快速比較電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種快速比較電路，其包括級聯(lián)的N級運(yùn)算放大器、鎖存器、偏置電路及控制信號產(chǎn)生電路，N≥2，需比較的兩差分信號輸入第一級運(yùn)算放大器的輸入端，第N級運(yùn)算放大器的輸出端與所述鎖存器的輸入端連接，所述偏置電路為各級放大器提供偏置電流，所述控制信號產(chǎn)生電路分別與N級運(yùn)算放器及鎖存器連接，所述控制信號產(chǎn)生電路為所述N級運(yùn)算放大器與鎖存器提供工作時(shí)序及復(fù)位控制信號，各級運(yùn)算放大器具有完全相同的結(jié)構(gòu)特征。本發(fā)明的快速比較電路不僅保證了高增益，而且提高了比較速度。
【專利說明】快速比較電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地涉及一種快速比較電路。
【背景技術(shù)】
[0002]比較電路廣泛應(yīng)用于模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程中，在模數(shù)轉(zhuǎn)換中過程中，被采樣后的信號經(jīng)過運(yùn)算放大器或比較器以決定模擬信號的數(shù)字值。且運(yùn)算放大器大都采用開環(huán)模式，這種模式不必對運(yùn)算放大器進(jìn)行補(bǔ)償，使得未經(jīng)補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算放大器可以獲得較大的帶寬和較高的頻率響應(yīng)。然而，眾所周知地，放大器的增益與速度之間的互相制約，使得在一定工藝條件下同時(shí)實(shí)現(xiàn)高速和高精度比較困難。
[0003]因此，有必要提供改進(jìn)的快速比較電路來克服上述缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種快速比較電路，本發(fā)明的快速比較電路不僅保證了高增益，而且提高了比較速度。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種快速比較電路，其包括級聯(lián)的N級運(yùn)算放大器、鎖存器、偏置電路及控制信號產(chǎn)生電路，N ^ 2，需比較的兩差分信號輸入第一級運(yùn)算放大器的輸入端，第 N級運(yùn)算放大器的輸出端與所述鎖存器的輸入端連接，所述偏置電路為各級運(yùn)算放大器及所述控制信號產(chǎn)生電路提供偏置電流，所述控制信號產(chǎn)生電路分別與N級運(yùn)算放器及鎖存器連接，所述控制信號產(chǎn)生電路為所述N級運(yùn)算放大器及鎖存器提供工作時(shí)序及復(fù)位控制信號，其中，各級運(yùn)算放大器具有完全相同的結(jié)構(gòu)特征，且各級運(yùn)算放大器均包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管、第七場效應(yīng)管及第八場效應(yīng)管，一個(gè)差分信號輸入所述第一場效應(yīng)管的柵極，另一個(gè)差分信號輸入所述第二場效應(yīng)管的柵極，所述第一場效應(yīng)管的漏極與所述第三場效應(yīng)管的柵極、漏極及所述第五場效應(yīng)管的漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的一個(gè)差分信號，所述第二場效應(yīng)管的漏極與所述第六場效應(yīng)管的柵極、漏極及所述第四場效應(yīng)管的漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的另一個(gè)差分信號，所述第一場效應(yīng)管與第二場效應(yīng)管的源極共同連接并與所述偏置電路連接，所述第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管及第六場效應(yīng)管的源極均與外部電源連接，所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第四場效應(yīng)管的柵級連接，所述第五場效應(yīng)管的柵極與所述第六場效應(yīng)管的柵極連接，所述第七場效應(yīng)管的源極、第八場效應(yīng)管的柵極、漏極均與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述第八場效應(yīng)管的源極、第七場效應(yīng)管的柵極、漏極均與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接。
[0006]較佳地，各級運(yùn)算放大器均還包括復(fù)位開關(guān)，所述復(fù)位開關(guān)的一端與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，另一端與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，且所述復(fù)位開關(guān)的控制端與所述控制信號產(chǎn)生電路連接。
[0007]較佳地，所述復(fù)位開關(guān)在其控制端的電壓為高電平時(shí)閉合，低電平時(shí)斷開。[0008]較佳地，所述第四場效應(yīng)管與第五場效應(yīng)管具有相同的寬長比。
[0009]較佳地，所述第七場效應(yīng)管與第八場效應(yīng)管具有相同的寬長比。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的放大器電路，通過所述第四場效應(yīng)管與第五場效應(yīng)管可使當(dāng)前級運(yùn)算放大器輸出的兩差分信號的電壓快速上升或快速下降，加快了對輸入差分信號的放大速度，也即提高了比較速度；所述第七場效應(yīng)管與第八場效應(yīng)管構(gòu)成的二極管連接方式，對各級放大器輸出的差分信號進(jìn)行鉗位，限制了輸出差分信號的擺幅，進(jìn)一步提高了比較速度。
[0011]通過以下的描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明將變得更加清晰，這些附圖用于解釋本發(fā)明?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明快速放大電路的結(jié)構(gòu)框圖。
[0013]圖2為圖1所示各級運(yùn)算放大器的電路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中類似的元件標(biāo)號代表類似的元件。如上所述，本發(fā)明提供了一種快速比較電路，本發(fā)明的快速比較電路不僅保證了高增益，而且提高了比較速度。
[0015]請參考圖1，圖1為本發(fā)明快速放大電路的結(jié)構(gòu)框圖。如圖所示，本發(fā)明的快速比較電路包括級聯(lián)的N級運(yùn)算放大器、鎖存器、偏置電路及控制信號產(chǎn)生電路，N ^ 2，需比較的兩差分信號VP、VN輸入第一級運(yùn)算放大器的輸入端，所述第一級運(yùn)算放大器的輸出端與所述第二級運(yùn)算放大器的輸入端連接，所述第二級運(yùn)算放大器的輸出端與所述第三級運(yùn)算放大器的輸入端連接，依此類推，直至所述第N-1級運(yùn)算放大器的輸出端與所述第N級運(yùn)算放大器的輸入端連接；從而各 級放運(yùn)算大器對輸入的兩差分信號VP、VN依次進(jìn)行放大，放大至所述鎖存器可以識別的大小，從而在實(shí)際使用中，可根據(jù)輸入兩差分信號VP、VN的大小及鎖存器可識別的大小而相應(yīng)設(shè)置運(yùn)算放大器的級數(shù)，也即設(shè)置N的具體取值；所述第N級運(yùn)算放大器的輸出端與所述鎖存器的輸入端連接，所述鎖存器對第N級運(yùn)算放大器輸出的兩差分信號快速的進(jìn)行比較并輸出比較值VOUT ;所述偏置電路與各級運(yùn)算放大器及所述控制信號產(chǎn)生電路連接，以為各級運(yùn)算放大器及所述控制信號產(chǎn)生電路提供偏置電流，從而保證各級運(yùn)算放大器及所述控制信號產(chǎn)生電路的正常工作；所述控制信號產(chǎn)生電路分別與N級運(yùn)算放大器及鎖存器連接，所述控制信號產(chǎn)生電路為所述N級運(yùn)算放大器與鎖存器提供工作時(shí)序及復(fù)位控制信號，從而所述控制信號產(chǎn)生電路控制各級所述運(yùn)算放大器與鎖存器的工作及復(fù)位。
[0016]具體地，請?jiān)俳Y(jié)合參考圖2。在本發(fā)明中，各級運(yùn)算放大器均具有完全相同的結(jié)構(gòu)特征。其中，各級運(yùn)算放大器具有完全相同的結(jié)構(gòu)特征，且各級運(yùn)算放大器均包括第一場效應(yīng)管Ml、第二場效應(yīng)管M2、第三場效應(yīng)管M3、第四場效應(yīng)管M4、第五場效應(yīng)管M5、第六場效應(yīng)管M6、第七場效應(yīng)管M7及第八場效應(yīng)管M8。一個(gè)差分信號Vinp (當(dāng)該級運(yùn)算放大器為第一級運(yùn)算放大器時(shí)，所述差分信號Vinp為輸入差分信號VP，當(dāng)該級運(yùn)算放大器為其它級運(yùn)算放大器時(shí)，所述差分信號Vinp為輸入差分信號VP經(jīng)前一級運(yùn)算放大器放大后輸出的信號)輸入所述第一場效應(yīng)管Ml的柵極，另一個(gè)差分信號Vinn (當(dāng)該級運(yùn)算放大器為第一級運(yùn)算放大器時(shí)，所述差分信號Vinn為輸入差分信號VN,當(dāng)該級運(yùn)算放大器為其它級運(yùn)算放大器時(shí)，所述差分信號Vinn為輸入差分信號VN經(jīng)前一級運(yùn)算放大器放大后輸出的信號)輸入所述第二場效應(yīng)管M2的柵極，從而差分信號Vinp與Vinn分別通過所述第一場效應(yīng)管Ml與第二場效應(yīng)管M2輸入該級運(yùn)算放大器；所述第一場效應(yīng)管Ml的漏極與第三場效應(yīng)管M3的柵極、漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的一個(gè)差分信號Voutn ;所述第二場效應(yīng)管M2的漏極與第六場效應(yīng)管M6的柵極、漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的另一個(gè)差分信號Voutp ;所述第一場效應(yīng)管Ml與第二場效應(yīng)管M2的源極共同連接并與所述偏置電路連接，從而所述偏置電路通過所述第一場效應(yīng)管Ml與第二場效應(yīng)管M2為該級運(yùn)算放大器提供偏置電流；所述第三場效應(yīng)管M3、第四場效應(yīng)管M4、第五場效應(yīng)管M5及第六場效應(yīng)管M6的源極均與外部電源AVD連接，所述第三場效應(yīng)管M3的柵極與所述第四場效應(yīng)管M4的柵級連接，所述第四場效應(yīng)管M4的漏極與所述第六場效應(yīng)管M6的柵極連接，所述第五場效應(yīng)管M5的柵極與所述第六場效應(yīng)管M6的柵極連接，所述第七場效應(yīng)管M7的源極、第八場效應(yīng)管M8的柵極、漏極均與所述第一場效應(yīng)管Ml的漏極連接，所述第八場效應(yīng)管M8的源極、第七場效應(yīng)管M7的柵極、漏極均與所述第二場效應(yīng)管M2的漏極連接。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，各級運(yùn)算放大器均還包括復(fù)位開關(guān)SI，所述復(fù)位開關(guān)SI的一端與所述第一場效應(yīng)管Ml的漏極連接，另一端與所述第二場效應(yīng)管M2的漏極連接，且所述復(fù)位開關(guān)SI的控制端a與所述控制信號產(chǎn)生電路連接，從而所述控制信號產(chǎn)生電路輸出的電平控制所述復(fù)位開關(guān)SI的閉合與斷開；其中，所述復(fù)位開關(guān)SI在其控制端a的電壓為高電平時(shí)閉合，低電平時(shí)斷開，且當(dāng)所述復(fù)位開關(guān)SI閉合時(shí)，使得當(dāng)前級運(yùn)放放大器進(jìn)行復(fù)位，斷開時(shí)，對輸入到該級運(yùn)算放大器的差分信號進(jìn)行放大； 從而各級運(yùn)算放大器對輸入的差分信號VP與VN依次進(jìn)行放大。
[0017]請?jiān)俳Y(jié)合參考圖1與圖2，描述本發(fā)明快速比較電路的工作原理:
[0018]在本發(fā)明中，N級運(yùn)算放大器需要將輸入的差分信號VP與VN放大至鎖存器能識別的大小，從而可通過運(yùn)算放大器來設(shè)計(jì)比較器。如【背景技術(shù)】所述，比較器電路中的運(yùn)算放大器一般工作在開環(huán)模式，設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮運(yùn)算放大器的帶寬和增益，但無需考慮運(yùn)算放大器的線性度、穩(wěn)定性等較復(fù)雜的因素。本發(fā)明的快速放大電路的N級運(yùn)算放大器為單極點(diǎn)運(yùn)算放大器，且N級運(yùn)算放大器級聯(lián)組成比較器，總增益A為(N為大于I的正整數(shù))
[0019]
【權(quán)利要求】
1.一種快速比較電路，包括級聯(lián)的N級運(yùn)算放大器、鎖存器、偏置電路及控制信號產(chǎn)生電路，N ^ 2，需比較的兩差分信號輸入第一級運(yùn)算放大器的輸入端，第N級運(yùn)算放大器的輸出端與所述鎖存器的輸入端連接，所述偏置電路為各級運(yùn)算放大器及所述控制信號產(chǎn)生電路提供偏置電流，所述控制信號產(chǎn)生電路分別與N級運(yùn)算放大器及鎖存器連接，所述控制信號產(chǎn)生電路為所述N級運(yùn)算放大器與鎖存器提供工作時(shí)序及復(fù)位控制信號，其特征在于，各級運(yùn)算放大器具有完全相同的結(jié)構(gòu)特征，且各級運(yùn)算放大器均包括第一場效應(yīng)管、第二場效應(yīng)管、第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管、第六場效應(yīng)管、第七場效應(yīng)管及第八場效應(yīng)管，一個(gè)差分信號輸入所述第一場效應(yīng)管的柵極，另一個(gè)差分信號輸入所述第二場效應(yīng)管的柵極，所述第一場效應(yīng)管的漏極與第三場效應(yīng)管的柵極、漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的一個(gè)差分信號，所述第二場效應(yīng)管的漏極與第六場效應(yīng)管的柵極、漏極連接，并輸出被當(dāng)前級運(yùn)算放大器放大后的另一個(gè)差分信號，所述第一場效應(yīng)管與第二場效應(yīng)管的源極共同連接并與所述偏置電路連接，所述第三場效應(yīng)管、第四場效應(yīng)管、第五場效應(yīng)管及第六場效應(yīng)管的源極均與外部電源連接，所述第三場效應(yīng)管的柵極與所述第四場效應(yīng)管的柵級連接，所述第四場效應(yīng)管的漏極與所述第六場效應(yīng)管的柵極連接，所述第五場效應(yīng)管的柵極與所述第六場效應(yīng)管的柵極連接，所述第七場效應(yīng)管的源極、第八場效應(yīng)管的柵極、漏極均與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，所述第八場效應(yīng)管的源極、第七場效應(yīng)管的柵極、漏極均與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接。
2.如權(quán)利要求1所述的快速比較電路，其特征在于，各級運(yùn)算放大器均還包括復(fù)位開關(guān)，所述復(fù)位開關(guān)的一端與所述第一場效應(yīng)管的漏極連接，另一端與所述第二場效應(yīng)管的漏極連接，且所述復(fù)位開關(guān)的控制端與所述控制信號產(chǎn)生電路連接。
3.如權(quán)利要求2所述的快速比較電路，其特征在于，所述復(fù)位開關(guān)在其控制端的電壓為高電平時(shí)閉合，低電平時(shí)斷開。
4.如權(quán)利要求2所述的快速比較電路，其特征在于，所述第四場效應(yīng)管與第五場效應(yīng)管具有相同的寬長比。
5.如權(quán)利要求2所述的快速比較電路，其特征在于，所述第七場效應(yīng)管與第八場效應(yīng)管具有相同的寬長比。
【文檔編號】H03K5/22GK103762963SQ201410020407
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月16日
【發(fā)明者】楊保頂, 鄒錚賢 申請人:四川和芯微電子股份有限公司