專利名稱：用于比較三路輸入的比較器電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種比較器電路，更具體地，涉及一種用于比較三路輸入的比較器電 路。
背景技術：
高性能的集成電路(IC)內部使用至少一個比較器，以實現精確的控制或其他各 種功能。這種比較器一般有兩路輸入。為了實現更復雜的功能，也廣泛使用一種3輸入比 較器。 圖1示出了用于比較三路輸入的相關的比較器電路100。參照圖1，3輸入比較器 電路100將第一信號的電壓V1與第二信號的電壓V2和第三信號的電壓V3中較低的一個 相比較，并且輸出比較結果。在這種情況下，假定第二信號的電壓V2是固定的并且第三信 號的電壓V3從0開始增加。當第三信號的電壓V3的值在0至第二信號的電壓V2之間的 范圍內時，第一信號的電壓V1與第三信號的電壓V3相比較。另一方面，當第三信號的電壓 V3比第二信號的電壓V2高時，第一信號的電壓V1與第三信號的電壓V2相比較。根據以上 提到的比較的結果，可以確定比較器電路的輸出。 然而，當第三信號的電壓V3大約等于第二信號的電壓V2時，圖1中比較三路輸入 的比較電路100無法實現精確的比較。 當第三信號的電壓V3和第二信號的電壓V2之間的差值較大時，第二晶體管Q2和 第三晶體管Q3中只有一個一定會被打開。在這種情況下，因為第二偏流12只流過第二和第 三晶體管Q2和Q3中的一個，即只流過打開的晶體管，因此比較器電路100可以正常運作。 然而，當第三信號電壓V3和第二信號電壓V2之間的差值較小時，第二和第三晶體管Q2和 Q3可能都是打開的。在這種情況下，第二偏流12的一半流過第二和第三晶體管Q2和Q3中 的每一個。因此，第一發射極-基極電壓VEB l和第二發射極-基極電壓VEB2之間的偏置 量增加。 在最壞的情況下，其中第二偏流I2被分為完全相等的兩部分，偏置量對應于"VT x In(2)" (VEB1-VEB2 = VT x In(2))。這里，"VT"是溫度常數，"In"是自然對數。
S卩，在最壞的情況下，其中第二偏流12的一半流過第二和第三晶體管Q2和Q3中 的每一個的每個發射極節點，偏置量是"VT xln (2)"。如果在這種情況下VT為25mV，則偏 置量可能為大約17. 3mV。當使用n個晶體管(n為大于2的自然數)時，則偏置量增加到 "VT x In(n)"。
發明內容
因此，本發明針對一種用于比較三路輸入的比較器電路，其基本上避免了由于相關技術的局限和缺點產生的一個或多個問題。 本發明的一個目的是提供一種用于比較三路輸入的比較器電路，其能夠保證精確
操作并且實現工作范圍的增加。 本發明的其他優點、目的和特征的一部分將在下文中得到闡述，通過審閱下文本
領域普通技術人員將明顯了解這些優點、目的和特征中的一部分，或者可以從本發明的實 踐中獲得。通過所寫的說明書及其權利要求以及附圖中具體指出的結構，可以了解和獲知 本發明的這些目的和其他優點。 為了實現這些目的和其他優點以及根據本發明的目的，如在本文中所體現和概括 描述的，一種比較器電路包括差分放大單元，用于放大第一節點的電壓與第二節點的電壓 之間的差值并且輸出產生的結果；電流源，用于向第一節點提供第一偏流，以及向第二節點 提供第二偏流；第一偏置開關，用于根據第一電壓偏置從第一節點流向接地電壓源的電流； 第二偏置開關，用于根據第二電壓偏置從第二節點流向接地電壓源的電流的一部分；第三 偏置開關，用于根據第三電壓偏置從第二節點流向接地電壓源的電流的余下的部分；以及 偏置轉換單元，用于根據第二電壓和第三電壓向第二節點提供第三偏流。
第一偏流與第二偏流可以具有相同值。當第二電壓和第三電壓在預設的范圍內 時，偏置轉換單元可以向第二節點提供第三偏流。 在本發明的另一方面中，一種比較器包括差分放大單元，用于放大第一節點的電
壓與第二節點的電壓之間的差值并且輸出產生的結果；第一偏置開關，用于根據第一電壓
控制從被提供有第一電流的第一節點流向接地電壓源的電流的一部分；第二偏置開關，用
于根據第二電壓控制從被提供有第二電流的第二節點流向接地電壓源的電流的一部分；第
三偏置開關，用于根據第三電壓而控制從第二節點流向接地電壓源的電流的余下部分；以
及偏置轉換單元，用于根據第二電壓和第三電壓向第二節點提供第三偏流。 第一偏置開關可以包括連接在第一節點和接地電壓源之間同時具有第一基極的
雙極晶體管，第一電壓被施加到第一基極。第二偏置開關可以包括連接在第二節點和接地
電壓源之間同時具有第二基極的雙極晶體管，第二電壓被施加到第二基極。第三偏置開關
可以包括連接在第二節點和接地電壓源之間同時具有第三基極的雙極晶體管，第三電壓被
施加到第三基極。 根據本發明的各實施例，3輸入比較器增加了開關和邏輯電路，以根據輸入電壓改 變偏流，從而實現工作范圍的增加和精度的增加。 可以理解的是，本發明的上述總體描述和以下的具體描述都是示例性的和說明性 的，并且旨在提供對所要求的本發明的進一步解釋。
附圖被包含進來用來提供對本發明的進一步理解以及被整合進來并構成本申請 的一部分)、附圖示出了本發明的示例性實施例并與說明書一起闡述了本發明的原理。在附 圖中 圖1是示出了用于比較三路輸入的相關的比較器電路的電路圖； 圖2是示出了根據本發明的示例性實施例的用于比較三路輸入的比較器電路的
電路 圖3是示出了圖2中所示的第一和第二比較器以及偏置轉換晶體管的輸出狀態的 表格； 圖4是示出了偏置轉換晶體管的根據第二和第三電壓的0N-0FF工作范圍的波形 圖； 圖5是示出了根據本發明的另一示例性實施例的用于比較三路輸入的比較器電 路的電路圖； 圖6是示出了第一和第三發射極-基極電壓隨著第三電壓的變化而變化的曲線 圖。
具體實施例方式
現在將詳細地參照本發明的優選實施方式，其實例在附圖中示出。 圖2是示出了根據本發明的示例性實施例的用于比較三路輸入的3輸入比較器電
路200的電路圖。參照圖2，該3輸入比較器電路200包括第一和第二偏流源202和204、
第一偏置開關Q1、第二偏置開關Q2、第三偏置開關Q3、差分放大單元210以及偏置轉換單元
220。 第一偏置開關Ql連接在差分放大單元210的第一輸入節點Nl與第一電壓源VSS 之間。第一偏置開關Q1響應于第一電壓V1而進行切換。即，第一偏置開關Q1可以是雙極 晶體管，該雙極晶體管具有被輸入第一電壓VI的第一基極、連接到第一節點Nl的第一發 射極以及連接到第一電壓源VSS的第一集電極。第一電壓源VSS可以是接地電壓源。
第二偏置開關Q2連接在差分放大單元210的第二輸入節點N2和第一電壓源VSS 之間。第二偏置開關Q2響應于第二電壓V2而進行切換。即，第二偏置開關Q2可以是雙極 晶體管，該雙極晶體管具有被輸入第二電壓V2的第二基極、連接到第二節點N2的第二發 射極以及連接到第一電壓源VSS的第二集電極。 第三偏置開關Q3連接在差分放大單元210的第二輸入節點N2和第一電壓源VSS 之間。第三偏置開關Q3響應于第三電壓V3而被切換。即，第三偏置開關Q3可以是雙極晶 體管，該雙極晶體管具有被輸入第三電壓V3的第三基極、連接到第二節點N2的第三發射 極以及連接到第一電壓源VSS的第三集電極。 第一偏流源202連接在第一節點Nl和第二電壓源VDD之間，以向第一節點Nl提 供第一電流Il。第二偏流源204連接在第二節點N2和第二電壓源VDD之間，以向第二節點 N2提供第二電流12。第一電流II可以與第二電流12具有相同的值(II = 12)。
差分放大單元210包括輸出負載Ll和L2、一對差分放大器Q4和Q5以及輸入偏流 源10。 輸出負載L1和L2中的每一個連接在差分放大器Q4和Q5的輸出端中的對應的一 個與第二電壓源VDD之間。輸出負載Ll和L2中的每一個可以由晶體管來實現，作為有源 負載或者電流反射鏡。 輸入偏流源10連接在差分放大器Q4和Q5的尾部(tail)Tl和第一電壓源VSS之 間。 當第三電壓V3與第二電壓V2之比在預設的范圍內時(a < V3/V2 < P )，偏置轉 換單元220向第二節點N2提供第三電流13。
偏置轉換單元220包括第一比較器Compl、第二比較器Comp2、換向器222、NAND門
224、偏置轉換晶體管226、第三偏流源228以及第一至第四電阻器Rl至R4。 第一比較器Compl具有被輸入第二電壓V2的a(+)輸入端以及被輸入第一分壓
"Px V3"的a(-)輸入端。第一分壓"PxV3"是由第一電阻器Rl和第二電阻器R2從第三
電壓V3分得的電壓。這里，"P "對應于"R2/(R1+R2) " (P = R2/(R1+R2))。 第一比較器Compl比較第二電壓V2與第一分壓"P xV3"，并且根據比較結果輸出
第一比較信號C1。 第二比較器Comp2具有被輸入第三電壓V3的a(+)輸入端以及被輸入第二分壓 "ax V2"的a(-)輸入端。第二分壓"a xV2"是由第三電阻器R3和第四電阻器R4從第二 電壓V2分得的電壓。這里，"a "對應于"R4/ (R3+R4) " ( a = R4/ (R3+R4))。
第二比較器Comp2比較第三電壓V3與第二分壓"a x V2"，并且根據比較結果輸出 第二比較信號C2。 第一電阻器Rl連接在第三基極和第一比較器Compl的(-)輸入端之間。第二電 阻器R2連接在第一比較器Compl的(_)輸入端和接地電壓源之間。 第三電阻器R3連接在第二基極和第二比較器Comp2的(+)輸入端之間。第四電 阻器R4連接第二比較器Comp2的(+)輸入端和接地電壓源之間。 換向器222轉換第二比較信號C2，并且輸出被轉換的第二比較信號C2'。 NAND門 224邏輯運算第一比較信號Cl和被轉換的第二比較信號C2'，并且輸出邏輯運算的結果。
偏置轉換晶體管226根據NAND門224的輸出，向第二節點N2提供從第三偏流源 228輸出的第三電流13。 圖3示出了圖2中所示的第一比較器Compl和第二比較器Comp2以及偏置轉換晶 體管226的輸出狀態。參照圖2和3，由于"a "和"|3 "是電阻分比，因此它們總是小于1。 因此，不能定義第一比較信號Cl處于低狀態以及第二比較信號C2處于高狀態的條件。
當第一比較信號Cl和第二比較信號C2都處于低狀態或者高狀態時，"a "和"1/ e"中的較大的或較小的一個可被忽略。并且，當第一比較信號C 1和第二比較信號C2都 處于低狀態或者高狀態時，NAND門224的輸出具有高電平值。當偏置轉換晶體管226是 NMOS晶體管時，其響應于NAND門224的輸出的高電平值而關閉。 圖4示出了偏置轉換晶體管226的根據第二電壓V2和第三電壓V3的0N-0FF工 作范圍。 參照圖3和4，當第三電壓V3與第二電壓V2之比(V3/V2)大于"a"而小于"1/ P "時，偏置轉換晶體管226被打開。S卩，當第一比較信號C1具有高電平并且第二比較信號 具有低電平時，偏置轉換晶體管226被打開。 這使得通過調節電阻分比"a "和"|3 "來定義偏置轉換晶體管226被打開所在的 范圍成為可能。 一旦偏置轉換晶體管226被打開，則電流被提供給第二偏置開關Q2和第三 偏置開關Q3。由于第三電壓V3近似于第二電壓V2，因此提供給第二偏置開關Q2和第三偏 置開關Q3的電流對應于第二電流12與第三電流13之和。S卩，根據以下表達式1 ，第一偏置 開關Ql的第一發射極_基極電壓VEB1與第三偏置開關Q3的第二發射極-基極電壓VEB2 之差被第三偏流源228降低。
[表達式1]
VEB1-VEB2 = VT x In[(2x 12)/(12+13)]
其中，"VT "表示溫度常數，"In "表示自然對數。 圖5是示出了根據本發明的另一示例性實施例的3輸入比較器電路500的電路 圖。參照圖5，該3輸入比較器電路500包括第一和第二偏流源202和204、第一偏置開關 Ql、第二偏置開關Q2、第三偏置開關Q3、差分放大單元210以及偏置轉換單元510。
由于第一和第二偏流源202和204、第一偏置開關Ql、第二偏置開關Q2、第三偏置 開關Q3、差分放大單元210與圖2中的相同，以下將不給出其描述。 偏置轉換單元510包括第一比較器Compl、第二比較器Comp2、開關單元、第三偏 流源228以及第一至第四電阻器R1至R4。 由于第一比較器Compl、第二比較器Comp2、第三偏流源228以及第一至第四電阻 器Rl至R4與圖2中的相同，以下將不給出其描述。 開關單元分別根據第一比較信號Cl和第二比較信號C2向第二節點N2提供第三 電流13。開關單元包括第一開關512和第二開關514。 第一和第二開關512和514串聯連接在第三偏流源228和第二節點N2之間。第 一開關512根據第一比較器的輸出C1(S卩，第一比較信號C1)進行切換。第二開關514根 據第二比較器的輸出C2(S卩，第二比較信號C2)進行切換。第一開關512可以是NM0S晶體 管，第二開關514可以是PMOS晶體管。 只有當第一比較信號Cl具有高電平并且第二比較信號C2具有低電平時，第一和 第二開關512和514同時打開。在這種情況下，第三電流I3被提供給第二節點N2。 3輸入 比較器電路500與圖3中的3輸入比較器電路具有相同的特性。 圖6是示出了第一發射極_基極電壓VEB1和第三發射極_基極電壓VEB3隨著第 三電壓V3的變化而變化的曲線圖。在這種情況下，第一電壓V1固定在350mV。
如果在允許的偏置范圍為10mV的條件下不應用建議的偏置補償，則只有最高大 約345mV的電壓可以被用于第三電壓V3。然而，當如圖2或5中所示的補償被用于第三電 流13時，最高大約388mV的電壓可以被用于第三電壓V3。當然，這種差別小到大約43mV。 然而，當第三電壓V3是根據某個電壓的電阻分比M而應用的電壓時，工作范圍可以提高M 倍。例如，當M為10時，3輸入比較器不僅可以實現精度的增加，而且可以保證增加430mV 的寬工作范圍。 根據本發明，3輸入比較器增加了開關和邏輯電路，以根據輸入電壓改變偏流，從 而實現工作范圍的增加和精度的增加。當建議的偏置補償用于3輸入比較器時(其廣泛地 用于在高性能IC中實現各種功能)，使得不僅保證更寬的工作范圍而且設計具有更高精度 的比較器成為可能。在這種情況下，使得能夠不僅實現如上所述的比較器的性能增強而且 實現IC的整體性能的增強。 對于本領域的技術人員而言是顯而易見的是，在不脫離本發明的精神和范圍的情 況下可以對本發明作出各種修改及變型。因此，本發明意在涵蓋在所附權利要求及其等同 物范圍內的對本發明的修改和變型。
權利要求
一種比較器電路，包括差分放大單元，用于放大第一節點的電壓與第二節點的電壓之間的差值，并且輸出所產生的結果；電流源，用于向所述第一節點提供第一偏流，以及向所述第二節點提供第二偏流；第一偏置開關，用于根據第一電壓來偏置從所述第一節點流向接地電壓源的電流；第二偏置開關，用于根據第二電壓來偏置從所述第二節點流向所述接地電壓源的電流的一部分；第三偏置開關，用于根據第三電壓來偏置從所述第二節點流向所述接地電壓源的所述電流的余下部分；以及偏置轉換單元，用于根據所述第二電壓和所述第三電壓向所述第二節點提供第三偏流。
2. 根據權利要求1所述的比較器電路，其中，所述第一偏流和所述第二偏流具有相同 的值。
3. 根據權利要求l所述的比較器電路，其中，當所述第二電壓和所述第三電壓在預設 范圍內時，所述偏置轉換單元向所述第二節點提供所述第三偏流。
4. 根據權利要求1所述的比較器電路，其中，所述偏置轉換單元包括 第一比較器，用于比較所述第二電壓與從所述第三電壓分得的第一分壓，并且根據所述比較的結果輸出第一比較信號；第二比較器，用于比較所述第三電壓與從所述第二電壓分得的第二分壓，并且根據所 述比較的結果輸出第二比較信號；換向器，用于轉換所述第二比較信號；NAND門，用于邏輯運算所述第一比較信號與所述換向器的輸出，并且輸出所述邏輯運 算的結果；以及偏置轉換晶體管，用于根據所述NAND門的輸出，向所述第二節點提供所述第三偏流。
5. 根據權利要求1所述的比較器電路，其中，所述偏置轉換單元包括 第一比較器，用于比較所述第二電壓與從所述第三電壓分得的第一分壓，并且根據所述比較的結果輸出第一比較信號；第二比較器，用于比較所述第三電壓與從所述第二電壓分得的第二分壓，并且根據所 述比較的結果輸出第二比較信號；以及開關單元，用于根據所述第一比較信號和所述第二比較信號，向所述第二節點提供所 述第三電流。
6. —種比較器電路，包括差分放大單元，用于放大第一節點的電壓與第二節點的電壓之間的差值，并且輸出所 產生的結果；第一偏置開關，用于根據第一電壓控制從被提供有第一電流的第一節點流向接地電壓 源的電流；第二偏置開關，用于根據第二電壓控制從被提供有第二電流的第二節點流向所述接地 電壓源的電流的一部分；第三偏置開關，用于根據第三電壓控制從所述第二節點流向所述接地電壓源的所述電流的余下部分；以及偏置轉換單元，用于根據所述第二電壓和所述第三電壓向所述第二節點提供第三偏流。
7. 根據權利要求6所述的比較器電路，其中第一偏置開關，包括連接在所述第一節點與所述接地電壓源之間同時具有第一基極的 雙極晶體管，所述第一電壓施加到所述第一基極；第二偏置開關，包括連接在所述第二節點與所述接地電壓源之間同時具有第二基極的 雙極晶體管，所述第二電壓施加到所述第二基極；第三偏置開關，包括連接在所述第二節點與所述接地電壓源之間同時具有第三基極的 雙極晶體管，所述第三電壓施加到所述第三基極。
8. 根據權利要求6所述的比較器電路，其中，所述偏置轉換單元包括 第一比較器，用于比較所述第二電壓與從所述第三電壓分得的第一分壓，并且根據所述比較的結果輸出第一比較信號；第二比較器，用于比較所述第三電壓與從所述第二電壓分得的第二分壓，并且根據所 述比較的結果輸出第二比較信號；以及邏輯運算單元，用于邏輯運算所述第一比較信號和所述第二比較信號，并且輸出所述 邏輯運算的結果；以及偏置轉換晶體管，用于根據所述邏輯運算單元的輸出，向所述第二節點提供所述第三 偏流。
全文摘要
本發明披露了一種用于比較三路輸入的比較器電路。該比較器電路包括差分放大單元，用于放大第一節點的電壓與第二節點的電壓之差并輸出產生的結果；電流源，用于向第一節點提供第一偏流，以及向第二節點提供第二偏流；第一偏置開關，用于根據第一電壓偏置從第一節點流向接地電壓源的電流；第二偏置開關，用于根據第二電壓偏置從第二節點流向接地電壓源的電流的一部分；第三偏置開關，用于根據第三電壓偏置從第二節點流向接地電壓源的電流的余下部分；以及偏置轉換單元，用于根據第二電壓和第三電壓向第二節點提供第三偏流。
文檔編號H03K3/023GK101783662SQ200910266059
公開日2010年7月21日 申請日期2009年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者方錫勛, 樸成旼 申請人:東部高科股份有限公司