一种高速高增益的三级比较器的制作方法

1.本实用新型属于开关电源技术领域，应用于芯片内部保护电路、过零检测电路、峰值检测电路等模块。


背景技术：

2.比较器是现代集成电路设计的基本模块，在开关电源芯片中各模拟部分都包含比较器。在保护电路模块中，例如：过流保护、过压保护等，需要比较器的速度足够快，一般来说，高速比较器的处理速度需达到纳秒级，否则芯片会出现失效、烧毁等严重问题。此外在芯片的控制环路中，例如：过零检测、峰值检测等模块中，比较器的性能好坏直接影响了整个芯片的性能。
3.比较器的精度一般由其开环增益决定，传统的运放结构的开环比较器精度高，但是速度比较慢；传统的动态锁存比较器由于使用了正反馈，速度快，但是精度低。为实现高精度比较器，一般采用多级级联的方式，但现有技术中，多级级联导致电路节点增多，寄生电容增大，降低了比较器的工作速度，前后仿真翻转速度差距较大，实际流片测试的翻转速度较前仿真差距较大。
4.因此需要一种同时实现高增益，但又能保证翻转速度的比较器结构，同时实现高速，高精度的性能要求。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种高速高增益的比较器，应用于dcdc电源模块中各种控制环路，在技术上通过增加钳位电路使第三级输出级快速翻转，来提高比较器的反应速度。
6.本实用新型的技术方案是这样实现的：
7.一种高速高增益的三级比较器，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路，其中偏置电路域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接比较器最后一级输入。
8.三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。
9.所述的高速高增益的比较器分为三个部分，三级比较器部分包括第一级预放大级，包括第一n型mos管nm2、第二n型mos管nm3、第三n型mos管nm4、电阻r1、r2；第二级增益级或中间级，包括第一n型mos管nm5，第二n型mos管nm10、第三n型mos管nm11、第四n型mos管nm6、第五n型mos管nm8、第一p型mos管pm1、第二p型mos管pm2、电阻r3、r4；第三级输出级，包括第一p型mos管pm6、第一n型mos管nm9、施密特触发器i1。
10.第一级预放大级中第一n型mos管nm2的栅端接第一输入信号vp，第三n型mos管nm4接第二输入信号vn，第一n型mos管nm2的漏端接电阻r1一端和第二级增益级中第二n型mos管nm10的栅极，第三n型mos管nm4的漏端接电阻r2一端和第二级增益级中第三n型mos管
nm11的栅端，r1、r2另一端接intvcc，第一n型mos管nm2的源端、第三n型mos管nm4的源端、第二n型mos管nm3的漏端相连，第二n型mos管nm3的栅端接偏置电路中第一n型mos管nm1的栅端和漏端，第二n型mos管nm3的源端与agnd相连。
11.第二级增益级中第一n型mos管nm5的栅端与偏置电路中第一n型mos管nm1的栅端和漏端相连，第一n型mos管nm5的源端与agnd相连，第一n型mos管nm5的漏端与第二n型mos管nm10的源端、第三n型mos管nm11的源端相连，第二n型mos管nm10的漏端与电阻r3、第一p型mos管pm1的源端相连，第三n型mos管nm11的漏端与电阻r4、第二p型mos管pm2的源端相连，电阻r3、r4的另一端与intvcc相连，第一p型mos管pm1的栅端与第一p型mos管pm1的漏端、第四n型mos管nm6的漏端、第二p型mos管pm2的栅端相接，第二p型mos管pm2的漏端、第五n型mos管nm8的漏端、钳位电路里的第三p型mos管pm5的源端、第三级第一p型mos管pm6的栅端相连，第四n型mos管nm6、第五n型mos管nm8的栅端与偏置电路里第一n型mos管nm1的栅端和漏端相连，第四n型mos管nm6、第五n型mos管nm8的源端与agnd相接。
12.第三级输出级中第一p型mos管pm6的源端与intvcc相连，第一p型mos管pm6的漏端与施密特触发器i1的输入端、第一n型mos管nm9的漏端相连，第一n型mos管nm9的栅端与偏置电路里第一n型mos管nm1的栅端和漏端相连，第一n型mos管nm9的源端与agnd相接，施密特触发器i1的输出端与电路输出vout相接。
13.此外还有偏置电路，包括第一n型mos管nm1、电流源ibias。
14.第一n型mos管nm1的栅端和漏端与电流源ibias相接，第一n型mos管nm1的源端与agnd相接。
15.加速翻转用的钳位电路，包括第一p型mos管pm3、第二p型mos管pm4、第三p型mos管pm5、第一n型mos管nm7。第一p型mos管pm3的源端接intvcc，第一p型mos管pm3的栅端、第一p型mos管pm3的漏端与第二p型mos管pm4的源端相接，第二p型mos管pm4的栅端、第二p型mos管pm4的漏端，第三p型mos管pm5的栅端、第一n型mos管nm7的漏端相连接，第一n型mos管nm7的栅端与偏置电路里第一n型mos管nm1的栅端和漏端相连，第一n型mos管nm7的源端接agnd，第三p型mos管pm5的源端接agnd。
16.本实用新型相比传统的多级级联比较器，加入了钳位电路，将第三级输出级的输入pm6的栅端电位预制于intvcc-vgs电位，当差分信号放大到第三级输入时，pm6的栅端电位不在需要从intvcc慢慢下降一个mos管阈值电压使pm6导通，而是直接从intvcc-vgs电位下降，使得第三级输出管pm6快速导通，比较器输出快速翻转。
附图说明
17.图1是本实用新型的电路图
具体实施方式
18.参照图1所示，所述的高速高增益的比较器具体实现电路图如图1所示，该电路分为三个部分，三级比较器、偏置电路、钳位电路。其中偏置电路域变比较器和钳位电路相接，提供尾电流，钳位电路输出接比较器最后一级输入。三级比较器包括第一级预放大级、第二级增益级和第三级输出级，第一级预放大器输入接比较器两端输入，输出接第二级增益级输入，第二级增益级输出接第三级输出级输入，第三级输出级输出比较结果。
19.三级比较器中的预放大级由输入对管和无源电阻组成，主要要求高带宽，尽量减小信号的延迟，预放大级将输入信号vp、vn的差分信号放大，输出到第二级输入；增益级为折叠式结构，提供较大的输出阻抗，从而提供较大的增益，第三级为电流镜做负载的共源级放大器，使增益进一步增大，并提供较大的输出摆幅，此外在增益级的输出与第三级的输入接入了钳位电路，钳位电路将第三级的输入上钳位到intvcc-vgs，从而使翻转时第三级输入变化的值变小，使得翻转时间大大加快，加速了vp》vm时的翻转速度，避免了传统级联结构因为节点电容太多，充电时间过长的问题。
20.本实用新型使用时输入端接需要比较的两个信号，假设初始输入信号vp大于vn，此时第一级预放大器将差分信号放大输入到第二级增益级，第二级增益级将第一级预放大输出的差分信号进一步放大，同时使双端差分输入转为单端输出，经过第三级输出级后，此时输出vout为高。当输入信号vp慢慢降低的时候，经前两级将差分信号放大并转为单端输出，第三级输出级输入慢慢降低，直到输入mos管pm6导通，此时输出vout由高变低，完成比较过程。