四輸入端比較器的製作方法

2023-10-11 16:09:29 1

專利名稱：四輸入端比較器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種比較器，尤其涉及一種具有四個輸入端的比較器，並且適於在單 片式集成電路晶片中使用。
背景技術：
在模擬集成電路領域，比較器的應用非常廣泛。比較器是通過將兩個電壓進行比 較並且輸出高低電平信號供後級電路處理。傳統的比較器如圖1所示，比較器由第一級和第二級組成，第一級由輸入對管Ml 和M2、負載對管M3和M4、以及電流源Ibl構成，第二級由MOS管M5以及電流源Ib構成。比 較電壓分別連接至M1、M2的柵極，從圖1中看，即第一輸入電壓Vin輸入至Ml的柵極，第二 輸入電壓Vip輸入至M2的柵極。傳統比較器的輸入比較電壓Vin和Vip都是相對於同一個電位(Vgnd)的，這種比較 器是對Vin-Vgnd和Vig-Vgnd兩個電壓差進行比較。當Vin-Vgnd = Vip-Vgnd，即當Vin = Vip時比較器輸出電壓v。ut翻轉。如果不考慮比較 器的電源電位Vdd以及地電位Vgnd，傳統比較器的輸入電壓有兩個Vin和Vip，因此可以稱傳統 電壓比較器為雙輸入端電壓比較器，亦可表示為如圖2所示。在實際應用過程中，圖2所示的比較器的其中一個輸入端連接到基準電壓V&，另 一端連接到需要檢測的電壓。由於傳統比較器兩個輸入端都是相對於同一個電位，因此當需要檢測的電壓的相 對電位改變時，對應的基準電壓VMf也同樣需要改變。例如在多節鋰離子電池應用方案中，需要對多節電池電壓進行檢測，採用傳統比 較器的實現方法是需要在每節電池之間提供一個基準電壓，然後將多節電池的分壓與對應 的基準電壓相比較。例如如圖3所示，由於是四節電池，因此需要四個基準電壓。圖3中 VCl VC4分別代表四節電池的正輸入端，Vdl Vd4分別代表四節電池各自的分壓，V,efl Vref4分別代表每一節電池對應的基準電壓，滿足關係式Vref4-Vgnd = Vref3-Vc4 = Vref2-Vc3 = Vrefl-Vc2這種實現方式存在一定的局限性(1)每一節電池需要一個基準電壓，隨著電池數量的增加，基準源電路也隨之增 加，對應晶片的面積和成本會隨之增加。(2)每節電池之間的基準源電路的不匹配性(Mismatch)會引入額外的誤差，對整 體的精度會帶來影響。

發明內容
本發明的目的在於解決上述問題，提供了一種四輸入端比較器，具有四個輸入端， 當應用在類似多節電池方案中時只需要一個基準源，節省了晶片面積和成本，提高了電路 性能。
本發明的技術方案為本發明揭示了一種四輸入端比較器，包括第一 MOS管和第二 MOS管，其中第一 MOS管的柵極連接第一輸入電壓，第二 MOS管 的柵極連接第二輸入電壓，第一MOS管的源極連接第三輸入電壓，第二MOS管的源極連接第 四輸入電壓；第三MOS管和第四MOS管，其中第三MOS管的柵極和漏極短接，第三MOS管的源極 連接電源電壓，第三MOS管的漏極連接第一 MOS管的漏極，第四MOS管的柵極和第三MOS管 的柵極相連，第四MOS管的源極連接電源電壓，第四MOS管的漏極連接第二MOS管的漏極且 是四輸入端比較器的輸出。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一MOS管和第二MOS管的尺寸相同， 第三MOS管和第四MOS管的尺寸相同。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，該四輸入端比較器還包括第五MOS管，其柵極連接第四MOS管的漏極，其源極連接電源電壓，其漏極連接一 電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接地。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一 MOS管的源極連有第一電阻，第 二 MOS管的源極連有第二電阻。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一 MOS管的源極接地。本發明還揭示了一種四輸入端比較器，包括第一 MOS管和第二 MOS管，其中第一 MOS管的柵極連接第一輸入電壓，第二 MOS管 的柵極連接第二輸入電壓，第一MOS管的源極連接第三輸入電壓，第二MOS管的源極連接第 四輸入電壓；第三MOS管和第四MOS管，其中第三MOS管的漏極和柵極短接，第三MOS管的源極 接地，第三MOS管的漏極連接第一 MOS管的漏極，第四MOS管的柵極和第三MOS管的柵極相 連，第四MOS管的源極接地，第四MOS管的漏極連接第二 MOS管的漏極且是四輸入端比較器 的輸出。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一MOS管和第二MOS管的尺寸相同， 第三MOS管和第四MOS管的尺寸相同。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，該四輸入端比較器還包括第五MOS管，其柵極連接第四MOS管的漏極，其源極接地，其漏極連接一電流源且 是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接電源電壓。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一 MOS管的源極連有第一電阻，第 二 MOS管的源極連有第二電阻。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第二 MOS管的柵極連接一基準電壓。本發明又揭示了一種四輸入端比較器，包括第一三極體和第二三極體，其中第一三極體的基極連接第一輸入電壓，第二三極 管的基極連接第二輸入電壓，第一三極體的發射極連接第三輸入電壓，第二三極體的發射 極連接第四輸入電壓；第三三極體和第四三極體，其中第三三極體的基極和集電極短接，第三三極體的 發射極連接電源電壓，第三三極體的集電極連接第一三極體的集電極，第四三極體的基極 和第三三極體的基極相連，第四三極體的發射極連接電源電壓，第四三極體的集電極和第二三極體的集電極相連且是四輸入端比較器的輸出。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一三極體和第二三極體的尺寸相 同，第三三極體和第四三極體的尺寸相同。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，該四輸入端比較器還包括第五三極體，其基極連接第四三極體的集電極，其發射極連接電源電壓，其集電極 連接一電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接地。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一三極體的發射極連有第一電阻， 第二三極體的發射極連有第二電阻。本發明另外揭示了一種四輸入端比較器，包括第一三極體和第二三極體，其中第一三極體的基極連接第一輸入電壓，第二三極 管的基極連接第二輸入電壓，第一三極體的發射極連接第三輸入電壓，第二三極體的發射 極連接第四輸入電壓；第三三極體和第四三極體，其中第三三極體的集電極和基極短接，第三三極體的 集電極連接第一三極體的集電極，第三三極體的發射極接地，第四三極體的基極和第三三 極管的基極相連，第四三極體的發射極接地，第四三極體的集電極與第二三極體的集電極 相連且是四輸入端比較器的輸出。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一三極體和第二三極體的尺寸相 同，第三三極體和第四三極體的尺寸相同。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，該四輸入端比較器還包括第五三極體，其基極連接第四三極體的集電極，其發射極接地，其集電極連接一電 流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接電源電壓。根據本發明的四輸入端比較器的一實施例，第一三極體的發射極連有第一電阻， 第二三極體的發射極連有第二電阻。本發明對比現有技術有如下的有益效果本發明的比較器具有第一 MOS管、第二 MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中第一 MOS管和第二 MOS管的柵極分別連接第一輸入電 壓和第二輸入電壓，第一 MOS管和第二 MOS管的源極分別連接第三輸入電壓和第四輸入電 壓。第三MOS管和第四MOS管構成電流鏡結構，第三MOS管構成二極體連接方式，第三MOS 管的漏極連接至第一 MOS管的漏極，第四MOS管的漏極連接至第二 MOS管的漏極且為比較 器的輸出。對比現有技術，在上述的多節電池方案中，本發明可以直接將各串的電池電壓與 低壓下的同一個基準電壓進行比較，因此只需要一個基準電壓源電路，節省了多個基準源， 從而節省了晶片成本，提高了電路的性能。


圖1是傳統比較器內部電路的示意圖。圖2是傳統的兩輸入端比較器的示意圖。圖3是採用傳統比較器實現多節電池電壓檢測方式的示意圖。圖4是本發明的四輸入端比較器的第一實施例的電路圖。圖5是本發明的四輸入端比較器的第二實施例的電路圖。圖6是本發明的四輸入端比較器的示意圖。
圖7是本發明的四輸入端比較器的第三實施例的電路圖。圖8是採用本發明實現多節電池電壓檢測方式的示意圖。圖9是圖7比較器翻轉過程中各個電平變化的示意圖。圖10是本發明的四輸入端比較器的第四實施例的電路圖。圖11是本發明的四輸入端比較器的第五實施例的電路圖。圖12是本發明的四輸入端比較器的第六實施例的電路圖。圖13是本發明的四輸入端比較器的第七實施例的電路圖。圖14是本發明的四輸入端比較器的第八實施例的電路圖。圖15是本發明的四輸入端比較器的第九實施例的電路圖。圖16是本發明的四輸入端比較器的第十實施例的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。四輸入端比較器的第一實施例圖4示出了本發明的四輸入端比較器的第一實施例的電路。請參見圖4，本實施例 的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4。第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入 電壓Vip，第一 MOS管Ml的源極連接第三輸入電壓Vl，第二 MOS管M2的源極連接第四輸入 電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管 M3的柵極和漏極短接(在圖4中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連接 方式)，第三MOS管M3的源極連接電源電壓VDD，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml 的漏極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極連接電 源電壓VDD，第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的 輸出就是比較器的輸出(在圖4中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個 電流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖4中示為連接N2)，第五 MOS管M5的源極連接電源電壓VDD。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比 較器的輸出(比較器的輸出在圖4中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。這種四輸入端比較器的表現形式如圖6所示，其除了輸入電壓Vin和Vip之外，還有 輸入電壓Vl和V2，這是本發明相對傳統比較器所增加的兩個輸入端。這種四輸入端比較器 是對Vin-Vl和Vip-V2兩個電壓差的比較，當Vin-Vl = Vip-V2時，比較器輸出電壓V。ut翻轉。四輸入端比較器的第二實施例圖5示出了本發明的四輸入端比較器的第二實施例的電路。請參見圖5，本實施例 的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4以 及兩個電阻Rl和R2。
第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入 電壓Vip，第一 MOS管Ml的源極通過電阻Rl連接第三輸入電壓VI，第二 MOS管M2的源極通 過電阻R2連接第四輸入電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管 M3的柵極和漏極短接(在圖5中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連接 方式)，第三MOS管M3的源極連接電源電壓VDD，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml 的漏極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極連接電 源電壓VDD，第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的 輸出就是比較器的輸出(在圖5中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個 電流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖5中示為連接N2)，第五 MOS管M5的源極連接電源電壓VDD。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比 較器的輸出(比較器的輸出在圖5中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。在一種較佳的實施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。這種四輸入端比較器的表現形式如圖6所示，其除了輸入電壓Vin和Vip之外，還有 輸入電壓Vl和V2，這是本發明相對傳統比較器所增加的兩個輸入端。這種四輸入端比較器 是對Vin-Vl和Vip-V2兩個電壓差的比較，當Vin-Vl = Vip-V2時，比較器輸出電壓V。ut翻轉。四輸入端比較器的第三實施例圖7示出了本發明的四輸入端比較器的第三實施例的電路。請參見圖7，本實施例 的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3和第四MOS管M4。第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入 電壓Vip，第一 MOS管Ml的源極接地(Vgnd),第二 MOS管M2的源極連接第四輸入電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管 M3的柵極和漏極短接(在圖7中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連接 方式)，第三MOS管M3的源極連接電源電壓VDD，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml 的漏極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極連接電 源電壓VDD，第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的 輸出就是比較器的輸出(在圖7中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個 電流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖7中示為連接N2)，第五 MOS管M5的源極連接電源電壓VDD。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比 較器的輸出(比較器的輸出在圖7中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。和圖4的第一實施例相比，本實施例唯一的區別在於第一MOS管Ml的源極接地而不是圖4所示的接第三輸入電壓Vl。在實際應用中，可將第一 MOS管Ml的柵極連接基準電
壓 Vref °因此第一實施例中Vin-Vl = Vip-V2的等式就可以簡化為Vref = Vip_V2，因此只要 提供一個穩定的V2電壓，就可以將高電壓Vip與低電壓Vref進行直接比較，如圖7所示。在圖7所示的電路中，當Vip-V2 > Vref-Vgnd時，流過第一 MOS管Ml的電流比流過第 二 MOS管M2的電流小，第四MOS管M4鏡像第三MOS管M3的電流，所以第四MOS管M4的電 流比第二 MOS管M2的電流小，N2點的電壓被下拉，第五MOS管M5強導通，V。ut輸出高電平 VDD。當Vip-V2 = Vref-Vgnd時，流過第一 MOS管Ml的電流等於流過第二 MOS管M2的電 流，第四MOS管M4鏡像第三MOS管M3的電流，所以第四MOS管M4的電流等於第二 MOS管 M2的電流，N2點電壓處於中間狀態，第五MOS管M5電流等於Ib，Vout開始由高電平VDD往 低電平Vgnd轉變。當Vip-V2 < Vref-Vgnd時，流過第一 MOS管Ml的電流大於流過第二 MOS管M2的電 流，第四MOS管M4鏡像第三MOS管M3的電流，所以第四MOS管M4的電流大於第二 MOS管 M2的電流，N2點的電壓被拉高到VDD，第五MOS管M5關閉，V。ut輸出低電平V-。比較器翻轉過程中各個電平的變化如圖9所示。對本實施例進行進一步的延伸可實現多節電池電壓的檢測。在圖8中，VCl VC4 分別代表四節電池的正輸入端，Vdl Vd4分別代表四節電池各自的分壓，V,ef代表基準電 壓，滿足以下關係式時比較器翻轉Vref-Vgnd = Vd4-Vgnd = Vd3-Vc4 = Vd2-Vc3 = Vdl-Vc2相比傳統比較器的實現方法，本發明可以直接將各串的電池電壓與低壓下的同一 個基準電壓進行比較，所以只需要一個基準電壓源電路，節省了多個基準源，從而節省了芯 片成本，提高了電路性能。四輸入端比較器的第四實施例圖10示出了本發明的四輸入端比較器的第四實施例的電路。請參見圖10，本實 施例的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、第四MOS管M4 以及電阻Rl和R2。第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin(在實際應用中可令第一 MOS管Ml的 柵極連接基準電壓Vref)，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入電壓Vip，第一 MOS管Ml的源 極通過電阻Rl接地(Vgnd)，第二 MOS管M2的源極通過電阻R2連接第四輸入電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管 M3的柵極和漏極短接(在圖10中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連接 方式)，第三MOS管M3的源極連接電源電壓VDD，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml 的漏極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極連接電 源電壓VDD，第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的 輸出就是比較器的輸出(在圖10中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個電 流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖10中示為連接N2)，第五MOS管M5的源極連接電源電壓VDD。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比 較器的輸出(比較器的輸出在圖10中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。在一種較佳的實施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。四輸入端比較器的第五實施例圖11示出了本發明的四輸入端比較器的第五實施例的電路。請參見圖11，本實施 例的四輸入端比較器相對於前述實施例的四輸入端比較器，其輸入對管(也就是第一 MOS 管Ml和第二 MOS管M2)是PMOS管，而負載對管(也就是第三MOS管M3和第四MOS管M4) 是NMOS管。本實施例的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、 第四MOS管M4、電阻Rl和R2。第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入 電壓Vip，第一 MOS管Ml的源極通過電阻Rl連接第三輸入電壓VI，第二 MOS管M2的源極通 過電阻R2連接第四輸入電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管 M3的柵極和漏極短接(在圖11中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連 接方式)，第三MOS管M3的源極接地(Vgnd)，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml的漏 極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極接地(Vgnd), 第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的輸出就是比 較器的輸出(在圖11中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個電 流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖11中示為連接N2)，第五 MOS管M5的源極接地。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比較器的輸出 (比較器的輸出在圖11中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。在一種較佳的實施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。四輸入端比較器的第六實施例圖12示出了本發明的四輸入端比較器的第六實施例。請參見圖12，本實施例的四 輸入端比較器和第五實施例一樣，其輸入對管(也就是第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2)是 PMOS管，而負載對管(也就是第三MOS管M3和第四MOS管M4)是NMOS管。本實施例的四輸入端比較器包括第一 MOS管Ml、第二 MOS管M2、第三MOS管M3、 第四MOS管M4。第一 MOS管Ml的柵極連接第一輸入電壓Vin，第二 MOS管M2的柵極連接第二輸入 電壓Vip (在實際應用中令第二輸入電壓Vip為基準電壓V,ef)，第一 MOS管Ml的源極連接第 三輸入電壓VI，第二 MOS管M2的源極連接第四輸入電壓V2。第三MOS管M3和第四MOS管M4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三MOS管M3的柵極和漏極短接(在圖12中標註為用m連線M3的柵極和漏極，從而構成二極體連 接方式)，第三MOS管M3的源極接地(Vgnd)，第三MOS管M3的漏極連接第一 MOS管Ml的漏 極。第四MOS管M4的柵極和第三MOS管M3的柵極相連，第四MOS管M4的源極接地(Vgnd), 第四MOS管M4的漏極連接第二 MOS管M2的漏極，而且第四MOS管M4的漏極的輸出就是比 較器的輸出(在圖12中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五MOS管M5和一個電 流源Ib，第五MOS管M5的柵極連接第四MOS管M4的漏極(在圖12中示為連接N2)，第五 MOS管M5的源極接地。第五MOS管M5的漏極連接電流源Ib，且漏極引出為比較器的輸出 (比較器的輸出在圖12中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源VDD。在一種較佳的實施方式中，第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2的尺寸相同，第三MOS 管M3和第四MOS管M4的尺寸相同。四輸入端比較器的第七實施例圖13示出了本發明的四輸入端比較器的第七實施例。請參見圖13，本實施例相對 於前述實施例的區別在於，用BJT管(三極體)替換了原來的MOS管。本實施例的四輸入端比較器包括第一三極體Q1、第二三極體Q2、第三三極體Q3 和第四三極體Q4。第一三極體Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極體Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip，第一三極體Ql的發射極連接第三輸入電壓VI，第二三極體Q2的發射極連接第四 輸入電壓V2。第三三極體管Q3和第四三極體Q4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三三極體 Q3的基極和集電極短接(在圖13中標註為用m連線Q3的基極和集電極，從而構成二極體 連接方式)，第三三極體Q3的發射極接電源電壓VDD，第三三極體Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極體Q4的基極和第三三極體Q3的基極相連，第四三極體Q4的 發射極接電源電壓VDD，第四三極體Q4的集電極連接第二三極體Q2的集電極，而且第四三 極管Q4的集電極的輸出就是比較器的輸出(在圖13中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五三極體Q5和一個電 流源Ib，第五三極體Q5的基極連接第四三極體Q4的集電極(在圖13中示為連接N2)，第 五三極體Q5的發射極接電源電壓VDD。第五三極體Q5的集電極連接電流源Ib，且集電極 引出為比較器的輸出(比較器的輸出在圖13中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一三極體Ql和第二三極體Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極體Q4的尺寸相同。四輸入端比較器的第八實施例圖14示出了本發明的四輸入端比較器的第八實施例。請參見圖14，和圖13的實 施例一樣，本實施例用BJT管(三極體)替換了原來的MOS管。本實施例的四輸入端比較器包括第一三極體Q1、第二三極體Q2、第三三極體Q3、 第四三極體Q4、電阻Rl和R2。第一三極體Ql的基極連接第一輸入電壓Vin 第二三極體Q2的基極連接第二輸入電壓Vip，第一三極體Ql的發射極通過電阻Rl連接第三輸入電壓Vl，第二三極體Q2的發射 極通過電阻R2連接第四輸入電壓V2。第三三極體管Q3和第四三極體Q4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三三極體 Q3的基極和集電極短接(在圖14中標註為用m連線Q3的基極和集電極，從而構成二極體 連接方式)，第三三極體Q3的發射極接電源電壓VDD，第三三極體Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極體Q4的基極和第三三極體Q3的基極相連，第四三極體Q4的 發射極接電源電壓VDD，第四三極體Q4的集電極連接第二三極體Q2的集電極，而且第四三 極管Q4的集電極的輸出就是比較器的輸出(在圖14中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五三極體Q5和一個電 流源Ib，第五三極體Q5的基極連接第四三極體Q4的集電極(在圖14中示為連接N2)，第 五三極體Q5的發射極接電源電壓VDD。第五三極體Q5的集電極連接電流源Ib，且集電極 引出為比較器的輸出(比較器的輸出在圖14中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實施方式中，第一三極體Ql和第二三極體Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極體Q4的尺寸相同。在一種較佳的實施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。四輸入端比較器的第九實施例圖15示出了本發明的四輸入端比較器的第九實施例。請參見圖15，本實施例的四 輸入端比較器包括第一三極體Q1、第二三極體Q2、第三三極體Q3和第四三極體Q4。 第一三極體Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極體Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip (在實際應用中可令第二輸入電壓為基準電壓Vref)，第一三極體Ql的發射極連接第 三輸入電壓Vl，第二三極體Q2的發射極連接第四輸入電壓V2。第三三極體管Q3和第四三極體Q4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三三極 管Q3的基極和集電極短接(在圖15中標註為用m連線Q3的基極和集電極，從而構成二 極管連接方式)，第三三極體Q3的發射極接地(Vgnd)，第三三極體Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極體Q4的基極和第三三極體Q3的基極相連，第四三極體Q4的 發射極接地，第四三極體Q4的集電極連接第二三極體Q2的集電極，而且第四三極體Q4的 集電極的輸出就是比較器的輸出(在圖15中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五三極體Q5和一個電 流源Ib，第五三極體Q5的基極連接第四三極體Q4的集電極(在圖15中示為連接N2)，第 五三極體Q5的發射極接地。第五三極體Q5的集電極連接電流源Ib，且集電極引出為比較 器的輸出(比較器的輸出在圖15中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實施方式中，第一三極體Ql和第二三極體Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極體Q4的尺寸相同。四輸入端比較器的第十實施例圖16示出了本發明的四輸入端比較器的第十實施例。請參見圖16，本實施例的四 輸入端比較器包括第一三極體Q1、第二三極體Q2、第三三極體Q3、第四三極體Q4、電阻Rl 和R2。
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第一三極體Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極體Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip (在實際應用中可令第二輸入電壓Vip為基準電壓VMf)，第一三極體Ql的發射極通 過電阻Rl連接第三輸入電壓VI，第二三極體Q2的發射極通過電阻R2連接第四輸入電壓 V2。第三三極體管Q3和第四三極體Q4構成電流鏡的連接方式。具體而言，第三三極 管Q3的基極和集電極短接(在圖16中標註為用m連線Q3的基極和集電極，從而構成二 極管連接方式)，第三三極體Q3的發射極接地(Vgnd)，第三三極體Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極體Q4的基極和第三三極體Q3的基極相連，第四三極體Q4的 發射極接地，第四三極體Q4的集電極連接第二三極體Q2的集電極，而且第四三極體Q4的 集電極的輸出就是比較器的輸出(在圖16中標註為由N2引出比較器的輸出)。對於四輸入端比較器而言，以上的電路已經可以構成一個最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實現其效果，在上述電路的基礎上還可以增加一個第五三極體Q5和一個電 流源Ib，第五三極體Q5的基極連接第四三極體Q4的集電極(在圖16中示為連接N2)，第 五三極體Q5的發射極接地。第五三極體Q5的集電極連接電流源Ib，且集電極引出為比較 器的輸出(比較器的輸出在圖16中標註為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實施方式中，第一三極體Ql和第二三極體Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極體Q4的尺寸相同。在一種較佳的實施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。綜合上述的實施例可以看出，本發明的四輸入端比較器的兩個輸入端是相對於不 同的電位，當需要檢測的電壓的相對電位改變時，對應的基準電壓Vref無需改變。在如背景 技術所述的多節鋰離子電池應用方案等類似的應用場合中，相比傳統比較器的實現方法， 本發明可以直接將各串的電池電壓與低壓下的同一個基準電壓進行比較，所以只需要一個 基準電壓源電路，節省了多個基準源，從而節省了晶片成本，提高了電路的性能。上述實施例是提供給本領域普通技術人員來實現或使用本發明的，本領域普通技 術人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而 本發明的保護範圍並不被上述實施例所限，而應該是符合權利要求書提到的創新性特徵的 最大範圍。
權利要求
一種四輸入端比較器，包括第一MOS管和第二MOS管，其中第一MOS管的柵極連接第一輸入電壓，第二MOS管的柵極連接第二輸入電壓，第一MOS管的源極連接第三輸入電壓，第二MOS管的源極連接第四輸入電壓；第三MOS管和第四MOS管，其中第三MOS管的柵極和漏極短接，第三MOS管的源極連接電源電壓，第三MOS管的漏極連接第一MOS管的漏極，第四MOS管的柵極和第三MOS管的柵極相連，第四MOS管的源極連接電源電壓，第四MOS管的漏極連接第二MOS管的漏極且是四輸入端比較器的輸出。
2.根據權利要求1所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一MOS管和第二MOS管的尺 寸相同，第三MOS管和第四MOS管的尺寸相同。
3.根據權利要求1所述的四輸入端比較器，其特徵在於，該四輸入端比較器還包括 第五MOS管，其柵極連接第四MOS管的漏極，其源極連接電源電壓，其漏極連接一電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接地。
4.根據權利要求1 3中任一項所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一MOS管的源 極連有第一電阻，第二 MOS管的源極連有第二電阻。
5.根據權利要求4所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一MOS管的源極接地。
6.一種四輸入端比較器，包括第一 MOS管和第二 MOS管，其中第一 MOS管的柵極連接第一輸入電壓，第二 MOS管的柵 極連接第二輸入電壓，第一MOS管的源極連接第三輸入電壓，第二MOS管的源極連接第四輸 入電壓；第三MOS管和第四MOS管，其中第三MOS管的漏極和柵極短接，第三MOS管的源極接地， 第三MOS管的漏極連接第一 MOS管的漏極，第四MOS管的柵極和第三MOS管的柵極相連，第 四MOS管的源極接地，第四MOS管的漏極連接第二 MOS管的漏極且是四輸入端比較器的輸出。
7.根據權利要求6所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一MOS管和第二 MOS管的尺 寸相同，第三MOS管和第四MOS管的尺寸相同。
8.根據權利要求6所述的四輸入端比較器，其特徵在於，該四輸入端比較器還包括 第五MOS管，其柵極連接第四MOS管的漏極，其源極接地，其漏極連接一電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接電源電壓。
9.根據權利要求6 8中任一項所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一MOS管的源 極連有第一電阻，第二 MOS管的源極連有第二電阻。
10.根據權利要求9所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第二MOS管的柵極連接一基 準電壓。
11.一種四輸入端比較器，包括第一三極體和第二三極體，其中第一三極體的基極連接第一輸入電壓，第二三極體的 基極連接第二輸入電壓，第一三極體的發射極連接第三輸入電壓，第二三極體的發射極連 接第四輸入電壓；第三三極體和第四三極體，其中第三三極體的基極和集電極短接，第三三極體的發射 極連接電源電壓，第三三極體的集電極連接第一三極體的集電極，第四三極體的基極和第三三極體的基極相連，第四三極體的發射極連接電源電壓，第四三極體的集電極和第二三 極管的集電極相連且是四輸入端比較器的輸出。
12.根據權利要求11所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一三極體和第二三極體 的尺寸相同，第三三極體和第四三極體的尺寸相同。
13.根據權利要求11所述的四輸入端比較器，其特徵在於，該四輸入端比較器還包括 第五三極體，其基極連接第四三極體的集電極，其發射極連接電源電壓，其集電極連接一電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接地。
14.根據權利要求11 13中任一項所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一三極體 的發射極連有第一電阻，第二三極體的發射極連有第二電阻。
15.一種四輸入端比較器，包括第一三極體和第二三極體，其中第一三極體的基極連接第一輸入電壓，第二三極體的 基極連接第二輸入電壓，第一三極體的發射極連接第三輸入電壓，第二三極體的發射極連 接第四輸入電壓；第三三極體和第四三極體，其中第三三極體的集電極和基極短接，第三三極體的集電 極連接第一三極體的集電極，第三三極體的發射極接地，第四三極體的基極和第三三極體 的基極相連，第四三極體的發射極接地，第四三極體的集電極與第二三極體的集電極相連 且是四輸入端比較器的輸出。
16.根據權利要求15所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一三極體和第二三極體 的尺寸相同，第三三極體和第四三極體的尺寸相同。
17.根據權利要求15所述的四輸入端比較器，其特徵在於，該四輸入端比較器還包括 第五三極體，其基極連接第四三極體的集電極，其發射極接地，其集電極連接一電流源且是四輸入端比較器的輸出，電流源的另一端接電源電壓。
18.根據權利要求15 17中任一項所述的四輸入端比較器，其特徵在於，第一三極體 的發射極連有第一電阻，第二三極體的發射極連有第二電阻。
全文摘要
本發明公開了一種四輸入端比較器，具有四個輸入端，當應用在類似多節電池方案中時只需要一個基準源，節省了晶片面積和成本，提高了電路性能。其技術方案為比較器具有第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管和第四MOS管，其中第一MOS管和第二MOS管的柵極分別連接第一輸入電壓和第二輸入電壓，第一MOS管和第二MOS管的源極分別連接第三輸入電壓和第四輸入電壓。第三MOS管和第四MOS管構成電流鏡結構，第三MOS管構成二極體連接方式，第三MOS管的漏極連接至第一MOS管的漏極，第四MOS管的漏極連接至第二MOS管的漏極且為比較器的輸出。
文檔編號H03K5/22GK101902215SQ20101024272
公開日2010年12月1日 申請日期2010年8月2日 優先權日2010年8月2日
發明者白勝天, 羅彥, 邢巍, 陳建興 申請人:中穎電子有限公司