CN1909369A - 具有磁滞特性的电压比较器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及具有磁滞特性的电压比较器。该具有磁滞特性的电压比较器包括：将输入电压与基准电压进行比较以便输出高电平或低电平信号的比较部分；以及在从该比较部分输出低电平信号时改变该基准电压的基准电压改变部分。

Description

具有磁滞特性的电压比较器

相关申请的交叉引用

本申请要求于2005年8月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2005-0070553号的优先权以及于2006年3月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2006-0028621号的优先权，其披露的内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及具有磁滞特性的电压比较器，更具体地，涉及一种具有磁滞特性的电压比较器，其中增加了由少量元件构成的基准电压改变部分，以便可以设计出免受输入噪音干扰的电压比较器，并且磁滞电压的大小可以精确设定，并且通过改变电阻值可以简单地改变磁滞电压的大小。

背景技术

一般来说，电压比较器将输入电压与基准电压相比较，并且放大二者间的差异，以便输出高电平或低电平信号。由于传统的电压比较器不具有对输出补偿噪音的功能，所以在其上附加有单独的模拟或数字补偿电路。

作为附加于电压比较器的用以解决噪音问题的电路，已经提供了具有磁滞特性的施密特(Schmitt)触发电路。然而，施密特触发电路在确定正阈值电压Vth+和负阈值电压Vth-时对过程变量(process variation)敏感。

最近，将电压比较器本身设计为具有磁滞特性。

在将输入电压与基准电压相比较之后，如果输入电压大于基准电压，则具有磁滞特性的电压比较器输出高电平或低电平的信号。也就是说，电压比较器用于比较输入信号。

具有磁滞特性的电压比较器具有两个输出发生变化的点，即，高基准电压和低基准电压。

为了实现免受噪音干扰的电压比较器，应该将电压比较器设计为具有磁滞特性。因此，如果该磁滞特性根据过程(process)而发生改变，电压比较器本身就会产生错误，从而损坏整个半导体的可靠性。

图1是示出了根据现有技术的电压比较器100的电路图。如图1所示，传统的电压比较器100由下列部件构成：由输入电压Vin驱动的第一和第二晶体管101和102、由基准电压Vref驱动的第三和第四晶体管103和104、与第二和第三晶体管102和103以及接地端子相连接以产生电压降的电压降单元105、与第二晶体管102和接地端子相连接以便被电压降单元105产生的电压驱动的第五晶体管106、与第五晶体管106和接地端子相连接以便被电源电压驱动的第六晶体管107、以及与第一、第四、第五、和第六晶体管101、104、106和107以及第二和第三晶体管102和103的公共端(commonterminal)相连接以保持电流的恒量的偏流部件108。

第一至第四晶体管101至104由PNP晶体管构成，而第五和第六晶体管106和107由NPN晶体管构成。

电压降单元105由以电流镜像关系(current mirror relationship)连接的第七和第八晶体管105a和105b组成，第七和第八晶体管105a和105b由NPN晶体管构成。

当具有这种结构的电压比较器100对输入电压Vin和基准电压Vref进行比较以便输出高电平或低电平信号时，该过程在图2中示出，下面将详细说明。

图2是示出了具有与之相应的输出信号的传统的电压比较器的工作过程的图表。图2中(A)示出了该电压比较器按照时间的输入电压Vin和基准电压Vref。图2中(B)示出了该电压比较器按照时间的输出信号Vout。

首先，当输入电压Vin小于基准电压Vref时(即在区间A)，由于PNP晶体管的特性，使得第二晶体管102接通，而第三晶体管103断开。然后，电压比较器100的偏流I_1a流入I_2a。因此，在电压降单元105内产生电压降，以便将恒定的电压施加在第五晶体管106的发射极上。此时，由于该电压大于第五晶体管106的阈值电压，所以使得第五晶体管106接通。

因此，第六晶体管107的发射极接收第五晶体管106的集电极-发射极电压。由于该电压(约0.1V)小于第六晶体管107的阈值电压，所以使得第六晶体管107断开。

然后，电压比较器100的输出端接收电源电压VDD，以便相应地输出高电平信号(如图2中(B)所示)。

当输入电压Vin大于基准电压Vref时(即在区间B)，由于PNP晶体管的特性，使得第二晶体管102断开，而第三晶体管103接通。然后，电压比较器100的偏流I_1a流入I_3a。在这种情况下，在电压降单元105内不产生电压降，并且没有施加可以接通第五晶体管106的发射极电压。因此，第五晶体管106断开。

因此，第六晶体管107的发射极接收电压比较器100的电源电压VDD。然后，第六晶体管107接通，以便将低电平信号输出到电压比较器100的输出端(如图2中(B)所示)。

图3是示出了传统的电压比较器中相应于输入噪音的输出信号的图表。图3中(A)示出了在输入电压Vin大于基准电压Vref的区间内产生噪音时的输入电压Vin和基准电压Vref。图3中(B)示出了产生噪音时的输出信号。

在稳定的电压比较器中，即使在输入电压Vin大于基准电压Vref的区间的输入电压Vin中产生噪音C，该电压比较器的输出仍保持在低电平。然而，如图3所示，上述传统的电压比较器响应于噪音C，以致输出高电平信号。

发明内容

本发明的优势在于提供了一种具有磁滞特性的电压比较器，其中附加了由少量元件构成的基准电压改变部分，以便可以设计出免受输入噪音干扰的电压比较器，并且磁滞电压的大小可以精确设定并可以通过改变电阻值简单地加以改变。

本发明的总的发明构思的其它方面和优势将在下面的说明中部分地阐明，并且部分地通过该说明而显而易见，或者可以通过实施本发明的总的发明构思来获知。

根据本发明的一个方面，具有磁滞特性的电压比较器包括：将输入电压与基准电压进行比较以便输出高电平或低电平信号的比较部分；以及当从比较部分输出低电平信号时改变基准电压的基准电压改变部分。

该比较部分包括：由输入电压和基准电压驱动的切换部分；与该切换部分和接地端子连接以便产生电压降的电压降单元；与该电压降单元连接以便通过输出端输出高电平或低电平信号的信号输出部分；以及与该切换部分和信号输出部分连接以便保持电流恒量的偏流部分。

该切换部分包括：由输入电压驱动的第一和第二晶体管；以及由基准电压驱动的第三和第四晶体管。

该信号输出部分包括：与第二晶体管和接地端子连接以便被该电压降单元产生的电压所驱动的第五晶体管；以及与第五晶体管和接地端子连接以便被电源电压驱动的第六晶体管。

第一至第四晶体管为PNP晶体管，而第五和第六晶体管为NPN晶体管。

该电压降单元由以电流镜像关系连接的第七和第八晶体管组成。

第七和第八晶体管为NPN晶体管。

该基准电压改变部分包括：与第三和第四晶体管连接的第九晶体管；与第九晶体管串联连接的第一电阻；以及与第一电阻、接地端子、以及第五和第六晶体管的公共端连接的第十晶体管。

当输入电压小于基准电压时，第二晶体管和第五晶体管接通，且第三晶体管和第六晶体管断开，以使该比较部分通过输出端输出高电平信号。

该基准电压改变部分的第十晶体管断开。

当输入电压大于基准电压时，该比较部分的第三晶体管和第六晶体管接通，且第二晶体管和第五晶体管断开，以便该比较部分通过输出端输出低电平信号。

该基准电压改变部分的第九和第十晶体管被接通。

该第一电阻是其值可以变化的可变电阻。

为了保护第六晶体管，在第五晶体管的集电极和第十晶体管的基极之间连接有第二电阻，在第五晶体管的集电极和第六晶体管的基极之间连接有第三电阻。

附图说明

本发明的总的发明构思的这些和/或其它的方面和优势将从以下结合附图的具体实施例的描述中变得显而易见并更加易于理解，附图中：

图1是示出了传统的电压比较器的电路图；

图2是示出了传统的电压比较器的工作过程和与之相应的输出信号的图表；

图3是示出了传统的电压比较器中相应于输入噪音的输出信号的图表；

图4是示出了根据本发明的电压比较器的电路图；

图5是示出了根据本发明的电压比较器的磁滞特性的图表；以及

图6是示出了相应于该电压比较器的输入噪音的输出信号的图表。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的总的发明构思的具体实施方式，其实施例在附图中示出，其中，始终以相同的附图标号表示相同的部件。下面结合附图说明这些实施方式，以便解释本发明的总的发明构思。

在下文中将结合附图详细描述本发明的优选实施例。

图4是示出根据本发明的电压比较器的电路图。如图4所示，该电压比较器包括：比较部分400，将输入电压Vin与基准电压Vref进行比较，以便输出高电平或低电平信号；以及基准电压改变部分411，当从比较部分400输出低电平信号时，其改变基准电压Vref。

比较部分400包括：由输入电压Vin和基准电压Vref驱动的切换部分401；与切换部分401和接地端子连接以便产生电压降的电压降单元405；与电压降部分405连接以便通过输出端输出高电平或低电平信号的信号输出部分402；以及与切换部分401和信号输出部分402连接以便保持电流恒量的偏流部分408。

切换部分401包括：被输入电压Vin驱动的第一和第二晶体管401a和401b、以及被基准电压Vref驱动的第三和第四晶体管401c和401d。

信号输出部分402包括：与第二晶体管401b和接地端子连接以便被电压降单元405产生的电压驱动的第五晶体管402a、以及与第五晶体管402a和接地端子连接以便被电源电压VDD所驱动的第六晶体管402b。

第一至第四晶体管401a至401d由PNP晶体管构成，而第五和第六晶体管402a和402b由NPN晶体管构成。

电压降单元405由以电流镜像关系连接的第七和第八晶体管405a和405b构成。第七和第八晶体管405a和405b由NPN晶体管构成。

基准电压改变部分411包括：与第三和第四晶体管401c和401d连接的第九晶体管412；与第九晶体管412串联连接的第一电阻413；以及与第一电阻413、接地端子、以及第五和第六晶体管406和407的公共端连接的第十晶体管414。

第一电阻413是其值可以变化的可变电阻。通过改变该可变电阻的值，可以精确地设定并且简易地改变下面将要说明的磁滞电压的大小。

只有当施加于第六晶体管402b的电压大于第六晶体管402b的阈值电压(通常为0.7V)时，才接通第六晶体管402b。因此，当将总电源电压VDD施加于第六晶体管402b的发射极时，由于施加了大于第六晶体管402b的标准电压的电压，所以会损坏第六晶体管402b。因此，在第五晶体管402a的集电极和第十晶体管414的基极之间连接有第二电阻409，以及在第五晶体管402a的集电极和第六晶体管402b的基极之间连接有第三电阻410，从而防止将过电压施加给第六晶体管402b的发射极。

当具有这种构造的电压比较器对输出电压Vin与基准电压Vref进行比较以输出高电平或低电平信号时，该过程将描述如下。

首先，如果输入电压Vin小于基准电压Vref，由于PNP晶体管的特性，使得第二晶体管401b接通，且第三晶体管401c断开。然后，电压比较器的偏流I_1b流入I_2b。因此，在电压降单元405中产生电压降，以便将恒定的电压施加在第五晶体管402a的发射极上。此时，由于该电压的大小大于第五晶体管402a的阈值电压的大小，所以第五晶体管402a接通。

因此，第六晶体管402b的发射极接收第五晶体管402a的集电极-发射极电压。由于该电压(通常约为0.1V)小于第六晶体管402b的阈值电压，所以第六晶体管402b断开。此时，第六晶体管402b的发射极连接至第十晶体管414的发射极。因此，将第五晶体管402a的集电极-发射极电压施加于第十晶体管414的发射极上，以使第十晶体管414也断开。因此，当输入电压Vin小于基准电压Vref时，基准电压改变部分411对电压比较器根本没有影响。

另一方面，当输入电压Vin大于基准电压Vref时，由于PNP晶体管的特性，使得第二晶体管401b断开，且第三晶体管401c接通。然后，电压比较器的偏流I_1b流入I_3b，从而在电压降单元405中不产生电压降。因此，由于并不施加能够接通第五晶体管402a的发射极电压，所以第五晶体管402a是断开的。

因此，第六晶体管402b的发射极接收该电压比较器的电源电压VDD。然后，第六晶体管402b接通以将低电平信号输出到该电压比较器的输出端。

此时，由于第六晶体管402b的发射极与第十晶体管414的发射极相连，该电源电压VDD也施加在第十晶体管414的发射极上。然后，第十晶体管414接通。

因此，电流流过第九晶体管412、第一电阻413、和第十晶体管414。第三晶体管401c的发射极电压可以由第九晶体管412的发射极-基极电压V_BE、施加在第一电阻413两侧的电压V_R1、以及第十晶体管414的集电极-基极电压Vsat的总和来表示。从这时起，基准电压变成V_BE+V_R1+Vsat(下文称为Vref′)。图5是示出根据本发明的电压比较器的磁滞特性的图表。图6是示出在根据本发明的电压比较器中相应于输入噪音的输出信号的图表。图6中(A)示出当在输入电压Vin大于基准电压Vref的区间内产生噪音时的输入电压Vin和基准电压Vref，而图6中(B)示出了产生该噪音时的输出信号。如图5所示，当输出信号从高电平向低电平变化时，基准电压是基准电压Vref，但是当输出信号从低电平向高电平变化时，基准电压变成基准电压Vref′。

当输出信号从高电平向低电平变化时，只有在输入电压Vin小于基准电压Vref′的情况下才输出高电平信号。因此，根据本发明的电压比较器具有磁滞特性。此外，如图6所示，当产生小于磁滞电压大小(Vref和Vref′间的差值)的噪音E时，该电压比较器保持并不相应于噪音E的低电平输出。

在根据本发明的具有磁滞特性的电压比较器中，在电路内附加有由少量元件构成的基准电压改变部分，其使得能够设计出免受输入噪音干扰的电压比较器。

由于利用可变电阻构成基准电压改变部分，所以该磁滞电压的大小可以精确地设定，并且可以通过改变电阻的值而方便地加以改变。

虽然已经示出和描述了本发明的总的发明构思的几个具体实施例，但本领域的技术人员应当明了，在不偏离本发明的总的发明构思的原则和精神的情况下，可以对这些具体实施例进行修改，本发明的总的发明构思的范围由所附权利要求及其等同物所限定。

Claims (14)

1.一种具有磁滞特性的电压比较器，包括：

比较部分，将输入电压和基准电压进行比较，以便输出高电平或低电平信号；以及

基准电压改变部分，在从所述比较部分输出低电平信号时改变所述基准电压。

2.根据权利要求1所述的具有磁滞特性的电压比较器，其中所述比较部分包括：

由所述输入电压和基准电压驱动的切换部分；

与所述切换部分和接地端子连接以产生电压降的电压降单元；

与所述电压降单元连接以通过输出端输出高电平或低电平信号的信号输出部分；以及

与所述切换部分和所述信号输出部分连接以保持电流恒量的偏流部分。

3.根据权利要求2所述的具有磁滞特性的电压比较器，其中所述切换部分包括：

由所述输入电压驱动的第一和第二晶体管；以及

由所述基准电压驱动的第三和第四晶体管。

4.根据权利要求3所述的具有磁滞特性的电压比较器，其中所述信号输出部分包括：

与所述第二晶体管和接地端子连接以便被所述电压降单元产生的电压所驱动的第五晶体管；以及

与所述第五晶体管和接地端子连接以便被电源电压所驱动的第六晶体管。

5.根据权利要求4所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述第一至第四晶体管为PNP晶体管，并且所述第五和第六晶体管为NPN晶体管。

6.根据权利要求2所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述电压降单元由以电流镜像关系连接的第七和第八晶体管组成。

7.根据权利要求6所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述第七和第八晶体管为NPN晶体管。

8.根据权利要求5所述的具有磁滞特性的电压比较器，其中所述基准电压改变部分包括：

与所述第三和第四晶体管连接的第九晶体管；

与所述第九晶体管串联连接的第一电阻；以及

与所述第一电阻、接地端子、以及所述第五和第六晶体管的公共端连接的第十晶体管。

9.根据权利要求8所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，当所述输入电压小于所述基准电压时，所述第二晶体管和第五晶体管接通，且所述第三晶体管和第六晶体管断开，以便使所述比较部分通过输出端输出高电平信号。

10.根据权利要求9所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述基准电压改变部分的第十晶体管断开。

11.根据权利要求8所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，当所述输入电压大于所述基准电压时，所述比较部分的所述第三晶体管和第六晶体管接通，且所述第二晶体管和第五晶体管断开，以便使所述比较部分通过输出端输出低电平信号。

12.根据权利要求11所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述基准电压改变部分的所述第九和第十晶体管接通。

13.根据权利要求10或12所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，所述第一电阻是其值可以变化的可变电阻。

14.根据权利要求10或12所述的具有磁滞特性的电压比较器，

其中，为了保护所述第六晶体管，在所述第五晶体管的集电极和所述第十晶体管的基极之间连接有第二电阻，并在所述第五晶体管的集电极和所述第六晶体管的基极之间连接有第三电阻。

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