具有可控的放大系数和输出阻抗的高速放大器和使用其的比较器制造技术

一种放大器，其包括：第一和第二电源端子；第一和第二输出端子；第一负载，其连接在第一电源端子和第一输出端子之间；第二负载，其连接在第一电源端子和第二输出端子之间；恒流源，其连接到第二电源端子；第一晶体管，其连接在第一输出端子和恒流源之间，该第一晶体管的控制端适于接收输入电压；和第二晶体管，其连接在第二输出端子和恒流源之间，该第二晶体管的控制端适于接收基准电压，该放大器还包括放大系数和输出阻抗切换电路，其连接在第一和第二输出端子之间，由此放大系数和输出阻抗切换电路根据控制信号控制放大器的放大系数和输出阻抗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种应用于逐次连续逼近模数(A/D)转换器的高速放大器和使用其的比较器。
技术介绍
通常，需要A/D转换器在高速下准确地将模拟信号转换为数字信号。一个典型的A/D转换器是逐次连续逼近A/D转换器，其由如下元件构成比较器，用于将输入电压同得自输入模拟电压的基准电压比较；逐次逼近寄存器(SAR)；数模(D/A)转换器，用于针对逐次逼近寄存器的内容执行D/A转换，以生成输入电压；以及控制电路，用于根据比较器的输出信号控制逐次逼近寄存器的内容。这将在下文中详细解释。第一现有技术的比较器是由多个级联的快速放大器和慢速放大器构造的，其中快速放大器具有二输入二输出的类型，具有低的增益(放大系数)和低的输出阻抗，可工作于高速，而慢速放大器具有二输入一输出的类型，具有高的增益(放大系数)和高的输出阻抗，可工作于低速(参看JP-10-200385A的图7)。这也将在下文中详细解释。然而，在上文描述的第一现有技术的比较器中，当输入电压越过基准电压时，每个快速放大器引起一次返回延时，由此将增加总延时。而且，不能提高快速放大器本身的工作速度。因此，第一现有技术的比较器不能工作于高速。第二现有技术的比较器，在第一现有技术的比较器的每个快速放大器的输出端提供了开关(参看JP-10-200385A的附图说明图1和2)。结果，每次在一次比较操作之后经过稳定的时间周期时，上文提及的开关接通，由此将快速放大器的输出电压初始化或者复位为其工作点。因此，由于未生成返回延时，因此未增加总延时。因此，第二现有技术的比较器可工作于高的速度。这也将在下文中详细解释。
技术实现思路
然而，在上文描述的第二现有技术的比较器中，由于必须考虑到快速放大器的延时周期的最大值，确定上文提及的开关的断开时序，因此稳定时间周期并非总是短的，由此总延时并非总是减少。而且，本质上未提高快速放大器的工作速度。因此，第二现有技术的比较器并非总是工作于高速。根据本专利技术，放大器包括第一和第二电源端子；第一和第二输出端子；第一负载，其连接在第一电源端子和第一输出端子之间；第二负载，其连接在第一电源端子和第二输出端子之间；恒流源，其连接到第二电源端子；第一晶体管，其连接在第一输出端子和恒流源之间，该第一晶体管的控制端适于接收输入电压；和第二晶体管，其连接在第二输出端子和恒流源之间，该第二晶体管的控制端适于接收基准电压，放大系数和输出阻抗切换电路连接在第一和第二输出端子之间，由此放大系数和输出阻抗切换电路根据控制信号控制放大器的放大系数和输出阻抗。而且，首先，控制信号是使放大器具有第一放大系数和第一输出阻抗的第一值，并且随后，控制信号是使放大器具有高于第一放大系数的第二放大系数和高于第一输出阻抗的第二输出阻抗的第二值。因此，实质上提高了放大器的工作速度。而且，在根据本专利技术的放大器中，通过改变在第一和第二输出端子之间的电阻而不改变第一和第二负载的电阻值，从而由此控制放大系数和输出阻抗。换句话说，在利用控制信号切换放大系数和输出阻抗时，放大器的工作输出点不变。而且，比较器包括多个串联连接的二输入二输出类型的第一放大器，以及连接到第一放大器的最后一个的二输入一输出类型的第二放大器，在该比较器中，上文提及的放大器用作第一放大器的至少其中之一，由此可以减少由第一放大器引起的总延时。由此，即使在根据本专利技术的比较器中，即使当上述放大器的放大系数和输出阻抗改变时，放大器的工作输出点也不改变，使得不产生比较操作的延时。附图简述通过下文的描述，基准附图，与现有技术比较，将更加清楚地理解本专利技术，在附图中图1是说明了现有技术的逐次连续逼近A/D转换器的电路图；图2是示出了图1的逐次连续逼近A/D转换器的数字输出信号的表格；图3是第一现有技术的比较器的电路图；图4是图3的快速差分放大器的详细电路图；图5是用于解释图3的比较器的工作的时序图；图6是第二现有技术的比较器的电路图；图7是用于解释图6的比较器的工作的时序图；图8是包括根据本专利技术的快速/超快速放大器的实施例的比较器的电路图；图9是图8的快速/超快速差分放大器的第一实例的详细电路图；图10是用于解释图8的比较器的工作的时序图；图11是图8的快速/超快速差分放大器的第二实例的详细电路图；图12是图8的快速/超快速差分放大器的第三实例的详细电路图； 图13、14和15分别是说明了图9、11和12的快速/超快速差分放大器的修改方案的详细电路图；并且图16是说明了图8的比较器的修改方案的电路图。具体实施例方式在描述优选实施例之前，将参考图1～7解释现有技术的逐次连续逼近A/D转换器和应用于该逐次连续逼近A/D转换器的现有技术的比较器。在图1中，其说明了现有技术的逐次连续逼近A/D转换器，比较器1将输入电压Vin同基准电压Vref比较，以生成输出电压Vout。控制电路接收比较器1的输出信号，以控制逐次逼近寄存器(SAR)3的内容。数模(D/A)转换器4针对逐次逼近寄存器3的内容执行D/A转换，以生成输入电压Vin。另一方面，输入电容器5的一端连接到比较器1的正输入端，并且基准电容器6的一端连接到比较器1的负输入端。在该情况中，输入比较器5的电容与基准电容器6的电容相同，由此输入电容器5和基准电容器6形成了完整的差分对。开关S1连接到输入电容器5的另一端，以接收模拟电压AIN。开关S2连接在D/A转换器4的输出和输入电容器5的另一端之间，以接收D/A转换器4的模拟输出电压。开关S3和S4连接在基准电容器6的另一端和基准线REF之间，其中基准线REF进一步分别经由开关sfa和sfb连接到比较器1的正输入端和负输入端。开关S1和S2是互补的。即，当开关S1和S2中的一个接通时，另一个断开。而且，开关S3和S4是互补的。即，当开关S3和S4中的一个接通时，另一个断开。由于针对输入电容器5提供了两个开关S1和S2，并且针对基准电容器6提供了开关S3和S4，因此输入电容器5的电容(包括其寄生电容)基本上与基准电容器6的电容(包括其寄生电容)相同。另一方面，开关S1和S3是互补的，即，当开关S1和S3中的一个接通时，另一个断开。而且，开关S2和S4是互补的。即，当开关S2和S4中的一个接通时，另一个断开。因此，可以减少由于开关S1、S2、S3和S4的开关引起的噪声。控制电路2还控制开关S1和S4、开关S2和S3、以及开关sfa和sfb。图1的逐次连续逼近A/D转换器的操作包括采样/保持模式和比较模式，其用于采样和将模拟电压AIN保持作为基准电压Vref。在比较模式中，比较器1执行n次比较操作，以获得n比特数字信号，诸如由D3、D2、D1和D0表示的4比特数字信号。首先，在采样/保持模式中，控制电路2接通开关S1、S4、sfa和sfb，并断开开关S2和S3。结果，通过模拟电压AIN和基准线REF处的电压之间的差值对输入电容器5充电，同时未对基准电容器6的端部充电。因此，在基准线REF处，即比较器1的负输入端处的基准电压Vref对应于模拟电压AIN。在比较模式中，控制电路2接通开关S2和S3，并断开开关S1、S4、sfa和sfb，由此执行四次比较操作。应当注意，在比较器1的负输入端处利用断开的开关sfa和sfb保持基准电压Vref(AIN)。而且，假设当逐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种放大器，包括：第一和第二电源端子；第一和第二输出端子；第一负载，其连接在所述第一电源端子和所述第一输出端子之间；第二负载，其连接在所述第一电源端子和所述第二输出端子之间；恒流源，其连接到所述第二电源端子；第一晶体管，其连接在所述第一输出端子和所述恒流源之间，所述第一晶体管的控制端适于接收输入电压；第二晶体管，其连接在所述第二输出端子和所述恒流源之间，所述第二晶体管的控制端适于接收基准电压；和放大系数和输出阻抗切换电路，其连接在所述第一和第二输出端子之间，所述放大器和输出阻抗切换电路适于根据控制信号控制所述放大器的放大系数和输出阻抗。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：古田敦士，
申请(专利权)人：恩益禧电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：JP[日本]