CN116137524B - 一种耐高压输入的比较器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种耐高压输入的比较器，包括：依次连接的采样模块和比较模块，采样模块包括限压转换模块和电压叠加模块，限压转换模块用于对第一电压、第二电压进行限压；电压叠加模块，将第一限压电压与第一阈值电压叠加形成第一叠加电压、将第二限压电压与第二阈值电压叠加后形成第二叠加电压输入采样模块。有益效果在于：在第一电压与第二电压存在较大压差时，通过限压转换模块在保持电压的相对大小时，由电压叠加模块将第一限压电压和第二限压电压转换至同向输入电压域中再进行比较，实现了较好的限压转换效果，使得比较器电路在不改变原有的器件耐压性能的情况下，通过电路结构实现了较好的输入耐压特性。

Description

一种耐高压输入的比较器

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种耐高压输入的比较器。

背景技术

比较器，是将两路输入信号的电压相比较，从而选择输出高电平或低电平的电路。因此，比较器工作时具有非线性特性。基于上述特性，比较器被广泛应用于各类需要对信号进行比较的电路之中，比如，开关电路、电源电路、模数转换电路等。

现有技术中，为实现对电压的比较、跟随控制等功能，已存在有较多的比较器电路。依照组成器件的不同，包括采用三极管实现的比较器和采用场效应管（MOSFET）组成的比较器。由于后者的响应速度较快，因此被广泛应用于各类电路中。

但是，在实际实施过程中，发明人发现，由于场效应管本身的原理限制，使得其在应用于实际电路中时，比较器的同向输入端和反向输入端之间的耐压大小取决于组成比较器电路的场效应管的栅氧化层的耐压，进而导致了现有的比较器输入耐压较小的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种耐高压输入的比较器。

具体技术方案如下：一种耐高压输入的比较器，其特征在于，包括依次连接的采样模块和比较模块，所述采样模块的同向输入端连接外部的第一输入电路，所述采样模块的反向输入端连接外部的第二输入电路，所述比较模块的输出端连接外部的输出电路；所述采样模块包括限压转换模块和电压叠加模块，所述限压转换模块用于对所述第一输入电路的第一电压进行限压后形成第一限压电压，所述限压转换模块还将所述第二输入电路的第二电压进行限压后形成第二限压电压；所述电压叠加模块根据所述第一电压分别生成第一阈值电压和第二阈值电压；所述电压叠加模块将所述第一限压电压与所述第一阈值电压叠加形成第一叠加电压后输入所述比较模块，以及，所述电压叠加模块将所述第二限压电压与所述第二阈值电压叠加后形成第二叠加电压后输入所述比较模块。

另一方面，所述限压转换模块包括：第一耐压开关管，所述第一耐压开关管的栅极连接所述反向输入端，所述第一耐压开关管的源极连接第一偏置管的输出端，所述第一偏置管的输入端连接所述反向输入端，所述第一耐压开关管的漏极连接所述限压转换模块的第一输出节点；第二耐压开关管，所述第二耐压开关管的栅极连接所述同向输入端，所述第二耐压开关管的源极连接第二偏置管的输出端，所述第二偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第二耐压开关管的漏极连接所述限压转换模块的第二输出节点；第一限压器件，所述第一限压器件的输入端连接所述限压转换模块的第一输出节点，所述第一限压器件的输出端连接所述限压转换模块的第二输出节点；第二限压器件，所述第二限压器件的输入端连接所述限压转换模块的第二输出节点，所述第二限压器件的输出端连接所述限压转换模块的第一输出节点。

另一方面，所述限压转换模块包括：第一电流偏置管，所述第一电流偏置管的输入端连接所述第一输出节点，所述第一电流偏置管的输出端接地；第二电流偏置管，所述第二电流偏置管的输入端连接所述第二输出节点，所述第二电流偏置管的输出端接地；所述第一电流偏置管的栅极和所述第二电流偏置管的栅极分别连接外部的第一偏置电路，所述第一偏置电路输出第一偏置电压以控制所述第一电流偏置管和所述第二电流偏置管的导通。

另一方面，所述电压叠加模块包括：第三电流偏置管，所述第三电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第三电流偏置管的输出端连接第一电阻的第一端；第四电流偏置管，所述第四电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第四电流偏置管的输出端连接第二电阻的第一端；所述第三电流偏置管和所述第四电流偏置管的栅极分别连接至外部的第二偏置电路，所述第二偏置电路输出第二偏置电压以控制所述第三电流偏置管和所述第四电流偏置管的导通；所述第一电阻用于形成所述第一阈值电压，所述第二电阻用于形成所述第二阈值电压；所述第一电阻的第一端为所述采样模块的第一输出端，所述第二电阻的第一端为所述采样模块的第二输出端。

另一方面，所述电压叠加模块还包括：第三耐压开关管，所述第三耐压开关管的漏极连接所述第一输出节点，所述第三耐压开关管的栅极连接所述第二耐压开关管的栅极，所述第三耐压开关管的源极连接所述第一电阻的第二端；第四耐压开关管，所述第四耐压开关管的漏极连接所述第二输出节点，所述第四耐压开关管的栅极连接所述第二耐压开关管的栅极，所述第四耐压开关管的源极连接所述第二电阻的第二端。

另一方面，比较模块包括第一比较模块，所述第一比较模块包括：第一尾电流偏置管，所述第一尾电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第一尾电流偏置管的栅极连接所述第二偏置电路；第一输入对管，所述第一输入对管的栅极连接所述采样模块的第一输出端，所述第一输入对管的输出端连接至电流镜的第一输入端，所述第一输入对管的输入端连接所述第一尾电流偏置管的输出端；第二输入对管，所述第二输入对管的栅极连接所述采样模块的第二输出端，所述第二输入对管的输出端连接至所述电流镜的第二输入端，所述第二输入对管的输入端连接所述第一尾电流偏置管的输出端；第二尾电流偏置管，所述第二尾电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第二尾电流偏置管的栅极连接所述第二偏置电路，所述第二尾电流偏置管的输出端连接所述比较模块的输出端；所述电流镜的输出端接地；第一跨导管，所述第一跨导管的输入端连接所述第二尾电流偏置管，所述第一跨导管的栅极连接至所述第一输入对管的输出端，所述第一跨导管的输出端接地。

另一方面，所述电流镜包括：第一电流镜像管，所述第一电流镜像管的输入端为所述电流镜的第一输入端，所述第一电流镜像管的输出端接地；第二电流镜像管，所述第二电流镜像管的输入端为所述电流镜的第二输入端，所述第二电流镜像管的栅极连接所述第二电流镜像管的栅极，所述第二电流镜像管的栅极还连接所述第二电流镜像管的输入端，所述第二电流镜像管的输出端接地。

另一方面，所述比较模块还包括第二比较模块，所述第二比较模块包括：输入检测模块，所述输入检测模块分别连接所述比较模块的第一输入端和第二输入端；负载管，所述负载管的输入端连接所述输入检测模块的输出端，所述负载管的栅极连接所述第一偏置电路，所述负载管的输出端接地；第二跨导管，所述第二跨导管的栅极连接所述输入检测模块的输出端，所述第二跨导管的输入端连接所述比较模块的输出端，所述第二跨导管的输出端接地。

另一方面，所述输入检测模块包括：第一检测管，所述第一检测管的输入端为所述输入检测模块的第一输入端，所述第一检测管的栅极连接外部的第三偏置电路，所述第一检测管的输出端连接所述输入检测模块的输出端；第二检测管，所述第二检测管的输入端为所述输入检测模块的第二输入端，所述第二检测管的栅极连接外部的第三偏置电路，所述第二检测管的输出端连接所述输入检测模块的输出端。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：针对现有技术中的比较器电路，因场效应管的栅氧化层耐压能力限制导致了输入耐压较小的问题，本方案通过对比较器输入侧的采样模块进行改进，在同向输入端的第一电压与反向输入端的第二电压存在较大压差时通过限压转换模块在保持第一电压和第二电压的相对大小的同时，形成第一限压电压和第二限压电压，并由电压叠加模块将第一限压电压和第二限压电压转换至同向输入电压域中再进行比较，实现了较好的限压转换效果，使得比较器电路在不改变原有的器件耐压性能的情况下，通过电路结构实现了较好的输入耐压特性。

附图说明

参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。

图1为本发明实施例的整体示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明包括：一种耐高压输入的比较器，如图1所示，包括依次连接的采样模块11=和比较模块2，采样模块11的同向输入端Vin连接外部的第一输入电路，采样模块1的反向输入端Vip连接外部的第二输入电路，比较模块2的输出端Vout连接外部的输出电路；采样模块1包括限压转换模块11和电压叠加模块12，限压转换模块11用于对第一输入电路的第一电压进行限压后形成第一限压电压，限压转换模块11还将第二输入电路的第二电压进行限压后形成第二限压电压；电压叠加模块12根据第一电压分别生成第一阈值电压和第二阈值电压；电压叠加模块12将第一限压电压与第一阈值电压叠加形成第一叠加电压后输入比较模块2，以及，电压叠加模块12将第二限压电压与第二阈值电压叠加后形成第二叠加电压后输入比较模块2。

具体地，针对现有技术中的比较器电路耐压性能不佳的问题，本实施例中，通过对比较器输入部分的采样模块1进行改进，分别设置了限压转换模块11和电压叠加模块12，其中，限压转换模块11分别连接比较器的同向输入端Vin和反向输入端Vip，并对同向输入端Vin的第一电压，和反向输入端Vip上的第二电压进行限压转换。具体来说，当第一电压和第二电压之间的压差较大时，在现有技术中的比较器电路中，可能会因为过高的电压直接施加在场效应管上导致超出栅氧化层的耐压能力，进而使得电路无法比较。在该类情况下，本实施例中通过限压转换模块11，可以在保持第一电压和第二电压的相对大小的同时，将其电压转换为第一限压电压和第二限压电压，再由电压叠加模块12通过第一阈值电压和第二阈值电压分别将第一限压电压和第二限压电压转换至Vin域的电压输出，使得采样模块1在保持第一电压和第二电压的相对大小的同时，有效控制了输入比较模块2的电压幅值，避免输入电压过高导致后续的比较模块2中的开关管耐压失效造成电路无法正常工作的问题。

在一个实施例中，限压转换模块11包括：第一耐压开关管M3，第一耐压开关管M3的栅极连接反向输入端Vip，第一耐压开关管M3的源极连接第一偏置管M1的输出端，第一偏置管M1的输入端连接反向输入端Vip，第一耐压开关管M3的漏极连接限压转换模块11的第一输出节点A；第二耐压开关管M4，第二耐压开关管M4的栅极连接同向输入端Vin，第二耐压开关管M4的源极连接第二偏置管M2的输出端，第二偏置管M2的输入端连接同向输入端Vin，第二耐压开关管M4的漏极连接限压转换模块11的第二输出节点B；第一限压器件D1，第一限压器件D1的输入端连接限压转换模块11的第一输出节点A，第一限压器件D1的输出端连接限压转换模块11的第二输出节点B；第二限压器件D2，第二限压器件D2的输入端连接限压转换模块11的第二输出节点B，第二限压器件D2的输出端连接限压转换模块11的第一输出节点A。

具体地，针对现有技术中的比较器电路，其输入电压幅值过高时会超过场效应管栅极耐压导致电路失效的问题，本实施例中，通过在限压转换模块11中，设置用于进行限压转换的第一限压器件D1和第二限压器件D2实现了对第一输出节点A和第二输出节点B的电压的限压转换，从而将幅值较高的第一电压或第二电压在保持二者的相对大小的情况下，将电压控制在一个特定的范围后输出至电压叠加模块12中，实现了对第一电压和第二电压的限压转换过程。

进一步地，在这一过程中，针对第一电压远大于第二电压，或第二电压远大于第一电压的情况，为实现电路整体较好的耐压特性，还进一步地在反向输入端侧设置的第一耐压开关管M3、第一偏置管M1；在同向输入端侧设置了第二耐压开关管M4和第二偏置管M2。其中，第一偏置管M1和第二偏置M2可采用电阻、MOS管、二极管或BJT中的一种，用于控制第一耐压开关管M3和第二耐压开关管M4的栅-源电压。比如，在一个实施例中，第一偏置管M1和第二偏置M2均采用PMOS管来实现，则第一偏置管M1和第二偏置管的栅极均与漏极短接作为输出端，源极作为输入端进而形成压降。同时，为实现较好的输入耐压特性，第一耐压开关管M3和第二耐压开关管M4均选用N型EDMOS管或N型LDMOS管来实现，利用LDMOS/EDMOS的较强的栅-漏耐压特性来实现较好的输入耐压。第一限压器件D1和第二限压器件D2可采用二极管或BJT来实现，比如，在一个实施例中，第一限压器件D1和第二限压器件D2均为二极管，则二极管的阳极为输入端，阴极为输出端，二极管的具体选型可依照第一输出节点A和第二输出节点B在压差较大时所需要的正向压降来确定。

在上述实施例中，当第二电压远小于第一电压时，第一电压经过第二偏置管M2、第二耐压开关管M4到达第二输出节点B，并经过第二限压器件D2到达第一输出节点A。由于第二限压器件D2为二极管，因此在正向导通时通过其较小的正向压降，使得第一输出节点A的电压略低于第二输出节点B的电压，但仍远高于反向输入端Vip输入的第二电压。随后，将第一输出节点A的电压施加于第一耐压开关管M3的漏极，使得第一耐压开关管M3的漏极电压远高于其源极电压。此时第一电压与第二电压的压降主要降落在第一耐压开关管M3的源漏之间，且第一开关管M3的漏端电压远高于第一开关管M3的源端电压，导致第一耐压开关管M3的栅源电压近似为0，第一耐压开关管M3关断，以此来控制第一输出节点A和第二输出节点B之间存在相对大小的同时，控制二者的压差在一定范围内，随后叠加至后续的电压叠加模块12中。

同理，当第一电压远小于第二电压时，第二电压经过第一偏置管M1、第一耐压开关管M3到达第一输出节点A，并经过第一限压器件D1到达第二输出节点B。由于第一限压器件D1为二极管，因此其在正向导通时会产生较小的正向压降，使得第二输出节点B的电压略低于第一输出节点A的电压，但仍远高于同向输入端Vin输入的第一电压。随后，将第二输出节点B的电压施加于第二耐压开关管M4的漏极，使得第二耐压开关管M4的漏极电压远高于其源极电压。此时第二电压与第一电压的压降主要降落在第二耐压开关管M4的源漏之间，且第二耐压开关管M4的漏端电压远高于第二耐压开关管M4的源端电压，而第二耐压开关管M4的栅源电压近似为0，第二耐压开关管M4关断。在该情况下，由于第二耐压开关管M4 的栅极与电压叠加模块12中的第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8的栅极连接，因此当第二耐压开关管M4处于关断状态时，第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8均处于关断状态，此时通过电压叠加模块12形成输入比较模块2的电压，并由后端电路进行比较。

在该实施例中，限压转换模块11还包括：第一电流偏置管M5，第一电流偏置管M5的输入端连接第一输出节点A，第一电流偏置管M5的输出端接地；第二电流偏置管M6，第二电流偏置管M6的输入端连接第二输出节点B，第二电流偏置管M6的输出端接地；第一电流偏置管M5的栅极和第二电流偏置管M6的栅极分别连接外部的第一偏置电路，第一偏置电路输出第一偏置电压Vbn以控制第一电流偏置管M5和第二电流偏置管M6的导通。

具体地，为实现较好的限压转换效果，本实施例中还在限压转换模块11中进一步地设置了用于对第一输出节点A和第二输出节点B的电流进行下拉的第一电流偏置管M5和第二电流偏置管M6。当第一输出节点A和第二输出节点B 存在电压时，第一电流偏置管M5和第二电流偏置管M6的栅极在第一偏置电压Vbn的驱动下导通，使得第一电流偏置管M5和第二电流偏置管M6的漏-源方向上形成下拉电流，该下拉电流在理想状态下为固定电流。

在一个实施例中，电压叠加模块12包括：第三电流偏置管M9，第三电流偏置管M9的输入端连接同向输入端Vin，第三电流偏置管M9的输出端连接第一电阻R1的第一端；第四电流偏置管M10，第四电流偏置管M10的输入端连接同向输入端Vin，第四电流偏置管M10的输出端连接第二电阻R2的第一端；第三电流偏置管M9和第四电流偏置管M10的栅极分别连接至外部的第二偏置电路，第二偏置电路输出第二偏置电压Vbp以控制第三电流偏置管M9和第四电流偏置管M10的导通；第一电阻R1用于形成第一阈值电压，第二电阻R2用于形成第二阈值电压；第一电阻R1的第一端为采样模块1的第一输出端，第二电阻R2的第一端为采样模块1的第二输出端。

具体地，为实现较好的限压转换效果，本实施例中，通过设置第三电流偏置管M9和第四电流偏置管M10来形成偏置电流，并在第一电阻R1上形成第一阈值电压、在第二电阻R2上形成第二阈值电压，从而在第一输出端C上对第一阈值电压和第一限压电压进行叠加得到第一叠加电压后输入比较模块2、在第二输出端D上将第二阈值电压和第二限压电压进行叠加后输入比较模块2。具体来说，第三电流偏置管M9和第四电流偏置管M10的输入端均为同向输入端Vin，其栅极在第二偏置电压Vbp的控制下导通，该第二偏置电压为基于第一电压生成的偏置电压，用于在第三电流偏置管M9和第四电流偏置管M10的源-漏方向上形成关联于第一电压的偏置电流。随后，通过第一电阻R1和第二电阻R2形成第一阈值电压和第二阈值电压，该第一阈值电压和第二阈值电压用于在第一电压和第二电压的压差较小时将第一电压与第二电压的电压差转换到Vin域的输入信号，然后由后续的比较模块2实现比较判断。

进一步地，本方案中所设置的比较电路，为用于判别同向输入端Vin和反向输入端Vip的压差是否大于预先设置的电压阈值的比较电路。因此，为实现较好的阈值设定效果，本实施例中，第一电阻R1和第二电阻R2还用于对该电压阈值设定。具体来说，通过调整Id9*r1与Id10*r2的相对大小，从而实现对电压阈值的改变，其中，ld9为第三电流偏置管M9的漏端电流，r1为第一电阻R1的阻值，ld10为第四电流偏置管M10的漏端电流，r2为第二电阻R2的阻值。

在该实施例中，电压叠加模块12还包括：第三耐压开关管M7，第三耐压开关管M7的漏极连接第一输出节点A，第三耐压开关管M7的栅极连接第二耐压开关管M4的栅极，第三耐压开关管的源极连接第一电阻R1的第二端；第四耐压开关管M8，第四耐压开关管M8的漏极连接第二输出节点B，第四耐压开关管M8的栅极连接第二耐压开关管M4的栅极，第四耐压开关管M8的源极连接第二电阻R2的第二端。

具体地，为实现将限压转换模块11输出压差转换至Vin电压域，本实施例中，还进一步在电压叠加模块12中添加了第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8。其中，第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8均采用N型EDMOS管或N型LDMOS管来实现，通过其栅-漏耐压特性来实现较好的输入耐压。当第一电压远大于、大于或略小于第二电压时，第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8导通以将第一输出节点A的第一限压电压和第二输出节点B上的第二限压电压叠加至第一输出端C和第二输出端D上。

通过上述设置，可实现对第一电压和第二电压在各类情况下较好的限压转换效果，具体如下：当第二电压远小于第一电压时，第一电流偏置管M5的偏置电流的一部分由第三电流偏置管M9、第一电阻R1、第三耐压开关管M7构成的通路提供，另一部分由第二偏置管M2、第二耐压开关管M4、第二限压器件D2通路提供，第二电流偏置管M6偏置电流的一部分由第四电流偏置管M10、第二电阻R2、第四开关管M8构成的通路提供，另一部分由第二偏置管M2、第二耐压开关管M4通路提供。导致第一电流偏置管M5漏端节点A的电压比第二电流偏置管M6漏端节点B的电压低，然后再通过第三电流偏置管M9和第一电阻R1、第四电流偏置管M10和第二电阻R2叠加固定量的电压到第一输出端C和第一输出端D，即可以实现第一电压和第二电压的限压转换，最后由后级的比较模块2来完成比较判断。同时，第一耐压开关管M3管的Vgs电压近似等于0，关断第一耐压开关管M3管，Vin与Vip的压降主要降落在第一耐压开关管M3的源漏之间。

当第二电压小于第一电压时，第一电流偏置管M5偏置电流的一部分由第三电流偏置管M9、第一电阻R1、第三耐压开关管M7构成的通路提供，另一部分由M1、第一耐压开关管M3通路提供。第二电流偏置管M6偏置电流的一部分由M10、第二电阻R2、第四开关管M8构成的通路提供，另一部分由第二偏置管M2、第二耐压开关管M4通路提供。由于M1-4的通路对称且流过的电流相等，故第一电流偏置管M5漏端节点A的电压比第二电流偏置管M6漏端节点B的电压低，然后再通过第三电流偏置管M9和第一电阻R1、第四电流偏置管M10和第二电阻R2叠加固定量的电压到第一输出端C和第一输出端D，最后由后级的比较模块2来完成比较判断。

第二电压大于第一电压时，第一电流偏置管M5偏置电流的一部分由第三电流偏置管M9、第一电阻R1、第三耐压开关管M7构成的通路提供，另一部分由M1、第一耐压开关管M3通路提供。第二电流偏置管M6偏置电流的一部分由M10、第二电阻R2、第四开关管M8构成的通路提供，另一部分由第二偏置管M2、第二耐压开关管M4通路提供。由于M1-4的通路对称且流过的电流相等，故第一电流偏置管M5漏端节点A的电压比第二电流偏置管M6漏端节点B的电压高，然后再通过第三电流偏置管M9和第一电阻R1、第四电流偏置管M10和第二电阻R2叠加固定量的电压到第一输出端C和第一输出端D，最后由后级的比较模块2来完成比较判断。

当第二电压远大于第一电压时，第一电流偏置管M5偏置电流由第一偏置管M1、第一耐压开关管M3通路提供。第二电流偏置管M6偏置电流由第一偏置管M1、第一耐压开关管M3、D1构成的通路提供。第二耐压开关管M4、第三耐压开关管M7-8的Vgs电压近似为0，第二耐压开关管M4、第三耐压开关管M7-8均处于关断状态，第一输出端C和第一输出端D的电压抬升到第一电压附近，打开第三电流偏置管M9/10~M11/12~M17的电流通路，由后级的比较模块2来完成比较判断。

在一个实施例中，比较模块2包括第一比较模块21，第一比较模块21包括：第一尾电流偏置管M20，第一尾电流偏置管M20的输入端连接同向输入端Vin，第一尾电流偏置管M20的栅极连接第二偏置电路；第一输入对管M13，第一输入对管M13的栅极连接采样模块1的第一输出端C，第一输入对管M13的输出端连接至电流镜的第一输入端，第一输入对管的输入端连接第一尾电流偏置管的输出端；第二输入对管M14，第二输入对管M14的栅极连接采样模块1的第二输出端D，第二输入对管M14的输出端连接至电流镜的第二输入端，第二输入对管M14的输入端连接第一尾电流偏置管M20的输出端；第二尾电流偏置管M21，第二尾电流偏置管M21的输入端连接同向输入端Vin，第二尾电流偏置管M21的栅极连接第二偏置电路，第二尾电流偏置管M21的输出端连接比较模块2的输出端，电流镜的输出端接地。

第一跨导管M19，第一跨导管M19的输入端连接第二尾电流偏置管M21，第一跨导管M19的栅极连接至第一输入对管M13的输出端，第一跨导管M19的输出端接地；其中，电流镜包括：第一电流镜像管M15，第一电流镜像管M15的输入端为电流镜的第一输入端，第一电流镜像管M15的输出端接地；第二电流镜像管M16，第二电流镜像管M16的输入端为电流镜的第二输入端，第二电流镜像管M16的栅极连接第二电流镜像管M15的栅极，第二电流镜像管M16的栅极还连接第二电流镜像管的输入端，第六开关管M16的输出端接地。

具体地，为实现对第一电压与第二电压的压差与电压阈值的比较，本实施例中，在比较模块中构建了具有两级比较器的第一比较模块21，其中，第一比较模块21包括两个输入对管，即第一输入对管M13和第二输入对管M14的栅极分别接收第一叠加电压和第二叠加电压，其源极作为输入端接收自第一尾电流偏置管M20输出的第一尾电流，该第一尾电流由施加在第一尾电流偏置管M20的源极上的第一电压，和施加在第一尾电流偏置管M20的栅极上的第二偏置电压Vbp形成。随后，在第一比较模块1中设置由第五开关管M15和第六开关管M16组成的电流镜作为负载，从而使得第一跨导管M19的栅极电压能够被第一输入对管M13的漏极电压进行控制，以此来选择是否将第二尾电流管M21的漏极输出的电压导入接地端。

在一个实施例中，比较模块2还包括第二比较模块22，第二比较模块22包括：输入检测模块221，输入检测模块221分别连接比较模块2的第一输入端和第二输入端；负载管M17，负载管M17的输入端连接输入检测模块221的输出端，负载管M17的栅极连接第一偏置电路Vbn，负载管M17的输出端接地；第二跨导管M18，第二跨导管M18的栅极连接输入检测模块221的输出端，第二跨导管M18的输入端连接比较模块2的输出端，第二跨导管M18的输出端接地。

在该实施例中，输入检测模块221包括：第一检测管M11，第一检测管M11的输入端为输入检测模块221的第一输入端，第一检测管M11的栅极连接外部的第三偏置电路Vbp2，第一检测管M11的输出端连接输入检测模块221的输出端；第二检测管M12，第二检测管M12的输入端为输入检测模块221的第二输入端，第二检测管M12的栅极连接外部的第三偏置电路，第二检测管M12的输出端连接输入检测模块221的输出端；第三偏置电路形成第三偏置电压Vbp2，第三偏置电压Vbp2根据第一阈值电压和第二阈值电压确定，用于控制第一检测管M11和第二检测管M12的导通。

具体地，在确定了采样模块1的电路结构后，针对第一电压远小于第二电压这一情形，为实现正确的比较效果，本实施例中，还进一步地增加了第二比较模块22来对该类情况进行检测。具体来说，当第一电压远小于第二电压时，第二电压经由第一偏置管M1、第一耐压开关管M3施加于第一输出节点A上，第一耐压器件D1在对第一输出节点上的第一限压电压进行小幅的压降后施加于第二输出节点B与第二耐压开关管M4的漏极上。由于第二耐压开关管M4在该状态下关断，使得第三耐压开关管M7和第四耐压开关管M8均处于关断状态，此时第一输出端C和第二输出端D上的电平抬升，此时施加在第一输入对管M13和第二输入对管M14的栅极电压升高，使得第一输入对管M13和第二输入对管M14的源-栅之间的电压变小，导致第一输入对管M13和第二输入对管M14关断，进而使得第一跨导管M19关断。此时，第一检测管M11和第二检测管M12的源极分别接收第一输出端C输出的第一阈值电压和第二输出端D输出的第二阈值电压，同时，第一检测管M11和第二检测管M12的栅极在第三偏置电压Vbp2的作用下导通，负载管M17的栅极在第一偏置电压Vbn的作用下导通，在漏-源方向上形成下拉电流，使得第一检测管M11和第二检测管M12的输出电流作用于第二跨导管M18的栅极，进而控制第二跨导管M18的导通，降低了输出端Vout处的电压，使得比较器能够实现正常的输出。

以上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发明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 (5)

1.一种耐高压输入的比较器，其特征在于，包括依次连接的采样模块和比较模块，所述采样模块的同向输入端连接外部的第一输入电路，所述采样模块的反向输入端连接外部的第二输入电路，所述比较模块的输出端连接外部的输出电路；

所述采样模块包括限压转换模块和电压叠加模块，所述限压转换模块用于对所述第一输入电路的第一电压进行限压后形成第一限压电压，所述限压转换模块还将所述第二输入电路的第二电压进行限压后形成第二限压电压；

所述电压叠加模块根据所述第一电压分别生成第一阈值电压和第二阈值电压；

所述电压叠加模块将所述第一限压电压与所述第一阈值电压叠加形成第一叠加电压后输入所述比较模块，以及，所述电压叠加模块将所述第二限压电压与所述第二阈值电压叠加后形成第二叠加电压后输入所述比较模块；

所述限压转换模块包括：

第一耐压开关管，所述第一耐压开关管的栅极连接所述反向输入端，所述第一耐压开关管的源极连接第一偏置管的输出端，所述第一偏置管的输入端连接所述反向输入端，所述第一耐压开关管的漏极连接所述限压转换模块的第一输出节点；

第二耐压开关管，所述第二耐压开关管的栅极连接所述同向输入端，所述第二耐压开关管的源极连接第二偏置管的输出端，所述第二偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第二耐压开关管的漏极连接所述限压转换模块的第二输出节点；

第一限压器件，所述第一限压器件的输入端连接所述限压转换模块的第一输出节点，所述第一限压器件的输出端连接所述限压转换模块的第二输出节点；

第二限压器件，所述第二限压器件的输入端连接所述限压转换模块的第二输出节点，所述第二限压器件的输出端连接所述限压转换模块的第一输出节点；

第一电流偏置管，所述第一电流偏置管的输入端连接所述第一输出节点，所述第一电流偏置管的输出端接地；

第二电流偏置管，所述第二电流偏置管的输入端连接所述第二输出节点，所述第二电流偏置管的输出端接地；

所述第一电流偏置管的栅极和所述第二电流偏置管的栅极分别连接外部的第一偏置电路，所述第一偏置电路输出第一偏置电压以控制所述第一电流偏置管和所述第二电流偏置管的导通；

所述电压叠加模块包括：

第三电流偏置管，所述第三电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第三电流偏置管的输出端连接第一电阻的第一端；

第四电流偏置管，所述第四电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第四电流偏置管的输出端连接第二电阻的第一端；

所述第三电流偏置管和所述第四电流偏置管的栅极分别连接至外部的第二偏置电路，所述第二偏置电路输出第二偏置电压以控制所述第三电流偏置管和所述第四电流偏置管的导通；

所述第一电阻用于形成所述第一阈值电压，所述第二电阻用于形成所述第二阈值电压；

所述第一电阻的第一端为所述采样模块的第一输出端，所述第二电阻的第一端为所述采样模块的第二输出端；所述电压叠加模块还包括：

第三耐压开关管，所述第三耐压开关管的漏极连接所述第一输出节点，所述第三耐压开关管的栅极连接所述第二耐压开关管的栅极，所述第三耐压开关管的源极连接所述第一电阻的第二端；

第四耐压开关管，所述第四耐压开关管的漏极连接所述第二输出节点，所述第四耐压开关管的栅极连接所述第二耐压开关管的栅极，所述第四耐压开关管的源极连接所述第二电阻的第二端。

2.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，比较模块包括第一比较模块，所述第一比较模块包括：

第一尾电流偏置管，所述第一尾电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第一尾电流偏置管的栅极连接所述第二偏置电路；

第一输入对管，所述第一输入对管的栅极连接所述采样模块的第一输出端，所述第一输入对管的输出端连接至电流镜的第一输入端，所述第一输入对管的输入端连接所述第一尾电流偏置管的输出端；

第二输入对管，所述第二输入对管的栅极连接所述采样模块的第二输出端，所述第二输入对管的输出端连接至所述电流镜的第二输入端，所述第二输入对管的输入端连接所述第一尾电流偏置管的输出端；

第二尾电流偏置管，所述第二尾电流偏置管的输入端连接所述同向输入端，所述第二尾电流偏置管的栅极连接所述第二偏置电路，所述第二尾电流偏置管的输出端连接所述比较模块的输出端；

所述电流镜的输出端接地；

第一跨导管，所述第一跨导管的输入端连接所述第二尾电流偏置管，所述第一跨导管的栅极连接至所述第一输入对管的输出端，所述第一跨导管的输出端接地。

3.根据权利要求2所述的比较器，其特征在于，所述电流镜包括：

第一电流镜像管，所述第一电流镜像管的输入端为所述电流镜的第一输入端，所述第一电流镜像管的输出端接地；

第二电流镜像管，所述第二电流镜像管的输入端为所述电流镜的第二输入端，所述第二电流镜像管的栅极连接所述第二电流镜像管的栅极，所述第二电流镜像管的栅极还连接所述第二电流镜像管的输入端，所述第二电流镜像管的输出端接地。

4.根据权利要求1所述的比较器，其特征在于，所述比较模块还包括第二比较模块，所述第二比较模块包括：

输入检测模块，所述输入检测模块分别连接所述比较模块的第一输入端和第二输入端；

负载管，所述负载管的输入端连接所述输入检测模块的输出端，所述负载管的栅极连接所述第一偏置电路，所述负载管的输出端接地；

第二跨导管，所述第二跨导管的栅极连接所述输入检测模块的输出端，所述第二跨导管的输入端连接所述比较模块的输出端，所述第二跨导管的输出端接地。

5.根据权利要求4所述的比较器，其特征在于，所述输入检测模块包括：

第一检测管，所述第一检测管的输入端为所述输入检测模块的第一输入端，所述第一检测管的栅极连接外部的第三偏置电路，所述第一检测管的输出端连接所述输入检测模块的输出端；

第二检测管，所述第二检测管的输入端为所述输入检测模块的第二输入端，所述第二检测管的栅极连接外部的第三偏置电路，所述第二检测管的输出端连接所述输入检测模块的输出端。

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