比较器架构和相关的方法

摘要

公开了一种系统。该系统包括配置成接收输入电压(VIN)和参考电压(VREF)的第一级(M12、M14)，第一级包括输入晶体管对(M12、M14)，其中输入电压耦合到输入晶体管对，输入晶体管对耦合到地，并且输入晶体管对在公共漏极处包括具有电压的高增益节点(VHGN)。该系统进一步包括第二级(130)，第二级耦合到高增益节点并且配置成基于输入电压和参考电压之间的差而生成输出电压(VOUT)，第二级包括电阻器(R11)和反相器晶体管对(M15、M16)，其中反相器晶体管对的栅极耦合到第一级的高增益节点，并且电阻器将第一级的高增益节点耦合到反相器晶体管对的公共漏极，并且配置成向和/或从第一级的高增益节点提供和/或汲取电流。

说明书

技术领域

本专利申请要求申请号为15/995,069的优先权，其标题为“比较器架构和相关的方法”于2018年5月31日提交，并且转让给本受让人并且在此明确地通过引用并入本文。

背景技术

本公开的各方面总体上涉及比较器架构，并且更具体地涉及最大化比较器的速度。

比较器可以用于监控电压。特别地，比较器确定输入电压V

V

例如，假设特定设备的电源电压的最佳范围是一伏，正负五十毫伏。因此，VTM可以向比较器提供1.05V的参考电压V

当VTM指示设备的电源电压例如太高时，功率管理系统可以进行调节以将设备的电源电压降低到最佳范围内。应当理解，调节能被进行得越快，速度和/或性能的提升就越大。在常规的架构中，构成VTM的一个或多个比较器可能无法快速切换。比较器的速度可以被视为V

为了返回到较早的示例，假设设备的电源电压最初在最佳范围内。结果，比较器的输出电压V

发明内容

以下概述是仅为帮助描述本公开的各个方面而提供的概述，并且仅为了说明这些方面而提供并且不是限制本公开。

根据本公开的各方面，公开了一种系统。该系统包括第一级，第一级配置成接收输入电压和参考电压，该第一级包括输入晶体管对，其中输入电压耦合到输入晶体管对，输入晶体管对耦合到地，并且输入晶体管对在公共漏极处包括具有高增益节点电压的高增益节点。该系统进一步包括第二级，第二级耦合到高增益节点并且配置成基于输入电压和参考电压之间的差而生成输出电压，第二级包括电阻器和反相器晶体管对，其中反相器晶体管对的栅极耦合到第一级的高增益节点，并且电阻器将第一级的高增益节点耦合到反相器晶体管对的公共漏极，并且配置成向和/或从第一级的高增益节点提供和/或汲取电流。

根据本公开的其它方面，公开了一种方法。该方法包括在包括输入晶体管对的第一级处接收输入电压和参考电压，其中输入电压耦合到输入晶体管对，输入晶体管对耦合到地，并且输入晶体管对在公共漏极处包括具有高增益节点电压的高增益节点。该方法进一步包括在包括电阻器和反相器晶体管对的第二级处接收高增益节点电压，其中反相器晶体管对的栅极耦合到第一级的高增益节点，并且电阻器将第一级的高增益节点耦合到反相器晶体管对的公共漏极。该方法进一步包括向第一级的高增益节点提供电流或从第一级的高增益节点汲取电流，并且基于输入电压与参考电压之间的差而生成输出电压。

根据本公开的其它方面，公开了另一种系统。该系统包括用于接收输入电压和参考电压的装置，其中用于接收的装置包括用于提供具有高增益节点电压的高增益节点的装置、用于接收高增益节点电压的装置、用于向第一级的高增益节点提供电流或从第一级的高增益节点汲取电流的装置、以及用于基于输入电压与参考电压之间的差而生成输出电压的装置。

附图说明

呈现附图以辅助描述本公开的各个方面，并且提供附图仅用于说明所述方面而非限制所述方面。

图1总体示出在输入电压上升到参考电压以上时的根据本公开的各方面的比较器架构。

图2总体示出在输入电压下降到参考电压以下时的图1的比较器架构。

图3总体示出根据本公开的各方面的具有由参考电压看到的增加的阻抗的比较器架构。

图4总体示出具有从参考电压和输入电压看到的增加的阻抗的比较器架构。

图5总体示出根据本公开的各方面的用于将输入电压与参考电压进行比较的方法。

图6总体示出示例性的电子设备，在该电子设备中可以有利地采用本公开的方面。

具体实施方式

如上所述，使用常规架构制备的比较器可能不能快速切换。例如，响应于输入电压V

如下文将更详细论述，本公开的比较器架构可以将延迟减小到小于一百皮秒。在一种实施方案中，比较器可以包括高增益级和反相器级，其中反相器级通过向高增益级提供电流或从高增益级获取(draining)电流来辅助高增益级。在另一实施方案中，比较器可以进一步包括高阻抗级以防止比较器从输入电压V

图1总体示出在输入电压上升到参考电压以上时的根据本公开的各方面的比较器架构100。

比较器架构100可以包括高增益级120和反相器级130。如下文将更详细论述，上升输入电压V

高增益级120可以包括两个晶体管对，每个晶体管对均包括一个p型晶体管和一个n型晶体管。参考对可以包括作为p型晶体管的晶体管M11和作为n型晶体管的晶体管M13。输入对可以包括作为p型晶体管的晶体管M12和作为n型晶体管的晶体管M14。n型晶体管(晶体管M13和晶体管M14)可以各自包括耦合到地的源极和耦合到偏置电压V

参考对中的晶体管(晶体管M11和晶体管M13)的漏极可以耦合到具有漏极-栅极电压V

反相器级130可以包括第一反相器，第一反相器包括晶体管M15、晶体管M16和电阻器R11。反相器级130可以进一步包括第二反相器132。晶体管M15可以是p型晶体管，该晶体管的源极耦合到电源电压V

高增益级120的高增益节点可以耦合到晶体管M15和晶体管M16的栅极。另外，电阻器R11可以将高增益节点耦合到第一反相器节点。第一反相器节点可以耦合到第二反相器132，第二反相器生成比较器架构100的输出电压V

在以下段落中，将根据V

当V

从高增益节点，M12电流112可以分成M14电流114(通过晶体管M14流向地)和M16电流116(通过电阻器R11和晶体管M16流向地)。应当理解，如果电阻器R11不存在，则M12电流112将等于M14电流114。因此，M12电流112增加的速度将受到M14电流114增加的速度的限制。然而，如图1中所示，电阻器R11确保了经由电阻器R11和晶体管M16至地的附加路径。因为电阻器R11吸收流入高增益节点的M12电流112的一部分，所以M12电流112不再严格限制为等于M14电流114的量。结果，M12电流112可以更快地增加，并且V

图2总体示出在输入电压下降到参考电压以下时的图1的比较器架构100。已经根据图1描述了比较器架构100的结构。为了简洁起见，将省略对比较器架构100的进一步论述。在以下段落中，将根据V

当V

如图2中所示，当V

图3总体示出根据本公开的各方面的具有由参考电压看到的增加的阻抗的比较器架构300。

比较器架构300可以包括高阻抗级310、高增益级320和反相器级330。

高增益级320在某些方面可以类似于图1-2中所描绘的高增益级120。例如，晶体管M31可以类似于晶体管M11，晶体管M32可以类似于晶体管M12，晶体管M33可以类似于晶体管M13，并且晶体管M34可以类似于晶体管M14。高增益级320可以包括具有V

反相器级330在某些方面可以类似于图1-2中所描绘的反相器级130。例如，晶体管M35可以类似于晶体管M15，晶体管M36可以类似于晶体管M16，电阻器R31可以类似于电阻器R11，且第二反相器332可以类似于第二反相器132。

高阻抗级310可以用于增加参考电压的提供者所看到的阻抗。如从图3可以看出，提供V

运算放大器312的输出可以耦合到晶体管M37的栅极。晶体管M37可以是具有耦合到电源V

还应当理解，可以提供类似于高阻抗级310的高阻抗级(未示出)，以便隔离输入电压V

图4总体示出根据本公开的各方面的具有由参考电压和输入电压看到的增加的阻抗的比较器架构400。

比较器架构400可以包括高阻抗级410、高增益级420和反相器级430。

反相器级430在某些方面可以类似于图1-2中所描绘的反相器级130。例如，晶体管M45可以类似于晶体管M15，晶体管M46可以类似于晶体管M16，电阻器R41可以类似于电阻器R11，且第二反相器432可以类似于第二反相器132。

高增益级420在某些方面可以类似于图1-2中所描绘的高增益级120和图3中所描绘的高增益级320。例如，高增益级420可以被提供有输入电压V

然而，高增益级420可以在重要方面不同于图1至图2中所描绘的高增益级120和图3中所描绘的高增益级320。特别地，低阻抗电压V

晶体管M41的漏极也可以耦合到晶体管M42的栅极和晶体管M47的栅极。晶体管M42和晶体管M47可以是p型晶体管。晶体管M42的源极可以耦合到输入电压V

可选地，如图4中所示，可以提供包括箝位晶体管M55的有源箝位。特别地，箝位晶体管M55的源极可以耦合到高增益节点，箝位晶体管M55的漏极可以耦合到晶体管M48的栅极和漏极和晶体管M44的栅极，且箝位晶体管M55的栅极可以耦合到箝位电压V

高阻抗级410在某些方面可以类似于图3中所描绘的高阻抗级310。例如，高阻抗级410可以设有高阻抗输入电压V

然而，高阻抗级410在重要方面可以不同于图3中描绘的高阻抗级310。特别地，V

p型晶体管(晶体管M51和晶体管M52)的源极可以耦合到晶体管M54(该晶体管可以是p型晶体管)的漏极。晶体管M54的源极可以耦合到电源电压V

n型晶体管(晶体管M49和晶体管M50)的源极可以耦合到晶体管M53(该晶体管可以是n型晶体管)的漏极。晶体管M53的源极可以耦合到地，并且晶体管M54的栅极可以耦合到n型偏置电压V

晶体管M49和晶体管M51的漏极可以耦合到具有供应到高增益级420的电压V

图5总体示出根据本公开的各方面的用于将输入电压与参考电压进行比较的方法500。将理解，方法500或其某些方面可以全部或部分地由根据本公开的各方面的任何合适的系统来执行，例如，图1-2中描绘的比较器架构100、图3中描绘的比较器架构300、图4中描绘的比较器架构400等。

在505处，比较器架构400可选地基于高阻抗输入电压和高压电源提供输入电压，和/或基于高阻抗参考电压和高压电源提供参考电压。在505处的提供可以由例如高阻抗级310和/或高阻抗级410执行。因此，高阻抗级310和/或高阻抗级410可以构成增加阻抗的装置。

在510处，比较器架构400在包括输入晶体管对的第一级处接收输入电压和参考电压，其中输入电压耦合到输入晶体管对，输入晶体管对耦合到地，并且输入晶体管对在公共漏极处包括具有高增益节点电压的高增益节点。在510处的接收可以由(例如)图1-2中所描绘的高增益级120、图3中所描绘的高增益级320和/或图4中所描绘的高增益级420执行。因此，高增益级120、高增益级320和/或高增益级420可以构成用于接收输入电压和参考电压的装置和/或用于提供具有高增益节点电压的高增益节点的装置。

在520处，比较器架构400在包括电阻器和反相器晶体管对的第二级处接收高增益节点电压，其中反相器晶体管对的栅极耦合到第一级的高增益节点，并且电阻器将第一级的高增益节点耦合到反相器晶体管对的公共漏极。在520处的接收可以由(例如)图1-2中所描绘的反相器级130、图3中所描绘的反相器级330和/或图4中所描绘的反相器级430执行。因此，反相器级130、反相器级330和/或反相器级430可以构成用于接收高增益节点电压的装置。

在530处，比较器架构400向第一级的高增益节点提供电流、或从第一级的高增益节点汲取电流。在530处的提供或汲取可以由(例如)图1-2中所描绘的反相器级130、图3中所描绘的反相器级330和/或图4中所描绘的反相器级430执行。因此，反相器级130、反相器级330和/或反相器级430可以构成用于向第一级的高增益节点提供电流或从第一级的高增益节点汲取电流的装置。

在540处，比较器架构400基于输入电压与参考电压之间的差而生成输出电压。在540处的生成可以由(例如)图1-2中所描绘的反相器级130、图3中所描绘的反相器级330和/或图4中所描绘的反相器级430执行。因此，反相器级130、反相器级330和/或反相器级430可以构成用于基于输入电压和参考电压之间的差而生成输出电压的装置。

图5中所描绘的功能可以以与本文的教导一致的各种方式来实现。在一些设计中，功能可以被实现为一个或多个电气组件。在一些设计中，功能可以被实现为包括一个或多个处理器组件的处理系统。在一些设计中，可以使用例如一个或多个集成电路(例如，ASIC)的至少一部分来实现该功能。如本文所讨论的，集成电路可以包括处理器、软件、其它相关组件或其任意组合。因此，不同模块的功能可以例如被实现为集成电路的不同子集、软件模块集合的不同子集或其组合。而且，将理解，(例如，集成电路和/或软件模块集合的)给定子集可以为一个以上的模块提供功能的至少一部分。

另外，图5中所描绘的功能以及本文所描述的其它组件和功能可以使用任何合适的装置来实现。也可以至少部分地使用如本文所教导的相应结构来实现这样的装置。上述组件也可以对应于类似指定的用于功能的“代码”。因此，在一些方面中，可以使用处理器组件、集成电路或如本文所教导的其它合适结构中的一个或多个来实现这样的装置中的一个或多个装置。

图6总体示出示例性的电子设备600，在该电子设备中可以有利地采用本公开的方面。

电子设备600可以包括图1-2中描述的比较器架构100、图3中描述的比较器架构300、图4中描述的比较器架构400和/或其任意组合。在图6的描绘中，电子设备600被示出为包括处理器610。电子设备600可以进一步包括高速缓存620。在图6中，处理器610示例性地被示出为通过在处理器610和存储器630之间的高速缓存620耦合到存储器630，但是将理解，电子设备600也可以支持本领域已知的其它存储器配置。

图6还描绘了耦合到处理器610和显示器642的显示控制器640。在一些情况下，电子设备600可以用于无线通信。图6以虚线描绘可选框，例如耦合到处理器610的编码器/解码器(CODEC)660(例如，音频和/或语音CODEC)。扬声器662和麦克风664也可以耦合到CODEC660。此外，无线天线652可以耦合到无线控制器650，所述无线控制器耦合到处理器610。在存在这些可选框中的一个或多个可选框的情况下，在特定方面中，处理器610、显示控制器640、存储器630和无线控制器650被包括在系统级封装或片上系统设备670中。

因此，在特定方面中，输入设备612和电源672耦合到芯片上系统设备670。此外，在特定方面中，如图6中所示出，在存在一个或多个可选框的情况下，显示器642、输入设备612、扬声器662、麦克风664、无线天线652和电源672在片上系统设备670外部。然而，显示器642、输入设备612、扬声器662、麦克风664、无线天线652和电源672中的每一个可以耦合到片上系统设备670的组件，例如接口或控制器。在一些实施方案中，电子设备600的组件中的一个或多个组件可以经由系统总线彼此通信。

应注意，尽管图6总体描绘通用的电子设备600，但电子设备600的组件中的一个或多个组件可以附加地或备选地集成到机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、个人数字助理(PDA)、固定位置数据单元、计算机、膝上型计算机、平板电脑、通信设备、移动电话或其它类似设备中。

所属领域的技术人员将理解，可以使用多种不同科技和技术中的任何一种来表示信息和信号。例如，在整个上述描述中可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以由电压、电流、电磁波、磁场或磁性粒子、光场或光学粒子、或者其任意组合来表示。此外，所属领域的技术人员将理解，结合本文中所公开的各方面而描述的各种说明性逻辑框、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上文已大体上在其功能性方面描述了各种说明性组件、框、模块、电路和步骤。将此功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可以针对每一特定应用以不同方式实现所描述的功能，但这样的实现决策不应被解释为导致脱离本发明的范围。

结合本文所公开的各方面而描述的方法、序列和/或算法可以直接体现于硬件中、由处理器执行的软件模块中，或两者的组合中。软件模块可以驻留在RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可换式磁盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的存储介质中。示例性存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息，并且将信息写入存储介质。在备选方案中，存储介质可以与处理器成一体式。

因此，本发明的一个方面可以包括体现用于总线控制的方法的计算机可读介质。因此，本发明不限于所说明的示例，并且用于执行本文所描述的功能的任何装置均包括在本发明的各方面中。

鉴于以上描述和解释，本领域技术人员将理解，结合本文所公开的各方面描述的各种说明性逻辑框、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件、或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上文已大体上在其功能性方面描述了各种说明性组件、框、模块、电路和步骤。将此功能实现为硬件还是软件取决于特定应用和强加于整个系统的设计约束。所属领域的技术人员可以针对每一特定应用以不同方式实现所描述的功能，但这样的实施决策不应被解释为导致脱离本公开的范围。

因此，将理解，例如，装置或装置的任何组件可以配置成(或者使得可操作为或适于)提供如本文教导的功能。这可以例如通过以下方式实现：通过制造(例如，制备)所述装置或组件以使得其提供所述功能；通过对装置或组件进行编程以使其提供功能；或者通过使用一些其它适当的实现技术。作为一个示例，可以制备集成电路以提供必要的功能。作为另一个示例，集成电路可以被制备成支持必要的功能并且然后被配置(例如，经由编程)以提供必要的功能。作为又另一示例，处理器电路可以执行代码以提供必要的功能。

此外，结合本文所公开的各方面而描述的方法、序列和/或算法可以直接体现于硬件中、由处理器执行的软件模块中，或两者的组合中。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可换式磁盘、CD-ROM、或本领域已知的任何其它形式的非暂时性存储介质中。如本文所使用的，术语“非暂时性”不排除任何物理存储介质或存储器，并且特别地不排除动态存储器(例如，RAM)，而是仅排除介质可以被诠释为暂时性传播的信号的解释。示例存储介质耦合到处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息，并且将信息写入存储介质。在备选方案中，存储介质可以与处理器成一体(例如，高速缓存存储器)。

尽管前述公开示出了各种说明性方面，但是应当注意，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以对示出的示例进行各种改变和修改。本公开并不旨在仅限于具体示出的示例。例如，除非另外指出，否则根据本文描述的本公开的各方面的装置权利要求的功能、步骤和/或动作不需要以任何特定顺序执行。此外，尽管可以以单数形式描述或要求保护某些方面，但是可以预期复数形式，除非明确说明限于单数形式。

应当理解，使用诸如“第一”、“第二”等的指定对本文的元件的任何引用一般不限制那些元件的数量或顺序。相反，这些指定在这里可以用作区分两个或更多个元件或元件实例的便利方法。因此，对第一和第二元件的引用并不意味着仅有两个元件，并且进一步不意味着第一元件必须以某种方式在第二元件之前。此外，除非另有说明，否则一组元件可以包括一个或多个元件。另外，在说明书或权利要求书中使用的“A、B或C中的至少一个”或“A、B或C中的一个或多个”或“由A、B和C组成的组中的至少一个”的术语表示“A或B或C或这些元件的任意组合”。

本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不是限制本文所公开的任何实施例。如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，术语“包括”、“包含”、“含有”和/或“内含”当在本文中使用时，指定所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或附加。类似地，如本文所使用的短语“基于”不一定排除其它因素的影响，并且在所有情况下应当被解释为“至少部分地基于”而不是例如“仅基于”。

应当理解，诸如“顶部”和“底部”、“左”和“右”、“垂直”和“水平”等术语是严格地相对于彼此使用的相对术语，并且不表示或暗示与重力、用于制造本文所述的部件的制造装置、或与本文所述的组件耦合、安装等的某个其它设备有关的任何关系。术语“交换”可以指从一个组件到另一个组件的一个或多个数据传输。例如，关于特定组件，交换功能可以由发送功能、接收功能或其任何组合构成。