CN117118410B - 一种比较器、检测电路、分级电路和poe供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及POE供电技术领域，公开了一种比较器、检测电路、分级电路和POE供电系统，比较器包括输入PMOS管、带隙基准单元和比较单元，输入PMOS管的栅极用于输入外部电压，输入PMOS管的漏极接地，输入PMOS管的源极与带隙基准单元电连接，带隙基准单元基于外部电压输出基准电压，基准电压与外部电压正相关，比较单元基于基准电压输出检测信号，且在基准电压低于设定阈值时输出第一电平状态的检测信号，在基准电压高于设定阈值时输出第二电平状态的检测信号，在实际使用时，本发明的比较器在进行电压检测时不需要外加参考电位这一特性，因此能够使采用本发明的POE供电系统的拥有更快的响应速度。

Description

一种比较器、检测电路、分级电路和POE供电系统

技术领域

本发明涉及POE供电技术领域，具体涉及一种比较器、检测电路、分级电路和POE供电系统。

背景技术

作为一种新型供电技术，PoE供电在现代建筑和智能监控等领域展现出独特优势和巨大应用前景，通过POE供电可以不用为各式各样的微小型电子设备搭建专门的线缆或独立的电源供给装置，可以避免错综复杂的供电线缆和过多的独立电源所存在的缺陷，能大幅降低安装成本和避免各种安全隐患。

在POE供电系统中，主要通过PSE电源管理单元和PD电源管理单元来完成功率传输的管理和控制，其中PSE电源管理单元主要负责对具有POE功能的PD设备进行检测分级和供电，后者完成对PSE设备的相互识别和供电电压的转换。在PSE电源管理单元对PD设备检测和分级时，PSE电源管理单元通过先输入检测电压，其中检测电压在一个区间内逐渐增大，当检测电压超过区间的上限时，检测阶段结束，如果PSE电源管理单元检测到PD设备，则检测结束。

目前在PD设备进行检测时，大多通过比较器将PSE管理单元输出的检测电压与参考电压进行比较，以及根据比较结果来判断PD设备检测是否结束。然而对于现有的这种检测方式，由于需要选用较大电阻值的电阻组成的分压电路来设计参考电压，从而降低功耗，但是这样导致提供参考电压的电路的启动速度变慢，进而导致PSE电源管理单元对PD设备检测的响应速度变慢；另外大电阻会占用较大的芯片面积，不利于电路集成。

发明内容

鉴于背景技术的不足，本发明是提供了一种比较器、检测电路、分级电路和POE供电系统，所要解决的技术问题是现有POE供电系统的PSE电源管理单元在对PD设备检测时由于需要加入参考电压，导致检测速度变慢。

为解决以上技术问题，第一方面，本发明提供一种比较器，包括输入PMOS管、带隙基准单元和比较单元，所述输入PMOS管的栅极用于输入外部电压，所述输入PMOS管的漏极接地，所述输入PMOS管的源极与所述带隙基准单元电连接，所述带隙基准单元基于所述外部电压输出基准电压，所述基准电压与所述外部电压正相关，所述比较单元基于所述基准电压输出检测信号，且在所述基准电压低于设定阈值时输出第一电平状态的检测信号，在所述基准电压高于设定阈值时输出第二电平状态的检测信号，所述第一电平状态和第二电平状态为相反的两种状态。

在第一方面的某种实施方式中，本发明还包括分压单元，所述分压单元包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、反相器INV2、MOS管M40和MOS管M41；

所述电阻R10、电阻R11和电阻R12依次串联，且电阻R12的尾端接地，所述电阻R10一端用于输入工作电压，所述电阻R10另一端与MOS管M40的漏极电连接，所述MOS管M40的栅极与反相器INV2的输入端电连接，反相器INV2的输出端与MOS管M41的栅极电连接，MOS管M41的漏极与电阻R12的首端电连接，MOS管M41的源极分别与MOS管M40的源极和输入PMOS管的栅极电连接。

在第一方面的某种实施方式中，所述带隙基准单元包括MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2和MOS管M13；

所述MOS管M6的漏极分别与所述输入PMOS管的源极、三极管Q1的基极和三极管Q2的基极电连接；所述MOS管M6的栅极分别与MOS管M7的栅极、MOS管M8的栅极、MOS管M7的漏极和三极管Q2的集电极电连接；所述MOS管M6的源极分别与MOS管M7的源极和MOS管M8的源极电连接，用于输入所述工作电压；三极管Q2的发射极通过电阻R2分别与电阻R1一端和三极管Q1的发射极电连接；三极管Q1的集电极与MOS管M8的漏极电连接；电阻R1另一端与MOS管M13的源极电连接，MOS管M13的栅极与MOS管M13的漏极电连接，用于接地。

在第一方面的某种实施方式中，所述比较单元包括MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12;

所述MOS管M9的源极与MOS管M10的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M9的栅极与MOS管M8的栅极电连接；MOS管M9的漏极分别与MOS管M12的漏极、MOS管M12的栅极和MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地；MOS管M10的栅极MOS管M8的漏极电连接，MOS管M10的漏极与MOS管M11的漏极电连接，用于输出所述检测信号，MOS管M11的源极接地。

在第一方面的某种实施方式中，本发明还包括用于向所述带隙基准单元输入启动信号的启动单元，所述启动单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5；

所述MOS管M1的源极分别与MOS管M2的源极和MOS管M5的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M1的栅极分别与MOS管M3的源极和MOS管M4的源极电连接，用于接地，所述MOS管M1的漏极分别与MOS管M3的漏极、MOS管M3的栅极和MOS管M4的栅极电连接；所述MOS管M2的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极电连接；所述MOS管M5的漏极与MOS管M13的源极电连接。

在第一方面的某种实施方式中，本发明还包括保护单元，所述保护单元包括MOS管15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18、MOS管M19、MOS管M20和电容C1；

所述MOS管M15的源极分别与MOS管M16的源极和MOS管M19的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M15的栅极分别与MOS管M2的栅极和MOS管M19的栅极电连接；所述MOS管M15的漏极分别与MOS管M17的源极、MOS管M16的漏极和MOS管M20的栅极电连接，MOS管M16的栅极与三极管Q2的集电极电连接，MOS管M20的源极分别与MOS管M19的漏极和三极管Q2的基极电连接，MOS管M20的漏极接地；MOS管M17的栅极分别与MOS管M17的漏极和MOS管M18的源极电连接，MOS管M18的栅极和电容C1一端均接地，电容C1另一端与MOS管M18的漏极电连接。

在第一方面的某种实施方式中，本发明还包括钳位单元，所述钳位单元与所述比较单元的检测信号输出端电连接，用于在所述比较单元输出低电平状态的信号后将所述检测信号输出端的电平拉低为电平状态；

所述钳位单元包括电容C2、MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M33、MOS管M34、MOS管M35、MOS管M36、电容C3、反相器INV1和施密特触发器SMT；

所述检测信号输出端分别与电容C2一端、MOS管M30的漏极和施密特触发器SMT的输入端电连接，施密特触发器SMT的输出端与反相器INV1的输入端电连接，电容C2另一端接地；MOS管M30的栅极分别与MOS管M33的漏极和MOS管M34的漏极电连接，MOS管M30的源极与MOS管M31的漏极电连接，MOS管M31的栅极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M36的栅极电连接，MOS管M31的源极接地；

MOS管M32的漏极与MOS管M35的漏极电连接，用于接入所述工作电压，MOS管M32的栅极与MOS管M7的栅极电连接，MOS管M32的源极与MOS管M33的源极电连接，MOS管M33的栅极分别与MOS管M34的栅极、MOS管M35的源极、MOS管M36的漏极和电容C3一端电连接，MOS管M34的源极、电容C3另一端和MOS管M36的源极均接地，MOS管M35的栅极与MOS管M2的栅极电连接。

第二方面，本发明还提供了一种检测电路，包括上述的一种比较器，还包括电阻R20和MOS管M50，所述工作电压分别输入到所述比较器的分压单元和电阻R20一端，电阻R20另一端与MOS管M50的漏极电连接，比较器的正输入端输入第一基准电压，比较器输出的检测信号输入到MOS管M50的栅极，MOS管M50的源极接地。

第三方面，本发明还提供了一种分级电路，包括上述的检测电路，还包括反相器INV10、反相器INV11、与非门NAND1、第二比较器CMP2、稳压单元和电阻R30；

第二比较器CMP2的负输入端用于输入第二基准电压，第二比较器的正输入端与稳压单元的电源输入端电连接，用于输入所述工作电压，第二比较器CMP2的输出端与反相器INV10的输入端电连接，反相器INV10的输出端与与非门NAND1的第一输入端电连接，反相器INV11的输入端用于输入标志信号，所述标志信号在所述检测信号为高电平信号时为高电平状态，在所述检测信号为低电平时为低电平状态，所述反相器INV11的输出端和与非门NAND1的第二输入端电连接，与非门NAND1的输出端与稳压单元电连接，所述稳压单元在与非门NAND1输出低电平时向所述电阻R30一端输入稳压电压，所述电阻R30另一端接地。

第四方面，本发明还提供了一种POE供电系统，包括上述的分级电路、PSE供电单元、第三比较器CMP3和状态标志判断单元，所述状态标志判断单元包括与非门NAND10、与非门NAND11、与非门NAND12、与非门NAND13和反相器INV14；

所述第三比较器CMP3的负输入端用于输入第三基准电压，所述第三比较器CMP3的正输入端用于输入所述工作电压，所述第三比较器CMP3的输出端分别和与非门NAND10的第一输入端和与非门NAND12的第一输入端电连接，所述与非门NAND10的第二输入端分别和与非门NAND12的输出端和与非门NAND13的第二输入端电连接，与非门NAND12的第二输入端与反相器INV14的输出端电连接，反相器INV14的输入端用于输入所述标志信号；所述与非门NAND10的输出端和与非门NAND11的第一输入端电连接，所述与非门NAND11的第二输入端与与非门NAND13的输出端电连接，所述与非门NAND11的输出端和与非门NAND12的第一输入端电连接；

所述PSE供电单元用于输出所述工作电压，且分别与所述检测电路和分级电路电连接，在所述检测电路输出低电平状态的检测信号时输出所述标志信号，以及依据所述稳压单元输出的稳压电压来计算流过电阻R30的电流大小，并依据流过电阻R30的电流大小来设定自身输出功率等级，所述PSE供电单元依据设定自身输出功率等级输出对应电源；所述功率输出等级包括五个等级，分别为等级零、等级一、等级二、等级三和等级四；

当自身输出功率等级为等级四时，所述PSE供电单元先将所述工作电压拉低至第一电压区间来进行二次检测，所述第一电压区间的下区间点大于所述第三基准电压，所述第一电压区间的上区间点小于所述第一基准电压，在二次检测完成后，接着将所述工作电压拉高至第二电压区间进行二次分级，所述第二电压区间的下区间点大于所述第一基准电压，所述第二电压区间的上区间点小于所述第二基准电压，所述PSE供电单元在二次分级后仍然将自己的输出功率等级设定为等级四时，将所述工作电压拉低至第一基准电压以下，并通过所述状态标志判断单元输出设定信号，所述设定信号用于让所述PSE供电单元向功率等级为四级的PD设备供电。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果是：由于本发明的比较器在进行电压检测时外部电压直接输入到PMOS管的栅极，而不是外加参考电位，因此不需要在电路中增加大阻值的电阻，从而能够使采用本发明的POE供电系统的拥有更快的响应速度。

附图说明

图1为本发明比较器的第一种实施电路图；

图2为实施例中的分压单元的电路图；

图3为实施例中的启动单元的电路图；

图4为实施例中的启动单元与保护单元的电路图；

图5为实施例中的钳位单元的电路图；

图6为实施例中的检测电路的电路图；

图7为实施例中的分级电路的反相器INV10、反相器INV11、与非门NAND1、第二比较器CMP2、稳压单元和电阻R30的电路图；

图8为实施例中的POE供电系统的结构示意图；

图9为本发明比较器的仿真示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种比较器，包括输入PMOS管M14、带隙基准单元1和比较单元2，输入PMOS管M14的栅极用于输入外部电压Vin，输入PMOS管M14的漏极接地，输入PMOS管M14的源极与带隙基准单元1电连接，带隙基准单元1基于外部电压输出基准电压，基准电压与外部电压Vin正相关，比较单元2基于基准电压输出检测信号Vout，且在基准电压低于设定阈值时输出第一电平状态的检测信号Vout，在基准电压高于设定阈值时输出第二电平状态的检测信号Vout，第一电平状态和第二电平状态为相反的两种状态。

具体地，本实施例中，第一电平状态为高电平状态，第二电平状态为低电平状态。

在图1中，带隙基准单元1包括MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2和MOS管M13；其中MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8和MOS管M13均为PMOS管；

MOS管M6的漏极分别与输入PMOS管的源极、三极管Q1的基极和三极管Q2的基极电连接；MOS管M6的栅极分别与MOS管M7的栅极、MOS管M8的栅极、MOS管M7的漏极和三极管Q2的集电极电连接；MOS管M6的源极分别与MOS管M7的源极和MOS管M8的源极电连接，用于输入工作电压，其中工作电压由PSE供电单元提供；三极管Q2的发射极通过电阻R2分别与电阻R1一端和三极管Q1的发射极电连接；三极管Q1的集电极与MOS管M8的漏极电连接；电阻R1另一端与MOS管M13的源极电连接，MOS管M13的栅极与MOS管M13的漏极电连接，用于接地。

在图1中，比较单元2包括MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12；其中MOS管M9和MOS管M10为PMOS 管，MOS管M11和MOS管M12为NMOS管；

MOS管M9的源极与MOS管M10的源极电连接，用于输入工作电压；MOS管M9的栅极与MOS管M8的栅极电连接；MOS管M9的漏极分别与MOS管M12的漏极、MOS管M12的栅极和MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地；MOS管M10的栅极MOS管M8的漏极电连接，MOS管M10的漏极与MOS管M11的漏极电连接，用于输出检测信号，MOS管M11的源极接地。

对于图1所示电路，MOS管M13和输入PMOS管M14的宽长比相同，这样可以利用MOS管M13的栅源电压VGS13来抵消输入PMOS管M14的栅源电压VGS14，这样可以近似看作外部电压Vin加载在三极管Q1和三极管Q2的基极上；另外MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8和MOS管M9组成了电流镜；

当外部电压Vin逐渐加大时，流过三极管Q1的电流I1和流过三极管Q2的电流I2逐渐增大，从而导致电压VA和电压VB逐渐增大，当电压VA和带那样VB上升到一定值时，MOS管M10关断，这时检测信号Vout为0；在MOS管M10关断之前，由于MOS管M9、MOS管M10和MOS管M11构成的电流源作为MOS管M10的源极的负载，且形成负反馈，在极高的电压增益下可以使检测信号Vout为工作电压VDD。

本实施例中，如图2所示，本发明还包括分压单元3，分压单元3包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、反相器INV2、MOS管M40和MOS管M41；

电阻R10、电阻R11和电阻R12依次串联，且电阻R12的尾端接地，电阻R10一端用于输入工作电压VDD，电阻R10另一端与MOS管M40的漏极电连接，MOS管M40的栅极与反相器INV2的输入端电连接，反相器INV2的输出端与MOS管M41的栅极电连接，MOS管M41的漏极与电阻R12的首端电连接，MOS管M41的源极分别与MOS管M40的源极和输入PMOS管的栅极电连接。

对于图1和图2所示电路，当工作电压VDD上升且未使检测信号Vout为低电平时，节点DE为低电平，MOS管M40关断，MOS管M41导通，此时

(7)

当工作电压VDD继续上升，使外部电压Vin达到检测信号Vout的翻转值时，节点DE变为高电平，此时

(8)

当工作电压VDD从翻转值上开始下降且未到达翻转值时，节点DE一直为高电平，此时

(9)

当工作电压VDD继续下降至翻转值以下时，节点DE 变为低电平，此时

(10)

结合公式7、8、9和10，本发明的分压单元提供的电压迟滞范围为

(11)

在实际使用时，通过设置迟滞范围可以设置电路的响应窗口，从而可以调整电路的灵敏度，具体地，迟滞范围越大，电路的抗干扰能量就越强，另外通过调节迟滞范围可以有效减小系统噪声。

本实施例中，如图3所示，本发明还包括用于向带隙基准单元1输入启动信号的启动单元4，启动单元4包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5；其中MOS管M1、MOS管M2和MOS管M5为PMOS管，MOS管M3和MOS管M4为NMOS管，

MOS管M1的源极分别与MOS管M2的源极和MOS管M5的源极电连接，用于输入工作电压；MOS管M1的栅极分别与MOS管M3的源极和MOS管M4的源极电连接，用于接地，MOS管M1的漏极分别与MOS管M3的漏极、MOS管M3的栅极和MOS管M4的栅极电连接；MOS管M2的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极电连接；MOS管M5的漏极与MOS管M13的源极电连接。

在实际使用时，通过启动单元4可以使带隙基准单元1摆脱简并偏置点状态即让带隙基准单元1的两条支路都脱离没有电流的状态，使电路能正常工作。

本实施例中，如图4所示，本发明还包括保护单元5，保护单元5包括MOS管M15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18、MOS管M19、MOS管M20和电容C1；其中MOS管15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18和MOS管M19均为PMOS管，MOS管M20为NMOS管；

MOS管M15的源极分别与MOS管M16的源极和MOS管M19的源极电连接，用于输入工作电压VDD；MOS管M15的栅极分别与MOS管M2的栅极和MOS管M19的栅极电连接；MOS管M15的漏极分别与MOS管M17的源极、MOS管M16的漏极和MOS管M20的栅极电连接，MOS管M16的栅极与三极管Q2的集电极电连接，MOS管M20的源极分别与MOS管M19的漏极和三极管Q2的基极电连接，MOS管M20的漏极接地；MOS管M17的栅极分别与MOS管M17的漏极和MOS管M18的源极电连接，MOS管M18的栅极和电容C1一端均接地，电容C1另一端与MOS管M18的漏极电连接。

在实际使用时，当PSE供电单元刚开始输出工作电压VDD时，启动单元4带动带隙基准单元1启动，因此MOS管M15和MOS管M16均导通，流过MOS管M15的电流I15和流过MOS管M16的电流I16给电容C1充电，从而使电压VP上升，当电压VP的上升速度小于外部电压Vin的上升速度时，MOS管M10的关断由外部电压Vin控制，当由于误操作等原因导致外部电压Vin出现毛刺且使电压VP的上升速度大于外部电压Vin的上升速度时，MOS管M10的关断由电压VP控制。因此通过增加保护单元5可以避免外部电压Vin不稳定对电路的影响。

为了使电压VP的上升速度大于外部电压Vin的上升速度时，MOS管M10的关断由电压VP控制，本实施例中，MOS管M15、MOS管M19和MOS管M6的宽长之比为2：1：1，MOS管M16、MOS管M17和MOS管M8的宽长比之比为2：1：1，并通过设置合适的宽长比值使流过MOS管M6的电流I6=2IR2，IR2为流过电阻R2的电流，这样当外部电压Vin异常时，通过电流I15和电流I16进行充电的电容C1上的电压上升速度就会高于外部电压Vin的上升速度，从而实现保护。

本实施例中，如图6所示，本发明还包括钳位单元6，钳位单元6与比较单元2的检测信号输出端电连接，用于在比较单元2输出低电平状态的信号后将检测信号输出端的电平拉低为电平状态；

具体地，钳位单元6包括电容C2、MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M33、MOS管M34、MOS管M35、MOS管M36、电容C3、反相器INV1和施密特触发器SMT；其中MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M34、MOS管M35和MOS管M36均为NMOS管，MOS管M33为PMOS管；

检测信号输出端分别与电容C2一端、MOS管M30的漏极和施密特触发器SMT的输入端电连接，施密特触发器SMT的输出端与反相器INV1的输入端电连接，电容C2另一端接地；MOS管M30的栅极分别与MOS管M33的漏极和MOS管M34的漏极电连接，MOS管M30的源极与MOS管M31的漏极电连接，MOS管M31的栅极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M36的栅极电连接，MOS管M31的源极接地；

MOS管M32的漏极与MOS管M35的漏极电连接，用于接入工作电压VDD，MOS管M32的栅极与MOS管M7的栅极电连接，MOS管M32的源极与MOS管M33的源极电连接，MOS管M33的栅极分别与MOS管M34的栅极、MOS管M35的源极、MOS管M36的漏极和电容C3一端电连接，MOS管M34的源极、电容C3另一端和MOS管M36的源极均接地，MOS管M35的栅极与MOS管M2的栅极电连接。

在实际使用时，当PSE供电单元开始提供工作电压VDD时，电路就会在节点VC处建立偏置电压，所以节点F的电压会被拉低，随着电压VA的简历，节点G的电压被拉高，因此节点G控制的MOS管M30会导通，从而拉低检测信号Vout的电压，这样通过钳位单元就可以将比较器在外部电压Vin大于翻转值时的输出的检测信号Vout固定在低电平状态。

将比较器的翻转值设置在10.1V，对本发明的比较器进行仿真，其仿真结果如图9所示，从图9中可以得到，随着外部电压Vin的上升，当外部电压Vin大于10.1V时，输出信号会翻转，代表检测阶段结束。

综上，对于本发明的比较器，通过带隙基准单元1可以不用额外加参考电位，能够提高本发明的响应速度，通过钳位单元6可以使比较器在检测阶段后的输出信号保持稳定，通过启动单元4可以加速带隙基准单元1的启动，通过保护单元5可以避免外部电压Vin的波动对本发明的影响，以及通过钳位单元和保护单元来控制MOS管M10的通断可以使比较器拥有更稳定的阈值电压。

第二方面，如图6所示，本发明还提供了一种检测电路，包括上述的一种比较器，还包括电阻R20和MOS管M50，工作电压分别输入到比较器的分压单元和电阻R20一端，电阻R20另一端与MOS管M50的漏极电连接，比较器CMP1的正输入端输入第一基准电压Vref1，比较器输出的检测信号输入到MOS管M50的栅极，MOS管M50的源极接地。示例性地，第一基准电压Vref1可以为10.1V。

在实际使用时，通过改变工作电压VDD的大小，以及根据不同工作电压VDD下流过电阻R20的大小从而可以判断电阻R20的阻值，并能依据电阻R20的阻值来判断当前PD设备是否符合要求。

第三方面，本发明还提供了一种分级电路，包括上述的检测电路，如图7所示，还包括反相器INV10、反相器INV11、与非门NAND1、第二比较器CMP2、稳压单元和电阻R30；

第二比较器CMP2的负输入端用于输入第二基准电压Vref2，第二比较器的正输入端与稳压单元7的电源输入端电连接，用于输入工作电压，第二比较器CMP2的输出端与反相器INV10的输入端电连接，反相器INV10的输出端与与非门NAND1的第一输入端电连接，反相器INV11的输入端用于输入标志信号，标志信号在检测信号Vout为高电平信号时为高电平状态，在检测信号Vout为低电平时为低电平状态，反相器INV11的输出端和与非门NAND1的第二输入端电连接，与非门NAND1的输出端与稳压单元电连接，稳压单元在与非门NAND1输出低电平时向电阻R30一端输入稳压电压，电阻R30另一端接地。

在实际使用时，当比较器CMP1输出低电平信号时，检测阶段结束，PSE供电单元可以依据稳压单元7输出的稳压电压和流过电阻R30的电流大小来知道电阻R30的阻值大小，通过电阻R30的阻值大小可以知道PD设备的功率等级。

第四方面，如图8所示，本发明还提供了一种POE供电系统，包括上述的分级电路、PSE供电单元8、第三比较器CMP3和状态标志判断单元9，状态标志判断单元9包括与非门NAND10、与非门NAND11、与非门NAND12、与非门NAND13和反相器INV14；

第三比较器CMP3的负输入端用于输入第三基准电压Vref3，第三比较器CMP3的正输入端用于输入工作电压VDD，第三比较器CMP3的输出端分别和与非门NAND10的第一输入端和与非门NAND12的第一输入端电连接，与非门NAND10的第二输入端分别和与非门NAND12的输出端和与非门NAND13的第二输入端电连接，与非门NAND12的第二输入端与反相器INV14的输出端电连接，反相器INV14的输入端用于输入标志信号；与非门NAND10的输出端和与非门NAND11的第一输入端电连接，与非门NAND11的第二输入端与与非门NAND13的输出端电连接，与非门NAND11的输出端和与非门NAND12的第一输入端电连接；

PSE供电单元用于输出工作电压，且分别与检测电路和分级电路电连接，在检测电路输出低电平状态的检测信号时输出标志信号，以及依据稳压单元输出的稳压电压来计算流过电阻R30的电流大小，并依据流过电阻R30的电流大小来设定自身输出功率等级，PSE供电单元依据设定自身输出功率等级输出对应电源；功率输出等级包括五个等级，分别为等级零、等级一、等级二、等级三和等级四；

当自身输出功率等级为等级四时，PSE供电单元先将工作电压拉低至第一电压区间来进行二次检测，第一电压区间的下区间点大于第三基准电压，第一电压区间的上区间点小于第一基准电压，在二次检测完成后，接着将工作电压拉高至第二电压区间进行二次分级，第二电压区间的下区间点大于第一基准电压，第二电压区间的上区间点小于第二基准电压，PSE供电单元在二次分级后仍然将自己的输出功率等级设定为等级四时，将工作电压拉低至第一基准电压以下，并通过状态标志判断单元输出设定信号，设定信号用于让PSE供电单元向功率等级为四级的PD设备供电。

其中五个功率等级的参数信息如表1所示：

表1

本发明的POE供电系统，通过在第一次分级检测到PD设备的功率等级是等级四时进行二次检测和二次分级，从而判断是否是要输出功率等级为等级四的电源，从而使本发明能满足IEEE802.3at标准的PD设备供电。

上述依据本发明为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种比较器，其特征在于，包括输入PMOS管、带隙基准单元和比较单元，所述输入PMOS管的栅极用于输入外部电压，所述输入PMOS管的漏极接地，所述输入PMOS管的源极与所述带隙基准单元电连接，所述带隙基准单元基于所述外部电压输出基准电压，所述基准电压与所述外部电压正相关，所述比较单元基于所述基准电压输出检测信号，且在所述基准电压低于设定阈值时输出第一电平状态的检测信号，在所述基准电压高于设定阈值时输出第二电平状态的检测信号，所述第一电平状态和第二电平状态为相反的两种状态；

所述带隙基准单元包括MOS管M6、MOS管M7、MOS管M8、三极管Q1、三极管Q2、电阻R1、电阻R2和MOS管M13；

所述MOS管M6的漏极分别与所述输入PMOS管的源极、三极管Q1的基极和三极管Q2的基极电连接；所述MOS管M6的栅极分别与MOS管M7的栅极、MOS管M8的栅极、MOS管M7的漏极和三极管Q2的集电极电连接；所述MOS管M6的源极分别与MOS管M7的源极和MOS管M8的源极电连接，用于输入工作电压；三极管Q2的发射极通过电阻R2分别与电阻R1一端和三极管Q1的发射极电连接；三极管Q1的集电极与MOS管M8的漏极电连接；电阻R1另一端与MOS管M13的源极电连接，MOS管M13的栅极与MOS管M13的漏极电连接，用于接地；

所述比较单元包括MOS管M9、MOS管M10、MOS管M11和MOS管M12；

所述MOS管M9的源极与MOS管M10的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M9的栅极与MOS管M8的栅极电连接；MOS管M9的漏极分别与MOS管M12的漏极、MOS管M12的栅极和MOS管M11的栅极电连接，MOS管M12的源极接地；MOS管M10的栅极MOS管M8的漏极电连接，MOS管M10的漏极与MOS管M11的漏极电连接，用于输出所述检测信号，MOS管M11的源极接地。

2.根据权利要求1所述的一种比较器，其特征在于，还包括分压单元，所述分压单元包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、反相器INV2、MOS管M40和MOS管M41；

所述电阻R10、电阻R11和电阻R12依次串联，且电阻R12的尾端接地，所述电阻R10一端用于输入工作电压，所述电阻R10另一端与MOS管M40的漏极电连接，所述MOS管M40的栅极与反相器INV2的输入端电连接，反相器INV2的输出端与MOS管M41的栅极电连接，MOS管M41的漏极与电阻R12的首端电连接，MOS管M41的源极分别与MOS管M40的源极和输入PMOS管的栅极电连接。

3.根据权利要求2所述的一种比较器，其特征在于，还包括用于向所述带隙基准单元输入启动信号的启动单元，所述启动单元包括MOS管M1、MOS管M2、MOS管M3、MOS管M4和MOS管M5；

所述MOS管M1的源极分别与MOS管M2的源极和MOS管M5的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M1的栅极分别与MOS管M3的源极和MOS管M4的源极电连接，用于接地，所述MOS管M1的漏极分别与MOS管M3的漏极、MOS管M3的栅极和MOS管M4的栅极电连接；所述MOS管M2的栅极分别与MOS管M5的栅极、MOS管M2的漏极和MOS管M4的漏极电连接；所述MOS管M5的漏极与MOS管M13的源极电连接。

4.根据权利要求3所述的一种比较器，其特征在于，还包括保护单元，所述保护单元包括MOS管15、MOS管M16、MOS管M17、MOS管M18、MOS管M19、MOS管M20和电容C1；

所述MOS管M15的源极分别与MOS管M16的源极和MOS管M19的源极电连接，用于输入所述工作电压；所述MOS管M15的栅极分别与MOS管M2的栅极和MOS管M19的栅极电连接；所述MOS管M15的漏极分别与MOS管M17的源极、MOS管M16的漏极和MOS管M20的栅极电连接，MOS管M16的栅极与三极管Q2的集电极电连接，MOS管M20的源极分别与MOS管M19的漏极和三极管Q2的基极电连接，MOS管M20的漏极接地；MOS管M17的栅极分别与MOS管M17的漏极和MOS管M18的源极电连接，MOS管M18的栅极和电容C1一端均接地，电容C1另一端与MOS管M18的漏极电连接。

5.根据权利要求3所述的一种比较器，其特征在于，还包括钳位单元，所述钳位单元与所述比较单元的检测信号输出端电连接，用于在所述比较单元输出低电平状态的信号后将所述检测信号输出端的电平拉低为电平状态；

所述钳位单元包括电容C2、MOS管M30、MOS管M31、MOS管M32、MOS管M33、MOS管M34、MOS管M35、MOS管M36、电容C3、反相器INV1和施密特触发器SMT；

所述检测信号输出端分别与电容C2一端、MOS管M30的漏极和施密特触发器SMT的输入端电连接，施密特触发器SMT的输出端与反相器INV1的输入端电连接，电容C2另一端接地；MOS管M30的栅极分别与MOS管M33的漏极和MOS管M34的漏极电连接，MOS管M30的源极与MOS管M31的漏极电连接，MOS管M31的栅极分别与MOS管M3的栅极和MOS管M36的栅极电连接，MOS管M31的源极接地；

MOS管M32的漏极与MOS管M35的漏极电连接，用于接入所述工作电压，MOS管M32的栅极与MOS管M7的栅极电连接，MOS管M32的源极与MOS管M33的源极电连接，MOS管M33的栅极分别与MOS管M34的栅极、MOS管M35的源极、MOS管M36的漏极和电容C3一端电连接，MOS管M34的源极、电容C3另一端和MOS管M36的源极均接地，MOS管M35的栅极与MOS管M2的栅极电连接。

6.一种检测电路，其特征在于，包括权利要求3-5任一项所述的一种比较器，还包括电阻R20和MOS管M50，所述工作电压分别输入到所述比较器的分压单元和电阻R20一端，电阻R20另一端与MOS管M50的漏极电连接，比较器的正输入端输入第一基准电压，比较器输出的检测信号输入到MOS管M50的栅极，MOS管M50的源极接地。

7.一种分级电路，其特征在于，包括权利要求6所述的检测电路，还包括反相器INV10、反相器INV11、与非门NAND1、第二比较器CMP2、稳压单元和电阻R30；

第二比较器CMP2的负输入端用于输入第二基准电压，第二比较器的正输入端与稳压单元的电源输入端电连接，用于输入所述工作电压，第二比较器CMP2的输出端与反相器INV10的输入端电连接，反相器INV10的输出端与与非门NAND1的第一输入端电连接，反相器INV11的输入端用于输入标志信号，所述标志信号在所述检测信号为高电平信号时为高电平状态，在所述检测信号为低电平时为低电平状态，所述反相器INV11的输出端和与非门NAND1的第二输入端电连接，与非门NAND1的输出端与稳压单元电连接，所述稳压单元在与非门NAND1输出低电平时向所述电阻R30一端输入稳压电压，所述电阻R30另一端接地。

8.一种POE供电系统，其特征在于，包括权利要求7所述的分级电路，其特征在于，还包括PSE供电单元、第三比较器CMP3和状态标志判断单元，所述状态标志判断单元包括与非门NAND10、与非门NAND11、与非门NAND12、与非门NAND13和反相器INV14；

所述第三比较器CMP3的负输入端用于输入第三基准电压，所述第三比较器CMP3的正输入端用于输入所述工作电压，所述第三比较器CMP3的输出端分别和与非门NAND10的第一输入端和与非门NAND12的第一输入端电连接，所述与非门NAND10的第二输入端分别和与非门NAND12的输出端和与非门NAND13的第二输入端电连接，与非门NAND12的第二输入端与反相器INV14的输出端电连接，反相器INV14的输入端用于输入所述标志信号；所述与非门NAND10的输出端和与非门NAND11的第一输入端电连接，所述与非门NAND11的第二输入端与与非门NAND13的输出端电连接，所述与非门NAND11的输出端和与非门NAND12的第一输入端电连接；

所述PSE供电单元用于输出所述工作电压，且分别与所述检测电路和分级电路电连接，在所述检测电路输出低电平状态的检测信号时输出所述标志信号，以及依据所述稳压单元输出的稳压电压来计算流过电阻R30的电流大小，并依据流过电阻R30的电流大小来设定自身输出功率等级，所述PSE供电单元依据设定自身输出功率等级输出对应电源；所述输出功率等级包括五个等级，分别为等级零、等级一、等级二、等级三和等级四；

当自身输出功率等级为等级四时，所述PSE供电单元先将所述工作电压拉低至第一电压区间来进行二次检测，所述第一电压区间的下区间点大于所述第三基准电压，所述第一电压区间的上区间点小于所述第一基准电压，在二次检测完成后，接着将所述工作电压拉高至第二电压区间进行二次分级，所述第二电压区间的下区间点大于所述第一基准电压，所述第二电压区间的上区间点小于所述第二基准电压，所述PSE供电单元在二次分级后仍然将自己的输出功率等级设定为等级四时，将所述工作电压拉低至第一基准电压以下，并通过所述状态标志判断单元输出设定信号，所述设定信号用于让所述PSE供电单元向功率等级为四级的PD设备供电。