[发明专利]一种准确迟滞的比较器和制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电路领域，更确切地说，本发明涉及用于设计一种模拟信号的比较器和制备方法。

背景技术

模拟信号的比较器是各种模拟电路中常见的功能性构造块。迟滞信号比较器在其参考信号附近具有一个迟滞回线，通常可用于反馈电子控制电路中，以避免没有这种迟滞回线时控制信号在其目标值附近不必要的过度振荡。

图1表示Ricon-Mora等人发明的名称为“准确、快速以及用户可编程的迟滞比较器”的原有技术的专利号为6,229,350的美国专利(下文称作美国6,229,350)。图1表示原有技术的迟滞比较器1，图2表示其信号输入/输出(I/O)特性2。图2适用于任何迟滞比较器。原有技术的迟滞比较器1的关键I/O信号，为一对输入信号VIN_A和VIN_B以及一个2-电平输出信号VOT。对于本领域的技术人员，参照输入信号VIN_B，图2所示的VOT与VIN_A的关系图的特点表示，在VIN_A＝VIN_B附近，有一个迟滞窗V_hys＝2＊ΔV的电平跃迁。

原有技术的迟滞比较器1的以下主要功能块互相耦合在一起：

一个差分输入级，用于将输入信号对VIN_A和VIN_B差分转换成中间电流信号。

一个总和节点和一个输出增益级，用于将中间电流信号转换并放大成末级2-电平输出信号VOT。

一个可转向偏移电流产生器，用于通过其电流转向开关，产生偏移电流并将偏移电流注入到差分输入级，从而在VOT与VIN_A特性关系中，产生V_hys的迟滞窗。还含有一个信号转换器，将VOT转换成可转向偏移电流产生器内部所需要的差分控制信号。注意：通过可转向偏移电流产生器所使用的一个“V_控制”信号，V_hys还可以允许用户编程。

电流镜，来自于电流源“I_BIAS”，用于为差分输入级和可转向偏移电流产生器提供所需的多个偏移电流。

本领域的技术人员已知，原有技术的迟滞比较器1的迟滞窗V_hys由以下的方程式决定：

V_hys＝2ΔV＝I_(偏移)/G_m(输入)＝V_控制    (1)

其中

I_(偏移)＝G_m(输入)＊V_控制               (2)

K_np＝电子/空穴的迁移率＊C_ox            (4)

在上述方程式中，G_m(输入)指在差分输入级内部的差分晶体管对Q2和Q5的跨导。G_m(偏移)指在可转向偏移电流产生器内部的差分晶体管Q16、Q17、Q26和Q27的跨导。G_m指一般的晶体管的跨导。V_GS和V_th分别指一般的晶体管的栅极-源极电压和阈值电压。K_np指晶体管中易受各种制备过程的偏差影响的器件参数。C_ox为单位面积上的栅极氧化物电容。

确切地说，迟滞比较器应按照紧密度容差来制备，并对温度等外界环境的变化表现出低敏感度。从上述方程式(1)-(4)可以看出，V_hys的百分比变化遵循G_m(输入)和G_m(偏移)的百分比变化。此外，晶体管对(例如在Q2和Q5之间)中，G_m的任何不匹配都会另外引起V_hys的变化。尽管双极晶体管和MOS晶体管都存在这种现象，但是在CMOS晶体管中V_hys的变化程度尤为明显。与双极晶体管不同，CMOS晶体管的G_m很小，而且并不匹配。在原有技术中，要获得良好的匹配以及很大的跨导，每个差分CMOS晶体管Q16、Q17、Q26、Q27的尺寸，必须与每个输入CMOS晶体管Q2、Q5的尺寸类似。这意味着，为了实现一个简单的比较器功能，就需要消耗很大的集成电路(IC)晶片面积，此方法不仅昂贵而且难以实施。因此，必须制备一种不需要消耗很大的集成电路晶片面积，带有准确的迟滞窗V_hys的简单的迟滞比较器。

发明内容