本發(fā)明涉及電子器件，尤其涉及電子器件中的比較器，具體講,涉及可編程遲滯比較器。

背景技術(shù)：

比較器目前已被廣泛應(yīng)用到各種電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，在模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過(guò)程中，首先需要對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行采樣，再通過(guò)比較器以決定模擬信號(hào)的數(shù)字值，在最簡(jiǎn)單的情況下，比較器可以作為一個(gè)1位模數(shù)轉(zhuǎn)換器。通常情況下，比較器工作在噪聲環(huán)境中，并且在閾值點(diǎn)檢測(cè)信號(hào)的變化，如果比較器足夠快且噪聲幅度足夠大的話，其輸出端也將存在噪聲。在這種情況下可以通過(guò)改變比較器的傳輸特性進(jìn)行修改，因此需要在比較器中引入遲滯，遲滯作為比較器的一種性質(zhì)其閾值是輸入電平的函數(shù)，當(dāng)輸入經(jīng)過(guò)閾值時(shí)輸出會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)其閾值也會(huì)隨之改變，所以在比較器的輸出又一次改變狀態(tài)之前輸入必須回到上一閾值，遲滯比較器傳輸特性曲線如圖1所示。輸入從負(fù)值開始向正直變化時(shí)直到輸入達(dá)到正向轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，比較器輸出才會(huì)開始改變，一旦輸出變高，實(shí)際轉(zhuǎn)折點(diǎn)發(fā)生改變，當(dāng)輸入向負(fù)值減小時(shí)，輸出不變，直到輸入達(dá)到負(fù)向轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)，比較器的輸出才開始轉(zhuǎn)換。

遲滯比較器廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、遙感、遙測(cè)和其他領(lǐng)域中。它可以降低干擾信號(hào)的靈敏度，實(shí)現(xiàn)波形變換，比較器正負(fù)閾值不同的比較特性可以用于電壓整形電路。遲滯比較器的電路結(jié)構(gòu)很多，傳統(tǒng)的cmos電路結(jié)構(gòu)如圖2所示。此電路中一共有兩條反饋通路，第一條是通過(guò)晶體管m1和m2共源節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)電流反饋，表現(xiàn)為負(fù)反饋；第二條是m6和m7管的源漏極并聯(lián)電壓反饋，這條反饋通路是正反饋。當(dāng)正反饋系數(shù)小于負(fù)反饋的系數(shù)時(shí)，整個(gè)電路將表現(xiàn)為負(fù)反饋，同時(shí)電路將失去遲滯效果，當(dāng)電路的正反饋系數(shù)大于負(fù)反饋系數(shù)時(shí)，整個(gè)電路將會(huì)表現(xiàn)為正反饋，同時(shí)電路將出現(xiàn)遲滯效果。此電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是它的遲滯寬度由內(nèi)部mos管尺寸和工藝參數(shù)確定，固定不可調(diào)。一旦內(nèi)部參數(shù)確定以后，翻轉(zhuǎn)閾值電壓就固定了，而不能再根據(jù)實(shí)際需要來(lái)進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于需要不同的遲滯寬度的比較器，必須重新設(shè)計(jì)、調(diào)整內(nèi)部器件參數(shù)，所以通用性和靈活性較差。因此，本文提出了一種基于傳統(tǒng)遲滯比較器的改進(jìn)電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)比較器遲滯窗寬編程可調(diào)，從而提高比較器的靈活性，可方便應(yīng)用在不同環(huán)境中。

參考文獻(xiàn)：

1、《一種高精度的遲滯比較器設(shè)計(jì)》李強(qiáng)斌，杜月英；四川省電子學(xué)會(huì)半導(dǎo)體與集成技術(shù)專委會(huì)2006年度學(xué)術(shù)年會(huì)論文集，2006年12月。

2、phillipea，douglasrh.cmosanalogcircuitdesign[m].newyork：oxrorduniversitypress，2011。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明旨在實(shí)現(xiàn)比較器遲滯窗寬編程可調(diào)，提高比較器的靈活性和通用性，根據(jù)實(shí)際需求調(diào)節(jié)窗寬，靈活應(yīng)用到不同環(huán)境中。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，可編程遲滯比較器，結(jié)構(gòu)是，晶體管m8、m9、m10和m11實(shí)現(xiàn)電路從差分輸入到單端輸出的轉(zhuǎn)換，晶體管m5和m14管為電路提供偏置電流，設(shè)置的兩條反饋通路：第一條是通過(guò)晶體管m1和m2共源節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)電流反饋，表現(xiàn)為負(fù)反饋；第二條是m6和m7管的源漏極并聯(lián)電壓反饋，這條反饋通路是正反饋；其中，采用開關(guān)控制將正反饋mos管m6和m7分別用多個(gè)mos管實(shí)現(xiàn)，每個(gè)mos管的導(dǎo)通與否取決于其控制開關(guān)ki，i＝1，2…，n和qi，i＝1，2…，n，不同開關(guān)導(dǎo)通組合實(shí)現(xiàn)遲滯比較器正向閾值和負(fù)向閾值的可編程變化。

遲滯比較器的正負(fù)閾值如下式所示：

式中i5為比較器的偏至電流，μ為mos管遷移率，cox為mos管單位面積柵氧化層電容，β1、β3、β4、β6和β7分別為mos管m1、m3、m4、m6和m7的寬長(zhǎng)比。

利用開關(guān)控制m6和m7管的導(dǎo)通個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)其寬長(zhǎng)比β6和β7的改變從而改變遲滯比較器的正負(fù)閾值。

本發(fā)明的特點(diǎn)及有益效果是：

遲滯比較器被廣泛應(yīng)用在很多領(lǐng)域，傳統(tǒng)的遲滯比較器電平遲滯寬度為固定值，應(yīng)用環(huán)境改變時(shí)需要對(duì)比較器進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，靈活性較低，本文設(shè)計(jì)的可編程遲滯比較器可實(shí)現(xiàn)比較器電平遲滯寬度可調(diào)，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選擇電平遲滯寬度，具有很強(qiáng)的靈活性和通用性。

附圖說(shuō)明：

圖1遲滯比較器傳輸特性。

圖2傳統(tǒng)遲滯比較器電路。

圖3遲滯比較器優(yōu)勢(shì)。

圖4可編程開關(guān)設(shè)計(jì)。

圖5可編程遲滯比較器整體電路設(shè)計(jì)。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)傳統(tǒng)遲滯比較器結(jié)構(gòu)，利用編程實(shí)現(xiàn)比較器遲滯窗寬可調(diào)，提高比較器的靈活性和通用性，根據(jù)實(shí)際需求可方便地應(yīng)用在不同環(huán)境中。

在噪聲環(huán)境中，圖3清楚展現(xiàn)了遲滯比較器帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)，圖中有一個(gè)包涵噪聲的信號(hào)加在沒有遲滯的比較器輸入端，電路的功能是使比較器的輸出跟隨輸入信號(hào)，然而，閾值點(diǎn)附近噪聲的變化使比較器的輸出充滿噪聲，通過(guò)加入遲滯效果對(duì)輸出進(jìn)行改進(jìn)，遲滯電壓必須等于或大于最大噪聲幅度。圖2為傳統(tǒng)遲滯比較器的設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)計(jì)算此遲滯比較器的正負(fù)閾值如下式所示：

式中i5為比較器的偏至電流，μ為mos管遷移率，cox為mos管單位面積柵氧化層電容，β1、β3、β4、β6和β7分別為mos管m1、m3、m4、m6和m7的寬長(zhǎng)比。

由式(1)、(2)可以得出遲滯比較器的正負(fù)閾值大小可以通過(guò)改變正反饋mos管m6與m4寬長(zhǎng)比和m7與m4寬長(zhǎng)比進(jìn)行改變。設(shè)a＝β6/β3，b＝β7/β4，即a、b值得大小決定了比較器的閾值大小，不同的a、b值導(dǎo)致不同的閾值，因此可以通過(guò)編程改變a、b的大小實(shí)現(xiàn)可編程閾值的遲滯比較器，即可編程遲滯電平寬度比較器。通過(guò)a、b編程可變實(shí)現(xiàn)可編程遲滯比較器的設(shè)計(jì)，圖4為實(shí)現(xiàn)參數(shù)a可編程的方法，采用開關(guān)控制將正反饋mos管分別采用多個(gè)mos管實(shí)現(xiàn)，每個(gè)mos管的導(dǎo)通與否取決于其控制開關(guān)ki(i＝1，2…，n)，不同開關(guān)導(dǎo)通組合實(shí)現(xiàn)參數(shù)a的改變從而實(shí)現(xiàn)遲滯比較器正向閾值的可編程變化，參數(shù)b可采用同樣的方法進(jìn)行可編程控制。圖5為整個(gè)可編程遲滯比較器的設(shè)計(jì)，正反饋管由兩組mos管組成，開關(guān)采用簡(jiǎn)單的pmos實(shí)現(xiàn)，因此整個(gè)電路的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了遲滯比較器電平遲滯窗口可編程變化。

本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是，晶體管m8、m9、m10和m11實(shí)現(xiàn)電路從差分輸入到單端輸出的轉(zhuǎn)換，晶體管m5和m14管為電路提供偏置電流，設(shè)置的兩條反饋通路：第一條是通過(guò)晶體管m1和m2共源節(jié)點(diǎn)的串聯(lián)電流反饋，表現(xiàn)為負(fù)反饋；第二條是m6和m7管的源漏極并聯(lián)電壓反饋，這條反饋通路是正反饋；當(dāng)正反饋系數(shù)小于負(fù)反饋的系數(shù)時(shí)，整個(gè)電路將表現(xiàn)為負(fù)反饋，同時(shí)電路將失去遲滯效果，當(dāng)電路的正反饋系數(shù)大于負(fù)反饋系數(shù)時(shí)，整個(gè)電路將會(huì)表現(xiàn)為正反饋，同時(shí)電路將出現(xiàn)遲滯效果。

如圖4所示是整個(gè)遲滯比較器的設(shè)計(jì)，編碼k1、k2…kn和q1、q2…qn控制開關(guān)mos管的導(dǎo)通與否實(shí)現(xiàn)比較器電平遲滯窗口編程可變，開關(guān)采用pmos管，所以當(dāng)ki(i＝1，2…，n)和qi(i＝1，2…，n)為低電平時(shí)開關(guān)導(dǎo)通，為高電平時(shí)開關(guān)斷開，開關(guān)導(dǎo)通個(gè)數(shù)越多遲滯電平寬度越大，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況靈活選擇開關(guān)導(dǎo)通的個(gè)數(shù)。