CN107291133A - 负值电压比较器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种负值电压比较器电路，包括比较器、电流镜，输入信号电路以及参考信号电路，所述电流镜为所述输入信号电路以及参考信号电路提供相等的偏置电流；所述输入信号电路连接所述比较器的负输入端，所述参考信号电路连接所述比较器的正输入端。本发明的所起到的有益效果包括：1、在不使用到负基准和负电压源的情况下，实现了高精度的负值电压比较。2、由于没有改变比较器内部结构，所以不会影响比较器本身的增益，不会造成不可控的失调电压。3、综合考虑了成本和性能，可以满足各种负电压的比较需求，工程上易于实现，成本较低。
Description
技术领域
本发明涉及电路参数测量领域，特别涉及一种负值电压比较器电路。
背景技术
电路控制系统中常用到比较器，一般的比较器只能比较正电压。如果需要对负电压进行比较，一般有三种方法：
1.需要将负信号转换成正信号，再用传统比较器进行比较；
2.使用全差分比较器直接对负电压进行比较；
3.在传统比较器中人为的加入偏移，使比较器的翻转点往负方向变化。
其中，第一和第二中方法都需要电路中存在负电源，以及电压为负的基准源，而在大部分电路中出于成本的考虑，没有提供负电源及负值基准源。而第三种方法虽然不用使用到负电源和负基准，但是这种方法改变了固有的比较器结构，人为地添加了比较器的失调，而此种失调在实际的集成电路实现中是无法精确制造的，只能通过后期的修调来达到预想的精度，而后期的修调存在不确定性，使修调工作量巨大，不利于企业生产。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供了具有一种负值电压比较器电路。
一种负值电压比较器电路，包括比较器、电流镜，输入信号电路以及参考信号电路，所述电流镜为所述输入信号电路以及参考信号电路提供相等的偏置电流；所述输入信号电路连接所述比较器的负输入端，所述参考信号电路连接所述比较器的正输入端。
其中，所述电流镜包括第一镜像电路、第二镜像电路以及第三镜像电路，所述第一镜像电路产生偏置电流，所述第二镜像电路连接所述比较器的负输入端，所述第三镜像电路连接所述比较器的正输入端。
具体的，所述第一镜像电路包括第一MOS管以及电流源，所述第一MOS管的源极连接电源，栅极以及漏极通过一电流源接地。所述第二镜像电路包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极连接电源，栅极连接所述第一镜像电路，漏极连接所述输入信号电路所述第三镜像电路包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极连接电源，栅极连接所述第一镜像电路，漏极连接所述参考信号电路。
另外，所述输入信号电路包括第四MOS管以及调压电路，所述第四MOS管的栅极连接输入信号，漏极接地，源极通过所述调压电路连接所述比较器的负输入端。所述调压电路包括可变电阻，所述可变电阻连接在所述第四MOS管以及所述比较器的负输入端之间。
进一步的，所述参考信号电路包括第五MOS管，所述第五MOS源极连接所述比较器正输入端，栅极以及漏极接地。
优选的，所述第四MOS管以及所述第五MOS管的电气参数一致。
优选的，所述比较器为单电二级比较器。
本发明的所起到的有益效果包括：
1、在不使用到负基准和负电压源的情况下，实现了高精度的负值电压比较。
2、由于没有改变比较器内部结构，所以不会影响比较器本身的增益，不会造成不可控的失调电压。
3、综合考虑了成本和性能，可以满足各种负电压的比较需求，工程上易于实现，成本较低。
附图说明
图1为本发明实施例一中的电路架构原理图。
图2为本发明实施例二中的电路原理图。
图3为本发明中电流源的原理示意图。
其中，电流镜为10；第一镜像电路为11；第二镜像电路为12；第三镜像电路为13；输入信号电路为20；参考信号电路为30；比较器为COMP；第一MOS管为MP1；第二MOS管为MP2；第三MOS管为MP3；第四MOS管为MP4；第五MOS管为MP5；电流源为I1；电压信号输入端为VIN；比较器输出端为OUT；可调电阻为R1；比较器俯输入端电压为VN；比较器正输入端电压为VP；第四MOS管源极电压为VA。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征更易被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚的界定。
实施例1：
本发明提出一种新型比较电路，技术在不使用负电以及负基准源的情况下，仍然可以实现负电压比较，且判定精度高。
如图1所示，具体包括比较器COMP、电流镜10，输入信号电路20以及参考信号电路30。
其中，输入信号电路20用于接收待比较的电压信号。参考信号电路30则用于向比较器COMP输入参考信号。为了提高和保证较高的比较精度，通过电流镜10来为输入信号电路20以及参考信号电路30提供相等的偏置电流，从而使电气环境相同。由于本发明用于负电压的比较，因此输入信号电路20连接比较器COMP的负输入端，参考信号电路30连接比较器COMP的正输入端。
本实施例中，电流镜10采用了三镜像的方式来实现，具体电流镜10包括第一镜像电路11、第二镜像电路12以及第三镜像电路13，第一镜像电路11产生偏置电流，第二镜像电路12连接比较器COMP的负输入端，第三镜像电路13连接比较器COMP的正输入端。
在电路工作时，电流镜10将偏置电流镜像复制后分别向输入信号电路20以及参考信号电路30输出，输入信号电路20以及参考信号电路30在偏置电流的驱动下，分别向比较器COMP的负输入端以及正输入端输入各自的电压信号。比较器COMP根据所输入信号的比较值进行比较结果的输出。此过程中，信号输入电路所输入的信号是负电压值，信号输入电路通过偏置电流的方式来对输入电压进行调节。实现了在不使用负电源以及负基准的情况下，比较负压。
实施例2：
作为实施例1的进一步优化，本实施例与实施例1的区别在于，如图2所示，本实施例中，电流镜10由三个包含MOS管的镜像电路组成，其中第一镜像电路11包括第一MOS管MP1以及电流源，第一MOS管MP1的源极连接电源，栅极以及漏极通过一电流源接地。第二镜像电路12包括第二MOS管MP2，第二MOS管MP2的源极连接电源，栅极连接第一镜像电路11，漏极连接输入信号电路20。第三镜像电路13包括第三MOS管MP3，第三MOS管MP3的源极连接电源，栅极连接第一镜像电路11，漏极连接参考信号电路30。为了保证三个镜像电路的电流想相同，第一MOS管MP1、第二MOS管MP2以及第三MOS管MP3的大小以及个数均需要保持一致，同时通过版图匹配，至少保证第二镜像电路12以及第三镜像电路13的电流大小相等。
本实施例中的电流源最好接近于理想电流源，具体实现方式可以如图3所示，其同样通过电流镜的原理来实现恒流输出。具体包括电阻R2以及五个MOS管T1、T2、T3、T4和T5，由MOS管T3和MOS管T1形成电压钳制，由MOS管T4、MOS管T2以及R2形成电流，最后通过MOS管T5将电流镜像，形成恒流源，同时MOS管T5的漏极连接第一MOS管MP1的漏极。
另外，在输入信号电路20以及参考信号电路30方面，输入信号电路20包括第四MOS管MP4以及调压电路，第四MOS管MP4的栅极连接输入信号，漏极接地，源极通过调压电路连接比较器COMP的负输入端。调压电路用于调节比较电压的大小，即调节翻转电压的值。参考信号电路30包括第五MOS管MP5，第五MOS源极连接比较器COMP正输入端，栅极以及漏极接地。在此过程中，为了保证比较精度，第四MOS管MP4以及第五MOS管MP5的电气参数一致。保证两个MOS管的阈值电压相同。
本实施例中，将镜像电流源的电流定义为I1，由于第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的宽长比和个数相等，通过版图的匹配，使得第二MOS管MP2和第三MOS管MP3输出的电流大小相等。同时，由于第四MOS管MP4和第五MOS管MP5的宽长比和个数相等，通过版图的匹配，使得第四MOS管MP4和第五MOS管MP5的阈值电压VTH相等。根据MOS管的电流公式有：
μ
μ
其中I2为MP1支路的电流，I3为第二MOS管MP2支路的电流，μ为电子迁移率，COX为单位面积的栅氧化层电容，μ和COX都是工艺参数，在同种集成电路工艺下相等；W为MOS管的沟道宽度，L为MOS管的沟道长度，VTH为MOS管的阈值电压，由于第四MOS管MP4和第五MOS管MP5大小个数相等，因此第四MOS管MP4和第五MOS管MP5的宽、长、VTH都相等；VGS4为第四MOS管MP4的栅源电压，VGS5为第五MOS管MP5的栅源电压。
本实施例中，调压电路包括可变电阻R1，可变电阻连接在第四MOS管MP4以及比较器COMP的负输入端之间。
VP点的电压为：
VA点的电压为：
因此VN点的电压为：
假设待比较电压为VX，只要调节可变电阻R1的阻值，令VX=-I2R1，则当电压信号输入端VIN的电压值达到VX，比较器COMP的两个输入端的电压VN和VP就会相等，比较器COMP翻转，实现了在不使用负电源及负基准的前提下，比较负电压。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (10)
1.一种负值电压比较器电路，其特征在于，包括比较器、电流镜、输入信号电路以及参考信号电路，所述电流镜为所述输入信号电路以及参考信号电路提供相等的偏置电流；所述输入信号电路连接所述比较器的负输入端，所述参考信号电路连接所述比较器的正输入端。
2.根据权利要求1所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述电流镜包括第一镜像电路、第二镜像电路以及第三镜像电路，所述第一镜像电路产生偏置电流，所述第二镜像电路连接所述比较器的负输入端，所述第三镜像电路连接所述比较器的正输入端。
3.根据权利要求2所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述第一镜像电路包括第一MOS管以及电流源，所述第一MOS管的源极连接电源，栅极以及漏极通过一电流源接地。
4.根据权利要求2所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述第二镜像电路包括第二MOS管，所述第二MOS管的源极连接电源，栅极连接所述第一镜像电路，漏极连接所述输入信号电路。
5.根据权利要求2所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述第三镜像电路包括第三MOS管，所述第三MOS管的源极连接电源，栅极连接所述第一镜像电路，漏极连接所述参考信号电路。
6.根据权利要求1所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述输入信号电路包括第四MOS管以及调压电路，所述第四MOS管的栅极连接输入信号，漏极接地，源极通过所述调压电路连接所述比较器的负输入端。
7.根据权利要求6所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述调压电路包括可变电阻，所述可变电阻连接在所述第四MOS管以及所述比较器的负输入端之间。
8.根据权利要求1或6所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述参考信号电路包括第五MOS管，所述第五MOS源极连接所述比较器正输入端，栅极以及漏极接地。
9.根据权利要求8所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述第四MOS管以及所述第五MOS管的电气参数一致。
10.根据权利要求1所述的负值电压比较器电路，其特征在于，所述比较器为单电二级比较器。
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