本發(fā)明涉及電路參數(shù)測(cè)量領(lǐng)域，特別涉及一種負(fù)值電壓比較器電路。

背景技術(shù)：

電路控制系統(tǒng)中常用到比較器，一般的比較器只能比較正電壓。如果需要對(duì)負(fù)電壓進(jìn)行比較，一般有三種方法：

1.需要將負(fù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成正信號(hào)，再用傳統(tǒng)比較器進(jìn)行比較；

2.使用全差分比較器直接對(duì)負(fù)電壓進(jìn)行比較；

3.在傳統(tǒng)比較器中人為的加入偏移，使比較器的翻轉(zhuǎn)點(diǎn)往負(fù)方向變化。

其中，第一和第二中方法都需要電路中存在負(fù)電源，以及電壓為負(fù)的基準(zhǔn)源，而在大部分電路中出于成本的考慮，沒(méi)有提供負(fù)電源及負(fù)值基準(zhǔn)源。而第三種方法雖然不用使用到負(fù)電源和負(fù)基準(zhǔn)，但是這種方法改變了固有的比較器結(jié)構(gòu)，人為地添加了比較器的失調(diào)，而此種失調(diào)在實(shí)際的集成電路實(shí)現(xiàn)中是無(wú)法精確制造的，只能通過(guò)后期的修調(diào)來(lái)達(dá)到預(yù)想的精度，而后期的修調(diào)存在不確定性，使修調(diào)工作量巨大，不利于企業(yè)生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，提供了具有一種負(fù)值電壓比較器電路。

一種負(fù)值電壓比較器電路，包括比較器、電流鏡，輸入信號(hào)電路以及參考信號(hào)電路，所述電流鏡為所述輸入信號(hào)電路以及參考信號(hào)電路提供相等的偏置電流；所述輸入信號(hào)電路連接所述比較器的負(fù)輸入端，所述參考信號(hào)電路連接所述比較器的正輸入端。

其中，所述電流鏡包括第一鏡像電路、第二鏡像電路以及第三鏡像電路，所述第一鏡像電路產(chǎn)生偏置電流，所述第二鏡像電路連接所述比較器的負(fù)輸入端，所述第三鏡像電路連接所述比較器的正輸入端。

具體的，所述第一鏡像電路包括第一mos管以及電流源，所述第一mos管的源極連接電源，柵極以及漏極通過(guò)一電流源接地。所述第二鏡像電路包括第二mos管，所述第二mos管的源極連接電源，柵極連接所述第一鏡像電路，漏極連接所述輸入信號(hào)電路所述第三鏡像電路包括第三mos管，所述第三mos管的源極連接電源，柵極連接所述第一鏡像電路，漏極連接所述參考信號(hào)電路。

另外，所述輸入信號(hào)電路包括第四mos管以及調(diào)壓電路，所述第四mos管的柵極連接輸入信號(hào)，漏極接地，源極通過(guò)所述調(diào)壓電路連接所述比較器的負(fù)輸入端。所述調(diào)壓電路包括可變電阻，所述可變電阻連接在所述第四mos管以及所述比較器的負(fù)輸入端之間。

進(jìn)一步的，所述參考信號(hào)電路包括第五mos管，所述第五mos源極連接所述比較器正輸入端，柵極以及漏極接地。

優(yōu)選的，所述第四mos管以及所述第五mos管的電氣參數(shù)一致。

優(yōu)選的，所述比較器為單電二級(jí)比較器。

本發(fā)明的所起到的有益效果包括：

1、在不使用到負(fù)基準(zhǔn)和負(fù)電壓源的情況下，實(shí)現(xiàn)了高精度的負(fù)值電壓比較。

2、由于沒(méi)有改變比較器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，所以不會(huì)影響比較器本身的增益，不會(huì)造成不可控的失調(diào)電壓。

3、綜合考慮了成本和性能，可以滿足各種負(fù)電壓的比較需求，工程上易于實(shí)現(xiàn)，成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中的電路架構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例二中的電路原理圖。

圖3為本發(fā)明中電流源的原理示意圖。

其中，電流鏡為10；第一鏡像電路為11；第二鏡像電路為12；第三鏡像電路為13；輸入信號(hào)電路為20；參考信號(hào)電路為30；比較器為comp；第一mos管為mp1；第二mos管為mp2；第三mos管為mp3；第四mos管為mp4；第五mos管為mp5；電流源為i1；電壓信號(hào)輸入端為vin；比較器輸出端為out；可調(diào)電阻為r1；比較器俯輸入端電壓為vn；比較器正輸入端電壓為vp；第四mos管源極電壓為va。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征更易被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍作出更為清楚的界定。

實(shí)施例1：

本發(fā)明提出一種新型比較電路，技術(shù)在不使用負(fù)電以及負(fù)基準(zhǔn)源的情況下，仍然可以實(shí)現(xiàn)負(fù)電壓比較，且判定精度高。

如圖1所示，具體包括比較器comp、電流鏡10，輸入信號(hào)電路20以及參考信號(hào)電路30。

其中，輸入信號(hào)電路20用于接收待比較的電壓信號(hào)。參考信號(hào)電路30則用于向比較器comp輸入?yún)⒖夹盘?hào)。為了提高和保證較高的比較精度，通過(guò)電流鏡10來(lái)為輸入信號(hào)電路20以及參考信號(hào)電路30提供相等的偏置電流，從而使電氣環(huán)境相同。由于本發(fā)明用于負(fù)電壓的比較，因此輸入信號(hào)電路20連接比較器comp的負(fù)輸入端，參考信號(hào)電路30連接比較器comp的正輸入端。

本實(shí)施例中，電流鏡10采用了三鏡像的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體電流鏡10包括第一鏡像電路11、第二鏡像電路12以及第三鏡像電路13，第一鏡像電路11產(chǎn)生偏置電流，第二鏡像電路12連接比較器comp的負(fù)輸入端，第三鏡像電路13連接比較器comp的正輸入端。

在電路工作時(shí)，電流鏡10將偏置電流鏡像復(fù)制后分別向輸入信號(hào)電路20以及參考信號(hào)電路30輸出，輸入信號(hào)電路20以及參考信號(hào)電路30在偏置電流的驅(qū)動(dòng)下，分別向比較器comp的負(fù)輸入端以及正輸入端輸入各自的電壓信號(hào)。比較器comp根據(jù)所輸入信號(hào)的比較值進(jìn)行比較結(jié)果的輸出。此過(guò)程中，信號(hào)輸入電路所輸入的信號(hào)是負(fù)電壓值，信號(hào)輸入電路通過(guò)偏置電流的方式來(lái)對(duì)輸入電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)了在不使用負(fù)電源以及負(fù)基準(zhǔn)的情況下，比較負(fù)壓。

實(shí)施例2：

作為實(shí)施例1的進(jìn)一步優(yōu)化，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，如圖2所示，本實(shí)施例中，電流鏡10由三個(gè)包含mos管的鏡像電路組成，其中第一鏡像電路11包括第一mos管mp1以及電流源，第一mos管mp1的源極連接電源，柵極以及漏極通過(guò)一電流源接地。第二鏡像電路12包括第二mos管mp2，第二mos管mp2的源極連接電源，柵極連接第一鏡像電路11，漏極連接輸入信號(hào)電路20。第三鏡像電路13包括第三mos管mp3，第三mos管mp3的源極連接電源，柵極連接第一鏡像電路11，漏極連接參考信號(hào)電路30。為了保證三個(gè)鏡像電路的電流想相同，第一mos管mp1、第二mos管mp2以及第三mos管mp3的大小以及個(gè)數(shù)均需要保持一致，同時(shí)通過(guò)版圖匹配，至少保證第二鏡像電路12以及第三鏡像電路13的電流大小相等。

本實(shí)施例中的電流源最好接近于理想電流源，具體實(shí)現(xiàn)方式可以如圖3所示，其同樣通過(guò)電流鏡的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流輸出。具體包括電阻r2以及五個(gè)mos管t1、t2、t3、t4和t5，由mos管t3和mos管t1形成電壓鉗制，由mos管t4、mos管t2以及r2形成電流，最后通過(guò)mos管t5將電流鏡像，形成恒流源，同時(shí)mos管t5的漏極連接第一mos管mp1的漏極。

另外，在輸入信號(hào)電路20以及參考信號(hào)電路30方面，輸入信號(hào)電路20包括第四mos管mp4以及調(diào)壓電路，第四mos管mp4的柵極連接輸入信號(hào)，漏極接地，源極通過(guò)調(diào)壓電路連接比較器comp的負(fù)輸入端。調(diào)壓電路用于調(diào)節(jié)比較電壓的大小，即調(diào)節(jié)翻轉(zhuǎn)電壓的值。參考信號(hào)電路30包括第五mos管mp5，第五mos源極連接比較器comp正輸入端，柵極以及漏極接地。在此過(guò)程中，為了保證比較精度，第四mos管mp4以及第五mos管mp5的電氣參數(shù)一致。保證兩個(gè)mos管的閾值電壓相同。

本實(shí)施例中，將鏡像電流源的電流定義為i1，由于第二mos管mp2和第三mos管mp3的寬長(zhǎng)比和個(gè)數(shù)相等，通過(guò)版圖的匹配，使得第二mos管mp2和第三mos管mp3輸出的電流大小相等。同時(shí)，由于第四mos管mp4和第五mos管mp5的寬長(zhǎng)比和個(gè)數(shù)相等，通過(guò)版圖的匹配，使得第四mos管mp4和第五mos管mp5的閾值電壓vth相等。根據(jù)mos管的電流公式有：

μ

μ

其中i2為mp1支路的電流，i3為第二mos管mp2支路的電流，μ為電子遷移率，cox為單位面積的柵氧化層電容，μ和cox都是工藝參數(shù)，在同種集成電路工藝下相等；w為mos管的溝道寬度，l為mos管的溝道長(zhǎng)度，vth為mos管的閾值電壓，由于第四mos管mp4和第五mos管mp5大小個(gè)數(shù)相等，因此第四mos管mp4和第五mos管mp5的寬、長(zhǎng)、vth都相等；vgs4為第四mos管mp4的柵源電壓，vgs5為第五mos管mp5的柵源電壓。

本實(shí)施例中，調(diào)壓電路包括可變電阻r1，可變電阻連接在第四mos管mp4以及比較器comp的負(fù)輸入端之間。

vp點(diǎn)的電壓為：

va點(diǎn)的電壓為：

因此vn點(diǎn)的電壓為：

假設(shè)待比較電壓為vx，只要調(diào)節(jié)可變電阻r1的阻值，令vx=-i2r1，則當(dāng)電壓信號(hào)輸入端vin的電壓值達(dá)到vx，比較器comp的兩個(gè)輸入端的電壓vn和vp就會(huì)相等，比較器comp翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了在不使用負(fù)電源及負(fù)基準(zhǔn)的前提下，比較負(fù)電壓。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本發(fā)明宗旨的前提下作出各種變化。