MOS集成电压比较器

　　电压比较器是用于比较两模拟输入信号电压相对大小的电路，是一种模拟输入、数字输出的模拟电路。采用高增益的集成运放可用来比较两模拟信号，而直接采用集成电压比较器，能获得更高的比较性能，而且使用更为方便。集成电压比较器已成为模拟集成电路中的重要单元电路。

　　MOS电压比较器包括差动比较、放大及输出锁存等电路。电路设计时利用MOS技术易于将模拟电路和数字电路兼容于同一芯片上的特点，内设时钟振荡器及开关电路，使放大、输出级分时工作，即工作于斩波稳零方式，使失调电压V_os大大地降低，构成自稳零电压比较器。

一、NMOS自稳零电压比较器

　　图1为全NMOS自稳零电压比较器原理电路（时钟、振荡器没画出）及其等效电路。其中，T₂和T₁、T₅、T₆、T₇、T₈构成分别受时钟和控制的开关SW_B和SW_A1、SW_A2、SW_A3、SW_A4、SW_A5。T₉和T₁₀、T₁₁和T₁₂、T₁₃和T₁₄、T₁₅和T₁₆各构成E/E型共源放大级A₁、A₂、A₃、A₄，级间采用电容耦合，不存在直流失调电压及其温漂。T₁₇~T₁₉构成仅在时钟期间才有输出的选通输出级。T₃、T₄构成偏置电路，产生偏置电压V_bias。T₂₀~T₂₃分别与开关管T₅~T₈对称，用于补偿开关管栅漏电容C_gd引入的时钟驱动的微分尖峰。

图1 NMOS自稳零电压比较器原理电路及其等效电路

　　从图1可知，基准信号V_R和比较信号v_I是在时钟、控制下分时输入进行比较。在时钟正半周（则为负半周）期间，SW_A闭合，SW_B断开，v_I经SW_A1输送到C₁左端；而偏置电压V_bias经SW_A2~SW_A5接到放大极A₁~A₄的输入端，各放大管及其有源负载管均工作于放大区；同时极间耦合电容C₁~C₄存贮V_bias。这时C₁中存贮电压为。{{分页}}

　　在负半周（则为正半周）期间，SW_A断开，SW_B闭合，V_R经SW_B输送到C₁左端，使A₁输入端产生一个电压增量Δv_IA₁为

（1）

　　Δv_IA₁经A₁~A₄放大后，

（2）

　　从上式可见，只要总增益A_V足够大，便能推动输出管T₁₇在负半周充分饱和导通或完全截止，而输出v_o为逻辑“1”或“0”，而且能使误差足够小。

二、CMOS自稳零电压比较起

　　图2为CMOS自稳零电压比较器原理电路。它也是斩波稳零方式电压比较器，与图1相比，主要区别在于放大级A₁~A₄及输出级是CMOS共源放大器，而偏置电路采用NMOS管N₃和PMOS管P₉构成互补电路。如前所述CMOS放大器不存在衬底调制效应，在相同静态电流下单级增益比E/E型放大器高几倍~十几倍，故CMOS电压比较器总电压增益A_v更高，精度较高。

图2 CMOS自稳零电压比较器原理电路