一种步长可调的比较器失调电压校正电路及方法技术

本发明专利技术涉及一种步长可调的比较器失调电压校正电路，包括选通开关、比较器、步长选择控制电路、电荷泵开关控制电路及电荷泵，选通开关的第一输入端接收同相输入信号Vip，选通开关的第二输入端接收反相输入信号Vin，选通开关的共模输入端接收共模信号Vcm；选通开关的第一校正控制端与步长选择控制电路的第四输出端相连；选通开关的第二校正控制端与步长选择控制电路的第五输出端相连；选通开关的第一输出端与比较器的同相输入端Vin+连接，本发明专利技术实现校正步长的可调，在校正进程前期采用大的校正步长，进行粗校正，然后接着在校正后期采用小的校正步长，进行细校正，使比较器失调电压被校正到设定的精度范围内。

【技术实现步骤摘要】
一种步长可调的比较器失调电压校正电路及方法
本专利技术涉及数模混合集成电路设计
，尤其是一种步长可调的比较器失调电压校正电路及方法。
技术介绍
模数转换器作为数模混合系统中的关键模块，广泛应用于军事和民用领域的多个方面。近年来，随着制备工艺和电路设计技术的不断发展，模数转换器的发展突飞猛进。比较器作为模数转换器组成的关键模块，其精度、速度和功耗等性能指标对整个模数转换器系统的性能产生至关重要的影响。高速低功耗的比较器一般都采用动态锁存比较器的结构，但这类动态比较器都存在很大的失调电压。而且伴随着工艺特征尺寸的日益降低，由晶体管阈值电压、面积因子以及寄生电容的失配产生的失调逐渐增大。失调电压限制了动态比较器在高速高精度模数转换器中的应用，因此需要对比较器的失调电压进行校正。现有一种步长可调的比较器失调电压校正电路及方法
技术介绍
参考文件：IEEE2008AsianSolid-StateCircuitsConference的《Alow-noiseself-calibratingdynamiccomparatorforhigh-speedADCs》和IEEE2012InternationalSymposiumonCircuitsandSystems的《Alow-powerdynamiccomparatorwithdigitalcalibrationforreducedoffsetmismatch》。有以下不足：1.按《Alow-noiseself-calibratingdynamiccomparatorforhigh-speedADCs》，校正步长需满足系统精度要求，对于大范围的失调，所需的校正周期数较多。比如对于100mV的比较器失调电压，系统要求比较器失调电压小于1mV，则校正步长最大为1mV，至少需要100个校正周期才能将失调电压校正到1mV以内。2.按《Alow-powerdynamiccomparatorwithdigitalcalibrationforreducedoffsetmismatch》，在比较器输出负载端增加可变电容阵列，改变输出节点的充放电速率来减小比较器的失调电压，所需的校正周期数较少，但为此在输出节点增加的额外的负载电容会影响比较器的速度，而且有限的电容阵列使得可校正的比较器失调电压范围也有限。
技术实现思路
本专利技术的首要目的在于提供一种能够利用较少的校正周期有效的降低比较器失调电压，并适用于高速比较器电路的步长可调的比较器失调电压校正电路。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种步长可调的比较器失调电压校正电路，包括选通开关、比较器、步长选择控制电路、电荷泵开关控制电路及电荷泵，所述选通开关的第一输入端接收同相输入信号Vip，选通开关的第二输入端接收反相输入信号Vin，选通开关的共模输入端接收共模信号Vcm；选通开关的第一校正控制端与步长选择控制电路的第四输出端相连，并接收第一校正控制信号Cal；选通开关的第二校正控制端与步长选择控制电路的第五输出端相连，并接收第二校正控制信号选通开关的第一输出端与比较器的同相输入端Vin+连接，选通开关的第二输出端与比较器的反相输入端Vin-连接；所述比较器的同相输出端Vo+通过第六开关S6分别与电荷泵开关控制电路的第一输入端Vo1、步长选择控制电路的第一输入端Vo3连接，比较器的同相输出端Vo+与第八开关S8的一端相连，第八开关S8的另一端作为比较器失调电压校正电路的第一输出端Vop；所述比较器的反相输出端Vo-通过第七开关S7分别与电荷泵开关控制电路的第二输入端Vo2、步长选择控制电路的第二输入端Vo4连接，比较器的反相输出端Vo-与第九开关S9的一端相连，第九开关S9的另一端作为比较器失调电压校正电路的第二输出端Von；所述电荷泵的同相补偿输出端Vcalp与比较器的同相补偿输入端Vcal+连接，电荷泵的反相补偿输出端Vcaln与比较器的反相补偿输入端Vcal-连接，比较器的时钟输入端接比较器时钟信号Clk；所述步长选择控制电路的第一输出端输出控制信号步长选择控制电路的第二输出端输出控制信号C，步长选择控制电路的第一输出端与电荷泵开关控制电路的第三输入端相连，步长选择控制电路的第二输出端和电荷泵开关控制电路的第四输入端相连；所述步长选择控制电路的第三输出端输出比较结果有效信号Valid，并与电荷泵开关控制电路的第五输入端相连；所述步长选择控制电路的第四输出端输出第一校正控制信号Cal，并与电荷泵开关控制电路的校正控制端相连，所述步长选择控制电路的复位端接收复位信号Reset，步长选择控制电路的置位端接收置位信号Set；所述电荷泵开关控制电路的第一输出端输出控制信号A至电荷泵的第一输入端，所述电荷泵开关控制电路的第二输出端输出控制信号B至电荷泵的第二输入端，所述电荷泵开关控制电路的第三输出端输出控制信号D至电荷泵的第三输入端，所述电荷泵开关控制电路的第四输出端输出控制信号E至电荷泵的第四输入端；所述电荷泵的共模输入端接收共模信号Vcm，电荷泵的预充电控制端接收预充电信号Prechg。所述比较器包括动态前置放大器和锁存器，其中动态前置放大器包括尾电流源管M1、输入管M2、输入管M3、失调补偿输入管M4、失调补偿输入管M5、负载管M6和负载管M7；尾电流源管M1的漏极分别与输入管M2的源极、输入管M3的源极、失调补偿输入管M4的源极以及失调补偿输入管M5的源极相连，尾电流源管M1的源极接电源，输入管M2的漏极分别与失调补偿输入管M4的漏极、负载管M6的漏极相连，输入管M3的漏极分别与失调补偿输入管M5的漏极、负载管M7的漏极相连，负载管M6的源极和负载管M7的源极均接地；输入管M2的栅极为比较器的同相输入端Vin+，输入管M3的栅极为比较器的反相输入端Vin-，失调补偿输入管M4的栅极为比较器的同相失调补偿输入端Vcal+，失调补偿输入管M5的栅极为比较器的反相失调补偿输入端Vcal-；输入管M2的漏极、输入管M3的漏极均与锁存器的输入端相连；锁存器的输出端即为比较器的输出端，包括锁存器的同相输出端Vo+和反相输出端Vo-。所述步长选择控制电路包括第一或门、第一DFF、第二DFF、第三DFF、第四DFF、第二或门、第一反相器、与非门、第五DFF、第六DFF、第九与门及第二反相器；第一或门的输出端分别与第一DFF的时钟输入端以及第二DFF的时钟输入端相连，第一DFF的输出端与第三DFF的时钟输入端相连，第二DFF的输出端与第四DFF的时钟输入端相连，第三DFF的输出端与第二或门的第一输入端相连，第四DFF的输出端与第二或门的第二输入端相连，第二或门的输出端分别与第一反相器的输入端、与非门的第一输入端相连，与非门的输出端分别与第三DFF的信号输入端、第四DFF的信号输入端相连，第一反相器的输出端与第五DFF的时钟输入端相连，第五DFF的输出端与第六DFF的时钟输入端相连，第六DFF的输出端与第九与门的第二输入端相连，第九与门的输出端与第二反相器的输入端相连；第一或门的第一输入端作为步长选择控制电路的第一输入端Vo3接收比较器的同相输出结果，第一或门的第二输入端作为步长选择控制电路的第二输入端Vo4接收比较器的反相输出结果，第三DFF本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：包括选通开关、比较器、步长选择控制电路、电荷泵开关控制电路及电荷泵，所述选通开关的第一输入端接收同相输入信号Vip，选通开关的第二输入端接收反相输入信号Vin，选通开关的共模输入端接收共模信号Vcm；选通开关的第一校正控制端与步长选择控制电路的第四输出端相连，并接收第一校正控制信号Cal；选通开关的第二校正控制端与步长选择控制电路的第五输出端相连，并接收第二校正控制信号

【技术特征摘要】
1.一种步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：包括选通开关、比较器、步长选择控制电路、电荷泵开关控制电路及电荷泵，所述选通开关的第一输入端接收同相输入信号Vip，选通开关的第二输入端接收反相输入信号Vin，选通开关的共模输入端接收共模信号Vcm；选通开关的第一校正控制端与步长选择控制电路的第四输出端相连，并接收第一校正控制信号Cal；选通开关的第二校正控制端与步长选择控制电路的第五输出端相连，并接收第二校正控制信号选通开关的第一输出端与比较器的同相输入端Vin+连接，选通开关的第二输出端与比较器的反相输入端Vin-连接；所述比较器的同相输出端Vo+通过第六开关S6分别与电荷泵开关控制电路的第一输入端Vo1、步长选择控制电路的第一输入端Vo3连接，比较器的同相输出端Vo+与第八开关S8的一端相连，第八开关S8的另一端作为比较器失调电压校正电路的第一输出端Vop；所述比较器的反相输出端Vo-通过第七开关S7分别与电荷泵开关控制电路的第二输入端Vo2、步长选择控制电路的第二输入端Vo4连接，比较器的反相输出端Vo-与第九开关S9的一端相连，第九开关S9的另一端作为比较器失调电压校正电路的第二输出端Von；所述电荷泵的同相补偿输出端Vcalp与比较器的同相补偿输入端Vcal+连接，电荷泵的反相补偿输出端Vcaln与比较器的反相补偿输入端Vcal-连接，比较器的时钟输入端接比较器时钟信号Clk；所述步长选择控制电路的第一输出端输出控制信号C，步长选择控制电路的第二输出端输出控制信号C，步长选择控制电路的第一输出端与电荷泵开关控制电路的第三输入端相连，步长选择控制电路的第二输出端和电荷泵开关控制电路的第四输入端相连；所述步长选择控制电路的第三输出端输出比较结果有效信号Valid，并与电荷泵开关控制电路的第五输入端相连；所述步长选择控制电路的第四输出端输出第一校正控制信号Cal，并与电荷泵开关控制电路的校正控制端相连，所述步长选择控制电路的复位端接收复位信号Reset，步长选择控制电路的置位端接收置位信号Set；所述电荷泵开关控制电路的第一输出端输出控制信号A至电荷泵的第一输入端，所述电荷泵开关控制电路的第二输出端输出控制信号B至电荷泵的第二输入端，所述电荷泵开关控制电路的第三输出端输出控制信号D至电荷泵的第三输入端，所述电荷泵开关控制电路的第四输出端输出控制信号E至电荷泵的第四输入端；所述电荷泵的共模输入端接收共模信号Vcm，电荷泵的预充电控制端接收预充电信号Prechg。2.根据权利要求1所述的步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：所述比较器包括动态前置放大器和锁存器，其中动态前置放大器包括尾电流源管M1、输入管M2、输入管M3、失调补偿输入管M4、失调补偿输入管M5、负载管M6和负载管M7；尾电流源管M1的漏极分别与输入管M2的源极、输入管M3的源极、失调补偿输入管M4的源极以及失调补偿输入管M5的源极相连，尾电流源管M1的源极接电源，输入管M2的漏极分别与失调补偿输入管M4的漏极、负载管M6的漏极相连，输入管M3的漏极分别与失调补偿输入管M5的漏极、负载管M7的漏极相连，负载管M6的源极和负载管M7的源极均接地；输入管M2的栅极为比较器的同相输入端Vin+，输入管M3的栅极为比较器的反相输入端Vin-，失调补偿输入管M4的栅极为比较器的同相失调补偿输入端Vcal+，失调补偿输入管M5的栅极为比较器的反相失调补偿输入端Vcal-；输入管M2的漏极、输入管M3的漏极均与锁存器的输入端相连；锁存器的输出端即为比较器的输出端，包括锁存器的同相输出端Vo+和反相输出端Vo-。3.根据权利要求1所述的步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：所述步长选择控制电路包括第一或门、第一DFF、第二DFF、第三DFF、第四DFF、第二或门、第一反相器、与非门、第五DFF、第六DFF、第九与门及第二反相器；第一或门的输出端分别与第一DFF的时钟输入端以及第二DFF的时钟输入端相连，第一DFF的输出端与第三DFF的时钟输入端相连，第二DFF的输出端与第四DFF的时钟输入端相连，第三DFF的输出端与第二或门的第一输入端相连，第四DFF的输出端与第二或门的第二输入端相连，第二或门的输出端分别与第一反相器的输入端、与非门的第一输入端相连，与非门的输出端分别与第三DFF的信号输入端、第四DFF的信号输入端相连，第一反相器的输出端与第五DFF的时钟输入端相连，第五DFF的输出端与第六DFF的时钟输入端相连，第六DFF的输出端与第九与门的第二输入端相连，第九与门的输出端与第二反相器的输入端相连；第一或门的第一输入端作为步长选择控制电路的第一输入端Vo3接收比较器的同相输出结果，第一或门的第二输入端作为步长选择控制电路的第二输入端Vo4接收比较器的反相输出结果，第三DFF的复位端、第四DFF的复位端、第五DFF的复位端和第九与门的第一输入端连接在一起作为步长选择控制电路的复位端且接收复位信号Reset，第一DFF的置位端、第二DFF的置位端和第六DFF的置位端连接在一起作为步长选择控制电路的置位端且接收置位信号Set，第一反相器的输出端作为步长选择控制电路的第一输出端输出控制信号第二或门的输出端作为步长选择控制电路的第二输出端输出控制信号C，第一或门的输出端作为步长选择控制电路的第三输出端输出比较结果有效信号Valid，第九与门的输出端作为步长选择控制电路的第四输出端输出第一校正控制信号Cal，第二反相器的输出端作为步长选择控制电路的第五输出端输出第二校正控制信号4.根据权利要求1所述的步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：所述电荷泵开关控制电路包括第七DFF、第八DFF、第一与门、第二与门、第三与门、第四与门、第五与门、第六与门、第七与门及第八与门；第七DFF的输出端与第一与门的第一输入端相连，第八DFF的输出端与第二与门的第二输入端相连，第一与门的输出端与第三与门的第一输入端相连，第二与门的输出端与第四与门的第二输入端相连，第三与门的输出端分别与第五与门的第二输入端、第六与门的第二输入端相连，第四与门的输出端分别与第七与门的第一输入端、第八与门的第一输入端相连；第七DFF的信号输入端作为电荷泵开关控制电路的第一输入端Vo1接收比较器的同相输出结果，第八DFF的信号输入端作为电荷泵开关控制电路的第二输入端Vo2接收比较器的反相输出结果，第六与门的第一输入端与第七与门的第二输入端相连且作为电荷泵开关控制电路的第三输入端接收控制信号第五与门的第一输入端与第八与门的第二输入端相连且作为电荷泵开关控制电路的第四输入端接收控制信号C，第七DFF的时钟输入端与第八DFF的时钟输入端相连且作为电荷泵开关控制电路的第五输入端接收比较结果有效信号Valid，第三与门的第二输入端与第四与门的第一输入端相连且作为电荷泵开关控制电路的校正控制端接收第一校正控制信号Cal，第一与门的第二输入端与第二与门的第一输入端相连且作为电荷泵开关控制电路的时钟输入端接收时钟信号Clk，第七DFF的复位端与第八DFF的复位端相连且作为电荷泵开关控制电路的复位端接收复位信号Reset，第七与门的输出端作为电荷泵开关控制电路的第一输出端输出电荷泵开关控制信号A，第六与门的输出端作为电荷泵开关控制电路的第二输出端输出电荷泵开关控制信号B，第八与门的输出端作为电荷泵开关控制电路的第三输出端输出电荷泵开关控制信号D，第五与门的输出端作为电荷泵开关控制电路的第四输出端输出电荷泵开关控制信号E。5.根据权利要求1所述的步长可调的比较器失调电压校正电路，其特征在于：所述电荷泵包括第一电流源Icp1、第二电流源Icp2、第三电流源Icp3、第四电流源Icp4、第五电流源Icp5、第六电流源Icp6、第七电流源Icp7、第八电流源Icp8、第十开关S10、第十一开关S11、第十二开关S12、第十三开关S13、第十四开关S14、第十五开关S15、第十六开关S16、第十七开关S17、第十八开关S18、第十九开关S19、第一存储电容C1和第二存储电容C2；电流源Icp1的输入端连接电源，电流源Icp1的输出端与第十开关S10的第一端相连，电流源Icp2的输入端与第十开关S11的第二端相连，电流源Icp2的输出端接地，电流源Icp3的输入端连接电源，电流源Icp3的输出端与第十二开关S12的第一端相连，电流源Icp4的输入端与第十三开关S13的第二端相连，电流源Icp4的输出端接地，电流源Icp5的输入端连接电源，电流源Icp5的输出端与第十四开关S14的第一端相连，电流源Icp6的输入端与第十五开关S15的第二端相连，电流源Icp6的输出端接地，电流源Icp7的输入端连接电源，电流源Icp7的输出端与第十六开关S16的第一端相连，电流源Icp8的输入端与第十七开关S17的第二端相连，电流源Icp8的输出端接地，第十开关S10的第二端、第十一开关S11的第一端、第十四开关S14的第二端、第十五开关S15的第一端、存储电容C1的第一端以及第十八开关S18的第一端连接在一起并作为电荷泵的同相补偿输出端Vcalp，第十二开关S12的第二端、第十三开关S13的第一端、第十六开关S16的第二端、第十七开关S17的第一端、存储电容C2的第一端以及第十九开关S19的第二端连接在一起并作为电荷泵的反相补偿输出端Vcaln，第十八开关S18的第二端与第十九开关S19的第一端相连并作为电荷泵的共模输入端Vcm，存储电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冬，孙金中，庞遵林，孔德鑫，莫啸，张明科，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第三十八研究所，
类型：发明
国别省市：安徽,34