專利名稱：可在一寬電壓范圍操作的判定電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有一晶體管—差動(dòng)放大器的一判定電路，特別涉及可工作在一寬輸入范圍和若干基準(zhǔn)電壓的一判定電路。
一判定電路或比較器一般是用一基準(zhǔn)電壓比較一輸入電壓并判斷該輸入電壓是否大于該基準(zhǔn)電壓。包含-NPN晶體管—差動(dòng)放大器的普通判定電路或比較器可工作在例如Vcc約為1V的低驅(qū)動(dòng)電壓處。為使差動(dòng)放大器的晶體管啟動(dòng)，施加到晶體管的輸入電壓至少必須等于該晶體管基一射極所要求的導(dǎo)通電壓(即，大于0.7V)，和還必須使得晶體管的有效基—集極電壓得到滿足這里，用于這個(gè)差動(dòng)放大器的有效輸入電壓范圍大約從0.7V(即，基一射極導(dǎo)通電壓)到大約1V(即，電源電壓Vcc)。一般說(shuō)，通常的比較器，例如，當(dāng)電源電壓是1.0V時(shí)，小于基—射極電壓(如0.6或0.7V)的輸入電壓范圍是不能工作的。
當(dāng)希望更降低判定電路的檢測(cè)電壓范圍時(shí)，可用-PNP晶體管代替該NPN晶體管，該檢測(cè)電壓范圍就是該晶體管作為比較器能有效工作的一輸入電壓范圍。在此情況下，有效輸入電壓范圍是從地(即，0V)到大約(Vcc-0.7)V，(即，0.3V)。
對(duì)于NPN和PNP差動(dòng)放大器的變換技術(shù)已在例如，日本已公開(kāi)的專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)朜O.198815/1989(JP-A-01-198815)中加以描述。然而，這樣的比較器其檢測(cè)電壓范圍受到如此限制，即當(dāng)輸入電壓小于三分之一(即，1/3V)或三分二(即，2/3V)的電源電壓(即，1V)時(shí)將不能工作。這實(shí)質(zhì)上限制了包含這些類型的比較器可操作性，例如由單個(gè)原電池驅(qū)動(dòng)的便攜式判定電路，包括這種類型的比較器，并要求工作在低的驅(qū)動(dòng)電壓。
從而本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種在僅施加低電源電壓時(shí)能在一較寬的輸入范圍和多基準(zhǔn)電壓情況下工作的判定電路。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供一種具有用于產(chǎn)生一定位電壓的裝置的判定電路，該調(diào)整電壓是在該差動(dòng)放大器變成失效時(shí)的電壓。當(dāng)一基準(zhǔn)電壓和一輸入電壓這兩者低于定位電壓時(shí)，向該輸入電壓和基準(zhǔn)電壓這二者施加一予定偏置電壓，這樣來(lái)提高它們的電壓電平，在這個(gè)電平上差分放大器能做為一個(gè)判定電路而運(yùn)行。當(dāng)該基準(zhǔn)電壓或輸入電壓都高于定位電壓時(shí)，則該予定的偏置電壓不施加給該基準(zhǔn)或輸入電壓中的任何一個(gè)。
本發(fā)明上述的及其它目的，特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)隨同附圖的以下詳細(xì)描述變得更加明了，其中

圖1是本發(fā)明一最佳實(shí)施例的電路圖；圖2A是，當(dāng)基準(zhǔn)電壓高于定位電壓VS時(shí)圖1所示判定電路的該實(shí)施例的輸入電壓、基準(zhǔn)電壓，定位電壓和輸出電壓的曲線圖；圖2B是，當(dāng)基準(zhǔn)電壓和輸入電壓這二者都低于定位電壓VS時(shí)，和當(dāng)輸入電壓變得大于定位電壓VS時(shí)，描述圖1所示判定電路的實(shí)施例的輸入電壓、基準(zhǔn)電壓、定位電壓和輸出電壓的電平曲線圖；圖3是圖1所示的該實(shí)施例的電路圖；圖4是描述用于不同基準(zhǔn)電壓電平的圖1所示實(shí)施例的輸出和輸入電壓相互關(guān)系的曲線圖。
圖1是本發(fā)明一最佳實(shí)施例的方框圖。在圖1中，比較器或差動(dòng)放大器101用由發(fā)生器104提供的定位電壓VS比較一輸入電壓Vin。比較器或差動(dòng)放大器102用定位電壓VS比較由第2發(fā)生器105提供的一基準(zhǔn)電壓Vref。該第1和第2比較器101和102和第1發(fā)生器104構(gòu)成一控制器，基準(zhǔn)電壓可以是可調(diào)電壓或固定電壓。
如下面將要描述的，相應(yīng)于該控制器的一判定結(jié)果，偏置施加電路106和107分別附加一偏置電壓到輸入電壓Vin和基準(zhǔn)電壓Vref。偏置施加電路106和107的輸出電壓信號(hào)送到比較器或差動(dòng)放大器103，并在其中對(duì)偏置施加電路106的輸出電壓信號(hào)同偏置施加電路107的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行比較。該比較器103基于這一比較的基礎(chǔ)上提供一輸出電壓信號(hào)到一輸出電路108。
該輸入電路108包括一發(fā)射極接地晶體管T1和一電阻器R2，輸出電路108可以是電流輸出型電路。
相應(yīng)于本發(fā)明的以兩個(gè)基礎(chǔ)模式運(yùn)行的判定電路的該實(shí)施例，如果輸入和基準(zhǔn)電壓這兩者都低于例如0.6V的定位電壓時(shí)，那么，例如0.4V的一予定正偏置電壓附加到輸入電壓Vin和基準(zhǔn)電壓Vref這兩處，然后送到比較器103。另外，當(dāng)輸入電壓或基準(zhǔn)電壓的任一個(gè)等于或高于定位電壓VS，或輸入電壓和基準(zhǔn)電壓這二者都等于或高于定位電壓VS時(shí)，該比較器101和102使偏置施加電路106和107附加0V給輸入和基準(zhǔn)電壓Vin和Vref，即，輸入電壓和基準(zhǔn)電壓直接加到比較器103。
例如，當(dāng)基準(zhǔn)電壓Vref等于或高于定位電壓VS(如0.6V)時(shí)，這一電壓是在第3比較器103的有效范圍之內(nèi)，因此沒(méi)有必要附加偏置電壓給基準(zhǔn)電壓Vref和輸入電壓Vin，這樣，偏置施加電路106和107提供一0V偏置電壓。
然而，如果基準(zhǔn)電壓Vref和輸入電壓Vin這二者都低于定位電壓VS，也就是這些電壓都低于第3比較器103的有效范圍，因此，比較器101和102使該偏置施加電路106和107附加該予定正偏流電壓(如0.4V)給輸入和基準(zhǔn)電壓。相應(yīng)地，至少一個(gè)能使比較器103進(jìn)入有效范圍的電壓輸送到該比較器103(如增加至少0.6V)，這樣就能進(jìn)行正常的比較操作。
在該實(shí)施例的判定電路中，驅(qū)動(dòng)電路的電源驅(qū)動(dòng)電壓Vcc，例如約為1V。由于予定正偏置電壓是0.4V和定位電壓是0.6V，當(dāng)基準(zhǔn)電壓和輸入電壓這二者都在0.2至0.6V的范圍內(nèi)時(shí)，以及當(dāng)這二者電壓或其中之一是等于或大于0.6V時(shí)，該判定電路能操作，即，假如基準(zhǔn)電壓和輸入電壓這二者都是0.2V，那么將附加0.4V的偏置電壓給這二個(gè)電壓，從而增加它們的電平到0.6V(VS的電壓電平)，該0.6V電平是在比較器103的有效范圍內(nèi)。
換言之，如果這二者電壓，例如略低于0.6V，當(dāng)0.4V的偏置電壓附加到這二者電壓時(shí)，在這樣的偏置之后，該電壓電平不會(huì)超過(guò)1V(如Vcc)，然而，如果這二者電壓低于0.2V，那么0.4V的偏置電壓將不足以提高這些電壓到VS電平(0.6V)。相應(yīng)地，在這種情況下，輸入電壓和基準(zhǔn)電壓的電平將低于比較器103的有效電壓。
現(xiàn)在描述偏置施加電路106和107以及控制器，偏置施加電路106和107這二個(gè)具有相同的結(jié)構(gòu)。
偏置施加電路106和107每個(gè)都包括相互串聯(lián)連接的一對(duì)恒流電路10和12及一電阻器R1。恒流電路10是一電流輸出型電路，從其中流出電流IC1，和恒流電路12是一電流輸入型電路，電流IC1流入其中。由于這一結(jié)構(gòu)，電流IC1通過(guò)電阻器R1流動(dòng)并產(chǎn)生一″R1*IC1的電壓電平偏移，該電壓電平偏移就是附加到輸入電壓和基準(zhǔn)電壓的予定偏置電壓。
當(dāng)比較器101和102的輸出信號(hào)中的一個(gè)是在“接通”狀態(tài)時(shí)，即，當(dāng)輸入或基準(zhǔn)電壓中的任一個(gè)是等于或大于定位電壓VS時(shí)，該恒流電路10和12被斷開(kāi)，因此，在電阻器R1兩端沒(méi)有電壓電平偏移產(chǎn)生，這樣，也就沒(méi)有偏置電壓(0V偏置電壓)附加到輸入和基準(zhǔn)電壓。
換言之，當(dāng)比較器101和102這二者是在斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，即，當(dāng)輸入和基準(zhǔn)電壓這二者低于定位電壓VS時(shí)，該恒流電路10和12被接通，在電陰器R1兩端產(chǎn)生電壓電平偏移，因此，該予定偏置電壓被附加到輸入電壓和基準(zhǔn)電壓。
上述操作被顯示在圖2A和圖2B的曲線圖中，在圖2A中，基準(zhǔn)電壓約為0.82V，高于定位電壓VS(0.6V)，因此，該偏置施加電路對(duì)輸入和基準(zhǔn)電壓給出0V偏置電壓，這樣，該輸入電壓和基準(zhǔn)電壓將就是它們自己的電壓輸出第3比較器103。
然而，在圖2B中，由于基準(zhǔn)電壓是低于定位電壓VS(0.6V)的0.45V，當(dāng)輸入電壓是低于定位電壓VS時(shí)，這樣，分別由偏置施加電路106和107提供的0.4V的正偏置電壓附加到輸入電壓和基準(zhǔn)電壓上。這樣，附加有正偏置電壓的輸入和基準(zhǔn)電壓被送到比較器103。
一旦輸入電壓變得等于定位電壓VS，則比較器101的輸出被接通，從而，由偏置施加電路106和107提供的偏置電壓變?yōu)?V。由于同一時(shí)刻，偏置施加電路的偏置電壓變?yōu)?V，保持有輸入電壓和基準(zhǔn)電壓之間的電壓差，從而避免了由于偏置電壓從0.4V到0V的轉(zhuǎn)換而由比較器103產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果。
圖1實(shí)施例的方框電路圖，使用雙極型晶體管的情況示明在圖3中，圖3所示數(shù)字標(biāo)號(hào)電路部分對(duì)應(yīng)于圖1所示各單元。
在該電路中，每個(gè)比較器是都具有NPN晶體管的差動(dòng)放大器，當(dāng)然，晶體管不一定是雙極型或NPN晶體管，根據(jù)設(shè)計(jì)的選擇可以是PNP，F(xiàn)ET或類似的器件。進(jìn)而，為能運(yùn)行于低電壓的目的，每個(gè)公共射極通過(guò)一電阻器(未示出)連接于電流源。
圖4是描述圖1和3實(shí)施例中對(duì)于不同基準(zhǔn)電壓電平的輸出和輸入電壓的相互關(guān)系的曲線圖。電源電壓Vstb(Vcc)如圖3所示是1.05V。如從圖4所知的，電路運(yùn)行在基準(zhǔn)電壓從0.2V至0.9V的范圍內(nèi)。
參照其特定實(shí)施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，可以理解，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以作出可能的各種變化，修改及實(shí)施例，相應(yīng)地，所有這些變化、修改和實(shí)施例都應(yīng)視為在本發(fā)明的精神范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種判定電路，包括一第1比較器，它用一基準(zhǔn)電壓比較一輸入電壓，并判斷所述輸入電壓是否大于所述基準(zhǔn)電壓；和一控制器，它相應(yīng)于所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓，用于控制附加到每個(gè)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的一偏置電壓的電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種判定電路，進(jìn)一步包括用于產(chǎn)生至少二個(gè)所述偏置電壓的電平的一發(fā)生器，所述控制器控制所述偏置電壓的哪一個(gè)電平被附加到所述輸入和參考電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一種判定電路，其中所述控制器包括一第2比較器，它用一予定電壓比較所述輸入電壓；和一第3比較器，它用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一種判定電路，其中所述控制器，在當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電壓時(shí)，使所述發(fā)生器附加所述偏置電壓的一第1電平給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓至少1個(gè)是至少等于所述予定電壓時(shí)，使所述發(fā)生器附加所述偏置電壓的一第2電平給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的該判定電路，進(jìn)而包括用于附加所述偏置電壓給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓，并將已被附加了的輸入電壓和已被附加了的基準(zhǔn)電壓送到所述第1比較器的一附加電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的該判定電路，其中所述控制器包括一發(fā)生器，用于產(chǎn)生一予定電壓；一第2比較器，用所述予定電壓比較所述輸入電壓；和一第3比較器，用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的一種制定電路，其中所述附加電路，在當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電壓時(shí)，將具有一第1電平的所述偏置電壓附加給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓至少1個(gè)是至少等于所述予定電壓時(shí)，將具有一第2電平的所述偏置電壓附加給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的該判定電路，其中所述附加電路包括一第1恒流電路；以串聯(lián)形式連接到所述第1恒流電路的一電阻器；和以串聯(lián)形式連接于所述電阻器的一第2恒流電路；其中所述附加電路響應(yīng)所述控制器的一輸出信號(hào)提供至少2個(gè)所述偏置電壓的電平。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的該判定電路，其中所述控制器包括一發(fā)生器，用于產(chǎn)生一予定電壓；一第2比較器，用所述予定電壓比較所述輸入電壓；和一第3比較器，用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓。
10.一種判定電路，包括一附加電路，用于附加偏置電壓給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓并提供這一被附加了的輸入電壓和一被附加了的基準(zhǔn)電壓；一控制器，響應(yīng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的一電平，用于控制附加給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的所述偏置電壓的一電平；和一第1比較器，用所述已被附加了的基準(zhǔn)電壓比較所述已被附加了的輸入電壓，并判斷所述已被附加了的輸入電壓是否至少等于所述已被附加了的基準(zhǔn)電壓。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的一種判定電路，其中所述控制器包括一發(fā)生器，用于產(chǎn)生一予定電壓；一第2比較器，用所述予定電壓比較所述輸入電壓；和一第3比較器，用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的一種判定電路，其中所述附加電路包括一第1偏置施加電路，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓都低于所述予定電壓時(shí)，用于附加具有一第1電壓電平的所述偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加輸入電壓的第1偏置電壓給所述第1比較器，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的至少1個(gè)是至少等于所述予定電壓時(shí)，用于附加具有1第2電壓電平的所述偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加輸入電壓的第2偏置電壓給所述第1比較器；和一第2偏置施加電路，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電壓時(shí)，用于附加具有所述第1電壓電平的所述偏置電壓給所述基準(zhǔn)電壓，以提供一附加基準(zhǔn)電壓的第1偏置電壓給所述第1比較器，和，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的至少1個(gè)是至少等于所述予定電壓時(shí)，用于附加具有所述第2電平的所述偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加基準(zhǔn)電壓的第2偏置電壓給所述第1比較器。
13.一種判定電路，包括一第1比較器，用一基準(zhǔn)電壓比較一輸入電壓，并判斷所述輸入電壓是否至少等于所述基準(zhǔn)電壓；一第1發(fā)生器，用于產(chǎn)生所述基準(zhǔn)電壓；一第2發(fā)生器，用于產(chǎn)生一予定電壓；一第2比較器，用所述予定電壓比較所述輸入電壓；一第3比較器，用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓；一第1偏置施加電路，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電平電壓時(shí)，用于附加一第1偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加輸入電壓的第1偏置電壓給所述第1比較器，和，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的至少1個(gè)是至少等于所述予定電平電壓時(shí)，用于附加一第2偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加輸入電壓的第2偏置電壓給所述第1比較器；和一第2偏置施加電路，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電壓時(shí)，用于附加所述第1偏置電壓給所述基準(zhǔn)電壓，以提供一附加基準(zhǔn)電壓的第1偏置電壓給所述第1比較器，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的至少1個(gè)是至少等于所述予定電平電壓時(shí)，用于附加所述第2偏置電壓給所述輸入電壓，以提供一附加基準(zhǔn)電壓的第2偏置電壓給所述第1比較器。
14.一種用于確定一輸入電壓是否高于一基準(zhǔn)電壓的方法，該方法包括的步驟用一予定電壓比較所述輸入電壓；用所述予定電壓比較所述基準(zhǔn)電壓；響應(yīng)這二者的比較步驟的結(jié)果，附加偏置電壓給所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓以產(chǎn)生附加輸入和基準(zhǔn)電壓的偏置；和用附加了所述基準(zhǔn)電壓的所述偏置比較附加了輸入電壓的所述偏置。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中附加步驟包括步驟有當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電平電壓時(shí)，附加一第1偏置電壓給所述輸入電壓，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓至少1個(gè)是至少等于所述予定電壓時(shí)，附加一第2偏置電壓給所述輸入電壓；和當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓這二者都低于所述予定電平電壓時(shí)，附加所述第1偏置電壓給所述基準(zhǔn)電壓，以及，當(dāng)所述輸入電壓和所述基準(zhǔn)電壓的至少1個(gè)是至少等于所述予定電平電壓時(shí)，附加所述第2偏置電壓給所述輸入電壓。
全文摘要
一判定電路用一基準(zhǔn)電壓比較一輸入電壓，并判斷該輸入電壓是否至少等于該基準(zhǔn)電壓。該判定電路中的一控制器，檢測(cè)該輸入電壓或基準(zhǔn)電壓是否至少等于該定位電壓，當(dāng)輸入電壓和基準(zhǔn)電壓都低于表示該判定電路一有效電壓的定位電壓時(shí)，那么，第1偏置施加電路附加一預(yù)定偏置電壓給該輸入電壓并提供一電平-移位輸出電壓給該判定電路。類似地，第2偏置施加電路附加該預(yù)定偏置電壓給該基準(zhǔn)電壓。
文檔編號(hào)H03K5/08GK1117152SQ9412049
公開(kāi)日1996年2月21日 申請(qǐng)日期1994年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月28日
發(fā)明者南洋一郎 申請(qǐng)人:日本電氣株式會(huì)社