專利名稱：電流比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及集成電路設(shè)計領(lǐng)域，具體的講是涉及一種電流比較器。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)集成電路設(shè)計中，傳輸信息通常是利用各節(jié)點上的電平數(shù)據(jù)，其優(yōu)點是直觀方便，適用于集成電路的設(shè)計和信號處理；隨著近年來對電路工作功耗和速度要求的不斷提高，利用電流傳輸信號來進行電路設(shè)計的思路引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛興趣。眾所周知，電壓比較器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于電路設(shè)計中，而在混合電路系統(tǒng)中，不僅要求電壓信號進行比較，電流信號也要進行比較，因此要用到電流比較器?，F(xiàn)有結(jié)構(gòu)的電流比較器包括電流輸入級電路，將第一輸入端的第一電流信號轉(zhuǎn)換為第一電壓信號，將第二輸入端的第二電流信號轉(zhuǎn)換為第二電壓信號；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號或者第二電壓信號作為參考電壓信號與另一個電壓信號進行比較，之后將結(jié)果信號輸出。此種結(jié)構(gòu)的電流比較器，其比較原理是將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后，再進行比較。其缺點在于電流輸入級電路第一電流信號和第二電流信號進行比較前，要將第一電流信號和第二電流信號的電流值必須保持穩(wěn)定，否則第一電流信號和第二電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換為第一電壓信號和第二電信信號的電壓值也會不穩(wěn)定，則經(jīng)電壓比較器比較的結(jié)果就會不準確，則電流比較器輸出的結(jié)果信號就會不準確。如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)的電流比較器電壓變化關(guān)系示意圖，沒有復(fù)位電路時，第二電壓信號Vbi所處是小信號低阻抗節(jié)點B，電壓值的建立時間較快；第一電壓信號Vai為小信號高阻抗節(jié)點A，電壓值的建立時間較慢；比較點 Cl的電壓值在建立過程中Vai點電平與Vbi相等的時刻。Cl點的時刻難以預(yù)計；若比較判決在Cl點前就輸出，即電路輸出了錯誤結(jié)果。現(xiàn)有結(jié)構(gòu)電流比較器，在電流比較器的輸入端沒有做復(fù)位處理，使第一電流信號和第二電流信號何時才能保持穩(wěn)定的電流值，難以預(yù)估。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，克服以上不足，提供了一種可快速使電流比較器輸入端的電流值保持穩(wěn)定的電流比較器。為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)方案是一種電流比較器，包括電流輸入級電路，將第一輸入端的第一電流信號轉(zhuǎn)換為第一電壓信號，將第二輸入端的第二電流信號轉(zhuǎn)換為第二電壓信號；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號和第二電壓信號進行比較，其中，第一電壓信號和第二電壓信號可互為參考電壓信號；復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路。進一步的，所述復(fù)位電路，包括第五三極管，所述第五三極管源漏兩端分別與電路輸入級電路的第二輸入端和第一輸入端電連接，所述第五三極管的柵極電連接有延時模塊。進一步的，所述第五三極管為MOS管。[0011]進一步的，所述第五三極管為CMOS管。進一步的，所述電流輸入級電路的第一輸入端的第一電流信號為待比較電流信號，第二輸入端的第二電流信號為參考電流信號。進一步的，所述電流輸入級電路的第一輸入端第一電流信號為參考電流信號，第二輸入端的第二電流信號為待比較電流信號。進一步的，所述電流輸入級電路為電流鏡電路。進一步的，所述電流鏡電路為威爾森電流鏡電路。進一步的，所述電流鏡電路為增益自舉電流鏡電路。進一步的，所述電流鏡電路包括共柵極連接第一三極管和第二三極管，以及共柵極連接的第三三極管和第四三極管；所述第三三極管和第四三極管的源極共地，所述第三三極管的漏極與第一三極管的源極電連接，所述第四三極管的漏極與第二三極管的源極電連接，所述第一三極管的漏極為電流輸入級電路的第一輸入端，所述第二三極管的漏極為電流輸入級電路的第二輸入端。進一步的，所述電壓比較電路由高速電壓比較器和鎖存器構(gòu)成；所述電壓比較器將第一電壓信號與第二電壓信號進行比較、經(jīng)過鎖存器鎖存后將結(jié)果信號輸出；所述鎖存器的輸出端還為復(fù)位電路提供時鐘觸發(fā)信號。進一步的，所述電壓比較電路采用帶有鎖存功能的動態(tài)電壓比較器。進一步的，所述所有三極管為MOS管。進一步的，所述所有三極管CMOS管。本實用新型的有益效果是本實用新型電流比較器，是在現(xiàn)有電流比較器結(jié)構(gòu)的增加了復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路輸入端的電流值，或者說用于復(fù)位電流比較器輸入端的電流信號?，F(xiàn)有技術(shù)中電流比較器，輸入端的電流信號何時才能保持穩(wěn)定的電流值，難以預(yù)估。本實用新型，在電流輸入級電路的前端加入復(fù)位電路后，復(fù)位信號將電流輸入級電路的第一輸入端和第二輸入端短接后，可使電流輸入級第一輸入端和第二輸入端的下一個電流值就會快速的穩(wěn)定下來，則電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號和第二電壓信號就會保持穩(wěn)定，則電壓比較器比較后的結(jié)果信號就會準確。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)電流比較器的電壓關(guān)系示意圖；圖2本實用新型電流比較器的方框圖；圖3是本實用新型電流比較器在復(fù)位過程的方框圖；圖4是本實用新型電流比較器在比較過程的方框圖；圖5是本實用新型電流比較器的電路原理圖；圖6是本實用新型電流比較器的電壓關(guān)系示意圖?，F(xiàn)有技術(shù)圖示VA1、第一電壓信號，Vbi、第二電壓信號，Cl、比較點。本發(fā)明圖示A、第一輸入端，B、第二輸入端，C、比較點，Ia、第一電流信號，Ib、第二電流信號，Va、第一電壓信號，Vb、第二電壓信號，Ml、第一三極管，M2、第二三極管，M3、第三三極管，M4、第四三極管，M5、第五三極管，Al、電壓比較器，A2、鎖存器，CK、時鐘觸發(fā)信號， DLYl、延時模塊。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述如圖2-5所示，本實用新型電流比較器，包括電流輸入級電路，將第一輸入端A的第一電流信號Ia轉(zhuǎn)換為第一電壓信號VA，將第二輸入端B的第二電流信號L轉(zhuǎn)換為第二電壓信號Vb ；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號VjP第二電壓信號Vb 進行比較，其中，第一電壓信號Va和第二電壓信號Vb可互為參考電壓信號；復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路。電流輸入級電路的第一輸入端A的第一電流信號Ia為或者參考電流信號，相應(yīng)的第二輸入端B的第二電流信號L為參考電流信號或者待比較電流信號。所述電流輸入級電路為電流鏡電路。電流鏡電路可以為威爾森電流鏡電路，可以是共源共柵電流鏡電路，也可以為增益自舉電流鏡電路，還可以由基礎(chǔ)元件連接構(gòu)成。本實用新型電流比較器，是在現(xiàn)有電流比較器結(jié)構(gòu)上增加了復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路輸入端的電流值，或者說用于復(fù)位電流比較器輸入端的電流信號?，F(xiàn)有技術(shù)中電流比較器，輸入端的電流信號何時才能保持穩(wěn)定的電流值，不可預(yù)估，第一輸入端和第二輸入端的電流值的保持穩(wěn)定的共模建立時間也不可預(yù)估。本實用新型，在電流輸入級電路的前端加入復(fù)位電路后，復(fù)位信號將電流輸入級電路的第一輸入端A和第二輸入端 B短接后，可使電流輸入級第一輸入端A和第二輸入端B的下一個電流值保持穩(wěn)定，則電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號\和第二電壓信號Vb就會保持穩(wěn)定，則電壓比較器比較后的結(jié)果信號就會準確。實施例1 如圖5所示，本實施例1電流比較器，包括電流輸入級電路，將第一輸入端A的第一電流信號Ia轉(zhuǎn)換為第一電壓信號VA，將第二輸入端B的第二電流信號L轉(zhuǎn)換為第二電壓信號Vb ；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號Va或者第二電壓信號Vb 作為參考電壓信號與另一個電壓信號進行比較；復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路。電流輸入級電路，包括共柵極連接第一三極管Ml和第二三極管M2，以及共柵極連接的第三三極管M3和第四三極管M4 ；所述第三三極管M3和第四三極管M4的源極共地，所述第三三極管M3的漏極與第一三極管Ml的源極電連接，所述第四三極管M4的漏極與第二三極管M2的源極電連接，所述第一三極管Ml的漏極為電流輸入級電路的第一輸入端A， 所述第二三極管M2的漏極為電流輸入級電路的第二輸入端B。電流輸入級電路由第一三極管Ml、第二三極管M2、第三三極管M3、第四三極管M4 構(gòu)成的兩級NMOS共源共柵電流鏡實現(xiàn)，偏置電壓由Vb cas給入；第三三極管M3和第四三極管M4需要良好的匹配以減少待比較兩支路的失調(diào)，具體方法可以加大晶體管的尺寸，增加過驅(qū)動電壓及共質(zhì)心版圖技術(shù)等。電流輸入級電路的第一電流信號Ia和第二電流信號L轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的第一電壓信號Va和第二電壓信號Vb的原理是若Ia = Ib，且電流輸入級的電流鏡良好匹配，則正常工作情況下，電流輸入級電路的MOS管將處于飽和狀態(tài)；由MOS管飽和區(qū)電流公式，I = 0. 5uCox (VGS-Vth)2可知，復(fù)位階段第三三極管M3和第四三極管M4流入電流相等，即Va = Vb = (2XIB/uCox)1/2+Vth ；而在比較階段，第三三極管M3的柵壓通過第四三極管M4偏置，且亦可由MOS管飽和區(qū)電流公式得到Va = VB。電壓比較電路，由高速電壓比較器Al和鎖存器A2構(gòu)成；所述電壓比較器Al將第一電壓信號\與第二電壓信號Vb進行比較、經(jīng)過鎖存器A2鎖存后將結(jié)果信號OUT輸出；所述鎖存器A2包括時鐘觸發(fā)信號CK。電壓比較電路，還可以采用輸出端帶有鎖存功能的動態(tài)電壓比較器。復(fù)位電路，包括第五三極管M5，第五三極管M5的源漏兩端分別與電路輸入級電路的第二輸入端B和第一輸入端A電連接，第五三極管M5的柵極電連接有延時模塊DLY1。延時模塊DLYl的輸入端連接電壓比較電路的鎖存器A2的時鐘觸發(fā)信號CK。第五三極管M5 為NMOS開關(guān)管，為實現(xiàn)較快的速度，第五三極管M5取最小溝道長度，而為實現(xiàn)較小的開啟電阻，第五三極管M5需要取相對較大的溝道寬度；而復(fù)位開關(guān)的時鐘，由電壓比較器Al的時鐘觸發(fā)信號CK通過延時模塊DLYl給出。復(fù)位信號，可以是高電平復(fù)位，也可以是低電平復(fù)位。第五三極管M5為復(fù)位開關(guān)，可由PM0S，匪OS或CMOS三極管構(gòu)成。當?shù)谖迦龢O管M5閉合時，電流比較器進入復(fù)位清零狀態(tài)，此時，電流輸入級的輸入端通過第五三極管M5連接一起，此時，電流輸入級電路的兩端的小信號輸入電阻均為1/ g 3量級，等效時間常數(shù)較第五三極管M5斷開時大大減少，如此使待測電流快速建立；當?shù)谖迦龢O管M5斷開時，電流比較器進入比較階段，此時，第一輸入端A輸入電阻仍為1/ 量級，而第二輸入端B小信號輸入電阻則成gM1XroM1XroM3量級，約為1/ 量級的1000倍， 即將待比較電流L和Ia間的差值放大約1000倍，從而大大減弱了對后續(xù)電壓比較器分辨率的要求。復(fù)位電路，將電流比較器分為兩個階段，即復(fù)位階段和比較階段；在一定程度上， 從設(shè)計上劃分了階段性的電路工作任務(wù)，使對時間的預(yù)估相對容易，提高了此電路在更大系統(tǒng)中應(yīng)用時的魯棒性。復(fù)位階段，通過短接第一輸入端A和第二輸入端B，對第一輸入端A進行了阻抗變化，使第一輸入端A在復(fù)位階段的小信號阻抗遠遠小于比較階段，減少了復(fù)位階段第一輸入端A的小信號時間常數(shù)，縮短了共模建立時間；比較階段，斷開第一輸入端A和第二輸入端B，第一輸入端A變?yōu)楦咦锠顟B(tài)，通過復(fù)位電路的切換，不會影響比較階段第一輸入端A對差異電流信號的放大。復(fù)位電路的引入， 增加了比較判決的有效性；不加復(fù)位電路，在電路建立時可能會出現(xiàn)比較器兩端電平差來回切換的狀態(tài)，即建立階段中，有時第一輸入端A轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號Va比第二輸入端B 轉(zhuǎn)換后的第二電壓信號Vb大，有時第一輸入端A轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號Va比第二輸入端B 轉(zhuǎn)換后的第二電壓信號Vb小。若比較器此時亦在工作，就會使比較器在此類無效比較中為系統(tǒng)帶來誤差。時間上而言，若正確值為1，但由于建立階段信號的不穩(wěn)定，使前次無效工作輸出為0，電路需要重新判定，而比較器工作切換需要時間，無疑增加了有效比較判定的時間；判決有效性而言，即建立階段引入的無效工作輸出的錯誤信號誤被當作有效信號輸出； 而加入復(fù)位電路，復(fù)位階段建立了共模信號，比較階段比較器A點信號就會根據(jù)電流差異， 基于共模朝一個方向變化，大大減少了無效輸出和無效的比較器工作；潛在地，提高了速度和判決有效性。引入此開關(guān)的主要目的在于，復(fù)位階段電路共模狀態(tài)的建立，以及比較階段的精準比較。在下一個比較階段開始前，通過開關(guān)的閉合，讓Va = VB。在Ib與Ia不相等的情況下，通過對第三三極管M3和第四三極管M4的并聯(lián)，即第三三極管M3和第四三極管M4處于柵漏互聯(lián)的二極管連接狀態(tài)，使電路可通過此開關(guān)在復(fù)位階段使待比較信號處于一個共模的電平信號。此時，Ib' = IaMb' +1/ = IB+IA。而電壓比較器此時為鎖存狀態(tài)，輸出為上次比較的結(jié)果。而在開關(guān)第五三極管M5斷開時，電流輸入級電路處于電流鏡工作模式，電路基于復(fù)位階段的共模電平進行小信號處理。正常工作下的電流鏡滿足^，= IB, I/ = L’，而由KCL，需要有^，= IB, I/ = IA;故第一輸入端A的狀態(tài)會體現(xiàn)出。和14的競爭。此時，第二輸入端B小信號輸入電阻仍為l/gM3量級，而第一輸入端A小信號輸入電阻則成a^Xi^Xro^量級，約為1/ 量級的1000倍，即將待比較電流L和Ia間的差值放大約1000倍，從而大大減弱了對后續(xù)電壓比較器分辨率的要求。而后續(xù)的電壓比較器處于比較狀態(tài)，其輸出為無效信號，不應(yīng)被后續(xù)電路采入。本實用新型電流比較器的信號比較原理是當電流Ia > Ib時，輸出邏輯為1，即輸出為正電源電平；當Ia < Ib時，輸出邏輯為0，即輸出為負電源電平；此外，Ib和Ia均可作為參考電流信號使用，高速情況下，推薦使用L作為參考電流信號。以上所有三極管為MOS管或者CMOS管或者PMOS管或者NMOS管。如圖6所示，本實用新型電流比較器的電壓變化關(guān)系如下第一電壓信號Va和第二電壓信號Vb ；在比較點C之前，復(fù)位開關(guān)閉合，Va和Vb為同步變化，此時A和B點為小信號低阻抗節(jié)點，電壓值的建立時間較快、電壓值比較穩(wěn)定；在C點之后，復(fù)位開關(guān)斷開，Va和 Vb在C點后各自變化，則在C點之后的比較判決輸出就會比較準確。不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中判斷輸出結(jié)果判斷錯誤的狀態(tài)。C點的時刻通過復(fù)位電路就能得知，不會出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中比較點時刻難以預(yù)估的狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種電流比較器，其特征在于包括電流輸入級電路，將第一輸入端(A)的第一電流信號(Ia)轉(zhuǎn)換為第一電壓信號(Va)， 將第二輸入端⑶的第二電流信號(Ib)轉(zhuǎn)換為第二電壓信號(Vb)；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號(Va)和第二電壓信號(Vb)進行比較，其中，第一電壓信號(Va)和第二電壓信號(Vb)可互為參考電壓信號；復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述復(fù)位電路，包括第五三極管 (M5)，所述第五三極管(M5)源漏兩端分別與電路輸入級電路的第二輸入端(B)和第一輸入端(A)電連接，所述第五三極管(M5)的柵極電連接有延時模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流比較器，其特征在于所述第五三極管(M5)為MOS管。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流比較器，其特征在于所述第五三極管(M5)為CMOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述電流輸入級電路的第一輸入端㈧的第一電流信號(Ia)為待比較電流信號，第二輸入端⑶的第二電流信號(Ib)為參考電流信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述電流輸入級電路的第一輸入端㈧第一電流信號(Ia)為參考電流信號，第二輸入端⑶的第二電流信號(Ib)為待比較電流信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述電流輸入級電路為電流鏡電路。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流比較器，其特征在于所述電流鏡電路為威爾森電流鏡電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流比較器，其特征在于所述電流鏡電路為增益自舉電流鏡電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電流比較器，其特征在于所述電流鏡電路包括共柵極連接第一三極管(Ml)和第二三極管(M2)，以及共柵極連接的第三三極管(M3)和第四三極管 (M4)；所述第三三極管(M3)和第四三極管(M4)的源極共地，所述第三三極管(M3)的漏極與第一三極管(Ml)的源極電連接，所述第四三極管(M4)的漏極與第二三極管(M2)的源極電連接，所述第一三極管(Ml)的漏極為電流輸入級電路的第一輸入端(A)，所述第二三極管(M2)的漏極為電流輸入級電路的第二輸入端(B)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流比較器，其特征在于所述所有三極管為MOS管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電流比較器，其特征在于所述所有三極管為CMOS管。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述電壓比較電路由高速電壓比較器(Al)和鎖存器(A2)構(gòu)成；所述電壓比較器(Al)將第一電壓信號(Va)與第二電壓信號(Vb)進行比較、經(jīng)過鎖存器(A2)鎖存后將結(jié)果信號(OUT)輸出；所述鎖存器(A2)包括時鐘觸發(fā)信號(CK)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流比較器，其特征在于所述電壓比較電路采用帶有鎖存功能的動態(tài)電壓比較器。
專利摘要本實用新型公開了一種電流比較器，包括電流輸入級電路，將第一輸入端(A)的第一電流信號(IA)轉(zhuǎn)換為第一電壓信號(VA)，將第二輸入端(B)的第二電流信號(IB)轉(zhuǎn)換為第二電壓信號(VB)；電壓比較電路，將電流輸入級電路轉(zhuǎn)換后的第一電壓信號(VA)或者第二電壓信號(VB)作為參考電壓信號與另外一個電壓信號進行比較；復(fù)位電路，用于初始化電流輸入級電路。本實用新型電流比較器，可快速使電流比較器輸入端的電流值保持穩(wěn)定。
文檔編號H03K5/24GK202068388SQ20112012329
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者尹睿, 王勇, 聶輝 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司