專利名稱：一種提高比較器電路比較速度的方法及比較器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及比較器電路領(lǐng)域，尤其涉及一種提高比較器電路比較速度的方法、一種電荷泵以及一種改進(jìn)型比較器電路。
背景技術(shù)：
集成電路系統(tǒng)中，比較器電路是一個非常常見且非常重要的模塊，它的比較速度是電路的主要性能指標(biāo)，在高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器/數(shù)模轉(zhuǎn)換器電路中，比較器的速度是影響電路性能的主要因素之一?，F(xiàn)有技術(shù)中，比較器電路實(shí)現(xiàn)的方式不一樣，但主要的功能模塊相似，主要由預(yù)放大電路與鎖存器電路組成，比較器的比較時間由預(yù)放大電路與鎖存器電路共同決定。在實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)方案的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問題比較器電路的比較速度受電源電壓的影響，電源電壓越低，比較器速度越慢，在低電源電壓的應(yīng)用場合，比較器的速度慢，從而影響電路的整體性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施例提供一種提高比較器電路比較速度的方法、一種電荷泵以及一種改進(jìn)型比較器電路，減少了電源電壓對比較器速度的限制，提高了低電源電壓下比較器的比較速度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例采用如下技術(shù)方案第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電荷泵，包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)，電荷泵電容；其中所述第一開關(guān)一端連接電荷泵抬升電壓源，所述第一開關(guān)的另一端連接比較器電路；所述第二開關(guān)一端接地，所述第二開關(guān)的另一端連接所述電荷泵電容；所述第三開關(guān)一端連接電源電壓，所述第三開關(guān)另一端連接所述電荷泵電容，所述第二開關(guān)和第三開關(guān)連接所述電荷泵電容的同側(cè)；所述電荷泵電容未連接所述第二開關(guān)的一端連接所述比較器電路。在結(jié)合第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述電荷泵還包括所述第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第一時鐘信號和第二時鐘信號控制，在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)上施加所述第一時鐘信號，在所述第三開關(guān)上施加所述第二時鐘信號，當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合。第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種改進(jìn)型比較器電路，包括比較器電路和電荷泵，所述比較器電路包含預(yù)放大電路、鎖存器電路和反相器，所述電荷泵包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)，電荷泵電容，其中所述第一開關(guān)一端連接電荷泵抬升電壓源，所述第一開關(guān)的另一端連接比較器電路；所述第二開關(guān)一端接地，所述第二開關(guān)的另一端連接所述電荷泵電容；所述第三開關(guān)一端連接電源電壓，所述第三開關(guān)另一端連接所述電荷泵電容，所述第二開關(guān)和第三開關(guān)連接所述電荷泵電容的同側(cè)；所述電荷泵電容未連接所述第二開關(guān)的一端連接所述比較器電路；所述改進(jìn)型比較器電路還包括時鐘信號發(fā)生器；所述第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由所述時鐘信號發(fā)生器輸入的第一時鐘信號和第二時鐘信號控制，在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)上施加所述第一時鐘信號，在所述第三開關(guān)上施加所述第二時鐘信號，當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開，所述改進(jìn)型比較器電路工作在復(fù)位階段；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合，所述改進(jìn)型比較器電路工作在比較階段。在結(jié)合第二方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述反相器包括與非門、或非門或施密特觸發(fā)器。第三方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種提高比較器電路比較速度的方法，包括在第一開關(guān)和第二開關(guān)上施加第一時鐘信號，在第三開關(guān)上施加第二時鐘信號，所述第一時鐘信號和所述第二時鐘信號相位相反；當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開，電荷泵電容充電，直至充電電壓達(dá)到電荷泵抬升電壓；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合，所述電荷泵電容與所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)相連的極板電壓從OV (地電平)抬升至電源電壓，所述電荷泵電容與所述比較器電路相連的極板電壓從電荷泵抬升電壓抬升至所述電荷泵抬升電壓與電源電壓之和。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種提高比較器電路比較速度的方法、一種電荷泵以及一種改進(jìn)型比較器電路，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開，電荷泵電容充電，直至充電電壓達(dá)到電荷泵抬升電壓，當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合，所述電荷泵電容與所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)相連的極板電壓從OV(地電平)抬升至電源電壓，所述電荷泵電容與所述比較器電路相連的極板電壓從電荷泵抬升電壓抬升至所述電荷泵抬升電壓與電源電壓之和，提高了比較器電路的工作電壓，從而加快了比較器的比較速度。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電荷泵電路結(jié)構(gòu)圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型比較器電路結(jié)構(gòu)圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型比較器電路實(shí)現(xiàn)圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種改進(jìn)型比較器電路的工作時序圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電荷泵，如圖I所示，包括第一開關(guān)SI，第二開關(guān)S2，第三開關(guān)S3，電荷泵電容Cp。其中第一開關(guān)SI —端連接電荷泵抬升電壓源VB00ST，第一開關(guān)SI的另一端連接比較器電路；第二開關(guān)S2 —端接地，第二開關(guān)S2的另一端連接電荷泵電容Cp ;第三開關(guān)S3一端連接電源電壓VDD，第三開關(guān)S3另一端連接電荷泵電容Cp。在圖2中，第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3連接電荷泵電容Cp的同側(cè)。電荷泵電容Cp—端連接比較器電路，另一端連接了第二開關(guān)S2和第三開關(guān)S3。電荷泵輸出的電壓為VDDH。所述第一開關(guān)SI，第二開關(guān)S2，第三開關(guān)S3的開關(guān)狀態(tài)由輸入的第一時鐘信號CLKB和第二時鐘信號CLK控制，本電荷泵中，所述第一開關(guān)SI和所述第二開關(guān)S2上施加所述第一時鐘信號CLKB，在所述第三開關(guān)S3上施加所述第二時鐘信號CLK，當(dāng)所述第一時鐘信號CLKB為高電平，所述第二時鐘信號CLK為低電平時，所述第一開關(guān)SI和所述第二開關(guān)S2閉合，所述第三開關(guān)S3斷開；當(dāng)所述第一時鐘信號CLKB為低電平，所述第二時鐘信號CLK為高電平時，所述第一開關(guān)SI和所述第二開關(guān)S2斷開，所述第三開關(guān)S3閉合。通過以上結(jié)構(gòu)構(gòu)成的電荷泵，在比較器電路進(jìn)入比較狀態(tài)之前可以抬升比較器電路的工作電壓，進(jìn)而加快比較器的比較速度。具體的，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號CLKB為高電平第二時鐘信號CLK為低電平時，第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2閉合，第三開關(guān)S3斷開，此時電荷泵工作在預(yù)充電狀態(tài)，電荷泵輸出電壓VDDH為電荷泵抬升電壓VBOOST ;當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號CLKB為低電平第二時鐘信號CLK為高電平時，第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2斷開，第三開關(guān)S3閉合，此時電荷泵工作在電壓抬升階段，電荷泵輸出電壓VDDH為VDD與VBOOST之和。進(jìn)一步的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種改進(jìn)型比較器電路，如圖2所示，包括電荷泵201，子比較器202，反相器203。其中子比較器202和反相器203構(gòu)成了傳統(tǒng)的比較器電路。該改進(jìn)型比較器電路還包括時鐘信號發(fā)生器，當(dāng)改進(jìn)型比較器電路需要工作時，將時鐘信號發(fā)生器與改進(jìn)型比較器電路連接，由時鐘信號發(fā)生器產(chǎn)生第一時鐘信號CLKB和第二時鐘信號CLK來控制改進(jìn)型比較器電路的工作狀態(tài)。具體的，時鐘信號發(fā)生器與改進(jìn)型比較器電路連接，在改進(jìn)型比較器電路中電荷泵201的第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2上施加第一時鐘信號CLKB在第三開關(guān)S3上施加第二時鐘信號CLK，第一時鐘信號CLKB和第二時鐘信號CLK的相位相反，當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號CLKB為高電平，第二時鐘信號CLK為低電平時，第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2閉合，第三開關(guān)S3斷開，改進(jìn)型比較器電路工作在復(fù)位階段；當(dāng)?shù)谝粫r鐘信號CLKB為低電平，第二時鐘信號CLK為高電平時，第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2斷開，第三開關(guān)S3閉合，改進(jìn)型比較器電路工作在比較階段。傳統(tǒng)的比較器電路在電源電壓下工作，當(dāng)電源電壓很低時，比較器電路的比較速度會降低。改進(jìn)型比較器電路在傳統(tǒng)的比較器電路的基礎(chǔ)上增加了電荷泵，在比較器電路工作之前，電荷泵電容充電，將電壓抬升到電荷泵抬升電壓與電源電壓之和，提高了比較器CN 102946193 A
書
明
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電路的工作電壓，比較器電路工作在高電壓環(huán)境下，加快了比較器的比較速度。具體的，在圖2的基礎(chǔ)上，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種改進(jìn)型比較器電路實(shí)現(xiàn)圖，如圖3所示,該電路包括電荷泵301，比較器電路302?！け容^器電路302包含預(yù)放大電路3021，鎖存器電路3022，反相器電路3023。該改進(jìn)型比較器電路工作有兩個階段，第一個階段是復(fù)位階段，在這個階段第一時鐘信號CLKB為高電平，第二時鐘信號CLK為低電平，電荷泵301中的第一開關(guān)SI和第二開關(guān)S2閉合，第三開關(guān)S3斷開，電荷泵301處于預(yù)充電狀態(tài)，電荷泵電容Cp兩端電壓充至電荷泵抬升電壓VB00ST，此時電荷泵301的輸出電壓VDDH為VBOOST (電荷泵抬升電壓)，同時由M0S(metal oxid semiconductor,金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)管M1、M2、M3、M4和輸入端VINP及VINN組成的預(yù)放大電路3021處于復(fù)位狀態(tài)，預(yù)放大電路3021中的MOS管Ml和MOS管M2導(dǎo)通，MOS管M3斷開，節(jié)點(diǎn)Vl和V2的電壓被拉高至電源電壓VDD，連接鎖存器電路3022的MOS管M5和MOS管M6導(dǎo)通，由鎖存器電路3022輸出的結(jié)果為Qc = QBc=0，由反相器電路3023輸出的結(jié)果為Q = QB= I。第二個階段是比較階段，在這個階段第一時鐘信號CLKB為低電平，第二時鐘信號CLK為高電平，電荷泵301進(jìn)入電壓抬升階段，電荷泵輸出電壓VDDH被抬升至VDD (電源電壓)和VBOOST (電荷泵抬升電壓)之和，同時由MOS管M1、M2、M3、M4和輸入端VINP及VINN組成的預(yù)放大電路3021開始工作，預(yù)放大電路3021中的MOS管Ml和MOS管M2斷開，MOS管M3閉合，節(jié)點(diǎn)Vl和V2的電壓通過與預(yù)放大電路3021連接的MOS管M15放電而下降，節(jié)點(diǎn)Vl和V2的電壓下降的速度快慢由預(yù)放大電路3021中的輸入端VINP和VINN的電壓差值(VINP-VINN)決定，電壓差值越大，Vl的下降速度比V2越快；電壓差值越小，V2的下降速度比Vl越快，當(dāng)節(jié)點(diǎn)Vl和V2的電壓降至某一值時，由MOS管M7/M8/M9/M10構(gòu)成的鎖存器電路3022開始工作，鎖存器電路3022將預(yù)放大電路3031的比較結(jié)果鎖存，而后由鎖存器電路3022輸出一個穩(wěn)定的比較結(jié)果Qc和QBc，最后由反相器電路3023輸出結(jié)果Q和QB。由上面分析的改進(jìn)型比較器電路的工作過程可知，在比較器電路302的比較階段，鎖存器電路3022的工作電壓已被抬升至VDD (電源電壓)和VBOOST (電荷泵抬升電壓)之和，鎖存器電路3022的響應(yīng)時間與工作電壓成反比，而鎖存器電路3022的工作電壓已被抬升，從而減少了鎖存器電路3022的響應(yīng)時間，即減少了比較器的比較時間，也就加快了比較器的比較速度。實(shí)現(xiàn)上述改進(jìn)型比較器電路的工作時序圖如圖4所示，比較器電路工作的復(fù)位階段對應(yīng)圖中的時間tl，在tl階段第一時鐘信號CLKB為高電平VDD，第二時鐘信號CLK為低電平0，電荷泵電路處于預(yù)充電狀態(tài)，電荷泵輸出的電壓VDDH為電荷泵抬升電壓VB00ST，而比較器電路工作在復(fù)位狀態(tài)，所以由鎖存器電路輸出的結(jié)果Qc為0，此時由反相器電路輸出的結(jié)果Q為I。比較器電路工作的比較階段對應(yīng)圖中的時間t2，在比較階段第一時鐘信號CLKB為低電平0，第二時鐘信號CLK為高電平VDD，電荷泵電路工作在電壓抬升階段，電荷泵輸出的電壓VDDH為電源電壓VDD與電荷泵抬升電壓VBOOST之和，經(jīng)比較時間t2后，在t3時間段，比較器輸出穩(wěn)定的比較結(jié)果，此比較結(jié)果由比較器輸入電壓VIN(VINP-VINN)決定，即VINP與VINN的差值決定，當(dāng)VINP與VINN的差值大于O時，由鎖存器電路輸出的結(jié)果Qc為
71，此時由反相器電路輸出的結(jié)果Q為0，當(dāng)VINP與VINN的差值小于O時，由鎖存器電路輸出的結(jié)果Qc為0，此時由反相器電路輸出的結(jié)果Q為I。通過有序的工作，將鎖存器電路的工作電壓由原有電源電壓VDD抬升至原有電源電壓VDD與電荷泵抬升電壓VBOOST之和，提高了鎖存器電路的工作電壓，比較器電路工作 在高電壓環(huán)境下，加快了比較器的比較速度。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種電荷泵，其特征在于，包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)，電荷泵電容，其中所述第一開關(guān)一端連接電荷泵抬升電壓源，所述第一開關(guān)的另一端連接比較器電路；所述第二開關(guān)一端接地，所述第二開關(guān)的另一端連接所述電荷泵電容；所述第三開關(guān)一端連接電源電壓，所述第三開關(guān)另一端連接所述電荷泵電容，所述第二開關(guān)和第三開關(guān)連接所述電荷泵電容的同側(cè)；所述電荷泵電容未連接所述第二開關(guān)的一端連接所述比較器電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電荷泵，其特征在于，還包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由第一時鐘信號和第二時鐘信號控制，在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)上施加所述第一時鐘信號，在所述第三開關(guān)上施加所述第二時鐘信號，當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合。
3.一種改進(jìn)型比較器電路，包括比較器電路和電荷泵，所述比較器電路包含預(yù)放大電路、鎖存器電路和反相器，其特征在于，所述電荷泵包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)，電荷泵電容，其中所述第一開關(guān)一端連接電荷泵抬升電壓源，所述第一開關(guān)的另一端連接比較器電路；所述第二開關(guān)一端接地，所述第二開關(guān)的另一端連接所述電荷泵電容；所述第三開關(guān)一端連接電源電壓，所述第三開關(guān)另一端連接所述電荷泵電容，所述第二開關(guān)和第三開關(guān)連接所述電荷泵電容的同側(cè)；所述電荷泵電容未連接所述第二開關(guān)的一端連接所述比較器電路；所述改進(jìn)型比較器電路還包括時鐘信號發(fā)生器；所述第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)由所述時鐘信號發(fā)生器輸入的第一時鐘信號和第二時鐘信號控制，在所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)上施加所述第一時鐘信號，在所述第三開關(guān)上施加所述第二時鐘信號，當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開，所述改進(jìn)型比較器電路工作在復(fù)位階段；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合，所述改進(jìn)型比較器電路工作在比較階段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的改進(jìn)型比較器電路，其特征在于，所述反相器包括與非門、或非門或施密特觸發(fā)器。
5.一種提高比較器電路比較速度的方法，其特征在于，包括在第一開關(guān)和第二開關(guān)上施加第一時鐘信號，在第三開關(guān)上施加第二時鐘信號，所述第一時鐘信號和所述第二時鐘信號相位相反；當(dāng)所述第一時鐘信號為高電平，所述第二時鐘信號為低電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)閉合，所述第三開關(guān)斷開，電荷泵電容充電，直至充電電壓達(dá)到電荷泵抬升電壓；當(dāng)所述第一時鐘信號為低電平，所述第二時鐘信號為高電平時，所述第一開關(guān)和所述第二開關(guān)斷開，所述第三開關(guān)閉合，所述電荷泵電容與所述第二開關(guān)、所述第三開關(guān)相連的極板電壓從OV (地電平)抬升至電源電壓，所述電荷泵電容與所述比較器電路相連的極板電壓從電荷泵抬升電壓抬升至所述電荷泵抬升電壓與電源電壓之和。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高比較器電路比較速度的方法、一種電荷泵以及一種改進(jìn)型比較器電路，涉及比較器電路領(lǐng)域，減少了電源電壓對比較器速度的限制，提高了低電源電壓下比較器的比較速度。一種電荷泵，包括第一開關(guān)，第二開關(guān)，第三開關(guān)，電荷泵電容，其中所述第一開關(guān)一端連接電荷泵抬升電壓源，所述第一開關(guān)的另一端連接比較器電路；所述第二開關(guān)一端接地，所述第二開關(guān)的另一端連接所述電荷泵電容；所述第三開關(guān)一端連接電源電壓，所述第三開關(guān)另一端連接所述電荷泵電容，所述第二開關(guān)和第三開關(guān)連接所述電荷泵電容的同側(cè)；所述電荷泵電容未連接所述第二開關(guān)的一端連接所述比較器電路。本發(fā)明用于比較器電路。
文檔編號H02M3/07GK102946193SQ20121041712
公開日2013年2月27日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者陶云彬 申請人:華為技術(shù)有限公司