一种基于误差自消除技术的动态比较器制造技术

本发明专利技术属于集成电路技术领域，具体为一种基于误差自消除技术的动态比较器。其结构包括：由偏置电路构成的偏置级，采用误差自消除技术的输入预放大级，用于输入预放大级输出波形整形的反向级和采用时域比较的输出级；偏置级通过时钟信号控制输入预放大级的放电电流源的偏置；输入预放大级在预充电阶段采样误差信号并在放电的比较阶段消除误差；输入预放大级的输出波形连接到反向级整形；经反向级整形后的输出信号输入到输出级进行时域比较，输出级输出的结果即为比较器的比较结果。本发明专利技术相对于传统的动态比较器对晶体管失配造成的误差有很好的消除效果，可以大幅度的地提高动态比较器的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于集成电路
，具体涉及一种基于误差自消除技术的动态比较器。
技术介绍
随着集成电路的发展和摩尔定律的不断自我实现，现代模拟和模数混合的电路要求功耗越来越小、精度越来越高。在此机遇下，传统的模数转换器的应用领域也发生了重要变化，例如动态比较器，传统的动态比较器的精度对晶体管失配非常敏感，虽然其有低功耗的优势，但在高精度领域并不适用。图1显示了传统动态比较器的架构，包括由偏置电路构成的偏置级101，采用传统的输入预放大级102，用于输入预放大级输出波形整形的反向级103和采用时域比较的输出级104。制约比较器精度的主要因素在于输入预放大级102，在传统架构中，一般没有采用消除误差的技术。电路实现如图1所示，在时钟信号下降沿开始的那半个周期，将输入预放大级102的两个输出节点充电至电源电压；在时钟信号上升沿开始的那半个周期，对输入预放大级102的两个输出节点进行放电，反向级103和采用时域比较器的输出级104根据输入预放大级102的两个输出节点的放电速度快慢得出比较结果。一般情况下，由于晶体管的失配，包括阈值电压失配和尺寸失配，在充电阶段输入预放大级102的两个输出节点所积累的电荷数目存在差异，同时在放电阶段两节点的放电速度也存在不同，因此会使比较结果存在很大误差。为解决误差问题，本专利技术提出了一种基于误差自消除技术的动态比较器架构，如图2所示。该动态比较器架构与图1相比的区别在于其输入预放大级202采用了消除误差的技术。动态比较器的误差主要由输入对管引起，本专利技术的误差消除技术主要针对输入对管引起的误差。在时钟信号下降沿开始的那半个周期，将输入对管的失配信息采样到输入预放大级202的两个输出节点上；在时钟信号上升沿开始的那半个周期，通过补偿电容对输入预放大级202的两个输出节点的放电速度进行调整，从而减小输入对管失配引起的误差。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可以适用于高精度模数转换器的一种基于误差自消除技术的动态比较器。本专利技术提出的基于误差自消除技术的动态比较器，其电路结构如图2所示，包含四个部分，分别为：由偏置电路构成的偏置级201，采用误差自消除技术的输入预放大级202，用于输入预放大级202输出波形整形的反向级203和采用时域比较的输出级204；偏置级201通过时钟信号控制输入预放大级202的放电电流源的偏置；输入预放大级202在预充电阶段采样误差信号并在放电的比较阶段消除误差；输入预放大级202的输出波形连接到反向级203整形；经反向级203整形后的输出信号输入到输出级204进行时域比较，输出级204输出的结果即为比较器的比较结果。本专利技术中，所述由偏置电路构成的偏置级201，用于通过时钟信号控制输入预放大级的放电电流源的偏置，由偏置电路和开关构成。 本专利技术中，所述采用误差自消除技术的输入预放大级202，用于误差的采样与消除，由连接开关S1、S2，预充电晶体管M3，动态预放大输入差分晶体管M1、M2，存储输入对管失配的电容C1和放电重置晶体管M5、M6构成。连接关系如图2所示，预充电晶体管M3的漏端与动态预放大输入差分晶体管M1、M2的源端相连，晶体管M1、M2的栅端分别与开关S1、S2相连，晶体管M1、M2的漏端分别与存储输入对管失配的电容C1两端相连，并且晶体管M1、M2的漏端还分别与放电重置晶体管M5、M6的漏端相连。本专利技术中，所述用于波形整形的反向级203，用于输入预放大级输出波形的整形，由反相器构成。本专利技术中，所述采用时域比较器的输出级204，用于检测差分输出电压变化的先后顺序，从而得到比较器的输出，由RS锁存器实现。其中，所述偏置级电路201的偏置电流输出端分别接所述输入预放大级202的预充电晶体管M3和动态放大输入差分晶体管M1、M2；所述输入预放大级202的电压输出端链接用于波形整形的反向级203的输入端；用于波形整形的反向级203的输出连接时域比较器204的输入级；时域比较器204的输出级作为本专利技术所述动态比较器的输出级。本专利技术相对于传统的动态比较器对晶体管失配造成的误差有很好的消除效果，传统的动态比较器对晶体管失配非常敏感，本专利技术可对晶体管失配造成的误差进行采样进而很大程度上消除误差，基于这种误差自消除技术，本专利技术可以将传统比较器因为晶体管失配造成的误差减小90%左右，从而大幅提高了动态比较器的精度。附图说明图1为传统动态比较器架构示意图。图2为本专利技术所述基于误差自消除技术的动态比较器的架构示意图。图3为本专利技术所述基于误差自消除技术的动态比较器采用P型晶体管作为输入晶体管的示意图。具体实施方式下面对本专利技术中提出的一种基于误差自消除技术的动态比较器作进一步说明。本专利技术提出的基于误差自消除技术的动态比较器，包含四个部分，分别为：由偏置电路构成的偏置级201，采用误差自消除技术的输入预放大级202，用于输入预放大级输出波形整形的反向级203和采用时域比较的输出级204。为解决传统动态比较器的误差对晶体管失配非常敏感的问题，本专利技术提出了一种基于误差自消除技术的动态比较器架构，如图2所示。该动态比较器架构与图1相比的区别在于其输入预放大级202采用了误差消除的技术。动态比较器的误差主要由输入对管的失配引起，本专利技术的误差消除技术主要针对输入对管引起的误差。在时钟信号下降沿开始的那半个周期，将输入预放大级202的两个输出节点充电至电源电压减去输入对管的阈值电压，这样就可以将输入对管失配引起的阈值电压失配信息记录到输入预放大级202的输出节点上；在时钟信号上升沿开始的那半个周期，对输入预放大级202的两个输出节点进行放电，此时由于在两个输出节点间引入了补偿电容，可以对输入对管失配引起的误差，包括阈值电压失配和晶体管尺寸失配引起的放电速度的差异，即放电电流的大小进行调整，从而减小输入对管失配引起的误差。采用本专利技术的误差消除技术后，图2所示的动态比较器可以将图1所示的动态比较器由于晶体管失配产生的误差减小90%左右，具有很好的误差消除效果，适合应用于高精度模数转化器之中。本专利技术提出的基于误差自消除技术的动态比较器，其电路结构中同输入预放大级的输出相连后端电路不局限于由反相器构成的反向级和由RS锁存器构成的时域比较输出级，其它形式的反向级和时域比较器输出级形式同样可以满足要求。本专利技术提出的基于误差自消除技术的动态比较器，其输入预放大级除了采用N型晶体管作为输入晶体管的形式外，还可以扩展为采用P型晶体管作为输入晶体管的形式，如图3所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于误差自消除技术的动态比较器，其特征在于，其结构包括：由偏置电路构成的偏置级（201），采用误差自消除技术的输入预放大级（202），用于输入预放大级（202）输出波形整形的反向级（203）和采用时域比较的输出级（204）；偏置级（201）通过时钟信号控制输入预放大级（202）的放电电流源的偏置；输入预放大级（202）在预充电阶段采样误差信号并在放电的比较阶段消除误差；输入预放大级（202）的输出波形连接到反向级（203）整形；经反向级（203）整形后的输出信号输入到输出级（204）进行时域比较，输出级输出的结果即为比较器的比较结果。

【技术特征摘要】
1. 一种基于误差自消除技术的动态比较器，其特征在于，其结构包括：由偏置电路构成的偏置级（201），采用误差自消除技术的输入预放大级（202），用于输入预放大级（202）输出波形整形的反向级（203）和采用时域比较的输出级（204）；偏置级（201）通过时钟信号控制输入预放大级（202）的放电电流源的偏置；输入预放大级（202）在预充电阶段采样误差信号并在放电的比较阶段消除误差；输入预放大级（202）的输出波形连接到反向级（203）整形；经反向级（203）整形后的输出信号输入到输出级（204）进行时域比较，输出级输出的结果即为比较器的比较结果。
2. 根据权利要求1所述的基于误差自消除技术的动态比较器，其特征在于，所述输入预放大级（202）由两个连接开关（S1、S2），一个预充电晶体管（M3），两个动态预放大输入差分晶体管（M1、M2），存储输入对管失配的电容（C1）和两个放电重置晶体管（M5、M6）构成；预充电晶体管（M3）的漏端与两个动态预放大输入差分晶体管（M1、M2）的源端相连，两个动态预放大输入差分晶体管（M1、M2）的栅端分别与两个连接开关（S1、S2）相连，两个动态预放大输入差分晶体管（M1、M2）的漏端分别与存储输入对管失配的电容（C1）两端相连，并且两个动态预放大输入差分晶体管（M1、M...

【专利技术属性】
技术研发人员：任俊彦，冯泽民，陈迟晓，陈华斌，许俊，叶凡，李宁，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：上海;31