一种迟滞电压比较器的制作方法

本发明涉及比较器技术领域，特别是一种迟滞电压比较器。

背景技术：

在模拟集成电路芯片内部会大量使用迟滞比较器，在应用中往往要求精确的迟滞电压，不随工艺的工艺角以及温度的变化而变化，例如powergood信号的产生比较器，传统的精确迟滞电压比较器会采用带隙基准的两个分压的压差作为迟滞电压，但当芯片中需要用到很多个不同迟滞电压的精确迟滞电压比较器，以及当迟滞电压较小时，在带隙基准准确分压会变得非常困难，而且在比较器的基准电压切换时开关带来的电荷注入会影响其他基准电压的准确性。例如，在一个芯片需要运用n个精确迟滞电压比较器时，传统精确迟滞电压比较器需要2n个基准电压来实现，由于不同精确迟滞电压比较器的迟滞电压需求不同，基准电压的分压比例往往差别非常大，为了实现基准电压的准确性，需要保证每个分压电阻的匹配，这将消耗大量的面积，且精度会比较差，而且在每个基准电压支路上都会加入开关管来控制迟滞，开关管在开关时带来的电荷注入将相互影响基准电压的准确性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种迟滞电压比较器。

本发明采用的技术方案如下：一种迟滞电压比较器，包括：可调基准电压产生模块、偏置电流产生模块、比较器模块；

所述可调基准电压产生模块产生第一电流，所述第一电流流入可调基准电压产生模块的第三电阻的一端，第三电阻的另一端连接电源端，所述第三电阻的一端形成电压点；

所述偏置电流产生模块包括漏极电压钳位电路、mos管m20、mos管m19、第一电流镜、第二电流镜，所述漏极电压钳位电路包括运算放大器a1、第一电阻、第二电阻、mos管m15、mos管m16、mos管m17、mos管m18，所述mos管m20、mos管m19的漏极电流和第一电流相等，所述第二电阻的一端连接电源端，所述第二电阻的另一端分别连接mos管m20的漏极和mos管m18的栅极，mos管m18的源极和漏极分别连接电源端和mos管m17的源极，所述mos管m17的漏极连接第一电流镜的一个漏极，所述运算放大器a1的输出端连接mos管m17、mos管m15的栅极，所述运算放大器a1的输入端连接可调基准电压产生模块形成的电压点和mos管m17的源极，所述第一电阻的一端连接电源端，所述第一电阻的另一端分别连接mos管m19的漏极和mos管m16的栅极，mos管m16的源极和漏极分别连接电源端和mos管m15的源极，所述mos管m15的漏极分别连接第一电流镜的另一个漏极和第二电流镜的一个漏极，所述第一电流镜、第二电流镜的源极与mos管m19、mos管m20的源极连接，所述第二电流镜的另一个漏极的电流为产生的偏置电流；

所述比较器模块包括晶体管对管，所述mos管对管的栅极分别连接输入电压端和基准电压端，在mos管对管处通过一个开关管设置一个mos管m3来产生迟滞电压，所述偏置电流通过第三电流镜产生镜像电流输入给mos管m3的源极。

进一步的，所述第二电流镜的镜像比例可调。

进一步的，所述比较器模块包括mos管m6和mos管m5和mos管m2和mos管m1组成的对管、带有开关管m4的mos管m3、mos管m9和mos管m10组成的第三电流镜、mos管m7、mos管m8，所述偏置电流连接mos管m10的漏极，mos管m10的源极连接电源端，所述mos管m9和mos管m10的栅极连接，所述mos管m9的源极连接电源端，所述mos管m9的漏极连接mos管m3、mos管m2、mos管m1的源极，所述mos管m2、mos管m1的栅极分别连接在输入电压端和基准电压端，所述mos管m2和mos管m1的漏极分别连接mos管m6和mos管m5的漏极，所述mos管m6和mos管m5的源极连接mos管m19、mos管m20的源极，所述mos管m6和mos管m5的栅极连接，所述mos管m5的栅极和漏极短接，所述mos管m3的栅极连接输入电压端，所述mos管m3的漏极连接开关管m4的源极，所述开关管m4的漏极连接mos管m5的栅极，所述开关管m4的栅极连接到输出电压端，所述mos管m6的漏极连接mos管m7的栅极，所述mos管m8的源极和栅极分别连接电源端和偏置电流，所述mos管m7的源极连接mos管m19、mos管m20的源极，所述mos管m7、mos管m8的漏极连接输出电压端，

进一步的，所述第三电流镜中mos管m9和mos管m10的长宽比可调。

进一步的，mos管对管采用pmos输入对管或对偶的nmos输入对管。

进一步的，所述可调基准电压产生模块包括：运算放大器a0、mos管m21、mos管m22、mos管m23、mos管m24、mos管m25、第三电阻、第四电阻，所述运算放大器a0输入端连接基准电压的分压和mos管m25的源极，所述运算放大器a0输出端连接mos管m25的栅极，所述mos管m25的源极和漏极分别连接第四电阻的一端和mos管m24的漏极，所述mos管m24的源极连接电源端，所述mos管m24的栅极和漏极短接，所述mos管m24、mos管m23的栅极连接，mos管m23的源极和漏极分别连接电源端和mos管m22的漏极，所述mos管m22、mos管m21的栅极连接，所述mos管m22的栅极和漏极短接，所述mos管m22的栅极连接mos管m19、mos管m20的栅极，所述mos管m22、mos管m21的源极连接第四电阻的另一端，所述mos管m21的漏极电流为第一电流，并连接第三电阻后再连接电源端。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

1.迟滞电压不含与工艺角相关的参数，且电阻的温度系数会被消除，带隙基准电压基本不随工艺和温度改变，只需要做好少量电阻的匹配以及比较器输入对管的匹配(任何精确比较器均会做匹配)，就能保证迟滞电压与工艺参数和温度无关；

2.如果芯片内采用n个精确迟滞比较器，传统精确迟滞电压比较器需要2n个基准电压，且在实际应用中迟滞电压的大小往往与比较器的基准电压不成固定比例，为了实现输出电压的精度，每个分压电阻必须保证匹配，这对于电阻分压带来很大的难度，本申请的电路只需要n个基准分压且基本成固定比例，大大减小基准电压的分压难度

3.该电路可以通过设置不同的电流镜镜像比例系数和迟滞mos管的宽长比实现任意大小的迟滞电压；这样解决了传统精确迟滞比较器实现多个小迟滞电压带来的基准电压分压电阻难以匹配的问题。

4.该电路在比较器基准电压输入端较传统精确比较器没有加入开关管，从而消除了开关管在比较器翻转时的电荷注入对基准电压的影响，从而保证在其他用途的基准电压的准确性。

附图说明

图1为本发明迟滞电压比较器的结构示意图。

图2为本发明中偏置电流产生模块的电路结构示意图。

图3为本发明中比较器模块的电路结构示意图。

图4为本发明中可调基准电压产生模块的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

实施例1：如图1所示，一种迟滞电压比较器，包括：可调基准电压产生模块、偏置电流产生模块、比较器模块；

所述可调基准电压产生模块产生第一电流i1，所述第一电流i1流入可调基准电压产生模块的第三电阻r3的一端，第三电阻r3的另一端连接电源端，所述第三电阻r3的一端形成电压点vr3；

如图2所示，所述偏置电流产生模块包括漏极电压钳位电路、mos管m20、mos管m19、第一电流镜、第二电流镜，所述漏极电压钳位电路包括运算放大器a1、第一电阻、第二电阻、mos管m15、mos管m16、mos管m17、mos管m18，所述mos管m20的漏极电流i2、mos管m19的漏极电流i3和第一电流i1相等，所述第二电阻r2的一端连接电源端，所述第二电阻r2的另一端分别连接mos管m20的漏极和mos管m18的栅极，mos管m18的源极和漏极分别连接电源端和mos管m17的源极，所述mos管m17的漏极连接第一电流镜的一个漏极，第一电流镜包括mos管m14和mos管m13，所述第二电流镜包括mos管m12和mos管m11，所述mos管m17的漏极(电流为i4)连接mos管m14的漏极，mos管m14和mos管m13的栅极连接，mos管m14的栅极和漏极短接，所述运算放大器a1的输出端连接mos管m17、mos管m15的栅极，所述运算放大器a1的输入端连接可调基准电压产生模块形成的电压点和mos管m17的源极，所述第一电阻r1的一端连接电源端，所述第一电阻r1的另一端分别连接mos管m19的漏极和mos管m16的栅极，mos管m16的源极和漏极分别连接电源端和mos管m15的源极，所述mos管m15的漏极(电流为i5)分别连接mos管m13的漏极(电流为i6)和第二电流镜mos管m13的漏极(电流为i7)，所述mos管m12和mos管m11的栅极连接，所述mos管m12的栅极和漏极短接，所述mos管m14、mos管m13、mos管m12、mos管m11的源极连接mos管m19、mos管m20的源极连接，所述mos管m11的漏极电流为产生的偏置电流i8，第一电流镜镜像比例系数为1:1，所述第二电流镜的镜像比例系数为1：k；

所述比较器模块包括晶体管对管，所述mos管对管的栅极分别连接输入电压端vin和基准电压端vref，在mos管对管处通过一个开关管设置一个mos管m3来产生迟滞电压，所述偏置电流通过第三电流镜产生镜像电流输入给mos管m3的源极。本实施例的方案不需要两个基准电压，且开关管的电荷注入将不会影响基准电压；该偏置电流是具有特定温度系数以及工艺参数，作为比较器的尾电流，从而消除了加入的mos管产生迟滞电压带来的温度系数与工艺参数，实现精确的迟滞电压，该迟滞电压不随温度与工艺角的变化而变化，再将该尾电流通过不同系数的电流镜镜像出来给多个该类比较器作为尾电流以及改变不同比较器输入mos管的宽长比即可实现任意不同精确迟滞电压的比较器，从而匹配比较简单，只需要n个基准电压。

实施例2：在实施例1的基础上，如图3所示，所述比较器模块包括mos管m6和mos管m5和mos管m2和mos管m1组成的对管、带有开关管m4的mos管m3、mos管m9和mos管m10组成的第三电流镜、mos管m7、mos管m8，所述偏置电流连接mos管m10的漏极，mos管m10的源极连接电源端，所述mos管m9和mos管m10的栅极连接，本实施例中第三电流镜的镜像比例系数为1:2，所述mos管m9的源极连接电源端，所述mos管m9的漏极连接mos管m3、mos管m2、mos管m1的源极，所述mos管m2、mos管m1的栅极分别连接在输入电压端vin和基准电压端vref，所述mos管m2和mos管m1的漏极分别连接mos管m6和mos管m5的漏极，所述mos管m6和mos管m5的源极连接mos管m19、mos管m20的源极，所述mos管m6和mos管m5的栅极连接，所述mos管m5的栅极和漏极短接，所述mos管m3的栅极连接输入电压端，所述mos管m3的漏极连接开关管m4的源极，所述开关管m4的漏极连接mos管m5的栅极，所述开关管m4的栅极连接到输出电压端，所述mos管m6的漏极连接mos管m7的栅极，所述mos管m8的源极和栅极分别连接电源端和偏置电流，所述mos管m7的源极连接mos管m19、mos管m20的源极，所述mos管m7、mos管m8的漏极连接输出电压端。

其中，mos管对管采用pmos输入对管或对偶的nmos输入对管。

实施例3，在实施例2的基础上，如图4所示，所述可调基准电压产生模块包括：运算放大器a0、mos管m21、mos管m22、mos管m23、mos管m24、mos管m25、第三电阻r3、第四电阻r4，所述运算放大器a0输入端连接基准电压的分压vr和mos管m25的源极，所述运算放大器a0输出端连接mos管m25的栅极，所述mos管m25的源极和漏极分别连接第四电阻r4的一端和mos管m24的漏极，所述mos管m24的源极连接电源端，所述mos管m24的栅极和漏极短接，所述mos管m24、mos管m23的栅极连接，mos管m23的源极和漏极分别连接电源端和mos管m22的漏极，所述mos管m22、mos管m21的栅极连接，所述mos管m22的栅极和漏极短接，所述mos管m22的栅极连接mos管m19、mos管m20的栅极，所述mos管m22、mos管m21的源极连接第四电阻r4的另一端，同时连接mos管m19和mos管m20的源极，所述mos管m21的漏极电流为第一电流i1，并连接第三电阻r3后再连接电源端,mos管m21和第三电阻r3之间形成电压点vr3。本实施例的结构中，改变电流镜mos管m21、mos管m22，电流镜mos管m23、mos管m24的镜像比例系数，以及改变电阻r1、r2、r3的阻值，可以实现不同的基准电压vr3。

上述实施例的方案采用用基准电压的分压vr通过运算放大器a0产生电流i1＝vr/r4，且i1＝i2＝i3，然后通过运算放大器a1钳位m18和m16的漏极与源极电压：

vds18＝vds16＝i1*r3

m18的栅极与源极压差为：vgs18＝i2*r2

m16的栅极与源极压差为：vgs16＝i3*r1

本实施例设置m18和m16的宽长比相等并做好匹配，使m18与m16的阈值电压相等：

vgs18＝vgs16

w18/l18＝w16/l16

本实施例调节vgs18和vgs16使m18与m16均工作在深线性区，且m16的电流i8大于m18的i6，设置m17与m15的宽长比，使两者由于电流大小不同带来的vgs差值可以忽略，如需要更加精准的，可单独加入一个运算放大器来钳位m15的漏极电压，从而可以得到i8的电流大小为：

其中，μp为空穴迁移率，cox为单位面积的栅氧化层电容，tox为氧化层厚度。

该电流i8将作为迟滞比较器的偏置电流，设置电流镜m10与m9的宽长比为1:2，输入对管m2与m3的宽长比相等：w2/l2＝w1/l1

当比较器输出为低时，没有加入迟滞mos管m3时，比较器发生翻转的条件是，m6的电流idm6与m5的电流idm5相等，均等于i8，必须保证输入管的m1，m2和m3均工作在饱和区。

比较器的翻转时：

idm6＝idm5＝i8

vin＝vref

当比较器翻转后，即输出为高时，通过开关管m4加入迟滞mos管m3，此时的翻转电压为：

故该电路的迟滞电压为：

整个公式中不包括与温度相关的参数，与工艺角参数相关的参数通过匹配也将被消除，从而实现精确迟滞电压的比较器，再通过不同电流镜将i7镜像出去给不同宽长比的输入对管比较器，即可实现多个不同大小精确迟滞电压的比较器。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。