一种参考电压可调的比较器制造技术

本发明专利技术是一种参考电压可调的比较器，可应用在高速流水线等模数转换电路中的子数模转换模块设计中。在传统的电容分压式参考电压可调比较器基础上，提出了一种预充电式电容分压式比较器来方便的调节比较器的判决阈值电压。相对传统的电容分压式参考电压可调比较器，所述预充电结构减小了比较器的判决阈值电平失调电压，缓和了传统结构当判决阈值电压过高或者过低时带来的设计上的一系列困难。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种参考电压可调的比较器，主要针对高速高精度模数转 换电路以及各种现代通信和信号处理系统的模拟前端接口电路。
技术介绍
本专利技术涉及一种参考电压可调的比较器，主要针对高速高精度模数转 换电路以及各种现代通信和信号处理系统的模拟前端接口电路。深亚微米集成电路工艺和手持移动设备产业的飞速发展带来了全球 电子市场的空前繁荣。手持移动设备包括手持通信娱乐以及便携式医疗器 械等等，具有相当广阔的市场潜力和发展前景。更强功能、更长工作时间 的产品将会在市场中占得先机，因此，高性能低功耗的数字和模拟电路设 计正成为目前研究的热点之一。其中高速高性能模数转换器正成为制约系 统性能的瓶颈之一。作为射频/中频电路与数字电路的接口，模数转换器 承担将模拟信号转换成数字信号再进入基带电路进行进一步的处理的任 务，其性能优劣直接决定系统的性能高低。因此设计高性能的模数转换器早已成为国内外ic设计公司的主打产品和研究院所的热点课题之一。如图l所示，是目前一些应用环境和标准中所需的模数转换器分辨率和转换速率要求。其中目前热门的高清电视技术所需的模数转换器需要8到10 位、转换速率再50到75MS/sec。简化的流水线模数转换器级联结构如图l所示，其中的每一级产生数 字粗码和提供给下一级的重建余数信号。 一般的流水线结构采用电容阵列 MDAC来完成除产生数字粗码之外的所有功能，包括相减和精确倍乘。每一 级的工作原理简述如下在采样阶段，输入信号被采样保持，与参考电平 进行比较输出数字粗码，而在放大阶段，输入信号与MDAC产生的重建信 号相减，再经过精确倍乘输出到下一级。为了实现数字冗余校正来克服比 较器和运算放大器失调等非理想因素的限制，该精确被乘的增益只有理想 情形下的一半。因此，比较器的失调电压不是影响流水线模数转换器性能的重要性能，但是随着电源电压的降低和每级位数的增加，比较器要求在 一定的功耗条件下提供尽可能低的失调电压。比较器将输入信号进行比较，得到数字逻辑部分能够识别的数字信号 (l或者0)。它是模数转换器中的核心单元，其精度、速度等指标直接影 响整个模数转换器的性能。按照工作原理，大体可以将模数转换器中的比较器分为两类，即运放结构比较器和锁存(latch)比较器。在高速、高 精度的应用中，对比较器的速度和精度都有较高要求，常常将两种比较器 级联使用，必要时还要使用失调校准技术。锁存比较器使用正反馈建立输 出电压，建立速度快，但是它的失调电压较大，容易受噪声扰动的影响， 在模数转换器结构中处于核心地位。在模数转换器中，往往采用电阻串结构来提供多达二的N次方个数目 的比较器判决电平，其中N为模数转换器的位数，随着N的增大，需要的 判决电平的数目也越来越多。在高速高精度模数转换器应用中，这种结构 具有很大的缺点，首先，电阻串电路结构需要消耗一定的电流，在高速应 用中，需要用较小的电阻来实现电阻串节点处符合要求的时间常数，这就 需要较大的功耗；其次，在CMOS工艺中，电阻的匹配很难达到很高的精 度，因此限制了所设计模数转换器的位数；最后，在设计高精度模数转换 器电路时，由于版图较大，从电阻串电路到每个比较器子电路往往需要较 长的走线，而走线上的寄生电阻大大影响了比较器判决电平的精度。而传统的电容分压式参考电压可调比较器则克服了上述缺点。如图3 所示，对输入信号和参考信号采用不同的充电电容，利用电荷守恒原理， 使得比较器的判决电平与电容之间的比例呈现等比的关系，达到了参考电 压可调的目的。相对与电阻串分压电路，该结构没有静态电流，大大降低 了电路功耗；而在CMOS工艺中，电容的匹配精度远远大于电阻，从而该 结构可以应用在较高精度的模数转换器应用当中；最后，由于该结构利用 了电荷守恒定理，比较器的判决电平只与参考电压和电容之比有关，与走 线上的寄生电阻没有关系，提高了比较器的判决精度，从而广泛的应用在 各种高速高精度模数转换器电路当中。但是电容分压式参考电压可调比较器也有一些缺点。比较器的判决电 平为参考电平之间的均匀分布的电压值，因为比较器的判决电平与参考电5压和电容之比有关，当该电压值位于参考电平的中间时，电容的比值大致 相同，因此开关的寄生电容对充电电容的影响大致一致，比较器的判决电平所受影响较小；但是当该电压值位于参考电平之间靠近两个参考电平 时，电容的比值相差较大，因此开关的寄生电容对充电电容的影响很大， 比较器的判决电平所受影响较大，带来了较大的失调电压。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提出一种包括预充电结构的参考电压可调的比较 器。在传统的电容分压式参考电压可调比较器基础上，增加了预充电电路， 包括一个用于减小失调龟压影响的分压电容以及用于隔离不同分压电容 的缓冲器。在传统电容分压式比较器输入信号对电容充电的同时，也对预 充电电路中的电容进行充电，利用电荷重分配减小了相应判决电平所需的 电容比例，减小了比较器的判决阈值电平失调电压，从而改进了传统电路 判决电平失调电压较大的缺点。本专利技术提出的参考电压可调的比较器，其特征在于，包括电容分压电路ll，该电路模块利用开关电容电路中的电容充放电技术 对预存储在电容中的电荷进行重分配，从而使得比较器的阈值电压可随电 容比例变化而变化；预充电电路12，在对电容分压电路ll中的电容进行充电时，预充电电 路12同时进行预充电，利用与电容分压电路ll中的电容共同完成电荷的重 分配；以及锁存比较器13，该电路模块用来完成输入电平与判决电平的比较， 从而输出参考地到电源之间的全摆幅数字信号；上述三个电路的连接关系如下所述电容分压电路ll包括两个输入端 口和一个输出端口，其中两个输入端口分别与输入电平和比较器参考电平 相连接，输出端口则与所述预充电电路12相连接；所述预充电电路12的另 外一个端口通过时钟控制开关与输入电平相连同时也与所述锁存比较器 13的输入端口相连；所述锁存比较器13的输入端口为经过所述电容分压电路11和所述预充电电路12处理后得到的比较电平，该电平经过所述锁存比 较器13的操作输出参考地到电源之间的数字信号。6进一步，所述的电容分压电路ll包括输入信号充电电容lll和参考信号 充电电容112;所述输入信号充电电容111和所述参考信号充电电容112为并联方式，它们的一端同时连接电容分压电路ll的输出端口，另外一端则分别通过时钟控制开关与输入电平和比较器参考电平相连接；所述电容分 压电路ll的输出端口通过时钟控制开关与参考地相连。进一步，所述预充电电路12包括缓冲器电路121和预充电电容122;所 述缓冲器电路121用于隔离不同分压电容，所述预充电电容122用于减小失 调电压的影响；所述缓冲器电路121和所述预充电电容122为串联形式，所 述缓冲器电路121的输入端口即为所述预充电电路12的输入端口，而所述 缓冲器电路121的输出端口与所述预充电电容122的一端相连；所述预充电 电容122的另一端与所述锁存比较器13的输入端口直接相连，同时通过时 钟控制开关与输入电平相连；所述缓冲器电路121的输出端口通过时钟控 制开关与参考地相连；进一步，所述的锁存比较器13为传统的正反馈锁存型比较器。 通过对传统比较器电路的改进，在达到相同判决电平的前提下，所述 参考本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种参考电压可调的比较器，其特征在于，包括：　电容分压电路（１１），该电路利用开关电容电路中的电容充放电技术对预存储在电容中的电荷进行重分配，从而使得比较器的阈值电压可随电容比例变化而变化；　预充电电路（１２），在对电容分压电路（１１）中的电容进行充电时，预充电电路（１２）同时进行预充电，利用与电容分压电路（１１）中的电容共同完成电荷的重分配；　以及锁存比较器（１３），该电路模块用来完成输入电平与判决电平的比较，从而输出参考地到电源之间的全摆幅数字信号；上述三个电路的连接关系如下：所述电容分压电路（１１）包括两个输入端口和一个输出端口，其中两个输入端口分别与输入电平和比较器参考电平相连接，输出端口则与所述预充电电路（１２）相连接；所述预充电电路（１２）的另外一个端口通过时钟控制开关与输入电平相连同时也与所述锁存比较器（１３）的输入端口相连；所述锁存比较器（１３）的输入端口为经过所述电容分压电路（１１）和所述预充电电路（１２）处理后得到的比较电平，该电平经过所述锁存比较器（１３）的操作输出参考地到电源之间的数字信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王晗，叶青，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]