[发明专利]基于压控振荡器的电压比较器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟集成电路技术领域，具体的讲是基于压控振荡器的电压比较器。

背景技术

当前，随着无线通信技术的快速发展，模数转化器朝着低压、低功耗、高速、高精度的方向发展。现有的模数转换器的类型按照采样频率和系统带宽可以分为奈奎斯特模数转换器和过采样模数转换器。其中，奈奎斯特模数转换器又可以分为SAR，FLASH，Pipeline等，它们的采样频率都是系统带宽的两倍；过采样模数转换器也分离散时间模数转换器和连续时间模数转换器。上述的模数转化器，都需要将模拟信号通过比较器进行比较、量化，才能得到最后的量化输出结果。

现在主要的CMOS比较器结构有：开环比较器、开关电容比较器、再生锁存比较器和预放大再生锁存比较器。这些传统的比较器都是利用输入信号的电压和参考电压通过放大器进行比较，比较的精度和速度受限于放大器的增益、带宽及摆率。在要求分辨率比较高的情况下，往往还需要添加多级预放大电路，电路的传输时间也比较长，比较的输出结果抗噪声能力比较差。随着CMOS尺寸进一步地缩小，这些比较器在低电源电压中的设计也变得越来越难。

发明内容

本发明提供了一种基于压控振荡器的电压比较器，以克服传统比较器在低电源电压下不易于设计、抗噪声能力差、传输时间长的缺点，适于低电压、高精度、高速的模数转换器。

本发明基于压控振荡器的电压比较器，包括接收输入电压的压控振荡器和接收参考电压的压控振荡器分别连接至鉴频器的不同的输入端口，鉴频器的两个与所述输入端口对应的输出端口分别连接至电荷泵电路中对应的高电平控制端和低电平控制端，在电荷泵电路中设有电容，由电荷泵电路输出比较后的电平信号。本发明的电压比较器并不是直接比较两个输入电压信号来得到比较的结果，而是将电压信号通过压控振荡器转化为频率信号，再进行比较。因为压控振荡器的频率信号输出可以利用数字电路进行处理，故具有较好的抗噪声能力。而比较结果是经过电荷泵对输出电容不断充电或者不断放电再经过反相器输出得到的。故输出的比较结果就只有高电平和低电平两种状态，不容易出错。

具体的，所述的压控振荡器中包括至少3组由一个NMOS管和一个PMOS管组成的晶体管对，每组晶体管对中NMOS管的漏极和PMOS管的漏极均连接另一组晶体管对的NMOS管和PMOS管的栅极，比较的电压由尾电流源NMOS管的栅极输入，输出频率信号经各晶体管对后再经两个反向器输出。压控振荡器的作用主要是将输入的电压信号转化为频率信号。输入的信号越大，压控振荡器输出的震荡频率越高。输出频率只要求随输入的信号电压单调增加，并没有要求随着信号电压线性增加。鉴频器的作用是比较两个频率的大小，并输出电荷泵的控制信号。鉴频器的结构可以由RS锁存器、与非门、反相器及传输门构成。

具体的，在电荷泵电路中所述的高电平控制端与一个NMOS管的栅极连接，所述的低电平控制端与一个PMOS管的栅极连接，恒定电流源通过辅助电路与所述NMOS管和PMOS管的源极连接，NMOS管和PMOS管的漏极通过两个反向器输出，在两个反向器的输入端还连接有接地的电容。电荷泵的作用是根据前面鉴频器输出高电平端口和低电平端口的平均脉冲宽度对电容进行充电或放电。当鉴频器为高电平端口输出为低，低电平端口输出为低时，电荷泵电路中的PMOS管导通，NMOS管截止，对电容充电；当鉴频器的低电平端口输出为高，高电平端口输出为高时，荷泵电路中的NMOS管导通，PMOS管截止，电容放电；当鉴频器的高电平端口输出为低，低电平端口输出为高时，电荷泵电路中的PMOS管和NMOS管都截止，电流不流经电容，电容电压保持恒定；当鉴频器的高电平端口输出为高，低电平端口输出为低时，电荷泵电路中的PMOS管和NMOS管都导通，电容电压也保持恒定。最后，输出电容的电压经过两级反向器输出最后的比较结果。

进一步的，所述的两个压控振荡器都是同级数的环形振荡器，并且鉴频器的比较输出为电荷泵所带负载电容的电压经过两级反相器后的电压输出，鉴频器的比较输出结果可以直接用于数字单元。

本发明基于压控振荡器的电压比较器，克服了传统比较器在低电源电压下不易于设计、抗噪声能力差、传输时间长的缺点，具有可靠的输出性能，能够适用于低电压、高精度、高速的模数转换器。

以下结合实施例的具体实施方式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述技术思想情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包括在本发明的范围内。

附图说明