比较电路的制作方法

本公开涉及一种比较电路。

背景技术：

将基准电压设定为较高电位的比较电路相关联的文献已经公开，例如日本特开2003-207527号公报。日本特开2003-207527号公报涉及的高电压检测电路，在对高电压产生电路输出的高电压进行检测的高电压检测电路中，通过高电压下降电路使高电压产生电路的输出降压并输出下降电压、基准电压产生电路将高电压产生电路的输出作为其电源来使用并输出基准电压、比较电路进行高电压下降电路的输出与基准电压产生电路的输出的比较，从而控制高电压电平。

图3示出作为也在日本特开2003-207527号公报的高电压检测电路中使用的基本的比较电路的一例，现有技术的比较电路100。如图3所示，比较电路100的构成包括n型mos(metaloxidesemiconductor，金属氧化物半导体)晶体管qn11、qn12、p型mos晶体管qp11、qp12、逆变器in2和电流源ic。向p型mos晶体管qp11的栅极输入输入电压vin，向p型mos晶体管qp12的栅极输入基准电压vref。逆变器in2具有输出缓冲器的功能，逆变器in2的输出成为输出电压vout。另外，比较电路100中的n型mos晶体管qn11、qn12、p型mos晶体管qp11、qp12与电压相对高的高电压电源vph连接，逆变器in2与电压相对低的低电压电源vpl连接。即，比较电路100具有电平移位器的功能。

在此，使用电源电压和输入电压的具体数值例，对比较电路100的动作进行研究。使低电压电源vpl的电压为5v，使作为输入晶体管的p型mos晶体管qp11的栅极-源极间耐压<vgs>(能够施加于栅极-源极间的最大的电压值)为5v。栅极-源极间耐压<vgs>＝5v的值，是在逆变器in2以后的、以低电压电源vpl为电源的电路无问题动作的耐压。

在比较电路100中，还考虑了连接电压为16v的高电压电源vph的情况。在这种情况下，基准电压vref例如设定为8v。在这种条件的输入电路中，很多情况下要求，作为输入电压vin的低电平(以下记载为“l”)＝0v、高电平(以下记载为“h”)＝16v。但是，在输入l(＝0v)作为输入电压vin的情况下，施加16v作为p型mos晶体管qp11的栅极-源极间电压vgs。其结果，栅极-源极间电压vgs超过栅极-源极间耐压<vgs>，产生不能构成为电路的问题。当然，这种问题依赖于栅极-源极间耐压<vgs>的值，但是栅极-源极间耐压<vgs>一般也比例如漏极-源极间耐压<vds>低。

技术实现要素：

考虑上述情况，本公开的目的在于提供一种能够扩大输入动态范围的比较电路。

本公开的第一实施方式的比较电路包括：输入电流生成部，基于输入电压生成输入电流；基准电流生成部，基于基准电压生成基准电流；第一电流电压转换部，将输入电流转换为被比较电压；第二电流电压转换部，将基准电流转换为阈值电压；以及比较部，对被比较电压和阈值电压进行比较，输入电流生成部具备栅极和漏极连接并经由电阻向漏极输入输入电压的第一晶体管。

根据第一实施方式的比较电路，输入电流生成部具备栅极和漏极连接并经由电阻向漏极输入输入电压的第一晶体管，因此能够提供一种能够扩大输入动态范围的比较电路。

在本公开的第二实施方式的比较电路中，输入电流生成部具备使流过第一晶体管的电流产生镜像从而生成输入电流的第二晶体管。

根据第二实施方式的比较电路，输入电流生成部具备使流过第一晶体管的电流产生镜像从而生成输入电流的第二晶体管。因此，能够缓和由第一晶体管的耐压引起的限制。

在本公开的第三实施方式的比较电路中，输入电流生成部和基准电流生成部与具有第一电压的第一电源连接，第一电流电压转换部、第二电流电压转换部和比较部与具有比第一电压低的第二电压的第二电源连接。

根据第三实施方式的比较电路，输入电流生成部和基准电流生成部与具有第一电压的第一电源连接，第一电流电压转换部、第二电流电压转换部和比较部与具有比第一电压低的第二电压的第二电源连接。因此，能够简单地进行电平转换。

在本公开的第四实施方式的比较电路中，第一电流电压转换部基于产生镜像的电流将输入电流转换为被比较电压，第二电流电压转换部基于产生镜像的电流将基准电流转换为阈值电压。

根据第四实施方式的比较电路，第一电流电压转换部基于产生镜像的电流将输入电流转换为被比较电压，第二电流电压转换部基于产生镜像的电流将基准电流转换为阈值电压。因此，能够将输入电压与基准电压的比较，转换为被比较电压与阈值电压的比较。

根据本公开，取得的优异效果是，能提供一种能够扩大输入动态范围的比较电路。

附图说明

图1是示出本公开的实施方式的比较电路的构成的一例的电路图。

图2是示出本公开的实施方式的比较电路的各部分的电流、电压的电路图。

图3是示出现有技术的比较电路的构成的电路图。

附图标记说明

1～4…端子，10、100…比较电路，11…输入电流生成部，12…基准电流生成部，13…第一电流电压转换部，14…第二电流电压转换部，15…比较部，16…电流源，qn1～qn6、qn11～qn12…n型mos晶体管，qp1～qp6、qp11～qp12…p型mos晶体管，r1～r4…电阻，vref…基准电压，in1、in2…逆变器，ia、ib、ic…电流，va、vb…电压，vin…输入电压，vout…输出电压，vbb、vph…高电压电源，vcc、vpl…低电压电源，<vgs>…栅极-漏极间耐压，<vds>…漏极-源极间耐压，vf…阈值电压。

具体实施方式

下面，参照图1和图2，对本发明的一种实施方式的比较电路10进行详细说明。图1示出比较电路10的电路图，图2示出比较电路10的各部分的电流、电压。比较电路10是，例如将向半导体集成电路的输入信号与基准电压进行比较并判定输入信号的逻辑电平(h、l)的电路。

如图1所示，本实施方式的比较电路10的构成包括输入电流生成部11、基准电流生成部12、第一电流电压转换部13，第二电流电压转换部14和比较部15。在端子1处连接有具有相对高的电压值的高电压电源vbb，在端子2处连接有具有相对低的电压值的低电压电源vcc，向端子3输入输入电压vin，从端子4输出输出电压vout。另外，在本实施方式中，以高电压电源vbb的电压值为16v、低电压电源vcc的电压值为5v为例进行说明，但是高电压电源vbb的电压值、低电压电源vcc的电压值并不限于此，可以根据比较电路10的设计条件等选择适当的值。

上述各部分中的输入电流生成部11和基准电流生成部12与高电压电源vbb连接，第一电流电压转换部13、第二电流电压转换部14和比较部15与低电压电源vcc连接。即，比较电路10还具备将在比较部15中比较的电压范围从高电压电源vbb系统的电压范围转换为低电压电源vcc系统的电压范围的电平移位的功能。

输入电流生成部11具备n型mos晶体管qn1、p型mos晶体管qp1、qp2和电阻r1。如图1所示，输入电压vin经由电阻r1从p型mos晶体管qp1的漏极输入。p型mos晶体管qp1的栅极和漏极连接(二极管连接)。如图2所示，将通过施加输入电压vin而流过p型mos晶体管qp1的电流作为电流ia。p型mos晶体管qp1、qp2构成电流镜像电路，在本实施方式中电流ia也流过p型mos晶体管qp2。即，虽然在本实施方式中使该电流镜像电路的镜像比为1：1，但是并不限于此，可以选择适当的值。如果p型mos晶体管qp1的漏极-源极间电压vds≒0，则电流ia由如下所示的(式1)给出。

ia＝(vbb-vin)/r1…(式1)

此处，vbb是高电压电源vbb的电压值，r1是电阻r1的电阻值。

如图1所示，基准电流生成部12的构成包括n型mos晶体管qn2、p型mos晶体管qp3、qp4和电阻r2。在p型mos晶体管qp3的漏极处，经由电阻r2连接有基准电压vref。基准电压vref的具体值例如为8v。连接有二极管的p型mos晶体管qp3和p型mos晶体管qp4构成电流镜像电路，如图2所示，如果将流过p型mos晶体管qp3的电流作为ib，则电流ib也流过p型mos晶体管qp4。即，虽然在本实施方式中，使该电流镜像电路的镜像比为1：1，但是并不限于此，可以选择适当的值。如果p型mos晶体管qp3的漏极-源极间电压vds≒0，则电流ib由如下所示的(式2)给出。

ib＝(vbb-vref)/r2…(式2)

此处，r2是电阻r2的电阻值。

如图1所示，第一电流电压转换部13的构成包括n型mos晶体管qn3和电阻r3。n型mos晶体管qn3与n型mos晶体管qn1并联，流过p型mos晶体管qp1的电流被镜像。即，如图2所示，电流ia也流过n型mos晶体管qn3。如果n型mos晶体管qn3的漏极-源极间电压vds≒0，则n型mos晶体管qn3的漏极和电阻r3的连接点处的电压va由如下所示的(式3)给出。

va＝vcc-ia·r3…(式3)

此处，vcc是低电压电源vcc的电压值，r3是电阻r3的电阻值。

另外，电压va是本发明的“被比较电压”的一例。

如图1所示，第二电流电压转换部14的构成包括n型mos晶体管qn4和电阻r4。n型mos晶体管qn4与n型mos晶体管qn2以栅极共用和源极共用的方式连接，流过p型mos晶体管qp3的电流被镜像。即，如图2所示，电流ib也流过n型mos晶体管qn4。如果n型mos晶体管qn4的漏极-源极间电压vds≒0，则n型mos晶体管qn4的漏极与电阻r4的连接点处的电压vb由如下所示的(式4)给出。

vb＝vcc-ib·r4…(式4)

此处，r4是电阻r4的电阻值。

另外，电压vb是本公开的“阈值电压”的一例。

如图1所示，比较部15的构成包括n型mos晶体管qn5、qn6、p型mos晶体管qp5、qp6和电流ic的电流源16。比较部15被构成为比较电路(比较器)，该比较电路(比较器)向p型mos晶体管qp5的栅极输入输入电压，向p型mos晶体管qp6的栅极输入基准电压，并且将输入电压与基准电压进行比较。逆变器in1是用于输出输出电压vout的输出缓冲器。

此处，现有接收比较电路的输入信号的部分基本上是mos晶体管的栅极端子，但是由栅极-漏极间的耐压<vgs>限制的栅极端子的额定值一般较低，能设想到，在h、l的电位差大的情况下，因任何电平的输入信号超过该额定值，mos晶体管都会损坏。因此，在本实施方式中的构成是，连接被施加输入电压vin的p型mos晶体管qp1的栅极和漏极，将输入电压vin经由电阻r1输入到p型mos晶体管qp1的漏极。

接着，对本实施方式的比较电路10的动作进行说明。如上所述，在比较电路10中，输入h＝16v、l＝0v的信号作为输入电压vin。但是，在比较电路10中，输入电压vin经由电阻r1输入到连接有二极管的p型mos晶体管qp1的漏极。输入电压vin＝l(＝0v)时，p型mos晶体管qp1的漏极-源极间电压vds、栅极-源极间电压vgs均停留在vds＝vf、vgs＝vf。然而，vf是p型mos晶体管qp1的阈值电压。此处，以阈值电压vf为例，如果vf＝0.7v，则剩余的15.3v(＝vbb-vf)在电阻r1中下降(施加于电阻r1)。由此，能够满足被施加输入电压vin的p型mos晶体管qp1的耐压条件。

比较电路一般对输入电压和基准电压进行比较，判定输入电压是l还是h。为了在比较电路10中也能进行电压彼此之间的比较，将作为输入电流的电流ia和作为基准电流的电流ib再次转换为电压。此时，在本实施方式中，再次转换为适合于以低电压电源vcc动作的比较部15的电压。即，电压va成为低电压电源vcc下动作的比较部15的输入电压，电压vb成为比较部15的基准电压。但是，并不限于此，也可以构成在高电压电源vbb下动作的比较部中进行比较。

此处，如果将(式1)代入(式3)，则得到如下所示的(式5)。

va＝vcc-(r3/r1)·(vbb-vin)…(式5)

此外，如果将(式2)代入(式4)，则得到如下所示的(式6)。

vb＝vcc-(r4/r2)·(vbb-vref)…(式6)

此外，如果r1＝r2、r3＝r4(设定为r1＝r2、r3＝r4)，则(式5)和(式6)分别表示为如下所示的(式7)、(式8)。

va＝vcc-(r3/r1)·(vbb-vin)…(式7)

vb＝vcc-(r3/r1)·(vbb-vref)…(式8)

然而，再次表明(式7)与(式5)是相同的公式。

对(式7)和(式8)进行比较可以看出，由于vin和vref以外的项相同，所以va和vb的大小关系由vin和vref的大小关系确定。即，比较vin和vref与比较va和vb是等价的，两者的比较结果一致。如上所述，根据本实施方式的比较电路10，能够简单地进行从高电压电源向低电压电源的电平移位。

另外，在上述实施方式中，例示地说明了使流过输入电流生成部11和第一电流电压转换部13的电流相等而为ia，使流过基准电流生成部12和第二电流电压转换部14的电流相等而为ib的方式，但是并不限于此。例如，也可以是使流过第一电流电压转换部13的电流小于流过输入电流生成部11的电流ia，使流过第二电流电压转换部14的电流小于流过基准电流生成部12的电流ib的方式。