專利名稱：比較器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來比較信號電壓和參考電壓的比較器。特別地，它涉及一種減少電路元件的比較器和具有該比較器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
通常，比較器61-6n是斬波型比較器，并且每個(gè)數(shù)據(jù)保持電路71-7n如圖2排列。從數(shù)據(jù)輸入端81輸入的數(shù)據(jù)經(jīng)過開關(guān)82進(jìn)入由相連的反相器83，84組成的主雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以完成正反饋；其中，在存儲數(shù)據(jù)時(shí)，所述開關(guān)閉合。主雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出經(jīng)過開關(guān)85進(jìn)入由相連的反相器86，87組成的從雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器以完成正反饋，其中所述開關(guān)85與開關(guān)82反相開與關(guān)。然后，從數(shù)據(jù)輸出端88輸出從雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的輸出數(shù)據(jù)。
近年來，由于要加大電路的尺寸，以便獲得高精度的多位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，因而就需要減少電路元件的數(shù)目以使線路圖尺寸小型化。要想構(gòu)造一個(gè)8比特的閃躍型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，例如在

圖1的情況下，由于n＝255，所以就需要255個(gè)比較器和相同數(shù)目的保持電路，即255個(gè)保持電路。因此，當(dāng)通過將比較器和數(shù)據(jù)保持器簡單地合并來構(gòu)造模數(shù)轉(zhuǎn)換器時(shí)，就出現(xiàn)了要將大量的元件作為一個(gè)整體來使用的問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮到前述問題而作出本發(fā)明，本發(fā)明要提供一種減少了電路元件數(shù)目的比較器，從而提供減少了電路元件數(shù)目的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明一種基本結(jié)構(gòu)的比較器包括選擇單元，用于選擇性地輸出信號電壓和參考電壓；第一電容器，其一端接收來自選擇單元的輸出；第一反相器，其輸入端與所述第一電容器的另一端相連；第一開關(guān)，位于第一反相器的輸入端和輸出端；三態(tài)反相器，其輸入端與第一反相器的輸出端相連；第一鎖存器，其輸入端與三態(tài)反相器的輸出端相連；第二開關(guān)，其一端位于第一鎖存器的輸出端和第二鎖存器的輸入端之間。
采用本發(fā)明基本結(jié)構(gòu)的比較器，省略了相關(guān)技術(shù)中所需的通常位于比較器的輸出端和第一鎖存單元之間的開關(guān)，因此能夠減少數(shù)據(jù)保持單元(用于存儲比較器輸出電壓的保持單元)中的元件數(shù)目。
在本發(fā)明第一實(shí)施例之基本結(jié)構(gòu)的比較器中，當(dāng)選擇單元選擇信號電壓時(shí)，第一和第二開關(guān)閉合，并且第一三態(tài)反相器變?yōu)楦咦锠顟B(tài)；而當(dāng)選擇單元選擇參考電壓時(shí)，第一和第二開關(guān)打開，并且第一三態(tài)反相器以反相器的形式工作。
在本發(fā)明第二實(shí)施例之基本結(jié)構(gòu)的比較器中，當(dāng)選擇單元選擇信號電壓時(shí)，第一和第二開關(guān)閉合，而三態(tài)反相器的輸出變?yōu)楦咦锠顟B(tài)；當(dāng)選擇單元選擇參考電壓時(shí)，第一開關(guān)打開；在第一開關(guān)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)之后，所述三態(tài)反相器從高阻狀態(tài)變?yōu)榉聪酄顟B(tài)，而第二開關(guān)從閉合狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)。
采用本發(fā)明第二實(shí)施例的比較器，與第一實(shí)施例相比，除了基本結(jié)構(gòu)比較器的優(yōu)點(diǎn)外，它還能夠減少所述三態(tài)反相器流過的電流。
本發(fā)明第三實(shí)施例的比較器包括第三開關(guān)，位于信號電壓的輸出端和第一電容器的一端之間的；第一反相器，其輸入端與第一電容器的另一端相連；第一開關(guān)，位于第一反相器的輸入端與輸出端之間；三態(tài)反相器，其輸入端與第一反相器的輸出端相連；第一鎖存單元，其輸入端與三態(tài)反相器的輸出端相連；第二開關(guān)，位于第一鎖存單元的輸出端與第二鎖存單元的輸入端之間；第四開關(guān)，位于參考電壓輸出端和第二電容器的一端之間；第四反相器，其輸入端和第二電容器的另一端相連；第五開關(guān)，位于第四反相器的輸入端和輸出端之間；第六開關(guān)，位于第一電容器的一端和第二電容器的一端；第七開關(guān)和第三電容串聯(lián)連接在第一反相器的輸入端和第四反相器的輸出端之間；第八開關(guān)和第四電容串聯(lián)連接在第四反相器的輸入端和第一反相器的輸出端之間，其中信號電壓和參考電壓分別同時(shí)輸出到第一電容器的一端和第二電容器的一端，同時(shí)第七開關(guān)和第八開關(guān)打開，另外，第一開關(guān)打開，以在第一電容器兩端保持信號電壓和第一反相器的偏置電壓之間的電壓差，第五開關(guān)打開，以在第二電容器兩端保持參考電壓和第四反相器的偏置電壓之間的電壓差，在信號電壓和參考電壓同時(shí)分別輸出到第一電容器的一端和第二電容器的一端之后，第三，第四，第七，第八開關(guān)被斷開，而第六開關(guān)被接通，并且第一和第五開關(guān)被斷開，以便使用第一反相器放大信號電壓和參考電壓之間的電壓差值大約一半的電壓，在第一和第五開關(guān)被斷開后，第七和第八開關(guān)被接通，同時(shí)，三態(tài)反相器以反相器的形式工作，以按照三態(tài)反相器的輸出來輸出第一反相器的輸出電壓。
采用本發(fā)明第三實(shí)施例的比較器，除了有基本結(jié)構(gòu)比較器的優(yōu)點(diǎn)之外，它能提供的比較器比第一個(gè)實(shí)施例中的比較器消耗的電流更少，比第二個(gè)實(shí)施例的噪聲更低，并且對同相噪聲不敏感。
根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例，一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括多個(gè)基本結(jié)構(gòu)的比較器，用來接收同一信號電壓；為各比較器提供參考電壓的分壓單元；接收各比較器的輸出值以輸出編碼數(shù)字信號的編碼器。
采用本發(fā)明第四實(shí)施例的比較器，省略了相關(guān)技術(shù)所需的通常位于比較器之輸出端與第一鎖存單元之間的開關(guān)，從而可以減少構(gòu)成模數(shù)轉(zhuǎn)換器之?dāng)?shù)據(jù)保持部分元件的數(shù)目。
圖4為顯示本發(fā)明第一實(shí)施例比較器的工作時(shí)序圖；圖5為顯示本發(fā)明第二實(shí)施例比較器的工作時(shí)序圖；圖6為顯示本發(fā)明第三實(shí)施例比較器的電路圖；圖7為顯示本發(fā)明第三實(shí)施例比較器的工作時(shí)序圖；圖8為顯示本發(fā)明第四實(shí)施例比較器的電路圖；圖9為顯示本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路方框圖；
模擬信號電壓通過信號電壓輸入端1加在開關(guān)3上，用于比較的參考電壓通過參考電壓輸入端2加在開關(guān)4上。開關(guān)3和4用作比較信號輸出開關(guān)，它選擇性地輸出模擬信號電壓或參考電壓。
開關(guān)3或4的所選擇的輸出由電容器5的一端接收。電容器5的另一端與反相器7的輸入端相連。
開關(guān)6連接在反相器7的輸出端和輸入端之間。
反相器7的輸出端連接在三態(tài)反相器8的輸入端13。
三態(tài)反相器8的輸出端14與反相器17的輸入端相連。
反相器18的輸入端與反相器17的輸出端相連，而反相器18的輸出端與反相器17的輸入端相連。
反相器17的輸出端與開關(guān)19的一端相連，而開關(guān)19的另一端與反相器20的輸入端相連。
反相器21的輸入端和輸出端分別與反相器20的輸出端和輸入端相連，并且反相器20的輸出與輸出端22相連。
開關(guān)3，6和19的打開和閉合操作由控制信號φ1控制，并且這些開關(guān)分別在控制信號φ1為邏輯H電平時(shí)閉合和在控制信號φ1為邏輯L電平時(shí)打開。
開關(guān)4的打開和閉合操作由控制信號φ1B控制，該控制信號為控制信號φ1的反相信號，并且開關(guān)4在控制信號φ1B為邏輯H電平時(shí)閉合，并在控制信號φ1B為邏輯L電平時(shí)打開。
三態(tài)反相器8包括反相器10，P溝道MOS晶體管11，12，和N溝道MOS晶體管15，16。
高電位電源電壓VDD加在P溝道MOS晶體管11的源極，該晶體管的漏極與P溝道MOS晶體管12的源極相連。低電位電源電壓VSS加在N溝道MOS晶體管16的源極，該晶體管的漏極與N溝道MOS晶體管15的源極相連。P溝道MOS晶體管12的柵極和N溝道MOS晶體管15的柵極相互連接，形成輸入端13；P溝道MOS晶體管12的漏極和N溝道MOS晶體管15的漏極相互連接，形成輸出端14。
反相器10的輸入端連接在N溝道MOS晶體管16的柵極，而輸出端連接在P溝道MOS晶體管11的柵極。控制信號φ1B通過控制輸入端9加在反相器10的輸入端。
由邏輯H電平的控制信號φ1B使三態(tài)反相器8作為普通反相器工作，邏輯L電平的控制信號φ1B使其輸出端14變?yōu)楦咦锠顟B(tài)。
現(xiàn)在描述比較器的工作情況。圖4為顯示本發(fā)明第一實(shí)施例比較器的工作時(shí)序圖。首先，在從時(shí)刻t1到t2的取樣期間，控制信號φ1和φ1B分別處于邏輯H電平和邏輯L電平，從而開關(guān)3和6閉合而開關(guān)4打開。因此，從信號電壓輸入端1輸入的模擬信號電壓通過開關(guān)3輸入到電容器5。
在此期間，反相器7的輸入端和輸出端通過開關(guān)6連接起來，并且保持在反相器7的邏輯閾值電壓，所以電容器5存儲的電荷與模擬信號電壓和反相器7的邏輯閾值電壓之間的電壓差相對應(yīng)。
另外，三態(tài)反相器8的輸出端14變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，并且開關(guān)19閉合，以致在前一期間由上一階段的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器所保持的電壓由下一階段的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器保持以輸出，其中上一階段雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器由相互連接完成正反饋以充當(dāng)鎖存器的反相器17和18組成，而下一級雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器由相互連接完成正反饋以充當(dāng)鎖存器的反相器20和21組成。
另外，在此期間，P溝道MOS晶體管11和N溝道MOS晶體管16不導(dǎo)通，從而三態(tài)反相器8中沒有電流流過。
其次，在從時(shí)刻t2到t3的放大期間，控制信號φ1和φ1B分別處于邏輯L電平和邏輯H電平，從而開關(guān)3和6打開而開關(guān)4閉合。因此，從參考電壓輸入端2輸入的參考電壓通過開關(guān)4被輸入給電容器5。
這時(shí)，模擬信號電壓和參考電壓之間的電壓差變?yōu)殡娙萜?位于開關(guān)4一端的電極上的電勢變化量，并將所述變化量傳輸?shù)诫娖魅?在反相器7一端的另一電極上。因此，電勢變化量被反相器7放大并輸出。
三態(tài)反相器8以普通反相器的形式進(jìn)行工作，并放大反相器7的輸出電壓，以輸出結(jié)果電壓。三態(tài)反相器8的輸出電壓由反相器17，18組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器保持。
在此期間，開關(guān)19保持打開，所以在由反相器17，18構(gòu)成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器鎖存的數(shù)據(jù)不再被后一階段的由反相器20，21組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器保持，并且由反相器20，21組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器輸出在前一期間保持的數(shù)據(jù)。
另外，在此期間，P溝道MOS晶體管11和N溝道MOS晶體管16導(dǎo)通，并且反相器7和三態(tài)反相器8的邏輯閾值電壓相同，所以當(dāng)反相器7的輸出電壓或三態(tài)反相器8的輸入電壓接近該邏輯閾值電壓時(shí)，三態(tài)反相器8有電流流過。
如上所述，按照本發(fā)明第一實(shí)施例的比較器結(jié)構(gòu)，使斬波型比較器部分與數(shù)據(jù)保持單元集成化，以減少電路元件的數(shù)目。因此，當(dāng)用本發(fā)明第一實(shí)施例比較器來替換圖1所示常規(guī)閃躍型模數(shù)轉(zhuǎn)換器舉例中的比較器61-6n和數(shù)據(jù)保持電路71-7n時(shí)，與圖2中所示的開關(guān)82對應(yīng)的每個(gè)開關(guān)在各數(shù)據(jù)保持電路71-7n中都變得并非必要。因此，例如在8比特的情況下，由于n＝255，就可以減少255個(gè)開關(guān)單元，并且進(jìn)一步當(dāng)開關(guān)單元為CMOS結(jié)構(gòu)時(shí)，在整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中能夠減少510個(gè)晶體管。
現(xiàn)在說明本發(fā)明第二實(shí)施例的比較器。第二實(shí)施例比較器的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第一實(shí)施例比較器的不同之處在于擬被輸入控制開關(guān)19的控制信號φ1B變?yōu)榭刂菩盘枽?，并且，將用于控制開關(guān)19的打開和閉合動作的控制信號φ1變?yōu)榭刂菩盘枽?B，控制信號φ2B為控制信號φ2的反相信號。除了上述的元件之外，其它的元件與第一個(gè)實(shí)施例中的元件相同，并用相同的參考字符表示，以省略對相同元件的詳細(xì)說明。
當(dāng)控制信號φ2處于邏輯H電平時(shí)，三態(tài)反相器8以普通反相器的形式進(jìn)行工作，而當(dāng)控制信號φ2處于邏輯L電平時(shí)，它的輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。
開關(guān)19的打開和閉合由控制信號φ2B控制，并且當(dāng)控制信號φ2B為邏輯H電平時(shí)開關(guān)閉合，而當(dāng)控制信號φ2B為邏輯L電平時(shí)開關(guān)打開。
現(xiàn)在說明比較器的工作情況。圖5為顯示本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例比較器工作過程的時(shí)序流程圖。首先，在從時(shí)刻t1到t2的取樣期間，控制信號φ2和φ2B分別處于邏輯L電平和邏輯H電平，比較器的工作與本發(fā)明第一實(shí)施例的情況相同。
第二，在從時(shí)刻t2到t3的放大期間，在時(shí)刻t2之后t3之前設(shè)置一個(gè)時(shí)刻t4，是使三態(tài)反相器8能完成放大操作的最小時(shí)間，在從時(shí)刻t4到t3期間，控制信號φ2處于邏輯H電平，而控制信號φ2B處于邏輯L電平。因此，三態(tài)反相器8僅在時(shí)刻t4到t3期間以普通反相器的形式工作，同時(shí)，三態(tài)反相器8放大反相器7的輸出電壓并將之輸出，由反相器17和18組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器保持三態(tài)反相器8的輸出電壓。在此期間，開關(guān)19保持打開，所以由反相器17和18組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器中保持的數(shù)據(jù)并不保持在由反相器20和21組成的后續(xù)的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器中，而由反相器20和21組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器輸出在前一期間所保持的數(shù)據(jù)。
在從時(shí)刻t4到t3的期間，P溝道MOS晶體管11和N溝道MOS晶體管16導(dǎo)通，所以當(dāng)反相器7的輸出電壓或三態(tài)反相器8的輸入電壓接近所述邏輯閾值電壓時(shí)，三態(tài)反相器8有電流流過。然而，為三態(tài)反相器8提供輸入電壓的反相器7已經(jīng)在時(shí)刻t4之前的時(shí)刻t2開始放大操作，并且在時(shí)刻t4反相器7的輸出電壓已經(jīng)變得穩(wěn)定地遠(yuǎn)離所述邏輯閾值電壓，所以，在從時(shí)刻t4到t3期間，與本發(fā)明第一實(shí)施例比較器相比，三態(tài)反相器8中流電流很小。
另外，在從時(shí)刻t2到t4期間，控制信號φ2處于邏輯L電平，而控制信號φ2B處于邏輯H電平，所以三態(tài)反相器8處于高阻抗?fàn)顟B(tài)，并且流過的電流變?yōu)榱恪?br> 如上所述，按照本發(fā)明第二實(shí)施例比較器，在時(shí)刻t2到t3的部分放大期間內(nèi)，三態(tài)反相器8和開關(guān)19受到控制。因此，與本發(fā)明第一實(shí)施例的情況相比，除了能減少電路元件外，在放大期間，可使流過三態(tài)反相器8的電流也得到減少，從而得到能夠降低電流消耗和噪聲更小的比較器。
作為一個(gè)特殊的例子，在反相器7和三態(tài)反相器8中的電流相等并且從時(shí)刻t2到t4的時(shí)間約等于整個(gè)循環(huán)的四分之一的情況下，在單獨(dú)一個(gè)比較器中，或者在整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，電流減少10％到20％。
現(xiàn)在考察圖6，該圖是表示本發(fā)明第三實(shí)施例比較器的電路方框圖，第三實(shí)施例比較器的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第二實(shí)施例比較器的不同之處在于比較器的輸入部分變?yōu)閷ΨQ型的。然而，除了上述元件之外，其它的元件與第二實(shí)施例中的元件相同，并用相同的參考字符表示，以省略對相同元件的詳細(xì)說明。
如圖6所示，本發(fā)明第三實(shí)施例的比較器包括信號電壓輸入端1；參考電壓輸入端2；開關(guān)23，24；電容器25，26；反相器27，28；開關(guān)29，30；電容器31，32；開關(guān)33，34，35；電容器36；三態(tài)反相器8；控制輸入端9；反相器17，18；開關(guān)19；反相器20，21；輸出端22。
通過信號電壓輸入端1將模擬信號電壓加到開關(guān)23的一端。開關(guān)23的另一端與電容器25的一端相連，電容器25的另一端與反相器27的輸入端相連。
開關(guān)29連接在反相器27的輸出端和輸入端之間，并且三態(tài)反相器8的輸入端13連接在反相器27的輸出端。
通過參考電壓輸入端2將用于比較的參考電壓加供到開關(guān)24的一端。開關(guān)24的另一端與電容器26的一端相連，而電容器26的另一端與反相器28的輸入端相連。
開關(guān)30連接在反相器28的輸出端和輸入端之間，反相器28的輸出端還與電容器36的一端相連，而電容器36的另一端被加給低電勢電源電壓VSS。
電容器36為一補(bǔ)償電容，用于匹配反相器27，28的負(fù)載情況，并將電容器36的電容值設(shè)定為等于三態(tài)反相器8的輸入端13的電容值。
電容器31的一端與反相器27的輸出端相連，并且開關(guān)34連接在電容器31的另一端和反相器28的輸入端之間。
電容器32的一端與反相器28的輸出端相連，而開關(guān)33連接在電容器32的另一端和反相器27的輸入端之間。
開關(guān)35連接在電容器25位于開關(guān)23一側(cè)的那端與電容器26位于開關(guān)24一側(cè)的那端之間。
開關(guān)23，24，29，和30的打開和閉合操作由控制信號φ1控制，而且，當(dāng)控制信號φ1處于邏輯H電平時(shí)，這些開關(guān)單個(gè)地被閉合，而當(dāng)控制信號φ1處于邏輯L電平時(shí)，這些開關(guān)單個(gè)地被打開。
開關(guān)35的打開和閉合操作由控制信號φ1B控制，控制信號φ1B為控制信號φ1的反相信號，而且，當(dāng)控制信號φ1B處于邏輯H電平時(shí)，該開關(guān)閉合，而當(dāng)控制信號φ1B處于邏輯L電平時(shí)，該開關(guān)打開。
當(dāng)控制信號φ2處于邏輯H電平時(shí)，三態(tài)反相器8以普通反相器的形式工作，而當(dāng)控制信號φ2處于邏輯L電平時(shí)，它的輸出端14為高阻抗?fàn)顟B(tài)。
開關(guān)19的打開和閉合操作由控制信號φ2B控制，而且，當(dāng)控制信號φ2B處于邏輯H電平時(shí)，該開關(guān)閉合，而當(dāng)控制信號φ2B為邏輯L電平時(shí)，該開關(guān)打開。
開關(guān)33，34的打開和閉合操作由控制信號φ3控制，而且，當(dāng)控制信號φ3處于邏輯H電平時(shí)，這些開關(guān)單個(gè)地被閉合，而當(dāng)控制信號φ3處于邏輯L電平時(shí)，這些開關(guān)單個(gè)地被打開。
現(xiàn)在說明比較器的工作情況。圖7是表示本發(fā)明第三實(shí)施例比較器工作的時(shí)序流程圖。首先，在從時(shí)刻t1到t2的取樣期間，控制信號φ1，φ1B，φ2，φ2B，和φ3分別處于邏輯H，邏輯L，邏輯L，邏輯H和邏輯H電平，從而開關(guān)23，24，29和30被閉合，而開關(guān)35被打開。因此，來自信號電壓輸入端1的模擬信號電壓通過開關(guān)23被輸入到電容器25，而來自參考電壓輸入端2的參考電壓通過開關(guān)24被輸入到電容器26。
在此期間，反相器27的輸入端和輸出端由開關(guān)29連接，并保持在反相器27的邏輯閾值電壓，致使電容器25存儲的電荷對應(yīng)于所述模擬信號電壓和反相器27的邏輯閾值電壓之間的差。同樣，在此期間，反相器28的輸入端和輸出端由開關(guān)30連接，并保持在反相器28的邏輯閾值電壓，以致電容器26存儲的電荷對應(yīng)于所述參考電壓和反相器28的邏輯閾值電壓之間的差。
另外，關(guān)閉開關(guān)33，34，用以抵消偏置，以致電容器31，32充入的電壓為反相器27和28的邏輯閾值電壓之差，這個(gè)差是由晶體管之間的差異所致的。
其次，在從時(shí)刻t2到t3的放大期間，控制信號φ1和φ1B分別處于邏輯L電平和邏輯H電平，從而開關(guān)23，24，29，和30被打開，而開關(guān)35被閉合。因此，存儲在電容器25和26中的電荷重新分配，從而所述模擬信號電壓和參考電壓之間差值的兩個(gè)半值電壓各被送入反相器27和28的輸入端，并被放大。
而且，在從時(shí)刻t2到t4的期間，控制信號φ3處于邏輯L電平，所以這段時(shí)間電容器31，32分離。然后，由于在時(shí)刻t4控制信號φ3處于邏輯H電平，從而當(dāng)實(shí)現(xiàn)抵消偏置并使來自反相器27，28的輸出電壓被放大為較大的值時(shí)，反相器27，28執(zhí)行鎖存操作。
另外，在從時(shí)刻t4到t3期間，三態(tài)反相器8執(zhí)行放大操作。
要指出的是，三態(tài)反相器8，反相器17，18，開關(guān)19以及反相器20，21的操作形式與本發(fā)明第二實(shí)施例比較器的操作形式相同。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的比較器結(jié)構(gòu)，對稱型的比較器能使電路元件的數(shù)目減少為在本發(fā)明第二實(shí)施例比較器的情況下所看到的數(shù)目，并且在放大期間能夠減少流過三態(tài)反相器8的電流，給出一種能減少電流消耗和低噪聲的比較器，增強(qiáng)了對同相噪聲的靈敏度。
以下參照圖8，該圖是表示本發(fā)明第四實(shí)施例比較器的電路圖。第四實(shí)施例比較器的結(jié)構(gòu)與本發(fā)明第二實(shí)施例比較器的不同之處在于反相器18變?yōu)槿龖B(tài)反相器37，并且反相器21變?yōu)槿龖B(tài)反相器39。不過除上述元件外，其它元件與第二實(shí)施例中的元件相同，并且用相同的參考字符表示，以省略對相同元件的詳細(xì)說明。
當(dāng)控制信號φ2處于邏輯H電平時(shí)，三態(tài)反相器8以普通反相器的形式工作，而當(dāng)控制信號φ2處于邏輯L電平時(shí)，該三態(tài)反相器8變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。
開關(guān)19的打開和閉合由控制信號φ2B控制，當(dāng)控制信號φ2B為邏輯H電平時(shí)，該開關(guān)被閉合，而當(dāng)控制信號φ2B為邏輯L電平時(shí)，該開關(guān)被打開。
當(dāng)把表示為邏輯H電平的控制信號φ2B加給控制輸入端38時(shí)，三態(tài)反相器37以普通反相器的形式進(jìn)行操作，并且，當(dāng)把表示為邏輯L電平之控制信號φ2B加給控制輸入端時(shí)，該反相器的輸出端變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。
當(dāng)把表示為邏輯H電平的控制信號φ2加給控制輸入端40時(shí)，三態(tài)反相器39以普通反相器的形式工作，當(dāng)把表示為邏輯L電平的控制信號φ2加給控制輸入端時(shí)，該反相器的輸出端變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)。
現(xiàn)在說明這種比較器的工作情況。當(dāng)控制信號φ2和φ2B分別變?yōu)檫壿婰和H電平時(shí)，三態(tài)反相器8的輸出端14變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)，并且開關(guān)19閉合，于是，由相連的反相器17和三態(tài)反相器37組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器所保持的數(shù)據(jù)被輸出到后級反相器20，所述反相器17和三態(tài)反相器37相連用以實(shí)現(xiàn)正反饋，以鎖存數(shù)據(jù)。
另外，當(dāng)控制信號φ2和φ2B分別變?yōu)檫壿婬電平和邏輯L電平時(shí)，三態(tài)反相器8以普通反相器的形式工作，并且三態(tài)反相器8的輸出電壓被加給反相器17。但這時(shí)開關(guān)19打開，以便由相連的反相器20和三態(tài)反相器39組成的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器鎖存數(shù)據(jù)，并將之輸出；所述反相器20和三態(tài)反相器39相連用以實(shí)現(xiàn)正反饋，以鎖存數(shù)據(jù)。
因此，即使在把數(shù)據(jù)寫入各自的雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器時(shí)三態(tài)反相器8，37的輸出電壓彼此不同，也可以使流過三態(tài)反相器8，37的電流受到抑制。同樣，即使三態(tài)反相器17和三態(tài)反相器39的輸出電壓互不相同，也可以使流過三態(tài)反相器17和三態(tài)反相器39的電流受到抑制。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例比較器的結(jié)構(gòu)，可使電路元件減少為在本發(fā)明第二實(shí)施例比較器情況下所看到的電路元件數(shù)目，而且，與本發(fā)明第二實(shí)施例比較器相比，可以進(jìn)一步減小流過的電流，因而，可以提供能明顯減少電流消耗，而且噪聲更低的比較器。
以下參照圖9，該圖是表示本發(fā)明第五實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換器的電路方框圖。如圖9所示，本發(fā)明第五實(shí)施例的模數(shù)轉(zhuǎn)換器包括模擬信號輸入端41；梯形電阻42；編碼器43；數(shù)字信號輸出端44；比較器51-5n(n為自然數(shù))。
對每個(gè)單個(gè)的比較器51-5n，使用的是圖3所示本發(fā)明第一實(shí)施例的比較器。
比較器51-5n中的每一個(gè)都包括信號電壓輸入端1，并且通過模擬信號輸入端41將同樣的模擬信號電壓分別輸入到各信號電壓輸入端1。
梯形電阻42用作分壓裝置，它利用一組串聯(lián)連接的電阻將高位參考電壓VRH和低位參考電壓VRL之間的電位差分為n級彼此不同的電壓差，并且將最終的各參考電壓分別加給比較器51-5n的相應(yīng)參考電壓輸入端2。
編碼器43接收各比較器51-5n比較結(jié)果的輸出，將它們編碼成為與所述各比較結(jié)果相應(yīng)的編碼，并將最終編碼的數(shù)字信號輸出到數(shù)字信號輸出端44。
如上所述，按照本發(fā)明第五實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)，將本發(fā)明第一實(shí)施例的比較器用于每個(gè)比較器51-5n，同時(shí)，減少了整個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器中電路元件的數(shù)目。
雖然將本發(fā)明第一實(shí)施例的比較器用作本發(fā)明第五實(shí)施例模數(shù)轉(zhuǎn)換器中的各個(gè)比較器51-5n，但作為替換，也可以使用本發(fā)明第二、第三、第四實(shí)施例比較器中的任何一種。使用本發(fā)明第一實(shí)施例比較器的最終效果與使用本發(fā)明第二、第三、第四個(gè)實(shí)施例比較器產(chǎn)生的效果相同。
本發(fā)明能提供減少電路元件并降低對同相噪聲敏感度的比較器，另外還能減少流過比較器中的電流和電流消耗，另外，作為這種比較器的應(yīng)用，還實(shí)現(xiàn)一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
權(quán)利要求
1.一種比較器，包括選擇單元，用于選擇性地輸出信號電壓和參考電壓；第一電容器，它的一端接收來自所述選擇單元的輸出；第一反相器，它的輸入端與所述第一電容器的另一端相連；第一開關(guān)，位于所述第一反相器的輸入端和輸出端之間；第一三態(tài)反相器，它的輸入端與所述第一反相器的輸出端相連；第一鎖存單元，它的輸入端與所述第一三態(tài)反相器的輸出端相連；第二開關(guān)，位于所述第一鎖存單元的輸出端和第二鎖存單元的輸入端之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，當(dāng)所述選擇單元選擇信號電壓時(shí)，所述第一和第二開關(guān)被閉合，并且所述第一三態(tài)反相器的輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)；而當(dāng)所述選擇單元選擇參考電壓時(shí)，所述第一和第二開關(guān)被打開，并且所述第一三態(tài)反相器以反相器的形式工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的比較器，其特征在于，當(dāng)所述選擇單元選擇信號電壓時(shí)所述第一和第二開關(guān)被閉合，并且所述第一三態(tài)反相器的輸出變?yōu)楦咦杩範(fàn)顟B(tài)；當(dāng)所述選擇單元選擇參考電壓時(shí)，所述第一開關(guān)被打開；并且在所述第一開關(guān)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)之后，所述第一三態(tài)反相器的輸出端從高阻抗?fàn)顟B(tài)變?yōu)橐苑聪嗥餍问焦ぷ鞯臓顟B(tài)，所述第二開關(guān)從閉合狀態(tài)變?yōu)榇蜷_狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的比較器，其特征在于，所述第一鎖存單元包括第二反相器，它的輸入端與所述第一三態(tài)反相器的輸出相連，它的輸出端與所述第二開關(guān)的一端相連；第二三態(tài)反相器，它的輸入端與所述第二反相器的輸出相連，它的輸出端與所述第二反相器的輸入相連；所述第二鎖存單元包括第三反相器，它的輸入端與所述第二開關(guān)的輸出端相連，它的輸出端與所述第二鎖存單元的輸出端相連；第三三態(tài)反相器，它的輸入端與所述第三反相器的輸出相連，它的輸出端與所述第三反相器的輸入端相連；并且所述第三三態(tài)反相器與所述第一三態(tài)反相器同步工作，而所述第二三態(tài)反相器與所述第一三態(tài)反相器反相同步工作。
5.一種比較器，包括第三開關(guān)，位于信號電壓輸出端和第一電容器的一端之間；第一反相器，它的輸入端與所述第一電容器的另一端相連；第一開關(guān)，位于所述第一反相器的輸入端和輸出端之間；三態(tài)反相器，它的輸入端與所述第一反相器的輸出端相連；第一鎖存單元，它的輸入端與所述三態(tài)反相器的輸出端相連；第二開關(guān)，它的一端位于所述第一鎖存單元的輸出端和第二鎖存單元的輸入端之間；第四開關(guān)，位于參考電壓輸出端和第二電容器的一端；第四反相器，它的輸入端與所述第二電容器的另一端相連；第五開關(guān)，位于所述第四反相器的輸入端和輸出端之間；第六開關(guān)，位于所述第一電容器的所述一端和所述第二電容器的所述一端之間；第七開關(guān)和第三電容器串聯(lián)連接在所述第一反相器的輸入端和所述第四反相器的輸出端之間；第八開關(guān)和第四電容器串聯(lián)連接在所述第四反相器的輸入端和所述第一反相器的輸出端，其中，信號電壓和參考電壓同時(shí)分別輸出給所述第一電容器的所述一端和所述第二電容器的所述一端，同時(shí)，所述第七和第八開關(guān)被接通；所述第一開關(guān)被接通以便在所述第一電容器的兩端保持信號電壓與所述第一反相器的偏置電壓之間的電壓差；所述第五開關(guān)被接通以便在所述第二電容器的兩端保持參考電壓與所述第四反相器的偏置電壓之間的電壓差；在信號電壓和參考電壓同時(shí)被分別輸出到所述第一電容器的所述一端和所述第二電容器的所述一端之后，所述第三、第四、第七、第八開關(guān)被斷開，同時(shí)，所述的第六開關(guān)被接通，并使用所述第一反相器斷開所述第一和第五開關(guān)，以放大信號電壓與參考電壓之間的電壓差的大約一半；在所述第一和第五開關(guān)被斷開之后，所述第七和第八開關(guān)被接通，同時(shí)所述三態(tài)反相器以反相器的形式工作，在所述三態(tài)反相器的輸出端輸出所述第一反相器的輸出電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的比較器，其特征在于，所述信號電壓和參考電壓同時(shí)分別被輸出到所述第一電容器的所述一端和所述第二電容器的所述一端，同時(shí)，所述三態(tài)反相器的輸出端從作為反相器工作的狀態(tài)變?yōu)楦咦杩馆敵龆藸顟B(tài)，即使在所述第一開關(guān)和第五開關(guān)被斷開之后，也保持所述高阻抗輸出端狀態(tài)；在所述的第一開關(guān)和第五開關(guān)被斷開之后，所述三態(tài)反相器從輸出端高阻狀態(tài)變?yōu)榉聪嗥鞴ぷ鳡顟B(tài)，以便在所述三態(tài)反相器的輸出端輸出所述第一反相器的輸出電壓。
7.一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括多個(gè)比較器，用來接收同一個(gè)信號電壓，每個(gè)所述比較器包括選擇單元，它選擇性地輸出信號電壓和參考電壓；第一電容器，它的一端用來接收來自所述選擇單元的輸出；第一反相器，它的輸入端與所述第一電容器的另一端相連；第一開關(guān)，位于所述第一反相器的輸入端和輸出端之間；第一三態(tài)反相器，它輸入端與所述第一反相器的輸出端相連；第一鎖存單元，它的輸入端與所述第一三態(tài)反相器的輸出端相連；和第二開關(guān)，它的一端位于所述第一鎖存單元的輸出端和所述第二鎖存單元的輸入端之間；分壓單元，用以將參考電壓加給所述的每個(gè)比較器；和編碼器，用以接收來自各比較器的輸出，并輸出編碼的數(shù)字信號。
全文摘要
帶有三態(tài)反相器的比較器,用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器,所述三態(tài)反相器位于數(shù)據(jù)寄存單元的輸入端一側(cè),其中省去數(shù)據(jù)寄存單元輸入端一側(cè)所需的開關(guān),能夠減少比較器中所用的元件數(shù)目,并可通過在比較器輸出穩(wěn)定之后將三態(tài)反相器作為普通反相器工作,而明顯地減小流過三態(tài)反相器的電流。
文檔編號H03K5/08GK1388647SQ0212035
公開日2003年1月1日 申請日期2002年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者仁井康夫 申請人:日本電氣株式會社