[发明专利]一种低功耗高速高精度比较器电路

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及半导体集成电路与标准CMOS工艺兼容的低功耗高速高精度比较器电路。

背景技术

比较器将输入模拟信号转化为数字信号，是模拟到数字的一个重要接口，广泛运用于模数转换器，数模转换器等电路。在金属氧化物半导体器件中，电子元件易发生工作特性变化，该变化通常表现为阈值电压电平的移动。例如，在比较器电路中,差分对中的失配和电流源中的失配可以导致比较器偏移，所述比较器偏移是电压偏移，其通过影响输入电压与基准电压之间的比较性能而限制了比较器的精度。比较器偏移量不仅作为随机器件失配的结果出现，而且还是器件尺寸的函数。降低偏移量的一个已知方法是增大器件尺寸。但是，这需要增加功率以维持增益带宽和更新期。对于小的、低功率的比较器来说，增大器件尺寸可能不是实用的选择，因此需要偏移补偿或者偏移抵消方案。

比较器按作原理大体可以分为两类：运放结构比较器和锁存器。运放结构比较器可以分辨较小的输入信号，但是速度较慢；锁存器的速度较快，但是只能分辨较大的输入信号，同时失调和回程噪声也较大在实际的应用过程中，比较器对速度和精度都有较高的要求，单独使用任一种比较器都不能满足要求，往往将两种比较器级联组成高速高精度比较器。

发明内容

为了克服现有比较器电路性能的不足，本发明提供一种与标准CMOS工艺兼容的一种低功耗高速高精度的比较器，能够有效地减小比较器失调电压的影响，在控制平均功耗的基础上提高比较器的速度以及精度。

为了实现上述目的，本发明所涉及的一种低功耗低高速高精度比较器电路，包括顺序连接的输入采样开关，前置放大器，二级预放大器，动态输出锁存器，其中所述输入采样开关，包括一对采样输入信号的开关和一对采样参考电压的开关，用于在复位阶段将输入接固定参考电平Vref，在比较阶段将输入接差分输入差分信号Vn，Vp；所述前置放大器，用于放大差分输入信号，需要保证该前置放大器有足够的带宽和增益，以减小高速比较器等效在输入端的总失调电压，提高比较器的精度。

上述所说的前置放大器，采用交叉结构的P晶体管负载，由晶体管MN0，MN1，MN2，MN3，晶体管MP0，MP1，MP2，MP3组成，晶体管MN0和晶体管MN1组成差分输入对管，晶体管MP3和晶体管MP2组成耦合对管，用于放大差分输入信号。

上述所说的耦合电容，在复位阶段用于存储前置放大器的失调电压，在比较阶段用于将前置放大器输出变化量耦合到二级预放大器输入端。

上述所说的二级预放大器，采用两级放大结构；用于提高放大器的增益，其第一级放大器的负载采用了带弱正反馈的交叉耦合结构，设计的晶体管MP6和MP7的宽长比应该小于晶体管MP4和MP5，有效减少对前置放大器的回程噪声，否则构成强反馈；通过二级预放大器的MP10，MP11的输入信号来控制输出锁存器的状态，降低锁存器的设计难度和功耗。

上述所说的输出锁存器，用于锁存比较输出的结构，其前端采用反相器结构，用于输出结果的整形，提高比较速度,两个反相器级联，后接一个交叉耦合的反相器，将前级输出迅速建立到数字逻辑输出电平，并能锁存输出。

附图说明

图1是本发明所涉一种低功耗高速高精度比较器电路的结构框图；

图2是本发明所涉一种低功耗高速高精度比较器电路的前置放大器的电路图；

图3是本发明所涉一种低功耗高速高精度比较器电路的二级预放大器的电路图；

图4是本发明所涉一种低功耗高速高精度比较器电路的输出锁存器电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

一种低功耗高速高精度比较器电路(见图1)，包括顺序连接的四个输入采样开关S1，S2，S3，S4，前置放大器，耦合电容C1，C2，二级预放大器，输出锁存器，其中采样开关S1，S2，S3，S4，用于在复位阶段将输入接固定参考电平Vref，在比较时间将输入接差分输入信号Vn，Vp。

前置放大器采用交叉结构的P晶体管负载，用于放大差分输入信号，需要保证该前置放大器有足够的带宽和增益，以减小超高速比较器等效在输入端的总失调电压，提高该比较器的精度。

耦合电容C1，C2，在复位阶段用于存储前置放大器的失调电压，在比较阶段用于将前置放大器输出变化量耦合到二级预放大器输入端。