申请/专利权人：深圳大学

申请日：2017-05-04

公开（公告）日：2020-09-15

公开（公告）号：CN107134990B

主分类号：H03K5/24(20060101)

分类号：H03K5/24(20060101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.09.15#授权;2017.09.29#实质审查的生效;2017.09.05#公开

摘要：本发明公开了一种零静态功耗的离散阈值电压比较器，包括：第一晶体管和多条并联的阀值调节支路，每条阀值调节支路均与第一晶体管和电压比较器的数字使能位连接，每条阀值调节支路均根据数字使能位接收到的数字化控制信号调节电压比较器的阀值电压。本发明在电压比较器中，设置多条并联的阀值调节支路，并依靠数字使能位接收到的数字化控制信号来调节其阀值电压，实现了电压比较器阈值电压的数字化控制，由于该电压比较器利用了数字化控制阀值电压调节，消除了静态功耗，实现了阈值电压数字可调的零静态功耗离散阈值电压比较器，还避免了复位操作，消除了系统死时间。

主权项：1.一种零静态功耗的离散阈值电压比较器，其特征在于，包括：第一晶体管MP0和多条并联的阀值调节支路P，每条阀值调节支路P均与第一晶体管MP0和电压比较器的数字使能位EN连接，每条阀值调节支路P均根据数字使能位EN接收到的数字化控制信号调节电压比较器的阀值电压；每条所述阀值调节支路P包括：第二晶体管MP和第三晶体管MPS，第一晶体管MP0的栅极、每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的栅极均与电压比较器的输入端IN连接，第一晶体管MP0的源极接地，第一晶体管MP0的漏极分别与每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的源极以及电压比较器的输出端OUT连接，第二晶体管MP的漏极与第三晶体管MPS的源极连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的栅极均与电压比较器的数字使能位EN连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的漏极均与电源电压VDD连接。

全文数据：一种零静态功耗的离散阈值电压比较器技术领域[0001]本发明涉及模拟电压比较器技术领域，特别涉及一种零静态功耗的离散阈值电压比较器。背景技术[0002]比较器是模拟信号处理电路的核心器件，不论是精确采样电路还是模拟-数字转换器Analog-to-DigitalConverter，简称“ADC”），比较器的技术参数是保证系统整体性能的关键。[0003]在模拟电压比较的技术领域，高精度、高速比较器都采用多级信号处理架构。其中，输入级采用多个放大器级联的方式实现输入信号与阈值信号之差的快速高增益放大，输出级采用信号锁存器实现模拟信号到数字信号的快速转换。因此，传统电压比较器需要高增益、大带宽的放大电路以提高信号比较的精度与速度，而提高模拟放大电路的增益与带宽会引起系统功耗的显著提升，并且传统电压比较器需要直流偏置，因而无法消除静态功耗。发明内容[0004]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种零静态功耗的离散阈值电压比较器。所述技术方案如下：[0005]—方面，本发明实施例提供了一种零静态功耗的离散阈值电压比较器，包括:第一晶体管和多条并联的阀值调节支路，[0006]每条阀值调节支路均与第一晶体管和电压比较器的数字使能位连接，每条阀值调节支路均根据数字使能位接收到的数字化控制信号调节电压比较器的阀值电压。[0007]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，每条所述阀值调节支路包括:第二晶体管和第三晶体管，[0008]第一晶体管的栅极、每条所述阀值调节支路中第二晶体管的栅极均与电压比较器的输入端连接，第一晶体管的源极接地，第一晶体管的漏极分别与每条所述阀值调节支路中第二晶体管的源极以及电压比较器的输出端连接，第二晶体管的漏极与第三晶体管的源极连接，每条所述阀值调节支路中第三晶体管的栅极均与电压比较器的数字使能位连接，每条所述阀值调节支路中第三晶体管的漏极均与电源电压连接。[0009]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，还包括：用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的缓冲器Buffer，简称“BUF”）器件，所述BUF器件的输入端分别与第一晶体管的漏极以及每条所述阀值调节支路中第二晶体管的源极连接，所述BUF器件的输出端与电压比较器的输出端连接。[0010]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，所述BUF器件为模拟或者数字电路的形式制备。[0011]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，所述第一晶体管为N型MOS管，所述第二晶体管和第三晶体管均为P型MOS管。[0012]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，每条所述阀值调节支路包括:第二晶体管和第三晶体管，[0013]第一晶体管的栅极、每条所述阀值调节支路中第二晶体管的栅极均与电压比较器的输入端连接，第一晶体管的漏极接地，第一晶体管的源极分别与每条所述阀值调节支路中第二晶体管的漏极以及电压比较器的输出端连接，第二晶体管的源极与第三晶体管的漏极连接，每条所述阀值调节支路中第三晶体管的栅极均与电压比较器的数字使能位连接，每条所述阀值调节支路中第三晶体管的源极均与电源电压连接。[0014]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，还包括：用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的BUF器件，所述BUF器件的输入端分别与第一晶体管的源极以及每条所述阀值调节支路中第二晶体管的漏极连接，所述BUF器件的输出端与电压比较器的输出端连接。[0015]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，所述BUF器件为模拟或者数字电路的形式制备。[0016]在本发明实施例上述的零静态功耗的离散阈值电压比较器中，所述第一晶体管为N型M0S管，所述第二晶体管和第三晶体管均为P型M0S管。[0017]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：[0018]通过在电压比较器中，设置多条并联的阀值调节支路，并依靠数字使能位接收到的数字化控制信号来调节其阀值电压，实现了电压比较器阈值电压的数字化控制，由于该电压比较器利用了数字化控制阀值电压调节，消除了静态功耗，实现了阈值电压数字可调的零静态功耗离散阈值电压比较器，还避免了复位操作，消除了系统死时间。附图说明[0019]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。_[0020]图1是本发明实施例一提供的一种离散阈值电压比较器的结构不意图；[0021]图2是本发明实施例一提供的一种离散阈值电压比较器的电路图；[0022]图3是本发明实施例一提供的一种离散阈值电压比较器的电路图；[0023]图4是本发明实施例一提供的又一种离散阈值电压比较器的电路图；[0024]图5是本发明实施例一提供的又一种离散阈值电压比较器的电路图。具体实施方式、、、、[0025]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。[0026]实施例一i[0027]本发明实施例提供了一种零静态功耗的1¾散阈值电压比较器，参见图1，该电压比较器可以包括:第一晶体管MP0和多条并联的阀值调节支路P，每条阀值调节支路?均与第一晶体管MPO和电压比较器的数字使能位EN连接，每条阀值调节支路p均根据数字使能位腿接收到的数字化控制信号调节电压比较器的阀值电压。[0028]在本实施例中，该电压比较器通过设置多条阀值调节支路P，并依靠数字使能位EN接收到的数字化控制信号来调节其阀值电压，实现了电压比较器阈值电压的数字化控制，由于该电压比较器利用了数字化控制阀值电压调节，消除了静态功耗，实现了阈值电压数字可调的零静态功耗离散阈值电压比较器，还避免了复位操作，消除了系统死时间。[0029]具体地，参见图2,每条阀值调节支路P可以包括:第二晶体管MP和第三晶体管MPS。第一晶体管MP0的栅极、每条阀值调节支路P中第二晶体管MP的栅极均与电压比较器的输入端IN连接，第一晶体管MP0的源极接地，第一晶体管MP0的漏极分别与每条阀值调节支路p中第二晶体管MP的源极以及电压比较器的输出端OUT连接，第二晶体管MP的漏极与第三晶体管MPS的源极连接，每条阀值调节支路P中第三晶体管MPS的栅极均与电压比较器的数字使能位EN连接，每条阀值调节支路p中第三晶体管mps的漏极均与电源电压VDD连接。[0030]在本实施例中，数字使能位EN可以根据接收到的数字化控制信号来控制第三晶体管MPS的导通或断开，进而控制第二晶体管MP是否导通例如：当一条阀值调节支路p接收到的数字使能位EN发送的低电平信号〇时，第三晶体管MPS的导通，该阀值调节支路p接入电压比较器的电路中；当该阀值调节支路P接收到的数字使能位EN发送的高电平信号1时，第三晶体管MPS的断开，该阀值调节支路P从电压比较器的电路中断开，需要说明的是，当该阀值调节支路P从电压比较器的电路中断开时，其静态功能为零）。由于该电压比较器的阀值电压，由第一晶体管肥0的宽长比和所有导通的第二晶体管MP的整体宽长比确定，所有导通的第二晶体管MP的整体宽长比与导通的第二晶体管MP的数量成正比（其中，这里的宽长比是晶体管的导电沟道的宽与长的比），因此，可以通过控制数字使能位EN接收到的数字化控制信号，来控制导通的第三晶体管MPS的数量，进而控制导通的第二晶体管MP的数量，达到数字化控制电压比较器的阀值电压的目的。[0031]在本实施例中，该电压比较器在利用数字使能位EN调节好阀值电压后，当输入电压大于阀值电压时，输出低电平信号，当输入电压小于阀值电压时，输出高电平信号。[0032]需要说明的是，虽然图2中仅标明一条阀值调节支路P，但并不表明电压比较器中仅包含一条阀值调节支路P，图2中仅为一种示例，实际设计电压比较器时，可以如图3所示按照实际需求设计多条阀值调节支路P，其中每条阀值调节支路P的连接方式是一样的。[0033]在实际应用中，第一晶体管MP0可以为N型M0S管，第二晶体管MP和第三晶体管MPS均可以为P型M0S管。为了获得最快的信号比较速度，所有M0S晶体管都采用工艺允许的最小沟道长度。[0034]进一步地，参见图3,为了提高电压比较器的驱动能力及控制输出逻辑的极性，该电压比较器还可以包括:用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的BUF器件10，BUF器件10的输入端分别与第一晶体管MP0的漏极以及每条阀值调节支路P中第二晶体管MP的源极连接，BUF器件10的输出端与电压比较器的输出端OUT连接。[0035]在本实施例中，BUF器件10不仅可以为简单的电压驱动器，用于提升该电压比较器的驱动能力，还可以用于改变电压比较器输出逻辑的极性，例如：电压比较器原本输出逻辑〇,但在BUF器件10的极性反转作用下输出逻辑1。添加BUF器件10可以使得电压比较器的输出逻辑可控，使其能适应更多的应用场景，增强实用性。在实际应用中，BUF器件10可以为模拟或者数字电路的形式制备，这里不做限制。[0036]需要说明的是，在电压比较器中，第一晶体管MPO、第二晶体管MP、第三晶体管MPS均由MOS管制备而成，其源极和漏极是可以互换的，且不影响其工作状态，因此：[0037]可选地，参见图4,每条所述阀值调节支路P包括:第二晶体管MP和第三晶体管MPS。第一晶体管MPO的栅极、每条阀值调节支路P中第二晶体管MP的栅极均与电压比较器的输入端IN连接，第一晶体管MPO的漏极接地，第一晶体管MPO的源极分别与每条阀值调节支路P中第二晶体管MP的漏极以及电压比较器的输出端OUT连接，第二晶体管MP的源极与第三晶体管MPS的漏极连接，每条阀值调节支路P中第三晶体管MPS的栅极均与电压比较器的数字使能位EN连接，每条阀值调节支路P中第三晶体管MPS的源极均与电源电压VDD连接。[0038]在本实施例中，图2与图4中所展示的两种电压比较器的调节阀值电压的原理类似，均是根据数字使能位EN接收到的数字化控制信号调节。[0039]需要说明的是，虽然图4中仅标明一条阀值调节支路P，但并不表明电压比较器中仅包含一条阀值调节支路P，图4中仅为一种示例，实际设计电压比较器时，可以如图5所示按照实际需求设计多条阀值调节支路P，其中每条阀值调节支路P的连接方式是一样的。[0040]在实际应用中，第一晶体管MP0可以为N型M0S管，第二晶体管MP和第三晶体管!^均可以为P型M0S管。[0041]进一步地，参见图5，为了提高电压比较器的驱动能力及控制输出逻辑的极性，该电压比较器还可以包括:用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的BUF器件10，BUF器件10的输入端分别与第一晶体管MP0的源极以及每条阀值调节支路P中第二晶体管MP的漏极连接，BUF器件10的输出端与电压比较器的输出端OUT连接。[0042]在本实施例中，BUF器件10不仅可以为简单的电压驱动器，用于提升该电压比较器的驱动能力，还可以用于改变电压比较器输出逻辑的极性，例如:电压比较器原本输出逻辑0,但在BUF器件10的极性反转作用下输出逻辑1。添加BUF器件10可以使得电压比较器的输出逻辑可控，使其能适应更多的应用场景，增强实用性。在实际应用中，BUF器件10可以为模拟或者数字电路的形式制备，这里不做限制。[0043]本发明实施例通过在电压比较器中，设置多条并联的阀值调节支路，并依靠数字使能位接收到的数字化控制信号来调节其阀值电压，实现了电压比较器阈值电压的数字化控制，由于该电压比较器利用了数字化控制阀值电压调节，消除了静态功耗,实现了阈值电压数字可调的零静态功耗离散阈值电压比较器，还避免了复位操作，消除了系统死时间。[0044]上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。[0045]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种零静态功耗的离散阈值电压比较器，其特征在于，包括:第一晶体管MPO和多条并联的阀值调节支路P，每条阀值调节支路P均与第一晶体管MP0和电压比较器的数字使能位EN连接，每条阀值调节支路P均根据数字使能位EN接收到的数字化控制信号调节电压比较器的阀值电压。2.根据权利要求1所述的电压比较器，其特征在于，每条所述阀值调节支路P包括:第二晶体管MP和第三晶体管MPS，第一晶体管MP0的栅极、每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的栅极均与电压比较器的输入端（IN连接，第一晶体管MP0的源极接地，第一晶体管MP0的漏极分别与每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的源极以及电压比较器的输出端OUT连接，第二晶体管MP的漏极与第三晶体管MPS的源极连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的栅极均与电压比较器的数字使能位EN连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的漏极均与电源电压VDD连接。3.根据权利要求2所述的电压比较器，其特征在于，还包括：用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的BUF器件（10，所述BUF器件（10的输入端分别与第一晶体管MP0的漏极以及每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的源极连接，所述BUF器件10的输出端与电压比较器的输出端0UT连接。4.根据权利要求3所述的电压比较器，其特征在于，所述BUF器件（10为模拟或者数字电路的形式制备。5.根据权利要求2所述的电压比较器，其特征在于，所述第一晶体管MP0为N型M0S管，所述第二晶体管MP和第三晶体管MPS均为P型M0S管。6.根据权利要求1所述的电压比较器，其特征在于，每条所述阀值调节支路P包括:第二晶体管MP和第三晶体管MPS，第一晶体管MP0的栅极、每条所述阀值调节支路⑵中第二晶体管MP的栅极均与电压比较器的输入端（IN连接，第一晶体管MP0的漏极接地，第一晶体管MP0的源极分别与每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的漏极以及电压比较器的输出端OUT连接，第二晶体管MP的源极与第三晶体管MPS的漏极连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的栅极均与电压比较器的数字使能位EN连接，每条所述阀值调节支路P中第三晶体管MPS的源极均与电源电压VDD连接。7.根据权利要求6所述的电压比较器，其特征在于，还包括：用于提高电压比较器的驱动能力及控制电压比较器输出逻辑的极性的BUF器件（10，所述BUF器件（10的输入端分别与第一晶体管MP0的源极以及每条所述阀值调节支路P中第二晶体管MP的漏极连接，所述BUF器件10的输出端与电压比较器的输出端0UT连接。8.根据权利要求7所述的电压比较器，其特征在于，所述BUF器件（10为模拟或者数字电路的形式制备。9.根据权利要求6所述的电压比较器，其特征在于，所述第一晶体管MP0为N型M0S管，所述第二晶体管MP和第三晶体管MPS均为P型M0S管。

百度查询： 深圳大学 一种零静态功耗的离散阈值电压比较器

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