)明偏置信號(hào)控制電路的原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1 圖2所示本發(fā)明包括預(yù)放大器1、比較器2及偏置信號(hào)控制電路3。如圖1所示所述比較器2的輸入端與預(yù)放大器1相連，所述預(yù)放大器1的輸入 端與偏置信號(hào)控制電路3相連；偏置信號(hào)控制電路3接收輸入信號(hào)Vin+，并檢測(cè)所述輸入 信號(hào)Vin+的電壓峰值，并根據(jù)所述電壓峰值分別輸出第一偏置電壓biasl與第二偏置電壓 bias2。預(yù)放大器1分別接收輸入信號(hào)Vin+、參考電壓Vin_、第一偏置電壓biasl及第二偏 置電壓bias2，并向比較器2輸出偏置電流，比較器2根據(jù)所述偏置電流的大小確定比較輸 出結(jié)果V。ut ；預(yù)放大器1接收第一偏置電壓biasl及第二偏置電壓bias2，并根據(jù)輸入信號(hào) Vin+的幅值，輸出相應(yīng)的偏置電流的幅值較小，從而使比較器2的靜態(tài)功耗及動(dòng)態(tài)功耗降 低，使比較器能夠適用于高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器的需要。所述預(yù)放大器1包括場(chǎng)效應(yīng)管Ml、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4 ；所述 場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的源極相連，并分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極端相 連，所述場(chǎng)效應(yīng)管M3與場(chǎng)效應(yīng)管M4的源極端均接地；場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端與第一偏置電 壓相連biasl，場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極端與參考信號(hào)Vin-相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極端與輸入信 號(hào)Vin+相連；場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底均與第二偏置電壓相連bias2 ；場(chǎng)效應(yīng)管Ml 的漏極端通過(guò)電阻Rl與電源Vdd相連，場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極端通過(guò)電阻R2與電源Vdd相連； 場(chǎng)效應(yīng)管M3的柵極端與固定偏置電壓nbias相連，所述固定偏置電壓nbias用于提供電路 的偏置電流。所述比較器2包括場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8 ；所述場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8 的源極端均通過(guò)開(kāi)關(guān)S3接地；場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端分別通過(guò)電阻R3、電阻 R4與電源Vdd相連；場(chǎng)效應(yīng)管M7的柵極端與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端相連，場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵 極端與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極端相連；電阻R3及電阻R4對(duì)應(yīng)于與電源Vdd相連的另一端分別 通過(guò)開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān)S2與預(yù)放大器1的輸出端相連；即開(kāi)關(guān)Sl與電阻Rl對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管 Ml的漏極端相連的端部相連，開(kāi)關(guān)S2與電阻R2對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極端相連的端部 相連，預(yù)放大器1輸出的偏置電流分別通過(guò)開(kāi)關(guān)Sl及開(kāi)關(guān)S2輸入到比較器2內(nèi)，從而使比較器2能夠輸出相應(yīng)的比較結(jié)果V。ut。開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān)S2及開(kāi)關(guān)S3均為COMS管。如圖2所示所述偏置信號(hào)控制電路3包括峰值檢測(cè)電路，所述峰值檢測(cè)電路的 輸出端分別與場(chǎng)效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極端相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極端與電源Vdd 相連，場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極端通過(guò)電流源Al接地，電流源Al對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極端 相連的一端形成第二偏置電壓bias2 ；場(chǎng)效應(yīng)管M6的源極端接地，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極端通過(guò) 電流源A2與電源Vdd相連；電流源A2對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M6的漏極端相連的一端形成第一 偏置電壓biasl ；所述峰值檢測(cè)電路包括二極管D及電容C ；所述二極管D的陰極端與電容 C相連，電容C的另一端接地；電容C對(duì)應(yīng)于與二極管D的陰極端相連的端部還與場(chǎng)效應(yīng)管 M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極端相連。場(chǎng)效應(yīng)管M5構(gòu)成源極跟隨器，場(chǎng)效應(yīng)管M6構(gòu)成共源放大 器。當(dāng)輸入信號(hào)Vin+的幅值較大時(shí)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管M5后的第二偏置電壓bias2也較高，通 過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管M6后的第一偏置電壓biasl則較低，通過(guò)第一偏置電壓biasl與第二偏置電壓 bias2的作用，使預(yù)放大器1輸出的偏置電流較小，從而能夠降低靜態(tài)及動(dòng)態(tài)功耗。如圖1和圖2所示使用時(shí)，輸入信號(hào)Vin+分別加在場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極端及二極 管D的陽(yáng)極端；輸入信號(hào)Vin+經(jīng)過(guò)二極管D及電容C后，得到峰值電壓，所述峰值電壓通過(guò) 場(chǎng)效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6后，分別得到第一偏置電壓biasl及第二偏置電壓bias2，其中 第二偏置電壓bias2隨著輸入信號(hào)Vin+幅值的增大而增大，第一偏置電壓biasl隨著輸入 信號(hào)Vin+幅值的增大而減小。第二偏置電壓bias2與場(chǎng)效應(yīng)管Ml及場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底相 連，當(dāng)?shù)诙秒妷篵ias2較大時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底電壓也會(huì)升高，即場(chǎng) 效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的閾值電壓Vth升高，能夠降低場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的開(kāi)關(guān) 電流，從而能夠降低比較器2的動(dòng)態(tài)功耗。第一偏置電壓biasl與場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端相 連，第一偏置電壓biasl低時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管M4的偏置電流也較低，能夠降低功耗。工作時(shí)，輸 入信號(hào)Vin+與參考電壓Vin-同時(shí)加在場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵極端，輸入信號(hào)Vin+ 與參考電壓Vin-進(jìn)行比較，第二偏置電壓bias2提高了場(chǎng)效應(yīng)管Ml及場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底 電壓，能夠降低場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2漏極端輸出的偏置電流；所述偏置電流分別通過(guò) 開(kāi)關(guān)Sl或開(kāi)關(guān)S2輸入到比較器2內(nèi)，使比較器2根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管Ml或場(chǎng)效應(yīng)管M2輸入的 偏置電流，能夠輸入相應(yīng)的比較結(jié)果，從而模數(shù)轉(zhuǎn)換器能夠?qū)⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字 信號(hào)。本發(fā)明偏置信號(hào)控制電路3接收并檢測(cè)輸入信號(hào)Vin+的電壓峰值，并輸入第一偏 置電壓biasl與第二偏置電壓bias2，第二偏置電壓bias2與場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的 襯底相連，第一偏置電壓biasl與場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端相連；當(dāng)輸入信號(hào)Vin+的幅值較大 時(shí)，第二偏置電壓bias2較高，第一偏置電壓biasl較低；當(dāng)?shù)诙秒妷篵ias2較高時(shí)，從 而使場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底電壓升高，場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的閾值電壓 Vth升高，降低了場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管M2的開(kāi)關(guān)電流，降低了比較器的動(dòng)態(tài)功耗；當(dāng)?shù)谝?偏置電壓biasl較低時(shí)，降低了場(chǎng)效應(yīng)管M4的偏置電流，降低了靜態(tài)功耗，擴(kuò)大了比較器的 適用范圍，安全可靠。
權(quán)利要求
一種具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，包括比較器(2)；其特征是所述比較器(2)的輸入端與預(yù)放大器(1)相連，所述預(yù)放大器(1)與偏置信號(hào)控制電路(3)的輸出端相連；偏置信號(hào)控制電路(3)接收并檢測(cè)輸入信號(hào)Vin+的電壓峰值，并根據(jù)所述電壓峰值輸出第一偏置電壓與第二偏置電壓；所述預(yù)放大器(1)接收參考信號(hào)Vin 、第一偏置電壓及第二偏置電壓，并根據(jù)輸入信號(hào)Vin+的幅度，向比較器(2)輸出相應(yīng)的偏置電流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其特征是所述預(yù)放大器(1) 包括場(chǎng)效應(yīng)管Ml、場(chǎng)效應(yīng)管M2、場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4 ；所述場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng)效應(yīng)管 M2的源極相連，并分別與場(chǎng)效應(yīng)管M3及場(chǎng)效應(yīng)管M4的漏極端相連，所述場(chǎng)效應(yīng)管M3與場(chǎng) 效應(yīng)管M4的源極端均接地；場(chǎng)效應(yīng)管M4的柵極端與第一偏置電壓相連，場(chǎng)效應(yīng)管M2的柵 極端與參考信號(hào)Vin-相連，場(chǎng)效應(yīng)管Ml的柵極端與輸入信號(hào)Vin+相連；場(chǎng)效應(yīng)管Ml與場(chǎng) 效應(yīng)管M2的襯底均與第二偏置電壓相連；場(chǎng)效應(yīng)管Ml的漏極端通過(guò)電阻Rl與電源Vdd相 連，場(chǎng)效應(yīng)管M2的漏極端通過(guò)電阻R2與電源Vdd相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其特征是所述比較器(2)包 括場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8 ；所述場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8的源極端均通過(guò)開(kāi)關(guān)S3接 地；場(chǎng)效應(yīng)管M7與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端分別通過(guò)電阻R3、電阻R4與電源Vdd相連；場(chǎng)效應(yīng) 管M7的柵極端與場(chǎng)效應(yīng)管M8的漏極端相連，場(chǎng)效應(yīng)管M8的柵極端與場(chǎng)效應(yīng)管M7的漏極 端相連；電阻R3及電阻R4對(duì)應(yīng)于與電源Vdd相連的另一端分別通過(guò)開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān)S2與預(yù) 放大器(1)的輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其特征是所述偏置信號(hào)控制 電路(3)包括峰值檢測(cè)電路，所述峰值檢測(cè)電路的輸出端分別與場(chǎng)效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6 的柵極端相連；場(chǎng)效應(yīng)管M5的漏極端與電源Vdd相連，場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極端通過(guò)電流源Al 接地，電流源Al對(duì)應(yīng)于與場(chǎng)效應(yīng)管M5的源極端相連的一端形成第二偏置電壓；場(chǎng)效應(yīng)管 M6的源極端接地，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極端通過(guò)電流源A2與電源Vdd相連；電流源A2對(duì)應(yīng)于與場(chǎng) 效應(yīng)管M6的漏極端相連的一端形成第一偏置電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其特征是所述峰值檢測(cè)電路 包括二極管D及電容C ；所述二極管D的陰極端與電容C相連，電容C的另一端接地；電容 C對(duì)應(yīng)于與二極管D的陰極端相連的端部還與場(chǎng)效應(yīng)管M5及場(chǎng)效應(yīng)管M6的柵極端相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其特征是所述開(kāi)關(guān)Si、開(kāi)關(guān) S2及開(kāi)關(guān)S3為CMOS管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有動(dòng)態(tài)偏置控制的比較器，其包括比較器；比較器的輸入端與預(yù)放大器相連，預(yù)放大器與偏置信號(hào)控制電路的輸出端相連；偏置信號(hào)控制電路接收并檢測(cè)輸入信號(hào)Vin+的電壓峰值，并根據(jù)所述電壓峰值輸出第一偏置電壓與第二偏置電壓；所述預(yù)放大器接收參考信號(hào)Vin-、第一偏置電壓及第二偏置電壓，并根據(jù)輸入信號(hào)Vin+的幅度，向比較器輸出相應(yīng)的偏置電流。本發(fā)明當(dāng)?shù)诙秒妷狠^高時(shí)，使場(chǎng)效應(yīng)管M1與場(chǎng)效應(yīng)管M2的襯底電壓升高，場(chǎng)效應(yīng)管M1與場(chǎng)效應(yīng)管M2的閾值電壓Vth升高，降低了場(chǎng)效應(yīng)管M1與場(chǎng)效應(yīng)管M2的開(kāi)關(guān)電流，降低了比較器的動(dòng)態(tài)功耗；第一偏置電壓較低時(shí)，降低了場(chǎng)效應(yīng)管M4的偏置電流，降低了靜態(tài)功耗，擴(kuò)大了比較器的適用范圍。
文檔編號(hào)H03K5/24GK101944894SQ20101026719
公開(kāi)日2011年1月12日 申請(qǐng)日期2010年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月31日
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