一种通用比较器集成电路的制作方法

本实用新型属于集成电路技术领域，具体地说，是涉及一种通用比较器集成电路。

背景技术：

电压比较器电路在很多模拟集成电路项目中的应用是十分广泛的，尤其是在常见的模数转换电路中，比较器起着至关重要的作用。

比较器的分类方式多样，其中根据比较器工作在持续时间或时钟采样时间的不同可大致分为静态比较器（即常规比较器）以及动态比较器。前者多适用于需要连续时间内不间断比较的情况，其特点是offset小但功耗大；后者则多用于模数转换电路，特点是速度快功耗小，但offset大。静态比较器电路的框架一般是由各类放大器与正反馈比较结构电路组成，甚至只由放大电路组成。其中放大电路一般作为输入为比较器提供输入信号的差异放大服务，为后面的比较提供更良好的比较信号，而正反馈比较结构则是比较的核心，快速地比较并将差异结果迅速向后续结构输出，最终实现对电压的比较功能。

现有的静态比较器芯片电路存在以下问题：1、多是仅支持轨到轨输出的电路，缺少对轨到轨输入功能的支持，导致输入电压受限制颇大，且多数比较器的电路都版本比较老旧，不能满足现在的需求；2、对于现有常见的比较器来说，有些电路的灵敏度过小，速度略低，且不支持滞回功能；3、部分比较电路的功耗过大，且只有正向输出，没有同步的反向输出接口。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种支持轨到轨输入输出的、支持滞回比较的、可支持高频输入信号且具有较高速度以及灵敏度的、带有正反两向同步输出的、较低功耗的通用比较器集成电路。

本实用新型采用以下技术方案予以实现：

提出一种通用比较器集成电路，包括：轨到轨前置放大电路，由p型和n型两种差分对并行连接组成，构成所述通用比较器集成电路的差分输入vinp和vinn；中间级放大电路，连接所述轨到轨前置放大电路，由两级电阻负载的差分放大电路构成；锁存比较电路，连接所述中间级放大电路，为并联锁存放大电路；输出电路，连接所述锁存比较电路，由自偏置差分放大电路和反向器构成。

进一步的，所述轨到轨前置放大电路，还包括：n型差分对负载电路，其输出连接所述中间级放大电路；电流镜电路，将所述p型差分对的输出加载到所述n型差分对负载电路上；使能开关，用于所述轨到轨前置电路的开启关断使能；偏置电路，为所述轨到轨前置放大电路提供偏置电流和偏置电压。

进一步的，所述中间级放大电路还包括：两级由nmos管组成的第一镜像电流源，连接所述电阻负载的差分放大电路。

进一步的，所述锁存比较电路包括：n型差分输入对电路；由noms管组成的第二镜像电流源，加载在所述n型差分输入对电路上；并联锁存电路，连接所述n型差分输入对电路的输出。

进一步的，所述反向器包括串联的第一反向器、第二反向器和第三反向器；其中，所述第二反向器的输出为正向输出vout，所述第三反向器的输出为反向输出vout-。

进一步的，所述集成电路还包括：滞回电路，包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻串联在所述差分输入vinp的输入电路上，所述第二电阻串联在所述输出电路的输出端和所述差分输入vinp之间。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型提出的通用比较器集成电路，支持轨到轨输入输出、支持滞回比较、可支持高频输入信号且具有较高速度以及灵敏度、带有正反两向同步输出、以及具有较低功耗。

结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

图1为本实用新型提出的通用比较器集成电路的电路架构图；

图2为本实用新型提出的轨到轨前置电路的实施例电路图；

图3为本实用新型提出的中间级放大电路的实施例电路图；

图4为本实用新型提出的锁存比较电路的实施例电路图；

图5为本实用新型提出的输出电路的实施例电路图；

图6为本实用新型提出的通用比较器集成电路的模块示意图；

图7为本实用新型提出的通用比较器集成电路的仿真图；

图8为本实用新型提出的通用比较器集成电路的仿真图；

图9为本实用新型提出的通用比较器集成电路的仿真图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实用新型旨在提出一种支持轨到轨输入输出、支持滞回比较的、可支持高频输入信号且具有较高速度以及灵敏度的、带有正反两向同步输出的、较低功耗的电压比较器电路。

如图1所示，本实用新型提出的通用比较器集成电路包括轨到轨前置放大电路11、中间级放大电路、锁存比较电路13和输出电路14；轨到轨前置放大电路11由p型和n型两种差分对并行连接组成，构成通用比较器集成电路的差分输入vinp和vinn；中间级放大电路12连接轨到轨前置放大电路11，由两级电阻负载的差分放大电路构成；锁存比较电路13连接中间级放大电路12，为并联锁存放大电路；输出电路14连接锁存比较电路13，由自偏置差分放大电路和反向器构成。

具体的，轨到轨前置放大电路11由p型与n型两组差分对并行连接构成；二者无需要多大的放大增益，只需保证低压输入时p型差分工作而高压输入时n型差分对工作，且保持相对良好的带宽即可。这样可以保证无论输入高电压或低电压，比较器都可以正常工作，且因为带宽比较大，所以对于高频信号会依然保持良好的放大作用。

如图2所示，pmos管m2、m3构成p型差分输入对，与nmos管m0、m1构成的n型差分输入对并行连接，m3与m1的栅极相接构成输入vinp，m2与m0的栅极相接构成输入vinn，电流通过nmos管m9、m6与m7、m8构成的电流镜电路加载到n型差分对负载电路m10、m13上，之后通过pmos管m10、m13的漏端输出到后续的中间级放大模块。nmos管m71构成使能开关，起到开启关断使能作用。剩下的mos管m24、m25、m37、m38、m39、m40、m36、m22、m5、m23则构成了电路的偏置电路，为电路提供静态工作电流；图中vdd为3.3v，gnd为0v。

中间级放大电路12采用两级电阻负载的差分放大电路构成；该两级放大器同样不需要大的放大增益，只需要保证相对良好的带宽与适宜的输出电压范围即可，这样可以保证对于高频信号的放大作用。

如图3所示，第一级放大器由nmos管m59、m62构成n型差分输入对，而m59的栅极与图2中m10的漏极相连接，m62的栅极与图2中m13的漏极相连接；r0与r1分别作为m59、m62的负载；作为第一镜像电流源使用的m60与m61的栅极分别连接图2中m5与m23的栅极；另外，第二级放大器由nmos管m63、m66构成n型差分输入对，而m63的栅极与m59的漏极相连接，m66的栅极与m62的漏极相连接；r2与r3分别作为m63、m66的负载；作为第一镜像电流源使用的m65与m64的栅极分别连接m60与m61的栅极；图中r0不与mos管连接的一端接vdd，m61源端连接gnd。

锁存比较电路13为并联锁存放大电路，能够将接收到的前级输出的差分信号快速地放大并迅速的拉高到vdd电源电压或拉低到gnd地电压。

如图4所示，mos管m67、m68构成n型差分输入对电路，而m67的栅极与图3中m63的漏极相连接，m68的栅极与图3中m62的漏极相连接。作为第二镜像电流源使用的m65与m64的栅极分别连接图3中m65与m64的栅极。m14、m15与m12、m11分别构成并联锁存电路，m14、m15的漏端分别与m12、m11漏端相连，r8跨接在该两点之间，并与m67与m68的漏端相连接；m14的源端接vdd，m12的源端接gnd。

输出电路14为具有轨到轨输出以及提供大电流输出能力的输出电路，该电路没有很大的静态电流，拥有一定的尾电流自适应能力，另外其输出处带有反向器，可以同时输出正向与反向的输出结果信号。

如图5所示，mos管m28、m29、m30、m31、m32、m33构成具有吸入与供出大电流能力的输出部分，液叫自偏置差分放大电路，而m28与m29限制着所能流过的最大电流。其余的mos管m34、m35、m41、m42、m74、m77构成三个反向器，mos管m28的源级接vdd电源电压，mos管m28的源级接gnd地电压，而mos管m30、m31的栅极分别接图4电路中的mos管m11与m15的漏极，mos管m32、m33的栅极分别接图4电路中的mos管m14与m12的漏极，mos管m42、m77的漏极则是该模块的两个输出端口vout与vout-。

如图6所示，为整体电路的接口定义与模块表征符号，其输入引脚有六个，分别为3.3v电源电压接口vdd、3.3v启动及使能信号接口en、电源地接口gnd、5ua基准电流输入接口iin、以及差分输入接口vinp和vinn，输出引脚有两个，分别为未经过反向器反向的输出接口vout，以及经过反向器反向的输出接口vout-，第一电阻ra和第二电阻rb则提供滞回功能。

下面对本实用新型提出的通用比较器集成电路的设计仿真和结果做出实施例说明。

首先整体电路加上3.3v电压，差分输入在1.2v直流电压基础上加1v交流电压信号，跑ac仿真查看其放大增益，用以观察电路的带宽即对较高频信号的反应情况。

如图7所示，仿真的是1hz到1ghz范围内该电路输出的交流电压增益的实际结果，从其仿真结果可以看出，可以支持高达50mhz以上频率的信号。

之后，再将整体电路加上3.3v电压，差分输入在1.2v直流电压基础上加幅度为1mv、频率为1mhz的交流电压信号，跑关于该信号下的瞬态仿真，再换为三角波尝试，用以观察该信号电压下的输出信号是否满足所需。

仿真结果如图8和图9所示，曲线1位输入端vinp，曲线2位输入端vinn，曲线3位正向输出端vout的输出信号，曲线4为反向输出端vout-的输出信号，由仿真结果来看，该比较器集成电路能够很好的比较输入的差分输入信号并准确的输出，且输出信号达到了轨到轨输出的标准，同时整体电流最大不超过300ua，实现了电路的低功耗。

最后，将1.2v直流电压改为任意值，比较器皆正常工作，证明实现了轨到轨输入输出功能。

应该指出的是，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。