低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器制造技术

本发明专利技术涉及一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器。包括依次连接的第一级前置动态放大器、第二级前置动态放大器和动态锁存器，第一级前置动态放大器的一对输入端作为所述二级全动态比较器的一对输入端，动态锁存器的一对输出端作为所述二级全动态比较器的一对输出端，第一级、第二级前置动态放大器的时钟信号输入端相连接作为所述二级全动态比较器的第一时钟信号输入端，动态锁存器的时钟信号输入端作为所述二级全动态比较器的第二时钟信号输入端，第一、第二时钟信号输入端输入的时钟信号反相。本发明专利技术相比于传统的比较器无静态功耗，可工作在低压环境下，并且可以对抗共模电压的变化，实现比较器低压低功耗共模电压变化不敏感。

【技术实现步骤摘要】
低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器
本专利技术涉及一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器。
技术介绍
随着CMOS技术的不断发展与进步，工艺制程正在不断的缩小，这大大的提高了晶体管的运行速度、能效和电路系统的集成规模；数字电路在这个趋势下显现出前所未有的优势。模数转换器作为模拟与数字的桥梁，它的功耗高低在这个系统的功耗占比中显得尤为重要；而比较器作为绝大部分模数转换器的核心组成部分和功耗的核心来源，低功耗比较器的研究，对于在整个物联网节点的发展至关重要。比较器主要有前级放大器和锁存器组成，主要分为静态比较器和动态比较器。静态比较器和动态比较器相比一般功耗较高，其两种工作状态（比较状态和复位状态）决定了动态比较器适合应用于智能家居和低功耗的可穿戴传感器应用。不过目前的动态比较器使用了前置放大器加动态锁存器的方式，有动态锁存器的存在，所以也被称为动态比较器。但是前置放大器部分的静态功耗依旧无法减少，再加上有些情况下比较器的输入共模电压是变化的并且工作在低压情况下，因此对ADC整体的功耗和精度影响很大，使得比较器性能下降。为了解决以上动态比较器的不足，研究学者们致力于研究低压低功耗共模电压变化不敏感的的全动态比较器。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，无需考虑静态功耗，可工作在低压环境下，并且可以对抗共模电压的变化，实现低压低功耗共模电压变化不敏感。为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，包括依次连接的第一级前置动态放大器、第二级前置动态放大器和动态锁存器，第一级前置动态放大器的一对输入端作为所述二级全动态比较器的一对输入端，动态锁存器的一对输出端作为所述二级全动态比较器的一对输出端，第一级前置动态放大器的时钟信号输入端与第二级前置动态放大器的时钟信号输入端相连接作为所述二级全动态比较器的第一时钟信号输入端，动态锁存器的时钟信号输入端作为所述二级全动态比较器的第二时钟信号输入端，第一时钟信号输入端输入的时钟信号与第二时钟信号输入端输入的时钟信号反相。在本专利技术一实施例中，所述第一级前置动态放大器连接有一第一偏置电压电路，第二级前置放大器连接有一第二偏置电压电路。在本专利技术一实施例中，所述第一级前置动态放大器包括晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6，电容C1、C2，M1的源极与M3的漏极、C1的一端相连接并作为所述第一级前置动态放大器的第一输出端，M2的源极与M4的漏极连接、C2的一端相连接并作为所述第一级前置动态放大器的第二输出端，M1的栅极、M2的栅极分别作为所述第一级前置动态放大器的第一输入端、第二输入端，M1的漏极、M2的漏极相连接至M5的漏极，M3的栅极、M4的栅极、M5的栅极相连接作为所述第一级前置动态放大器的时钟信号输入端，M3的源极、M4的源极相连接至电源电位，M5的源极与M6的漏极相连接，M6的栅极与第一偏置电压电路连接，M6的源极与C1的另一端、C2的另一端相连接至地电位。在本专利技术一实施例中，所述第二级前置动态放大器包括晶体管M7、M8、M9、M10、M11、M12，电容C3、C4，M7的栅极、M8的栅极分别作为所述第二级前置动态放大器的第一输入端、第二输入端，M7的漏极与M9的漏极、C3的一端相连接并作为所述第二级前置动态放大器的第一输出端，M8的漏极与M10的漏极连接、C4的一端相连接并作为所述第二级前置动态放大器的第二输出端，M7的源极、M8的源极相连接至M11的漏极，M9的栅极、M10的栅极、M11的栅极相连接作为所述第二级前置动态放大器的时钟信号输入端，M9的源极、M10的源极相连接至电源电位，M11的源极与M12的漏极相连接，M12的栅极与第二偏置电压电路连接，M12的源极与C3的另一端、C4的另一端相连接至地电位。在本专利技术一实施例中，所述动态锁存器包括晶体管M13、M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20，M13的源极、M14的源极相连接至电源电位，M13的栅极与M16的漏极、M18的栅极、M19的漏极、M20的漏极相连接并作为所述动态锁存器的第一输出端，M13的漏极与M15的源极相连接，M14的栅极与M15的漏极、M17的漏极、M18的漏极、M19的栅极相连接并作为所述动态锁存器的第二输出端，M14的漏极与M16的源极相连接，M16的栅极、M15的栅极分别作为所述动态锁存器的第一输入端、第二输入端，M17的栅极、M20的栅极相连接作为所述动态锁存器的时钟信号输入端，M17的源极、M18的源极、M19的源极、M20的源极相连接至地电位。在本专利技术一实施例中，所述二级全动态比较器的控制方式如下：在给定时钟信号CLK和与其反相的时钟信号CLKB时，若CLK为低电平，CLKB为高电平时，所述二级全动态比较器处于比较状态，两个模拟输入信号通过所述二级全动态比较器进行比较，输出正常的比较结果；若CLK为高电平，CLKB为低电平时，所述二级全动态比较器处于复位状态；在复位状态时，M3和M4导通，M5截止，M1、M2的源极电压直接被拉至电源电位，第一级前置动态放大器不工作，第一级前置动态放大器两输出端输出信号为电源电位，M9、M10导通，M11截止，第二级前置动态放大器两输出端输出信号被拉至电源电位，M17、M20导通，M18、M19截止，动态锁存器两输出端输出信号为零电位，同时M13、M14导通，M15、M16的源端电压被拉至电源电位；在比较状态时，M1、M2导通，第一级前置动态放大器两输入端输入电压存在电压差值，因此M1、M2的漏电流不同，导致M1、M2的源端电位下降的速度不同，过驱动电压较大的晶体管源端电位下降速度快，第一级前置动态放大器两输出端输出信号瞬时电位不同，若第一级前置动态放大器第二输出端输出信号电位下降时间大于第一级前置动态放大器第一输出端输出信号电位下降时间，由于第二级前置动态放大器两输出端输出信号在复位状态被拉至电源电位，导致M7的过驱动电压比M8的过驱动电压大，第二级前置动态放大器第一输出端输出信号电位从电源电位下降的速度大于第二级前置动态放大器第二输出端输出信号电位从电源电位下降的速度，因此M16比M15先到达导通条件，动态锁存器第一输出端输出信号电位先上升，动态锁存器第二输出端输出信号后上升，一旦动态锁存器第一输出端输出信号上升至导致M18导通的电位时，M18导通将动态锁存器第二输出端输出信号拉至地电位，因此所述二级全动态比较器输出正确比较结果；即，当所述二级全动态比较器第一输入端输入信号电位＞所述二级全动态比较器第二输入端输入信号电位时，所述二级全动态比较器第一输出端输出信号电位＞所述二级全动态比较器第二输出端输出信号电位；反之当所述二级全动态比较器第二输入端输入信号电位＞所述二级全动态比较器第一输入端输入信号电位时，所述二级全动态比较器第二输出端输出信号电位＞所述二级全动态比较器第一输出端输出信号电位。相较于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术为一种低压低功耗共模电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，包括依次连接的第一级前置动态放大器、第二级前置动态放大器和动态锁存器，第一级前置动态放大器的一对输入端作为所述二级全动态比较器的一对输入端，动态锁存器的一对输出端作为所述二级全动态比较器的一对输出端，第一级前置动态放大器的时钟信号输入端与第二级前置动态放大器的时钟信号输入端相连接作为所述二级全动态比较器的第一时钟信号输入端，动态锁存器的时钟信号输入端作为所述二级全动态比较器的第二时钟信号输入端，第一时钟信号输入端输入的时钟信号与第二时钟信号输入端输入的时钟信号反相。/n

【技术特征摘要】
1.一种低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，包括依次连接的第一级前置动态放大器、第二级前置动态放大器和动态锁存器，第一级前置动态放大器的一对输入端作为所述二级全动态比较器的一对输入端，动态锁存器的一对输出端作为所述二级全动态比较器的一对输出端，第一级前置动态放大器的时钟信号输入端与第二级前置动态放大器的时钟信号输入端相连接作为所述二级全动态比较器的第一时钟信号输入端，动态锁存器的时钟信号输入端作为所述二级全动态比较器的第二时钟信号输入端，第一时钟信号输入端输入的时钟信号与第二时钟信号输入端输入的时钟信号反相。


2.根据权利要求1所述的低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，所述第一级前置动态放大器连接有一第一偏置电压电路，第二级前置放大器连接有一第二偏置电压电路。


3.根据权利要求1所述的低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，所述第一级前置动态放大器包括晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6，电容C1、C2，M1的源极与M3的漏极、C1的一端相连接并作为所述第一级前置动态放大器的第一输出端，M2的源极与M4的漏极连接、C2的一端相连接并作为所述第一级前置动态放大器的第二输出端，M1的栅极、M2的栅极分别作为所述第一级前置动态放大器的第一输入端、第二输入端，M1的漏极、M2的漏极相连接至M5的漏极，M3的栅极、M4的栅极、M5的栅极相连接作为所述第一级前置动态放大器的时钟信号输入端，M3的源极、M4的源极相连接至电源电位，M5的源极与M6的漏极相连接，M6的栅极与第一偏置电压电路连接，M6的源极与C1的另一端、C2的另一端相连接至地电位。


4.根据权利要求3所述的低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，所述第二级前置动态放大器包括晶体管M7、M8、M9、M10、M11、M12，电容C3、C4，M7的栅极、M8的栅极分别作为所述第二级前置动态放大器的第一输入端、第二输入端，M7的漏极与M9的漏极、C3的一端相连接并作为所述第二级前置动态放大器的第一输出端，M8的漏极与M10的漏极连接、C4的一端相连接并作为所述第二级前置动态放大器的第二输出端，M7的源极、M8的源极相连接至M11的漏极，M9的栅极、M10的栅极、M11的栅极相连接作为所述第二级前置动态放大器的时钟信号输入端，M9的源极、M10的源极相连接至电源电位，M11的源极与M12的漏极相连接，M12的栅极与第二偏置电压电路连接，M12的源极与C3的另一端、C4的另一端相连接至地电位。


5.根据权利要求4所述的低压低功耗共模电压变化不敏感的二级全动态比较器，其特征在于，所述动态锁存器包括晶体管M13、M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20，M13的源极、M14的源极相连接至电源电位，M13的栅极与M16的漏极、M...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏榕山，魏聪，周圻坤，吴剑涵，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35