Многопороговый КМОП-компаратор тока Советский патент 1987 года по МПК H03K5/24 G05B1/01 

Изобретение относится к импульсной технике и может быть использовано для построения кодирующих преобразователей, а также в контрольно-измерительных блоках автоматики.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения тока при сохранении точности за счет возможности увеличения числа порогов.

На чертеже представлена принципиальная схема многопорогового КМОП-компа- ратора тока.

Предлагаемый компаратор тока содержит N п-канальных МОП-транзисторов 1 -1-4-1-N, стоки которых являются выходами устройства, истоки подключены к шине нулевого потенциала, соединенной с затворами N-1 р-канальных МОП-транзисторов (N-1), включенные исток- стоками соответственно между стоками соседних п-канальных МОП-транзисторов 1 - 1Ч-1-N, а затворы всех п-канальных МОП-транзисторов 1-24--1-N соединены со стоком дополнительного п-канального МОП-транзистора 3, затвор которого соединен с затвором первого п-канального МОП-транзистора 1 - 1, а исток - с шиной нулевого потенциала, при этом сток дополнительного п-канального МОП-транзистора 3 соединен с выходом генератора 4 опорного тока, а источник 5 измеряемого тока подключен к истоку первого п-канального МОП-транзистора 1 - 1 через токовое зеркало б, выполненное на р-канальных МОП- транзисторах 7 и 8.

Устройство работает следующим образом.

Выходной ток Ion генератора 4 опорного тока с помощью токовых зеркал, образованных дополнительным транзистором 3 и п-канальными МОП-транзисторами 1 -1 , размножается, образуя N одинаковых опорных токов 1ол,

1и, . Измеряемый ток 1, отражаясь с помощью токового зеркала 6, протекает к точке соединения стока транзистора 1 - 1 и истока транзистора 2-1.

При 1х О все п-канальные транзисторы 1 -1--1-N оказываются в режиме насыщения, и на выходах устройства устанавливаются низкие потенциалы, т. е. нулевые. Все р-канальные МОП-транзисторы 2--1- Ч-2-(N-1) заперты, поскольку их пороговые напряжения значительно больше напряжений сток-исток насыщенных МОП-транзисторов 1 -14-1-N. При нарастании ток первоначально весь протекает через сток- исток МОП-транзистора 1 - 1. Но до тех пор, пока , , транзистор 1 - 1 остается в насыщенном состоянии, и на выходах компаратора сохраняются нули. Транзистор 1 - 1 выходит из насыщения и переходит в активную область работы, когда 1х достигает зна - чения 1|л, 1.Л. Это приводит к резкому

нарастанию напряжения исток-сток транзистора 1 - 1, равного напряжению затвор- исток транзистора 2-I.

Когда это напряжение превысит пороговые значения напряжения на затворе транзистора 2-1, равного нескольким вольтам, транзистор 2-1 отпирается, открывая путь для протекания избыточного тока На первом выходе устанавливается «I, т. е. высокий потенциал равный пороговому напряжению транзистора 2-1.

При дальнейшем нарастании I, разностный ток Ijf - Ion, -1о„ протекает через исток- сток транзистора 2-1 и сток-исток транзистора 1-2. Когда 1х достигает значения

Ьп, + I«,, на втором выходе компаратора также устанавливается высокий потенциал «1, так как транзистор 1-2 выходит из режима насыщения и отпирает транзистор 2-2. Аналогичным образом происходит отпирание следующих р-канальных

МОП-транзисторов и переход в активный режим работы п-канальных МОП-транзисторов при дальнейшем нарастании измеряемого тока 1х.

Таким образом, при протекании тока j

Ion 1ж-(j + 1) Ion на первом, втором

J-M выходах компаратора устанавливается «i, а на остальных выходах присутствует «О. Ток L преобразуется в единичный унитарный код.

Благодаря тому, что в предлагаемом устройстве все п-канальные МОП-транзисторы выполняются одинаковыми и имеют равные мощности рассеивания, достигается высокая- идентичность их параметров, а следовательно, высокая точность установки опорных токов. Это позволяет выполнять компаратор

тока со значительно большим числом порогов и расширить диапазон измерения тока. Кроме того, в предлагаемом устройстве за счет снижения величин опорных токов можно повысить чувствительность компаратора,

определяемую минимальными значениями

токов Ion, Ion lon,,---loaw

Чувствительность же известного многопорогового КМОП-компаратора тока, определяемая разностью пороговых уровней ком- паратора „, , ограничена точностью выполнения неодинаковых с возрастающей мощностью рассеивания транзисторов токовых зеркал опорного тока.

50

Формула изобретения

Многопороговый КМОП-ко.мпаратор тока, содержащий N п-канальных МОП-транзисторов, стоки которых являются выходами, истоки подключены к шине нулевого по- тенциала, затворы всех п-канальных МОП- транзисторов, кроме первого, соединены со стоком дополнительного п-канального МОП- транзистора, затвор которого соединен с

1309288.

3

затвором первого п-канального МОП-тран-включены соответственно исток-стоки р-казистора, а исток - с шиной нулевого потен-нальных транзисторов, затворы которых

циала, генератор опорного тока, N-1 р-ка-подключены к шине нулевого потенциала,

нальных МОП-транзисторов, источник из-выход генератора опорного тока соединен

меряемого тока и токовое зеркало, отличаю-j со стоком дополнительного п-канального

щийся тем, что, с целью расширения диапа-МОП-транзистора, а выход источника иззона измерения тока при сохранении том-меряемого тока подключен через токовое

ности, между стойками соседних п-каналь-зеркало к стоку п-канального МОП-транзисных МОП-транзисторов последовательнотора.

Изобретение может быть использовано для построения кодирующих преобразователей, а также в контрольно-измерительных блоках автоматики. Цель изобретения - расширение диапазона измерения при сохранении точности. Многопороговый КМОПкомпаратор тока содержит N п-канальных МОП-транзисторов 1 -... - N, дополнительный п-канальный МОП-транзистор 3, N-1 р-канальных .МОП-транзисторов 2-1...2-(N-1). генератор 4 опорного тока, источник 5 измеряемого тока и токовое зеркало 6. Предложенное функциональное соединение элементов схемы, а также то, что все п-канальные МОП-транзисторы выполнены одинаковыми и имеют равные мощности рассеивания, позволяет достичь высокой идентичности их параметров, а следовательно, высокой точности установки опорных токов. Это позволяет выполнять компаратор тока со значительно большим числом порогов и рас1иирить диапазон измерения токов. I ил. С SS -о § со о со ю 00 00