一种低功耗高速度电流比较器电路制造技术

一种低功耗高速度电流比较器电路，采用两个阈值电压不同的NMOS管即第一低阈值NMOS管和第一NMOS管作为比较器的输入对管，输入电流流进第一低阈值NMOS的源极电阻，当输入电流达到门限值时，使第一NMOS管NM1打开从而将第一NMOS管NM1的漏极拉低，比较器产生的比较信号VOUT1翻转，其中输入电流的门限值通过输入对管的阈值电压之差和修调电阻确定；本发明专利技术将输入电流的电压转换、参考电平的产生和信号比较在一个组合结构中实现，从而节省了功耗，并且实现了随温度零漂移。另外为了进一步提高速度，还设置了辅助钳位模块，利用钳位效应将比较器的输出电压钳位在一个比电源低的电压使得比较器的翻转速度加快。

A low power and high speed current comparator circuit

【技术实现步骤摘要】
一种低功耗高速度电流比较器电路
本专利技术属于模拟电路比较器
，具体涉及一种低功耗高速度的源输入电流比较器电路。
技术介绍
在模拟电源开关电源领域，电流模控制方式的电路相对于电压模控制方式的电路具有以下几方面的优势：(1)高速；(2)较小的芯片面积；(3)低的电源电压和功耗；(4)与数字集成电路工艺兼容。而作为电流模信号处理电路的基本单元，电流比较器在集成电路的设计中有着重要的意义。对于开关电源的过流保护设计，过流比较器作为过流保护电路的一部分，其性能直接影响系统的稳定性和可靠性。由于在不同输入输出和电感大小的情况下电感电流的上升斜率和下降斜率是不一样的，所以如果过流比较器的速度、精度不够或延时过大时，会存在较大的失调电压导致系统过流后的门限值会与理论值存在较大偏差。故设计一款高速、高精度、低延时的电流比较器是非常必要的。TraffH.NovelapproachtohighspeedCMOScurrentcomparators[J].ElectronicsLetters,1992,28(3):310-312.中提出了一种基于源随级的电流比较器，该结构的优点是延迟时间短并且精度比较高，但是该结构在输入电压动态范围内小信号工作时存在死区，这是一个比较严重的缺点。为了改善了这个问题，BanksD.ToumazouC.Low-powerhigh-speedcurrentcomparatordesign[J].ElectronicsLetters,2008,44(3):171-172.中提出了输入级用多级级联的方式构成电流比较器，但是这种结构随温度的漂移较大且功耗很大。还有一种电流比较器通常由差分结构组成，这种结构常用到差分放大器，差分放大器可以抑制共模噪声并且提高电路的信号处理精度，但该电路提高了电路的复杂性并且增加了芯片面积与成本，通常该结构适用于并行的ADC。
技术实现思路
针对上述传统电流比较器在速度、精度和功耗等方面的不足之处，本专利技术提出一种电流比较器，能实现高速度、低功耗、低延时、随温度变化零漂移，满足在开关电源领域或其他模拟电路领域的高速高精度低延时电流比较器电路需求。本专利技术的技术方案是：一种低功耗高速度电流比较器电路，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一低阈值NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一低阈值PMOS管、第二低阈值PMOS管、第一电流源、第一修调电阻和第二修调电阻，其中第一低阈值NMOS管是耗尽型晶体管；第一低阈值NMOS管的源极作为所述电流比较器电路的输入端并通过第一修调电阻后接地，其栅极连接第一NMOS管的栅极和第四NMOS管的源极并通过第一电流源后接地，其漏极连接第二NMOS管的源极和第四NMOS管的栅极；第一NMOS管的漏极连接第三NMOS管的源极，其源极通过第二修调电阻后接地；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管、第一低阈值PMOS管和第二低阈值PMOS管的栅极并连接偏置电压，其源极连接第二PMOS管的源极和第四NMOS管的漏极并连接电源电压，其漏极连接第一低阈值PMOS管的源极；第二NMOS管的栅漏短接并连接第三NMOS管的栅极和第一低阈值PMOS管的漏极；第二低阈值PMOS管的源极连接第二PMOS管的漏极，其漏极连接第三NMOS管的漏极并输出比较信号。具体的，所述电流比较器电路还包括辅助钳位模块，所述辅助钳位模块包括第三PMOS管、第四PMOS管、第三低阈值PMOS管、第五NMOS管、第六NMOS管和第七NMOS管，第三PMOS管的栅极连接第三低阈值PMOS管、第六NMOS管和第七NMOS管的栅极并连接所述偏置电压，其源极连接电源电压，其漏极连接第三低阈值PMOS管的源极；第五NMOS管的栅极连接第四PMOS管的源极并连接所述比较信号，其漏极连接第四PMOS管的栅极和第三低阈值PMOS管的漏极并作为所述电流比较器电路的输出端，其源极连接第七NMOS管的漏极；第六NMOS管的漏极连接第四PMOS管的漏极，其源极连接第七NMOS管的源极并接地。具体的，所述第一修调电阻和第二修调电阻具有相同的内部结构，所述第一修调电阻包括第八NMOS管、第九NMOS管、第十NMOS管、一个第一电阻、一个第二电阻、两个第三电阻和四个第四电阻，第八NMOS管的栅极连接第一控制信号，其漏极通过第一电阻后连接所述第一修调电阻的一端，其源极连接第九NMOS管的漏极；第九NMOS管的栅极连接第二控制信号，其源极连接第十NMOS管的漏极；第十NMOS管的栅极连接第三控制信号，其源极连接所述第一修调电阻的另一端；第二电阻接在第八NMOS管的漏极和源极之间；两个第三电阻并联后接在第九NMOS管的漏极和源极之间；四个第四电阻并联后接在第十NMOS管的漏极和源极之间。本专利技术的工作原理为：采用两个阈值电压不同的NMOS管即第一低阈值NMOS管NLM1和第一NMOS管NM1作为比较器的输入对管，输入电流IIN流进低阈值NMOS管的源极电阻，当电流达到门限值时，使高阈值的NMOS管即第一NMOS管NM1打开从而将第一NMOS管NM1的漏极拉低，即比较器产生的比较信号VOUT1翻转。一些实施例中还设置了钳位辅助模块，在比较部分利用输入对管的阈值电压之差和修调电阻确定电流的门限值，在辅助钳位模块利用钳位效应将比较器的输出电压钳位在一个比电源低的电压使得比较器的翻转速度加快。本专利技术的有益效果是：本专利技术提出一种源输入比较器结构，将输入电流的电压转换、参考电平的产生和信号比较在一个组合结构中实现，从而节省了功耗，并且实现了随温度零漂移和高速；且利用修调电阻可减少随工艺的偏差；另外设置了电压钳位进一步提高了比较器的速度，减小了延时。附图说明图1本专利技术提出的一种低功耗高速度电流比较器电路的架构图。图2本专利技术提出的一种低功耗高速度电流比较器电路在实施例中的具体结构示意图，其中(a)为电流比较模块；(b)为辅助钳位模块。图3本专利技术提出的一种低功耗高速度电流比较器电路中对修调电阻在对不同工艺角下的修调电路图。注：名字以PM开头的晶体管为PMOS(P-Metal-Oxide-Semiconductor)管；名字以NM开头的晶体管为NMOS(N-Metal-Oxide-Semiconductor)管；名字以NLM开头的晶体管为低阈值NMOS(LowVTN-Metal-Oxide-Semiconductor)管；名字以PLM开头的晶体管为低阈值PMOS(LowVTP-Metal-Oxide-Semiconductor)管。具体实施方式下面结合附图和具体的实施例对本专利技术作进一步的阐述。如图2所示是本专利技术提出的一种低功耗高速度电流比较器电路的结构示意图，包括第一NMOS管NM1、第二NMOS管NM2、第三NMOS管NM3、第四NMOS管NM4、第一低阈值NMOS管NLM1、第一PMOS管PM1、第二PMOS管PM2、第一低阈值PMOS管PLM1、第二低阈值PMOS管PLM2、第一电流源I1、第一修调电阻Rtrim1和第二修调电阻Rtrim2，其中第一低阈值NMOS管NLM1是耗尽型晶体管；第一低阈值NMOS管NLM1的源极作为电流比较器电路的输入端并通过第一修调电阻Rtrim1后接地，其栅极本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低功耗高速度电流比较器电路，其特征在于，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一低阈值NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一低阈值PMOS管、第二低阈值PMOS管、第一电流源、第一修调电阻和第二修调电阻，其中第一低阈值NMOS管是耗尽型晶体管；第一低阈值NMOS管的源极作为所述电流比较器电路的输入端并通过第一修调电阻后接地，其栅极连接第一NMOS管的栅极和第四NMOS管的源极并通过第一电流源后接地，其漏极连接第二NMOS管的源极和第四NMOS管的栅极；第一NMOS管的漏极连接第三NMOS管的源极，其源极通过第二修调电阻后接地；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管、第一低阈值PMOS管和第二低阈值PMOS管的栅极并连接偏置电压，其源极连接第二PMOS管的源极和第四NMOS管的漏极并连接电源电压，其漏极连接第一低阈值PMOS管的源极；第二NMOS管的栅漏短接并连接第三NMOS管的栅极和第一低阈值PMOS管的漏极；第二低阈值PMOS管的源极连接第二PMOS管的漏极，其漏极连接第三NMOS管的漏极并输出比较信号。

【技术特征摘要】
1.一种低功耗高速度电流比较器电路，其特征在于，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一低阈值NMOS管、第一PMOS管、第二PMOS管、第一低阈值PMOS管、第二低阈值PMOS管、第一电流源、第一修调电阻和第二修调电阻，其中第一低阈值NMOS管是耗尽型晶体管；第一低阈值NMOS管的源极作为所述电流比较器电路的输入端并通过第一修调电阻后接地，其栅极连接第一NMOS管的栅极和第四NMOS管的源极并通过第一电流源后接地，其漏极连接第二NMOS管的源极和第四NMOS管的栅极；第一NMOS管的漏极连接第三NMOS管的源极，其源极通过第二修调电阻后接地；第一PMOS管的栅极连接第二PMOS管、第一低阈值PMOS管和第二低阈值PMOS管的栅极并连接偏置电压，其源极连接第二PMOS管的源极和第四NMOS管的漏极并连接电源电压，其漏极连接第一低阈值PMOS管的源极；第二NMOS管的栅漏短接并连接第三NMOS管的栅极和第一低阈值PMOS管的漏极；第二低阈值PMOS管的源极连接第二PMOS管的漏极，其漏极连接第三NMOS管的漏极并输出比较信号。2.根据权利要求1所述的低功耗高速度电流比较器电路，其特征在于，所述电流比较器电路还包括辅助钳位模块，所述辅助钳位模块包括第三PMOS管、第四PMOS管、第三低阈值PM...

【专利技术属性】
技术研发人员：周泽坤，王佳文，金正扬，王韵坤，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51