專利名稱：一種超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)比較器電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的 動態(tài)比較器電路。
背景技術(shù)：
模數(shù)轉(zhuǎn)換器是混合信號系統(tǒng)中的重要組成部分，有多種結(jié)構(gòu)類型，其中快閃型 模數(shù)轉(zhuǎn)換器是所有模數(shù)轉(zhuǎn)換器中速度最快的，廣泛應(yīng)用了數(shù)字示波器、磁盤讀寫、超寬 帶、雷達(dá)等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個超高速的動態(tài)比較器電路，該動態(tài)比較器 電路不可避免地引入了噪聲和各種誤差，精度會有所限制。而且對于超高速的輸入信號
(GHz以上)，要達(dá)到速度的要求會變得非常困難。同時由于動態(tài)比較器會有很大的 “回踢噪聲”，這對于動態(tài)比較器的精度又帶來了很大的影響。傳統(tǒng)的動態(tài)比較器一般 都會加入前置放大器來實(shí)現(xiàn)動態(tài)失調(diào)的消除，這樣又會帶來功耗的額外損耗，有時額外 的前置放大器的功耗反而大于動態(tài)比較器本身。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)比較器電路，以降 低電路的功耗，提高模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率。本發(fā)明提供的超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)比較器電路，該電路包括雙尾 鎖存比較器和動態(tài)失調(diào)消除電路。該動態(tài)比較器電路工作分為失調(diào)存儲、輸入信號 存儲、比較和復(fù)位四個步驟。其中，雙尾鎖存比較器如圖2所示，晶體管M5為雙尾 鎖存比較器輸入級的尾電流源，2個晶體管M14和M15組成鎖存級的尾電流源。相 對于傳統(tǒng)的鎖存器，采用雙尾鎖存比較器的結(jié)構(gòu)能夠工作在更低的電源電壓下。當(dāng) Φ . =0時為復(fù)位階段，通過晶體管Μ3和Μ4將場預(yù)沖到電源電壓，同時輸出端通過晶 體管Μ8和Μ9被短路到地，進(jìn)行復(fù)位，所以輸出端不需要專門的復(fù)位開關(guān)為輸出復(fù)位。 復(fù)位階段之后，時，晶體Μ5、Μ14和Μ5打開，雙尾鎖存比較器轉(zhuǎn)入正常工作狀 態(tài)；晶體管Μ5、Μ7、Μ10、Mll組成的正反饋電路迅速放大輸入電壓的微小差別，實(shí) 現(xiàn)比較的功能。晶體管Μ12和Μ13能夠進(jìn)一步提高雙尾鎖存比較器的鎖存速度，讓其能 夠工作在GHz。
雙尾鎖存比較器的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的鎖存比較器。同時該動態(tài)比較器不同于傳統(tǒng) 的動態(tài)比較器，它不需要前置放大器就實(shí)現(xiàn)失調(diào)電壓的動態(tài)消除，大大減少了功耗。而 且，由于輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電壓和閾值電壓，所以輸入晶 體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。上述方案中，該電路采用了雙尾動態(tài)鎖存比較器，因此可以工作在超高速(大 于IGHz)的應(yīng)用場合。遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器。上述方案中，該電路采用了動態(tài)失調(diào)消除電路。傳統(tǒng)的動態(tài)失調(diào)消除技術(shù)一般都必須加入前置放大器，這樣勢必消耗較大的功耗，尤其是當(dāng)輸入信號頻率很高(大于 IGHz)時，前置放大器的功耗甚至?xí)笥趧討B(tài)比較器的功耗。本發(fā)明采用的動態(tài)失調(diào)技 術(shù)不需要額外的前置放大器就實(shí)現(xiàn)了失調(diào)電壓的動態(tài)消除，大大減少了功耗。上述方案中，由于該電路的輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電 壓和閾值電壓，所以輸入晶體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。本發(fā)明具有以下有益效果
1、利用本發(fā)明，采用雙尾鎖存比較器和動態(tài)失調(diào)消除電路。該電路的雙尾鎖存比較 器的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的鎖存比較器。同時該動態(tài)比較器不同于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器，它 不需要前置放大器就實(shí)現(xiàn)了失調(diào)電壓的動態(tài)消除，保證低失調(diào)電壓的前提下大大減少了 功耗。而且，由于輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電壓和閾值電壓，所 以輸入晶體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。2、利用本發(fā)明，對于超高速的輸入信號(大于IGHz)的應(yīng)用場合，雙尾動態(tài) 鎖存比較器都可以正常工作，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器。3、利用本發(fā)明中采用的動態(tài)失調(diào)消除技術(shù)，在不需要添加額外的前置放大器就 實(shí)現(xiàn)了失調(diào)電壓的動態(tài)消除，大大減少了功耗。傳統(tǒng)的動態(tài)失調(diào)消除技術(shù)一般都必須加 入前置放大器，這樣勢必消耗較大的功耗，尤其是當(dāng)輸入信號頻率很高(大于IGHz) 時，前置放大器的功耗會大于動態(tài)比較器的功耗。4、利用本發(fā)明，由于輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電壓和閾 值電壓，所以輸入晶體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。


圖1為本發(fā)明提供的超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器動態(tài)比較器電路的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明提供的超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器動態(tài)比較器電路中雙尾鎖存比較 器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器動態(tài)比較器電路的時序圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)比較器包括雙尾鎖存比較器和動 態(tài)失調(diào)消除電路。其中，雙尾鎖存比較器的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的鎖存比較器。雙尾鎖存 比較器如圖2所示，M5為雙尾鎖存比較器輸入級的尾電流源，M14和M15組成鎖存級 的尾電流源。相對于傳統(tǒng)的鎖存器，采用雙尾鎖存比較器的結(jié)構(gòu)能夠工作在更低的電源 電壓下。當(dāng)ψι=0時為復(fù)位階段，通過晶體管Μ3和Μ4將預(yù)沖到電源電壓，同時輸 出端通過Μ8和Μ9被短路到地，進(jìn)行復(fù)位，所以輸出端不需要專門的復(fù)位開關(guān)為輸出復(fù) 位。復(fù)位階段之后，=1時，Μ5、Μ14和Μ5打開，雙尾鎖存比較器轉(zhuǎn)入正常工作 狀態(tài)，Μ5、Μ7、Μ10、Mll組成的正反饋電路迅速放大輸入電壓的微小差別，實(shí)現(xiàn)比 較的功能。Μ12和Μ13能夠進(jìn)一步提高雙尾鎖存比較器的鎖存速度，讓其能夠工作在 GHz。圖1為加入了動態(tài)失調(diào)消除電路的雙尾鎖存比較器，即超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器
的動態(tài)比較器。圖1中的動態(tài)比較器不同于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器，它不需要前置放大器就實(shí)現(xiàn)了失調(diào)電壓的動態(tài)消除，保證低失調(diào)電壓的前提下大大減少了功耗。而且，由于輸 入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電壓和閾值電壓，所以輸入晶體管的過驅(qū) 動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。圖1中雙尾鎖存比較器結(jié)構(gòu)的工作原理不 再累述，主要分析失調(diào)消除電路。 如圖3所示，在區(qū)域1階段，C^1導(dǎo)通接輸入共模電壓，將輸入晶體管Ml和M2 的閾值電壓存儲在失調(diào)存儲電容1α.中。晶體管Mb控制電壓ii的輸送。
其中是輸入晶體管Ml和Μ2的失調(diào)電壓，同樣也是失調(diào)存儲電容C,..兩端的電 壓。K,是輸入共模電壓，是輸入晶體管的閾值電壓。衿如圖(1)所示，是加入 晶體管Mb源端的固定偏置。如圖3所示，在區(qū)域2階段，導(dǎo)通接入輸入信號，此時如還未導(dǎo)通，Μ5處于 關(guān)斷狀態(tài)。這一階段是輸入信號存儲階段。如圖3所示，在區(qū)域3階段，^2導(dǎo)通接入輸入信號，這時^jl也已導(dǎo)通，Μ5將 G 的負(fù)極板短路到地，此階段為動態(tài)比較器比較階段，此階段將隨機(jī)失調(diào)電壓消除。VJ是輸入晶體管的過驅(qū)動電壓，％、是輸入晶體管柵源電壓，厶〖/〗 是輸入小 信號。從上等式中可以看出，輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于晶體管的閾值電壓，因此 輸入晶體管閾值電壓的不匹配可以被動態(tài)消除。而且輸入晶體管過驅(qū)動電壓不受輸入共 模電壓的影響，所以輸入晶體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。如圖3所示，在區(qū)域4階段，和沴￡同時導(dǎo)通，MR1、MR2和Μ5將失調(diào)消 除電容C.兩端同時短路到地，動態(tài)比較器復(fù)位。本發(fā)明電路由于采用了雙尾動態(tài)鎖存比較器，可以工作了 IGHz時鐘下，而且 由于采用動態(tài)失調(diào)技術(shù)，在不需要前置放大器的前提下，本發(fā)明的超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn) 換器的動態(tài)比較器可以實(shí)現(xiàn)小于ImV的分辨率，可以廣泛適用于超高速高精度的應(yīng)用場合。
權(quán)利要求
1.一種超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器的動態(tài)比較器電路，其特征在于，該電路包括雙尾 鎖存比較器和動態(tài)失調(diào)消除電路；該電路工作分為失調(diào)存儲、輸入信號存儲、比較和復(fù) 位四個階段。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)比較器電路，其特征在于所述雙尾鎖存比較器中，晶體 管M5為雙尾鎖存比較器輸入級的尾電流源，2個晶體管M14和M15組成鎖存級的尾電流 源；當(dāng)診I =O時為復(fù)位階段，通過晶體管M3和M4將Di預(yù)沖到電源電壓，同時輸出端 通過晶體管M8和M9被短路到地，進(jìn)行復(fù)位；復(fù)位階段之后，^i =I時，晶體管M5、 M14和M5打開，雙尾鎖存比較器轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)；晶體管M5、M7、M10、Mll組 成的正反饋電路迅速放大輸入電壓的微小差別，實(shí)現(xiàn)比較的功能；晶體管M12和M13進(jìn) 一步提高雙尾鎖存比較器的鎖存速度，讓其能夠工作在GHz。
全文摘要
本發(fā)明屬于模擬集成電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體為超高速快閃型模數(shù)轉(zhuǎn)換器動態(tài)比較器電路。該電路包括雙尾鎖存比較器和動態(tài)失調(diào)消除電路。該電路工作分為失調(diào)存儲、輸入信號存儲、比較和復(fù)位四個步驟。雙尾鎖存比較器相對于傳統(tǒng)的鎖存比較器，可以工作在超高頻率狀態(tài)下。該動態(tài)比較器不需要前置放大器就實(shí)現(xiàn)了失調(diào)電壓的動態(tài)消除，大大減少了功耗。而且，由于輸入晶體管的過驅(qū)動電壓獨(dú)立于自身的輸入共模電壓和閾值電壓，所以輸入晶體管的過驅(qū)動電壓可以進(jìn)一步優(yōu)化以減少隨機(jī)失調(diào)電壓。利用本發(fā)明，可以用較低的功耗實(shí)現(xiàn)對超高速信號的比較，而且可以實(shí)現(xiàn)很高的分辨率。
文檔編號H03M1/12GK102013883SQ20101055867
公開日2011年4月13日 申請日期2010年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月25日
發(fā)明者洪志良, 王申杰, 趙裔 申請人:復(fù)旦大學(xué)