[发明专利]比较器

说明书

本发明涉及一种呈现低平均功耗和短传播延迟的异步比较器。比较器偏置电流以如下的方式取决于差分输入电压：当差分输入电压为低时，电流增大，并且当差分输入电压为高时，电流减小。

技术领域

本发明一般涉及用于比较两个不同输入电压并输出指示哪个输入电压较大的数字信号的比较器。

背景技术

比较器是比较两个单独的模拟输入端子之间的电压或电流的装置。比较器的输出通常存在一个理想为二元的数字输出，该数字输出例如在第一输入端子高于第二输入端子的情况下为高并在相反的情况下为低。

比较器可以由分立组件构成以作为具有高增益的差分放大器，并且可以用于测量模拟信号或对模拟信号进行数字化。正因如此，比较器可以用作模数转换器。

运算放大器(或者简称为op-amp)广泛地用于电子工业中以用作比较器。比较器通常具有被施加到输入部之一的参考信号。在另一个输入部上，施加与参考信号进行比较的信号。如果要比较的信号的电压小于参考电压的幅度，则比较器的输出可以(约)等于正电源电压。在另一方面，反向电压比较器可以是通过对反向输入部处的信号和非反向输入部处的信号进行简单转置而提供的。

比较器可用于多种类型的应用，并且在例如某些应用下，模拟信号的幅度可以快速变化。比较器应具有快速响应时间。这意味着比较器必须快速判断模拟信号的幅度是大于还是小于用作阈值的预定参考信号。在许多应用中，可能期望提供高速操作的比较器。然而，在许多应用中，通常还可能期望提供可在低电压条件下并以低功耗进行操作的比较器。

具有op-amp的传统高速比较器依赖于被提供作为参考信号的偏置。对于高速操作，通常需要附加电路，该附加电路通常用于生成可提高速度的偏置信号。附加电路消耗附加的面积，这在一些应用中是非常不期望的。正因如此，在附加电路所需的空间与比较器的操作速度的提高之间存在折衷。如以上所指示的，低压条件下的操作也是具有挑战性的，并且在比较器的操作速度与功耗之间也存在折衷。

鉴于以上，需要一种高速比较器，该高速比较器能够在低电压条件下以少量的电路组件以及由此的小封装来进行操作。

发明内容

本发明的目的是提供用于解决现有技术的上述缺陷或缺点中的至少一些的比较器。

在本发明的第一方面，该目的通过比较器来提供，所述比较器被布置用于在低平均功耗下操作以将第一模拟输入信号与第二模拟输入信号进行比较，该比较器包括：

-第一差分输入级，其包括形成输入差分对的两个输入开关，所述第一差分输入级用于比较第一模拟输入信号和第二模拟输入信号之间的转变；

-输出级，用于根据第一模拟输入信号和第二模拟输入信号之间的差来提供比较器的数字输出；

-偏置电流级，用于向差分输入级提供偏置电流，其特征在于，偏置电流级与第一模拟输入信号和第二模拟输入信号相对应地提供偏置电流。

例如，物联网应用即IoT应用中所使用的比较器应当被优化以实现低平均功耗以及短传播延迟。

已知比较器具有所谓的偏置电流，该偏置电流取决于比较器的两个输入部上的模拟输入信号之间的差分。如果差分输入电压趋于零，则偏置电流将增大。在另一方面，如果差分输入电压正在增大并移动远离零，则偏置电流将减小。

已知比较器可以具有由晶体管生成的偏置电流，其中晶体管的栅极端子连接至输入部之一。

已知比较器具有不能被非常准确地控制的缺点。此外，它们随着处理的变化而具有很大的变化。尽管自适应偏置比较器呈现出对偏置电流的更多控制，但它们在传播延迟方面具有局限性，并且需要外部电流参考。