一種中速高精度模擬電壓比較器的設(shè)計(jì)
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當(dāng)φ為高電平時(shí)，輸入信號(hào)In+和In-與鎖存器斷開，而鎖存器與電源、地相連的開關(guān)接通，鎖存器處于正反饋工作段，輸出信號(hào)Out+、Out-與時(shí)間呈正指數(shù)關(guān)系變化，使輸出迅速達(dá)到電源電壓或低電平，直接滿足數(shù)字輸出要求；同時(shí)，在數(shù)字觸發(fā)電路中，低電平φ/使得開關(guān)管VMN7、VMN8關(guān)斷，高電平 φ//別使VMP4、VMP6關(guān)斷和VMN4、VMN6導(dǎo)通，因此，此時(shí)2個(gè)與非門的輸入端便分別成為了由VMP3、VMN3組成的反向器和VMP5、 VMN5組成的反向器的輸出端，其取值直接由反向器的輸入Out+、Out-決定．使得后級(jí)的數(shù)字RS觸發(fā)器根據(jù)輸入的變化而變化，得到正確輸出。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/188689.htm
3 比較器的工作時(shí)序與仿真
考慮到要最大限度降低鎖存器和數(shù)字觸發(fā)電路部分對(duì)前面的模擬電路部分產(chǎn)生的干擾，以及使比較器在每個(gè)比較周期完成后迅速復(fù)位，必須使用復(fù)位控制。該比較器工作過程依次分為失調(diào)校準(zhǔn)和比較兩個(gè)階段。比較階段由數(shù)個(gè)比較周期組成，在每個(gè)比較周期開始時(shí)(除了失調(diào)校準(zhǔn)結(jié)束后的第一個(gè)比較周期)，預(yù)放級(jí)1～3和鎖存器在復(fù)位信號(hào)rst的作用下進(jìn)行復(fù)位操作；在每個(gè)比較周期結(jié)束時(shí)，鎖存器在鎖存信號(hào)西作用下鎖存放大信號(hào)。
仿真中使用Hspice進(jìn)行瞬態(tài)仿真驗(yàn)證，為了降低比較器功耗和干擾，設(shè)定鎖存信號(hào)φ的有效信號(hào)占空比為1：8，要達(dá)到20 MHz的速度，則鎖存信號(hào)的周期應(yīng)為50 ns。為此。設(shè)定Vcm=1．2 V，而Vin每50 ns變化一次，從0 ns到250 ns分別為1．2 V，1．200 2 V，1．199 8 V，2 V，1．199 8 V，其中，0～50 ns期間，比較器處于失調(diào)校準(zhǔn)階段，之后每個(gè)比較周期為50 ns。
當(dāng)預(yù)放級(jí)1～3無輸入失調(diào)，存在20 mV輸入失調(diào)時(shí)，比較器的仿真結(jié)果分別如圖5和圖6所示，其中西為鎖存信號(hào)，rst為復(fù)位信號(hào)，Out為比較器輸出，Vo3+、Vo3-為預(yù)放級(jí)3的輸出信號(hào)。由仿真結(jié)果知，比較器在上述的Vcm和Vin的輸入下，能夠在20 MHz的輸人信號(hào)頻率下準(zhǔn)確輸出結(jié)果。因此，該比較器既能夠準(zhǔn)確的識(shí)別0．2 mV的小信號(hào)，也能在0．8 V的大信號(hào)輸入下具有很強(qiáng)恢復(fù)能力。而當(dāng)預(yù)放級(jí)1～3都有20 mV輸入失調(diào)時(shí)，從圖5看出，預(yù)放級(jí)3的輸出會(huì)在復(fù)位信號(hào)后產(chǎn)生波動(dòng)，但由于使用了恰當(dāng)?shù)氖д{(diào)校準(zhǔn)技術(shù)，波動(dòng)后的信號(hào)依然能夠快速復(fù)位，比較器依然能夠準(zhǔn)確有效地辨別電壓。也就是說，20 mV輸入失調(diào)并沒有淹沒小至0．2 mV的小信號(hào)輸入差值，失調(diào)校準(zhǔn)技術(shù)取得預(yù)期效果。
4 結(jié)束語
在傳統(tǒng)的多級(jí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)中速高精度模擬電壓比較器。通過仿真，比較器達(dá)到各項(xiàng)預(yù)定指標(biāo)，在20 mV輸入失調(diào)下精度達(dá)到0．2 mV，速度20 MHz，功耗約1 mW。
評(píng)論