一种高精度高速电流比较器制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，具体的说是涉及一种高精度高速电流比较器。本发明专利技术的方案通过两个电阻连接到两个基极相连且流过电流相同的NPN管的发射极上，比较两个电阻另一端的电压以实现比较功能，通过外部加入流过连接在NPN管发射极的电阻上的电流实现比较器阈值电压的调整。本发明专利技术的有益效果为，高速高精度且方便实现前沿消隐功能且结构简单，输入范围可正可负方便多种控制模式使用。可正可负方便多种控制模式使用。可正可负方便多种控制模式使用。

【技术实现步骤摘要】
管的源极；第三NPN管的发射极接第二NMOS管的漏极，连接点为比较器的负输入端；第 七PMOS管的源极接电源，其漏极接第三NMOS管的漏极、第四NMOS管的漏极，第三NMOS 管的栅极接第九PMOS管的漏极、第一NMOS管的漏极和栅极，第三NMOS管的源极接地， 第四NMOS管的源极接地；第九PMOS管的源极接电源，其漏极接第一NMOS管的栅极和 漏极，第一NMOS管的源极接地；第十PMOS管的源极接电源，其漏极接第十一PMOS管 的源极；第十一PMOS管的栅极和漏极互连，其漏极接第八PMOS管的栅极，第十一PMOS 管的漏极接偏置电流；第七PMOS管漏极、第三NMOS管漏极、第四NMOS管漏极的连接 为比较器的输出端；第二NMOS管的栅极接第一外部控制信号，第六PMOS管的栅极接第二 外部控制信号，第四NMOS管的栅极接第三外部控制信号，第一外部控制信号、第二外部控 制信号和第三外部控制信号用于将比较器的输入强制至同电位、输出强制拉至低电位，使比 较器进入禁止使能状态。
[0008]本专利技术的有益效果为：高速高精度且方便实现前沿消隐功能且结构简单，输入范围可正 可负方便多种控制模式使用。
附图说明
[0009]图1为本专利技术实施方案的典型应用电路图。
[0010]图2为本专利技术比较器电路图。
[0011]图3为使用本专利技术实施方案的升压变换器的仿真结果。
具体实施方式
[0012]下面结合附图对本专利技术进行详细的描述；
[0013]如图1所示，为本专利技术的典型应用电路示意，典型应用电路中包括第一功能模块组成的 比较器模块、第一电阻、第二电阻、第四电阻、第一NLDMOS管、第一外置电流源、第二 外置电流源。其中第一电阻的一端与第一外置电流源输出端、比较器正向输入端相连；第二 电阻的一端与第二外置电流源输出端、比较器反向输入端相连；第一电阻的一端与第四电阻、 第一NLDMOS管的源极相连；第二电阻的一端与第四电阻相连并接地。
[0014]如图2所示，为本专利技术比较器的电路结构示意图。两个相同的NPN三极管流过相同的偏 置电流时，其具有相同的Vbe电压，此时将Q1、Q2管的基极相连，Q1、Q2管的发射级电 压就可以用等式V(Q1管发射极)+V(Q1管Vbe)＝V(Q2管发射极)+V(Q2管Vbe)联系 起来。这样就能将两个电平进行比较。
[0015]将Q1管用二极管形式连接，这样当Q1管发射极电压上升时，由于Q1管流过电流不变 且集电极与基极连接，其Vbe不会发生改变，但基极电压会上升。而Q2管的Vbe电压会上 升，由于Q2管流过的偏置电流未发生改变且三极管集电极电流和Vbe、Vce关系式为 Ic＝Is(1+Vce/VA)*exp(Vbe/Vt)，所以只有Vce电压降低才能满足该表达式。所以当Q1管发射 极电压上升时，会使Q2管集电极电压降低，直至翻转，这样就完成了比较器的比较功能。 同时Q1和Q2管的发射极为比较器的输入。
[0016]在Q1、Q2管的发射极即输入端连接上相同阻值的电阻，以Q1管发射极连接电阻的另一 端为正向输入端，Q2管发射极连接电阻的另一端为负向输入端。这样就可以列出表达式V(正 向输入端)+R(Q1管发射极连接电阻)*I(Q1管发射极连接电阻)+V(Q1管Vbe)＝V(负 向输入端)+R(Q2管发射极连接电阻)*I(Q2管发射极连接电阻)+V(Q2管Vbe)，这样 通过改
变两个电阻上流过的电流大小即可以很方便地设置比较器阈值大小。
[0017]图2所示左边部分是比较器的偏置电流镜像模块，I
BIAS_IN
接入外部偏置电流，经过第十 一PMOS管产生一个钳位电压V
CLAMP
供第一功能模块使用，然后经过第十PMOS电流镜镜 像后产生一个电压V
BIAS1
，供第一、九PMOS电流镜使用并分别产生对应的镜像电流；其中 第九PMOS的镜像电流经过第一NMOS管产生V
BIAS2
供第一功能模块的第三NMOS管作为 负载电流源使用。
[0018]如图2所示剩余部分为电流比较器部分，第一PMOS管的镜像电流分别通过第一、二、 三NPN管和第二、三、四、五PMOS管组成的伪共源共栅电流镜后获得两股平衡的镜像电 流分别流过第二、三NPN管，上述电路组成了本专利技术的电流比较器的第一级，第二、三NPN 管为输入管，上述伪共源共栅电流镜为第一级的负载。
[0019]本专利技术的电流比较器第二级为第七PMOS管为输入管的共射级电路，第三NMOS作为第 二级的电流镜负载。最后输出接入后续数字逻辑电路生成PWM波。
[0020]本专利技术中由于第一级采用了伪共源共栅电流镜作为负载，具有较高的增益。同时由于第 一级接入了第一、二电阻作为源极负反馈，第三NPN管电流随VIN+电压的变化会更加线性， 由于三极管电流和Vbe为指数关系，使得第二、三NPN管的Vbe在VIN+电压变化时也近似 相等，上述措施使电流比较器功能实现变得更加精准。之后加入第二级共射级从而获得一个 更高的增益以满足比较器开环增益要求。
[0021]由于本专利技术中采用BJT作为输入对管，匹配性能较好，第一电阻和第二电阻一般都会做 匹配处理，并且这样也使比较器阈值的温度系数能得到补偿，第四电阻为外置的采样电阻， 具有很小的温度系数，因此可以认为比较器阈值温度系数非常低，并且具有很高的精度。
[0022]并且本专利技术中比较器工作在开环状态因而不需要稳定性补偿，第八PMOS管的加入使得 其源极所连接的节点不会高于V
CLAMP
+Vth电压，避免伪共源共栅电流镜进入线性区的同时也 加速了翻转速度，因此具有较高的带宽，能满足高开关频率DC
‑
DC变换器的应用。
[0023]本专利技术的电流比较器的比较功能实现原理如下：假设图1、图2中电路处于平衡状态， 可以列出VIN+和VIN
‑
的关系表达式：V(VIN+)+R1*I(R1)+V(Q2
‑
Vbe)＝V(VIN
‑
)+R2*I (R2)+V(Q3
‑
Vbe)。由于第二、三NPN管上流过的电流相等，VIN+电压加上第一电阻上 的压降，再加上第二NPN管的Vbe电压，其值等于VIN
‑
的电压加上第二电阻上的压降再加 上第三NPN管的Vbe电压。由于第二、三、四、五PMOS组成的电流镜以及第一、二、三 NPN管组成的电流镜的原因，VIN+与VIN
‑
上方第一、二电阻上的电流比例为2：1，第一电 阻和第二电阻的电阻比为1：2的关系，所以第一、第二电阻上压降相等。从而得到V(VIN+) ＝V(VIN
‑
)为平衡条件。而通过第一、第二外置电流源输入电流可以改变第一、二电阻上的 电流从而改变电阻上的压降，通过这种方法就能设置比较器的阈值电压大小，平衡条件为V (VIN+)+R1*I(R1)＝V(VIN
‑
)+R1*I(R1)，从式中可以看出本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度高速电流比较器，其特征在于，包括第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管、第四PMOS管、第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管、第十PMOS管、第十一PMOS管、第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管、第四NMOS管、第一NPN管、第二NPN管、第三NPN管；其中，第一PMOS管的源极接电源，其栅极接第十PMOS管的漏极和栅极、第九PMOS管的栅极，第一PMOS管的漏极接第一NPN管的集电极和基极、第二NPN管的基极、第三NPN管的基极；第一NPN管的发射极接第二NPN管的发射极和第二NMOS管的源极，连接点为比较器的正输入端；第二NPN管的集电极接第三PMOS管的漏极和栅极、第二PMOS管的栅极、第四PMOS管的栅极、第五PMOS管的栅极、第六PMOS管的漏极；第二PMOS管的源极接电源，其漏极接第三PMOS管的源极；第四PMOS管的源极接电源，其漏极接第五PMOS管的源极；第五PMOS管的漏极接第六PMOS管的源极、第三NPN管的集...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄少伟，马翔昱，杨涛，李柯宇，吴东铭，张波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：