一种电流比较器的制作方法

1.本发明涉及电路领域，特别是涉及一种电流比较器。


背景技术：

2.电流比较器是一种重要的模拟电路，有两路电流输入和一个电压输出，通过输出电压的不同情况对两路输入电流的大小关系进行确定。目前电流比较器已经被广泛应用于por（power-on-reset，上电复位）电路，过流过温检测电路以及各类型的状态切换电路或信号处理中，随着应用的逐渐广泛，相关人员对于电流比较器的要求也越来越高。
3.现有的电流比较器一般采用电流源（current source）和电流沉（current sink）对冲的方法实现，被比较的电流会经过电流镜转换成一个电流源和一个电流沉，电流源的输出和电流沉的输出被接在一起，形成一个对冲结点。当电流源的电流大于电流沉的电流时，对冲结点被拉高到电源电压，当电流源的电流小于电流沉的电流时，对冲结点被拉低到地。从而实现通过输出电压对输入电流进行比较的功能。但是现有的电流比较器的输出受限于电流源和电流沉的有限输出阻抗，输出无法做到高增益，因此难以进行微小电流的比较，导致整个电流比较器的精度不够高，难以满足应用需求。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种电流比较器，利用电压比较器自身的高增益突破了对冲结点处电流源和电流沉的有限输出阻抗对两个输入电流造成的限制，实现了电流比较器输出的高增益，提高了整个电流比较器的精度，使其可以应用于微小电流的比较过程，扩展了电流比较器的应用范围，进一步满足用户的应用需求。
5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种电流比较器，包括第一输入模块，第二输入模块，转换模块和电压比较器；所述第一输入模块的输入端作为所述电流比较器的第一输入端，接入第一输入电流，所述第二输入模块的输入端作为所述电流比较器的第二输入端，接入第二输入电流，所述第一输入模块的第一输出端分别与所述第二输入模块的第一输出端和所述转换模块的第一输入端连接，所述第一输入模块的第二输出端分别与所述第二输入模块的第二输出端和所述转换模块的第二输入端连接，所述转换模块的第一输出端与所述电压比较器的第一输入端连接，所述转换模块的第二输出端与所述电压比较器的第二输入端连接，所述电压比较器的输出端作为所述电流比较器的输出端；所述转换模块用于将第一差值转换为第一电压，将第二差值转换为第二电压；所述第一差值为所述第一输入模块输出的电流减去所述第二输入模块输出的电流，所述第一电压与所述第一差值成线性相关；所述第二差值为所述第二输入模块输出的电流减去所述第一输入模块输出的电流，所述第二电压与所述第二差值成线性相关；所述电压比较器用于比较所述第一电压和所述第二电压，以比较所述第一输入电流和所述第二输入电流。
6.可选地，所述转换模块包括第一转换晶体管，第二转换晶体管，第三转换晶体管和
第四转换晶体管，所述第一转换晶体管的第一端与第一电源连接，第二端分别与所述第一输入模块的第一输出端，所述第二输入模块的第一输出端和所述电压比较器的第一输入端连接，所述第二转换晶体管的第一端分别与所述第一输入模块的第一输出端，所述第二输入模块的第一输出端和所述电压比较器的第一输入端连接，第二端与第二电源连接，所述第三转换晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端分别与所述第一输入模块的第二输出端，所述第二输入模块的第二输出端和所述电压比较器的第二输入端连接，所述第四转换晶体管的第一端分别与所述第一输入模块的第二输出端，所述第二输入模块的第二输出端和所述电压比较器的第二输入端连接，第二端与所述第二电源连接，所述第一转换晶体管的控制端与第一偏置电流连接，且与所述第三转换晶体管的控制端连接，所述第二转换晶体管的控制端与所述第一偏置电流连接，且与所述第四转换晶体管的控制端连接，所述第一转换晶体管，所述第二转换晶体管，所述第三转换晶体管和所述第四转换晶体管处于常通状态。
7.可选地，所述转换模块还包括第一钳位晶体管，第二钳位晶体管，第三钳位晶体管和第四钳位晶体管；所述第一钳位晶体管的第一端与所述第一转换晶体管的第二端连接，第二端分别与所述第一输入模块的第一输出端，所述第二输入模块的第一输出端和所述电压比较器的第一输入端连接，控制端分别与所述第一电源和所述第三钳位晶体管的控制端连接，所述第二钳位晶体管的第一端分别与所述第一输入模块的第一输出端，所述第二输入模块的第一输出端和所述电压比较器的第一输入端连接，第二端与所述第二转换晶体管的第一端连接，控制端分别与所述第二电源和所述第四钳位晶体管的控制端连接，所述第三钳位晶体管的第一端与所述第三转换晶体管的第二端连接，第二端分别与所述第一输入模块的第二输出端，所述第二输入模块的第二输出端和所述电压比较器的第二输入端连接，所述第四钳位晶体管的第一端分别与所述第一输入模块的第二输出端，所述第二输入模块的第二输出端和所述电压比较器的第二输入端连接，第二端与所述第四转换晶体管的第一端连接，所述第一钳位晶体管，所述第二钳位晶体管，所述第三钳位晶体管和所述第四钳位晶体管处于常通状态。
8.可选地，所述电压比较器包括第一电压晶体管，第二电压晶体管，第一镜像模块，第二镜像模块，第三镜像模块和电流管，所述第一电压晶体管的控制端分别与所述第一输入模块的第一输出端，所述第二输入模块的第一输出端，所述第一钳位晶体管的第二端和所述第二钳位晶体管的第一端连接，所述第二电压晶体管的控制端分别与所述第一输入模块的第二输出端，所述第二输入模块的第二输出端，所述第三钳位晶体管的第二端和所述第四钳位晶体管的第一端连接，所述第一电压晶体管的第一端与所述第一镜像模块的输入端连接，所述第一镜像模块的输出端与所述第二镜像模块的输入端连接，所述第二镜像模块的输出端作为所述电压比较器的输出端，且与所述第三镜像模块的输出端连接，所述第三镜像模块的输入端与所述第二电压晶体管的第一端连接，所述第一电压晶体管的第二端分别与所述第二电压晶体管的第二端和所述电流管的第一端连接，所述电流管的第二端与所述第二电源连接，所述电流管的控制端与所述第一偏置电流连接。
9.可选地，还包括偏置电路，所述偏置电路的输出端分别与所述第一输入模块，所述第二输入模块，所述转换模块和所述电压比较器连接；所述偏置电路用于输出第二偏置电流，所述第二偏置电流大于所述第一输入电
流，所述第二偏置电流大于所述第二输入电流。
10.可选地，所述偏置电路包括电流源，第一电流晶体管，第二电流晶体管，第三电流晶体管和第四电流晶体管，所述第一电流晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端作为所述偏置电路的第一输出端，且分别与所述第二电流晶体管的第一端，所述第一电流晶体管的控制端和所述第三电流晶体管的控制端连接，所述第二电流晶体管的第二端与所述第二电源连接，控制端作为所述偏置电路的第二输出端，且分别与所述第四电流晶体管的控制端，所述第四电流晶体管的第二端和所述电流源的第一端连接，所述电流源的第二端与所述第二电源连接，所述第三电流晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端与所述第四电流晶体管的第一端连接。
11.可选地，所述第一输入模块包括第一输入电路和第一预放大电路，所述第一输入电路的第一输入端作为所述电流比较器的第一输入端，接入第一输入电流，第二输入端与所述偏置电路的第一输出端连接，第三输入端与所述偏置电路的第二输出端连接，输出端与所述第一预放大电路的输入端连接，所述第一预放大电路的第一输出端分别与所述第二输入模块的第一输出端和所述转换模块的第一输入端连接，所述第一预放大电路的第二输出端分别与所述第二输入模块的第二输出端和所述转换模块的第二输入端连接。
12.可选地，所述第一输入电路包括第一输入晶体管，第二输入晶体管，第三输入晶体管，第四输入晶体管，第五输入晶体管和第六输入晶体管，所述第一输入晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端与所述第二输入晶体管的第一端连接，所述第一输入晶体管的控制端与所述第三电流晶体管的控制端连接，所述第二输入晶体管的控制端与所述第四电流晶体管的控制端连接，所述第二输入晶体管的第二端作为所述电流比较器的第一输入端，且分别与所述第三输入晶体管的控制端，所述第六输入晶体管的第一端和所述第六输入晶体管的控制端连接，所述第三输入晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端分别与所述第四输入晶体管的第一端，所述第四输入晶体管的控制端和所述第五输入晶体管的控制端连接，所述第五输入晶体管的第一端与所述第六输入晶体管的第二端连接，所述第四输入晶体管的第二端和所述第五输入晶体管的第二端分别与所述第二电源连接。
13.可选地，所述第一预放大电路包括第一放大晶体管，第二放大晶体管，第三放大晶体管，第四镜像模块和第五镜像模块，所述第一放大晶体管的控制端与所述第五输入晶体管的控制端连接，所述第二放大晶体管的控制端与所述第六输入晶体管的控制端连接，所述第一放大晶体管的第一端与所述第二电源连接，第二端与所述第二放大晶体管的第一端连接，所述第二放大晶体管的第二端分别与所述第四镜像模块的输入端和所述第三放大晶体管的控制端连接，所述第三放大晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端作为所述第一预放大电路的第一输出端，所述第四镜像模块的输出端与所述第五镜像模块的输入端连接，所述第五镜像模块的输出端作为所述第一预放大电路的第二输出端。
14.可选地，所述偏置电路还包括第五电流晶体管，第六电流晶体管，第七电流晶体管和第六镜像模块，所述第五电流晶体管的控制端与所述第三电流晶体管的控制端连接，所述第六电流晶体管的控制端与所述第四电流晶体管的控制端连接，所述第五电流晶体管的第一端与所述第一电源连接，第二端与所述第六电流晶体管的第一端连接，所述第六电流晶体管的第二端分别与所述第六镜像模块的输入端，所述第二转换晶体管的控制端和所述第四转换晶体管的控制端连接，所述第六镜像模块的输出端分别与所述第七电流晶体管的
第一端，所述第七电流晶体管的控制端，所述第一转换晶体管的控制端和所述第三转换晶体管的控制端连接，所述第七电流晶体管的第二端与所述第一电源连接。
15.本发明提供了一种电流比较器，包括第一输入模块，第二输入模块，转换模块和电压比较器，通过转换模块将第一输入模块和第二输入模块输出的电流信号分别转换为第一电压和第二电压，以便电压比较器可以利用对第一电压和第二电压的比较过程实现对第一输入电流和第二输入电流之间的比较；电压比较器利用第一输入模块和第二输入模块的输出端口对应的电压信号实现对两个输入电流的检测，第一输入模块和第二输入模块的输出端口也即两个输入电流在输出时形成的对冲结点，利用电压比较器自身的高增益突破了对冲结点处电流源和电流沉的有限输出阻抗对两个输入电流造成的限制，实现了电流比较器输出的高增益，提高了整个电流比较器的精度，使其可以应用于微小电流的比较过程，扩展了电流比较器的应用范围，进一步满足用户的应用需求。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本发明提供的一种电流比较器的结构示意图；图2为本发明提供的另一种电流比较器的结构示意图；图3为本发明提供的一种电流比较器的具体电路结构示意图。
具体实施方式
18.本发明的核心是提供一种电流比较器，利用电压比较器自身的高增益突破了对冲结点处电流源和电流沉的有限输出阻抗对两个输入电流造成的限制，实现了电流比较器输出的高增益，提高了整个电流比较器的精度，使其可以应用于微小电流的比较过程，扩展了电流比较器的应用范围，进一步满足用户的应用需求。
19.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.请参照图1，图1为本发明提供的一种电流比较器的结构示意图；为解决上述技术问题，本发明提供了一种电流比较器，包括第一输入模块1，第二输入模块2，转换模块3和电压比较器4；第一输入模块1的输入端作为电流比较器的第一输入端，接入第一输入电流，第二输入模块2的输入端作为电流比较器的第二输入端，接入第二输入电流，第一输入模块1的第一输出端分别与第二输入模块2的第一输出端和转换模块3的第一输入端连接，第一输入模块1的第二输出端分别与第二输入模块2的第二输出端和转换模块3的第二输入端连接，转换模块3的第一输出端与电压比较器4的第一输入端连接，转换模块3的第二输出端与电压比较器4的第二输入端连接，电压比较器4的输出端作为电流比较器的输出端；转换模块3用于将第一差值转换为第一电压，将第二差值转换为第二电压；第一差
值为第一输入模块1输出的电流减去第二输入模块2输出的电流，第一电压与第一差值成线性相关；第二差值为第二输入模块2输出的电流减去第一输入模块1输出的电流，第二电压与第二差值成线性相关；电压比较器4用于比较第一电压和第二电压，以比较第一输入电流和第二输入电流。
21.具体地，假设电压比较器4的第一输入端的电压为va，第二输入端的电压为vb，第一输入电流为i1，第二输入电流为i2，当存在第一输入电流和第二输入电流时，第一输入模块1会输出第一输入电流，第二输入模块2会输出第二输入电流，第一输入模块1的第一输出端和第二输入模块2的第一输出端连接，使转换模块3的第一输入端接收到的电流为第一输入电流减去第二输入电流，第一输入模块1的第二输出端和第二输入模块2的第二输出端连接，使转换模块3的第二输入端接收到的电流为第二输入电流减去第一输入电流，也即va与（i1-i2）对应成线性相关，vb与（i2-i1）对应成线性相关，，转换模块3将接收到的电流信号通过对冲原理转换为电压信号，再通过电压比较器4比较两个对冲结点的电压，得到最终的输出。
22.不难理解的是，若电压比较器4的输出表现为va＞vb，则证明（i1-i2）＞（i2-i1），也即i1＞i2；若电压比较器4的输出表现为va＜vb，则证明（i1-i2）＜（i2-i1），也即i1＜i2；因此电压比较器4可以通过va和vb的比较过程实现对第一输入电流和第二输入电流的比较过程。对于电压比较器4的具体电路结构和实现方式等本技术在此不做特别的限定。
23.可以理解的是，两个对冲结点分别为转换模块3的两个输入端口，且与转换模块3的两个输出端口一致，对冲原理也即对转换模块3接收到的两个电流信号所表现的电流源或电流沉的特性，一般情况下，将表现为电流源的电流信号的方向作为正向。转换模块3将电流差值转换为电压信号的过程可以是利用电流自身的电流源或电流沉的特性实现的，电流源特性可以使输出结点的电压拉高，电流沉特性可以是输出结点的电压拉低；也可以是通过增加设置电阻实现的，利用电阻两端的电压和流经电阻的电流的关系实现电流信号和电压信号之间的转换，本技术在此不做特别的限定，可以根据实际应用中输入电流的不同情况进行调整。
24.在实际应用中，第一输入模块1和第二输入模块2会分别对第一输入电流和第二输入电流进行一定程度的放大，以便电流的传输过程，并且提高比较结果的准确度和可靠性。对于第一输入模块1和第二输入模块2的具体电路结构和实现方式等本技术在此不做特别的限定，对于电流的传输可以利用镜像模块实现，对于电流的放大可以利用电流镜的不同系数选择实现。
25.可以理解的是，转换模块3和电压比较器4配合，在现有技术的对冲结点处增加设置了电压比较器4，避免了对冲结点的有限输出阻抗造成的限制，两者相结合的方式可以在现有技术的基础上实现对冲原理和电压比较器4的相结合，利用电压比较器4提高电流电压的增益，实现高精度，进一步提高电流比较器的准确度和可靠性；使得电流比较器完全可以比出纳安级别的小电流，可以更广泛地被用于模拟电路和数字电路的接口中。电压比较器4对电流比较器的具体增益效果与电压比较器4的具体类型有关，本技术在此不做特别的限定。
26.本发明提供了一种电流比较器，包括第一输入模块1，第二输入模块2，转换模块3
semiconductor field effect transistor，金属氧化物半导体型场效应管）或三极管等晶体管器件实现。对于第一偏置电流的实现方式本技术在此不做特别的限定，可以通过固定的偏置电流源或电压源实现，也可以利用固定偏置电路实现。
31.具体地，通过第一转换晶体管q1，第二转换晶体管q2，第三转换晶体管q3和第四转换晶体管q4实现转换模块3的功能，利用四个转换晶体管形成两个对冲结点，并将两个对冲结点所在位置的电压输出，实现了电流信号与电压信号之间的转换，电路结构简单，易于实现，有效地实现了转换模块3的功能，同时利用晶体管器件实现转换模块3的过程可以避免过多的功耗，确保了电流比较器的可靠实现，进一步保证了电流比较器的准确度。
32.作为一种可选地实施例，转换模块3还包括第一钳位晶体管mnc1，第二钳位晶体管mpc1，第三钳位晶体管mnc2和第四钳位晶体管mpc2；第一钳位晶体管mnc1的第一端与第一转换晶体管q1的第二端连接，第二端分别与第一输入模块1的第一输出端，第二输入模块2的第一输出端和电压比较器4的第一输入端连接，控制端分别与第一电源和第三钳位晶体管mnc2的控制端连接，第二钳位晶体管mpc1的第一端分别与第一输入模块1的第一输出端，第二输入模块2的第一输出端和电压比较器4的第一输入端连接，第二端与第二转换晶体管q2的第一端连接，控制端分别与第二电源和第四钳位晶体管mpc2的控制端连接，第三钳位晶体管mnc2的第一端与第三转换晶体管q3的第二端连接，第二端分别与第一输入模块1的第二输出端，第二输入模块2的第二输出端和电压比较器4的第二输入端连接，第四钳位晶体管mpc2的第一端分别与第一输入模块1的第二输出端，第二输入模块2的第二输出端和电压比较器4的第二输入端连接，第二端与第四转换晶体管q4的第一端连接，第一钳位晶体管mnc1，第二钳位晶体管mpc1，第三钳位晶体管mnc2和第四钳位晶体管mpc2处于常通状态。
33.考虑到对冲结点的电压可能会由于电流的变化存在大幅度的波动，在转换模块3中的对冲结点处增加设置了第一钳位晶体管mnc1，第二钳位晶体管mpc1，第三钳位晶体管mnc2和第四钳位晶体管mpc2，这四个晶体管器件起到了钳位作用，使得对冲结点的电压摆幅被限制在vss vgsp到vdd-vgsn之间，可以让电压比较器4快速响应，达到高速比较的作用，其中vss为第二电源的电源电压，vdd第一电源的电源电压，vgsp为第一钳位晶体管mnc1和第三钳位晶体管mnc2的自身内阻所对应的电压，vgsn为第二钳位晶体管mpc1和第四钳位晶体管mpc2的自身内阻所对应的电压；对于第一钳位晶体管mnc1，第二钳位晶体管mpc1，第三钳位晶体管mnc2和第四钳位晶体管mpc2的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，可以通过mos管三极管等晶体管器件实现。
34.具体地，换模块中的对冲结点处增加设置了第一钳位晶体管mnc1，第二钳位晶体管mpc1，第三钳位晶体管mnc2和第四钳位晶体管mpc2进行电压钳位，使电压比较器4能够快速响应，电路结构简单，易于实现，确保了转换模块3的准确性和可靠性，进一步提高了整个电路的稳定性和可靠性，确保了电流比较器的可靠实现，进一步提高了电流比较器的准确度。
35.作为一种可选地实施例，电压比较器4包括第一电压晶体管n1，第二电压晶体管n2，第一镜像模块，第二镜像模块，第三镜像模块和电流管n3，第一电压晶体管n1的控制端分别与第一输入模块1的第一输出端，第二输入模块2的第一输出端，第一钳位晶体管mnc1的第二端和第二钳位晶体管mpc1的第一端连接，第二电压晶体管n2的控制端分别与第一输入模块1的第二输出端，第二输入模块2的第二输出端，第三钳位晶体管mnc2的第二端和第
四钳位晶体管mpc2的第一端连接，第一电压晶体管n1的第一端与第一镜像模块的输入端连接，第一镜像模块的输出端与第二镜像模块的输入端连接，第二镜像模块的输出端作为电压比较器4的输出端，且与第三镜像模块的输出端连接，第三镜像模块的输入端与第二电压晶体管n2的第一端连接，第一电压晶体管n1的第二端分别与第二电压晶体管n2的第二端和电流管n3的第一端连接，电流管n3的第二端与第二电源连接，电流管n3的控制端与第一偏置电流连接。
36.可以理解的是，电压比较器4可以利用第一电压晶体管n1，第二电压晶体管n2，第一镜像模块，第二镜像模块，第三镜像模块和电流管n3实现，第一电压晶体管n1与电压比较器4的第一输入端的电压va对应，第二电压晶体管n2与电压比较器4的第二输入端的电压vb对应，第一电压晶体管n1响应va，将与va对应的电流通过第一镜像模块和第二镜像模块输出，第二电压晶体管n2响应vb，将与vb对应的电流通过第三镜像模块输出，最终在第三镜像模块和第二镜像模块的输出交点处输出，电流管n3是电压比较器4的尾电流管n3，保持常通状态来确保电压比较器4的准确实现，电压比较器4的具体电路结构可以存在多种实现方式，本实施例仅为一种具体的实现方式，对于第一电压晶体管n1，第二电压晶体管n2，第一镜像模块，第二镜像模块，第三镜像模块和电流管n3的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，第一电压晶体管n1，第二电压晶体管n2和电流管n3可以通过mos管或三极管等晶体管器件实现，第一镜像模块，第二镜像模块和第三镜像模块可以通过电流镜等镜像结构实现。以图3为例，第一镜像模块是由n4和n5构成的电流镜实现的，第二镜像模块是由n6和n7构成的电流镜实现的，第三镜像模块是由n8和n9构成的电流镜实现的。
37.具体地，通过第一电压晶体管n1，第二电压晶体管n2，第一镜像模块，第二镜像模块，第三镜像模块和电流管n3可以有效实现电压比较器4的功能，电流结构简单，易于实现，利用电压比较器4的结构实现对高增益输出。
38.作为一种可选地实施例，还包括偏置电路5，偏置电路5的输出端分别与第一输入模块1，第二输入模块2，转换模块3和电压比较器4连接；偏置电路5用于输出第二偏置电流，第二偏置电流大于第一输入电流，第二偏置电流大于第二输入电流。
39.考虑到现有的电流比较器通常只支持单极性的输入电流，即输入电流要么都是流入电流比较器，要么都是流出电流比较器，无法做到对双极性的输入电流进行比较的功能。增加设置了偏置电路5，偏置电路5与分别与第一输入模块1和第二输入模块2连接，输出第二偏置电流，通过引入偏置电路5，使得第一输入模块1和第二输入模块2可以做到自带直流偏置，成为电流型求和输入级，可以把小信号输入电流和偏置电路5输出的直流电流相加，也即将第二偏置电流与输入电流分别做和，输出给下一级。由于偏置电流i0大于第一输入电流i1和第二输入电流i2，特别是大于小信号的输入电流，因此第一输入模块1和第二输入模块2可处理正负双向的输入电流，实现双极性电流输入。
40.不难理解的是，考虑到转换模块3和电压比较器4在应用时需要第一偏置电流来确保正常工作，因此偏置电路5也分别与转换模块3和电压比较器4连接，直接利用偏置电路5输出的第二偏置电流作为第一偏置电流，进一步降低电路结构的复杂度，简化电路结构。对于偏置电路5的具体电路结构和实现方式等本技术在此不做特别的限定，可以根据实际应用情况进行设置。
41.考虑到传统的电流比较器在比较接近于0的微小电流时很有局限性，并且只能针对单极性的输入电流进行比较，本发明通过增加设置的偏置电路5，使电流比较器的输入级自带偏置电流，可以支持双极性的电流输入；当输入电流具有双极性时，电流比较器可以根据输入电流的大小，输出高低电平两种状态。简化了电路结构，进一步扩展了电流比较器的适用范围。
42.作为一种可选地实施例，偏置电路5包括电流源is，第一电流晶体管p1，第二电流晶体管p2，第三电流晶体管p3和第四电流晶体管p4，第一电流晶体管p1的第一端与第一电源连接，第二端作为偏置电路5的第一输出端，且分别与第二电流晶体管p2的第一端，第一电流晶体管p1的控制端和第三电流晶体管p3的控制端连接，第二电流晶体管p2的第二端与第二电源连接，控制端作为偏置电路5的第二输出端，且分别与第四电流晶体管p4的控制端，第四电流晶体管p4的第二端和电流源is的第一端连接，电流源is的第二端与第二电源连接，第三电流晶体管p3的第一端与第一电源连接，第二端与第四电流晶体管p4的第一端连接。
43.可以理解的是，偏置电路5可以通过电流源is，第一电流晶体管p1，第二电流晶体管p2，第三电流晶体管p3和第四电流晶体管p4构成的电路结构实现，第一电流晶体管p1与第三电流晶体管p3构成了一组电流镜，第二电流晶体管p2和第四电流晶体管p4构成了一组电流镜，同时利用第一电源，第二电源和电流源is形成了稳定输出的第二偏置电流，并通过两组电流镜将第二偏置电流进行传输。对于电流源is，第一电流晶体管p1，第二电流晶体管p2，第三电流晶体管p3和第四电流晶体管p4的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，第一电流晶体管p1，第二电流晶体管p2，第三电流晶体管p3和第四电流晶体管p4可以通过mos管三极管等晶体管器件实现。
44.具体地，偏置电路5可以包括电流源is，第一电流晶体管p1，第二电流晶体管p2，第三电流晶体管p3和第四电流晶体管p4，利用供电电源，电流源is和电流镜的结构实现固定偏置电流的输出，有效地实现了偏置电路5的功能，电路结构简单，易于实现，输出固定的偏置电流从而确保了电流比较器中各模块的准确实现。
45.作为一种可选地实施例，第一输入模块1包括第一输入电路21和第一预放大电路23，第一输入电路21的第一输入端作为电流比较器的第一输入端，接入第一输入电流，第二输入端与偏置电路5的第一输出端连接，第三输入端与偏置电路5的第二输出端连接，输出端与第一预放大电路23的输入端连接，第一预放大电路23的第一输出端分别与第二输入模块2的第一输出端和转换模块3的第一输入端连接，第一预放大电路23的第二输出端分别与第二输入模块2的第二输出端和转换模块3的第二输入端连接。
46.可以理解的是，第一输入模块1一般包括第一输入电路21和第一预放大电路23，第一输入电路21主要用于接收第一输入电流和固定的第二偏置电流，并将第一输入电流与第二偏置电流的和输出到第一预放大电路23，第一预放大电路23主要对传输的电流信号进行放大，从而进一步提高电流的传输效果，便于后续对电流的比较过程的准确实现。类似地，第二输入模块2一般包括第二输入电路22和第二预放大电路24，第二输入电路22和第二预放大电路24的功能，连接方式，电路结构和实现方式等分别与第一输入电路21和第一预放大电路23对应，在此不做特别地赘述。对于第一输入电路21和第一预放大电路23的具体电路结构和实现方式等本技术在此不做特别的限定。
47.具体地，第一输入模块1包括第一输入电路21和第一预放大电路23，第一输入电路21起到将输入电流和偏置电流相加的作用，第一预放大电路23起到传输并放大电流的作用，且与之对应地，第二输入模块2包括第二输入电路22和第二预放大电路24，利用第一输入电路21和第一预放大电路23有效地实现第一输入模块1的功能，进一步明确的电流比较器的内部结构，确保电流比较器的准确实现。
48.作为一种可选地实施例，第一输入电路21包括第一输入晶体管s1，第二输入晶体管s2，第三输入晶体管s3，第四输入晶体管s4，第五输入晶体管s5和第六输入晶体管s6，第一输入晶体管s1的第一端与第一电源连接，第二端与第二输入晶体管s2的第一端连接，第一输入晶体管s1的控制端与第三电流晶体管p3的控制端连接，第二输入晶体管s2的控制端与第四电流晶体管p4的控制端连接，第二输入晶体管s2的第二端作为电流比较器的第一输入端，且分别与第三输入晶体管s3的控制端，第六输入晶体管s6的第一端和第六输入晶体管s6的控制端连接，第三输入晶体管s3的第一端与第一电源连接，第二端分别与第四输入晶体管s4的第一端，第四输入晶体管s4的控制端和第五输入晶体管s5的控制端连接，第五输入晶体管s5的第一端与第六输入晶体管s6的第二端连接，第四输入晶体管s4的第二端和第五输入晶体管s5的第二端分别与第二电源连接。
49.可以理解的是，第一输入晶体管s1和第二输入晶体管s2的控制端与偏置电路5中的电流晶体管的控制端连接，第一输入晶体管s1与第三电流晶体管p3构成了电流镜结构，可以将第二偏置电流镜像至第一输入电路21中，第二输入晶体管s2与第四电流晶体管p4构成了电流镜结构，可以将第二偏置电流镜像至第一输入电路21中，并且第三输入晶体管s3和第六输入晶体管s6，第四输入晶体管s4和第五输入晶体管s5分别构成了一组电流镜，可以将第二偏置电流镜像至第一输入电路21中，第六输入晶体管s6的第一端和第二输入晶体管s2的第二端与第一输入电流连接，因此在第六输入晶体管s6的第一端和第二输入晶体管s2的第二端形成了第一输入电流和第二偏置电流相加的电流信号。对于第一输入晶体管s1，第二输入晶体管s2，第三输入晶体管s3，第四输入晶体管s4，第五输入晶体管s5和第六输入晶体管s6的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，可以通过mos管或三极管等晶体管器件实现。与之对应地，第二输入电路22的电路结构也可以参考此种电路结构实现，本实施例在此不再赘述，以图3为例，s6、s7、s8、s9、s10和s11构成了第二输入电路22。
50.在实际应用中，考虑到输入级的噪声和失调在整体电流比较器中的占比是最大的，因此输入级可以采用了bipolar管的电流镜，减小噪声和失调的影响。输入级采用bipolar电流镜，并通过增加设置电容来限制带宽，减小噪声和失调的影响。
51.具体地，第一输入电路21包括第一输入晶体管s1，第二输入晶体管s2，第三输入晶体管s3，第四输入晶体管s4，第五输入晶体管s5和第六输入晶体管s6，通过构成的电流镜结构实现电流的传输，最终实现输出第一输入电流和第二偏置电流相加的电流信号，电路结构简单，易于实现。
52.作为一种可选地实施例，第一预放大电路23包括第一放大晶体管k1，第二放大晶体管k2，第三放大晶体管k5，第四镜像模块和第五镜像模块，第一放大晶体管k1的控制端与第五输入晶体管s5的控制端连接，第二放大晶体管k2的控制端与第六输入晶体管s6的控制端连接，第一放大晶体管k1的第一端与第二电源连接，第二端与第二放大晶体管k2的第一
端连接，第二放大晶体管k2的第二端分别与第四镜像模块的输入端和第三放大晶体管k5的控制端连接，第三放大晶体管k5的第一端与第一电源连接，第二端作为第一预放大电路23的第一输出端，第四镜像模块的输出端与第五镜像模块的输入端连接，第五镜像模块的输出端作为第一预放大电路23的第二输出端。
53.可以理解的是，第一放大晶体管k1和第二放大晶体管k2与第一输入电路21里的第三输入晶体管s3，第四输入晶体管s4，第五输入晶体管s5和第六输入晶体管s6配合构成了两组电流镜结构，从而将第一输入电流和第二偏置电流相加的电流信号传输至第一预放大电路23中，可以设置一定的系数同时对电流信号进行放大，之后再进一步利用第四镜像模块对电流信号进行进一步放大，第四镜像模块与第三放大晶体管k5配合输出放大后的电流信号，作为第一输入模块1的第一输入端的输出信号，并且第四镜像模块与第五镜像模块配合输出放大后的电流信号，作为第一输入模块1的第二输入端的输出信号，第一输入模块1的两个输出端的输出信号一致，且与第一输入电流和第二偏置电流相加的电流信号成正线性相关，两个输出信号分别与转换模块3的两个输入端连接，与第二输入模块2配合实现两个对冲结点的产生，从而输出第一差值和第二差值的电流。对于第一放大晶体管k1，第二放大晶体管k2，第三放大晶体管k5，第四镜像模块和第五镜像模块的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，第一放大晶体管k1，第二放大晶体管k2和第三放大晶体管k5可以通过mos管或三极管等晶体管器件实现；第四镜像模块和第五镜像模块可以直接利用电流镜实现，也可以采用其他类型的镜像传输模块。以图3为例，通过k3和k4构成的电流镜实现第四镜像模块，通过k6和k7构成的电流镜实现第五镜像模块。
54.与之对应地，第二预放大电路24的电路结构也可以参考此种电路结构实现，本实施例在此不再赘述，以图3为例，k8、k9、k10、k11、k12、k13和k14构成了第二预放大电路24。
55.具体地，第一预放大电路23包括第一放大晶体管k1，第二放大晶体管k2，第三放大晶体管k5，第四镜像模块和第五镜像模块，通过构成的电流镜结构和镜像模块实现电流的传输，最终实现输出与第一输入电流和第二偏置电流相加的电流信号成正线性相关两个电流输出信号，第一预放大电路23，第二预放大电路24和转换模块3配合实现两个对冲结点，电路结构简单，易于实现。
56.作为一种可选地实施例，偏置电路5还包括第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6，第七电流晶体管p7和第六镜像模块，第五电流晶体管p5的控制端与第三电流晶体管p3的控制端连接，第六电流晶体管p6的控制端与第四电流晶体管p4的控制端连接，第五电流晶体管p5的第一端与第一电源连接，第二端与第六电流晶体管p6的第一端连接，第六电流晶体管p6的第二端分别与第六镜像模块的输入端，第二转换晶体管q2的控制端和第四转换晶体管q4的控制端连接，第六镜像模块的输出端分别与第七电流晶体管p7的第一端，第七电流晶体管p7的控制端，第一转换晶体管q1的控制端和第三转换晶体管q3的控制端连接，第七电流晶体管p7的第二端与第一电源连接。
57.考虑到偏置电路5还需为转换模块3和电压比较器4提供固定的偏置电流，偏置电路5还包括第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6，第七电流晶体管p7和第六镜像模块，第五电流晶体管p5与第三电流晶体管p3配合将第二偏置电流传输过来，第六电流晶体管p6与第四电流晶体管p4配合将第二偏置电流传输过来，之后利用第六镜像模块和第七电流晶体管p7将第二偏置电流分别传输至第一转换晶体管q1，第二转换晶体管q2，第三转换晶体管
q3，第四转换晶体管q4以及电流管n3的控制端，以确保转换模块3和电压比较器4的准确实现。对于第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6，第七电流晶体管p7和第六镜像模块的具体类型和实现方式等本技术在此不做特别的限定，第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6和第七电流晶体管p7可以通过mos管或三极管等晶体管器件实现；第六镜像模块可以直接利用电流镜实现，也可以采用其他类型的镜像传输模块。以图3为例，通过p8和p10，p9和p11构成的两组电流镜实现第六镜像模块。
58.具体地，偏置电路5还包括第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6，第七电流晶体管p7和第六镜像模块，利用第五电流晶体管p5，第六电流晶体管p6，第七电流晶体管p7和第六镜像模块实现将第二偏置电流输出至第一转换晶体管q1，第二转换晶体管q2，第三转换晶体管q3，第四转换晶体管q4以及电流管n3的控制端，以确保转换模块3和电压比较器4的正常工作过程，电路结构简单，易于实现，确保了电流比较器的可靠实现，进一步提高了电流比较器的准确度。
59.作为一种具体地实施例，图3所示的高精度电流比较器支持双极性的输入电流，并可以比较出纳安级别的电流。同时通过采用bipolar管子的输入级，降低了电流比较器等效输入噪声和失调，提高了精度。因此该电流比较器可以支持双极性的输入电流，通过采用bipolar管的输入级电流镜和限制带宽的方法有效的减小噪声，通过采用预放大级和判决级电路的高增益，使其可以比较出纳安级别的微小电流，达到高精度。
60.如图3所示，本发明提出的高精度电流比较器包括了偏置级（bias），支持双极性电流的输入级电路（input stage），电流预放大级电路（pre amplifier stage），以及判决电路（decision stage）。偏置级即为偏置电路5，输入级电路即为第一输入电路21和第二输入电路22，判决电路即为转换模块3和电压比较器4，输入级电路与偏置电路5连接，自身有直流偏置，从而可以支持正负双向的输入电流。第一输入电路21和第二输入电路22可以通过采用bipolar管的电流镜使其噪声电流和失调电流最小，第一输入电路21和第二输入电路22把信号电流和直流偏置电流相加后输出给对应地预放大级电路。预放大级电路把输入的差分电流放大k1*k2倍后输出给判决电路。转换模块3和电压比较器4自身也有直流偏置，在接收到输入的差分信号电流后转换模块3依靠对冲结点把电流转成电压，再经过电压比较器4得到最终的比较输出。
61.两路输入电流先分别在第一输入电路21和第二输入电路22中与第二偏置电流i0求和，然后通过bipolar电流镜放大k1倍分别得到k1(i0 i1)和k1(i0 i2)，再经过mos管电流镜放大k2倍分别得到k1k2(i0 i1)和k1k2(i0 i2)。第一预放大电路23输出的电流表现为电流源，第二预放大电路24输出的电流表现为电流沉，电流源k1k2(i0 i1)的输出和电流沉k1k2(i0 i2)的输出相连，可以得到放大后的小信号电流k1k2(i1-i2)，电流源k1k2(i0 i2)的输出和电流沉k1k2(i0 i1)的输出相连，可以得到放大后的小信号电流k1k2(i2-i1)。这两路电流即为预放大级的输出电流，也即转换模块3的输入电流，通过转换模块3被送给电压比较器4进行比较，此时va=k1k2（i1-i2）*ro，vb=k1k2（i2-i1）*ro。
62.因此最终整体的电流到电压的增益为；其中ro为对冲结点va和vb处的阻抗，当电路结构固定时，该阻抗值也是固定值，g为电压比较器4的增益，k1和k2为电流镜的镜像比例对应的放大倍数，v表示最终的输出电压，i表示两个输入电流的电流差。举
例来讲，当k1=8，k2=4，ro=1m，g=1k，该电流到电压的增益可达64g倍，因此利用了电压比较器4的该电流比较器完全可以比出纳安级别的小电流。
63.不难理解的是，在第一输入电路21和第二输入电路22中分别设置了c1和c2作为限带宽电容，可以根据输入信号的频率调节，最大程度的减小了噪声的影响。还设置了电阻r1和r2作为负载电阻，进一步保护电路。同时还在偏置电路5中设置了补偿电容c3，对电路起到补偿作用。
64.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
65.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
66.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。