一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的cmos比較器的製作方法

2023-05-08 09:56:36 1

專利名稱：一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的cmos比較器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，屬於模數/數模轉 換器應用領域。
背景技術：
模數/數模轉換器是一種大量應用於各種電子系統中的集成電路器件，模數/數 模轉換器的核心電路是比較器，其工作原理如圖1所示，Vref為參考電壓，當輸入電壓Vin低 於參考電壓Vrrf時，輸出V。ut = 0，當輸入電壓Vin高於參考電壓Vrrf時，輸出V。ut = 1。傳統 經典比較器的具體電路如圖2和圖3所示，圖2為NMOS型比較器，圖3為PMOS型比較器。 兩種比較器都是基於2級差分放大器的結構和原理。以NMOS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對輸入電壓 Vin和參考電壓的比較，並將誤差放大至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範圍有一定的限定， 差分對Ml和M2正常工作的要求是輸入電壓Vin和參考電壓Vref必須要大於電流源管子的 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範圍被局限在了 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對輸入和參考電壓在軌至軌(Rail to Rail)的範圍內進行比較，也就是說輸入和參考電壓的變化範圍是從VSS到VDD，顯然這種 比較器難以滿足軌至軌(Rail to Rail)的要求。PMOS型比較器的原理和NMOS型的完全相同，因此也同樣存在著和NMOS比較器相 同的局限性，只是PMOS型比較器對輸入和參考電壓的限制範圍是0V-1. IV(以0. 18um CMOS 工藝為例)。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明提供了一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS 比較器。本發明解決其技術問題所採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 極與設置於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。通過本發明無論輸入和參考電壓在任何區間內變化，比較器都能輸出正確的結果。


圖1為模數/數模轉換器的工作原理圖。圖2為傳統NMOS型比較器的電路圖。圖3為傳統PMOS型比較器的電路圖。圖4為本發明的電路圖。圖中1、第一 NMOS管；2、第二 NMOS管；3、第三NMOS管；4、第四NMOS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 PMOS管；10、第二 PMOS 管；11、第三PMOS管；12、第四PMOS管；13、第五PMOS管；14、第六PMOS管；15、第七PMOS管； 16、第八PMOS管。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。通過對NMOS型比較器和PMOS型比較器的分析可以看出，兩種結構都對輸入和參 考電壓的範圍有一定的局限，但同時也可以發現，這兩種局限範圍的級性是相反的，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，本發明基於這種特 點將兩種結構合併在一起，實現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 NMOS管1、第二 NMOS管2和第一 PMOS管9、第二 PMOS管10分別為 NMOS差分對和PMOS差分對，第五PMOS管13、第六PMOS管14和第五NMOS管5、第六NMOS 管6分別為NMOS部分和PMOS部分的負載，第七PMOS管15、第八PMOS管16和第七NMOS管 7、第八NMOS管8分別實現NMOS部分和PMOS部分的延遲效應，第三NMOS管3、第四PMOS管 12、第三PMOS管11、第四NMOS管4等其他MOS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和第二 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、源極與設置於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4的漏極與第四PMOS管12的漏極相連。當輸入和參考電壓在低端範 圍內變化時，NMOS型比較器部分截止，比較器的功能由PMOS型比較器部分來實現；當輸入 和參考電壓在高端範圍內變化時，PMOS型比較器部分截止，比較器的功能由NMOS型比較器 部分來實現；當輸入和參考電壓在中間範圍內變化時，比較的功能由NMOS型比較器和PMOS 型比較器共同來實現，由於使用同一輸出放大級，無論輸入和參考電壓在任何區間內變化， 比較器都能輸出正確的結果，這樣就實現了軌至軌(Rail to Rail)的比較。需要強調的是以上僅是本發明的較佳實施例而已，並非對本發明作任何形式上 的限制，凡是依據本發明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， 均仍屬於本發明技術方案的範圍內。
權利要求
一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，其特徵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)和第二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、源極與設置於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(4)的漏極與第四PMOS管(12)的漏極相連。
全文摘要
本發明涉及一種輸入和參考電壓幅度為軌至軌的CMOS比較器，屬於模數/數模轉換器應用領域。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、源極與設置於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。通過本發明無論輸入和參考電壓在任何區間內變化，比較器都能輸出正確的結果。
文檔編號H03K5/22GK101908868SQ20101024186
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月30日 優先權日2010年7月30日
發明者孫禮中, 梅海濤 申請人:蘇州科山微電子科技有限公司