一種中速高精度模擬電壓比較器的設(shè)計
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2．2 比較器第一級的結(jié)構(gòu)
由于第一級前置放大器需將0．2 mV的小信號輸入迅速放大，同時采用輸出失調(diào)存儲的失調(diào)校準技術(shù)，這就要求它具有高帶寬和低增益特點。因此，預放級1可以采用二極管連接成PMOS作負載的差分運放結(jié)構(gòu)，同時考慮本級也是整個高精度模擬電壓比較器的輸入極，它的噪聲性能也對比較器的精度有影響，因此輸入則采用共源共柵(Cascode)的結(jié)構(gòu)，這可將回程噪聲減小gm3,4/gm5,6倍，這在比較器一端固定電位，另一端作輸入應(yīng)用的情況下尤其重要，最后再加入一個源隨器作為輸出級，既可調(diào)節(jié)后級放大器的輸入直流電平達到最佳值，又可起到隔離的效果改善噪聲性能。預放級1的電路如圖2所示(后接的源隨器未畫出)。
假設(shè)電路是完全對稱的結(jié)構(gòu)，則整個電路的增益A1約為：本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/188689.htm
該值一般都在10以下，考慮到帶寬要求和電容上失調(diào)電壓飽和的問題，最終確定其取值約為5。同時，在輸出端Out+與Out-之間加入復位開關(guān)，在每個比較周期的最初，由復位信號控制開關(guān)閉合。將預放級1復位，加快比較速度。
2．3 比較器第二、三級的結(jié)構(gòu)
預放級2與預放級3采用相同的電路結(jié)構(gòu)，為了增加放大器的增益，它在預放級1的電路基礎(chǔ)上加入了2個交叉的PMOS管VM7、VM8，在電路中引人了弱正反饋機制，但縮減了帶寬。由于預放級2的輸入信號比預放級3小。設(shè)計時也可適當增大預放級2的電流，有助于提高比較速度。其電路如圖3所示(后接的源隨器未畫出)。
同樣假設(shè)電路是完全對稱的，則通過弱反饋補償后，電路的增益約為：
需要注意的是，遲滯比較器也是采用如圖3所示的電路結(jié)構(gòu)，所不同的是遲滯比較器使用了強正反饋機制。兩者的區(qū)別就在于交叉的PMOS管VM7、VM8引入的電流相對于PMOS管VM5、VM6的電流的大小不同。當PMOS管VM7、VM8的電流大于PMOS管VM5、VM6的電流時，整個電路呈正反饋狀態(tài)；反之，電路中的正反饋不足以抵消負反饋，整個電路呈負反饋狀態(tài)。由于電路在大信號分析中PMOS管VM5～VM8的過載電壓是相同的，因此它們的電流和寬長比成正比，故VM5的寬長比一定要大于VM7的寬長比才能實現(xiàn)弱正反饋。
2．4 鎖存比較器與數(shù)字觸發(fā)電路
鎖存器實際上就是2個反相器首尾互連，由于利用反相器的正反饋的機制，輸出信號與時間呈正指數(shù)關(guān)系變化，因此可將輸入的小信號差量迅速放大到數(shù)字可識別的電平。同時，鎖存器具有低功耗特點，因為它在一段時間內(nèi)是不工作的，此時干路的開關(guān)被切斷，因此無電流，功耗降低。然而，正是由于這樣的工作特點。使鎖存器工作時的輸出狀態(tài)并未持續(xù)一個時鐘周期，為了串行數(shù)字輸出正確以及給D／A轉(zhuǎn)換器提供正確的置位信號，再生放大器后面應(yīng)加適當?shù)挠|發(fā)電路，以便在再生放大器工作期間正確輸出持續(xù)時間為一個周期的比較結(jié)果。因此，設(shè)計出如圖4所示的電路。
當φ為低電平時，輸入信號In+和In-與鎖存器接通，而鎖存器與電源、地相連的開關(guān)均斷開，鎖存器處于感應(yīng)輸入信號階段；同時，在數(shù)字觸發(fā)電路中，高電平φ/使得開關(guān)管VMN7、VMN8導通接地，此時，低電平φ//分別通過VMP4、VMN4組成的反向器和VMP6、VMN6組成的反向器分別到達2個與非門的輸入端并將其值置為高電平1，使得后級的數(shù)字RS觸發(fā)器呈保持狀態(tài)，持續(xù)保持輸出不變。
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