專利名稱：比較器的偏置補(bǔ)償裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及比較器的偏置補(bǔ)償裝置的改良。
背景技術(shù)：
在比較器中，當(dāng)構(gòu)成晶體管中存在制造偏差時，由于該制造偏差，比較器的閾值與參考電壓會產(chǎn)生差異。因此，為了在使用比較器的AD變換等中進(jìn)行高精度的變換，需要進(jìn)行閾值的補(bǔ)償。以往，在閾值補(bǔ)償時，首先需要測定比較器中發(fā)生了何種程度的偏置。在偏置的測定方法中，例如專利文獻(xiàn)I、專利文獻(xiàn)2中記載那樣，使比較器的一個輸入端子中輸入的參考電壓的值固定，使另一個輸入端子中輸入的輸入電壓從低于所述參考電壓的電壓變化至高于所述參考電壓的電壓，求出在輸出從“0”變化至“I”的時間點的輸入電壓與參考電壓之差，并且，相反地使輸入電壓從高于所述參考電壓的電壓變化至低于所述參考電壓的電壓，求出在輸出從“I”變化至“0”的時間點的輸入電壓與參考電壓之差，將該求出的所述2個差的平均值作為偏置量，根據(jù)該求出的偏置量變更比較器的內(nèi)部電位等，以補(bǔ)償比較器的閾值?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I :美國專利第6822501號說明書專利文獻(xiàn)2 :日本特開2002-319863號公報

發(fā)明內(nèi)容
-發(fā)明要解決的技術(shù)課題-但是，在所述現(xiàn)有的偏置補(bǔ)償裝置中，如果在要輸入的電壓與實際輸入的電壓之間沒有差異，則能夠正常地測定偏置量，但是由于噪聲的影響等，在要輸入的電壓與實際輸入的電壓之間產(chǎn)生差異的情況下，存在弄錯了偏置量的缺陷。本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的，其目的在于在比較器的閾值的偏置補(bǔ)償時除去噪聲的影響而正確地測定并補(bǔ)償偏置電壓。 用于解決技術(shù)課題的技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的比較器偏置補(bǔ)償裝置具備比較器，其將輸入到第I輸入端子中的輸入信號與輸入到第2輸入端子中的參考電壓進(jìn)行比較；開路開關(guān)，其使所述輸入信號至所述比較器的第I輸入端子的路徑處于開路；短路開關(guān)，其使所述比較器的所述第I輸入端子的電壓與所述第2輸入端子的電壓相等；控制器，其在使所述開路開關(guān)斷開且使所述短路開關(guān)閉合的狀態(tài)下進(jìn)行多次所述比較器的比較動作；和濾波器，其輸出對所述比較器的多次比較結(jié)果進(jìn)行平滑化而得到的頻度信號，所述控制器基于所述濾波器的頻度信號生成所述比較器的閾值控制信號，由該閾值控制信號控制所述比較器的閾值并且按照該控制而得到的閾值使所述比較器進(jìn)行多次比較動作。
本發(fā)明在所述比較器偏置補(bǔ)償裝置中，所述濾波器計算高電平或者低電平的次數(shù)相對于所述比較器中的所有比較次數(shù)的比例，將其作為所述頻度信號。本發(fā)明在所述比較器偏置補(bǔ)償裝置中，所述控制部在所述頻度信號超過50 %或者低于50%的情況下，按照該頻度信號接近于50%的方式來控制對所述比較器提供的閾值控制信號。本發(fā)明在所述比較器偏置補(bǔ)償裝置中，所述控制部在所述頻度信號超過50 %或者低于50%的情況下，按照該頻度信號接近于50%的方式來控制對所述比較器提供的閾值控制信號。本發(fā)明在所述比較器偏置補(bǔ)償裝置中，所述控制部在所述比較器的閾值的變化等級存在多個等級時，在其全部的等級中依次將閾值控制信號輸出至所述比較器，并獲得來自所述濾波器的在所述各等級下的頻度信號，決定與其中最接近于50%的頻度信號對應(yīng)的閾值控制信號。 本發(fā)明在所述比較器偏置補(bǔ)償裝置中，所述控制部在所述比較器的閾值的變化等級存在多個等級時，在其全部的等級中依次將閾值控制信號輸出至所述比較器，并獲得來自所述濾波器的在所述各等級下的頻度信號，決定與其中最接近于50%的頻度信號對應(yīng)的閾值控制信號。本發(fā)明的快速AD變換器具備多個所述比較器偏置補(bǔ)償裝置。本發(fā)明在所述快速AD變換器中，所述多個比較器的偏置補(bǔ)償裝置共用一個控制器。本發(fā)明的△ E AD變換器具備加法器，其接收模擬信號；積分器，其對所述加法器的輸出進(jìn)行積分；量化器，其對所述積分器的輸出進(jìn)行量化，作為數(shù)字信號進(jìn)行輸出；和DA變換器，其對來自所述量化器的數(shù)字信號進(jìn)行DA變換，將其DA變換后的模擬信號反饋至所述加法器，所述量化器由所述比較器偏置補(bǔ)償裝置構(gòu)成。如以上，在本發(fā)明中并不是通過比較器的一次比較結(jié)果來進(jìn)行判斷，而是進(jìn)行多次比較器的比較動作，基于對該多次比較結(jié)果進(jìn)行平滑化而得到的頻度信號來補(bǔ)償所述比較器的閾值，故能夠降低噪聲的影響，從而能夠抑制因噪聲引起的偏置量的錯誤判斷。-發(fā)明的效果-如以上所說明，根據(jù)本發(fā)明的比較器的偏置補(bǔ)償裝置，使比較器進(jìn)行多次的比較動作，基于對其多次比較結(jié)果進(jìn)行平滑化而得到的頻度信號來補(bǔ)償所述比較器的閾值，故能夠降低噪聲的影響，從而能夠抑制因噪聲引起的偏置量的誤判斷。


圖I是本發(fā)明的實施方式I涉及的比較器的偏置補(bǔ)償裝置的模塊結(jié)構(gòu)圖。圖2是表示該比較器的偏置補(bǔ)償裝置中具備的比較器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的框圖。圖3是表示本發(fā)明的實施方式2涉及的快速AD變換器的整體結(jié)構(gòu)的圖。圖4是表示本發(fā)明的實施方式3涉及的A E AD變換器的整體結(jié)構(gòu)的框圖。
具體實施例方式以下，基于

本發(fā)明的實施方式。
(實施方式I)圖I表示本發(fā)明的實施方式I的比較器的偏置補(bǔ)償裝置的整體結(jié)構(gòu)。在該圖中，201是比較器，110是輸入信號，101是參考電壓，105是比較器輸入，205是在所述輸入信號110到達(dá)比較器輸入105的路徑上配置的開路開關(guān)，204是使所述比較器201的正極性的+輸入端子(第I輸入端子)與負(fù)極性的-輸入端子(第2輸入端子)短路的短路開關(guān)，102是所述比較器201中的輸入信號110與參考電壓101的比較結(jié)果，202是接收所述比較結(jié)果102的濾波器，103是從所述濾波器202輸出的高電平頻度信號，203是對所述比較器201的閾值電壓進(jìn)行補(bǔ)償控制的控制部，104是從該控制部203輸出至比較器201的閾值控制信號。所述控制部203在進(jìn)行比較器201的偏置補(bǔ)償時，使開路開關(guān)205處于開路，從而切斷從輸入信號110至比較器輸入105的正極性的+輸入端子的路徑，并且使短路開關(guān)204處于短路，從而使比較器201的正極性的+輸入端子與負(fù)極性的-輸入端子短路。由此，對正極性的+輸入端子和負(fù)極性的-輸入端子的雙方提供相同的參考電壓101。在該狀態(tài)下， 控制部203將閾值控制信號104輸出至比較器201。比較器201比較由所述閾值控制信號104設(shè)定的閾值偏置和因構(gòu)成晶體管等的元件制造偏差而產(chǎn)生的偏置，在負(fù)極性的-輸入端子的電壓較高的情況下作為比較結(jié)果102輸出低電平，在負(fù)極性的-輸入端子的電壓較低的情況下作為比較結(jié)果102輸出高電平。所述控制部203在輸出同一值的閾值控制信號104的狀態(tài)下，使比較器201進(jìn)行預(yù)先確定的多次比較動作。此外，所述濾波器202輸出對來自所述比較器201的多次比較結(jié)果102進(jìn)行平滑化之后的頻度信號，例如輸出對比較器201在多次比較結(jié)果之中輸出高電平的頻度進(jìn)行運算而得到的高電平頻度信號103。該運算方法中最為簡單的方法是對多次比較結(jié)果102進(jìn)行平均化。所述高電平頻度信號103也可以設(shè)定為低電平頻度信號。進(jìn)而，所述控制部203基于來自所述濾波器202的高電平頻度信號103，將控制比較器201的閾值偏置的閾值控制信號104輸出至比較器201，來補(bǔ)償比較器201的閾值。說明2個該閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例。<第I閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例>第I閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例如下所示。當(dāng)考慮閾值控制信號104將比較器201的閾值控制為例如4個等級時，最初將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定作為等級“1”，由此濾波器202的高電平頻度信號(輸出高電平的頻度)為0%，接下來將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定作為等級“2”，由此高電平頻度信號為20%，之后將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定作為等級“3”，由此高電平頻度信號為60%，最后將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定作為等級“4”，由此高電平頻度信號為100%的情況下，將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定決定為等級“3”。這樣，依次按照全部等級進(jìn)行閾值控制信號104的閾值偏置的設(shè)定，然后將高電平頻度信號103最接近于50%的閾值偏置設(shè)定的等級決定為閾值控制信號104?！吹?閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例>第2閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例如下所示。該具體例是將閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定為規(guī)定的等級并基于在該狀態(tài)下從濾波器202得到的高電平頻度信號來決定下一個的閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定的等級的方法。在該方法中，例如在高電平頻度信號103超過50%的情況下，降低下一個閾值控制信號104的閾值偏置。另一方面，在高電平頻度信號103低于50%的情況下，則提高下一個的閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定的等級。并且，在前一次的閾值偏置設(shè)定的等級與下一次的閾值偏置設(shè)定的等級是彼此相鄰的等級、且通過前一次的閾值偏置設(shè)定從而高電平頻度信號103高于50%而通過下一次的閾值偏置設(shè)定從而高電平頻度信號103低于50%的情況下，或者通過前一次的閾值偏置設(shè)定從而高電平頻度信號103高于50%而通過下一次的閾值偏置設(shè)定從而高電平頻度信號103低于50%的情況下，將其前次和本次的高電平頻度信號103更接近50% —方的閾值偏置的等級決定為閾值控制信號104。例如，在閾值控制信號104的閾值偏置設(shè)定為16等級(“I” “16”)的情況下，在初始偏置設(shè)定為等級“8”且高電平頻度信號為80%時，將閾值偏置設(shè)定降低至等級“4”，當(dāng)高電平頻度信號為30%時，接下來將閾值偏置設(shè)定提高至等級“6”，當(dāng)高電平頻度信號為55%時，將閾值偏置設(shè)定降低至等級“5”，當(dāng)高電平頻度信號為40%時，將閾值偏置設(shè)定決定為“6”。接下來，說明比較器201中的閾值的具體的補(bǔ)償。圖2表示帶有前置放大器的差動比較器電路的一例。在該圖中，vinp是正極性的+輸入信號，Vinm是負(fù)極性的-輸入信號，vrefp是正極性的參考電壓，vrefm是負(fù)極性的參考電壓，NI N14是節(jié)點，Trnl Trnll是Nch晶體管，Trpl Trp9是Pch晶體管，Rl R2是電阻。 此外，在圖2中，輸入部401由輸入差動的參考電壓Vrefp、Vrefm和差動的輸入信號Vinp、Vinm的晶體管Trnl Trn4構(gòu)成。再有，包括所述輸入部401的前置放大器402對所述輸入信號和參考電壓的電壓差進(jìn)行放大之后輸出至比較部403。所述比較部403比較作為所述前置放大器402的輸出的節(jié)點N6和節(jié)點N7的兩電壓，在節(jié)點N6的電壓較高的情況下，使輸出節(jié)點N14處于低電平，使輸出節(jié)點NI3處于高電平，相反在節(jié)點N7的電壓較高的情況下，使輸出節(jié)點13處于低電平，使輸出節(jié)點N14處于高電平。在上述圖2的帶有前置放大器的差動比較器電路中對于閾值偏置的賦予方法有各種方法。例如，存在變更比較器的輸入部401的4個晶體管Trnl Trn4的至少I個的縱橫比(aspect ratio)的結(jié)構(gòu)、變更輸入晶體管Trnl Trn4的至少I個的基板電壓的結(jié)構(gòu)、變更晶體管Trpl Trp2的至少I個的縱橫比的結(jié)構(gòu)、變更電阻R1、R2的至少I個的電阻值的結(jié)構(gòu)、從節(jié)點N4 N7的至少I個節(jié)點中減去電流的結(jié)構(gòu)、對節(jié)點Nll N14的至少I個節(jié)點附加負(fù)載電容的結(jié)構(gòu)等。如以上說明，使用濾波器202對比較器201的多次比較結(jié)果102進(jìn)行平均化，由此能夠抑制因噪聲引起的閾值偏置量的誤判斷。(實施方式2)圖3表示本發(fā)明的第2實施方式，是適用于快速AD變換器的例子。在圖3中省略與圖I相同結(jié)構(gòu)的說明。在該圖中，2010是比較器陣列，2023是偏置補(bǔ)償器，201. I 201. 7是比較器，202. I 202. 7是濾波器，203. I 203. 7是控制部，204. I 204. 7是短路開關(guān)，205. I 205. 7是開路開關(guān)，206. I 206. 8是電阻，111是高基準(zhǔn)電位，112是低基準(zhǔn)電位，104. I 104. 7是從偏置補(bǔ)償器2023輸出的閾值控制信號。該圖中不出的快速AD變換器相對于輸出的數(shù)字信號的位數(shù)n而言需要(2n_l)個比較器。因此，在位數(shù)較多的情況下比較器的個數(shù)也變多，想要單獨地測定并補(bǔ)償比較器的閾值偏置，則存在補(bǔ)償時間變長的問題。為此，在本實施方式中，使用上述實施方式I中所說明的比較器的偏置補(bǔ)償裝置。
也就是說，使開路開關(guān)205. I 205. 7處于開路，并且通過短路開關(guān)204. I 204. 7使正極性的+輸入端子與負(fù)極性的-輸入端子連接，如果向各比較器201. I 201. 7的2個輸入端子都輸入由所述電阻206. I 206. 8設(shè)定的對應(yīng)的參考電壓，則根據(jù)各比較器201. I 201. 7的多次比較結(jié)果，能夠單獨地控制比較器201. I 201. 7的閾值偏置。因此，對于所有的比較器201. I 201. 7，能夠同時獨立地補(bǔ)償閾值偏置。由此，即便比較器個數(shù)較多，偏置補(bǔ)償期間也與比較器為一個的情況相同。此外，在由控制部203 進(jìn)行的比較器201. I 201. 7的偏置補(bǔ)償通過上述的〈第I閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例 > 來執(zhí)行的情況下，由于按照全部等級來設(shè)定閾值控制信號104的閾值偏置的過程能夠按照相同的等級設(shè)定來變更快速AD變換器內(nèi)的所有比較器201. I 201. 7的閾值偏置設(shè)定而進(jìn)行，因此與一個比較器需要一個控制部203的結(jié)構(gòu)相比，也就是與整體具備與比較器個數(shù)相等的控制部203的情況相比，能夠?qū)⒖刂撇?03. I 203. 7歸結(jié)為一個進(jìn)行共用，因此形成非常小的電路結(jié)構(gòu)。另一方面，在偏置補(bǔ)償通過上述的〈第2閾值補(bǔ)償?shù)木唧w例 > 來執(zhí)行的情況下，在各比較器中的下一個閾值偏置設(shè)定的等級彼此不同的關(guān)系上，盡管一個比較器必定配備一個控制部203，但是在閾值偏置設(shè)定的等級較多時，由于能夠在具備的多個比較器之間并行地進(jìn)行等級設(shè)定，因此存在能夠縮短補(bǔ)償期間的優(yōu)點。此外，由于濾波器202. I 202. 7及控制部203. I 203. 7能夠由數(shù)字電路實現(xiàn)，因此能夠全部歸結(jié)為偏置補(bǔ)償器2023來進(jìn)行配置，從而不會產(chǎn)生空間浪費，能夠簡單地進(jìn)行布局。(實施方式3)圖4表示本發(fā)明的第3實施方式,是適用于A E (Delta-Sigma)AD變換器的例子。該圖表示A E AD變換器的模塊結(jié)構(gòu)，300是輸入的模擬信號，301是AD變換后的輸出數(shù)字信號，311是積分器，312是量化器，313是DA變換器，314是運算器(加法器)。所述運算器314對輸入模擬信號和來自DA變換器313的反饋信號進(jìn)行相加，所述積分器311對所述運算器314的相加輸出進(jìn)行積分。此外，量子化器312對所述積分器311的輸出進(jìn)行量化，從輸出數(shù)字信號301。DA變換器313對所述輸出數(shù)字信號301進(jìn)行DA變換，將其變換后的模擬信號作為反饋信號反饋至所述運算器314。在此，所述量化器312由上述實施方式I中說明的比較器的偏置補(bǔ)償裝置或者上述實施方式2中說明的快速AD變換器構(gòu)成。當(dāng)圖4的A E AD變換器內(nèi)的量化器312的閾值電壓與設(shè)計值存在差異時，產(chǎn)生失真成分，從而噪聲變大，SNDR(信號對噪聲+失真比)惡化，因此，在謀求高SNDR的情況下，所容許的閾值電壓的偏差范圍非常窄。為此，通過使用所述實施方式I或者實施方式2的比較器的偏置補(bǔ)償裝置或者快速AD變換器，由此能夠正確地補(bǔ)償比較器的閾值偏置，從而不會產(chǎn)生失真成分，能夠?qū)崿F(xiàn)高SNDR。-工業(yè)上可用性-如以上所說明，本發(fā)明在比較器的閾值的偏置補(bǔ)償中能夠降低噪聲的影響，從而能夠抑制因噪聲引起的閾值偏置量的誤判斷，因此可適當(dāng)?shù)赜糜诳焖貯D變換器、A E變換器。-符號說明-201、201. I 201. 7 比較器
202、202. I 202. 7 濾波器203,203. I 203. 7 控制部204、204. I 204. 7 短路開關(guān)205、205. I 205. 7 開路開關(guān)206. I 206. 7 電阻2010比較器陣列2023偏置補(bǔ)償器311積分器
·
312量化器313DA 變換器314運算器401輸入部402前置放大器403比較部Trnl Trnll Nch 晶體管Trpl Trp9Pch 晶體管NI N4節(jié)點R1、R2電阻
權(quán)利要求
1.一種比較器偏置補(bǔ)償裝置，具備 比較器，其將輸入到第I輸入端子的輸入信號與輸入到第2輸入端子的參考電壓進(jìn)行比較； 開路開關(guān)，其使所述輸入信號至所述比較器的第I輸入端子的路徑處于開路； 短路開關(guān)，其使所述比較器的所述第I輸入端子的電壓與所述第2輸入端子的電壓相等; 控制器，其在使所述開路開關(guān)斷開且使所述短路開關(guān)閉合的狀態(tài)下進(jìn)行多次所述比較器的比較動作；和 濾波器，其輸出對所述比較器的多次比較結(jié)果進(jìn)行平滑化而得到的頻度信號， 所述控制器基于所述濾波器的頻度信號生成所述比較器的閾值控制信號，由該閾值控制信號控制所述比較器的閾值并且按照該控制而得到的閾值使所述比較器進(jìn)行多次比較動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置，其中， 所述濾波器計算高電平或者低電平的次數(shù)相對于所述比較器中的所有比較次數(shù)的比例，將該比例作為所述頻度信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置，其中， 所述控制部在所述頻度信號超過50%或者低于50%的情況下，按照該頻度信號接近于50%的方式來控制對所述比較器提供的閾值控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置，其中， 所述控制部在所述頻度信號超過50%或者低于50%的情況下，按照該頻度信號接近于50%的方式來控制對所述比較器提供的閾值控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置，其中， 所述控制部，在所述比較器的閾值的變化等級存在多個等級時，在其全部的等級中依次將閾值控制信號輸出至所述比較器，并獲得來自所述濾波器的在所述各等級下的頻度信號，決定與其中最接近于50%的頻度信號對應(yīng)的閾值控制信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置，其中， 所述控制部，在所述比較器的閾值的變化等級存在多個等級時，在其全部的等級中依次將閾值控制信號輸出至所述比較器，并獲得來自所述濾波器的在所述各等級下的頻度信號，決定與其中最接近于50%的頻度信號對應(yīng)的閾值控制信號。
7.一種快速AD變換器，其具備多個權(quán)利要求I至6任一項所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速AD變換器，其中， 所述多個比較器偏置補(bǔ)償裝置共用一個控制器。
9.一種A E AD變換器，其具備 加法器，其接收模擬信號； 積分器，其對所述加法器的輸出進(jìn)行積分； 量化器，其對所述積分器的輸出進(jìn)行量化，作為數(shù)字信號進(jìn)行輸出；和DA變換器，其對來自所述量化器的數(shù)字信號進(jìn)行DA變換，將其DA變換后的模擬信號反饋至所述加法器，所述量化器由權(quán)利要求I至6任一項所述的比較器偏置補(bǔ)償裝置構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明提供一種比較器的偏置補(bǔ)償裝置，在比較器(201)的偏置補(bǔ)償時，使開路開關(guān)(205)斷開，使短路開關(guān)(204)閉合。在該狀態(tài)下，控制部(203)使比較器(201)反復(fù)進(jìn)行多次對2個輸入端子中輸入的同一值的參考電壓(101)彼此之間進(jìn)行比較的動作。濾波器(202)輸出對所述多次的比較結(jié)果進(jìn)行平滑化之后的頻度信號。所述控制部(203)基于來自所述濾波器(202)的頻度信號，按照比較器(201)中的多次比較結(jié)果的高電平與低電平的比例為50％的方式，將閾值控制信號輸出至比較器(201)。因此，即便由于噪聲的影響等，想要輸入的電壓與實際輸入的電壓之間存在差異的情況下，也可正常地補(bǔ)償閾值偏置量。
文檔編號H03K5/08GK102792593SQ20108006541
公開日2012年11月21日 申請日期2010年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月16日
發(fā)明者松川和生, 高山雅夫 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社