Компаратор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК ПАТЕНТУ Комитет Рессийскей Федерации по иатентам и теварным знакам(71) Научнокследовательский институт измерительной техники(73) Научно-исследовательский институт измерительной техники(57) Изобретение относится к импульсной технике иможет быть иаюльзовано при поароении аналоговых и аналого-цифровых схем на МДП-транэисторак Целью данного изобретееа является расаирение функциональных возможностей устройстваза счет обеспечения двухстороннего гистереэисаДля этого в компараторе, состоящем ю последоПу)Щ ПИ 2 Щ 50 С 3(53) 3 вательно соединенного дифференциального каскада, усилителя 10 с общим истоком, инвертора 11 и общей схемы управляющего напряжения 1, в зависимости от логического состояния выхода компаратора и выхода второго инвертора 14 включается один иэ ключей: первый 4 ипи второй 13 и в результате ответвляется ток определяемый током генератора тока 2 и отношением размеров либо транзисторов входного и первого выходного, либо входного и второго выходного 12 в токовом отражателе 3, с одного из двух выходов дифференциального каскада, вызывая эквивалентное напряжение оиецения относительно опорного напряжения В результате в устройстве реализуется передаточная характеристика с двухсторонним гистерезисом относительнойюрного напряжения. 2 ип.Изобретение относится к импульснойтехнике и может быть использовано при построении аналоговых и аналого-цифровыхсхем на М,цП-транзисторах.Известно. что для отделения информационного сигнала от напряжения шумов ипомех меньшей амплитуды вводя гистереэис. с помощью положительной обратнойсвязи, когда внешний резистор подключается с выхода на неинвертирующий вход, Однако при этом напряжение гистерезисанедостаточно для ряда областей применения, необходимы резисторы больших номиналов для устранения омической связимежду входом и выходом, что затруднительно для реализации в интегральных схемахна небольшой площади и из-эа зависимостинапряжения гистерезиса от технологических уходов,Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является компараторнапряжения, содержащий источник управляющего напряжения. элемент смещения.состоящий иэ генератора тока. отражателятока и ключа, а также последовательно соединенные дифференциальный каскад, усилитель с общим источником и первыйинвертор, а дифференциальный каскад выполнен на первом и втором транзисторах ртипа, затвор первого из которых является З 0соответственно неинвертирующим, а затвор второго - инвертирующим входамикомпаратора, истоки первого и второготранзисторов объединены и подключены квыходу генератора тока дифференциально- З 5го каскада на третьем транзисторе р типа,затвор которого соединен с входом источника управляющего напряжения, а нагрузкойдифференциального каскада являются нагрузочные транзисторы и типа, затворы которых объединены и подключены к стокупервого транзистора и к первому выходуотражателя тока элемента смещения, выполненного на транзисторах п типа, а входотражателя тока соединен с выходом генератора тока элемента смещения на транзисторе р типа, затвор которого подключен квходу источника управляющего напряжения, а исток первого выходного транзистораотражателя тока элемента смещения подключен к стоку транзистора и типа первогоключа, исток и подложка которого подключены к общей шине, а затвор к выходу первого инвертора и соответственно к выходукомпаратора, шину источника напряжения, 55 В этом компараторе функция преобразования аналоговых сигналов следующая:0=1, при Од ОвО 1 = О, при ОдОв - Ог О= О.1, при ОвОд Ов+ Ог, где Ог - напряжение гистереэиса:О - выходной сигнал (текущее значение);О.1 - выходной сигнал (предыдущее значение):Од - входной сигнал на неинвертирующем входе компаратора;Ов - входной сигнал на инвертирующем входе компаратора.Графическая иллюстрация алгоритма преобразования аналоговых сигналов в цифровые показана на фиг,2 а. Таким образом, в схеме прототипа реализован односторонний гистерезис. при котором точность сравнения при переключении иэ противоположных уровней разная. Эта схема применима для узкого круга задач, с помощью схемы прототипа невозможно отделить информационный сигнал от напряжения шумов и помех меньшей амплитуды, симметричных относительно опорного сигнала.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей эа счет обеспечения двухстороннего гистерезиса,Поставленная цель достигается тем, что в известный компаратор напряжения, содержащий источник управляющего напряжения, элемент смещения, состоящий из генератора тока и ключа, а также последовательно соединенные дифференциальный каскад, усилитель с общим истоком и первый инвертор, а дифференциальный каскад выполнен на первом и втором транзисторах р типа, затвор первого иэ которых является соответственно неинвертирующим, а затвор второго - инвертирующим входами компаратора, истоки первого и второо транзисторов объединены и подключены к выходу генератора тока дифференциального каскада на третьем транзисторе р типа, затвор которого соединен с входом источника управляющего напряжения, а нагрузкой дифференциального каскада являются нагрузочные транзисторы и типа, затворы которых объединены и подключены к стоку первоо транзистора и к первому выходу отражателя тока элемента смещения, выполненного на транзисторах и типа, а вход отражателя тока соединен с выходом и генератора тока элемента смещения на транзисторе р типа. затвор которого подключен к входу источника управляющего напряжения, а исток первого выходного транзистора отражателя тока элемента смещения подключен к стоку транзистора п типа первого ключа, исток и подложка которого подключены к общей шине, а затвор к выходу пер2001510 6 5 10 20 вого инвертора и соответственно к выходу компаратора, шину источника напряжения, дополнительно введены второй выходной транзистор отражателя тока, второй ключ на транзисторах и типа, второй инвертор, причем сток второго выходного транзистора является вторым выходом отражателя тока и соединен со стоком второго транзистора р типа дифференциального каскада, затвор с входом отражателя тока, а исток со стоком транзистора второго ключа, исток и подложка которого соединены с общей шиной, а затвор - с выходом второго инвертора. вход которого соединен с выходом первого инвертора и соответственно с выходом компэратора. известные технические решения КМДП компараторов с подобным двухстороннимгистерезисом авторами не обнаружены,На фиг. 1 изображена электрическая принципиальная схема КМДП компаратора; на фиг. 2 а,б - передаточные характеристики соответственно прототипа и заявляемого решения.КМДП компаратор содержит источник 1 управляющего напряжения, элемент смещения, состоящий из генератора тока 2 на транзисторе р типа, токового отражателя Э на транзисторах и типа, ключа 4 на транзисторе и типа, дифференциальный каскад, состоящий из дифференциальной пары на первом, втором транзисторах р типа 5, 6, генератора тока 7 на третьем транзисторе р типа, токового отражателя, выполненного на нагрузочных транзисторах 8, 9 и типа, усилитель 10 с общим истоком, первый инвертор 11, второй выходной транзистор 12 отражателя тока 3, второй ключ 13 на транзисторах и типа, второй инвертор 14, при этом дифференциальный каскад, усилитель 1 О с общим источником, первый инвертор 11 последовательно соединены, затвор первого 5 транзистора дифференциального каскада является соответственно неинвертирующим, а затвор второго транзистора 6 инвертирующим входами компаратора, а истоки первого 5 и второго 6 транзисторов объединены и подключены к выходу генератора тока 1 на третьем транзисторе р типа, затвор которого соединен с источником 1 управляющего напряжения, сток первого 5 транзистора соединен с вхо-. дом отражателя тока, выполненного на нагрузочных транзисторах 8, 9. сток первого транзистора 5 соединен также с первым выходом отражателя тока 3 элемента смещения, а вход отражателя -.ока 3 соединен с выходом генератора тока 2 элемента смещения на транзисторе р типа, затвор которого подключен к источнику 1 уп 30 35 40 45 50 55 равляющего напряжения, исток первого выходного транзистора отражателя тока 3 подключен к стоку. транзистора и типа первого ключа 4, исток и подложка которого подключены к общей шине, а затвор к выходу первого 11 инвертора и соответственно к выходу компаратора. сток второго 12 выходного транзистора является вторым выходом отражателя тока и соединен со стоком второго транзистора р типа 6 дифференциального каскада, затвор с входом отражателя тока 3, а сток со стоком транзистора 13 второго ключа, исток и подложка которого соединены с общей шиной, а затвор с выходом второго инвертора 14, вход которого соединен с выходом первого инвертора 11 и соответственно с выхОдом компаратора,КМПД компвратор работает следующим образом.Предположим, что напряжение на инвертирующем входе компаратора "-" монотонно возрастает от очень малого или нулевого значения, а на неинвертирующий вход "+" подается опорное напряжение, задающее порог компаратора (см.фиг,2 б). При этом сигналом высокого уровня с выхода компаратора открыт первый ключ 4, через который иэ инверсного выхода дифференциального каскада компаратора вытекает ток, определяемый током генератора тока 2 и соотношением размеров входного транзистора и первого выходного транзистора отражателя тока 3, что эквивалентно увеличению опорного напряжения на неинвертирующем входе компаратора Од на величину напряжения Ог 11/ре, где 11 - вытекающий ток с инверсного выхода дифференциального каскада через первый выходной транзистор токового отражателя 3, 9 - крутизна характеристик входных транзисторов 5, 6 дифференциального каскада. При этом второй 13 ключ сигналом низкого уровня с.выхода второго инвертора 14 закрыт. Когда напряжение ив инверсном (см.фиг,2 б) входе компараторв превысит значение ОА+ Ог, тогда нв выходе компаратора появляется сигнал низкого уровня, закрывающий первый ключ 4 и через второй 14 инвертор открывающий второй ключ 13, через которыЯ иэ прямого выхода дифференциального каскада компаратора вытекает ток, определяемый током генератора тока 2 и соотношением размеров входного транзистора и второго выходного транзистора отражателя тока Э, что эквивалентно уменьшению опорного напряжения на неинвертирующем входе компаратора Од на величину Ог - 12 цпь где 12- вытекающий ток с прямого выхода дифференциального каскада че2001510 рез второй выходной транзистор токового отражаетля 3, цп - крутизна характеристик входных транзисторов 5, 6 дифференциального каскада, Далее когда при монотонном уменьшении сигнала нв инверсном входе компаратора "-" произойдет до значения Од - Ог, тогда на выходе компаратора появляется сигнал высокого уровня, открывающий первый ключ 4 и через второй 14 инвертор закрывающий второй ключ 13 и компаратор попадает в исходный участок передаточной характеристики (см.фиг.2 б), Для симметричного гистереэисаО Ог Формула и э обрете н и я компдРАТОР, выполненный на полевых транзисторах, содержащий источник управляющего напряжения, элемент смещения, состоящий из генератора тока, отражателя тока и ключа, а также последовательно соединенные дифференциальный каскад, усилитель с общим истоком и первый инвертор, при этом дифференциальный каскад выполнен нв первом и втором транзисторах р-типа, затвор первого из которых является соответственно неинвертирующим, а затвор второго инвертирующими входами ком паратора, истоки первого и второго транзисторов объединены и подключены к выходу генератора тока дифференциального каскада на третьем транзисторе р-типа, затвор которого соединен с входом йсточника управляющего напряжения, а нагрузкой дифференциального каскада являются нагруэочные транзисторы п-типа, затворы которых объединены и подключены к стоку первого транзистора и к первому выходу отражателя тока элемента смещения, выполненного на транзисторах п-типа, а вход отражателя тока соединен с выходом генеТаким образом, в заявленном устройстве реализован двухсторонний гистерезис со следующей функцией преобразования:0; -1, при ОдОв+ Ог:5 О -О, при ОдОв - Ог;О - 0-1, при Ов - Ог 5 ОдОв+ Ог.Технический эффект от использованияпредлагаемого КМДП компаратора заключается в расширении функциональ ных воэможностей эа счет обеспечениядвухстороннего гистерезиса,(56) Патент США М 4394587, кл. Н 03 К 5/24,1983,ратора тока элемента смещения на то чзисторе р-типа, затвор которого подключен к входу источника управляющего напряжения, а исток первого выходного транзистора отражателя тока элемента смещения подключен к стоку транзистора и-типа первого ключа, исток и подложка которого подключены к общей шине, а затвор к вы ходу первого инвертора и соответственнок выходу компаратора. шину источника напряжения, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей эа счет обеспечения двустороннего 30 гистереэиса, в него введены второй выходной транзистор отражателя токе, второй ключ на транзисторах п-типа, второй инвертор, причем сток второго выходного транзистора является вторым выходом от ражателя тока и соединен со стоком второго транзистора р-типа дифференциального каскада, затвор - с входом отражателя тока, а исток - со стоком транзистора втЬрого ключа, исток и подложка которого соеди нены с общей шиной, а затвор - с выходомвторого инвертора, вход которого соединен с выходом первого инвертора и соответственно с выходом компаратора,ательский комбинат "Патент". г, Уагород, ул.Гагарина. 1 эводственн Соста ехре Подписноеатентаская наб 4 Л