[实用新型]输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器

说明书

技术领域：

本实用新型涉及一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，属于模数/数模转换器应用领域。

背景技术：

模数/数模转换器是一种大量应用于各种电子系统中的集成电路器件，模数/数模转换器的核心电路是比较器，其工作原理如图1所示，V_ref为参考电压，当输入电压V_in低于参考电压V_ref时，输出V_out＝0，当输入电压V_in高于参考电压V_ref时，输出V_out＝1。传统经典比较器的具体电路如图2和图3所示，图2为NMOS型比较器，图3为PMOS型比较器。两种比较器都是基于2级差分放大器的结构和原理。以NMOS型比较器(图2)为例，M1和M2组成输入差分对，M3和M6组成放大器的负载，M7-M10组成放大器的输出级，交叉连接的M4和M5用来实现比较器的延迟效应。这种差分放大器结构的比较器可以实现对输入电压V_in和参考电压V_ref的比较，并将误差放大至1或0。这种比较器结构简单适用，但是存在着一定的缺陷，差分放大器的结构决定了其对输入电压和参考电压的范围有一定的限定，差分对M1和M2正常工作的要求是输入电压V_in和参考电压V_ref必须要大于电流源管子的V_ds加上M1或M2的阀值电压V_t1，2，以0.18um CMOS工艺为例，上述两个电压加在一起大约为0.7V，而电源电压仅为1.8V，这就意味着输入和参考电压的范围被局限在了0.7V-1.8V之间。在实际应用中，有许多情况都需要比较器实现对输入和参考电压在轨至轨(Rail to Rail)的范围内进行比较，也就是说输入和参考电压的变化范围是从VSS到VDD，显然这种比较器难以满足轨至轨(Rail to Rail)的要求。

PMOS型比较器的原理和NMOS型的完全相同，因此也同样存在着和NMOS比较器相同的局限性，只是PMOS型比较器对输入和参考电压的限制范围是0V-1.1V(以0.18um CMOS工艺为例)。

发明内容：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种输入和参考电压幅度为轨至轨的CMOS比较器，由NMOS型比较器和PMOS型比较器组成，所述NMOS型比较器中的NMOS差分对：第一NMOS管和第二NMOS管的栅极与PMOS型比较器中的PMOS差分对：第一PMOS管和第二PMOS管的栅极连接，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第三PMOS管的漏极、源极与设置于PMOS型比较器输出放大级上的第三NMOS管的漏极、第四PMOS管的源极相连，所述NMOS型比较器的输出放大级上的第四NMOS管的漏极与第四PMOS管的漏极相连。

通过本实用新型无论输入和参考电压在任何区间内变化，比较器都能输出正确的结果。

附图说明：

图1为模数/数模转换器的工作原理图。

图2为传统NMOS型比较器的电路图。

图3为传统PMOS型比较器的电路图。

图4为本实用新型的电路图。

图中：1、第一NMOS管；2、第二NMOS管；3、第三NMOS管；4、第四NMOS管；5、第五NMOS管；6、第六NMOS管；7、第七NMOS管；8、第八NMOS管；9、第一PMOS管；10、第二PMOS管；11、第三PMOS管；12、第四PMOS管；13、第五PMOS管；14、第六PMOS管；15、第七PMOS管；16、第八PMOS管。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

通过对NMOS型比较器和PMOS型比较器的分析可以看出，两种结构都对输入和参考电压的范围有一定的局限，但同时也可以发现，这两种局限范围的级性是相反的，一个是局限在下半段，另一个是局限在上半段，而在中间则存在着一定的重叠，本发明基于这种特点将两种结构合并在一起，实现了对输入和参考电压轨至轨(Rail to Rail)的比较，具体电路如图4所示。