电压比较器电路
阅读：1012发布：2020-12-24
专利汇可以提供电压比较器电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开了一种 电压 比较器 电路 ，具有低 温度 相关性并用于提供在一个温度范围内的受控 迟滞 范围。在一个示例中，该电压比较器电路可包括具有温度相关性的 放大器 ，和用于接收第一和第二 电流 以及提供表示第一和第二输入电压的迟滞比较值的 输出电压 的比较器。在一个示例中，所述放大器可用于接收第一和第二输入电压以及提供第一和第二电流。，下面是电压比较器电路专利的具体信息内容。
1.一种电压比较器电路，其特征在于，包括：
具有温度相关性的放大器，所述放大器用于接收第一和第二输入电压，以及提供第一和第二电流；
比较器，用于接收第一和第二电流，以及提供表示第一和第二输入电压的迟滞比较值的输出电压；以及
其中，所述电压比较器电路的迟滞范围在一个温度范围内被控制。
2.根据权利要求1所述的电压比较器电路，其特征在于，所述电压比较器电路包括温度补偿部件，用于补偿放大器的至少一部分温度相关性，并在一个温度范围内控制迟滞范围。
3.根据权利要求2所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括具有跨导的第一和第二输入晶体管，该跨导具有第一温度系数；
其中，所述温度补偿部件包括具有第二温度系数的第一偏流源；以及
其中，所述第二温度系数用于至少对第一温度系数进行部分补偿。
4.根据权利要求3所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一偏流源用于偏置第一和第二输入晶体管。
5.根据权利要求3所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括第二偏流源，用于至少对第一偏流源的温度相关性进行部分补偿。
6.根据权利要求5所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第二偏流源包括第一电流镜，所述第一电流镜包括：第一感应晶体管、第一镜像晶体管、以及与第一镜像晶体管连接的第一和第二电阻器。
7.根据权利要求6所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第二偏流源的第一和第二电阻器包括第一和第二电阻器温度系数，用于至少对放大器的温度相关性进行部分补偿。
8.根据权利要求7所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一偏流源包括第二电流镜，所述第二电流镜包括：第二感应晶体管、第二镜像晶体管、 以及与第二镜像晶体管连接的第三和第四电阻器。
9.根据权利要求8所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一偏流源的第三和第四电阻器包括第三和第四电阻器温度系数，用于至少对第一温度系数进行部分补偿。
10.根据权利要求8所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一感应晶体管和第二感应晶体管为一个感应晶体管。
11.根据权利要求3所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一偏流源包括电流镜，所述电流镜包括：感应晶体管、镜像晶体管、以及与镜像晶体管连接的第一和第二电阻器。
12.根据权利要求11所述的电压比较器电路，其特征在于，所述第一偏流源的第一和第二电阻器包括第一和第二电阻器温度系数，用于至少对第一温度系数进行部分补偿。
13.根据权利要求1至12任一项所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括电流镜以及第一和第二输入晶体管，其中，所述电流镜用于为第一和第二输入晶体管提供电流。
14.根据权利要求1至12任一项所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括共阴共栅放大器。
15.根据权利要求1至12任一项所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括折叠共阴共栅放大器。
16.根据权利要求1至12任一项所述的电压比较器电路，其特征在于，所述放大器包括差分折叠共阴共栅放大器。
电压比较器电路
技术领域
背景技术
[0002] 电子装置可能会处于各种环境中，包括会在相对较短的时间内急剧改变的各种温度，例如，冬季进入或离开温暖的建筑时。电子装置的各种电子部件(例如，用于检测与电子装置有关的各种事件的电压比较器)的温度相关性，可限制电子装置或与电子装置有关的附件的性能。实用新型内容
[0003] 本实用新型目的在于提供一种具有低温度相关性的电压比较器电路，用于提供在一个温度范围内的受控迟滞范围。
[0004] 在一个示例中，本实用新型提供了一种电压比较器电路，可包括：具有温度相关性的放大器；用于接收第一和第二电流，以及提供表示第一和第二输入电压的迟滞比较值的输出电压的比较器。在一个示例中，所述放大器可用于接收第一和第二输入电压，以及提供第一和第二电流。
[0005] 本实用新型的电压比较器电路可用于各种电子装置，包括易处于相对快速变化的温度的个人移动电子装置。另外，该电压比较器电路在提供迟滞，包括提供基本与温度无关的迟滞范围时不需要使用第二基准电压，例如带隙基准电压。因此，所述电路可提供一个较大温度范围下的改进的迟滞电压比较信息，而不需要增加芯片尺寸或使用与第二基准电压有关的附加功率，例如，用于提供第二迟滞电压阈值的基准电压。
[0007] 附图并不一定按比例绘制，不同视图中的相似数字可表示相似部件。具有不同下标字母的相似数字可表示相似部件的不同示例。附图图解了本实用新型中讨论的各种实施例，附图一般作为示例，并非用于限制。
[0008] 图1大体示出了具有温度相关迟滞的比较器的框图示意图。
[0009] 图2大体示出了具有温度相关迟滞的示例比较器电路的示意图。
[0010] 图3大体示出了示例温度补偿部件的示意图。
具体实施方式
[0011] 本实用新型的发明人理解的是，电路，例如电压比较器电路，可用于在一个温度范围内在输出端提供受控迟滞范围。在特定示例中，所述受控迟滞范围不随温度的变化而变化。在一个示例中，所述电路可用于接收较高干线电压下的或升高到较高干线电压的，以及较低干线电压下的或降低到较低干线电压的电压输入。在一个示例中，所述电路在提供迟滞，包括提供基本与温度无关的迟滞范围时不需要使用第二基准电压，例如带隙基准电压。因此，所述电路可提供一个较大温度范围下的改进的迟滞电压比较信息，而不需要增加芯片尺寸或使用与第二基准电压有关的附加功率，例如，用于提供第二迟滞电压阈值的基准电压。在一个示例中，所述电路可提供改进的共模范围，使共模范围可在干线电压与(干线电压-(Vth+Vds))之间运行。
[0012] 在一个示例中，所述电路可在具有正反馈闭锁(例如，迟滞)电路的折叠共阴共栅放大器配置中包括差分输入对。在一个示例中，所述折叠共阴共栅放大器配置可实现在干线电压或接近干线电压时的共模输入功能性。在特定示例中，所述电路可包括温度补偿部件，用于在一个温度范围内控制电路的迟滞范围。在一个示例中，对于给定的差分输入电压，在约125摄氏度的温度范围下 (例如，从约-40摄氏度到约85摄氏度)，所述电路的迟滞范围的变化低于约0.01伏。
[0013] 所述电路可用于各种电子装置，包括易处于相对快速变化的温度的个人移动电子装置。在特定示例中，所述电路可具有鲁棒性，以检测移动电子装置的各种信号变化，例如，与用户界面动作有关的信号变化或与附属装置或感应器装置有关的信号变化。 [0014] 图1大体示出了示例迟滞电压比较器电路100的框图示意图。在特定示例中，所述迟滞电压比较器电路100可包括：跨导放大器101、迟滞电流比较器102和温度补偿部件103。在一个示例中，所述跨导放大器101可将输入电压VA与基准电压VB比较，并提供表示输入电压VA相对于基准电压VB的值的差分电流输出IA、IB。在一个示例中，所述跨导放大器101可接收差分电压(VA-VB)，并可提供表示差分电压(VA-VB)的幅值的差分电流输出IA、IB。所述迟滞电流比较器102可接收跨导放大器101的差分电流输出，并可提供表示差分电压(VA-VB)的幅值的离散输出。在特定示例中，当输入电压之间的差值增加至超过第一阈值时，所述迟滞型转换器的输出从第一状态转换为第二状态；当输入电压之间的差值降低至低于第二阈值时，所述输出从所述第二状态转换。在特定示例中，所述第一阈值包括比第二阈值高的值。
[0015] 在一个示例中，所述跨导放大器101可包括温度补偿部件103。所述温度补偿部件103可为跨导放大器101提供偏压，如此，对于给定输入电压差(VA-VB)，在一个大的温度范围下，对应输出电流IA、IB可基本保持不变。在一个示例中，可选择与温度补偿部件103相关的温度系数，以在电路温度变化时反向跟踪跨导放大器101的温度相关性。这种温度系数可至少部分减少跨导放大器101的整个温度系数的幅值，从而降低迟滞电压比较器电路
100的温度相关性。
100的温度相关性。
[0016] 在特定示例中，集成电路可包括跨导放大器101和迟滞电流比较器102。在一个示例中，集成电路可包括跨导放大器101、迟滞电流比较器102和温度补偿部件103。 [0017] 图2大体示出了迟滞电压比较器电路200的一个示例的示意图。在特定示 例中，所述迟滞电压比较器电路200可包括跨导放大器201(例如，折叠共阴共栅跨导放大器)以及迟滞电流比较器电路202。在一个示例中，所述跨导放大器201可包括电流源和多个晶体管(例如，M1、M2、M3、M6、M7、M8、M9和M10等)，所述电流源可包括电阻器206。所述跨导放大器201可提供电流求和节点A，B，以响应于在跨导放大器201的输入端接收的差分电压INA、INB，向迟滞电流比较器电路202提供差分电流输出IA、IB。电流求和可使电流I1，2和I3，4单独设置，以提供与温度无关的迟滞。在一个示例中，晶体管M2和M3可具有使其比M1大J倍的倍增器，因此，电流I3和I4可比偏置电流(例如，图2所示的第二偏置电流iBias2)大J倍。迟滞电流比较器电路202的晶体管M13和M14可有一个相对于对应晶体管M12和M15的倍增系数X。在一个示例中，倍增系数X的选择可帮助建立迟滞电流比较器电路202的上限阈值和下限阈值。例如，在迟滞电压比较器电路200的触发器的阈值下，所述迟滞量可由以下公式得出：
[0018]
[0019]
[0020]
[0021] ΔIA，B＝ΔI1，2，
[0022]
[0023]
[0024] ΔVin＝|INA-INB|，
[0025] VHYST＝2·ΔVin，
[0026]
[0027] 对于与温度无关的迟滞：
[0028] δVHYST/δT＝0.
[0029] 对于示例电压比较器电路200， 并且IA＝(I3-I1)，IB＝(I4-I2)。因此， [0030]
[0031] 这可通过多种方式达到，例如， 和 可分别设为等于零。可替代地， 可设为等于
[0032] 通过保持迟滞方程常数的所有分量，可实现恒定迟滞量。例如，
[0033] 其中
[0034] 并且
[0035]
[0036] 一般来说，
[0037] 其中
[0038] μ＝载流子迁移率，
[0039] W＝信道宽度，
[0040] L＝信道长度，
[0042] T＝温度。
[0043] 可基于用于提供第一偏流iBias1的第一偏流源204设定温度系数tc1，使其与自然温度系数gm9，10相等和相对(equal and opposite)。这可确保在一个温度变化范围中具有常数gm9，10。在一个示例中，
[0044] 2ID＝iBias1(1+tc1(T-25))，其中
[0045] T＝温度。
[0046] 因此，在一个示例电路中，温度补偿部件可包括配置有温度系数tc1的第 一偏流源204，用于至少对晶体管M9和M10的跨导的温度相关性进行部分补偿。提供第一偏流源204以补偿晶体管M9和M10的跨导的温度相关性，可确保电流I1与I2之间的差值在大的温度范围内基本恒定。但是，在特定示例中，第一偏流源204的温度系数tc1可成为主导系数，使电流I1与I2的和可在预期温度范围下变化。在特定示例中，第一偏流源204的温度相关性决定IA和IB的温度相关性。
[0047] 在一个示例中，可基于用于提供第二偏流iBias2的第二偏流源205设定温度系数tc2。例如，所述温度系数tc2可基于以下一种或多种情况：
[0048] (1)所述第二偏流源205可具有使图2中的M2、M3比M1大J倍的倍增器。 [0049] (2)所述第二偏流源205在室温下的第二偏流iBias2可为第一偏流源204在室温下的第一偏流iBias1的1/K倍。
[0050] (3)所述第二偏流源205的温度系数tc2可为第一偏流源204的温度系数tc1的1/L倍。
[0051] (4)J、K和L可满足方程J＝KL/2。
[0052] 在共模下，所述一阶温度系数可用以下方程约去：
[0053]
[0054] ibias1＝K·iBias2，
[0055] tc1＝L·tc2，
[0056]
[0057]
[0058]
[0059] 由上， 因此
[0060]
[0061] 由此，电流IA和IB与温度T无关。
[0062] 图3大体示出了温度补偿部件303的一个示例的示意图，所述温度补偿部件303包括自偏基准(self-biased reference)310和一个或多个输出镜像晶体管 (mirror transistor)311、312。在一个示例中，所述温度补偿部件303可包括输出镜像晶体管311，所述输出镜像晶体管311可形成一部分第一偏流源304，以提供温度补偿系数，从而至少对跨导放大器的温度相关性进行部分补偿。在一个示例中，所述温度补偿部件303可包括输出镜像晶体管312，所述输出镜像晶体管312可形成一部分第二偏流源305，以提供温度补偿系数，从而利用第一偏流源304至少对跨导放大器的温度相关性进行部分补偿。在特定示例中，所述温度补偿部件303可包括第一偏流源和第二偏流源。在一个示例中，所述第一偏流源304可与第二偏流源305分离。
[0063] 在一个示例中，所述第一偏流源304可包括电阻320。可选择使所述电阻320具有温度系数tc1，所述温度系数tc1可至少对图2的跨导放大器的温度相关性的总幅值进行部分补偿。在特定示例中，所述电阻320可包括多个电阻器，以对第一偏流源304的温度系数tc1进行微调。
[0064] 在一个示例中，所述第二偏流源305可包括电阻321。可选择使第二偏流源305的电阻321具有温度系数tc2，所述温度系数tc2可至少对图2的跨导放大器的温度相关性的总幅值进行部分补偿。在特定示例中，所述电阻321可包括多个电阻器。在特定示例中，第一或第二偏流源304、305的电阻320、321可包括半导体电阻器，例如，扩散电阻器或多晶硅电阻器。
[0065] 附加说明
[0066] 在示例1中，电压比较器电路可包括：具有温度相关性、用于接收第一和第二输入电压并提供第一和第二电流的放大器，以及用于接收第一和第二电流并提供表示第一和第二输入电压的迟滞比较值的输出电压的比较器，其中，电压比较器电路的迟滞范围在一个温度范围内被控制。
[0067] 在示例2中，示例1中的电压比较器电路选择性地包括温度补偿部件，用于补偿放大器的至少一部分温度相关性，并在一个温度范围内控制迟滞范围。
[0068] 在示例3中，示例1至2其中之一或两者中的放大器选择性地包括具有跨导的第一和第二输入晶体管，该跨导具有第一温度系数；其中，示例1至2其中之一或两者中的温度补偿部件选择性地包括具有第二温度系数的第一偏流 源，其中，所述第二温度系数用于至少对第一温度系数进行部分补偿。
[0069] 在示例4中，示例1至3任一项或多项中的第一偏流源选择性地用于偏置第一和第二输入晶体管。
[0070] 在示例5中，示例1至4任一项或多项中的放大器选择性地包括第二偏流源，用于至少对第一偏流源的温度相关性进行部分补偿。
[0071] 在示例6中，示例1至5任一项或多项中的第二偏流源选择性地包括第一电流镜(current mirror)，所述第一电流镜包括：第一感应晶体管、第一镜像晶体管、以及与第一镜像晶体管连接的第一和第二电阻器。
[0072] 在示例7中，示例1至6任一项或多项中的第二偏流源的第一和第二电阻器选择性地包括第一和第二电阻器温度系数，用于至少对放大器的温度相关性进行部分补偿。 [0073] 在示例8中，示例1至7任一项或多项中的第一偏流源选择性地包括第二电流镜，所述第二电流镜包括：第二感应晶体管、第二镜像晶体管、以及与第二镜像晶体管连接的第三和第四电阻器。
[0074] 在示例9中，示例1至8任一项或多项中的第一偏流源的第三和第四电阻器选择性地包括第三和第四电阻器温度系数，用于至少对第一温度系数进行部分补偿。 [0075] 在示例10中，示例1至9任一项或多项中的第一感应晶体管和第二感应晶体管选择性地为一个感应晶体管。
[0076] 在示例11中，示例1至10任一项或多项中的第一偏流源选择性地包括电流镜，所述电流镜包括：感应晶体管、镜像晶体管、以及与镜像晶体管连接的第一和第二电阻器。 [0077] 在示例12中，示例1至11任一项或多项中的第一偏流源的第一和第二电阻器选择性地包括第一和第二电阻器温度系数，用于至少对第一温度系数进行部分补偿。 [0078] 在示例13中，示例1至12任一项或多项中的放大器选择性地包括电流镜以及第一和第二输入晶体管，其中，所述电流镜用于为第一和第二输入晶体管 提供电流。 [0079] 在示例14中，示例1至13任一项或多项中的放大器选择性地包括共阴共栅放大器。
[0080] 在示例15中，示例1至14任一项或多项中的放大器选择性地包括折叠共阴共栅放大器。
[0081] 在示例16中，示例1至15任一项或多项中的放大器选择性地包括差分折叠共阴共栅放大器。
[0082] 在示例17中，示例1至16任一项或多项中的方法可包括：由放大器接收第一和第二输入电压；利用第一和第二输入电压以及放大器提供第一和第二电流；由迟滞比较器比较第一和第二电流；通过比较第一和第二电流，提供表示第一和第二输入电压的迟滞比较值的输出电压；以及在一个温度范围内控制迟滞比较值的迟滞范围。
[0083] 在示例18中，示例1至17任一项或多项中的控制迟滞范围选择性地包括：利用第一电流源偏置放大器的第一和第二输入晶体管，所述第一电流源用于至少对第一和第二输入晶体管的跨导的第一温度系数进行部分补偿。
[0084] 在示例19中，示例1至18任一项或多项中的控制迟滞范围选择性地包括：利用第二电流源偏置放大器的电流镜，所述第二电流源用于至少对电流镜的温度相关性进行部分补偿。
[0085] 在示例20中，示例1至19任一项或多项中的接收第一和第二输入电压选择性地包括：由差分折叠共阴共栅放大器接收所述第一和第二输入电压；示例1至19任一项或多项中的提供第一和第二电流选择性地包括：利用第一和第二输入电压以及差分折叠共阴共栅放大器提供第一和第二电流。
[0086] 示例21可包括与示例1至20任一项或多项的任何部分或任何部分的组合，或可选择性地与其相结合，以包含主题，所述主题可包括用于进行示例1-20任一项或多项的装置，或包括指令的机器可读介质，机器执行指令时，指令可使机器进行示例1-20的任一种或多种功能。
[0087] 上述详细说明书参照了附图，附图也是所述详细说明书的一部分。附图以 图解的方式显示了可应用本实用新型的具体实施例。这些实施例在本实用新型中被称作“示例”。本实用新型所涉及的所有出版物、专利及专利文件全部作为本实用新型的参考内容，尽管它们是分别加以参考的。如果本实用新型与参考文件之间存在用途差异，则将参考文件的用途视作本实用新型的用途的补充，若两者之间存在不可调和的差异，则以本实用新型的用途为准。
[0088] 在本实用新型中，与专利文件通常使用的一样，术语“一”或“某一”表示包括一个或多个，但其他情况或在使用“至少一个”或“一个或多个”时应除外。在本实用新型中，除非另外指明，否则使用术语“或”指无排他性的或者，使得“A或B”包括：“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”。在所附权利要求中，术语“包含”和“在其中”等同于各个术语“包括”和“其中”的通俗英语。同样，在下面的权利要求中，术语“包含”和“包括”是开放性的，即，系统、装置、物品或步骤包括除了权利要求中这种术语之后所列出的那些元件以外的部件的，依然视为落在该条权利要求的范围之内。而且，在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅用作标签，并非对对象有数量要求。
[0089] 上述说明的作用在于解说而非限制。例如上述示例(或示例的一个或多个方面)可结合使用。可以在理解上述说明书的基础上，利用现有技术的某种常规技术来执行其他实施例。遵照37C.F.R.§1.72(b)的规定提供摘要，允许读者快速确定本技术公开的性质。提交本摘要时要理解的是该摘要不用于解释或限制权利要求的范围或意义。同样，在上面的具体实施方式中，各种特征可归类成将本公开合理化。这不应理解成未要求的公开特征对任何权利要求必不可少。相反，本实用新型的主题可在于的特征少于特定公开的实施例的所有特征。因此，下面的权利要求据此并入具体实施方式中，每个权利要求均作为一个单独的实施例。应参看所附的权利要求，以及这些权利要求所享有的等同物的所有范围，来确定本实用新型的范围。
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