[发明专利]比较器

说明书

技术领域

本发明是有关于一种比较器。

背景技术

在各种电子装置中常常需要比较器来进行电压电平比较。例如在模拟数字转换器(analog-to-digital converter，ADC)内部往往配置多个比较器，以便将输入电压与参考电压进行比较。随着通讯网路频宽不断地增加，使得适用于前端的模拟转数字电路的转换速度也必须不断地提升以达到整个系统的需求，所以发展具有偏差去除功能的高速比较器是个无法避免的趋势。

图1是说明传统比较器的电路方块图。比较器100含前置放大器(pre-amplifier)110与锁存器(latch)120。比较器100接收并比较输入电压Vi与参考电压Vref，然后依据二者之间的电平关系而输出比较结果Vout。在实际电路中，比较器100往往具有偏差电压(offset voltage，图1中仅以Vos代表之)。

图2A绘示为美国专利公告号第US4,691,189号专利案的比较器电路图。在此不详细说明其操作过程。请参考图2A，在校准(calibration)过程中，开关SW21、SW23与SW24是导通的。导通的开关SW23与SW24各自使放大器A21与A22形成封闭循环(closed loop)。在此仅说明信号Vout1的校准机制，信号Vout2亦有相同的校准机制。图2B及2C中是以连接在正输入端的「Vos」表示放大器A21的输入偏差电压。

图2B是说明图2A中开关SW21、SW23导通而开关SW22截止时，第一级放大器A21的等效配置。在此期间，即为自动归零期间(autozeroing phase)，放大器A21的输出Vout1＝A₂₁(Vos-Vout1)，其中A₂₁表示放大器A21的增益值。因此，Vout1＝Vos(A₂₁/(1+A₂₁))。若放大器A21的增益值A₂₁够大，则放大器A21的输出Vout1约略等于输入偏差电压Vos。

图2C是说明图2A中开关SW21、SW23截止而开关SW22导通时，第一级放大器A21的等效配置。请参照图2C，在此假设放大器A21的负输入端的电压为Vx。在此期间，即为取样期间(sampling phase)，电容C21所储存的电位差Vx-Vi＝Vos-Vref。因此，放大器A21的负输入端电压Vx＝Vi-Vref+Vos。放大器A21的输出Vout1＝A₂₁(Vos-Vx)＝A₂₁(Vref-Vi)。

与上述US4,691,189号专利案相类似的先前技术尚有美国专利公告号第US4,748,418号等。图3A绘示为美国专利公告号第US4,899,068号专利案的比较器电路图。在此不详细说明其操作过程。请参考图3A，在校准过程中(自动归零期间)，开关SW31、SW34与SW35是导通的。图3B是说明图3A中开关SW31、SW34与SW35导通而开关SW32与SW33截止时，放大器A31的等效配置。导通的开关SW35使放大器A31形成封闭循环。在此是以「Vos」表示放大器A31的输入偏差电压。因此，放大器A31的输出Vout＝A₃₁(Vos-Vout)，其中A₃1表示放大器A31的增益值。因此，Vout＝Vos(A₃₁/(1+A₃₁))。若放大器A21的增益值A₃₁够大，则放大器A31的输出Vout约略等于输入偏差电压Vos。