CN115955221A - 高侧电压比较电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种高侧电压比较电路及其控制方法，所述高侧电压比较电路包括高侧电压采样电路、修调电路、偏置电路、电压信号放大电路及电压比较器；高侧电压采样电路对关键电压进行差值采样，或者对参考电压进行采样；修调电路测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；偏置电路为电压信号放大电路提供偏置信号；电压信号放大电路对高侧电压采样电路的输出信号及参考电压的相关电压信号进行放大；电压比较器对经过电压信号放大后的关键电压和经过电压信号放大后的参考电压进行电压比较，并且按比较结果输出高电平或者低电平。本发明可提高比较的精确度、稳定性及可靠性。

Description

高侧电压比较电路及其控制方法

技术领域

本发明属于电子电路技术领域，涉及一种电压比较电路，尤其涉及一种高侧电压比较电路及其控制方法。

背景技术

电压比较电路是一类一般用于芯片内进行电路中关键电压比较功能的电路，通常以电阻构成的采样分压网络和电压比较器等共同完成关键电压与基准电压或是芯片内电路中其他参考电压的比较，并将该比较结果以高低电平的形式输出，用以进行芯片中相关模块的控制以完成芯片功能和相关参数的要求。

传统的一种用于芯片内的电压比较电路如图1所示，关键电压VA由第一电阻R1和第二电阻R2组成的采样分压网络进行分压得到关键电压分压VA1，参考电压VB由第三电阻R3和第四电阻R4组成的采样分压网络进行分压得到参考电压分压VB1。将关键电压分压VA1接在电压比较器COMP的正相输入端，将参考电压分压VB1接在电压比较器COMP的负相输入端，这样通过该电压比较电路就可以实现：当关键电压VA大于参考电压VB时，电压比较器COMP的输出为高电平；当关键电压VA小于参考电压VB时，电压比较器COMP的输出为低电平。

在实际应用中，根据芯片高规格的要求，电压比较电路需要能够精准地比较关键电压VA和参考电压VB，根据上述图1所述的传统电压比较电路，由于受电压比较器COMP的输入共模范围限制和其他一些设计考虑，关键电压VA和参考电压VB须采用由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4组成的采样分压网络采样得到合适的关键电压分压VA1和参考电压分压VB1，在使用采样分压网络的过程中就会存在电阻的制造误差导致采样分压网络出现误差，使得关键电压分压VA1和参考电压分压VB1实际值和设计值不匹配，进而影响电压比较的精确度，使得电压比较的精确度降低。

此外，通过使用上述采样分压网络还会使实际参与比较的关键电压分压VA1和参考电压分压VB1这两个电压分压的差值ΔV1比目标参与比较的关键电压VA和参考电压VB的电压差值ΔV0按分压比例进行了缩小，这样同样会影响电压比较的精度，使得电压比较的精确度降低。

最后，在上述应用在芯片中的传统电压比较电路中使用的电压比较器COMP由于芯片实际制造工艺的原因很难实现差分输入级的完全对称而产生失调电压V_OS，失调电压V_OS也会使得电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端的比较产生影响，使得电压比较的精确度降低。

具体地，以常见的电源芯片内的BOOST型升压电路模块为例：在BOOST型升压电路模块中，通过开关管之间的不断切换，完成其中连接的电感的充电与放电，实现输入和输出的升压功能，而在功能实施的具体过程中，对防止电感电流的倒灌的设计对于提升整个BOOST型升压电路模块的效率是很重要的。正常的设计思路就是在电感的两端设置电压比较电路，当靠近输出端的电感处电压大于靠近输入端的电感处电压时，及时关闭电感和输出之间的通道。上述芯片中的传统电压比较电路则会由于其精确度等问题，进而导致芯片内的BOOST型升压电路在电感放电过程中出现提前关断导电沟道或者推迟关断导电沟道进而导致电流倒灌的情况。只要发生电感放电过程中提前关断导电沟道的情况抑或是推迟关断导电沟道而导致电流导管的情况都会引发BOOST型升压电路效率下降，进而影响功能和相关参数。

综上所述，在芯片中使用上述传统的电压比较电路是很难得到较高的比较精确度的，这会在很多芯片的实际使用中造成影响，包括但不仅限于关键电压VA的电压过高和过低，同时电压比较电路没有正确的输出比较结果，这可能造成芯片不符合相关具体规格或者是功能出现异常，使得芯片整体规格参数较差或者整体生产良率偏低，造成资源浪费。

有鉴于此，如今迫切需要设计一种新的高精度的电压比较电路，以便克服现有的传统电压比较电路结构中存在的上述部分缺陷，优化保证电路的相关参数和相关功能。

发明内容

本发明提供一种高侧电压比较电路及其控制方法，可提高电路的精确度、稳定性及可靠性。

为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：

一种高侧电压比较电路，所述高侧电压比较电路包括：

高侧电压采样电路，用以在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样；

修调电路，连接所述高侧电压采样电路，用以测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；

偏置电路，连接所述高侧电压采样电路和参考电压输入端B，用以为电压信号放大电路提供偏置信号；

所述电压信号放大电路，连接所述高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，用以对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大；

电压比较器COMP，用以对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

作为本发明的一种实施方式，所述高侧电压采样电路用以在需要采样关键电压VA时对关键电压VA进行差值采样，在不需要采样关键电压VA时对参考电压VB采样保证高速切换开关时仍能很快进入预设比较状态；

所述高侧电压采样电路连接有关键电压输入端A，参考电压输入端B和高侧开关信号输入端PGATE，通过关键电压信号输入端A和参考电压信号输入端B输入对应的待比较的关键电压VA和参考电压VB，通过输入高侧开关信号PGATE输入高侧开关信号控制关键电压VA的导通；

所述高侧电压采样电路包括第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时将关键电压VA做差值采样，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断时将参考电压降低一个二极管导通电压VD后进行采样；

所述第一P型沟道MOS场效应管PM1的栅极连接高侧开关信号输入端PGATE，第一P型沟道MOS场效应管PM1的漏极连接至电压信号放大电路以及修调电路，第一P型沟道MOS场效应管PM1的源极连接关键电压输入端A；

所述第二P型沟道MOS场效应管PM2以二极管接法的形式将栅极和漏极连接一起至电压信号放大电路以及修调电路，第二P型沟道MOS场效应管PM2的源极连接参考电压输入端B。

作为本发明的一种实施方式，所述修调电路包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关K1和第二开关K2，通过外加信号控制第一开关K1和第二开关K2的闭合和断开，使修调电路接入到高侧电压采样电路的电流总值精准受控，使得在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时，流经第一P型沟道MOS场效应管PM1导电沟道的电流值根据第一开关K1和第二开关K2的值而改变，实现高侧关键电压VA在差值采样时的采样电压差值精准可控地修调功能；

所述第一电流源I1的第一端、第二电流源I2的第一端、第三电流源I3的第一端分别连接高侧电压采样电路，第一电流源I1的第二端接地；所述第二电流源I2的第二端通过第一开关K1接地；所述第三电流源I3的第二端过第二开关K2接地。

作为本发明的一种实施方式，所述偏置电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，为后续的电压信号放大电路提供偏置信号；

所述偏置电路包括第一N型沟道MOS场效应管NM1、第二N型沟道MOS场效应管NM2、第三P型沟道MOS场效应管PM3和第四电流源I4；

所述第一N型沟道MOS场效应管NM1的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第一N型沟道MOS场效应管NM1的漏极连接至电源端VDDH，第一N型沟道MOS场效应管NM1的源极分别连接第二N型沟道MOS场效应管NM2的源极以及第三P型沟道MOS场效应管PM3的源极；

所述第二N型沟道MOS场效应管NM2的栅极连接参考电压输入端B，第二N型沟道MOS场效应管NM2的漏极连接至电源端VDDH；

所述第三P型沟道MOS场效应管PM3的栅极分别连接第三P型沟道MOS场效应管PM3的漏极、第四电流源I4的第一端；所述第四电流源I4的第二端接地。

作为本发明的一种实施方式，所述电压放大信号连接高侧电压采样信号和参考电压输入端B，用以放大两输入信号再分别输入至电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端，进一步提升电压比较精确度；

所述电压信号放大电路包括第三N型沟道MOS场效应管NM3、第四N型沟道MOS场效应管NM4、第四P型沟道MOS场效应管PM4、第五P型沟道MOS场效应管PM5、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第三N型沟道MOS场效应管NM3的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第三N型沟道MOS场效应管NM3的漏极连接至电源端VDDH，第三N型沟道MOS场效应管NM3的源极连接第四P型沟道MOS场效应管PM4的源极；

所述第四N型沟道MOS场效应管NM4的栅极连接参考电压输入端B，第四N型沟道MOS场效应管NM4的漏极连接至电源端VDDH，第四N型沟道MOS场效应管NM4的源极连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的源极；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的漏极分别连接第一电阻R1的第一端、电压比较器COMP的正相输入端；所述第一电阻R1的第二端接地；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的栅极分别连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的栅极及所述偏置电路；

所述第五P型沟道MOS场效应管的漏极分别连接第二电阻R2的第一端及电压比较器COMP的负相输入端；所述第二电阻R2的第二端接地。

作为本发明的一种实施方式，所述电压比较器COMP连接输出端OUT，用以对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行比较，并将比较结果以高低电平方式进行输出。

根据本发明的另一个方面，采用如下技术方案：一种高侧电压比较电路的控制方法，所述控制方法包括：

高侧电压采样电路在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样；

修调电路测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；

偏置电路为电压信号放大电路提供偏置信号；

电压信号放大电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大；

电压比较器COMP对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

作为本发明的一种实施方式，所述高侧电压采样电路在需要采样关键电压VA时对关键电压VA进行差值采样，在不需要采样关键电压VA时对参考电压VB采样保证高速切换开关时仍能很快进入预设比较状态；

所述高侧电压采样电路连接有关键电压输入端A，参考电压输入端B和高侧开关信号输入端PGATE，通过关键电压信号输入端A和参考电压信号输入端B输入对应的待比较的关键电压VA和参考电压VB，通过输入高侧开关信号PGATE输入高侧开关信号控制关键电压VA的导通；

所述高侧电压采样电路包括第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时将关键电压VA做差值采样，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断时将参考电压降低一个二极管导通电压VD后进行采样；

所述第一P型沟道MOS场效应管PM1的栅极连接高侧开关信号输入端PGATE，第一P型沟道MOS场效应管PM1的漏极连接至电压信号放大电路以及修调电路，第一P型沟道MOS场效应管PM1的源极连接关键电压输入端A；

所述第二P型沟道MOS场效应管PM2以二极管接法的形式将栅极和漏极连接一起至电压信号放大电路以及修调电路，第二P型沟道MOS场效应管PM2的源极连接参考电压输入端B。

作为本发明的一种实施方式，所述修调电路包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关K1和第二开关K2，通过外加信号控制第一开关K1和第二开关K2的闭合和断开，使修调电路接入到高侧电压采样电路的电流总值精准受控，使得在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时，流经第一P型沟道MOS场效应管PM1导电沟道的电流值根据第一开关K1和第二开关K2的值而改变，实现高侧关键电压VA在差值采样时的采样电压差值精准可控地修调功能；所述第一电流源I1的第一端、第二电流源I2的第一端、第三电流源I3的第一端分别连接高侧电压采样电路，第一电流源I1的第二端接地；所述第二电流源I2的第二端通过第一开关K1接地；所述第三电流源I3的第二端过第二开关K2接地；

所述偏置电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，为后续的电压信号放大电路提供偏置信号；所述偏置电路包括第一N型沟道MOS场效应管NM1、第二N型沟道MOS场效应管NM2、第三P型沟道MOS场效应管PM3和第四电流源I4；所述第一N型沟道MOS场效应管NM1的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第一N型沟道MOS场效应管NM1的漏极连接至电源端VDDH，第一N型沟道MOS场效应管NM1的源极分别连接第二N型沟道MOS场效应管NM2的源极以及第三P型沟道MOS场效应管PM3的源极；所述第二N型沟道MOS场效应管NM2的栅极连接参考电压输入端B，第二N型沟道MOS场效应管NM2的漏极连接至电源端VDDH；所述第三P型沟道MOS场效应管PM3的栅极分别连接第三P型沟道MOS场效应管PM3的漏极、第四电流源I4的第一端；所述第四电流源I4的第二端接地。

作为本发明的一种实施方式，所述电压放大信号连接高侧电压采样信号和参考电压输入端B，用以放大两输入信号再分别输入至电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端；

所述电压信号放大电路包括第三N型沟道MOS场效应管NM3、第四N型沟道MOS场效应管NM4、第四P型沟道MOS场效应管PM4、第五P型沟道MOS场效应管PM5、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第三N型沟道MOS场效应管NM3的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第三N型沟道MOS场效应管NM3的漏极连接至电源端VDDH，第三N型沟道MOS场效应管NM3的源极连接第四P型沟道MOS场效应管PM4的源极；

所述第四N型沟道MOS场效应管NM4的栅极连接参考电压输入端B，第四N型沟道MOS场效应管NM4的漏极连接至电源端VDDH，第四N型沟道MOS场效应管NM4的源极连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的源极；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的漏极分别连接第一电阻R1的第一端、电压比较器COMP的正相输入端；所述第一电阻R1的第二端接地；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的栅极分别连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的栅极及所述偏置电路；

所述第五P型沟道MOS场效应管的漏极分别连接第二电阻R2的第一端及电压比较器COMP的负相输入端；所述第二电阻R2的第二端接地。

本发明的有益效果在于：本发明提出的高侧电压比较电路及其控制方法，可以解决传统电压比较电路受限于使用电阻分压网络进行采样使接入电压比较器的正相输入端与负向输入端的电压差值比真实待比较的两电压的电压差值要小，进而使比较的精确度减小的问题。通过发明所示结构内的电压信号放大电路可以使接入电压比较器的正相输入端与负相输入端的电压差值比真实待比较的两电压的电压差值更大，进而使比较的精确度大大提高。

此外，由于实际制造工艺必定会产生一定程度的误差，这个误差由于具有随机性，传统电压比较电路是固定的做法，于是各芯片都会出现不同情况的器件失配问题和电压比较器不同数值的失调电压现象。通过本发明所示结构内的修调电路，能够根据实际芯片的测试精确得到相关偏移量，根据具体的偏移量实施不同的第一开关K1和第二开关K2的开关组合修调，使精确度进一步提高。

附图说明

图1为一种传统电压比较电路示意图。

图2为本发明一实施例中高侧电压比较电路示意图。

图3为一种传统电压比较电路在一应用场景下的电路示意图。

图4为本发明一实施例中高侧电压比较电路在一应用场景下的电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范围内。

需要说明的是，本发明中诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或操作与另一个实体或操作区分，并不代表实体或操作之间存在任何实际的关系或顺序。本发明所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

说明书中各个实施例中的步骤的表述只是为了方便说明，本申请的实现方式不受步骤实现的顺序限制。

说明书中的“连接”既包含直接连接，也包含间接连接，如通过一些有源器件、无源器件或电传导媒介进行的连接；还可包括本领域技术人员公知的在可实现相同或相似功能目的的基础上通过其他有源器件或无源器件的连接，如通过开关、跟随电路等电路或部件的连接。

图3为一种传统的电压比较电路在集成于相关芯片内BOOST型升压模块的应用场景中的部分电路结构示意图；请参阅图3，假设此时输出电压和输出电流均已进入正常工作状态，当电感充电完成后，开关信号PGATE由高电平切换至低电平控制第一P型沟道MOS场效应管从沟道关闭状态切换成沟道导通状态，进行电感的放电。通过电感的放电使得在该BOOST型升压模块内完成由电感前的输入电压到电感后的输出电压的升压行为，标记电压A为关键电压而电压B为参考电压，则在电感的放电过程中，会使用由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4组成的电阻分压网络将关键电压VA和参考电压VB分压生成关键电压分压VA1=(R2˙VA)/(R1+R2)和参考电压分压VB1=(R4˙VB)/(R3+R4)。再将关键电压分压VA1和参考电压分压VB1接至电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端，当关键电压分压VA1大于参考电压分压VB1时，电压比较器COMP的输出端OUT输出为高电平，针对电压比较器COMP输出高电平不做处理，保持电感继续处于放电状态；当关键电压分压VA1小于参考电压分压VB1时，电压比较器COMP的输出端OUT输出为低电平，针对电压比较器COMP输出低电平则控制开关信号PGATE1从低电平切换至高电平使第二P型沟道MOS场效应管导电沟道关断，从而防止电感电流倒流。

具体地，在BOOST型升压模块的应用场景中，若参考电压VB大于关键电压VA，则会造成电感电流方向与电感正常放电方向相反，影响BOOST型升压模块的效率，所以在该应用场景下，更精确地获悉关键电压VA与参考电压VB的差值能够提高芯片的性能。

传统做法是使对关键电压VA和参考电压VB的电阻分压网络的分压系数进行设计，使对关键电压VA的分压系数R2/(R1+R2)比参考电压VB的分压系数R4/(R3+R4)更小一些，这样就能够设置一个电压阈值设为ΔVAB，于是存在：R2/(R1+R2)<R4/(R3+R4)，此时电压比较器COMP的翻转点即为VA1=VB1，得到 QUOTE

。

根据上述对传统电压比较电路在一应用场景的分析中可以得知，首先传统电压比较电路的采样电路存在一定问题，在上述使用电阻分压网络进行对关键电压VA和参考电压VB的采样操作中，实际上接入电压比较器的正相输入端和负相输入端实际上是关键电压分压A和参考电压分压B，这两个电压是原电压进行了一定程度上的缩小而来的，故相当于精度范围应在电压比较器COMP的基础上放大相应倍数，这就会直接影响电压比较的精确度。其次，因为实际工艺制程存在一定程度上不可避免且难以估计的误差，会导致电阻分压网络中的分压系数发生偏移以及电压比较器COMP存在失调电压，进而结合实际生产提高电压阈值ΔVAB，这样的结果是使得芯片内该部分BOOST型升压模块过早提前结束电感放电过程，同样也会降低对应效率，对芯片使用产生影响。

本发明揭示一种可集成于芯片内部的高精度可修调的高侧电压比较电路，图2为本发明一实施例中电压比较电路结构示意图；请参阅图2，电压比较电路设有关键电压输入端A、参考电压输入端B和输出端OUT；所述电压比较电路包括：高侧电压采样电路、修调电路、偏置电路、电压信号放大电路和电压比较器COMP。

所述高侧电压采样电路用以在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样。所述修调电路连接所述高侧电压采样电路，用以测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值。

所述偏置电路连接所述高侧电压采样电路和参考电压输入端B，用以为电压信号放大电路提供偏置信号。所述电压信号放大电路连接所述高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，用以对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大。

电压比较器COMP用以对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

在本发明的一种实施方式，所述高侧电压采样电路用以在需要采样关键电压VA时对关键电压VA进行差值采样，在不需要采样关键电压VA时对参考电压VB采样保证高速切换开关时仍能很快进入预设比较状态。所述高侧电压采样电路连接有关键电压输入端A，参考电压输入端B和高侧开关信号输入端PGATE，通过关键电压信号输入端A和参考电压信号输入端B输入对应的待比较的关键电压VA和参考电压VB，通过输入高侧开关信号PGATE输入高侧开关信号控制关键电压VA的导通。

所述高侧电压采样电路包括第一P型沟道MOS场效应管PM1和第二P型沟道MOS场效应管PM2，其中第一P型沟道MOS场效应管PM1是由高侧开关信号输入端PGATE控制导电沟道的导通，第二P型沟道MOS场效应管PM2是以二极管接法接入电路。

高侧电压采样能够在高侧开关信号输入端PGATE控制第一P型沟道MOS场效应管PM1关闭时，将参考电压VB的电压值减去二极管接法的第二P型沟道MOS场效应管PM2的导通电压VD，即此时高侧电压采样电路的输出电压为VX=VB-VD2。

当高侧开关信号输入端PGATE控制第一P型沟道MOS场效应管PM1开启时，只要此时关键电压VA减去第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通电压VD1大于参考电压VB减去第二P型沟道MOS场效应管PM2的导通电压VD2，则此时高侧电压采样电路的输出电压为VX=VA-VD1。

修调电路由第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关K1和第二开关K2构成，作用是通过外接方式控制第一开关K1和第二开关K2的不同开关组合方式，来使修调电路的总电流Itot改变。因为修调电路连接着高侧电压采样电路，故修调电路的总电流Itot即为流经采样支路的电流，当开关信号PGATE控制第一P型沟道MOS场效应管PM1开启时，Itot与第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通电阻ron1结合产生第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通电压VD1，即VD1=Itot˙ron1。所以，修调电路实际上是通过外接方式控制第一开关K1和第二开关K2的不同开关组合方式来产生不同的输出压降。

偏置电路由第一N型沟道MOS场效应管NM1、第二N型沟道MOS场效应管NM2、第三P型沟道MOS场效应管PM3和第四电流源I4构成，其作用是借用两个N型沟道MOS场效应管来为后续的电压信号放大电路中作为电流源的两个P型沟道MOS场效应管提供合适的电压电压偏置。在平衡状态时，即此时关键电压VA等于参考电压VB，则流经第三P型沟道MOS场效应管PM3的电流与流经第四P型沟道MOS场效应管PM4和第五P型沟道MOS场效应管PM5的电流基本一致。

电压信号放大电路由第三N型沟道MOS场效应管NM3、第四N型沟道MOS场效应管NM4、第四P型沟道MOS场效应管PM4、第五P型沟道MOS场效应管PM5、第一电阻R1和第二电阻R2构成，其作用是将高侧电压采样的输出电压VX和参考电压VB的电压信号进行放大处理。根据N型沟道MOS场效应管的特性，存在流经N型沟道MOS场效应管的电流Id与N型沟道MOS场效应管的栅源电压VGS之间存在关系：Id=gm˙VGS，其中gm为N型沟道MOS场效应管的小信号跨导。利用这一特性，就能够得到电压信号放大电路接入到电压比较器COMP的正相输入端的电压为VA1=gm3˙R1˙VGS3；电压信号放大电路介入到电压比较器COMP的负相输入端的电压为VB1=gm4˙R2˙VGS4。又因为在平衡点附近第四P型沟道MOS场效应管和第五P型沟道MOS场效应管工作状态基本一致，这就相当于是将待比较的高侧电压采样输出电压VX和参考电压VB进行了放大的处理，放大倍数约为gm˙R。

图4为本发明一实施例在一具体应用场景中的电路结构示意图，请参阅图4。与图2所示的在芯片内BOOST型升压模块的应用环境基本一致。此时当电感充电完成后，开关信号PGATE由高电平切换至低电平控制第一P型沟道MOS场效应管PM1由关断状态切换至导通状态，此时关键电压VA肯定高于参考电压VB，故高侧电压采样电路的输出电压为VX=VA-VD1，此处的VD1为修调电路Itot作用在第一P型沟道MOS场效应管PM1的导通电阻ron1上产生的电压降。随后通过电压信号放大电路使高侧电压采样电路的输出电压VX和参考电压VB经过放大得到：VA1=gm3˙R1˙VGS3；VB1=gm4˙R2˙VGS4；VGS3=VX-VS3；VGS4=VB-VS4。其中VS3是第三N型沟道MOS场效应管NM3的源极电压，VS4是第四N型沟道MOS场效应管NM4的源极电压。由于在平衡状态附近才会进行比较工作，故直接考虑在平衡点附近状态，此时流经第三P型沟道MOS场效应管PM3的电流与第四P型沟道MOS场效应管PM4和第五P型沟道MOS场效应管PM5的电流大致相等，且高侧电压采样电路的输出电压VX和参考电压VB的电压差值不大，故可近似认为VS3=VS4。所以将第三N型沟道MOS场效应管NM3和第四N型沟道MOS场效应管NM4做成匹配的对管，以及将第一电阻R1和第二电阻R2做成匹配的一对电阻，就可以理解成将高侧电压采样电路的输出电压VX和参考电压VB进行放大处理，并且输出到电压比较器COMP上，其在电压比较器正负相输入端上的电压差值VA1-VB1=gm˙R(VX-VB)。

具体地，由于VX=VA-VD1，故在电压比较器正负相输入端上的电压差值VA1-VB1=gm˙R(VA-VD1-VB)，故实际上是提高了放大倍数的精确度。至于对实际工艺制程的误差，则是采用修调的方式对误差进行补偿，可以在芯片生产完成后的测试中得到无修调操作的关键电压VA和参考电压VB的比较电压阈值，再根据不同的电压阈值结果进行对应的修调行为，这样就能将不可避免地误差控制在一个可控的范围内，能够大大提高芯片相应参数的精确度和最终生产的良率。此外，由于第一P型沟道MOS场效应管PM1和控制电感放电的第六P型沟道MOS场效应管PM6的栅极和源极都是连接在一起的，这样也能够在温度等不同的使用环境中对阈值电压等进行一定补偿，也能够优化最后的精确度。

本发明进一步揭示一种高侧电压比较电路的控制方法，所述控制方法包括：

高侧电压采样电路在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样；

修调电路测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；

偏置电路为电压信号放大电路提供偏置信号；

电压信号放大电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大；

电压比较器COMP对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

上述各电路部分的具体构成及工作过程，可参见以上对高侧电压比较电路中各部分的描述。

综上所述，本发明提出的电压比较电路结构可以解决传统电压比较电路受限于采样电路的设计以及实际制造工艺造成的误差，进而使比较的精确度很低的问题，提升电路的稳定性和可靠性。

通过电压信号放大电路、修调电路以及相匹配的第一P型沟道MOS场效应管PM1的设计考量，全面优化了由于实际制造工艺造成的不可避免地误差，在保持高精度的条件下拓宽了电压比较电路的设计应用场景，能够在各个芯片设计环境都起到很好的作用。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。实施例中所涉及的效果或优点可因多种因素干扰而可能不能在实施例中体现，对于效果或优点的描述不用于对实施例进行限制。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (10)

1.一种高侧电压比较电路，其特征在于，所述高侧电压比较电路包括：

高侧电压采样电路，用以在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样；

修调电路，连接所述高侧电压采样电路，用以测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；

偏置电路，连接所述高侧电压采样电路和参考电压输入端B，用以为电压信号放大电路提供偏置信号；

所述电压信号放大电路，连接所述高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，用以对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大；

电压比较器COMP，用以对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

2.根据权利要求1所述的高侧电压比较电路，其特征在于：

所述高侧电压采样电路用以在需要采样关键电压VA时对关键电压VA进行差值采样，在不需要采样关键电压VA时对参考电压VB采样保证高速切换开关时仍能很快进入预设比较状态；

所述高侧电压采样电路连接有关键电压输入端A，参考电压输入端B和高侧开关信号输入端PGATE，通过关键电压信号输入端A和参考电压信号输入端B输入对应的待比较的关键电压VA和参考电压VB，通过输入高侧开关信号PGATE输入高侧开关信号控制关键电压VA的导通；

所述高侧电压采样电路包括第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时将关键电压VA做差值采样，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断时将参考电压降低一个二极管导通电压VD后进行采样；

所述第一P型沟道MOS场效应管PM1的栅极连接高侧开关信号输入端PGATE，第一P型沟道MOS场效应管PM1的漏极连接至电压信号放大电路以及修调电路，第一P型沟道MOS场效应管PM1的源极连接关键电压输入端A；

所述第二P型沟道MOS场效应管PM2以二极管接法的形式将栅极和漏极连接一起至电压信号放大电路以及修调电路，第二P型沟道MOS场效应管PM2的源极连接参考电压输入端B。

3.根据权利要求2所述的高侧电压比较电路，其特征在于：

所述修调电路包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关K1和第二开关K2，通过外加信号控制第一开关K1和第二开关K2的闭合和断开，使修调电路接入到高侧电压采样电路的电流总值精准受控，使得在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时，流经第一P型沟道MOS场效应管PM1导电沟道的电流值根据第一开关K1和第二开关K2的值而改变，实现高侧关键电压VA在差值采样时的采样电压差值精准可控地修调功能；

所述第一电流源I1的第一端、第二电流源I2的第一端、第三电流源I3的第一端分别连接高侧电压采样电路，第一电流源I1的第二端接地；所述第二电流源I2的第二端通过第一开关K1接地；所述第三电流源I3的第二端过第二开关K2接地。

4.根据权利要求1所述的高侧电压比较电路，其特征在于：

所述偏置电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，为后续的电压信号放大电路提供偏置信号；

所述偏置电路包括第一N型沟道MOS场效应管NM1、第二N型沟道MOS场效应管NM2、第三P型沟道MOS场效应管PM3和第四电流源I4；

所述第一N型沟道MOS场效应管NM1的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第一N型沟道MOS场效应管NM1的漏极连接至电源端VDDH，第一N型沟道MOS场效应管NM1的源极分别连接第二N型沟道MOS场效应管NM2的源极以及第三P型沟道MOS场效应管PM3的源极；

所述第二N型沟道MOS场效应管NM2的栅极连接参考电压输入端B，第二N型沟道MOS场效应管NM2的漏极连接至电源端VDDH；

所述第三P型沟道MOS场效应管PM3的栅极分别连接第三P型沟道MOS场效应管PM3的漏极、第四电流源I4的第一端；所述第四电流源I4的第二端接地。

5.根据权利要求1所述的高侧电压比较电路，其特征在于：

所述电压放大信号连接高侧电压采样信号和参考电压输入端B，用以放大两输入信号再分别输入至电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端；

所述电压信号放大电路包括第三N型沟道MOS场效应管NM3、第四N型沟道MOS场效应管NM4、第四P型沟道MOS场效应管PM4、第五P型沟道MOS场效应管PM5、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第三N型沟道MOS场效应管NM3的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第三N型沟道MOS场效应管NM3的漏极连接至电源端VDDH，第三N型沟道MOS场效应管NM3的源极连接第四P型沟道MOS场效应管PM4的源极；

所述第四N型沟道MOS场效应管NM4的栅极连接参考电压输入端B，第四N型沟道MOS场效应管NM4的漏极连接至电源端VDDH，第四N型沟道MOS场效应管NM4的源极连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的源极；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的漏极分别连接第一电阻R1的第一端、电压比较器COMP的正相输入端；所述第一电阻R1的第二端接地；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的栅极分别连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的栅极及所述偏置电路；

所述第五P型沟道MOS场效应管的漏极分别连接第二电阻R2的第一端及电压比较器COMP的负相输入端；所述第二电阻R2的第二端接地。

6.根据权利要求1所述的高侧电压比较电路，其特征在于：

所述电压比较器COMP连接输出端OUT，用以对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行比较，并将比较结果以高低电平方式进行输出。

7.一种高侧电压比较电路的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

高侧电压采样电路在设定第一情况下对关键电压VA进行差值采样，在设定第二情况下对参考电压VB进行采样；

修调电路测量关键电压VA和参考电压VB的差值，根据测量到的差值及允许的误差范围调整关键电压VA差值采样时的采样电压差值；

偏置电路为电压信号放大电路提供偏置信号；

电压信号放大电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，对所述高侧电压采样电路的输出信号及参考电压VB的相关电压信号进行放大；

电压比较器COMP对经过电压信号放大后的关键电压VA1和经过电压信号放大后的参考电压VB1进行电压比较，并且按相应的比较结果输出高电平或者低电平。

8.根据权利要求7所述的高侧电压比较电路的控制方法，其特征在于：

所述高侧电压采样电路在需要采样关键电压VA时对关键电压VA进行差值采样，在不需要采样关键电压VA时对参考电压VB采样保证高速切换开关时仍能很快进入预设比较状态；

所述高侧电压采样电路连接有关键电压输入端A，参考电压输入端B和高侧开关信号输入端PGATE，通过关键电压信号输入端A和参考电压信号输入端B输入对应的待比较的关键电压VA和参考电压VB，通过输入高侧开关信号PGATE输入高侧开关信号控制关键电压VA的导通；

所述高侧电压采样电路包括第一P型沟道MOS场效应管PM1、第二P型沟道MOS场效应管PM2，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时将关键电压VA做差值采样，在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1关断时将参考电压降低一个二极管导通电压VD后进行采样；

所述第一P型沟道MOS场效应管PM1的栅极连接高侧开关信号输入端PGATE，第一P型沟道MOS场效应管PM1的漏极连接至电压信号放大电路以及修调电路，第一P型沟道MOS场效应管PM1的源极连接关键电压输入端A；

所述第二P型沟道MOS场效应管PM2以二极管接法的形式将栅极和漏极连接一起至电压信号放大电路以及修调电路，第二P型沟道MOS场效应管PM2的源极连接参考电压输入端B。

9.根据权利要求7所述的高侧电压比较电路的控制方法，其特征在于：

所述修调电路包括第一电流源I1、第二电流源I2、第三电流源I3、第一开关K1和第二开关K2，通过外加信号控制第一开关K1和第二开关K2的闭合和断开，使修调电路接入到高侧电压采样电路的电流总值精准受控，使得在高侧开关信号输入端PGATE使第一P型沟道MOS场效应管PM1导通时，流经第一P型沟道MOS场效应管PM1导电沟道的电流值根据第一开关K1和第二开关K2的值而改变，实现高侧关键电压VA在差值采样时的采样电压差值精准可控地修调功能；所述第一电流源I1的第一端、第二电流源I2的第一端、第三电流源I3的第一端分别连接高侧电压采样电路，第一电流源I1的第二端接地；所述第二电流源I2的第二端通过第一开关K1接地；所述第三电流源I3的第二端过第二开关K2接地；

所述偏置电路连接高侧电压采样电路的输出和参考电压输入端B，为后续的电压信号放大电路提供偏置信号；所述偏置电路包括第一N型沟道MOS场效应管NM1、第二N型沟道MOS场效应管NM2、第三P型沟道MOS场效应管PM3和第四电流源I4；所述第一N型沟道MOS场效应管NM1的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第一N型沟道MOS场效应管NM1的漏极连接至电源端VDDH，第一N型沟道MOS场效应管NM1的源极分别连接第二N型沟道MOS场效应管NM2的源极以及第三P型沟道MOS场效应管PM3的源极；所述第二N型沟道MOS场效应管NM2的栅极连接参考电压输入端B，第二N型沟道MOS场效应管NM2的漏极连接至电源端VDDH；所述第三P型沟道MOS场效应管PM3的栅极分别连接第三P型沟道MOS场效应管PM3的漏极、第四电流源I4的第一端；所述第四电流源I4的第二端接地。

10.根据权利要求7所述的高侧电压比较电路的控制方法，其特征在于：

所述电压放大信号连接高侧电压采样信号和参考电压输入端B，用以放大两输入信号再分别输入至电压比较器COMP的正相输入端和负相输入端；

所述电压信号放大电路包括第三N型沟道MOS场效应管NM3、第四N型沟道MOS场效应管NM4、第四P型沟道MOS场效应管PM4、第五P型沟道MOS场效应管PM5、第一电阻R1和第二电阻R2；

所述第三N型沟道MOS场效应管NM3的栅极连接高侧电压采样电路的输出，第三N型沟道MOS场效应管NM3的漏极连接至电源端VDDH，第三N型沟道MOS场效应管NM3的源极连接第四P型沟道MOS场效应管PM4的源极；

所述第四N型沟道MOS场效应管NM4的栅极连接参考电压输入端B，第四N型沟道MOS场效应管NM4的漏极连接至电源端VDDH，第四N型沟道MOS场效应管NM4的源极连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的源极；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的漏极分别连接第一电阻R1的第一端、电压比较器COMP的正相输入端；所述第一电阻R1的第二端接地；

所述第四P型沟道MOS场效应管PM4的栅极分别连接第五P型沟道MOS场效应管PM5的栅极及所述偏置电路；

所述第五P型沟道MOS场效应管的漏极分别连接第二电阻R2的第一端及电压比较器COMP的负相输入端；所述第二电阻R2的第二端接地。

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