Многоустойчивый КМОП-компаратор напряжения Советский патент 1990 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

сд оэ

4

кэ ьо

Изобретение относится к импульсной технике и может использоваться в параллельных и в параллельно-последовательных АЦП, а также в различных контрольно-измерительных блоках для определения уровня напряжения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей компаратора путем преобразования его входного напряжения в выходной позиционный единичный код и уменьшение потребляемого тока. Подключение объединенных истоков выходных N-канальных МОП-транзисторов 6 к шине питания через резистор 7 обеспечивает четкое переключение многоустойчивого КМОП-компаратора напряжения из одного устойчивого состояния в другое с помощью переключения P-канальных 1 и дополнительных P-канальных транзисторов 2. КМОП-компаратор содержит источник 8 входного сигнала, нагрузочные резисторы 5, генератор тока на транзисторе 9 и резисторе 10, генератор опорного тока на транзисторе 11 и резисторе 12 и параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне 13 и резисторе 14. 1 ил.

-о

-Ј

п

изобретения является расширение функциональных возможностей компара гора путем преобразования его входного напряжения в выходной позиционный еди- ничнь й код и уменьшение потребляемого тока. Подключение объединенных истоков выходных п-канальных МОП-транзисторов к шине питания через резистоо 7 обеспечивает четкое переключение многоустойчивого КМОП-компаратора напряжения из одного устойчивого сос

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано з параллельных и в параллельно-последовательных ,а такк-е в различных контрольно-измерительных блоках дпя определения уровня напряжения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей компаратора путем преобразования его сходного напряжения непосредствеино- в позиционный единичный код и уменьшение потребляемого тока,

На чертеже представлена принципиальная схема многоустойчивого «МОП- компаратора напряжения.

Многоустойчивый «МОП-компаратор напряжения содержит М последовательно соединенных 1-1,.,,.,1-М и М дополнительно введенных 2-1,,,,2-М р-канальных транзисторов, две цепочки 3-1,...3-(М-) и 4-1,,..,4--(МИ) последовательно соединенных резисторов, М+1 нагрузочных резисторов 5-19 ...,5(М+1), М+1 п-канальных транли- сторов 6-1,„..6-(М+1), резистор 7, источник 8 входного сигнала, транзистор 9 и токозадаюший резистор 10, образующие генератор опорного тока. транзистор 11 и токозадающий резистор 12, образуюцие генератор тока, стабилитрон 13 и оезистор 14, образующие параметрический стабилизатор, при этом затворы транзисторов .. 1-М подключены к точкам соединения цепочки последовательно включенных резисторов 3-1,...,3(М-1), а затворы транзисторов 2-1,„..,2-М - к соединенным выводам резисторов цепочки

последовательно включенных резисторов 4-1,,..,4-(M-1), истоки транзисторов 2-1,...,2-М попарно соединены с истоками транзисторов 1-1,.,.,1-М, а их

тояния в другое с помощью переключения р-канальных 1 и дополнительных р-каналычнх 2 транзисторов. КМОП-ком- паратор содержит источник 8 входного сигнала, нагрузочные резисторы 5, генератор тока на транзисторе 9 и резисторе 10, генератор опорного тока на транзисторе 11 и резисторе 12 и параметрический стабилизатор, выполненный на стабилитроне 13 и резисторе 14. 1 ил.

0

IJ

5

0

5

стоки вместе со стоком транзистора 1Н подкпючены к отрицательной шине питания -Еп через нагрузочные резисторы 5 (М- I) , к которым подключены также затворы р-канальных транзисторов 6-1,..„,6-(М+1), стоки транзисторов 6-1,...,6-(М+1) являются выходами многоустойчивого компаратора, а их истоки объединены и подключены ч шине питания -Еп через резистор 7, цепочка резисторов 4-1, ..., 4-(М+1) включена между шинами питания, а цепочка резисторов ,..., 3(М-1) - между источником 8 входного напряжения и генератором опорного тока на транзисторе 9 и токозадающем резисторе 10, истоки последней пары р-канальных транзисторов 1-М и 2-М подключены к положительной шине питания +ЕП через второй генератор тока на транзисторе 11 и токозадающем резисторе 12, а затворы транзисторов генераторов тока подключены к выходу параметрического стабилизатора напряжения на последовательно включенных стабилитроне 13 и резисторе 1ч,

Многоустойчивый КМОП-компаратор напряжений работает следующим образом.

Падения напряжений на резисторах ,..3-() первой цепочки от протекания тока опорного генератора топ на транзисторе Э и резисторе 10 устанавливают меньшими на величину липор ием опорные напряжения, задаваемые резисторами 4-1,,„,ч-(М+1) второй цепочки При входюм напряжении U gx 0 на затаоры входных транзисторов подаются более низкие напряжения, чем напряжения на затвора опорных транзисторов 2-|$.0,,2-М, поэтому все транзисторы 2-1,...,2-М

заперты, а транзисторы 1-1,..., 1-М открыты. Ток 1Г генератора на транзисторе 11 и резисторе 12, протекая через открытые транзисторы 1-М, 1-1 и резистор , создает падение напряжения, отпирающее выходной транзистор 6-1. На нулевом выходе компаратора появляется ток, величина которого определяется током 1Г и соотно

шением сопротивлений резисторов и 7. Все остальные транзисторы 6-2, .,.,6-М заперты.

При увеличении напряжения на входе потенциалы на затворах одновременно всех транзисторов 1-1,,..,1-М по- вышаются на одинаковую величину, так как падения напряжений на резисторах , .«,3(М-1) от протекания стабиль156

-ОГ7

остаются постоянными.

ного тока

Когда Uex превысит пороговое значение U пор, , задаваемое на затворе транзистора 2-1, входной транзистор запрется, а опорный транзистор 2-Г отопрется. Ток 1Г начнет протекать через транзистор 2-1 и резистор 5-2. Это приводит к появлению тока уже на первом выходе компаратора, остальные выходные транзисторы компаратора будут заперты и токи на остальных выходах, компаратора будут отсутствовать.

Когда входное напряжение UBx увеличится еще на величину липор, напряжение на затворе входного транзистор 1-2 станет большим, чем пороговое напряжение U пор г Unup, +4Unop на затворе транзистора 2-1. Открывается транзистор 2-2 и запрется транзисто 1-2. Сигнал исчезнет с первого выхо- да компаратора и появится на втором. Компаратор перейдет в новое состояни

Когда входное напряжение повысится еще на величину UVпор , компаратор снова изменит свое состояние: сигнал появится на его третьем выходе, и т.д.

Таким образом при изменении входного напряжения изменяется позиция выходного сигнала, т.е. входное напряжение в предлагаемом компараторе преобразуется непосредственно в позиционный единичный код. Величина питающего тока компаратора определяет

ся токами генераторов

Ion и

и

делителя ч-1,...,4-(М41) и не зависит от величины входного напряжения. Этот ток может быть в несколько раз, меньшим, чем ток питания известного

10

|57226

многопорогового КМОИ-компаратора тока, определяемый суммой параллельно включенных опорных генераторов. Постоянство питающего тока предлагаемого компаратора обеспечива ет и постоянство теплового режима, что положительно сказывается на стабильности порогов срабатывания компаратора.

Подключение объединенных истоков выходных n-канальных МОП-транзисто- - ров к шине питания через резистор 7 обеспечивает надежное и четкое переключение предлагаемого компаратора из одного устойчивого состояния в другое благодаря действию обратной связи. Предлагаемый компаратор менее чувствителен к разбросу параметров транзисторов, чем прототип. Его пороги срабатывания определяются сопротивлениями резисторов и стабильностью тока I,

20

СП

25 Формула изобретения

30

35

дб .

Многоустойчивый КМОП-компаратор напряжения, содержащий М+1 п-каналь- ных МОП-транзисторов, стоки которых являются выходами, а истоки объединены, источник входного сигнала, М последовательно включенных р-каналь- ных МОП-транзисторов, последний из которых истоком подключен к положительной шине питания через генератор тока на транзисторе и токозадающем резисторе, и генератор опорного тока, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем преобразования входного напряжения компаратора в позиционный единичный код на выходе и уменьшения потребляемого тока, в многоустойчивый КМОП-компаратор дополнительно введены М р-канальных транзисторов, М+1 нагрузочных резисторов, параметрический стабилизатор напряжения на стабилитроне и резисторе, первая из М-1 и вторая из М+1 цепочки последовательно соединенных резисторов, соединенные выводы которых подключены соответственно к затворам последовательно соединенных и дополнительно введенных р-канальных МОП- транзисторов с попарно соединенными истоками, стоки последних и сток первого транзистора последовательной цепочки подключены к отрицательной шине питания через нагрузочные резис45

50

55

7

торы и к затворам выходных n-каналь-тока, затвор транзистора которого

ных МОП-транзисторов, объединенныевместе с затвором транзистора генеистоки которых подключены к отрица-ратора тока последовательной цепочки

тельной шине питания через резистор,5 транзисторов подключены к выходу папри этом первая резисторная цепочкараметрического стабилизатора напряжевключена между источником входногоНия, а вторая резисторная цепочка

напряжения и генератором опорноговключена между шинами питания.