本發(fā)明涉及尤其集成電路上采用的差分比較器電路的改進(jìn)。

背景技術(shù)：

差分比較器是常用以測(cè)量電路中的信號(hào)電平以確定何時(shí)兩個(gè)信號(hào)電平之間的差超出閾值的電路元件。常規(guī)地，其包括差分到單端放大器和電壓參考作為到高增益放大器(例如運(yùn)算放大器)的輸入。已知電路布置的實(shí)例在ieee固態(tài)電路期刊(ieeejournalofsolid-statecircuits)，第17卷，第6版，第969-982頁(yè)，“mos運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)-輔導(dǎo)概觀(mosoperationalamplifierdesign-atutorialoverview)”中給出。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在改進(jìn)已知電路布置，且提供一種具有第一輸入和第二輸入的差分比較器，包括：

第一和第二晶體管，其布置為分別連接到第一和第二輸入的差分對(duì)；以及

恒定電流布置，其安置于所述差分對(duì)和第一供應(yīng)軌之間；

其中第一晶體管和恒定電流布置之間的第一路徑具有與第二晶體管和恒定電流布置之間的第二路徑不同的電阻。

因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，根據(jù)本發(fā)明，在差分對(duì)的晶體管之間引入有意失配。此提供差分比較器的所要功能，但因?yàn)閮H需要單一差分對(duì)，所以申請(qǐng)人已發(fā)現(xiàn)，此布置比常規(guī)電路更高效地使用功率，這意味著其能夠在比已知布置高的頻率下操作而所使用的功率不會(huì)相稱地增加。其還需要集成電路布局上的較小面積，這從節(jié)省成本的觀點(diǎn)來看是有益的。

第一和第二晶體管可為任何合適的類型，但在一組實(shí)施例中包括場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選地金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)。所述晶體管優(yōu)選地相同，但此鑒于上文描述的失配并不是必需的。

差分對(duì)通常驅(qū)動(dòng)負(fù)載。此可包括無源負(fù)載，例如固定電阻器。然而，在一組實(shí)施例中，有源負(fù)載提供在所述差分對(duì)和第二供應(yīng)軌之間。有源負(fù)載可包括對(duì)所述相應(yīng)第一和第二晶體管進(jìn)行饋送的第三和第四晶體管。所述第三和第四晶體管優(yōu)選地為場(chǎng)效應(yīng)晶體管，優(yōu)選地金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)。在一組實(shí)施例中，所述第三和第四晶體管中的一者的柵極/基極連接到其漏極/發(fā)射極。比較器的輸出可從第三和第四晶體管中的另一者的漏極/發(fā)射極采取。有源負(fù)載可包括簡(jiǎn)單電流反射鏡，但在其它實(shí)施例中可提供進(jìn)一步電路(本身已知)以引入滯后和/或給出較快切換時(shí)間。

第一和第二路徑可各自包括一或多個(gè)電阻器以給出所述不同電阻。在一或多個(gè)電阻器提供于第一和第二路徑中的每一者中的情況下，其相應(yīng)電阻應(yīng)具有不同標(biāo)稱值，即，其差應(yīng)超過依據(jù)相同標(biāo)稱電阻的值的固有容差所預(yù)期的。在一組實(shí)施例中，所述第一和第二路徑中的一者包括電阻器，而另一者不包括電阻器。

恒定電流布置可以若干方式提供。舉例來說，其可簡(jiǎn)單地包括晶體管或級(jí)聯(lián)的晶體管對(duì)。在優(yōu)選實(shí)施例中，提供單一恒定電流源，其是第一和第二路徑共同的。然而，此不是必需的，且單獨(dú)恒定電流源可分別提供于第一和第二路徑中。這些可提供彼此相同的電流或不同電流。

本發(fā)明的實(shí)施例尤其適合用于電平檢測(cè)器中，確切地說無線電接收器電路內(nèi)的電平檢測(cè)器中。此有利地提供具有以下能力的無線電接收器：測(cè)量所接收信號(hào)的電平，且調(diào)節(jié)信號(hào)路徑上分量的增益以便防止削波。因此，從第二方面來看，本發(fā)明提供一種無線電接收器，包括：

信道濾波器，其用于衰減處于特定信道外部的所接收無線電信號(hào)的分量；

電平檢測(cè)器，其位于與信道濾波器相同的信號(hào)路徑上，其中所述電平檢測(cè)器包括具有第一輸入和第二輸入的差分比較器，且所述差分比較器包括：

第一和第二晶體管，其布置為分別連接到第一和第二輸入的差分對(duì)；以及

恒定電流布置，其安置于所述差分對(duì)和第一供應(yīng)軌之間；

其中第一晶體管和恒定電流布置之間的第一路徑具有與第二晶體管和恒定電流布置之間的第二路徑不同的電阻；以及

自動(dòng)增益控制系統(tǒng)，其經(jīng)布置以從電平檢測(cè)器接收電平檢測(cè)信息，且使用所接收的電平檢測(cè)信息調(diào)節(jié)無線電接收器中的一或多個(gè)增益控制系統(tǒng)的增益。

附圖說明

現(xiàn)將參考附圖僅借助于實(shí)例描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，在附圖中：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)差分比較器布置的圖形表示；

圖2為體現(xiàn)本發(fā)明的比較器的示意性電路圖；以及

圖3為圖2的比較器的示范性實(shí)施方案的圖形表示。

具體實(shí)施方式

圖1說明常規(guī)差分比較器。待比較的兩個(gè)信號(hào)饋送到差分放大器2的+和-輸入。來自差分放大器2的輸出信號(hào)等于+和-輸入端子上的電壓的差乘以電壓增益av(其可能高于或低于單位一)加上任選地共模電壓vcm。差分放大器2的前述輸出將輸入中的一者提供到高增益比較器4。到比較器4的另一輸入由固定電壓參考6提供。比較器4通常經(jīng)設(shè)置使得如果其正輸入(由差分放大器2提供)高于其負(fù)輸入(由電壓參考6提供)，則其輸出8較高地飽和，否則為低。因此，在使用中，所述差分放大器的+和-輸入之間的差大于預(yù)定量，那么總體輸出8為高，然而如果所述差小于此量，那么輸出8為低。

此電路具有許多用途，但申請(qǐng)人已了解，其對(duì)于一些情形并不是最佳的。

圖2展示本發(fā)明的示范性實(shí)施例。所述電路包括金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(mosfet)10、12的差分對(duì)。mosfet10中的一者的漏極引線直接連接到安置于mosfet10和0v軌之間的恒定電流源14。另一mosfet12的漏極引線也連接到恒定電流源14，但經(jīng)由具有值r的電阻器16。

兩個(gè)mosfet10、12的源極引線連接到第三和第四mosfet18、20的相應(yīng)源極引線，其形成電流反射鏡布置。第三和第四mosfet18、20的柵極引線連接在一起且連接到第四mosfet20的漏極引線。第三和第四mosfet的源極引線連接到電壓供應(yīng)軌+v。

到電路22、24的輸入連接到差分晶體管對(duì)10、12的相應(yīng)柵極引線。如所示，到第一mosfet10的柵極引線提供負(fù)輸入，且到第二mosfet12的柵極引線提供正輸入。電路26的輸出從第一和第三mosfet10、28的共同源極引線結(jié)采取。

現(xiàn)將描述電路的操作。如果相同電壓電平施加到兩個(gè)輸入22、24，那么將存在跨越電阻器16的電壓降。此給出跨越第二晶體管12的比跨越第一電阻器10低的柵極-源極電壓，且因此第二晶體管12的源極電流將顯著減小。此致使跨越電阻器16的電壓降減小，且電路因此最終達(dá)到平衡。因?yàn)殡娏髟?4中的電流為恒定的，所以穿過第二晶體管12的電流的減小將導(dǎo)致穿過第一晶體管10的電流的類似增加。此致使輸出26變低。

類似地，如果正輸入24僅稍微高于負(fù)輸入22，那么相異電流將流動(dòng)且輸出26將保持低。當(dāng)相等電流流動(dòng)穿過輸入晶體管10、12兩者時(shí)發(fā)生切換點(diǎn)，輸入晶體管10、12各自為由恒定電流源14產(chǎn)生的電流的值i的一半。在切換點(diǎn)處，跨越電阻器16的電壓降vsw因此為：

vsw＝0.5ir

因此對(duì)于恒定電流源的給定值i，電阻器16的電阻值r確定將觸發(fā)比較器的輸入22、24之間的電壓差分。當(dāng)相等電流流動(dòng)穿過輸入晶體管10、12時(shí)，電流反射鏡布置18、20致使輸出26開始變高。當(dāng)穿過第二晶體管12的電流超出穿過第一晶體管10的電流時(shí)，輸出26將為高。這是因?yàn)閬碜缘诙w管12的電流經(jīng)由電流反射鏡的第三和第四晶體管18、20鏡射且添加到來自第一晶體管10的電流。因?yàn)檫@些電流具有相反方向且來自第三晶體管18的電流的振幅高于來自第一晶體管10的電流，所以輸出信號(hào)將拉高。

舉一個(gè)特定實(shí)例，如果恒定電流產(chǎn)生器14提供電流i＝10μa且電阻器具有值63kω，那么切換點(diǎn)處的電壓降vsw＝0.5x0.00001x63000＝315mv。

盡管圖2中展示的布置可具有比常規(guī)差分比較器電路布置低(舉例來說，與1到5％的準(zhǔn)確性相比，大約20％)的準(zhǔn)確性，但此在許多應(yīng)用中為適當(dāng)?shù)?。作為一?shí)例，申請(qǐng)人已理解，有利的是提供具有包括如本文所描述的比較器的自動(dòng)增益控制(agc)回路的無線電接收器。這樣做的目的是調(diào)節(jié)接收器中的信號(hào)增益以避免在存在強(qiáng)信號(hào)的情況下的飽和，同時(shí)在存在弱信號(hào)的情況下仍維持極好的噪聲性能。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)約100db的動(dòng)態(tài)范圍。對(duì)于此大增益范圍，具有比3db小的增益步階常常不可行，且振幅檢測(cè)器的20％的絕對(duì)準(zhǔn)確性因而是完全可接受的。

然而，已發(fā)現(xiàn)本文中描述的實(shí)施例與常規(guī)替代方案相比具有顯著較低的功率消耗。雖然此實(shí)施例中的比較器將通常具有與常規(guī)電路中的比較器類似的電流消耗，但常規(guī)電路進(jìn)一步需要差分到單端放大器。設(shè)計(jì)此情形的一種常見方式是使用具有電阻性反饋的兩個(gè)運(yùn)算放大器。因?yàn)檫@一點(diǎn)，差分到單端放大器最可能成為常規(guī)電路中的功率消耗的主導(dǎo)部分。如果假定比較器消耗與運(yùn)算放大器相同的功率，那么本發(fā)明的實(shí)施例可具有常規(guī)電路的值的約三分之一的功率消耗。在實(shí)踐中，功率消耗可更低，因?yàn)榫哂须娮栊苑答伒倪\(yùn)算放大器將通常消耗比比較器多的功率。類似地，能夠使用集成電路上的較少面積實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施例。在某些狀況下，較大功率效率還可意味著電路較快起作用，且因此能夠在需要較高帶寬的情況下使用。

圖3展示例如基于包的數(shù)字無線電接收器等無線電接收器中采用的電平檢測(cè)器電路中的圖2的比較器的示范性實(shí)施方案。在此布置中，將輸入信號(hào)電壓30與兩個(gè)閾值電壓比較。向參看圖2描述的類型的第一差分比較器36饋送上部參考電壓32，且向第二此類差分比較器38饋送較低參考電壓34。這些差分比較器36、38各自產(chǎn)生饋送到相應(yīng)觸發(fā)器42、44的復(fù)位輸入的輸出信號(hào)。如果輸入信號(hào)30具有比閾值電壓32、34高的電壓，那么相應(yīng)差分比較器36、38將輸出設(shè)定相關(guān)聯(lián)觸發(fā)器42、44的邏輯高信號(hào)。如果輸入信號(hào)電壓30大于上部參考電壓32，那么第一觸發(fā)器42產(chǎn)生“過高”輸出48上的邏輯高。如果輸入信號(hào)電壓30小于下部參考電壓34，那么第二觸發(fā)器44借助于邏輯反相器46產(chǎn)生“過低”輸出50上的邏輯高。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，已通過描述本發(fā)明的特定實(shí)施例來說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于所述實(shí)施例；在所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的許多變化和修改是可能的。舉例來說，盡管單一電阻器展示為在差分對(duì)和恒定電流源之間的路徑中的一者中，但可在每一路徑中使用不同電阻器來實(shí)現(xiàn)相同效應(yīng)。