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MOS集成电压比较器

发布时间:2020-06-30 21:48:40 阅读: 来源:灰浆泵厂家

电压比较器是用于比较两模拟输入信号电压相对大小的电路,是一种模拟输入、数字输出的模拟电路。采用高增益的集成运放可用来比较两模拟信号,而直接采用集成电压比较器,能获得更高的比较性能,而且使用更为方便。集成电压比较器已成为模拟集成电路中的重要单元电路。

MOS电压比较器包括差动比较、放大及输出锁存等电路。电路设计时利用MOS技术易于将模拟电路和数字电路兼容于同一芯片上的特点,内设时钟振荡器及开关电路,使放大、输出级分时工作,即工作于斩波稳零方式,使失调电压Vos大大地降低,构成自稳零电压比较器。

一、NMOS自稳零电压比较器

图1为全NMOS自稳零电压比较器原理电路(时钟、振荡器没画出)及其等效电路。其中,T2和T1、T5、T6、T7、T8构成分别受时钟和控制的开关SWB和SWA1、SWA2、SWA3、SWA4、SWA5。T9和T10、T11和T12、T13和T14、T15和T16各构成E/E型共源放大级A1、A2、A3、A4,级间采用电容耦合,不存在直流失调电压及其温漂。T17~T19构成仅在时钟期间才有输出的选通输出级。T3、T4构成偏置电路,产生偏置电压Vbias。T20~T23分别与开关管T5~T8对称,用于补偿开关管栅漏电容Cgd引入的时钟驱动的微分尖峰。

图1 NMOS自稳零电压比较器原理电路及其等效电路

从图1可知,基准信号VR和比较信号vI是在时钟、控制下分时输入进行比较。在时钟正半周(则为负半周)期间,SWA闭合,SWB断开,vI经SWA1输送到C1左端;而偏置电压Vbias经SWA2~SWA5接到放大极A1~A4的输入端,各放大管及其有源负载管均工作于放大区;同时极间耦合电容C1~C4存贮Vbias。这时C1中存贮电压为。{{分页}}

在负半周(则为正半周)期间,SWA断开,SWB闭合,VR经SWB输送到C1左端,使A1输入端产生一个电压增量ΔvIA1为

(1)

ΔvIA1经A1~A4放大后,

(2)

从上式可见,只要总增益AV足够大,便能推动输出管T17在负半周充分饱和导通或完全截止,而输出vo为逻辑“1”或“0”,而且能使误差足够小。

二、CMOS自稳零电压比较起

图2为CMOS自稳零电压比较器原理电路。它也是斩波稳零方式电压比较器,与图1相比,主要区别在于放大级A1~A4及输出级是CMOS共源放大器,而偏置电路采用NMOS管N3和PMOS管P9构成互补电路。如前所述CMOS放大器不存在衬底调制效应,在相同静态电流下单级增益比E/E型放大器高几倍~十几倍,故CMOS电压比较器总电压增益Av更高,精度较高。

图2 CMOS自稳零电压比较器原理电路

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