CN116054792A - 一种低温漂高精度的阈值比较器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温漂高精度的阈值比较器电路，包括：偏置电流模块，输入端连接供电电源并接收参考电压，根据参考电压于第一电阻上产生偏置电流；第一电流镜模块，输入端连接偏置电流模块的输出端，将偏置电流镜像至输出端；第二电流镜模块，输入端连接第一电流镜模块的输出端以产生漏电流并根据预设比例将漏电流镜像至输出端得到尾偏置电流；阈值比较模块，输入端连接第二电流镜模块的输出端，输出端连接负载模块，根据尾偏置电流于第二电阻两端产生低温度漂移特性的阈值电压。有益效果是本发明通过在第一晶体管的发射极添加第二电阻来产生阈值电压并采用与第一电阻相同类型的电阻，能够抵消阈值电压的温度漂移特性，减小离散性并提高精度。
Description
技术领域
本发明涉及比较器技术领域，尤其涉及一种低温漂高精度的阈值比较器电路。
背景技术
在集成电路中比较器的应用十分广泛，从简单的线性稳压器到规模较大的数模混合集成电路都有不同数目的比较器电路，而比较器的精度往往决定了这些电路能够实现的主要或辅助功能的精度。
集成电路中存在的一些特殊功能，如线性稳压器、负载开关等电源管理类输入、输出间不等值的比较，以及双绞线传输形式的收发器高侧对低侧的定值显性声明等都需要阈值电压为一定数值的比较器，而在实际生产过程中，如比较器本身的固有失调、工艺制造的偏差等诸多因素都会影响阈值电压的精度，进而影响比较器应用在电路中的精度。
目前的工业市场中，比较器往往集中于使得输入对管或者两侧负载管的尺寸不匹配以产生阈值电压，此种方法产生的阈值电压会随工艺、电源电压、温度产生变化，导致在实际生产产品中产生阈值电压离散性大、温度漂移特性高、精度低的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种低温漂高精度的阈值比较器电路，所述阈值比较器电路设于一比较器内，包括:
一偏置电流模块，所述偏置电流模块的输入端连接外部的供电电源并接收所述供电电源输入的参考电压，以及根据所述参考电压于内部的一第一电阻两端产生一偏置电流；
一第一电流镜模块，所述第一电流镜模块的输入端连接所述偏置电流模块的输出端以接收所述偏置电流并将所述偏置电流镜像至所述第一电流镜模块的输出端；
一第二电流镜模块，所述第二电流镜模块的输入端连接所述第一电流镜模块的输出端以接收所述偏置电流并产生漏电流，以及根据一预设比例将所述漏电流镜像至所述第二电流镜模块的输出端得到一尾偏置电流；
一阈值比较模块，所述阈值比较模块的输入端连接所述第二电流镜模块的输出端，所述阈值比较模块的输出端连接外部的负载模块，所述阈值比较模块根据所述尾偏置电流于内部的一第二电阻两端产生低温度漂移特性的一阈值电压。
优选的，所述偏置电流模块包括：
一第一放大器，所述第一放大器的第一输入引脚连接外部的所述供电电源以接收所述参考电压；
一第一场效应管，所述第一场效应管的栅极连接所述第一放大器的输出引脚，所述第一场效应管的漏极连接所述第一电流镜模块的输入端，所述第一场效应管的源极连接所述第一放大器的第二输入引脚；
所述第一电阻的一端连接所述第一放大器的所述第二输入引脚，所述第一电阻的另一端接地；
所述第一放大器的所述第一输入引脚作为所述偏置电流模块的输入端，所述第一场效应管的漏极作为所述偏置电流模块的输出端；
通过所述第一放大器的所述第一输入引脚接收所述参考电压并产生一虚短电压，所述虚短电压作用于所述第一电阻两端产生所述偏置电流并通过所述第一场效应管将所述偏置电流输出至所述第一电流镜模块。
优选的，所述第一放大器的所述第一输入引脚为正极引脚，所述第一放大器的所述第二输入引脚为负极引脚。
优选的，所述第一电流镜模块包括：
一第二场效应管，所述第二场效应管的栅极和漏极连接所述偏置电流模块的输出端；
一第三场效应管，所述第三场效应管的栅极连接所述第二场效应管的栅极，所述第三场效应管的源极连接所述第二场效应管的源极，所述第三场效应管的漏极连接所述第二电流镜模块的输入端；
所述第二场效应管的漏极作为所述第一电流镜模块的输入端，所述第三场效应管的漏极作为所述第一电流镜模块的输出端；
通过所述第二场效应管的漏极接收所述偏置电流并将所述偏置电流镜像至所述第三场效应管的栅极，以及通过所述第三场效应管的漏极输出所述偏置电流。
优选的，所述第二场效应管和所述第三场效应管为P沟道场效应管。
优选的，所述第二电流镜模块包括：
一第四场效应管，所述第四场效应管的栅极和漏极连接所述第一电流镜模块的输出端；
一第五场效应管，所述第五场效应管的栅极连接所述第四场效应管的栅极，所述第五场效应管的源极连接所述第四场效应管的源极，所述第五场效应管的漏极连接所述阈值比较模块的输入端；
所述第四场效应管的漏极作为所述第二电流镜模块的输入端，所述第五场效应管的漏极作为所述第二电流镜模块的输出端；
通过所述第四场效应管的漏极接收所述偏置电流并产生所述漏电流，所述第四场效应管的栅极根据所述预设比例将所述漏电流镜像至所述第五场效应管的栅极形成所述尾偏置电流并通过所述第五场效应管的漏极输出所述尾偏置电流。
优选的，所述第四场效应管和所述第五场效应管为N沟道场效应管。
优选的，所述阈值比较模块包括：
一第一晶体管，所述第一晶体管的发射极连接所述第二电阻的一端，所述第一晶体管的基极连接所述比较器的同相输入端并接收外部输入的一第一信号；
一第二晶体管，所述第二晶体管的发射极连接所述第二电阻的另一端，所述第二晶体管的基极连接所述比较器的反相输入端并接收外部输入的一第二信号；
所述第二电阻的另一端连接所述第二电流镜模块的输出端；
一第二放大器，所述第二放大器的第一输入引脚连接所述第二晶体管的集电极，所述第二放大器的第二输入引脚连接所述第一晶体管的集电极，所述第二放大器的输出引脚连接外部的所述负载模块；
一第一偏置电流源，所述第一偏置电流源的输入端连接外部的输入电源，所述第一偏置电流源的输出端连接所述第一晶体管的集电极；
一第二偏置电流源，所述第二偏置电流源的输入端连接外部的所述输入电源，所述第二偏置电流源的输出端连接所述第二晶体管的集电极；
所述第二电阻的另一端作为所述阈值比较模块的输入端，所述第二放大器的输出引脚作为所述阈值比较模块的输出端；
所述尾偏置电流作用于所述第二电阻两端形成所述阈值电压，所述第二放大器在所述第一信号的第一电压值大于所述第二信号的第二电压值且所述第一电压值与所述第二电压值之间的电压差值大于所述阈值电压时输出高电平信号；以及
在所述第一信号的第一电压值不大于所述第二信号的第二电压值且所述第一电压值与所述第二电压值之间的电压差值大于所述阈值电压时输出低电平信号。
优选的，所述第一晶体管和所述第二晶体管为NPN型双极晶体管。
优选的，所述第二放大器的所述第一输入引脚为正极引脚，所述第二放大器的所述第二输入引脚为负极引脚。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：本发明中的阈值比较器电路通过在第一晶体管的发射极添加第二电阻来产生一定的阈值电压，且第二电阻采用与产生偏置电流的第一电阻相同类型的电阻，能够很好的抵消阈值电压的温度漂移特性，减小阈值电压的离散性并提高精度。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，本发明的电气原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种低温漂高精度的阈值比较器电路，阈值比较器电路设于一比较器内，如图1所示，包括：
一偏置电流模块1，偏置电流模块1的输入端连接外部的供电电源并接收供电电源输入的参考电压VREF，以及根据参考电压VREF于内部的一第一电阻R1两端产生一偏置电流；
一第一电流镜模块2，第一电流镜模块2的输入端连接偏置电流模块1的输出端以接收偏置电流并将偏置电流镜像至第一电流镜模块2的输出端；
一第二电流镜模块3，第二电流镜模块3的输入端连接第一电流镜模块2的输出端以接收偏置电流并产生漏电流，以及根据一预设比例将漏电流镜像至第二电流镜模块3的输出端得到一尾偏置电流；
一阈值比较模块4，阈值比较模块4的输入端连接第二电流镜模块3的输出端，阈值比较模块4的输出端连接外部的负载模块，阈值比较模块4根据尾偏置电流于内部的一第二电阻R2两端产生低温度漂移特性的一阈值电压。
具体地，本实施例中，考虑到在目前的比较器电路中广泛存在阈值电压高温度漂移性、低精度的现象，因此，在本实施例中，于阈值比较模块4内添加第二电阻R2以产生一定数值的阈值电压，并保证第二电阻R2和第一电阻R1为同类型电阻以消除阈值电压的温度敏感性，进而降低阈值电压的温度漂移特性并提高精度，实现低温漂高精度的阈值比较器电路。
本发明的较佳的实施例中，偏置电流模块1包括：
一第一放大器A1，第一放大器A1的第一输入引脚连接外部的供电电源以接收参考电压VREF；
一第一场效应管NM1，第一场效应管NM1的栅极连接第一放大器A1的输出引脚，第一场效应管NM1的漏极连接第一电流镜模块2的输入端，第一场效应管NM1的源极连接第一放大器A1的第二输入引脚；
第一电阻R1的一端连接第一放大器A1的第二输入引脚，第一电阻R1的另一端接地；
第一放大器A1的第一输入引脚作为偏置电流模块1的输入端，第一场效应管NM1的漏极作为偏置电流模块1的输出端；
通过第一放大器A1的第一输入引脚接收参考电压VREF并产生一虚短电压，虚短电压作用于第一电阻R1两端产生偏置电流并通过第一场效应管NM1将偏置电流输出至第一电流镜模块2。
具体地，本实施例中，通过第一放大器A1的负反馈结构与参考电压VREF形成虚短电压，虚短电压作用于第一电阻R1两端产生偏置电流并通过第一场效应管NM1的漏极输出至第一电流镜模块2。
优选的，产生虚短电压时第一放大器A1需要处于放大状态。
本发明的较佳的实施例中，第一放大器A1的第一输入引脚为正极引脚，第一放大器A1的第二输入引脚为负极引脚。
本发明的较佳的实施例中，第一电流镜模块2包括：
一第二场效应管PM1，第二场效应管PM1的栅极和漏极连接偏置电流模块1的输出端；
一第三场效应管PM2，第三场效应管PM2的栅极连接第二场效应管PM1的栅极，第三场效应管PM2的源极连接第二场效应管PM1的源极，第三场效应管PM2的漏极连接第二电流镜模块3的输入端；
第二场效应管PM1的漏极作为第一电流镜模块2的输入端，第三场效应管PM2的漏极作为第一电流镜模块2的输出端；
通过第二场效应管PM1的漏极接收偏置电流并将偏置电流镜像至第三场效应管PM2的栅极，以及通过第三场效应管PM2的漏极输出偏置电流。
具体地，本实施例中，第二场效应管PM1和第三场效应管PM2构成电流镜结构，用于将偏置电流模块1产生的偏置电流传输至第二电流镜模块3。
优选的，镜像前的偏置电流和镜像后的偏置电流大小不变。
本发明的较佳的实施例中，第二场效应管PM1和第三场效应管PM2为P沟道场效应管。
本发明的较佳的实施例中，第二电流镜模块3包括：
一第四场效应管NM2，第四场效应管NM2的栅极和漏极连接第一电流镜模块2的输出端；
一第五场效应管NM3，第五场效应管NM3的栅极连接第四场效应管NM2的栅极，第五场效应管NM3的源极连接第四场效应管NM2的源极，第五场效应管NM3的漏极连接阈值比较模块4的输入端；
第四场效应管NM2的漏极作为第二电流镜模块3的输入端，第五场效应管NM3的漏极作为第二电流镜模块3的输出端；
通过第四场效应管NM2的漏极接收偏置电流并产生漏电流，第四场效应管NM2的栅极根据预设比例将漏电流镜像至第五场效应管NM3的栅极形成尾偏置电流并通过第五场效应管NM3的漏极输出尾偏置电流。
具体地，本实施例中，第四场效应管NM2和第五场效应管NM3构成电流镜结构，当偏置电流流经第四场效应管NM2和第五场效应管NM3时会按照预设比例镜像至第五场效应管NM3的栅极产生尾偏置电流并由第五场效应管NM3的漏极将尾偏置电流输出至阈值比较模块4。
优选的，偏置电流镜像的预设比例可以根据实际情况进行自适应调整。
优选的，镜像前的偏置电流和镜像后的尾偏置电流大小发生改变。
本发明的较佳的实施例中，第四场效应管NM2和第五场效应管NM3为N沟道场效应管。
本发明的较佳的实施例中，阈值比较模块4包括：
一第一晶体管Q1，第一晶体管Q1的发射极连接第二电阻R2的一端，第一晶体管Q1的基极连接比较器的同相输入端VP并接收外部输入的一第一信号；
一第二晶体管Q2，第二晶体管Q2的发射极连接第二电阻R2的另一端，第二晶体管Q2的基极连接比较器的反相输入端VN并接收外部输入的一第二信号；
第二电阻R2的另一端连接第二电流镜模块3的输出端；
一第二放大器A2，第二放大器A2的第一输入引脚连接第二晶体管Q2的集电极，第二放大器A2的第二输入引脚连接第一晶体管Q1的集电极，第二放大器A2的输出引脚OUT连接外部的负载模块；
一第一偏置电流源B1，第一偏置电流源B1的输入端连接外部的输入电源VDD，第一偏置电流源B1的输出端连接第一晶体管Q1的集电极；
一第二偏置电流源B2，第二偏置电流源B2的输入端连接外部的输入电源VDD，第二偏置电流源B2的输出端连接第二晶体管Q2的集电极；
第二电阻R2的另一端作为阈值比较模块4的输入端，第二放大器A2的输出引脚OUT作为阈值比较模块4的输出端；
尾偏置电流作用于第二电阻R2两端形成阈值电压，第二放大器A2在第一信号的第一电压值大于第二信号的第二电压值且第一电压值与第二电压值之间的电压差值大于阈值电压时输出高电平信号；以及
在第一信号的第一电压值不大于第二信号的第二电压值且第一电压值与第二电压值之间的电压差值大于阈值电压时输出低电平信号。
具体地，本实施例中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2构成输入对管并由尾偏置电流进行供电。
优选的，第二放大器A2的输入端根据第一信号的电压值和第二信号的电压值处理得到一差分输出电压并将差分输出电压放大后输出至负载模块。
优选的，第二放大器A2为增益级运算放大器。
优选的，当第一晶体管Q1接收的第一信号的电压值大于第二信号的电压值一个阈值电压的幅值时第二放大器A2输出高电平信号，当第一晶体管Q1接收的第一信号的电压值小于第二信号的电压值一个阈值电压的幅值时第二放大器A2输出低电平信号。
优选的，阈值电压作为第二放大器A2将高电平信号转换至低电平信号或是将低电平信号转换至高电平信号的翻转阈值。
本发明的较佳的实施例中，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2为NPN型双极晶体管。
本发明的较佳的实施例中，第二放大器A2的第一输入引脚为正极引脚，第二放大器A2的第二输入引脚为负极引脚。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种低温漂高精度的阈值比较器电路，其特征在于，所述阈值比较器电路设于一比较器内，包括:
一偏置电流模块，所述偏置电流模块的输入端连接外部的供电电源并接收所述供电电源输入的参考电压，以及根据所述参考电压于内部的一第一电阻两端产生一偏置电流；
一第一电流镜模块，所述第一电流镜模块的输入端连接所述偏置电流模块的输出端以接收所述偏置电流并将所述偏置电流镜像至所述第一电流镜模块的输出端；
一第二电流镜模块，所述第二电流镜模块的输入端连接所述第一电流镜模块的输出端以接收所述偏置电流并产生漏电流，以及根据一预设比例将所述漏电流镜像至所述第二电流镜模块的输出端得到一尾偏置电流；
一阈值比较模块，所述阈值比较模块的输入端连接所述第二电流镜模块的输出端，所述阈值比较模块的输出端连接外部的负载模块，所述阈值比较模块根据所述尾偏置电流于内部的一第二电阻两端产生低温度漂移特性的一阈值电压。
2.根据权利要求1所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述偏置电流模块包括：
一第一放大器，所述第一放大器的第一输入引脚连接外部的所述供电电源以接收所述参考电压；
一第一场效应管，所述第一场效应管的栅极连接所述第一放大器的输出引脚，所述第一场效应管的漏极连接所述第一电流镜模块的输入端，所述第一场效应管的源极连接所述第一放大器的第二输入引脚；
所述第一电阻的一端连接所述第一放大器的所述第二输入引脚，所述第一电阻的另一端接地；
所述第一放大器的所述第一输入引脚作为所述偏置电流模块的输入端，所述第一场效应管的漏极作为所述偏置电流模块的输出端；
通过所述第一放大器的所述第一输入引脚接收所述参考电压并产生一虚短电压，所述虚短电压作用于所述第一电阻两端产生所述偏置电流并通过所述第一场效应管将所述偏置电流输出至所述第一电流镜模块。
3.根据权利要求2所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第一放大器的所述第一输入引脚为正极引脚，所述第一放大器的所述第二输入引脚为负极引脚。
4.根据权利要求1所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第一电流镜模块包括：
一第二场效应管，所述第二场效应管的栅极和漏极连接所述偏置电流模块的输出端；
一第三场效应管，所述第三场效应管的栅极连接所述第二场效应管的栅极，所述第三场效应管的源极连接所述第二场效应管的源极，所述第三场效应管的漏极连接所述第二电流镜模块的输入端；
所述第二场效应管的漏极作为所述第一电流镜模块的输入端，所述第三场效应管的漏极作为所述第一电流镜模块的输出端；
通过所述第二场效应管的漏极接收所述偏置电流并将所述偏置电流镜像至所述第三场效应管的栅极，以及通过所述第三场效应管的漏极输出所述偏置电流。
5.根据权利要求4所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第二场效应管和所述第三场效应管为P沟道场效应管。
6.根据权利要求1所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第二电流镜模块包括：
一第四场效应管，所述第四场效应管的栅极和漏极连接所述第一电流镜模块的输出端；
一第五场效应管，所述第五场效应管的栅极连接所述第四场效应管的栅极，所述第五场效应管的源极连接所述第四场效应管的源极，所述第五场效应管的漏极连接所述阈值比较模块的输入端；
所述第四场效应管的漏极作为所述第二电流镜模块的输入端，所述第五场效应管的漏极作为所述第二电流镜模块的输出端；
通过所述第四场效应管的漏极接收所述偏置电流并产生所述漏电流，所述第四场效应管的栅极根据所述预设比例将所述漏电流镜像至所述第五场效应管的栅极形成所述尾偏置电流并通过所述第五场效应管的漏极输出所述尾偏置电流。
7.根据权利要求6所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第四场效应管和所述第五场效应管为N沟道场效应管。
8.根据权利要求1所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述阈值比较模块包括：
一第一晶体管，所述第一晶体管的发射极连接所述第二电阻的一端，所述第一晶体管的基极连接所述比较器的同相输入端并接收外部输入的一第一信号；
一第二晶体管，所述第二晶体管的发射极连接所述第二电阻的另一端，所述第二晶体管的基极连接所述比较器的反相输入端并接收外部输入的一第二信号；
所述第二电阻的另一端连接所述第二电流镜模块的输出端；
一第二放大器，所述第二放大器的第一输入引脚连接所述第二晶体管的集电极，所述第二放大器的第二输入引脚连接所述第一晶体管的集电极，所述第二放大器的输出引脚连接外部的所述负载模块；
一第一偏置电流源，所述第一偏置电流源的输入端连接外部的输入电源，所述第一偏置电流源的输出端连接所述第一晶体管的集电极；
一第二偏置电流源，所述第二偏置电流源的输入端连接外部的所述输入电源，所述第二偏置电流源的输出端连接所述第二晶体管的集电极；
所述第二电阻的另一端作为所述阈值比较模块的输入端，所述第二放大器的输出引脚作为所述阈值比较模块的输出端；
所述尾偏置电流作用于所述第二电阻两端形成所述阈值电压，所述第二放大器在所述第一信号的第一电压值大于所述第二信号的第二电压值且所述第一电压值与所述第二电压值之间的电压差值大于所述阈值电压时输出高电平信号；以及
在所述第一信号的第一电压值不大于所述第二信号的第二电压值且所述第一电压值与所述第二电压值之间的电压差值大于所述阈值电压时输出低电平信号。
9.根据权利要求8所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管为NPN型双极晶体管。
10.根据权利要求8所述的阈值比较器电路，其特征在于，所述第二放大器的所述第一输入引脚为正极引脚，所述第二放大器的所述第二输入引脚为负极引脚。
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| CN117631747B (zh) * | 2023-12-01 | 2024-05-28 | 景略半导体(上海)有限公司 | 一种阻抗匹配电路、系统和自终端发射机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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