CN117478108B - 比较电路及比较器 - Google Patents

Abstract

本申请适用于电子电路技术领域，提供了一种比较电路及比较器。比较电路包括第一钳位模块、第二钳位模块、比较模块、电流偏置模块和电压转换模块，电流偏置模块接收目标电流，根据目标电流分别向第一钳位模块和第二钳位模块输出偏置电流；第一钳位模块根据偏置电流向比较模块输出第一钳位电压；第二钳位模块根据偏置电流向比较模块输出第二钳位电压和第三钳位电压；比较模块接收第一信号和第二信号，在第一钳位电压、第二钳位电压和第三钳位电压的作用下对第一信号和第二信号进行比较，并向电压转换模块输出比较信号；电压转换模块对比较信号进行电压转换，得到目标信号。本申请解决了采用低压器件的比较器在高压信号下无法正常工作的问题。

Description

比较电路及比较器

技术领域

本申请属于电子电路技术领域，尤其涉及一种比较电路及比较器。

背景技术

比较器是一种将两路电压进行比较从而选择输出高电平信号或低电平信号的器件，其具有非线性特性，被广泛应用于需要对信号进行比较的电路中，比如开关电路、电源电路、模数转换电路等。

在电路的信号交互过程中，经常会出现一些高压信号，这会导致比较器中的低压器件工作在过压状态，从而发生击穿，最终影响比较器的正常使用。

发明内容

本申请实施例提供了一种比较电路及比较器，可以解决采用低压器件的比较器在高压信号下无法正常工作的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种比较电路，包括第一钳位模块、第二钳位模块、比较模块、电流偏置模块和电压转换模块，所述比较模块分别与所述第一钳位模块、所述第二钳位模块和所述电压转换模块电连接，所述电流偏置模块分别与所述第一钳位模块和所述第二钳位模块电连接，所述第一钳位模块与所述比较模块均用于与第一电源电连接，所述第二钳位模块和所述电压转换模块均用于与第二电源电连接；

所述电流偏置模块用于接收目标电流，根据所述目标电流分别向所述第一钳位模块和所述第二钳位模块输出偏置电流；所述第一钳位模块用于根据所述偏置电流向所述比较模块输出第一钳位电压；所述第二钳位模块用于根据所述偏置电流向所述比较模块输出第二钳位电压和第三钳位电压；所述比较模块用于接收第一信号和第二信号，在所述第一钳位电压、所述第二钳位电压和所述第三钳位电压的作用下对所述第一信号和所述第二信号进行比较，并向所述电压转换模块输出比较信号；所述电压转换模块用于对所述比较信号进行电压转换，得到目标信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一钳位模块包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的源极用于与所述第一电源电连接，所述第一场效应管的栅极分别与所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的源极电连接，所述第二场效应管的栅极分别与所述第二场效应管的漏极、所述电流偏置模块和所述比较模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二钳位模块包括第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极均用于与所述第二电源电连接，所述第三场效应管的漏极与所述比较模块电连接，所述第三场效应管的源极与所述电流偏置模块电连接，所述第四场效应管的漏极与所述比较模块电连接，所述第四场效应管的源极与所述电流偏置模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述比较模块包括第一比较单元、第二比较单元、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、第四电流镜和钳位单元，所述第一比较单元分别与所述第二钳位模块和所述第二比较单元电连接，所述第一比较单元、所述第一电流镜的第一端、所述第一电流镜的第二端、所述第二电流镜的第一端和所述第二电流镜的第二端均用于与所述第一电源电连接，所述第一电流镜的第三端和所述第二电流镜的第三端均与所述钳位单元电连接，所述第一电流镜的第四端和所述第二电流镜的第四端均与所述第二比较单元电连接，所述第二比较单元与所述第二钳位模块电连接，所述第三电流镜的第一端分别与所述第四电流镜的第一端、所述钳位单元和所述电压转换模块电连接，所述第三电流镜的第二端分别与所述第四电流镜的第二端、所述钳位单元和所述电压转换模块电连接，所述第三电流镜的第三端、所述第三电流镜的第四端、所述第四电流镜的第三端和所述第四电流镜的第四端均接地；

所述第一比较单元用于接收所述第一信号、所述第二信号和所述第二钳位电压，在所述第二钳位电压的作用下，根据所述第一信号向所述第二比较单元输出第一电压，根据所述第二信号向所述第二比较单元输出第二电压；所述第二比较单元用于接收所述第三钳位电压，在所述第三钳位电压的作用下，根据所述第一电压向所述第二电流镜输出第一电流，根据所述第二电压向所述第一电流镜输出第二电流；所述钳位单元用于接收所述第一钳位电压，根据所述第一钳位电压向所述第一电流镜输出第一钳位子电压，向所述第二电流镜输出第二钳位子电压，向所述第三电流镜输出第三钳位子电压和第四钳位子电压，向所述第四电流镜输出所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压；所述第一电流镜用于在所述第一钳位子电压的作用下，将所述第二电流复制到所述第三电流镜和所述第四电流镜；所述第二电流镜用于在所述第二钳位子电压的作用下，将所述第一电流复制到所述第三电流镜和所述第四电流镜；所述第三电流镜用于在所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压的作用下，根据所述第一电流和所述第二电流向所述电压转换模块输出所述比较信号中的第一比较子信号；所述第四电流镜用于在所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压的作用下，根据所述第一电流和所述第二电流向所述电压转换模块输出所述比较信号中的第二比较子信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述钳位单元包括第五场效应管和第六场效应管，所述第五场效应管的栅极分别与所述第六场效应管的栅极和所述第一钳位模块电连接，所述第五场效应管的源极与所述第一电流镜的第三端电连接，所述第五场效应管的漏极分别与所述第三电流镜的第一端和所述第四电流镜的第一端电连接，所述第六场效应管的源极与所述第二电流镜的第三端电连接，所述第六场效应管的漏极分别与所述第四电流镜的第二端和所述第三电流镜的第二端电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一比较单元包括第一电阻、第二电阻、第七场效应管和第八场效应管，所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端均用于与所述第一电源电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第七场效应管的漏极和所述第二比较单元电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第八场效应管的漏极和所述第二比较单元电连接，所述第七场效应管的源极和所述第八场效应管的源极均与所述第二钳位模块电连接，所述第七场效应管的栅极用于接收所述第一信号，所述第八场效应管的栅极用于接收所述第二信号。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二比较单元包括第九场效应管和第十场效应管，所述第九场效应管的栅极和所述第十场效应管的栅极均与所述第一比较单元电连接，所述第九场效应管的漏极与所述第一电流镜的第四端电连接，所述第十场效应管的漏极与所述第二电流镜的第四端电连接，所述第九场效应管的源极和所述第十场效应管的源极均与所述第二钳位模块电连接。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电流偏置模块包括第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管和第二十二场效应管，所述第十九场效应管的漏极用于接收所述目标电流，所述第十九场效应管的栅极分别与所述第十九场效应管的漏极、所述第二十场效应管的栅极、所述第二十一场效应管的栅极和所述第二十二场效应管的栅极电连接，所述第二十场效应管的漏极与所述第一钳位模块电连接，所述第二十一场效应管的漏极和所述第二十二场效应管的漏极均与所述第二钳位模块电连接，所述第十九场效应管的源极、所述第二十场效应管的源极、所述第二十一场效应管的源极和所述第二十二场效应管的源极均接地。

在第一方面的一种可能的实现方式中，所述电压转换模块包括第二十三场效应管、第二十四场效应管、第二十五场效应管、第二十六场效应管和反相器，所述第二十三场效应管的栅极和所述第二十四场效应管的栅极均与所述比较模块电连接，所述第二十三场效应管的源极和所述第二十四场效应管的源极均接地，所述第二十三场效应管的漏极分别与所述第二十五场效应管的漏极和所述第二十六场效应管的栅极电连接，所述第二十四场效应管的漏极分别与所述第二十六场效应管的漏极、所述第二十五场效应管的栅极和所述反相器的输入端电连接，所述第二十五场效应管的源极和所述第二十六场效应管的源极均用于与所述第二电源电连接。

第二方面，本申请实施例提供了一种比较器，包括第一方面中任一项所述的比较电路。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例提供了一种比较电路，包括第一钳位模块、第二钳位模块、比较模块、电流偏置模块和电压转换模块，比较模块分别与第一钳位模块、第二钳位模块和电压转换模块电连接，电流偏置模块分别与第一钳位模块和第二钳位模块电连接，第一钳位模块与比较模块均用于与第一电源电连接，第二钳位模块和电压转换模块均用于与第二电源电连接。

电流偏置模块用于接收目标电流，根据目标电流分别向第一钳位模块和第二钳位模块输出偏置电流。第一钳位模块用于根据偏置电流向比较模块输出第一钳位电压。第二钳位模块用于根据偏置电流向比较模块输出第二钳位电压和第三钳位电压。比较模块用于接收第一信号和第二信号，在第一钳位电压、第二钳位电压和第三钳位电压的作用下对第一信号和第二信号进行比较，并向电压转换模块输出比较信号。电压转换模块用于对比较信号进行电压转换，得到目标信号。其中，第一信号和第二信号为两路需要进行比较的信号，由外部电路产生。

在第一信号和第二信号为高压信号且第一电源为高压电源时，本申请通过第一钳位模块和第二钳位模块实现了对比较模块的保护，从而使得比较模块在高压信号输入和高压电源下能够正常工作，并在高压信号输入和高压电源下，通过电压转换模块进行电压转换，以实现低电压输出。因此，本申请实施例提供的比较电路解决了采用低压器件的比较器在高压信号下无法正常工作的问题。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的比较电路的原理框图；

图2是本申请另一实施例提供的比较电路的原理框图；

图3是本申请一实施例提供的比较电路的电路连接示意图。

图中：10、第一钳位模块；20、第二钳位模块；30、比较模块；31、第一比较单元；32、第二比较单元；33、第一电流镜；34、第二电流镜；35、第三电流镜；36、第四电流镜；37、钳位单元；40、电流偏置模块；50、电压转换模块；60、第一电源；70、第二电源。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当…时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

在相关技术中，为实现对电压的比较、跟随控制等功能，已经有很多种类的比较器，按照组成器件的不同，比较器可以分为采用三极管实现的比较器和采用场效应管实现的比较器，由于后者响应速度较快，而被广泛应用于各类电路中。

在电路的信号交互过程中，经常会出现一些高压信号，传统的解决办法是比较器采用高压器件实现，由于高压器件的成本较高，所以无法满足对低成本的需求。

为了满足对低成本的需求，比较器可以采用低压器件实现，但在高压信号下，会导致比较器中的低压器件工作在过压状态，从而发生击穿，最终影响比较器的正常使用。

针对上述问题，本申请实施例提出了一种比较电路，如图1所示，比较电路包括第一钳位模块10、第二钳位模块20、比较模块30、电流偏置模块40和电压转换模块50，比较模块30分别与第一钳位模块10、第二钳位模块20和电压转换模块50电连接，电流偏置模块40分别与第一钳位模块10和第二钳位模块20电连接，第一钳位模块10与比较模块30均用于与第一电源60电连接，第二钳位模块20和电压转换模块50均用于与第二电源70电连接。

在本申请实施例中，电流偏置模块40用于接收目标电流，根据目标电流分别向第一钳位模块10和第二钳位模块20输出偏置电流。第一钳位模块10用于根据偏置电流向比较模块30输出第一钳位电压。第二钳位模块20用于根据偏置电流向比较模块30输出第二钳位电压和第三钳位电压。比较模块30用于接收第一信号和第二信号，在第一钳位电压、第二钳位电压和第三钳位电压的作用下对第一信号和第二信号进行比较，并向电压转换模块50输出比较信号。电压转换模块50用于对比较信号进行电压转换，得到目标信号。其中，第一信号和第二信号为两路需要进行比较的信号，由外部电路产生，由于本申请实施例提供的比较电路应用于需要对信号进行比较的电路中，比如开关电路、电源电路、模数转换电路等，因此本申请对产生第一信号和第二信号的外部电路不作限定。

在第一信号和第二信号为高压信号且第一电源60为高压电源时，本申请通过第一钳位模块10和第二钳位模块20实现了对比较模块30的保护，从而使得比较模块30在高压信号输入和高压电源下能够正常工作，并在高压信号输入和高压电源下，通过电压转换模块50进行电压转换，以实现低电压输出。因此，本申请实施例提供的比较电路解决了采用低压器件的比较器在高压信号下无法正常工作的问题。

如图2所示，比较模块30包括第一比较单元31、第二比较单元32、第一电流镜33、第二电流镜34、第三电流镜35、第四电流镜36和钳位单元37，第一比较单元31分别与第二钳位模块20和第二比较单元32电连接，第一比较单元31、第一电流镜33的第一端、第一电流镜33的第二端、第二电流镜34的第一端和第二电流镜34的第二端均用于与第一电源60电连接，第一电流镜33的第三端和第二电流镜34的第三端均与钳位单元37电连接，第一电流镜33的第四端和第二电流镜34的第四端均与第二比较单元32电连接，第二比较单元32与第二钳位模块20电连接，第三电流镜35的第一端分别与第四电流镜36的第一端、钳位单元37和电压转换模块50电连接，第三电流镜35的第二端分别与第四电流镜36的第二端、钳位单元37和电压转换模块50电连接，第三电流镜35的第三端、第三电流镜35的第四端、第四电流镜36的第三端和第四电流镜36的第四端均接地。

在本申请实施例中，第一比较单元31用于接收第一信号、第二信号和第二钳位电压，在第二钳位电压的作用下，根据第一信号向第二比较单元32输出第一电压，根据第二信号向第二比较单元32输出第二电压。第二比较单元32用于接收第三钳位电压，在第三钳位电压的作用下，根据第一电压向第二电流镜34输出第一电流，根据第二电压向第一电流镜33输出第二电流。钳位单元37用于接收第一钳位电压，根据第一钳位电压向第一电流镜33输出第一钳位子电压，向第二电流镜34输出第二钳位子电压，向第三电流镜35输出第三钳位子电压和第四钳位子电压，向第四电流镜36输出第三钳位子电压和第四钳位子电压。第一电流镜33用于在第一钳位子电压的作用下，将第二电流复制到第三电流镜35和第四电流镜36。第二电流镜34用于在第二钳位子电压的作用下，将第一电流复制到第三电流镜35和第四电流镜36。第三电流镜35用于在第三钳位子电压和第四钳位子电压的作用下，根据第一电流和第二电流向电压转换模块50输出比较信号中的第一比较子信号。第四电流镜36用于在第三钳位子电压和第四钳位子电压的作用下，根据第一电流和第二电流向电压转换模块50输出比较信号中的第二比较子信号。

如图3所示，第一钳位模块10包括第一场效应管M1和第二场效应管M2，第一场效应管M1的源极用于与第一电源60电连接，接收第一电源电压VDD，第一场效应管M1的栅极分别与第一场效应管M1的漏极和第二场效应管M2的源极电连接，第二场效应管M2的栅极分别与第二场效应管M2的漏极、电流偏置模块40和比较模块30电连接。

在本申请实施例中，第一场效应管M1和第二场效应管M2的连接方式相当于二极管，在电流偏置模块40提供的偏置电流下，向比较模块30输出第一钳位电压，第一钳位电压为VDD-Vgs1-Vgs2，其中，Vgs1为第一场效应管M1的栅源电压，Vgs2为第二场效应管M2栅源电压，通过调节第一场效应管M1和第二场效应管M2的宽和长，可以改变第一钳位电压的值，以满足实际情况使用。

示例性的，第一场效应管M1和第二场效应管M2均为PMOS（positive channelMetal Oxide Semiconductor，正沟道金属氧化物半导体）管。

需要说明的是，第一钳位模块10也可由实现其功能的其他模块替换，不限于此。

如图3所示，第二钳位模块20包括第三场效应管M3和第四场效应管M4，第三场效应管M3的栅极和第四场效应管M4的栅极均用于与第二电源70电连接，接收第二电源电压AVDD，第三场效应管M3的漏极与比较模块30电连接，第三场效应管M3的源极与电流偏置模块40电连接，第四场效应管M4的漏极与比较模块30电连接，第四场效应管M4的源极与电流偏置模块40电连接。

在本申请实施例中，第三场效应管M3在第二电源电压AVDD的作用下向比较模块30输出第二钳位电压，第二钳位电压为VD3，VD3=AVDD-Vgs3+Vds3，其中，VD3为第三场效应管M3的漏极电压，Vgs3为第三场效应管M3的栅源电压，Vds3为第三场效应管M3的漏源电压。通过调节第三场效应管M3的宽和长，可以改变第二钳位电压的值，以满足实际情况使用。第四场效应管M4在第二电源电压AVDD的作用下向比较模块30输出第三钳位电压，第三钳位电压VD4，VD4=AVDD-Vgs4+Vds4，其中，VD4为第四场效应管M4的漏极电压，Vgs4为第四场效应管M4的栅源电压，Vds4为第四场效应管M4的漏源电压。通过调节第四场效应管M4的宽和长，可以改变第三钳位电压的值，以满足实际情况使用。

示例性的，第三场效应管M3和第四场效应管M4均为NMOS（n-metal-oxide-semiconductor，n型金属-氧化物-半导体）管。

需要说明的是，第二钳位模块20也可由实现其功能的其他模块替换，不限于此。

如图3所示，钳位单元37包括第五场效应管M5和第六场效应管M6，第五场效应管M5的栅极分别与第六场效应管M6的栅极和第一钳位模块10电连接，第五场效应管M5的源极与第一电流镜33的第三端电连接，第五场效应管M5的漏极分别与第三电流镜35的第一端和第四电流镜36的第一端电连接，第六场效应管M6的源极与第二电流镜34的第三端电连接，第六场效应管M6的漏极分别与第四电流镜36的第二端和第三电流镜35的第二端电连接。根据图3可知，第五场效应管M5的栅极分别与第六场效应管M6的栅极和第二场效应管M2的栅极、第二场效应管M2的漏极和电流偏置模块40电连接。

在本申请实施例中，第五场效应管M5和第六场效应管M6相当于源极跟随器，第五场效应管M5的栅极上的电压为第一钳位电压，第五场效应管M5的源极上的电压为第一钳位电压与第五场效应管M5的栅源电压之和，第五场效应管M5的源极上的电压为向第一电流镜33输出的第一钳位子电压。第五场效应管M5的漏极上的电压为第一钳位子电压与第五场效应管M5的源漏电压之差，第五场效应管M5的漏极上的电压为向第三电流镜35和第四电流镜36输出的第三钳位子电压。通过调节第五场效应管M5的宽和长，可以改变第一钳位子电压和第三钳位子电压的值，以满足实际情况使用。

第六场效应管M6的栅极上的电压为第一钳位电压，第六场效应管M6的源极上的电压为第一钳位电压与第六场效应管M6的栅源电压之和，第六场效应管M6的源极上的电压为向第二电流镜34输出的第二钳位子电压。第六场效应管M6的漏极上的电压为第二钳位子电压与第六场效应管M6的源漏电压之差，第六场效应管M6的漏极上的电压为向第三电流镜35和第四电流镜36输出的第四钳位子电压。通过调节第六场效应管M6的宽和长，可以改变第二钳位子电压和第四钳位子电压的值，以满足实际情况使用。

示例性的，第五场效应管M5和第六场效应管M6均为PMOS管。

需要说明的是，钳位单元37也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第一比较单元31包括第一电阻R1、第二电阻R2、第七场效应管M7和第八场效应管M8，第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端均用于与第一电源60电连接，接收第一电源电压VDD，第一电阻R1的第二端分别与第七场效应管M7的漏极和第二比较单元32电连接，第二电阻R2的第二端分别与第八场效应管M8的漏极和第二比较单元32电连接，第七场效应管M7的源极和第八场效应管M8的源极均与第二钳位模块20电连接，第七场效应管M7的栅极用于接收第一信号V1，第八场效应管M8的栅极用于接收第二信号V2。根据图3可知，第七场效应管M7的源极和第八场效应管M8的源极均与第三场效应管M3的漏极电连接。

在本申请实施例中，第七场效应管M7的源极和第八场效应管M8的源极处的电压均为第二钳位电压，通过调节第二钳位电压的值，使第七场效应管M7和第八场效应管M8在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第七场效应管M7和第八场效应管M8被击穿。

在满足第七场效应管M7和第八场效应管M8正常工作的情况下，第七场效应管M7的栅极在第一信号V1的作用下导通，并通过第一电阻R1的分压作用向第二比较单元32输出第一电压，第八场效应管M8的栅极在第二信号V2的作用下导通，并通过第二电阻R2的分压作用向第二比较单元32输出第二电压。

示例性的，第七场效应管M7和第八场效应管M8均为NMOS管。

需要说明的是，第一比较单元31也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第二比较单元32包括第九场效应管M9和第十场效应管M10，第九场效应管M9的栅极和第十场效应管M10的栅极均与第一比较单元31电连接，第九场效应管M9的漏极与第一电流镜33的第四端电连接，第十场效应管M10的漏极与第二电流镜34的第四端电连接，第九场效应管M9的源极和第十场效应管M10的源极均与第二钳位模块20电连接。根据图3可知，第九场效应管M9的栅极分别与第八场效应管M8的漏极和第二电阻R2的第二端电连接。第十场效应管M10的栅极分别与第七场效应管M7的漏极和第一电阻R1的第二端电连接。第九场效应管M9的源极和第十场效应管M10的源极均与第四场效应管M4的漏极电连接。

在本申请实施例中，第九场效应管M9的源极和第十场效应管M10的源极处的电压均为第三钳位电压，通过调节第三钳位电压的值，使第九场效应管M9和第十场效应管M10在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第九场效应管M9和第十场效应管M10被击穿。

在满足第九场效应管M9和第十场效应管M10正常工作的情况下，第十场效应管M10的栅极在第一电压的作用下导通，并向第二电流镜34的第四端输出第一电流。第九场效应管M9的栅极在第二电压的作用下导通，并向第一电流镜33的第四端输出第二电流。

示例性的，第九场效应管M9和第十场效应管M10均为NMOS管。

需要说明的是，第二比较单元32也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第一电流镜33包括第十一场效应管M11和第十二场效应管M12，第十一场效应管M11的源极和第十二场效应管M12的源极均用于接收第一电源电压VDD，第十一场效应管M11的栅极分别与第十二场效应管M12的栅极、第十二场效应管M12的漏极和第九场效应管M9的漏极电连接，第十一场效应管M11的漏极与第五场效应管M5的源极电连接。

在本申请实施例中，第十一场效应管M11的漏极处的电压为第一钳位子电压，通过改变第一钳位子电压的值，使第十一场效应管M11在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十一场效应管M11被击穿。

第九场效应管M9在第三钳位电压的作用下能够在高压信号输入和高压电源供电下正常工作，那么第十二场效应管M12在第三钳位电压的作用下也能够在高压信号输入和高压电源供电下正常工作。

在满足第十一场效应管M11和第十二场效应管M12正常工作的情况下，由于第一电流镜33的第四端处的电流为第二电流，在电流镜的镜像作用下，会将第二电流复制到第三电流镜35的第一端和第四电流镜36的第一端。

需要说明的是，第一钳位子电压应大于第一电源电压VDD与第十一场效应管M11的击穿电压之差，且应小于第五场效应管M5的击穿电压。

示例性的，第十一场效应管M11和第十二场效应管M12均为PMOS管。

需要说明的是，第一电流镜33也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第二电流镜34包括第十三场效应管M13和第十四场效应管M14，第十三场效应管M13的源极和第十四场效应管M14的源极均用于接收第一电源电压VDD，第十三场效应管M13的栅极分别与第十四场效应管M14的栅极、第十三场效应管M13的漏极和第十场效应管M10的漏极电连接，第十四场效应管M14的漏极与第六场效应管M6的源极电连接。

在本申请实施例中，第十四场效应管M14的漏极处的电压为第二钳位子电压，通过改变第二钳位子电压的值，使第十四场效应管M14在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十四场效应管M14被击穿。

第十场效应管M10在第三钳位电压的作用下能够在高压信号输入和高压电源供电下正常工作，那么第十三场效应管M13在第三钳位电压的作用下也能够在高压信号输入和高压电源供电下正常工作。

在满足第十三场效应管M13和第十四场效应管M14正常工作的情况下，由于第二电流镜34的第四端处的电流为第一电流，在电流镜的镜像作用下，会将第一电流复制到第三电流镜35的第二端和第四电流镜36的第二端。

需要说明的是，第二钳位子电压应大于第一电源电压VDD与第十四场效应管M14的击穿电压之差，且应小于第六场效应管M6的击穿电压。

示例性的，第十三场效应管M13和第十四场效应管M14均为PMOS管。

需要说明的是，第二电流镜34也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第三电流镜35包括第十五场效应管M15和第十六场效应管M16，第十五场效应管M15的栅极分别与第五场效应管M5的漏极、第十六场效应管M16的栅极、第十五场效应管M15的漏极、第四电流镜36的第一端和电压转换模块50电连接，第十六场效应管M16的漏极分别与第六场效应管M6的漏极、第四电流镜36的第二端和电压转换模块50电连接，第十五场效应管M15的源极和第十六场效应管M16的源极均接地。

在本申请实施例中，第十五场效应管M15的漏极处的电压为第三钳位子电压，通过改变第三钳位子电压的值，使第十五场效应管M15在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十五场效应管M15被击穿。需要说明的是，第三钳位子电压与第一钳位子电压相关，在第一钳位子电压被设置到合适的电压值时，第五场效应管M5不会被击穿，则第十五场效应管M15也不会被击穿。

第十六场效应管M16的漏极处的电压为第四钳位子电压，通过改变第四钳位子电压的值，使第十六场效应管M16在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十六场效应管M16被击穿。需要说明的是，第四钳位子电压与第二钳位子电压相关，在第二钳位子电压被设置到合适的电压值时，第六场效应管M6不会被击穿，则第十六场效应管M16不会被击穿。

在满足第十五场效应管M15和第十六场效应管M16正常工作的情况下，第十五场效应管M15和第十六场效应管M16分别根据第一电流和第二电流向电压转换模块50输出比较信号中的第一比较子信号。

示例性的，第十五场效应管M15和第十六场效应管M16均为NMOS管。

需要说明的是，第三电流镜35也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，第四电流镜36包括第十七场效应管M17和第十八场效应管M18，第十七场效应管M17的栅极分别与第十八场效应管M18的栅极、第十八场效应管M18的漏极、第六场效应管M6的漏极、第十六场效应管M16的漏极和电压转换模块50电连接，第十七场效应管M17的漏极分别与第十五场效应管M15的漏极、第十五场效应管M15的栅极、第十六场效应管M16的栅极、第五场效应管M5的漏极和电压转换模块50电连接。

在本申请实施例中，第十八场效应管M18的漏极处的电压为第四钳位子电压，通过改变第四钳位子电压的值，使第十八场效应管M18在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十八场效应管M18被击穿。需要说明的是，第四钳位子电压与第二钳位子电压相关，在第二钳位子电压被设置到合适的电压值时，第六场效应管M6不会被击穿，则第十八场效应管M18不会被击穿。

第十七场效应管M17的漏极处的电压为第三钳位子电压，通过改变第三钳位子电压的值，使第十七场效应管M17在高压信号输入和高压电源供电下可以正常工作，防止第十七场效应管M17被击穿。需要说明的是，第三钳位子电压与第一钳位子电压相关，在第一钳位子电压被设置到合适的电压值时，第五场效应管M5不会被击穿，则第十七场效应管M17也不会被击穿。

在满足第十七场效应管M17和第十八场效应管M18正常工作的情况下，第十七场效应管M17和第十八场效应管M18分别根据第一电流和第二电流向电压转换模块50输出比较信号中的第二比较子信号。其中，第一比较子信号和第二比较子信号为相反的两个信号。

示例性的，第十七场效应管M17和第十八场效应管M18均为NMOS管。

需要说明的是，第四电流镜36也可由实现其功能的其他单元替换，不限于此。

如图3所示，电流偏置模块40包括第十九场效应管M19、第二十场效应管M20、第二十一场效应管M21和第二十二场效应管M22，第十九场效应管M19的漏极用于接收目标电流Im，第十九场效应管M19的栅极分别与第十九场效应管M19的漏极、第二十场效应管M20的栅极、第二十一场效应管M21的栅极和第二十二场效应管M22的栅极电连接，第二十场效应管M20的漏极与第一钳位模块10电连接，第二十一场效应管M21的漏极和第二十二场效应管M22的漏极均与第二钳位模块20电连接，第十九场效应管M19的源极、第二十场效应管M20的源极、第二十一场效应管M21的源极和第二十二场效应管M22的源极均接地。根据图3可知，第二十场效应管M20的漏极分别与第二场效应管M2的漏极、第二场效应管M2的栅极、第五场效应管M5的栅极和第六场效应管M6的栅极电连接。第二十一场效应管M21的漏极与第三场效应管M3的源极电连接。第二十二场效应管M22的漏极与第四场效应管M4的漏极电连接。

在本申请实施例中，电流偏置模块40根据电流镜的镜像作用，分别向第一钳位模块10和第二钳位模块20输出偏置电流，其中偏置电流等于目标电流Im。

示例性的，第十九场效应管M19、第二十场效应管M20、第二十一场效应管M21和第二十二场效应管M22均为NMOS管。

需要说明的是，电流偏置模块40也可由实现其功能的其他模块替换，不限于此。

如图3所示，电压转换模块50包括第二十三场效应管M23、第二十四场效应管M24、第二十五场效应管M25、第二十六场效应管M26和反相器INV，第二十三场效应管M23的栅极和第二十四场效应管M24的栅极均与比较模块30电连接，第二十三场效应管M23的源极和第二十四场效应管M24的源极均接地，第二十三场效应管M23的漏极分别与第二十五场效应管M25的漏极和第二十六场效应管M26的栅极电连接，第二十四场效应管M24的漏极分别与第二十六场效应管M26的漏极、第二十五场效应管M25的栅极和反相器INV的输入端电连接，第二十五场效应管M25的源极和第二十六场效应管M26的源极均用于与第二电源70电连接，用于接收第二电源电压AVDD。根据图3可知，第二十三场效应管M23的栅极分别第十七场效应管M17的漏极、第十五场效应管M15的漏极、第十五场效应管M15的栅极、第十六场效应管M16的栅极和第五场效应管M5的漏极。第二十四场效应管M24的栅极分别第十六场效应管M16的漏极、第六场效应管M6的漏极、第十八场效应管M18的漏极、第十八场效应管M18的栅极和第十七场效应管M17的栅极电连接。

在本申请实施例中，第二十四场效应管M24的栅极处的信号为第一比较子信号，第二十三场效应管M23的栅极处的信号为第二比较子信号，由于第一比较子信号和第二比较子信号为相反的两个信号，那么第二十四场效应管M24和第二十三场效应管M23只有一个导通。在第二十四场效应管M24导通时，第二十五场效应管M25导通，第二十六场效应管M26关断，反相器INV的输入低电平信号，经过反相器INV翻转后输出高电平信号，即目标信号为高电平信号。在第二十三场效应管M23导通时，第二十六场效应管M26导通，第二十五场效应管M25关断，反相器INV的输入为高电平信号，经过反相器INV翻转后输出低电平信号，即目标信号为低电平信号。

示例性的，第二十三场效应管M23和第二十四场效应管M24均为NMOS管，第二十五场效应管M25和第二十六场效应管M26均为PMOS管。

需要说明的是，电压转换模块50也可由实现其功能的其他模块替换，不限于此。

需要说明的是，第一电源电压VDD的范围为0-10V，在第一电源电压VDD小于低压管的击穿电压时，第二电源电压AVDD等于第一电源电压VDD。在第一电源电压VDD大于低压管的击穿电压时，第二电源电压AVDD应小于低压管的击穿电压。第一信号V1和第二信号V2的电压范围为0-10V，第一信号V1的电压应大于第一电源电压VDD与第七场效应管M7的击穿电压之差，且应小于第一电源电压VDD，第二信号V2的电压应大于第一电源电压VDD与第八场效应管M8的击穿电压之差，且应小于第一电源电压VDD。

下面结合图3，以第一信号V1为5V，第二信号V2为6V，第一电源电压VDD为10V，本申请中的场效应管的击穿电压为5.5V，第二电源电压AVDD为5V为例，说明比较电路的工作原理。

由于第二信号V2大于第一信号V1，则第八场效应管M8所在支路上的电流比较大，而第七场效应管M7所在支路上的电流几乎为0，则第一电压接近第一电源电压VDD，第二电压等于第一电源电压VDD与第二电阻R2的电压之差。由于第一电压大于第二电压，则第十场效应管M10所在支路上的电流比较大，即第一电流比较大，而第九场效应管M9所在支路上的电流几乎为0，即第二电流几乎为0。通过电流镜的镜像作用，那么第十五场效应管M15和第十七场效应管M17上的电流几乎为0，第十八场效应管M18和第十六场效应管M16的电流较大，因此第一比较子信号为高电平信号，第二比较子信号为低电平信号。由于第一比较子信号为高电平信号，则第二十四场效应管M24导通，进而使第二十五场效应管M25导通，则反相器INV输入的信号为低电平信号，经过反相器INV翻转后，输出高电平信号，即目标信号为高电平信号。

其中，第十五场效应管M15、第十六场效应管M16、第十七场效应管M17和第十八场效应管M18构成的结构可以起到加速比较的过程。例如：第十八场效应管M18上的电流越来越大，第十五场效应管M15的电流越来越小，由于第十五场效应管M15的寄生电容的作用，流过第十五场效应管M15的电流不会突变，那么第十六场效应管M16会从第十五场效应管M15上抽取电流，则第十八场效应管M18上的电流会越来越大，进而加速比较过程。

通过对比较电路在典型条件下进行仿真测试，比较电路的上升沿延迟时间为7ns，下降沿延迟时间为10ns，说明比较电路具有较快的比较速度。

需要说明的是，本申请中的场效应管为采用Tsmc0.25um工艺制作的低压管。

本申请实施例还提供了一种比较器，包括上述所述的比较电路。本申请实施例提供比较器可以高压信号下工作，具体工作原理请参照上述所述比较电路工作原理的描述，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种比较电路，其特征在于，包括第一钳位模块、第二钳位模块、比较模块、电流偏置模块和电压转换模块，所述比较模块分别与所述第一钳位模块、所述第二钳位模块和所述电压转换模块电连接，所述电流偏置模块分别与所述第一钳位模块和所述第二钳位模块电连接，所述第一钳位模块与所述比较模块均用于与第一电源电连接，所述第二钳位模块和所述电压转换模块均用于与第二电源电连接；

所述电流偏置模块用于接收目标电流，根据所述目标电流分别向所述第一钳位模块和所述第二钳位模块输出偏置电流；所述第一钳位模块用于根据所述偏置电流向所述比较模块输出第一钳位电压；所述第二钳位模块用于根据所述偏置电流向所述比较模块输出第二钳位电压和第三钳位电压；所述比较模块用于接收第一信号和第二信号，在所述第一钳位电压、所述第二钳位电压和所述第三钳位电压的作用下对所述第一信号和所述第二信号进行比较，并向所述电压转换模块输出比较信号；所述电压转换模块用于对所述比较信号进行电压转换，得到目标信号；

所述比较模块包括第一比较单元、第二比较单元、第一电流镜、第二电流镜、第三电流镜、第四电流镜和钳位单元，所述第一比较单元分别与所述第二钳位模块和所述第二比较单元电连接，所述第一比较单元、所述第一电流镜的第一端、所述第一电流镜的第二端、所述第二电流镜的第一端和所述第二电流镜的第二端均用于与所述第一电源电连接，所述第一电流镜的第三端和所述第二电流镜的第三端均与所述钳位单元电连接，所述第一电流镜的第四端和所述第二电流镜的第四端均与所述第二比较单元电连接，所述第二比较单元与所述第二钳位模块电连接，所述第三电流镜的第一端分别与所述第四电流镜的第一端、所述钳位单元和所述电压转换模块电连接，所述第三电流镜的第二端分别与所述第四电流镜的第二端、所述钳位单元和所述电压转换模块电连接，所述第三电流镜的第三端、所述第三电流镜的第四端、所述第四电流镜的第三端和所述第四电流镜的第四端均接地；

所述第一比较单元用于接收所述第一信号、所述第二信号和所述第二钳位电压，在所述第二钳位电压的作用下，根据所述第一信号向所述第二比较单元输出第一电压，根据所述第二信号向所述第二比较单元输出第二电压；所述第二比较单元用于接收所述第三钳位电压，在所述第三钳位电压的作用下，根据所述第一电压向所述第二电流镜输出第一电流，根据所述第二电压向所述第一电流镜输出第二电流；所述钳位单元用于接收所述第一钳位电压，根据所述第一钳位电压向所述第一电流镜输出第一钳位子电压，向所述第二电流镜输出第二钳位子电压，向所述第三电流镜输出第三钳位子电压和第四钳位子电压，向所述第四电流镜输出所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压；所述第一电流镜用于在所述第一钳位子电压的作用下，将所述第二电流复制到所述第三电流镜和所述第四电流镜；所述第二电流镜用于在所述第二钳位子电压的作用下，将所述第一电流复制到所述第三电流镜和所述第四电流镜；所述第三电流镜用于在所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压的作用下，根据所述第一电流和所述第二电流向所述电压转换模块输出所述比较信号中的第一比较子信号；所述第四电流镜用于在所述第三钳位子电压和所述第四钳位子电压的作用下，根据所述第一电流和所述第二电流向所述电压转换模块输出所述比较信号中的第二比较子信号。

2.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述第一钳位模块包括第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管的源极用于与所述第一电源电连接，所述第一场效应管的栅极分别与所述第一场效应管的漏极和所述第二场效应管的源极电连接，所述第二场效应管的栅极分别与所述第二场效应管的漏极、所述电流偏置模块和所述比较模块电连接。

3.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述第二钳位模块包括第三场效应管和第四场效应管，所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极均用于与所述第二电源电连接，所述第三场效应管的漏极与所述比较模块电连接，所述第三场效应管的源极与所述电流偏置模块电连接，所述第四场效应管的漏极与所述比较模块电连接，所述第四场效应管的源极与所述电流偏置模块电连接。

4.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述钳位单元包括第五场效应管和第六场效应管，所述第五场效应管的栅极分别与所述第六场效应管的栅极和所述第一钳位模块电连接，所述第五场效应管的源极与所述第一电流镜的第三端电连接，所述第五场效应管的漏极分别与所述第三电流镜的第一端和所述第四电流镜的第一端电连接，所述第六场效应管的源极与所述第二电流镜的第三端电连接，所述第六场效应管的漏极分别与所述第四电流镜的第二端和所述第三电流镜的第二端电连接。

5.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述第一比较单元包括第一电阻、第二电阻、第七场效应管和第八场效应管，所述第一电阻的第一端和所述第二电阻的第一端均用于与所述第一电源电连接，所述第一电阻的第二端分别与所述第七场效应管的漏极和所述第二比较单元电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第八场效应管的漏极和所述第二比较单元电连接，所述第七场效应管的源极和所述第八场效应管的源极均与所述第二钳位模块电连接，所述第七场效应管的栅极用于接收所述第一信号，所述第八场效应管的栅极用于接收所述第二信号。

6.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述第二比较单元包括第九场效应管和第十场效应管，所述第九场效应管的栅极和所述第十场效应管的栅极均与所述第一比较单元电连接，所述第九场效应管的漏极与所述第一电流镜的第四端电连接，所述第十场效应管的漏极与所述第二电流镜的第四端电连接，所述第九场效应管的源极和所述第十场效应管的源极均与所述第二钳位模块电连接。

7.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述电流偏置模块包括第十九场效应管、第二十场效应管、第二十一场效应管和第二十二场效应管，所述第十九场效应管的漏极用于接收所述目标电流，所述第十九场效应管的栅极分别与所述第十九场效应管的漏极、所述第二十场效应管的栅极、所述第二十一场效应管的栅极和所述第二十二场效应管的栅极电连接，所述第二十场效应管的漏极与所述第一钳位模块电连接，所述第二十一场效应管的漏极和所述第二十二场效应管的漏极均与所述第二钳位模块电连接，所述第十九场效应管的源极、所述第二十场效应管的源极、所述第二十一场效应管的源极和所述第二十二场效应管的源极均接地。

8.根据权利要求1所述的比较电路，其特征在于，所述电压转换模块包括第二十三场效应管、第二十四场效应管、第二十五场效应管、第二十六场效应管和反相器，所述第二十三场效应管的栅极和所述第二十四场效应管的栅极均与所述比较模块电连接，所述第二十三场效应管的源极和所述第二十四场效应管的源极均接地，所述第二十三场效应管的漏极分别与所述第二十五场效应管的漏极和所述第二十六场效应管的栅极电连接，所述第二十四场效应管的漏极分别与所述第二十六场效应管的漏极、所述第二十五场效应管的栅极和所述反相器的输入端电连接，所述第二十五场效应管的源极和所述第二十六场效应管的源极均用于与所述第二电源电连接。

9.一种比较器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的比较电路。