比較器電路的制作方法
1.本公開涉及比較器電路以及具有這種比較器電路的傳感器前端和斜坡模數轉換器。本公開還涉及包括這種比較器電路的電子設備。
2.本技術要求歐洲專利申請20174457.0的優先權，其公開內容被引用附于此。
背景技術：
3.比較器電路廣泛用于電子應用中。通常希望比較器的輸出幾乎沒有延遲地跟隨其輸入的變化。然而，在傳統的比較器電路中，比較器的速度與電路實現的能量消耗和/或必要空間相權衡。
技術實現要素：
4.要實現的目標是提供一種改進后的比較器概念，其能夠以很小的電流消耗快速切換比較器輸出。
5.此目標是通過獨立權利要求的主題實現的。從屬權利要求中定義了改進后的概念的實施例和發展。
6.根據改進后的比較器概念的比較器電路可以包括具有一組差分電流路徑的輸入級和與該組差分電流路徑耦合的一對差分輸入晶體管。此外，比較器電路具有輸出級和輸出晶體管，輸出級在電源端之間具有輸出電流路徑，輸出晶體管連接在輸出電流路徑中并且具有連接到輸入級的控制端。
7.改進后的比較器概念基于提供輔助級的想法，該輔助級控制輸出晶體管的控制端處的電勢，使得即使在比較器的傾斜狀態下，例如由于比較器的輸入端處的差分較大而導致的傾斜狀態下，輸出晶體管的控制端處的電勢也不會完全飽和，但是如果輸入端處的條件相反，則允許快速轉換到另一輸出狀態。例如，這通過輔助電流路徑中的第一輔助晶體管來實現，該輔助電流路徑的控制端連接到輸出晶體管的控制端。具有連接在一起的控制端的第二輔助晶體管和第三輔助晶體管的電壓跟隨器通過使第二輔助晶體管連接在輔助電流路徑中同時第三輔助晶體管將輸出晶體管的控制端連接到該組差分電流路徑的至少一個電流路徑來支持控制。
8.通過輔助電流路徑和第三輔助晶體管的所得電流導致在輸出晶體管的控制端處的受控電壓下降，防止完全飽和，并且一旦感測輸入越過比較器的閾值電壓，就允許輸出晶體管并因此允許比較器輸出立即切換。因此，輔助級調節比較器的內部節點，在傳統解決方案中，該內部節點需要從飽和狀態恢復到接近比較器切換的點的明確水平。
9.例如，根據改進后的比較器概念的比較器電路的實施例包括輸入級，該輸入級包括一組差分電流路徑和與該組差分電流路徑耦合的一對差分輸入晶體管，并且具有連接到比較器電路的一對輸入端的控制端。輸出級包括第一電源端和第二電源端之間的輸出電流路徑、連接在輸出電流路徑中并具有連接到該組差分電流路徑中的一個電流路徑的控制端的輸出晶體管、以及連接到輸出電流路徑的比較器輸出。
10.輔助級包括第一電源端和第二電源端之間的輔助電流路徑、連接在輔助電流路徑中的輔助電流源、連接在輔助電流路徑中并具有連接到輸出晶體管的控制端的控制端的第一輔助晶體管、以及具有連接在一起的控制端的第二輔助晶體管和第三輔助晶體管的電壓跟隨器。第二輔助晶體管連接在輔助電流路徑中，并控制電壓跟隨器。第三輔助晶體管將輸出晶體管的控制端耦合到該組差分電流路徑中的至少一個電流路徑。
11.輔助級中的輔助電流源迫使特定電流流經輔助電流路徑，并因此流經第一輔助晶體管和第二輔助晶體管。由于第二輔助晶體管和第三輔助晶體管之間的電壓跟隨器配置，通過第三輔助晶體管，即分別從輸出晶體管的控制端、第一輔助晶體管到比較器的輸入級，也隱含了一定的電流。由于這些電流是由三個輔助晶體管各自的控制電壓決定的，因此，連接到輸出晶體管的第一輔助晶體管的控制端處的某個電勢以這種方式被調節。
12.具體地，這種調節使第一輔助晶體管和輸出晶體管的控制端處的電勢更接近輸出晶體管的開關點，同時遠離飽和電勢。因此，如果輸入端的條件向平衡或轉換方向變化，輸出晶體管可以更快地切換。
13.例如，第一、第二和第三輔助晶體管被設計尺寸使得在輔助級的運作點處，第一輔助晶體管的源極端和控制端之間的電壓差大于零并且低于輸出晶體管的閾值電壓差。閾值電壓差可以被定義為在比較器的平衡狀態下，即當比較器的輸入端之間的電壓差為零時，在兩個輸出狀態之間切換的閾值。取決于晶體管類型，第一輔助晶體管的源極端和控制端之間的電壓差可以是絕對電壓差。
14.這種尺寸確定可以通過多種方式實現。例如，可以設計輔助晶體管的尺寸，使得第一輔助晶體管的電流密度低于輸出晶體管的電流密度。此外，第二輔助晶體管的電流密度低于第三輔助晶體管的電流密度也是可能的。上述兩者的組合也是可能的。
15.在另一種類型的尺寸確定中，第一輔助晶體管的閾值電壓低于輸出晶體管的閾值電壓，和/或第二輔助晶體管的閾值電壓低于第三輔助晶體管的閾值電壓。
16.在這些配置中，可以假設第一輔助晶體管和輸出晶體管的源極端處于相同的電勢或相似的電勢，例如電源端之一。還應當注意，所提到的對輸出晶體管的控制端處的電勢的調節也是通過重新使用從輸入級的差分電流路徑提供并返回到輸入級的電流來實現的。此外，該調節僅在比較器處于傾斜狀態時有效，并且不需要差分輸入對的全部性能。這使得改進后的比較器概念的功率有效實現。一旦兩個輸入電壓分別彼此接近，即當比較器應該切換時，由于輸入級引起的輸出晶體管和第一輔助晶體管的控制端處的變化，調節自動關閉。
17.在比較器電路的一些實現中，輸入級的該組差分電流路徑包含具有差分晶體管對的電流鏡。該組差分電流路徑中連接到輸出晶體管的控制端的一個電流路徑由電流鏡控制。這意味著，例如，從輸入級轉移到輸出晶體管的電勢在相應的電路中不是主動得到控制的，而是僅由從差分電流路徑的另一電流路徑控制的電流鏡控制。這使得能夠更容易地控制相應的節點。
18.在一些實現中，輸入級的該組差分電流路徑包含一對差分輸入晶體管和具有一對差分晶體管的電流鏡。輸入級包括輸入電流源，該輸入電流源與輸入級的該組差分電流路徑具有公共連接。第三輔助晶體管連接在輸出晶體管的控制端和具有輸入電流源的公共連接之間。同樣在這樣的配置中，連接到輸出晶體管的控制端的該組差分電流路徑的一個電流路徑可以由電流鏡控制。具體而言，通過第三輔助晶體管從輸出晶體管的控制端到該組
差分電流路徑的公共連接的電流的反饋使得能夠從輸入級(具體而言是電流鏡)提供到輸出級的電流的有效再利用。
19.在另一種實現方式中，輸入級被實現為折疊式共源共柵放大器。該對差分輸入晶體管耦合在公共電流源和該組不同電流路徑之間。該組差分電流路徑耦合在第一和第二電源端之間，并且包括具有不同晶體管對的電流鏡。這種配置還使得能夠從輸出晶體管的控制端提供的電流的電流有效再利用。
20.對于輸入級的實現，各種其他修改是可能的。然而，輔助級仍然可以提供對輸出晶體管的控制端的電勢的有效調節，同時通過電流重用來節省功率。
21.如果必須將變化的電壓與固定的或變化的參考電壓進行比較，則根據上述實施方式的比較器電路可能特別有用。具體而言，比較器可以用于以快速反應時間檢測感測電壓是否超過參考電壓。
22.例如，根據上述實施例之一的比較器電路可以用于光電二極管的傳感器前端，該傳感器前端包括用于對來自光電二極管的光電流進行積分的積分器。在這種配置中，比較器電路具有連接到積分器的輸出的一對輸入端的第一實施例，以及連接到參考電壓源的一對輸入端的第二端。因此，可以以快速的方式檢測積分光電流與參考電壓的交叉。
23.在另一個實現中，根據改進后的比較器概念的比較器電路可以用在斜坡模數轉換器adc中。例如，該對輸入端的第一端連接到斜坡信號發生器的輸出，該對輸入端的第二端連接到對輸入端處提供的輸入信號進行采樣的采樣保持元件，并且比較器輸出耦合到計數器電路，用于提供對應于輸入信號的數字輸出值。
24.例如，比較器電路、傳感器前端和斜坡adc的各種實現可以用于各種固定或便攜式電子設備中。固定電子設備的例子是醫療成像設備，如x射線裝置或計算機斷層攝影設備。便攜式電子設備的例子是智能手機、可穿戴設備如智能手表或生物傳感器、便攜式傳感器設備等，例如用于光學傳感器應用。因此，改進后的比較器概念也包括這種電子設備。
附圖說明
25.下面將借助附圖更詳細地描述改進后的比較器概念。在所有附圖中，具有相同或相似功能的元件具有相同的附圖標記。因此，在下面的附圖中沒有必要重復對它們的描述。
26.在附圖中：
27.圖1示出了比較器電路的示例實現；
28.圖2示出了比較器電路的另一示例實現；
29.圖3示出了比較器電路的另一示例實現；
30.圖4示出了光電二極管的傳感器前端的示例實現；和
31.圖5示出了斜坡模數轉換器的示例實現。
具體實施方式
32.圖1示出了根據改進后的比較器概念的比較器電路的第一示例實現。在該示例實現中，比較器電路由三個級形成，具體而言是輸入級、輸出級和輔助級。所有級都連接在第一電源端vdd和第二電源端vss之間。例如，第一電源端vdd提供正電源電壓，第二電源端vss提供負電源電壓或地電勢。
33.輸入級包括一組差分電流路徑和耦合在該組差分電流路徑中的一對差分輸入晶體管n1、n2。具體而言，每個輸入晶體管n1、n2的受控部分、例如源極-漏極連接被連接在每個差分電流路徑中。輸入晶體管n1、n2的控制端或柵極端分別連接到比較器電路的一對輸入端inn、inp。在該示例實現中，輸入晶體管n1、n2具有到輸入電流源的公共連接，該輸入電流源耦合到第二電源端vss。具體而言，輸入晶體管n1、n2的源極端連接到這個輸入電流源。
34.輸入級的這組差分電流路徑還包括具有差分晶體管對p1、p2的電流鏡，晶體管p1從該差分晶體管對p1、p2控制電流鏡。因此，流經晶體管p1和n1的電流ib1控制流經晶體管p2的電流。流經晶體管p2的所述電流分成流經晶體管n2的電流ib2和流向輸出級的電流ib4。
35.輸出級包括在第一電源端vdd和第二電源端vss之間的輸出電流路徑、連接在輸出電流路徑中并具有連接到輸入級中的晶體管p2的漏極端的控制端或柵極端的輸出晶體管p4。輸出級還包括驅動電流ib7的輸出電流源。比較器輸出out耦合到輸出晶體管p4和輸出電流源之間的輸出電流路徑中的節點。
36.根據改進后的比較器概念，比較器電路還包括在虛線框中框起來的輔助級。輔助級包括第一電源端vdd和第二電源端vss之間的輔助電流路徑。在輔助電流路徑中，連接第一輔助晶體管p3，其中其控制端或柵極端連接到輸出晶體管p4的控制端。第一輔助晶體管p3和輸出晶體管p4的源極端都連接到第一電源端vdd。輔助級還包括由晶體管p5和p6形成的電壓跟隨器，晶體管p5從該電壓跟隨器連接到輔助電流路徑中并控制電壓跟隨器。為此，晶體管p5是二極管連接的，即其控制端連接到其漏極端。為了執行電壓跟隨器功能，晶體管p6的控制端連接到晶體管p5的控制端。晶體管p6的受控部分連接在輸出晶體管p4的控制端和輸入晶體管n1、n2與輸入電流源的公共連接之間。輔助電流路徑還包括驅動電流ib5的電流源，其一端連接到第二電源端vss，另一端連接到晶體管p5的漏極端。電流ib6流經第三輔助晶體管p6。
37.在比較器電路的運作期間，輸入端inn例如是比較器的負輸入端或反相輸入端，可以向其提供限定比較器的閾值電壓的參考電壓。因此，當正輸入或非反相輸入inp處的輸入電壓高于參考電壓時，比較器的輸出out將為高，對應于例如第一電源端vdd處的電勢，否則為低，對應于第二電源端vss處的電勢。
38.假設比較器電路在沒有輔助級的情況下運作，當輸入端inp處的電勢低于輸入端inn處的電勢時，差分對的輸出、即與具有電勢vdiffoutn的輸出級的連接通常、即不應用改進后的比較器概念、將與由第一電源端vdd定義的高軌相同或接近。如果輸入端inp處的電壓快速上升到輸入端inn的電勢，則節點vdiffoutn需要穩定回到其運作點，該運作點大約比第一電源端vdd處的電源電壓或者輸出晶體管p4的柵源電壓低一個閾值電壓。在沒有改進后的比較器概念的情況下，該恢復階段以回轉(slewing)方式發生，降低了比較器的速度。
39.改進后的比較器概念通過由輔助晶體管p3、p5和p6形成的調節回路來限制節點vdiffoutn的偏移，從而防止節點vdiffoutn到達高軌。因此，節點vdiffoutn將從略高于最終運作點的電壓電平穩定回到其運作點，而不是從高軌的電勢恢復，從而導致更快的穩定。
40.例如，這是通過確定第一、第二和第三輔助晶體管p3、p5、p6的尺寸來實現的，使得在輔助級的運作點處，第一輔助晶體管p3的源極端和控制端之間的電壓差大于零并且低于
輸出晶體管p4的閾值電壓差。輸出晶體管p4的這種閾值電壓差可以被定義為輸出晶體管p4從非導通狀態切換到導通狀態、對應于比較器輸出out處從低電平到高電平的切換時的電壓差。例如，這可以通過將第一輔助晶體管p3的閾值電壓設定為低于輸出晶體管的閾值電壓來實現。
41.例如，可以通過使第一輔助晶體管p3通常與輸出晶體管p4匹配并充當用于定義節點vdiffoutn的上限電壓的參考晶體管來實現該設定。例如，通過選擇相對于晶體管p4更低的晶體管p3的電流密度，輔助晶體管p3將需要更小的柵極源極電壓，從而在節點vdiffoutn處產生比在輸入端inp、inn處的差分輸入電壓為0v時輸出晶體管p4的運作點更高的電壓。
42.第一輔助晶體管p3與輔助電流源驅動電流ib5一起形成通用放大器，因此提供增益。如上所述，第二和第三輔助晶體管p5和p6形成通用放大器的電壓跟隨器或源極跟隨器輸出。第三輔助晶體管p6的源極端是電壓跟隨器的輸出，當輸入端inp處的電壓低于輸入端inn處的電壓時，電壓跟隨器調節節點vdiffoutn處的電壓。
43.在替代實現中，確定輔助晶體管的尺寸，使得第二輔助晶體管p5的閾值電壓低于第三輔助晶體管的閾值電壓。此外，可以將確定晶體管p3和p4的閾值電壓的尺寸與確定輔助晶體管p5和p6的尺寸相結合。
44.類似地，第二輔助晶體管p5的電流密度可以被設計為小于第三輔助晶體管p6的電流密度。
45.通過輔助晶體管p3、p5和p6各自的柵極-源極電壓與流過這些晶體管的各自的電流之間的依賴性，建立對節點vdiffoutn處的電勢的調節。
46.第三輔助晶體管p6降低將節點vdiffoutn處的電壓下拉到差分輸入對n2、n1尾部所需的電流ib6。這使得差分對n1、n2的電流均衡。
47.例如，在正輸入端inp處的電壓低于負輸入端inn處的電壓的傾斜情況下，如果輔助級不存在，整個電流ib3將從ib1向下流動。然而，由于輔助級的存在，將節點vdiffoutn處的電壓下拉到限定電平所需的電流ib6將被降低到提供電流ib3的電流源。這意味著電流ib3的大約一半將從ib1向下流動，而另一半由電流ib6提供。這將比較器電路的輸入級預偏置到接近切換點的配置，除了輸入晶體管n2，其連續感測正輸入端inp處的電壓。一旦輸入端inp、inn處的差分輸入電壓變為0v，差分對n1、n2就可以快速切換。
48.一旦比較器的差分輸入電壓變為0v，輔助級將不再起作用，輔助級的調節將禁用自身，讓比較器電路以正常精度切換。
49.根據改進后的比較器概念的輔助級將一個額外的電流分支添加到現有的具有輸入級和輸出級的比較器電路中，如上所述。增益速度性能使得能夠至少補償額外的電流分支，從而產生功率有效的解決方案。
50.由于回轉防止是通過調節來實現的，因此在過程變化和環境溫度下得到的精度和性能穩定性都得到了很好的控制。
51.該調節共享由連接到該對差分輸入晶體管的輸入電流源提供的偏置電流。這確保了高能效和高速特性，而不會影響比較器的精度。具體而言，當比較器處于傾斜狀態并且精度不重要時，是通過與該對差分輸入晶體管n1、n2共享電流來實現的。除了一個額外的電流分支、即輔助電流路徑之外，不需要額外的電流消耗來提高速度。
52.輔助級省電、快速，并且不影響比較器的精度。由于輔助級的附加電路相對較小，
因此它也適用于多通道設備，其中面積對于每個通道中存在的每個模塊都至關重要。
53.圖2示出了根據改進后的組件概念的比較器電路的替代實現，其是基于圖1所示的實現。因此，將僅解釋與圖1的實施方式的不同之處。
54.取代采用輸入級中的電流鏡，圖2的實現的輸入級在輸入級的差分電流路徑的每個電流路徑中包括兩個二極管連接的晶體管p1、p2。盡管有具有晶體管p2的電流分支不受p1控制的事實，但假設輔助級不存在，節點vdiffoutn處的電壓仍傾向于保持在高軌上。因此，在沒有輔助級的情況下，一旦正輸入端inp處的電壓接近負輸入端inn處的電壓，輸出晶體管p4的控制端處的電勢將需要從這樣的電壓恢復，從而得到比較器輸出out的切換。
55.然而，由于輔助級的存在，出現了與結合圖1描述的相同的效果，因此加速了比較器輸出out處的切換。
56.對于圖1和圖2的兩種實施方式，例如出于偏置原因等，在各種電流路徑中可以存在額外的晶體管對或單個晶體管，然而這并不影響結合改進后的比較器概念描述的一般原理。在任何情況下，輸出晶體管p4的控制端處的電壓被帶到接近輸出晶體管p4的開關閾值的電平。
57.圖3示出了根據改進后的比較器概念的比較器電路的另一個示例實現。輸出級和輔助級類似于圖1和圖2中的相應實現。在該實現中，輸入級被實現為具有一組差分路徑的折疊式共源共柵放大器，包括具有晶體管p1、p2的電流鏡，這類似于圖1的實現。此外，差分電流路徑包括由偏置電壓vb控制的一對偏置晶體管n3、n4。差分電流路徑的每個路徑包括相應的電流源，該電流源驅動電流ib8、ib9并將差分電流路徑耦合到第二電源端vss。該對輸入晶體管由驅動電流ib3的輸入電流源連接到第一電源端的晶體管p7、p8形成。輸入晶體管p7、p8的漏極端分別連接到每個差分電流路徑。具體地，晶體管p7連接到具有晶體管p1和n3的電路，電流源驅動電流ib8，并且晶體管p8連接到包括晶體管p2、n4和驅動電流ib9的電流源的電路。來自輔助級的反饋通過晶體管p6連接到晶體管p7、n3的公共連接。
58.利用輸入級的這種實現，在沒有輔助級存在的傾斜狀態下，出現了與圖1的實現類似的情況。特別地，如果正輸入端inp處的電壓低于負輸入端inn處的電壓，由輸入電流源提供的電流ib3將完全或幾乎完全流過輸入晶體管p8，而沒有或幾乎沒有電流流過輸入晶體管p7。因此，通過晶體管p1的電流ib1必須提供全電流ib8。因此，鏡像晶體管p2也將被控制到開路狀態，導致節點vdiffoutn處的電壓處于或接近第一電源端vdd的電勢。此外，在這種狀態下，輸出晶體管p4的控制端也將接近高軌。
59.利用如結合圖1所描述的那樣工作的輔助級，輸出晶體管p4的控制端處的電勢將被調節，使得第一輔助晶體管p3的源極端和控制端之間的電壓差大于0并且低于輸出晶體管p4的閾值電壓差。如果比較器電路即將切換，這可以降低壓擺效應。
60.因為輸入晶體管p7不提供電流，所以電流ib8是電流ib1和ib6之和。利用來自輔助級的該電流ib6的反饋，ib1相對于沒有輔助級的實現而言減小了。因此，電流ib6被有效地重用。輸入級的進一步實現和/或輸出級的變化仍然是可能的。在任何情況下，輔助級都會降低輸出晶體管的壓擺率。
61.根據改進后的比較器概念的比較器電路可以用在需要具有快速檢測的比較器的各種應用中。
62.例如，圖4顯示了光電二極管pd的傳感器前端的示例實現。例如，傳感器前端包括
積分器，該積分器可以耦合到光電二極管pd，用于對其光電流進行積分。積分器的輸出耦合到處理電路，該處理電路可以在模擬或數字域中處理積分信號。此外，積分器的輸出連接到根據上述示例之一實現的比較器的非反相正輸入inp。負反相輸入連接到參考電壓源vref，該參考電壓源可以是恒壓源或可變電壓源。
63.在積分周期開始時，積分器的輸出低于基準電壓。然而，一旦積分后的光電流、即由積分器提供的電壓超過參考電壓的電平，比較器電路cmp就可以在比較器輸出端out幾乎沒有延遲地指示這種交叉。例如，該信息可以用于處理電路proc。
64.圖5顯示了斜坡模數轉換器(adc)中的比較器電路的另一種應用。在該應用中，第一端、特別是比較器cmp的非反相輸入端連接到斜坡信號發生器的輸出端。第二輸入、即反相輸入連接到采樣保持元件s/h，采樣在輸入端處提供的輸入信號vin。
65.斜坡信號發生器例如由積分恒定參考電壓的積分器形成，從而輸出線性斜坡電壓vint。積分器可以由相應的信號并基于時鐘信號clk來復位。
66.在每個斜坡周期的開始，斜坡信號vint將低于反相輸入inn處的輸入電壓vin。一旦斜坡信號vint越過該電平，比較器輸出將相應地從低切換到高。換句話說，在此之前，交叉該輸出很低。斜坡adc還包括與門，該與門具有被提供有時鐘信號clk的第一輸入和具有比較器輸出的反相版本的第二輸入。因此，在與斜坡信號vint交叉之前的每個時鐘沿，脈沖被提供給計數器cntr，計數器cntr相應地對相應的脈沖進行計數。一旦斜坡信號vint交叉該輸入電壓vin，and門就不提供任何脈沖，使得計數器cnt的計數值cv保持恒定。計數器值可以用表示輸入信號vin的數字等效的n位字來實現。
67.如信號圖中所示，輸入電壓vin對應于給定時間t之后斜坡信號vint的電壓，該給定時間t由計數器值cv乘以時鐘信號clk的時鐘周期t定義，即cv t。
68.盡管在示例實現中，晶體管被示出為p溝道型或n溝道型，但是相應的晶體管類型也可以連同電源電勢和電源端vdd、vss的極性的切換一起全部改變為相反的類型。因此，這種替代實施方式也由本公開和權利要求中限定的范圍所涵蓋。
69.比較器電路、傳感器前端和斜坡adc的各種實現可以例如用在各種固定或便攜式電子設備中，例如固定電子設備如醫療成像設備如x射線設備或計算機斷層攝影設備，或者便攜式電子設備如智能手機、可穿戴設備如智能手表或生物傳感器、便攜式傳感器設備等，例如用于光學傳感器應用。
70.應當理解，本公開不限于所公開的實施例以及上文具體示出和描述的內容。相反，在獨立的從屬權利要求或說明書中列舉的特征可以有利地組合。此外，本公開的范圍包括那些變型和修改，這些變型和修改對于本領域技術人員來說是顯而易見的，并且落入所附權利要求的精神內。在權利要求或說明書中使用的術語“包括”不排除相應特征或過程的其他元件或步驟。在術語“一”或“一個”與特征結合使用的情況下，不排除這樣的特征存在多個。此外，權利要求中的任何附圖標記不應被解釋為限制范圍。
技術特征：
1.一種比較器電路，包括：輸入級包括一組差分電流路徑和一對差分輸入晶體管(n1，n2；p7，p8)，其中所述一對差分輸入晶體管(n1，n2；p7，p8)與所述一組差分電流路徑耦合并且具有連接到所述比較器電路的一對輸入端(inn，inp)的控制端；輸出級，包括第一和第二電源端(vdd，vss)之間的輸出電流路徑、連接在所述輸出電流路徑中并具有連接到所述一組差分電流路徑的一個電流路徑的控制端的所述輸出晶體管(p4)、以及連接到所述輸出電流路徑的比較器輸出(out)；和輔助級，包括在所述第一和第二電源端(vdd，vss)之間的輔助電流路徑，連接在所述輔助電流路徑中的輔助電流源、連接在所述輔助電流路徑中并且具有連接到所述輸出晶體管(p4)的控制端的第一輔助晶體管(p3)、以及具有連接在一起的控制端的第二輔助晶體管(p5)和第三輔助晶體管(p6)的電壓跟隨器，其中所述第二輔助晶體管(p5)連接在所述輔助電流路徑中并控制所述電壓跟隨器，并且其中所述第三輔助晶體管(p6)將所述輸出晶體管(p4)的控制端耦合到所述一組差分電流路徑中的至少一個電流路徑。2.根據權利要求1所述的比較器電路，其中所述第一、第二和第三輔助晶體管(p3,p5,p6)的尺寸被設計成使得在輔助級的運作點處，所述第一輔助晶體管(p3)的源極端和控制端之間的電壓差，特別是絕對電壓差，大于零并且低于所述輸出晶體管(p4)的閾值電壓差。3.根據權利要求2所述的比較器電路，其中所述第一輔助晶體管(p3)的電流密度低于所述輸出晶體管(p4)的電流密度，和/或所述第二輔助晶體管(p5)的電流密度低于所述第三輔助晶體管(p6)的電流密度。4.根據權利要求2或3所述的比較器電路，其中所述第一輔助晶體管(p3)的閾值電壓低于所述輸出晶體管(p4)的閾值電壓，和/或所述第二輔助晶體管(p5)的閾值電壓低于所述第三輔助晶體管(p6)的閾值電壓。5.根據前述權利要求之一所述的比較器電路，其中所述輸入級的一組差分電流路徑包含具有差分晶體管對(p1,p2)的電流鏡；和所述一組差分電流路徑中連接到所述輸出晶體管(p4)的控制端的一個電流路徑由所述電流鏡控制。6.根據前述權利要求之一所述的比較器電路，其中所述輸入級的所述一組差分電流路徑包含所述一對差分輸入晶體管(n1，n2)和具有差分晶體管對(p1,p2)的電流鏡；所述輸入級包括輸入電流源(ib3)，所述輸入電流源(ib3)具有與所述輸入級的所述一組差分電流路徑的公共連接；和所述第三輔助晶體管(p6)連接在所述輸出晶體管(p4)的控制端和具有所述輸入電流源(ib3)的所述公共連接之間。7.根據權利要求1至5之一所述的比較器電路，其中所述輸入級的一組差分電流路徑包含一對差分輸入晶體管(nl，n2)和差分晶體管對(pi，p2)；所述輸入級包括輸入電流源(ib3)，所述輸入電流源(ib3)具有與所述輸入級的一組差分電流路徑的公共連接；以及第三輔助晶體管(p6)連接在所述輸出晶體管(p4)的控制端和具有所述輸入電流源
(ib3)的公共連接之間。8.根據權利要求7所述的比較器電路，其中所述差分晶體管對(pi，p2)的每個晶體管以二極管連接的方式實現。9.根據權利要求1至5之一所述的比較器電路，其中，所述輸入級被實現為折疊式共源共柵放大器；所述一對差分輸入晶體管(p7，p8)耦合在公共電流源和所述一組差分電流路徑之間；并且所述一組差分電流路徑耦合在第一和第二電源端(vdd，vss)之間，并且包括具有差分晶體管對(p1，p2)的電流鏡。10.一種用于光電二極管的傳感器前端，所述傳感器前端包括：積分器，用于對來自所述光電二極管的光電流進行積分；和根據前述權利要求之一的比較器電路，具有連接到所述積分器的輸出端的一對輸入端的第一端(inp)和連接到參考電壓源的一對輸入端的第二端(inn)。11.一種斜坡模數轉換器adc，包括根據權利要求1至9之一所述的比較器電路，其中所述一對輸入端的第一端(inp)連接到斜坡信號發生器的輸出；所述一對輸入端的第二端(inn)連接到對輸入端處提供的輸入信號(vin)進行采樣的采樣保持元件(s/h)；以及所述比較器輸出(out)耦合到計數器電路(cntr)，用于提供對應于所述輸入信號的數字輸出值。12.一種電子設備，包括以下之一：根據權利要求1至9之一所述的比較器電路；根據權利要求10所述的傳感器前端；根據權利要求11所述的斜坡模數轉換器。13.根據權利要求12所述的電子設備，其中，所述電子設備被實現為以下之一：固定的電子設備；x光裝置；計算機斷層攝影設備；便攜式電子設備；智能手機；可穿戴設備，特別是智能手表或生物傳感器；便攜式傳感器設備。
技術總結
一種比較器電路包括具有一組差分電流路徑的輸入級和連接到一對輸入端(I,IP)的一對差分輸入晶體管(1,2；P7,P8)。輸出級包括第一和第二電源端(VDD,VSS)之間的輸出電流路徑、連接在該輸出電流路徑中并具有耦合到該組差分電流路徑的控制端的輸出晶體管(P4)、以及連接到該輸出電流路徑的比較器輸出(OUT)。輔助級包括電源端(VDD,VSS)之間的輔助電流路徑、輔助電流源、連接在該輔助電流路徑中并且具有連接到該輸出晶體管(P4)的控制端的控制端的第一輔助晶體管(P3)、以及具有第二輔助晶體管(P5)和第三輔助晶體管(P6)的電壓跟隨器。該第二輔助晶體管(P5)控制該電壓跟隨器，該第三輔助晶體管(P6)將該輸出晶體管(P4)的控制端耦合到該組差分電流路徑中的至少一個差分電流路徑。電流路徑。電流路徑。
