專利名稱：輸入和參考電壓幅度為軌至軌的cmos比較器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，屬于模數(shù)/數(shù) 模轉換器應用領域。
技術背景模數(shù)/數(shù)模轉換器是一種大量應用于各種電子系統(tǒng)中的集成電路器件，模數(shù)/數(shù) 模轉換器的核心電路是比較器，其工作原理如圖1所示，為參考電壓，當輸入電壓vin低 于參考電壓時，輸出V。ut = 0，當輸入電壓Vin高于參考電壓Nref時，輸出V。ut = 1。傳統(tǒng) 經(jīng)典比較器的具體電路如圖2和圖3所示，圖2為NM0S型比較器，圖3為PM0S型比較器。 兩種比較器都是基于2級差分放大器的結構和原理。以NM0S型比較器(圖2)為例，Ml和 M2組成輸入差分對，M3和M6組成放大器的負載，M7-M10組成放大器的輸出級，交叉連接的 M4和M5用來實現(xiàn)比較器的延遲效應。這種差分放大器結構的比較器可以實現(xiàn)對輸入電壓 Vin和參考電壓的比較，并將誤差放大至1或0。這種比較器結構簡單適用，但是存在 著一定的缺陷，差分放大器的結構決定了其對輸入電壓和參考電壓的范圍有一定的限定， 差分對Ml和M2正常工作的要求是輸入電壓Vin和參考電壓V,ef必須要大于電流源管子的 Vds加上Ml或M2的閥值電壓Vtl,2，以0. 18um CMOS工藝為例，上述兩個電壓加在一起大約 為0. 7V，而電源電壓僅為1. 8V，這就意味著輸入和參考電壓的范圍被局限在了 0. 7V-1. 8V 之間。在實際應用中，有許多情況都需要比較器實現(xiàn)對輸入和參考電壓在軌至軌(Rail to Rail)的范圍內進行比較，也就是說輸入和參考電壓的變化范圍是從VSS到VDD，顯然這種 比較器難以滿足軌至軌(Rail to Rail)的要求。PM0S型比較器的原理和NM0S型的完全相同，因此也同樣存在著和NM0S比較器相 同的局限性，只是PM0S型比較器對輸入和參考電壓的限制范圍是0V-1. IV(以0. 18um CMOS 工藝為例)。
發(fā)明內容為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的 CMOS比較器。本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是一種輸入和參考電壓幅度為軌 至軌的CMOS比較器，由NM0S型比較器和PM0S型比較器組成，所述NM0S型比較器中的NM0S 差分對第一 NM0S管和第二 NM0S管的柵極與PM0S型比較器中的PM0S差分對第一 PM0S 管和第二 PM0S管的柵極連接，所述NM0S型比較器的輸出放大級上的第三PM0S管的漏極、 源極與設置于PM0S型比較器輸出放大級上的第三NM0S管的漏極、第四PM0S管的源極相 連，所述NM0S型比較器的輸出放大級上的第四NM0S管的漏極與第四PM0S管的漏極相連。通過本實用新型無論輸入和參考電壓在任何區(qū)間內變化，比較器都能輸出正確的 結果。
3
圖1為模數(shù)/數(shù)模轉換器的工作原理圖。圖2為傳統(tǒng)NM0S型比較器的電路圖。圖3為傳統(tǒng)PM0S型比較器的電路圖。圖4為本實用新型的電路圖。圖中1、第一 NM0S管；2、第二 NM0S管；3、第三NM0S管；4、第四NM0S管；5、第五 匪OS管；6、第六匪OS管；7、第七匪OS管；8、第八匪OS管；9、第一 PM0S管；10、第二 PM0S 管；11、第三PM0S管；12、第四PM0S管；13、第五PM0S管；14、第六PM0S管；15、第七PM0S管； 16、第八PM0S管。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。通過對NM0S型比較器和PM0S型比較器的分析可以看出，兩種結構都對輸入和參 考電壓的范圍有一定的局限，但同時也可以發(fā)現(xiàn)，這兩種局限范圍的級性是相反的，一個是 局限在下半段，另一個是局限在上半段，而在中間則存在著一定的重疊，本發(fā)明基于這種特 點將兩種結構合并在一起，實現(xiàn)了對輸入和參考電壓軌至軌(Rail to Rail)的比較，具體 電路如圖4所示。圖4中第一 NM0S管1、第二 NM0S管2和第一 PM0S管9、第二 PM0S管10分別為 NM0S差分對和PM0S差分對，第五PM0S管13、第六PM0S管14和第五NM0S管5、第六NM0S 管6分別為NM0S部分和PM0S部分的負載，第七PM0S管15、第八PM0S管16和第七NM0S管 7、第八NM0S管8分別實現(xiàn)NM0S部分和PM0S部分的延遲效應，第三NM0S管3、第四PM0S管 12、第三PM0S管11、第四NM0S管4等其他M0S管組成了共同的輸出放大級。其具體結構可 描述為一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，由NM0S型比較器和PM0S型比 較器組成，所述NM0S型比較器中的NM0S差分對第一 NM0S管1和第二 NM0S管2的柵極與 PM0S型比較器中的PM0S差分對第一 PM0S管9和第二 PM0S管10的柵極連接，所述NM0S 型比較器的輸出放大級上的第三PM0S管11的漏極、源極與設置于PM0S型比較器輸出放大 級上的第三NM0S管3的漏極、第四PM0S管12的源極相連，所述NM0S型比較器的輸出放大 級上的第四NM0S管4的漏極與第四PM0S管12的漏極相連。當輸入和參考電壓在低端范 圍內變化時，NM0S型比較器部分截止，比較器的功能由PM0S型比較器部分來實現(xiàn)；當輸入 和參考電壓在高端范圍內變化時，PM0S型比較器部分截止，比較器的功能由NM0S型比較器 部分來實現(xiàn)；當輸入和參考電壓在中間范圍內變化時，比較的功能由NM0S型比較器和PM0S 型比較器共同來實現(xiàn)，由于使用同一輸出放大級，無論輸入和參考電壓在任何區(qū)間內變化， 比較器都能輸出正確的結果，這樣就實現(xiàn)了軌至軌(Rail toRail)的比較。需要強調的是以上僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任 何形式上的限制，凡是依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等 同變化與修飾，均仍屬于本實用新型技術方案的范圍內。
權利要求1. 一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，其特征是所述輸入和參考電壓 幅度為軌至軌的CMOS比較器由NMOS型比較器和PMOS型比較器組成，所述NMOS型比較器 中的NMOS差分對第一 NMOS管(1)和第二 NMOS管(2)的柵極與PMOS型比較器中的PMOS 差分對第一 PMOS管(9)和第PMOS管(10)的柵極連接，所述NMOS型比較器的輸出放大級 上的第三PMOS管(11)的漏極、源極與設置于PMOS型比較器輸出放大級上的第三NMOS管 (3)的漏極、第四PMOS管(12)的源極相連，所述NMOS型比較器的輸出放大級上的第四NMOS 管⑷的漏極與第四PMOS管(12)的漏極相連。
專利摘要本實用新型涉及一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，屬于模數(shù)/數(shù)模轉換器應用領域。一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，由NMOS型比較器和PMOS型比較器組成，所述NMOS型比較器中的NMOS差分對第一NMOS管和第二NMOS管的柵極與PMOS型比較器中的PMOS差分對第一PMOS管和第二PMOS管的柵極連接，所述NMOS型比較器的輸出放大級上的第三PMOS管的漏極、源極與設置于PMOS型比較器輸出放大級上的第三NMOS管的漏極、第四PMOS管的源極相連，所述NMOS型比較器的輸出放大級上的第四NMOS管的漏極與第四PMOS管的漏極相連。通過本實用新型無論輸入和參考電壓在任何區(qū)間內變化，比較器都能輸出正確的結果。
文檔編號H03F3/45GK201781465SQ20102027735
公開日2011年3月30日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權日2010年7月30日
發(fā)明者孫禮中, 梅海濤 申請人:蘇州科山微電子科技有限公司