CN102783026A - 用于具有大动态范围的轨条对轨条比较器的偏移校准及精度磁滞 - Google Patents

用于具有大动态范围的轨条对轨条比较器的偏移校准及精度磁滞 Download PDF

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Abstract

一种具有输入级的轨条对轨条比较器追踪所述输入级的Gm(跨导)改变，所述输入级具有独立的正及负差动电压偏移补偿。通过追踪所述输入级的Gm(跨导)改变，所述轨条对轨条比较器的磁滞变得对输入共模电压不敏感。一种两级轨条对轨条比较器可用于将磁滞加到第二级。所述两级轨条对轨条比较器的第一级大体上以单位增益进行操作。所述两级轨条对轨条比较器的所述第二级起具有磁滞的规则高增益放大器的作用。额外电路追踪所述第一级的Gm(跨导)改变，以使所述第二级磁滞对所述第一级处的所述输入共模电压不敏感。这也使得更容易产生一可编程磁滞，所述磁滞对所有输入电压值都是准确的。

Description

用于具有大动态范围的轨条对轨条比较器的偏移校准及精度磁滞
技术领域
本发明涉及轨条对轨条比较器，且更特定地说，本发明涉及用于具有大动态范围的轨条对轨条比较器的偏移校准及精度磁滞。
背景技术
一种轨条对轨条比较器输入级具有两种类型的差动对，必须分开地对所述两种差动对进行偏移校准。因为轨条对轨条比较器输入级的Gm(跨导)随输入共模电压而变化，所以此要求使将精度磁滞加到轨条对轨条比较器复杂化。由于磁滞电压变成一个变量，尤其当输入共模电压在电压轨条的中间附近时，磁滞变成任一轨条(例如，Vdd或共同点(接地))附近的值的一半。
发明内容
通过追踪轨条对轨条比较器输入级的Gm(跨导)改变且使用所述信息产生磁滞电压而解决上述问题且实现其它及进一步的利益。根据本发明的教示，一种两级方法可用于增加磁滞到第二级。所述轨条对轨条比较器的第一级大体上以单位增益进行操作。所述轨条对轨条比较器的第二级操作为具有磁滞的一规则高增益放大器。额外电路追踪所述第一级的Gm(跨导)改变，以使第二级磁滞对所述第一级处的所述输入共模电压不敏感。这也使得更容易产生一可编程磁滞，所述磁滞对所有输入电压值都是准确的。
根据本发明的一特定示范性实施例，轨条对轨条比较器包括：第一级差动放大器，其具有差动输入端及差动输出端，所述第一级差动放大器具有共模输入偏移校准；第二级差动放大器，其具有耦合到第一级差动放大器的差动输出端的差动输入端及用于供应第一逻辑电平及第二逻辑电平的一数字输出端，所述第一逻辑电平及第二逻辑电平取决于第一级差动放大器的差动输入端处的差动电压的值；共模电压追踪电路，其耦合到第一级差动放大器；及磁滞控制电路，其耦合到第二级差动放大器及共模电压追踪电路，其中磁滞控制电路独立于第一级差动放大器的差动输入端处的共模电压而控制第二级差动放大器的磁滞。
根据本发明的另一特定示范性实施例，轨条对轨条比较器包括：差动放大器，其具有差动输入端及用于供应第一逻辑电平及第二逻辑电平的数字输出端，所述第一逻辑电平及第二逻辑电平取决于差动放大器的差动输入端处的差动电压的值，所述差动放大器具有共模输入偏移校准；共模电压追踪电路，其耦合到所述差动放大器；及磁滞控制电路，其耦合到所述差动放大器及所述共模电压追踪电路，其中所述磁滞控制电路独立于所述差动放大器的差动输入端处的共模电压而控制差动放大器的磁滞。
附图说明
参考结合随附图式做出的以下描述可获得对本发明的更完整的理解，其中：
图1解释说明根据本发明的特定示范性实施例的两级轨条对轨条比较器的示意框图；
图2解释说明图1的两级轨条对轨条比较器的第一级的更详细的示意图；
图3解释说明图1的两级轨条对轨条比较器的第二级及磁滞控制的更详细的示意图；
图4解释说明图1的两级轨条对轨条比较器的共模电压追踪电路的更详细的示意图；
图5解释说明根据本发明的另一特定示范性实施例的单级轨条对轨条比较器的示意框图；及
图6及7解释说明图5的单级轨条对轨条比较器的单一差动输入级、共模电压追踪电路及磁滞控制的更详细的示意图。
虽然本发明易经受各种修改及替代形式，但其特定示范性实施例已在图式中予以展示且在本文予以详细描述。然而，应了解特定示范性实施例的本文描述并不希望将本发明限制于本文揭示的特定形式，相反，本发明涵盖随附权利要求书中定义的所有修改及等效物。
具体实施方式
现在参考图式，示意性说明特定示范性实施例的细节。图式中相同的元件将由相同的数字表示，且类似的元件将由具有不同小写字母词尾的相同数字表示。
参考图1，其描述的是根据本发明的特定示范性实施例的两级轨条对轨条比较器的示意框图。一般由数字100表示的两级轨条对轨条比较器包括：第一级102、第二级104、共模电压追踪电路106及磁滞控制108。第一级102具有差动输入端114，差动输入端114连接到将电流馈送到二极管式连接的负载的差动输入对(图2)。第二级104接收来自第一级102的差动输出信号(输出1及输出2)且将此输出信号放大为足以驱动反相门110，继而驱动反相门112。偏移校准在第一级102的N沟道及P沟道差动对(图2)中的每一者中实施为源极退化电阻器梯。尾电流流过多路复用器，使得所述多路复用器中的开关的串联电阻不影响偏移校准。通过将尾电流的一小部分作为正反馈电流加到第二级104的差动对而在第二级104中实施磁滞。因为取决于反相门110及112的逻辑状态(取决于第二级104的输出逻辑状态)，相同电流流过所述多路复用器，所以可确保所述磁滞的对称性。所述磁滞电流利用共模电压追踪电路106追踪第一级102的Gm(跨导)改变。这允许第二级104的磁滞对差动输入端114处的输入共模电压的值大体上不敏感。
参考图2，其描述图1的所述两级轨条对轨条比较器的所述第一级的更详细的示意图。第一级102包括一低增益(例如，单位增益)级，所述低增益级具有：P沟道晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)220及222，所述晶体管可在输入共模电压范围的下半区操作；及N沟道晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)224及226，所述晶体管可在输入共模电压范围的上半区操作。有一重叠区域，在所述重叠区域中P沟道晶体管对220及222与N沟道晶体管对224及226两者均操作。
可利用P沟道晶体管220与222的源极之间的可调整电阻器网络228及N沟道晶体管224与226的源极之间的可调整电阻器网络230来实施偏移校准。因为可调整电阻器网络228用于P沟道晶体管对220及222，且可调整电阻器网络230用于N沟道晶体管对224及226，所以可调整电阻器网络228及230中的每一者将独立地使来自输入对(P沟道晶体管220与222及N沟道晶体管224与226)的偏移贡献为零。因此，在所述晶体管之间无任何误差或相互作用的情况下可校正偏移电压的共模依赖性。结合P沟道晶体管对220及222使用电流源232，且结合N沟道晶体管对224及226使用电流源234。
参考图3，其描述图1的所述两级轨条对轨条比较器的第二级及磁滞控制的更详细的示意图。第二级104包括输入对N沟道晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)378与380及到单端输出P沟道晶体管374及376的差动输入端。将磁滞加到具有N沟道晶体管420的此第二级104，N沟道晶体管通过开关422或开关424注入磁滞电流Ihyst到第二级104中，开关422或开关424配置为多路复用器且由反相门110及112的输出状态控制。所述磁滞电流Ihyst是来自图4中展示的电路的尾电流I的一小部分的镜像。
参考图4，其描述图1的所述两级轨条对轨条比较器的所述共模电压追踪电路的更详细的示意图。共模电压追踪电路106包括P沟道晶体管408与410作为一个差动输入对及N沟道晶体管412与414作为第二差动输入对。此两个差动输入对分别复制P沟道晶体管输入对220与222及N沟道晶体管输入对224与226的操作。共模电压追踪电路106将独立电流产生供应到图3中展示的磁滞控制108。磁滞控制108使用I2作为到所述第二级104的差动输入对(N沟道晶体管378及380)的正反馈电流。因此所述磁滞电流Ihyst利用所述第一级102的所述共模输入对(P沟道晶体管220与222及N沟道晶体管224与226)的共模追踪电流I1+I2来追踪输入级102的Gm(跨导)。
参考图5，其描述根据本发明另一特定示范性实施例的单级轨条对轨条比较器的示意框图。一般由数字500表示的单级轨条对轨条比较器包括差动输入单级502、共模电压追踪电路506及磁滞控制508。
参考图6及7，其描述图5的所述单级轨条对轨条比较器的差动输入单级、共模电压追踪电路及磁滞控制的更详细的示意图。差动输入单级502包括：P沟道晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)620及622，所述晶体管可在输入共模电压范围的下半区操作；及N沟道晶体管(例如，金属氧化物半导体(MOS)晶体管)624及626，所述晶体管可在输入共模电压范围的上半区操作。有一重叠区域，在所述重叠区域中P沟道晶体管对620及622与所述N沟道晶体管对624及626两者均操作。
可利用P沟道晶体管620与622的源极之间的可调整电阻器网络628及N沟道晶体管624与626的源极之间的可调整电阻器网络630实施偏移校准。因为可调整电阻器网络628用于P沟道晶体管对620及622，且可调整电阻器网络630用于N沟道晶体管对624及626，所以可调整电阻器网络628及630中的每一者将独立地使来自输入对(P沟道晶体管620与622及N沟道晶体管624与626)的偏移贡献为零。因此，在所述晶体管之间无任何误差或相互作用的情况下可校正偏移电压的共模依赖性。结合P沟道晶体管对620及622使用流过电流镜晶体管634的电流源632，且结合N沟道晶体管对624及626使用流过电流镜晶体管656的电流源662。
利用磁滞控制508将磁滞加到单级502。磁滞控制508包括差动输入对P沟道晶体管638及640、差动输入对N沟道晶体管650及652、多路复用器开关642到648及电流镜晶体管654。类似于上文描述的所述两级比较器100的操作，电流镜晶体管654跟随流过晶体管656的尾电流。
虽然已参考本发明的示范性实施例描绘、描述且定义本发明的实施例，但此参考并不暗示对本发明的限制，且不会推导出此限制。了解有关技术且受益于本发明的一般技术者将了解，揭示的主旨在形式及功能上可具有相当的修改、变更及等效物。本发明的描绘并描述的实施例仅是实例且并非本发明的详尽范围。

Claims (12)

1.一种轨条对轨条比较器，其包括：
第一级差动放大器，其具有差动输入端及差动输出端，所述第一级差动放大器具有共模输入偏移校准；
第二级差动放大器，其具有耦合到所述第一级差动放大器的所述差动输出端的差动输入端及用于供应第一逻辑电平及第二逻辑电平的数字输出端，所述第一逻辑电平及所述第二逻辑电平取决于所述第一级差动放大器的所述差动输入端处的差动电压的值；
共模电压追踪电路，其耦合到所述第一级差动放大器；及
磁滞控制电路，其耦合到所述第二级差动放大器及所述共模电压追踪电路，其中所述磁滞控制电路独立于所述第一级差动放大器的所述差动输入端处的所述共模电压而控制所述第二级差动放大器的磁滞。
2.根据权利要求1所述的轨条对轨条比较器，其中所述第一级差动放大器包括P沟道晶体管对及N沟道晶体管对，其中所述P沟道晶体管对及所述N沟道晶体管对具有独立的共模输入偏移校准调整。
3.根据权利要求2所述的轨条对轨条比较器，其中所述独立的共模输入偏移校准调整包括连接在所述P沟道晶体管对的源极之间的第一偏移校准电位计及连接在所述N沟道晶体管对的源极之间的第二偏移校准电位计。
4.根据权利要求1所述的轨条对轨条比较器，其中所述共模电压追踪电路将所述第一级差动放大器的尾电流的一部分供应到所述磁滞控制电路，借此所述磁滞控制电路追踪所述第一级差动放大器的跨导，以提供所述第二级差动放大器的独立的磁滞。
5.根据权利要求4所述的轨条对轨条比较器，其中所述磁滞控制电路使用所述尾电流的所述部分作为到所述第二级差动放大器的差动输入晶体管对的正反馈电流。
6.根据权利要求5所述的轨条对轨条比较器，其中所述尾电流的所述部分通过一对多路复用器开关供应到所述第二级差动放大器，所述对多路复用器开关由所述第二级差动放大器的输出逻辑状态控制。
7.一种轨条对轨条比较器，其包括：
差动放大器，其具有差动输入端及用于供应第一逻辑电平及第二逻辑电平的数字输出端，所述第一逻辑电平及所述第二逻辑电平取决于所述差动放大器的所述差动输入端处的差动电压的值，所述差动放大器具有共模输入偏移校准；
共模电压追踪电路，其耦合到所述差动放大器；及
磁滞控制电路，其耦合到所述差动放大器及所述共模电压追踪电路，其中所述磁滞控制电路独立于所述差动放大器的所述差动输入端处的所述共模电压而控制所述差动放大器的磁滞。
8.根据权利要求7所述的轨条对轨条比较器，其中所述差动放大器包括P沟道晶体管对及N沟道晶体管对，其中所述P沟道晶体管对及所述N沟道晶体管对具有独立的共模输入偏移校准调整。
9.根据权利要求8所述的轨条对轨条比较器，其中所述独立的共模输入偏移校准调整包括连接在所述P沟道晶体管对的源极之间的第一偏移校准电位计及连接在所述N沟道晶体管对的源极之间的第二偏移校准电位计。
10.根据权利要求7所述的轨条对轨条比较器，其中所述共模电压追踪电路将所述差动放大器的尾电流的一部分供应到所述磁滞控制电路，借此所述磁滞控制电路追踪所述差动放大器的跨导，以提供所述差动放大器的独立的磁滞。
11.根据权利要求10所述的轨条对轨条比较器，其中所述磁滞控制电路使用所述尾电流的所述部分作为到所述差动放大器的另一差动输入晶体管对的正反馈电流。
12.根据权利要求11所述的轨条对轨条比较器，其中所述尾电流的所述部分通过多路复用器开关对供应到所述差动放大器，所述多路复用器开关对由所述差动放大器的输出逻辑状态控制。
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