專利名稱：四輸入端比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種比較器，尤其涉及一種具有四個(gè)輸入端的比較器，并且適于在單 片式集成電路芯片中使用。
背景技術(shù)：
在模擬集成電路領(lǐng)域，比較器的應(yīng)用非常廣泛。比較器是通過將兩個(gè)電壓進(jìn)行比 較并且輸出高低電平信號(hào)供后級(jí)電路處理。傳統(tǒng)的比較器如圖1所示，比較器由第一級(jí)和第二級(jí)組成，第一級(jí)由輸入對(duì)管Ml 和M2、負(fù)載對(duì)管M3和M4、以及電流源Ibl構(gòu)成，第二級(jí)由MOS管M5以及電流源Ib構(gòu)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(tǒng)比較器的輸入比較電壓Vin和Vip都是相對(duì)于同一個(gè)電位(Vgnd)的，這種比較 器是對(duì)Vin-Vgnd和Vig-Vgnd兩個(gè)電壓差進(jìn)行比較。當(dāng)Vin-Vgnd = Vip-Vgnd，即當(dāng)Vin = Vip時(shí)比較器輸出電壓v。ut翻轉(zhuǎn)。如果不考慮比較 器的電源電位Vdd以及地電位Vgnd，傳統(tǒng)比較器的輸入電壓有兩個(gè)Vin和Vip，因此可以稱傳統(tǒng) 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(shí)際應(yīng)用過程中，圖2所示的比較器的其中一個(gè)輸入端連接到基準(zhǔn)電壓V&，另 一端連接到需要檢測(cè)的電壓。由于傳統(tǒng)比較器兩個(gè)輸入端都是相對(duì)于同一個(gè)電位，因此當(dāng)需要檢測(cè)的電壓的相 對(duì)電位改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓VMf也同樣需要改變。例如在多節(jié)鋰離子電池應(yīng)用方案中，需要對(duì)多節(jié)電池電壓進(jìn)行檢測(cè)，采用傳統(tǒng)比 較器的實(shí)現(xiàn)方法是需要在每節(jié)電池之間提供一個(gè)基準(zhǔn)電壓，然后將多節(jié)電池的分壓與對(duì)應(yīng) 的基準(zhǔn)電壓相比較。例如如圖3所示，由于是四節(jié)電池，因此需要四個(gè)基準(zhǔn)電壓。圖3中 VCl VC4分別代表四節(jié)電池的正輸入端，Vdl Vd4分別代表四節(jié)電池各自的分壓，V,efl Vref4分別代表每一節(jié)電池對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓，滿足關(guān)系式Vref4-Vgnd = Vref3-Vc4 = Vref2-Vc3 = Vrefl-Vc2這種實(shí)現(xiàn)方式存在一定的局限性(1)每一節(jié)電池需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓，隨著電池?cái)?shù)量的增加，基準(zhǔn)源電路也隨之增 加，對(duì)應(yīng)芯片的面積和成本會(huì)隨之增加。(2)每節(jié)電池之間的基準(zhǔn)源電路的不匹配性(Mismatch)會(huì)引入額外的誤差，對(duì)整 體的精度會(huì)帶來影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述問題，提供了一種四輸入端比較器，具有四個(gè)輸入端， 當(dāng)應(yīng)用在類似多節(jié)電池方案中時(shí)只需要一個(gè)基準(zhǔn)源，節(jié)省了芯片面積和成本，提高了電路 性能。
本發(fā)明的技術(shù)方案為本發(fā)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第一 MOS管的源極接地。本發(fā)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第二 MOS管的柵極連接一基準(zhǔn)電壓。本發(fā)明又揭示了一種四輸入端比較器，包括第一三極管和第二三極管，其中第一三極管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，第一三極管的發(fā)射極連接第三輸入電壓，第二三極管的發(fā)射 極連接第四輸入電壓；第三三極管和第四三極管，其中第三三極管的基極和集電極短接，第三三極管的 發(fā)射極連接電源電壓，第三三極管的集電極連接第一三極管的集電極，第四三極管的基極 和第三三極管的基極相連，第四三極管的發(fā)射極連接電源電壓，第四三極管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。根據(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第一三極管和第二三極管的尺寸相 同，第三三極管和第四三極管的尺寸相同。根據(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，該四輸入端比較器還包括第五三極管，其基極連接第四三極管的集電極，其發(fā)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第一三極管的發(fā)射極連有第一電阻， 第二三極管的發(fā)射極連有第二電阻。本發(fā)明另外揭示了一種四輸入端比較器，包括第一三極管和第二三極管，其中第一三極管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，第一三極管的發(fā)射極連接第三輸入電壓，第二三極管的發(fā)射 極連接第四輸入電壓；第三三極管和第四三極管，其中第三三極管的集電極和基極短接，第三三極管的 集電極連接第一三極管的集電極，第三三極管的發(fā)射極接地，第四三極管的基極和第三三 極管的基極相連，第四三極管的發(fā)射極接地，第四三極管的集電極與第二三極管的集電極 相連且是四輸入端比較器的輸出。根據(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第一三極管和第二三極管的尺寸相 同，第三三極管和第四三極管的尺寸相同。根據(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，該四輸入端比較器還包括第五三極管，其基極連接第四三極管的集電極，其發(fā)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(jù)本發(fā)明的四輸入端比較器的一實(shí)施例，第一三極管的發(fā)射極連有第一電阻， 第二三極管的發(fā)射極連有第二電阻。本發(fā)明對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)有如下的有益效果本發(fā)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(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，第三MOS管構(gòu)成二極管連接方式，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(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，在上述的多節(jié)電池方案中，本發(fā)明可以直接將各串的電池電壓與 低壓下的同一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，因此只需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓源電路，節(jié)省了多個(gè)基準(zhǔn)源， 從而節(jié)省了芯片成本，提高了電路的性能。


圖1是傳統(tǒng)比較器內(nèi)部電路的示意圖。圖2是傳統(tǒng)的兩輸入端比較器的示意圖。圖3是采用傳統(tǒng)比較器實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池電壓檢測(cè)方式的示意圖。圖4是本發(fā)明的四輸入端比較器的第一實(shí)施例的電路圖。圖5是本發(fā)明的四輸入端比較器的第二實(shí)施例的電路圖。圖6是本發(fā)明的四輸入端比較器的示意圖。
圖7是本發(fā)明的四輸入端比較器的第三實(shí)施例的電路圖。圖8是采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池電壓檢測(cè)方式的示意圖。圖9是圖7比較器翻轉(zhuǎn)過程中各個(gè)電平變化的示意圖。圖10是本發(fā)明的四輸入端比較器的第四實(shí)施例的電路圖。圖11是本發(fā)明的四輸入端比較器的第五實(shí)施例的電路圖。圖12是本發(fā)明的四輸入端比較器的第六實(shí)施例的電路圖。圖13是本發(fā)明的四輸入端比較器的第七實(shí)施例的電路圖。圖14是本發(fā)明的四輸入端比較器的第八實(shí)施例的電路圖。圖15是本發(fā)明的四輸入端比較器的第九實(shí)施例的電路圖。圖16是本發(fā)明的四輸入端比較器的第十實(shí)施例的電路圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。四輸入端比較器的第一實(shí)施例圖4示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第一實(shí)施例的電路。請(qǐng)參見圖4，本實(shí)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連接 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè) 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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)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(xiàn)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(fā)明相對(duì)傳統(tǒng)比較器所增加的兩個(gè)輸入端。這種四輸入端比較器 是對(duì)Vin-Vl和Vip-V2兩個(gè)電壓差的比較，當(dāng)Vin-Vl = Vip-V2時(shí)，比較器輸出電壓V。ut翻轉(zhuǎn)。四輸入端比較器的第二實(shí)施例圖5示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第二實(shí)施例的電路。請(qǐng)參見圖5，本實(shí)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(gè)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連接 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè) 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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)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(shí)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(xiàn)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(fā)明相對(duì)傳統(tǒng)比較器所增加的兩個(gè)輸入端。這種四輸入端比較器 是對(duì)Vin-Vl和Vip-V2兩個(gè)電壓差的比較，當(dāng)Vin-Vl = Vip-V2時(shí)，比較器輸出電壓V。ut翻轉(zhuǎn)。四輸入端比較器的第三實(shí)施例圖7示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第三實(shí)施例的電路。請(qǐng)參見圖7，本實(shí)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連接 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè) 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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)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(shí)施例相比，本實(shí)施例唯一的區(qū)別在于第一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(shí)際應(yīng)用中，可將第一 MOS管Ml的柵極連接基準(zhǔn)電
壓 Vref °因此第一實(shí)施例中Vin-Vl = Vip-V2的等式就可以簡(jiǎn)化為Vref = Vip_V2，因此只要 提供一個(gè)穩(wěn)定的V2電壓，就可以將高電壓Vip與低電壓Vref進(jìn)行直接比較，如圖7所示。在圖7所示的電路中，當(dāng)Vip-V2 > Vref-Vgnd時(shí)，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(diǎn)的電壓被下拉，第五MOS管M5強(qiáng)導(dǎo)通，V。ut輸出高電平 VDD。當(dāng)Vip-V2 = Vref-Vgnd時(shí)，流過第一 MOS管Ml的電流等于流過第二 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的電流等于第二 MOS管 M2的電流，N2點(diǎn)電壓處于中間狀態(tài)，第五MOS管M5電流等于Ib，Vout開始由高電平VDD往 低電平Vgnd轉(zhuǎn)變。當(dāng)Vip-V2 < Vref-Vgnd時(shí)，流過第一 MOS管Ml的電流大于流過第二 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的電流大于第二 MOS管 M2的電流，N2點(diǎn)的電壓被拉高到VDD，第五MOS管M5關(guān)閉，V。ut輸出低電平V-。比較器翻轉(zhuǎn)過程中各個(gè)電平的變化如圖9所示。對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行進(jìn)一步的延伸可實(shí)現(xiàn)多節(jié)電池電壓的檢測(cè)。在圖8中，VCl VC4 分別代表四節(jié)電池的正輸入端，Vdl Vd4分別代表四節(jié)電池各自的分壓，V,ef代表基準(zhǔn)電 壓，滿足以下關(guān)系式時(shí)比較器翻轉(zhuǎn)Vref-Vgnd = Vd4-Vgnd = Vd3-Vc4 = Vd2-Vc3 = Vdl-Vc2相比傳統(tǒng)比較器的實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明可以直接將各串的電池電壓與低壓下的同一 個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，所以只需要一個(gè)基準(zhǔn)電壓源電路，節(jié)省了多個(gè)基準(zhǔn)源，從而節(jié)省了芯 片成本，提高了電路性能。四輸入端比較器的第四實(shí)施例圖10示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第四實(shí)施例的電路。請(qǐng)參見圖10，本實(shí) 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(shí)際應(yīng)用中可令第一 MOS管Ml的 柵極連接基準(zhǔn)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連接 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè)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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)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(shí)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(shí)施例圖11示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第五實(shí)施例的電路。請(qǐng)參見圖11，本實(shí)施 例的四輸入端比較器相對(duì)于前述實(shí)施例的四輸入端比較器，其輸入對(duì)管(也就是第一 MOS 管Ml和第二 MOS管M2)是PMOS管，而負(fù)載對(duì)管(也就是第三MOS管M3和第四MOS管M4) 是NMOS管。本實(shí)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè)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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實(shí)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(shí)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(shí)施例圖12示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第六實(shí)施例。請(qǐng)參見圖12，本實(shí)施例的四 輸入端比較器和第五實(shí)施例一樣，其輸入對(duì)管(也就是第一 MOS管Ml和第二 MOS管M2)是 PMOS管，而負(fù)載對(duì)管(也就是第三MOS管M3和第四MOS管M4)是NMOS管。本實(shí)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(shí)際應(yīng)用中令第二輸入電壓Vip為基準(zhǔn)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(gòu)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(biāo)注為用m連線M3的柵極和漏極，從而構(gòu)成二極管連 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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五MOS管M5和一個(gè)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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源VDD。在一種較佳的實(shí)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(shí)施例圖13示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第七實(shí)施例。請(qǐng)參見圖13，本實(shí)施例相對(duì) 于前述實(shí)施例的區(qū)別在于，用BJT管(三極管)替換了原來的MOS管。本實(shí)施例的四輸入端比較器包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3 和第四三極管Q4。第一三極管Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極管Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip，第一三極管Ql的發(fā)射極連接第三輸入電壓VI，第二三極管Q2的發(fā)射極連接第四 輸入電壓V2。第三三極管管Q3和第四三極管Q4構(gòu)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13中標(biāo)注為用m連線Q3的基極和集電極，從而構(gòu)成二極管 連接方式)，第三三極管Q3的發(fā)射極接電源電壓VDD，第三三極管Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極管Q4的基極和第三三極管Q3的基極相連，第四三極管Q4的 發(fā)射極接電源電壓VDD，第四三極管Q4的集電極連接第二三極管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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五三極管Q5和一個(gè)電 流源Ib，第五三極管Q5的基極連接第四三極管Q4的集電極(在圖13中示為連接N2)，第 五三極管Q5的發(fā)射極接電源電壓VDD。第五三極管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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)施方式中，第一三極管Ql和第二三極管Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極管Q4的尺寸相同。四輸入端比較器的第八實(shí)施例圖14示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第八實(shí)施例。請(qǐng)參見圖14，和圖13的實(shí) 施例一樣，本實(shí)施例用BJT管(三極管)替換了原來的MOS管。本實(shí)施例的四輸入端比較器包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、 第四三極管Q4、電阻Rl和R2。第一三極管Ql的基極連接第一輸入電壓Vin 第二三極管Q2的基極連接第二輸入電壓Vip，第一三極管Ql的發(fā)射極通過電阻Rl連接第三輸入電壓Vl，第二三極管Q2的發(fā)射 極通過電阻R2連接第四輸入電壓V2。第三三極管管Q3和第四三極管Q4構(gòu)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14中標(biāo)注為用m連線Q3的基極和集電極，從而構(gòu)成二極管 連接方式)，第三三極管Q3的發(fā)射極接電源電壓VDD，第三三極管Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極管Q4的基極和第三三極管Q3的基極相連，第四三極管Q4的 發(fā)射極接電源電壓VDD，第四三極管Q4的集電極連接第二三極管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(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五三極管Q5和一個(gè)電 流源Ib，第五三極管Q5的基極連接第四三極管Q4的集電極(在圖14中示為連接N2)，第 五三極管Q5的發(fā)射極接電源電壓VDD。第五三極管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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接地。在一種較佳的實(shí)施方式中，第一三極管Ql和第二三極管Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極管Q4的尺寸相同。在一種較佳的實(shí)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(shí)施例圖15示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第九實(shí)施例。請(qǐng)參見圖15，本實(shí)施例的四 輸入端比較器包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3和第四三極管Q4。 第一三極管Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極管Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip (在實(shí)際應(yīng)用中可令第二輸入電壓為基準(zhǔn)電壓Vref)，第一三極管Ql的發(fā)射極連接第 三輸入電壓Vl，第二三極管Q2的發(fā)射極連接第四輸入電壓V2。第三三極管管Q3和第四三極管Q4構(gòu)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(biāo)注為用m連線Q3的基極和集電極，從而構(gòu)成二 極管連接方式)，第三三極管Q3的發(fā)射極接地(Vgnd)，第三三極管Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極管Q4的基極和第三三極管Q3的基極相連，第四三極管Q4的 發(fā)射極接地，第四三極管Q4的集電極連接第二三極管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15中標(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五三極管Q5和一個(gè)電 流源Ib，第五三極管Q5的基極連接第四三極管Q4的集電極(在圖15中示為連接N2)，第 五三極管Q5的發(fā)射極接地。第五三極管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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實(shí)施方式中，第一三極管Ql和第二三極管Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極管Q4的尺寸相同。四輸入端比較器的第十實(shí)施例圖16示出了本發(fā)明的四輸入端比較器的第十實(shí)施例。請(qǐng)參見圖16，本實(shí)施例的四 輸入端比較器包括第一三極管Q1、第二三極管Q2、第三三極管Q3、第四三極管Q4、電阻Rl 和R2。
12
第一三極管Ql的基極連接第一輸入電壓Vin，第二三極管Q2的基極連接第二輸入 電壓Vip (在實(shí)際應(yīng)用中可令第二輸入電壓Vip為基準(zhǔn)電壓VMf)，第一三極管Ql的發(fā)射極通 過電阻Rl連接第三輸入電壓VI，第二三極管Q2的發(fā)射極通過電阻R2連接第四輸入電壓 V2。第三三極管管Q3和第四三極管Q4構(gòu)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(biāo)注為用m連線Q3的基極和集電極，從而構(gòu)成二 極管連接方式)，第三三極管Q3的發(fā)射極接地(Vgnd)，第三三極管Q3的集電極連接第一三 極管Ql的集電極。第四三極管Q4的基極和第三三極管Q3的基極相連，第四三極管Q4的 發(fā)射極接地，第四三極管Q4的集電極連接第二三極管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16中標(biāo)注為由N2引出比較器的輸出)。對(duì)于四輸入端比較器而言，以上的電路已經(jīng)可以構(gòu)成一個(gè)最基本的四輸入端比較 器。為了更好的實(shí)現(xiàn)其效果，在上述電路的基礎(chǔ)上還可以增加一個(gè)第五三極管Q5和一個(gè)電 流源Ib，第五三極管Q5的基極連接第四三極管Q4的集電極(在圖16中示為連接N2)，第 五三極管Q5的發(fā)射極接地。第五三極管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(biāo)注為V。ut)，電流源Ib的另一端接電源電壓VDD。在一種較佳的實(shí)施方式中，第一三極管Ql和第二三極管Q2的尺寸相同，第三三極 管Q3和第四三極管Q4的尺寸相同。在一種較佳的實(shí)施方式中，電阻Rl和R2的阻值相同。綜合上述的實(shí)施例可以看出，本發(fā)明的四輸入端比較器的兩個(gè)輸入端是相對(duì)于不 同的電位，當(dāng)需要檢測(cè)的電壓的相對(duì)電位改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)電壓Vref無需改變。在如背景 技術(shù)所述的多節(jié)鋰離子電池應(yīng)用方案等類似的應(yīng)用場(chǎng)合中，相比傳統(tǒng)比較器的實(shí)現(xiàn)方法， 本發(fā)明可以直接將各串的電池電壓與低壓下的同一個(gè)基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，所以只需要一個(gè) 基準(zhǔn)電壓源電路，節(jié)省了多個(gè)基準(zhǔn)源，從而節(jié)省了芯片成本，提高了電路的性能。上述實(shí)施例是提供給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來實(shí)現(xiàn)或使用本發(fā)明的，本領(lǐng)域普通技 術(shù)人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對(duì)上述實(shí)施例做出種種修改或變化，因而 本發(fā)明的保護(hù)范圍并不被上述實(shí)施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的 最大范圍。
權(quán)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(jù)權(quán)利要求1所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求4所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求6所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求6所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求6 8中任一項(xiàng)所述的四輸入端比較器，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求9所述的四輸入端比較器，其特征在于，第二MOS管的柵極連接一基 準(zhǔn)電壓。
11.一種四輸入端比較器，包括第一三極管和第二三極管，其中第一三極管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，第一三極管的發(fā)射極連接第三輸入電壓，第二三極管的發(fā)射極連 接第四輸入電壓；第三三極管和第四三極管，其中第三三極管的基極和集電極短接，第三三極管的發(fā)射 極連接電源電壓，第三三極管的集電極連接第一三極管的集電極，第四三極管的基極和第三三極管的基極相連，第四三極管的發(fā)射極連接電源電壓，第四三極管的集電極和第二三 極管的集電極相連且是四輸入端比較器的輸出。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的四輸入端比較器，其特征在于，第一三極管和第二三極管 的尺寸相同，第三三極管和第四三極管的尺寸相同。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的四輸入端比較器，其特征在于，該四輸入端比較器還包括 第五三極管，其基極連接第四三極管的集電極，其發(fā)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(jù)權(quán)利要求11 13中任一項(xiàng)所述的四輸入端比較器，其特征在于，第一三極管 的發(fā)射極連有第一電阻，第二三極管的發(fā)射極連有第二電阻。
15.一種四輸入端比較器，包括第一三極管和第二三極管，其中第一三極管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，第一三極管的發(fā)射極連接第三輸入電壓，第二三極管的發(fā)射極連 接第四輸入電壓；第三三極管和第四三極管，其中第三三極管的集電極和基極短接，第三三極管的集電 極連接第一三極管的集電極，第三三極管的發(fā)射極接地，第四三極管的基極和第三三極管 的基極相連，第四三極管的發(fā)射極接地，第四三極管的集電極與第二三極管的集電極相連 且是四輸入端比較器的輸出。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的四輸入端比較器，其特征在于，第一三極管和第二三極管 的尺寸相同，第三三極管和第四三極管的尺寸相同。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的四輸入端比較器，其特征在于，該四輸入端比較器還包括 第五三極管，其基極連接第四三極管的集電極，其發(fā)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(jù)權(quán)利要求15 17中任一項(xiàng)所述的四輸入端比較器，其特征在于，第一三極管 的發(fā)射極連有第一電阻，第二三極管的發(fā)射極連有第二電阻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種四輸入端比較器，具有四個(gè)輸入端，當(dāng)應(yīng)用在類似多節(jié)電池方案中時(shí)只需要一個(gè)基準(zhǔn)源，節(jié)省了芯片面積和成本，提高了電路性能。其技術(shù)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(gòu)成電流鏡結(jié)構(gòu)，第三MOS管構(gòu)成二極管連接方式，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(hào)H03K5/22GK101902215SQ20101024272
公開日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月2日
發(fā)明者白勝天, 羅彥, 邢巍, 陳建興 申請(qǐng)人:中穎電子有限公司