SU1552366A1 - Интегральный компаратор на КМОП-транзисторах - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразовани  информации, а также в контрольно-измерительных устройствах. Цель изобретени  - повышение точности и расширение области применени . Введение в интегральный компаратор на КМОП транзисторах, ссодержащий два дифференциальных усилител  1, 2 и выходной усилитель 3, двух конденсаторов 4, 5, коммутаторов 6 - 11 позволило повысить точность путем уменьшени  входного напр жени  смещени  нул  устройства и расширить область применени  за счет расширени  диапазона входных напр жений по синфазной составл ющей сигнала. Кроме того, дифференциальные усилители 1, 2 выполнены на N-канальных транзисторах 12, 26, 15, 16, 21, 2, 33, 34, 27, 28, а коммутаторы - на N- и P-канальный транзисторах, имеющих общие сток и исток. 2 ил.

Description

J7

СП

ел

N3

сс о

05

Изобретение относитс  к импульсной технике и может быть использовано в устройствах преобразовани  информации , а также в контрольно-измеритель- с ных устройствах.

Цель изобретени  - повышение точности путем уменьшени  входного напр жени  смещени  нул  устройства и расширение области применени  за счет ю расширени  диапазона входных напр жений по синфазной составл ющей сигна- ла.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема компаратора; на фиг.2- )5 диаграмма тактирующих импульсов.

Интегральный компаратор на КМОП- транзисторах содержит первый 1 и второй 2 дифференциальные усилители, выходной усилитель 3, первый и второй 20 конденсаторы k и 5 и коммутаторы 6- 11, каждый из которых содержит п- и р-канальные транзисторы, имеющие общие исток и сток, причем первый дифференциальный усилитель 2 содержит 25 n-канальный транзистор 12, подключенный истоком к общей шине 13, а затвором - к шине источника смещени , к его стоку подключены истоки управл ющих n-канальных транзисторов 15 зо и 16, затворы которых  вл ютс  соответственно входами 17 и 18 второго дифференциального усилител , а к стокам ,  вл ющимс  соответственно выходами 19 и 20 второго дифференциального усилител  2 подключены соответственно стоки р-канальных нагрузочных транзисторов 21 и 22, истоки которых подключены к положительной шине 23 питани , а затворы - к выходу .„ 19, а между выходами 19 и 20 навстречу друг другу включены два диода 24 и 25.

Первый дифференциальный усилитель 1 содержит n-канальный транзистор 26, подключенный истоком к общей шине 13, а затвором - к шине источника смещени , к его стоку подключены истоки управл ющих n-канальных транзисторов 27 и 28, затворы которых  вл ютс  - соответственно входами 29 и 30 первого дифференциального усилител , а к стокам,  вл ющимс  соответственно выходами 31 и 32 первого дифференциального усилител  1, подключены соответственно стоки р-канальных нагрузочных транзисторов 33 и 3, истоки которых подключены к положительной шине 23 питани , а затворы - к

35

55

5

0 5 о „

-

5

5

выходу 31, выходной усилитель 3 содержит n-канальный транзистор 35, истоком подключенный к общей шине 13, а затворы - к шине И источника смещени , и р-канальный транзистор 36, истоком подключенный к положительной шине 23 питани , стоки транзисторов 35 и 36 объединены и подключены к выходной шине 37, коммутатор 6 включен между первой обкладкой первого конденсатора 4, подсоединенной к входу 17, затвором транзистора 36, подсоединенным к выходу 32.

Кроме того, коммутатор 7 включен между первой обкладкой второго конденсатора 5, подсоединенной к входу

18,и выходам 30, подключенным к выходу 20, вход 29 подключен к выходу

19,коммутатор 8 включен между первой входной шиной 38 и второй обкладкой второго конденсатора 5, коммутатор 9 - между шиной 38 и второй об- кладкой первого конденсатора 4, коммутатор 10 - между второй входной шиной 39 устройства и второй обкладкой второго конденсатора 5, коммутатор 11 - между шиной 39 и второй обкладкой первого конденсатора 4. Затворы п- и р-канальных транзисторов коммутаторов 6, 7, 9 и 10 подключены соответственно к шинам 0, k тактовых сигналов, затворы п- и р-канальных транзисторов коммутаторов 8 и 11 подключены соответственно к шинам k2, 3 тактовых сигналов, подложки всех р-канальных транзисторов подключены

к положительной шине 23 питани , подложки n-канальных транзисторов 15, 16, 23, 2Д - к соответствующим истокам , а остальных n-канальных транзисторов - к общей шине 13.

Устройство работает следующим образом .

Компаратор имеет режимы настройки и сравнени . Диаграмма тактирующих импульсов (фиг.2) построена таким образом, чтобы не было сквозных токов между входами устройства на фронтах переключени  коммутаторов. В режиме настройки открыты транзисторы коммутаторов 6, 7, 9 и 10, при этом во втором дифференциальном усилителе 2 вход 18 закорачиваетс  с выходом

20,а вход 17 подключаетс  к выходу 32 первого дифференциального усилител  1, замыка  таким образом цепь обратной св зи по двум каскадам. Кон

5

денсатор Ц через коммутатор У подклчен к входной шине 38, а конденсато 5 через коммутатор 10 - к входной шине 39. Так как в режиме настройки транзистор 16 находитс  в диодном включении (закорочены сток с затвором ) , общий коэффициент усилени  по петле обратной св зи определ етс  в основном коэффициентом усилени  первого дифференциального усилител  и не  вл етс  высоким (не более 102). Это позвол ет дл  подавлени  возможных колебаний обойтись узловыми емкост ми без корректирующих конденсаторов , специально подключаемых в момент настройки. Таким образом, в момент настройки на входе 17 устанавливаетс  потенциал, равный сумме напр жений на входе 18 и некоторого напр жени , равного смещению нул  по двум дифференциальным усилител м 1 и 2. При этом конденсатор зар жетс  до напр жени 

иг - (и

8

см).

напр жение сигнала на входе 39;

входное смещение нул  по двум каскадам компаратора; напр жение на входе 18 в режиме настройки. сатор 5 зар жаетс  до напр 

U4

где U( - напр жение на первом входе

38 устройства.

В момент сравнени  транзисторы коммутаторов 6, 7, 9 и 10 закрываютс , а коммутаторы 8 и 11 открываютс , При этом разрываетс  обратна  св зь с выхода второго дифференциального усилител  на вход второго, а затвор и сток транзистора 16 размыкаютс . Первые обкладки конденсаторов k и 5 - мен ют свое подключение, при этом на входе 17 получают напр жение

U« + см+ (U4 - на входе 18

U

U,), (3)

U - (Ue - U,).СО

Таким образом, на входы второго дифференциального усилител  подаетс  разностное напр жение

U

8

- (и4 - и,).

(5)

10

20

25

30

35

,

40

45

50

Из выражений (3), (М и (5) видно, что результирующее напр жение, подаваемое на входы второго дифференциального усилител  2, не зависит от уровн  синфазной составл ющей сигнала (оно все врем  прив зано к уровню напр жени  U ,й), что позвол ет получить нижнюю границу входных сигналов по синфазной составл ющей, равную напр жению общей шины. При этом дл  пороговых напр жений р-канальных 15 транзисторов, равных 0,5 В, и напр жени  питани , равного 1,5 В, диапазон входных напр жений по синфазной составл ющей увеличиваетс  в 1,5 раза .

В значение величины дифференциальной разности (5) входит - входное напр жение смещени  нул  по двум каскадам компаратора, что практически определ ет полное входное напр жение смещени  нул  компаратора, так как вли ние выходного каскада на эту величину незначительно. Таким образом , происходит полна  настройка нул  компаратора. Наличие трех каскадов усилени  позвол ет добитьс  высокой чувствительности компаратора (не менее 200 мкВ). Типичным входным напр жением смещени  нул  прототипа  вл етс  значение 5 мВ. Предлагаемое устройство позвол ет не менее чем на пор док уменьшить данную величину.

На входы второго дифференциального усилител  подаетс  удвоенна  разность входных напр жений, что позвол ет уменьшить требовани  к величине емкостей конденсаторов и 5 (дл  хорошей передачи сигналов эти величины должны на пор док превышать затворные емкости транзисторов 15 и 16).

Таким образом, в предлагаемом устройстве получен положительный эффект, выраженный в повышении точности путем уменьшени  входного напр жени  смещени  нул  устройства и в расширении области применени  за счет расширени  диапазона входных напр жений по синфазной составл ющей сигнала.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Интегральный компаратор на КМОП- транзисторах, содержащий дифференциальный усилитель и выходной каскад, выход которого подключен к выходной

   шине, при этом дифференциальный усилитель содержит первый п-канальный транзистор, затвор которого подключен к шине источника смещени , исток- к общей шине, а сток - к истокам второго и третьего n-канальных транзисторов , затворы которых  вл ютс  соответственно первым и вторым входами, а стоки - первым и вторым выходами дифференциального усилител , к которым соответственно подключены стоки четвертого и п того р-канальных тран- з сторов, истоки которых подключены к положительной шине питани , а зат- воры - к первому выходу дифференциального усилител , выходной усилитель содержит р-канальный транзистор, исток которого подключен к положительной шине питани , затвор  вл етс  входом выходного каскада, а сток подключен к выходной шине и стоку п-ка- нального транзистора, исток которого подключен к общей шине, а затвор соединен с шиной источника смещени , вход выходного усилител  подключен к второму выходу дифференциального усилител  а подложка каждого из МОП-транзисторов закорочена с соответствующим истоком , первый и второй коммутаторы и конденсатор, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности путем уменьшени  входного напр жени , смещени  нул  устройства и расширени  области применени  за счет расширени  диапазона входных напр жений по синфазной составл ющей сигнала, в него введены четыре шины тактовых сигналов , второй конденсатор, второй дифференциальный усилитель, аналогичный первому, третий, четвертый, п тый и шестой коммутаторы, каждый из которых

   содержит р- n-tn-канальный транзистор с общими стоками и истоками, причем первый коммутатор включен между входом выходного усилител  и первым входом первого дифференциального усилител , к которому подключена также пева  обкладка первого конденсатора, второй коммутатор включен между вторым выходом и вторым входом первого дифференциального усилител , к которому подключена также перва  обкладка второго конденсатора, третий коммутатор подключен между первой входной шиной устройства и второй обкладкой второго конденсатора, четвертый коммутатор - между первой входной шиной устройства и второй обкладкой первого конденсатора, п тый коммутатор - между второй входной шиной устройства и второй обкладкой второго конденсатора, шестой коммутатор - между второй входной шиной устройства и второй обкладкой первого конденсатора , затворы n-канальных транзисторов первого, второго, четвертого и п того коммутаторов подключены к шине первого тактового сигнала, затворы р-канальных транзисторов тех же коммутаторов - к шине второго тактового сигнала, затворы п-канальных транзисторов третьего и шестого коммутаторов подключены к шине третьего тактового сигнала, а затворы р-канальных транзисторов тех же коммутаторов - к шине четвертого тактового сигнала, подложки р-канальных транзисторов коммутаторов подключены к положительной шине питани , а подложки n-канальных транзисторов коммутаторов - к общей шине.

   - Ј

   Фиг. 2