CN217363046U

CN217363046U - 一种高速高增益的三级比较器

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Publication number: CN217363046U
Application number: CN202220939543.XU
Authority: CN
Inventors: 王婉; 孙权; 夏雪; 王勇; 袁婷
Original assignee: XI'AN AEROSPACE MINXIN TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: XI'AN AEROSPACE MINXIN TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2022-04-21
Filing date: 2022-04-21
Publication date: 2022-09-02
Anticipated expiration: 2032-04-21

Abstract

本实用新型公开了一种高速高增益的三级比较器，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路，其中偏置电路的域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接三级比较器最后一级输入，所述三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。加入了钳位电路，将第三级输出级的输入PM6的栅端电位预制于INTVCC‑VGS电位，当差分信号放大到第三级输入时，PM6的栅端电位直接从INTVCC‑VGS电位下降，使得第三级输出管PM6快速导通，比较器输出快速翻转，提高了比较器的反应速度。

Description

一种高速高增益的三级比较器

技术领域

本实用新型属于开关电源技术领域，应用于芯片内部保护电路、过零检测电路、峰值检测电路等模块。

背景技术

比较器是现代集成电路设计的基本模块，在开关电源芯片中各模拟部分都包含比较器。在保护电路模块中，例如：过流保护、过压保护等，需要比较器的速度足够快，一般来说，高速比较器的处理速度需达到纳秒级，否则芯片会出现失效、烧毁等严重问题。此外在芯片的控制环路中，例如：过零检测、峰值检测等模块中，比较器的性能好坏直接影响了整个芯片的性能。

比较器的精度一般由其开环增益决定，传统的运放结构的开环比较器精度高，但是速度比较慢；传统的动态锁存比较器由于使用了正反馈，速度快，但是精度低。为实现高精度比较器，一般采用多级级联的方式，但现有技术中，多级级联导致电路节点增多，寄生电容增大，降低了比较器的工作速度，前后仿真翻转速度差距较大，实际流片测试的翻转速度较前仿真差距较大。

因此需要一种同时实现高增益，但又能保证翻转速度的比较器结构，同时实现高速，高精度的性能要求。

发明内容

本实用新型提供了一种高速高增益的比较器，应用于DCDC电源模块中各种控制环路，在技术上通过增加钳位电路使第三级输出级快速翻转，来提高比较器的反应速度。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种高速高增益的三级比较器，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路，其中偏置电路域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接比较器最后一级输入。

三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。

所述的高速高增益的比较器分为三个部分，三级比较器部分包括第一级预放大级，包括第一N型MOS管NM2、第二N型MOS管NM3、第三N型MOS管NM4、电阻R1、R2；第二级增益级或中间级，包括第一N型MOS管NM5，第二N型MOS管NM10、第三N型MOS管NM11、第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8、第一P型MOS管PM1、第二P型MOS管PM2、电阻R3、R4；第三级输出级，包括第一P型MOS管PM6、第一N型MOS管NM9、施密特触发器I1。

第一级预放大级中第一N型MOS管NM2的栅端接第一输入信号VP，第三N型MOS管NM4接第二输入信号VN，第一N型MOS管NM2的漏端接电阻R1一端和第二级增益级中第二N型MOS管NM10的栅极，第三N型MOS管NM4的漏端接电阻R2一端和第二级增益级中第三N型MOS管NM11的栅端，R1、R2另一端接INTVCC，第一N型MOS管NM2的源端、第三N型MOS管NM4的源端、第二N型MOS管NM3的漏端相连，第二N型MOS管NM3的栅端接偏置电路中第一N型MOS管NM1的栅端和漏端，第二N型MOS管NM3的源端与AGND相连。

第二级增益级中第一N型MOS管NM5的栅端与偏置电路中第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM5的源端与AGND相连，第一N型MOS管NM5的漏端与第二N型MOS管NM10的源端、第三N型MOS管NM11的源端相连，第二N型MOS管NM10的漏端与电阻R3、第一P型MOS管PM1的源端相连，第三N型MOS管NM11的漏端与电阻R4、第二P型MOS管PM2的源端相连，电阻R3、R4的另一端与INTVCC相连，第一P型MOS管PM1的栅端与第一P型MOS管PM1的漏端、第四N型MOS管NM6的漏端、第二P型MOS管PM2的栅端相接，第二P型MOS管PM2的漏端、第五N型MOS管NM8的漏端、钳位电路里的第三P型MOS管PM5的源端、第三级第一P型MOS管PM6的栅端相连，第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8的源端与AGND相接。

第三级输出级中第一P型MOS管PM6的源端与INTVCC相连，第一P型MOS管PM6的漏端与施密特触发器I1的输入端、第一N型MOS管NM9的漏端相连，第一N型MOS管NM9的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM9的源端与AGND相接，施密特触发器I1的输出端与电路输出VOUT相接。

此外还有偏置电路，包括第一N型MOS管NM1、电流源IBIAS。

第一N型MOS管NM1的栅端和漏端与电流源IBIAS相接，第一N型MOS管NM1的源端与AGND相接。

加速翻转用的钳位电路，包括第一P型MOS管PM3、第二P型MOS管PM4、第三P型MOS管PM5、第一N型MOS管NM7。第一P型MOS管PM3的源端接INTVCC，第一P型MOS管PM3的栅端、第一P型MOS管PM3的漏端与第二P型MOS管PM4的源端相接，第二P型MOS管PM4的栅端、第二P型MOS管PM4的漏端，第三P型MOS管PM5的栅端、第一N型MOS管NM7的漏端相连接，第一N型MOS管NM7的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM7的源端接AGND，第三P型MOS管PM5的源端接AGND。

本实用新型相比传统的多级级联比较器，加入了钳位电路，将第三级输出级的输入PM6的栅端电位预制于INTVCC-VGS电位，当差分信号放大到第三级输入时，PM6的栅端电位不在需要从INTVCC慢慢下降一个MOS管阈值电压使PM6导通，而是直接从INTVCC-VGS电位下降，使得第三级输出管PM6快速导通，比较器输出快速翻转。

附图说明

图1是本实用新型的电路图

具体实施方式

参照图1所示，所述的高速高增益的比较器具体实现电路图如图1所示，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路。其中偏置电路域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接比较器最后一级输入。三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。

三级比较器中的预放大级由输入对管和无源电阻组成，主要要求高带宽，尽量减小信号的延迟，预放大级将输入信号VP、VN的差分信号放大，输出到第二级输入；增益级为折叠式结构，提供较大的输出阻抗，从而提供较大的增益，第三级为电流镜做负载的共源级放大器，使增益进一步增大，并提供较大的输出摆幅，此外在增益级的输出与第三级的输入接入了钳位电路，钳位电路将第三级的输入上钳位到INTVCC-VGS，从而使翻转时第三级输入变化的值变小，使得翻转时间大大加快，加速了VP>VM时的翻转速度，避免了传统级联结构因为节点电容太多，充电时间过长的问题。

本实用新型使用时输入端接需要比较的两个信号，假设初始输入信号VP大于VN，此时第一级预放大器将差分信号放大输入到第二级增益级，第二级增益级将第一级预放大输出的差分信号进一步放大，同时使双端差分输入转为单端输出，经过第三级输出级后，此时输出VOUT为高。当输入信号VP慢慢降低的时候，经前两级将差分信号放大并转为单端输出，第三级输出级输入慢慢降低，直到输入MOS管PM6导通，此时输出VOUT由高变低，完成比较过程。

Claims

1.一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路，其中偏置电路的域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接三级比较器最后一级输入，所述三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。

2.根据权利要求1所述的一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，第一级预放大级，由输入对管和无源电阻组成，包括第一N型MOS管NM2、第二N型MOS管NM3、第三N型MOS管NM4、电阻R1、R2；第一级预放大级中第一N型MOS管NM2的栅端接第一输入信号VP，第三N型MOS管NM4接第二输入信号VN，第一N型MOS管NM2的漏端接电阻R1一端和第二级增益级中第二N型MOS管NM10的栅极，第三N型MOS管NM4的漏端接电阻R2一端和第二级增益级中第三N型MOS管NM11的栅端，R1、R2另一端接INTVCC，第一N型MOS管NM2的源端、第三N型MOS管NM4的源端、第二N型MOS管NM3的漏端相连，第二N型MOS管NM3的栅端接偏置电路中第一N型MOS管NM1的栅端和漏端，第二N型MOS管NM3的源端与AGND相连。

3.根据权利要求1所述的一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，第二级增益级或中间级，包括第一N型MOS管NM5，第二N型MOS管NM10、第三N型MOS管NM11、第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8、第一P型MOS管PM1、第二P型MOS管PM2、电阻R3、R4；第二级增益级中第一N型MOS管NM5的栅端与偏置电路中第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM5的源端与AGND相连，第一N型MOS管NM5的漏端与第二N型MOS管NM10的源端、第三N型MOS管NM11的源端相连，第二N型MOS管NM10的漏端与电阻R3、第一P型MOS管PM1的源端相连，第三N型MOS管NM11的漏端与电阻R4、第二P型MOS管PM2的源端相连，电阻R3、R4的另一端与INTVCC相连，第一P型MOS管PM1的栅端与第一P型MOS管PM1的漏端、第四N型MOS管NM6的漏端、第二P型MOS管PM2的栅端相接，第二P型MOS管PM2的漏端、第五N型MOS管NM8的漏端、钳位电路里的第三P型MOS管PM5的源端、第三级第一P型MOS管PM6的栅端相连，第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第四N型MOS管NM6、第五N型MOS管NM8的源端与AGND相接。

4.根据权利要求1所述的一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，第三级输出级，包括第一P型MOS管PM6、第一N型MOS管NM9、施密特触发器I1，第三级输出级中第一P型MOS管PM6的源端与INTVCC相连，第一P型MOS管PM6的漏端与施密特触发器I1的输入端、第一N型MOS管NM9的漏端相连，第一N型MOS管NM9的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM9的源端与AGND相接，施密特触发器I1的输出端与电路输出VOUT相接。

5.根据权利要求1所述的一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，偏置电路，包括第一N型MOS管NM1、电流源IBIAS，第一N型MOS管NM1的栅端和漏端与电流源IBIAS相接，第一N型MOS管NM1的源端与AGND相接。

6.根据权利要求1所述的一种高速高增益的三级比较器，其特征在于，加速翻转用的钳位电路，包括第一P型MOS管PM3、第二P型MOS管PM4、第三P型MOS管PM5、第一N型MOS管NM7，第一P型MOS管PM3的源端接INTVCC，第一P型MOS管PM3的栅端、第一P型MOS管PM3的漏端与第二P型MOS管PM4的源端相接，第二P型MOS管PM4的栅端、第二P型MOS管PM4的漏端，第三P型MOS管PM5的栅端、第一N型MOS管NM7的漏端相连接，第一N型MOS管NM7的栅端与偏置电路里第一N型MOS管NM1的栅端和漏端相连，第一N型MOS管NM7的源端接AGND，第三P型MOS管PM5的源端接AGND。