阅读说明：本技术 比较装置、模数转换器及电子设备 (Comparison device, analog-to-digital converter and electronic equipment ) 是由 沈良 罗鹏 王鹏 项涤凡 王言光 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本公开涉及比较装置、模数转换器及电子设备,所述装置包括分压单元、分压开关、比较器、电容单元、电容开关单元及控制单元,所述电容单元包括并联连接的M个电容,所述控制单元,用于：在第一时间段内,控制所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电；在达到第一时间段时,通过比较器的输出端输出比较结果。通过以上装置,本公开实施例可以快速消除比较器内部的电压失调现象,使得比较器可以快速输出准确的比较结果,并可以避免输出错误的比较结果,当比较器装置运用在模数转换器时,由于其准确度的提高,可以实现高速消除失调电压,以确保转换时准确转码,提高了工作效率。(The utility model relates to a comparison device, analog-to-digital converter and electronic equipment, the device includes partial pressure unit, partial pressure switch, comparator, electric capacity unit, electric capacity switch unit and the control unit, electric capacity unit includes M electric capacity of parallel connection, the control unit is used for: in a first time period, controlling a divided voltage output by a third end of the voltage dividing unit to charge the capacitor unit; and outputting the comparison result through the output end of the comparator when the first time period is reached. Through the device, the voltage imbalance phenomenon in the comparator can be eliminated quickly, the comparator can output an accurate comparison result quickly, an error comparison result can be avoided, when the comparator device is applied to an analog-to-digital converter, due to the improvement of the accuracy, the imbalance voltage can be eliminated at a high speed, accurate transcoding during conversion is guaranteed, and the working efficiency is improved.)

比较装置、模数转换器及电子设备

技术领域

本公开涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种比较装置、模数转换器及电子设备。

背景技术

近年来，随着集成电路制造技术的不断发展，CMOS器件的特征尺寸不断减小，集成电路的工作电压也不断降低，在深亚微米工艺下，模数转换器的工作速度得到了极大的提高，同时，功耗进一步降低。但是，作为模数转换器的核心组成部分，比较器的性能成了高精度模数转换器设计的瓶颈。传统的几种比较器结构，由于内部存在电压失调现象，无法确保比较精度，且可能出现比较错误，使得模数转换器无法准确转码。

发明内容

有鉴于此，本公开提出了一种比较装置，所述装置包括分压单元、分压开关、比较器、电容单元、电容开关单元及控制单元，其中：

所述分压单元的第一端用于输入第一电压，所述分压单元的第二端接地，所述分压单元的第三端电连接于所述分压开关的第一端；

所述分压开关的第二端电连接于所述比较器的第一输入端及所述电容单元的第一端，所述分压开关的控制端电连接于所述控制单元，所述比较器的第二输入端用于输入比较电压；

所述电容单元包括并联连接的M个电容，其中，第一电容的第二端至第N电容的第二端电连接于所述电容开关单元的第一端，第N+1电容的第二端至第M电容的第二端接地，所述电容开关单元的第二端用于输入第二电压，所述电容开关单元的第三端接地，所述电容开关单元的控制端电连接于所述控制单元，其中，M＞N且M、N为正整数；

所述控制单元，用于：

在第一时间段内，控制所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电；

在达到第一时间段时，通过比较器的输出端输出比较结果。

在一种可能的实施方式中，所述控制所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电，包括：

控制所述分压开关导通，并通过所述电容开关单元控制第一电容的第二端至第N电容的第二端接地，以利用所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电；

所述通过比较器的输出端输出比较结果，包括：

控制所述分压开关断开，并通过所述电容开关单元控制所述第一电容的第二端至第N电容的第二端接收所述第二电压，以使得所述比较器的输出端输出比较结果。

在一种可能的实施方式中，所述控制所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电，包括：

控制所述分压开关导通，并通过所述电容开关单元控制第一电容的第二端至第N电容的第二端接收所述第二电压，以利用所述分压单元的第三端输出的分压电压对所述电容单元进行充电；

所述通过比较器的输出端输出比较结果，包括：

控制所述分压开关断开，并通过所述电容开关单元控制所述第一电容的第二端至第N电容的第二端接地，以使得所述比较器的输出端输出比较结果。

在一种可能的实施方式中，所述分压单元包括第一电阻、第二电阻，其中：

所述第一电阻的第一端用于接收所述第一电压，所述第一电阻的第二端电连接于所述第二电阻的第一端及所述分压开关的第一端，所述第二电阻的第二端接地。

在一种可能的实施方式中，所述电容开关单元包括多个开关，所述电容开关单元中开关的数目大于或等于2N，所述多个开关中的任意两个开关用于控制所述第一电容至第N电容中的任意一个电容的第二端与所述第二电压及地的连接关系，其中：

两个开关的第一端电连接于电容的第二端，两个开关中的一个开关的第二端作为所述电容开关单元的第二端，两个开关中的另一个开关的第二端作为所述电容开关单元的第三端，每个开关的控制端作为所述电容开关单元的控制端。

在一种可能的实施方式中，所述分压开关、所述电容开关单元中的每个开关包括三极管、晶体管、单刀单掷开关的其中一种。

根据本公开的另一方面，提出了一种模数转换器，所述模数转换器包括：

所述的比较装置。

根据本公开的另一方面，提出了一种电子设备，所述电子设备包括：

所述的模数转换器。

本公开实施例的各个方面可以快速消除比较器内部的电压失调现象，使得比较器可以对快速输出准确的比较结果，并且，由于本公开实施例提出的比较装置消除了比较器内部的电压失调现象，比较器装置可以避免输出错误的比较结果，当比较器装置运用在模数转换器时，由于其准确度的提高，可以实现高速消除失调电压，以确保转换时准确转码，提高了工作效率。

根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。

附图说明

包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。

图1示出了根据本公开一实施方式的比较装置的示意图。

图2示出了根据本公开一实施方式的比较装置的示意图。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。

请参阅图1，图1示出了根据本公开一实施方式的比较装置的示意图。

所述比较装置可以应用于模数转换器(Analog-to-Digital Converter，ADC)中，如图1所示，所述装置包括分压单元10、分压开关S0、比较器11、电容单元12、电容开关单元13及控制单元14，其中：

所述分压单元10的第一端用于输入第一电压V1，所述分压单元10的第二端接地，所述分压单元10的第三端电连接于所述分压开关S0的第一端；

所述分压开关S0的第二端电连接于所述比较器11的第一输入端VINA及所述电容单元12的第一端，所述分压开关10的控制端电连接于所述控制单元14，所述比较器11的第二输入端用于输入比较电压VB；

所述电容单元12包括并联连接的M个电容，其中，第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端电连接于所述电容开关单元13的第一端，第N+1电容C(N+1)的第二端至第M电容CM的第二端接地，所述电容开关单元13的第二端VINB用于输入第二电压V2，所述电容开关单元13的第三端接地，所述电容开关单元13的控制端电连接于所述控制单元14，其中，M＞N且M、N为正整数；

所述控制单元14，用于：

在第一时间段内，控制所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电；

在达到第一时间段时，通过比较器11的输出端输出比较结果Vout。

通过以上装置，本公开实施例可以快速消除比较器11内部的电压失调现象，使得比较器可以快速输出准确的比较结果，并且，由于本公开实施例提出的比较装置消除了比较器内部的电压失调现象，比较器装置可以避免输出错误的比较结果，当比较器装置运用在模数转换器时，由于其准确度的提高，可以在实现高速消除失调电压，以确保转换时准确转码，提高了工作效率。

应该说明的是，本公开实施例所述的“第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端”可以包括第一电容C1的第二端、第二电容C2的第二端、第三电容C3的第二端、…、第N-1电容C(N-1)的第二端、第N电容CN的第二端。本公开实施例所述的“第N+1电容C(N+1)的第二端至第M电容CM的第二端”可以包括第N-1电容C(N-1)的第二端、第N+2电容C(N+2)、第N+3电容C(N+3)、…、第M-1电容C(M-1)、第M电容CM。

应该说明的是，本公开实施例对第一电压V1、第二电压V2的具体大小不做限定，二者可以相同，也可以不同，本领域技术人员可以根据需要设置。

在一种可能的实施方式中，第一时间段可以为消除失调电压过程中的时间段，例如，在装置上电启动后，可以启动失调电压消除的过程，以对比较器的失调电压进行消除。在第一时间段期间，控制单元14可以控制分压单元10的第三端输出的分压电压对电容单元12进行充电。在达到第一时间段时，可以认为比较器的失调电压已经消除，比较装置可以进行比较操作，控制单元可以通过比较器的输出端输出比较结果。

应该说明的是，本公开对第一时间段的具体长度不做限制，本领域技术人员可以根据需要确定。

在一种可能的实施方式中，所述控制所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电，可以包括：

控制所述分压开关S0导通，并通过所述电容开关单元12控制第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接地，以利用所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电；

所述通过比较器11的输出端输出比较结果，可以包括：

控制所述分压开关S0断开，并通过所述电容开关单元13控制所述第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接收所述第二电压V2，以使得所述比较器11的输出端输出比较结果Vout。

在一个示例中，假设比较器11的电压失调现象导致的内部的失调电压VINB-VINA＝10mV，则，当比较器11外部输入到比较器11的第二输入端VINB的比较电压VB与输入到比较器11的第一输入端VINA的电压VA的压差在10mV以内时，比较器无法发生翻转，即，无法根据比较器的第二输入端VINB的比较电压VB与输入到比较器的第一输入端VINA的电压VA输出比较结果，在这种情况下，比较器的比较精度较低，无法得到准确的比较结果。

在一个示例中，在比较装置第一时间段内，即失调电压消除阶段(采样阶段)，根据“控制所述分压开关S0导通，并通过所述电容开关单元12控制第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接地，以利用所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电”，假设分压单元10的第三端输出的分压电压为VCOM，则电容单元12上的总电量为：(VCOM-GND)*(C1+…+CN+C(N+1)+…+CM)。在比较装置达到第一时间段时，可以进行比较，根据“控制所述分压开关S0断开，并通过所述电容开关单元13控制所述第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接收所述第二电压V2”，在将分压开关S0断开后，电容单元12的总电量保持不变，可以得到：

(VCOM-GND)*(C1+…+CN+C(N+1)+…+CM)

＝(VA-V2)*(C1+…+CN)+(VA-GND)*(C(N+1)+…+CM)，

由于在电压比较阶段，第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接收第二电压V2，因此，第一电容C1至第N电压CN的两端电压压差为(VA-V2)，由于电容单元12的总电量保持不变，因此，比较器11的第一输入端VINA输入的电压相较于分压电压VCOM，具有一定的升高，当配置N的数目达到合适的情况下，就可以抵消比较器11内部的失调电压，例如，通过合理设置第一电容C1至第N电容CN的电容数目，可以将比较器11的第一输入端VINA的输入电压VA提高10mV，这样，可以抵消比较器内部VINB比VINA高的10mV失调电压。

当然，本公开实施例对电容单元12的电容数目不做限定，本领域技术人员可以通过测试确定具体数目，并根据实际需要设置N的大小。

在一种可能的实施方式中，所述控制所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电，可以包括：

控制所述分压开关S0导通，并通过所述电容开关单元13控制第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接收所述第二电压V2，以利用所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电；

所述通过比较器11的输出端输出比较结果，可以包括：

控制所述分压开关S0断开，并通过所述电容开关单元13控制所述第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接地，以使得所述比较器11的输出端输出比较结果。

在一个示例中，假设比较器11的电压失调现象导致的内部的失调电压VINA-VINB＝10mV，则，当比较器11外部输入到比较器11的第二输入端VINB的比较电压VB与输入到比较器的第一输入端VINA的电压VA的压差在10mV以内时，比较器无法发生翻转，即，无法根据比较器11的第二输入端VINB的比较电压VB与输入到比较器11的第一输入端VINA的电压VA输出比较结果，在这种情况下，比较器的比较精度较低，无法得到准确的比较结果。

在一个示例中，在比较装置第一时间段内，即失调电压消除阶段(采样阶段)，根据“控制所述分压开关S0导通，并通过所述电容开关单元13控制第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接收所述第二电压V2，以利用所述分压单元10的第三端输出的分压电压对所述电容单元12进行充电”，假设分压单元10的第三端输出的分压电压为VCOM，则电容单元12上的总电量为：(VCOM-V2)*(C1+…+CN)+(VCOM-GND)*(C(N+1)+…+CM)。在比较装置达到第一时间段时，可以进行比较，根据“控制所述分压开关S0断开，并通过所述电容开关单元13控制所述第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端接地”，在将分压开关S0断开后，电容单元12的总电量保持不变，可以得到：

(VCOM-V2)*(C1+…+CN)+(VCOM-GND)*(C(N+1)+…+CM)

＝(VA-GND)*(C1+…+CN+C(N+1)+…+CM)，

由于在第一时间段内(即采样阶段)，第一电容C1的第二端至第N电容CN的第二端被控制接收第二电压V2，因此第一电容C1至第N电容CN的两端的电压压差为(VCOM-V2)，而第N+1电容C(N+1)的第二端至第M电容CM的第二端接地，因此第N+1电容至第M电容CM的两端的电压压差为VCOM-GND。在电压比较阶段，第一电容C1的第二端至第M电容CM的第二端都接地，因此，第一电容C1至第M电容CM的两端电压压差都为(VA-GND)。由于电容单元12的总电量保持不变，因此，比较器11的第一输入端VINA输入的电压相较于分压电压VCOM，具有一定的降低，当配置N的数目达到合适的情况下，就可以抵消比较器11内部的失调电压，例如，通过合理设置第一电容C1至第N电容CN的电容数目，可以将比较器11的第一输入端VINA的输入电压VA降低10mV，这样，可以抵消比较器内部VINA比VINB高的10mV失调电压。

当然，本公开实施例对电容单元12的电容数目不做限定，本领域技术人员可以通过测试确定具体数目，并根据需要设置N的大小。

下面对比较装置各个单元进行示例性介绍。

请参阅图2，图2示出了根据本公开一实施方式的比较装置的示意图。

在一种可能的实施方式中，所述分压单元10可以包括第一电阻R1、第二电阻R2，其中：

所述第一电阻R1的第一端用于接收所述第一电压V1，所述第一电阻R1的第二端电连接于所述第二电阻R2的第一端及所述分压开关S0的第一端，所述第二电阻R2的第二端接地。

当然，以上描述是示例性的，本公开实施例不限于此，在其他的实施方式中，分压单元10可以是其他的实现方式，例如，第一电阻R1可以包括多个电阻组成的电阻网络，第二电阻R2可以包括多个电阻组成的电阻网络，对此，本公开不做限定。

在一种可能的实施方式中，如图2所示，所述电容开关单元13可以包括多个开关，所述电容开关单元中开关的数目大于或等于2N，所述多个开关中的任意两个开关用于控制所述第一电容C1至第N电容CN中的任意一个电容的第二端与所述第二电压V2及地的连接关系，其中：

两个开关的第一端电连接于电容的第二端，两个开关中的一个开关的第二端作为所述电容开关单元13的第二端，两个开关中的另一个开关的第二端作为所述电容开关单元13的第三端，每个开关的控制端作为所述电容开关单元13的控制端。

在一个示例中，如图2所示，开关S1、开关S2可以用于控制第一电容C1与第二电压V2及地的电连接关系，当开关S1导通、开关S2断开时，第一电容C1的第二端接地；当开关S1断开、开关S2导通时，第一电容C1的第二端接收第二电压V2。当然，第二电容C2至第N电容CN的开关控制方式与第一电容C1的开关控制方式类似，在此不再赘述。

在一种可能的实施方式中，所述分压开关S0、所述电容开关单元13中的每个开关可以包括三极管、晶体管、单刀单掷开关的其中一种。

当然，电容开关单元中的开关还可以有其他实现方式，例如，可以采用单刀双掷开关实现电容开关单元13中的双开关功能，对此，本公开不做限定。

在一种可能的实施方式中，控制单元14可以利用通用芯片实现，例如可以利用中央处理器CPU、微处理器MCU、数字信号处理器DSP、可编程门阵列FPGA等通用芯片实现，也可以利用专用芯片实现，控制单元14实现控制的指令的实现方式可以参考相关技术，对此，本公开不做限定。

通过以上装置，本公开实施例可以消除比较器本身因为制造工艺的原因及其他原因造成的电压失调现象，通过设置电容单元、电容开关单元等组件可以消除比较器内部的失调电压，因此，本公开实施例提出的比较装置可以消除电压失调，输出准确的比较结果，可以适应于高精度比较的场景，例如，本公开实施例提出的比较装置可以应用于模数转换器中，以用于高精度的场景，可以提高模数转换器的准确度。

以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。