[发明专利]单级比较器

说明书

【技术领域】

本发明涉及电路设计技术领域，特别涉及一种单级比较器。

【背景技术】

传统的比较器的放大级一般由两级结构构成。请参考图1所示，其为传统的一种比较器的电路示意图。图1中的比较器包括正向输入端INP、负向输入端INM、输出端OUT、第一级放大级110和第二级放大级120。其中，第一级放大级110包括电流源I1，PMOS晶体管MP1和MP2，NMOS晶体管MN1和MN2；第二级放大级120包括电流源I2、NMOS晶体管MN3、反相器INV1和INV2。

图1中的比较器在正向输入端INP的电压高于负向输入端INM的电压时，输出端OUT变为高电平；在正向输入端INP的电压低于负向输入端INM的电压时，输出端OUT变为低电平。以下具体介绍图1所示比较器的具体工作过程。

当正向输入端INP的电压低于负向输入端INM的电压时，PMOS晶体管MP2的电流将大于PMOS晶体管MP1的电流(即PMOS晶体管MP2将从电流源I1中分得更多的电流)，而NMOS晶体管MN2和MN1构成电流镜，则NMOS晶体管MN2的电流等于NMOS晶体管MN1的电流，也等于PMOS晶体管MP1的电流。这样，PMOS晶体管MP2的电流大于NMOS晶体管MN2的电流，NOS晶体管MN3的栅极电压变高，导致NMOS晶体管MN3的漏极电压变低，从而使得输出端OUT变为低电平。

当正向输入端INP的电压高于负向输入端INM的输入电压时，PMOS晶体管MP2的电流将小于MP1的电流(即PMOS晶体管MP1将从电流源I1中分得更多的电流)，而NMOS晶体管MN2和MN1构成电流镜，则NMOS晶体管MN2的电流等于NMOS晶体管MN1的电流，也等于PMOS晶体管MP1的电流。这样，PMOS晶体管MP2的电流小于NMOS晶体管MN2的电流，NMOS晶体管MN3的栅极电压变低，导致NMOS晶体管MN3的漏极电压变高，从而使得输出端OUT变为高电平。

图1中的比较器存在两个缺点：

第一、PMOS晶体管MP1和MP2在实际生产时存在失配情况，即两者的特性存在差异，例如，两者阈值电压之间存在一定偏差，且随机分布，这样会导致等效的比较器输入偏差(input offset)，从而导致实际的翻转阈值存在偏差。例如，正向输入端INP接输入信号VIN，负向输入端INM接一固定参考电压VREF，当比较器存在输入偏差时，比较器的翻转阈值变为VIN＝VREF+Vos，其中，输入信号VIN为正输入端VIP的输入电压，VREF为负输入端INM的输入电压，Vos为等效的输入偏差，而理想的比较器翻转阈值应为VIN＝VREF。另外，NMOS晶体管MN1和MN2之间的失配也会对上述输入偏差Vos有共享，使得输入偏差Vos的变化范围更大。通常图1所示比较器的输入偏差Vos最大为20mV。

第二、由于比较器为两级结构，每级都存在寄生电容，会贡献输出信号的延迟时间，导致输出信号OUT的输出延迟。一般级数越多，延时越大。

因此，有必要提供一种改进的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种单级比较器，其不仅可以减小由于器件失配导致的输入偏差对比较器翻转阈值的影响，而且还可以减小比较器输出信号的延迟时间。

为了解决上述问题，本发明提供一种单级比较器，其包括第一电压端、第二电压端、第一输入端、第二输入端、输出端和单级比较单元。所述单级比较单元用于比较第一输入端的电压和第二输入端的电压的大小，并输出表示相应比较结果的电平信号，所述单级比较单元包括第一开关、第二开关和第三开关，第一电流源和第二电流源，反相器、电容和MOS管。其中，第一电流源连接于第一电压端和MOS管的漏极之间，电容连接于MOS管的源极和第二电压端之间，第一开关连接于第二输入端和MOS管的栅极之间，第二开关连接于第一输入端和MOS管的栅极之间，第二电流源和第三开关依次连接于MOS管的源极和第二电源端之间。反相器的输入端与MOS管和第一电流源之间的连接节点相连，反相器的输出端作为所述单级比较单元的输出端与单级比较器的输出端相连。