CN101964648B - 一种用高精度低压比较器组成的高阈值电压比较电路 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提出了一种用高精度低压比较器实现高阈值比较的电路，该电路主要是由低压运放omp1，omp2，电阻R1，R2，R3，M2，M3，M1，M4组成，M2与M3是宽长比为1∶1的PMOS，构成电流镜，M1与M4是两个高压场效应管，omp2用作比较器。本发明与普通方法相比线路简单，功耗低，大大降低成本，用低压器件实现高阈值比较，扩大使用范围。把高阈值平移到低阈值范围给低压比较器作为输入就可以实现用低压比较器实现高阈值的比较，本发明也可以采用单片集成工艺技术(BCD工艺)集成化生产。

Description

一种用高精度低压比较器组成的高阈值电压比较电路
技术领域
本发明涉及的是基本电子电路技术，特别是一种用高精度低压比较器实现高阈值电压比较的电路。
背景技术
电压比较器简称比较器，其基本功能是对两个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电平或低电平电压，据此来判断输入信号的大小和极性。电压比较器常用于自动控制、波形产生与变换，模数转换以及越限报警等许多场合，比较器是电子系统中应用较为广泛的电路之一。
目前，在电子电路行业里，由低压器件组成的比较器电路都有比较高的精度，但其比较电压范围会受到器件电压的限制，一般都会比较小。比如用3.3V器件组成的比较器，其比较电压的阈值一般就为3.3V了。但是对于如何对两个压差较大的两端进行比较，目前在电子电路业内，这样的一种电压比较器还没有出现。例如，要比较一个外置的Power MOS的Drain和Source的电压是否刚好大于10V，而普通的比较器电路就无法满足要求了，那么就需要一个阈值为10V的高精度比较器。若要比较一个外置的Power MOS的Drain和Source的电压是否刚好大于24V，那么就需要一个阈值为24V的高精度比较器。
因而，如何实现压差比较大的两端电压的比较，是非常重要和迫切需要的。在200810055879.4和200710188495.5等一些中国专利中公开了一些比较器，但是都未能解决对两个电压相差较大的两个电压进行比较的问题。而本发明就是一种特殊的比较器电路结构，它可以实现对两个电压差比较大的两个电压进行比较。而且还可以通过调节下面附图的几个电阻的比值(R/R1)来设定比较器的阈值。
发明内容
本发明的目的是提供一种用高精度低压比较器实现高阈值比较的电路，这个电路能够实现对两个电压差比较大的两个电压进行比较。
该电路主要是由低压运放omp1，omp2，电阻R1，R2，R3，M2，M3，M1，M4组成，M2与M3是宽长比为1∶1的PMOS构成电流镜，M1与M4是两个高压场效应管，omp2用作比较器。
如电路原理示意图1所示，因为高压NMOS场效应管M1源端接运放omp1的反相输入端，所以它的电位为VBG，这个精确的电压加在电阻R1两端，因此，流过R1两端的电流为IR1＝VBG/R1。而流过电阻R1的电流为流过电阻R2和流过M2管的电流之和，即IM2+IR2＝IR1，而M2和M3的宽长比是1∶1，因此流过M2和M3的电流相等，即IM2＝IM3，而流过M3，M4的电流等于流过电阻R3的电流，所以IM2＝IM3＝IR3。这样，对omp2的正端输入电压就为Vsource-IR2*R2，对omp2的负端输入电压为Vdrain+IR3*R3。当正端电压和负端电压相等，并且取R2＝R3＝R时，Vsource-Vdrain＝IR2*R2+IR3*R3＝(IR2+IR3)*R＝VBG*R/R1。
本发明与普通方法相比线路简单，功耗低，大大降低成本，用低压器件实现高阈值比较。扩大使用范围。把高阈值平移到低阈值范围给低压比较器作为输入就可以实现用低压比较器实现高阈值的比较，该电路只要取适当的R∶R1的比值，就可以获得相应的精确的阈值电压。本发明也可以采用单片集成工艺技术(BCD工艺)集成化生产。
附图说明
图1为本发明的用高精度低压比较器实现高阈值比较的电路原理图；
图2为R/R1设置为10时，输出电压和比较电压的关系图，
Vsource＝24V，输出电压在Vsource-Vdrain＝12V的时候发生翻转；
图3为R/R1设置为5时，输出电压和比较电压的关系图，
Vsource＝24V，输出电压在Vsource-Vdrain＝6V的时候发生翻转；
图4为R/R1设置为5时，输出电压和比较电压的关系图，
Vsource＝12V，输出电压在Vsource-Vdrain＝6V时发生翻转；
图5为R/R1设置为10时，输出电压和比较电压的关系图，
Vsource＝48V，输出电压在Vsource-Vdrain＝12V时发生翻转；
图6为R/R1设置为20时，输出电压和比较电压的关系图，
Vsource＝48V，输出电压在Vsource-Vdrain＝24V时发生翻转。
具体实施方式
在图1中，本发明的电路具体的连接关系为：运放omp1的同相输入端接入一个基准电压，这里接一个VBG＝1.2V的基准电压，运放omp1的反相输入端接到结点2上，电阻R1的两端分别接在地和结点2上，高压管M1的栅极接到运放omp1的输出端，高压管M1的源端接到结点2上，高压管M1的漏极和低压PMOS管M2的漏极以及电阻R2的一端接到结点3上，omp2在这里用做普通的低压比较器，omp2的同相输入端接到结点3上，电阻R3的两端分别接到结点1和结点4上，omp2的反相输入端接到结点4上，omp2的输出直接接该电路的输出端，PMOS管M2，M3的栅极相连构成电流镜，PMOS管M2，M3的源端和电阻R2的一端连接到结点5上，PowerMOS管的两端接到结点1和结点5上，整个电路结构原理图如附图1所示。
采用单片集成工艺技术(BCD工艺)制出该高压比较器电路，运用Cadence软件做仿真如下。在RLoad上串联一个跳阶的电流源，在Vsource端加一个阶跃信号，从0V经过10us后到24V。根据式Vsource-Vdrain＝IR2*R2+IR3*R3＝VBG*R/R1。1)若把R/R1设置为10，(其中本发明上的VBG＝1.2V)，对该电路做Tran仿真，其仿真曲线图如图2所示，可以看出输出电压在Vsource-Vdrain＝12V的时候发生翻转。2)若把R/R1设置为5，对该电路做Tran仿真，其仿真曲线图如图3所示，可以看出输出电压在Vsource-Vdrain＝6V的时候发生翻转。
改变Vsource，在Vsource端加一个阶跃信号，从0V经过10us后到12V。若把R/R1设置为5，对该电路做Tran仿真，其仿真曲线图如图4所示，可以看出输出电压在Vsource-Vdrain＝6V的时候发生翻转。
再改变Vsource，在Vsource端加一个阶跃信号，从0V经过10us后到48V。1)若把R/R1设置为10，对该电路做Tran仿真，其仿真曲线图如图5所示，可以看出输出电压在Vsource-Vdrain＝12V的时候发生翻转。2)若把R/R1设置为20，对该电路做Tran仿真，其仿真曲线图如图6所示，可以看出输出电压在Vsource-Vdrain＝24V的时候发生翻转。
本发明电路实施例的仿真结果见图2、3、4、5、6。

Claims (1)

1.一种用高精度低压比较器组成的高阈值电压比较电路，包括运算放大器omp1、运算放大器omp2，电阻R1、电阻R2、电阻R3，PMOS管M2、PMOS管M3，高压场效应管M1和高压场效应管M4；运算放大器omp2用作所述低压比较器，其特征在于：PMOS管M2与PMOS管M3的宽长比相等，PMOS管M2与PMOS管M3构成电流镜，运算放大器omp1的同相输入端接入一个基准电压，运算放大器omp1的反相输入端接到节点2上，电阻R1的两端分别接在地和节点2上，高压场效应管M1的栅极接到运算放大器omp1的输出端，高压场效应管M1的源端接到节点2上，高压场效应管M1的漏极、PMOS管M2的漏极以及电阻R2的一端接到节点3上，运算放大器omp2的同相输入端接到节点3上，电阻R3的两端分别接到节点1和节点4上，运算放大器omp2的反相输入端接到节点4上，运算放大器omp2的输出直接接该高阈值电压比较电路的输出端，PMOS管M2的栅极和PMOS管M3的栅极相连，PMOS管M2的源端、PMOS管M3的源端以及电阻R2的另一端连接到节点5上，功率管PowerMOS的源端接到节点5上，功率管PowerMOS的漏极接到节点1上。
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