Интегральный компаратор на кмоп-транзисторах

50 Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано вустройствах преобразования информации, а также в контрольно-измеритель" 5ных устройствах.Цель изобретения - повышение точности путем уменьшения входного напряжения смещения нуля устройства ирасширение области применения за счет 10расширения диапазона входных напряжеНий по синфазной составляющей сигнаф ла,На фиг, 1 представлена принципиальная схема компаратора; на фиг,2 диаграмма тактирующих импульсов.Интегральный компаратор на КИОПтранзисторах содержит первый 1 и второй 2 дифференциальные усилители, выходной усилитель 3, первый и второй 20конденсаторы 4 и 5 и коммутаторы бкаждый из которых содержит и- ир-канальные транзисторы, имеющие общие исток и сток, причем первый дифференциальный усилитель 2 содержит 25и-канальный транзистор 12, подключенный истоком к общей шине 13, а затвором - к шине 14 источника смещения,к его стоку подключены истоки управляющих и-канальных транзисторов 15и 16, затворы которых являются соот"ветственно входами 17 и 18 второгодифференциального усилителя, а к стокам, являющимся соответственно выходами 19 и 20 второго дифференциального усилителя 2 подключены соответ 35ственно стоки р-канальных нагрузочных транзисторов 21 и 22, истоки которых подключены к положительнрй шине 23 питания, а затворы - к выходу19, а между выходами 19 и 20 навстречу друг другу включены два диода 24и 25Первь 1 й дифференциальный усилитель1 содержит и-канальный транзистор 26, 5подключенный истоком к общей шине 13,а затвором - к шине 14 источника смещения, к его стоку подключены истокиуправляющих п-канальных транзисторов27 и 28, затворы которых являютсясоответственно входами 29 и 30 первого дифференциального усилителя, ак стокам, являющимся соответственновыходами 31 и 32 первого дифференциального усилителя 1 подключены соФ55ответственно стоки р-канальных нагрузочных транзисторов 33 и 34, истоки которых подключены к положитель"ной шине 23 питания, а затворы - к выходу 31, выходной усилитель 3 содержит и-канальный транзистор 35,истоком подключенный к общей шине 13,а затворы - к шине 14 источника смещения, и р-канальный транзистор 36,истоком подключенный к положительнойшине 23 питания, стоки транзисторов35 и 36 обьединены и подключены квыходной шине 37, коммутатор б включен между первой обкладкой первого конденсатора 4, подсоединенной к входу 17, затвором транзистора 36, подсоединенным к выходу 32,Кроме того, коммутатор 7 включен между первой обкладкой второго конденсатора 5, подсоединенной к входу 18, и выходам 30, подключенным к выходу 20, вход 29 подключен к выходу 19, коммутатор 8 включен между первой входной шиной 38 и второй обкладкой второго конденсатора 5, коммутатор 9 - между шиной 38 и второй об- ф кладкой первого конденсатора 4, коммутатор 10 - между второй входнойшиной 39 устройства и второй обкладкой второго конденсатора 5, коммутатор 11 - между шиной 39 и второй обкладкой первого конденсатора 4. Затворы и- и р-канальных транзисторовкоммутаторов б, 7, 9 и 10 подключенысоответственно к шинам 40, 41 тактовых сигналов, затворы п- и р-канальных транзисторов коммутаторов 8 и 11 подключены соответственно к шинам 42,43 тактовых сигналов, подложки всех р-канальных транзисторов подключены к положительной шине 23 питания, подложки.п-канальных транзисторов 15, 16, 23, 24 - к соответствующим истокам, а остальных и-канальных транзисторов - к общей шине 13,Устройство работает следующим образом. Компаратор имеет режимы настройкии сравнения. Диаграмма тактирующихимпульсов фиг,2) построена такимобразом, чтобы не было сквозных токов между входами устройства на фронтах переключения коммутаторов. В режиме настройки открыты транзисторыкоммутаторов б, 7, 9 и 10, при зтомво втором дифференциальном усилителе2 вход 18 закорачивается с выходом20, а вход 17 подключается к выходу32 первого дифференциального усилителя 1, замыкая таким образом цепьобратной связи по двум каскадам. Кон(3) 018 + 1 см+ (11 а на входе 18 55 5 15 денсатор 4 через коммутатор 9 подключен к входной шине 38 а конденсатор 5 через коммутатор 10 - к входной шине 39Так как в режиме настройки транзистор 16 находится в диодном включении (закорочены сток с затвором), общий коэффициент усиления по петле обратной связи определяется в основном коэффициентом усиления первого дифференциального усилителя и не является высоким (не более 102), Это позволяет для подавления возможных колебаний обойтись узловыми емкостями без корректирующих конденсаторов, специально подключаемых в момент настройки, Таким образом, в момент настройки на входе 17 устанавливается потенциал, равный сумме напряжений на входе 18 и некоторого напряжения, равного смещению нуля по двум дифференциальным усилителям 1 и 2При этом конденсатор 4 заряжается до напряжения где 0 - напряжение сигнала на вхо-.де 39;У - входное смещение нуля подвум каскадам компаратора;У - напряжение на входе 18 врежиме настройки,Конденсатор 5 заряжается до напря- жения где Б - напряжение на первом входе38 устройства.В момент сравнения транзисторы коммутаторов 6, 7, 9 и 10 закрываются, а коммутаторы 8 и 11 открываются. При этом разрывается обратная связь с выхода второго дифференциального усилителя на вход второго, а затвор и сток транзистора 16 размыкаются. Первые обкладки конденсаторов 4 и 5 . меняют свое подключение, при этом на входе 17 получают напряжение 0 щ - Жа - 0) (4)Таким образом, на входы второго дифференциального усилителя подается разностное напряжение Из выражений (3), (4) и (5) видно,что результирующее напряжение, подаваемое на входы второго дифференциального усилителя 2, не зависит отуровня синфазной составляюцей сигнала (оно все время "привязано" к уровню напряжения 0, ), что позволяет получить нижнюю границу входных сигналов по синфазной составляющей, равную напряжению общей шины. При этомдля пороговых напряжений р-канальныхтранзисторов, равных 0,5 В, и напря"жения питания, равного 1,5 В, диапазон входных напряжений по синфазнойсоставляющей увеличивается в 1,5 раза.20 В значение величины дифференциальной разности (5) входит П - входное напряжение смещения нуля по двумкаскадам компаратора, что практически определяет полное входное напряжение смещения нуля компаратора, таккак влияние выходного каскада на этувеличину незначительно, Таким образом, происходит полная настройка нуля компаратора. Наличие трех каска- ЗО дов усиления позволяет добиться высокой чувствительности компаратора(не менее 200 мкВ), Типичным входнымнапряжением смещения нуля прототипаявляется значение 5 мВ, Предлагаемое 35 устройство позволяет не менее чем на.порядок уменьшить данную величину,На входы второго дифференциального усилителя подается удвоенная разность входных напряжений, что позволяет уменьшить требования к величине емкостей конденсаторов 4 и 5 (для хорошей передачи сигналов эти величины должны на порядок превышать затворные емкости транзисторов 15 и 16),Таким образом, в предлагаемом устройстве получен положительный эффект, выраженный в повышении точности путем уменьшения входного напряжения смещения нуля устройства и в расширении области применения за счет расширения диапазона входных напряжений по синфазной составляющей сигнала. Формула изобретения Интегральный компаратор на КИОП" транзисторах, содержащий дифференциальный усилитель и выходной каскад, выход которого подключен к выходнойшине, при этом дифференциальный усилитель содержит первый и-канальный транзистор, затвор которого подключен к шине источника смещения, исток - 5 к общей шине, а сток - к истокам второго и третьего и-канальных транзисторов, затворы которых являются соответственно первым и вторым входами, а стоки - первым и, вторым выходами дифференциального усилителя, к. которым соответственно подключены стоки четвертого и пятого р-канальных транзисторов, истоки которых подключены к положительной шине питания, а затворы - к первому выходу дифференциального усилителя, выходной усилитель содержит р-канальный транзистор, исток которого подклюцен к положительной шине питания, затвор является входом выходного каскада, а сток подключен к выходной шине и стоку и-канального транзистора, исток которого подключен к общей шине, а затвор соединен с шиной источника смещения, вход 25 выходного усилителя подключен к второму выходу дифференциального усилителя, а подложка каждого из МОП-транзисторов закорочена с соответствующим ис" током, первый и второй коммутаторы и ЗО конденсатор, о т л и ц а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения входного напряжения, смещения нуля устройства и расширения области применения за счет расширения диапазона входных напряжений по синфазной составляющей сигнала, в него введены четыре шины тактовых сигналов, второй конденсатор, второй дифференциальный усилитель, аналогичный первому, третий, четвертый, пятый ишестой коммутаторы, каждый иэ которых содержит р- и,п-канальный транзисторыс общими стоками и истоками, причемпервый коммутатор включен между входом выходного усилителя и первым входом первого дифференциального усилителя, к которому подключена также первая обкладка первого конденсатора,второй коммутатор включен между вторым выходом и вторым входом первогодифференциального усилителя, к которому подключена также первая обкладка второго конденсатора, третий коммутатор подключен между первой входной шиной устройства и второй обкладкой второго конденсатора, четвертыйкоммутатор - между первой входнойшиной устройства и второй обкладкойпервого конденсатора, пятый коммутатор - между второй входной шинойустройства и второй обкладкой второго конденсатора, шестой коммутатормежду второй входной шиной устройства и второй обкладкой первого конденсатора, затворы п-канальных транзисторов первого, второго, четвертого и пятого коммутаторов подключенык шине первого тактового сигнала,затворы р-канальных транзисторов техже коммутаторов - .к шине второго тактового сигнала, затворы и-канальныхтранзисторов третьего и шестого коммутаторов подключены к шине третьеготактового сигнала, а затворы р-канальных транзисторов тех же коммутаторов - к шине четвертого тактового,сигнала, подложки р-канальных тран;зисторов коммутаторов подключены кположительной шине питания, а подложки п-канальных транзисторов коммутаторов - к общей шине.оизводственно-издательский комбинат "Патент", г,ужгород, ул.Гагарина, 19 И Е квз 340 Тираж 663ИИПИ Государственного комитета по изобрет113035, Москва Ж,.Раушс Подписноеиям и открытиям при ГКНТ СССя наб., д. М 5