流水線ADC中高速比較器的設(shè)計和分析

　　在上面的式子中，Av(0)為前置增益運放的直流小信號增益，Rout 是運放的等效輸出阻抗， c t 為時間常數(shù)。R1 可以通過工作在深線性區(qū)的PMOS 管來代替，表達式為，

　　根據(jù)公式(6)(7)，減小R1 可以使得 c t 減少，從而使響應(yīng)速度指數(shù)增加，但是，同時減小R1，也使得Av(0)變小，從而使得響應(yīng)速度線性下降。由此可見，與Av(0)相比， c t 對延遲時間的影響要顯著多。因此，在設(shè)計時，對Av(0)要有個合理的設(shè)置。

4、模擬仿真與結(jié)果分析

　　在Cadence Composer 環(huán)境，使用Spectre 對本文的比較器進行仿真。時鐘的模擬頻率為100MHz，電源電壓為3.3V，模擬的條件為Typical。

　　在圖4 中，Vin+和Vin-為差分三角波信號，頻率為2.5MHz，峰-峰值為1.455v~1.855v。Vref+和Vref-為差分直流信號，它們的差值為31.25mv，4 位子FlashADC 的1/2LSB。信號的共模電壓為1.65v。V+和V-分別為鎖存比較器的正負(fù)端輸出，Vout+和Vout-分別為最終輸出的正端和負(fù)端。從圖4可以看出當(dāng)Vin+和Vin-的差值小于1/2LSB 時，Vout+和Vout-的電壓值發(fā)生翻轉(zhuǎn)。圖5為圖4的局部放大圖，可以看出傳輸比較器的延遲為680ps。在這種情況下整個電路消耗0.29mW 的功耗。

圖4 比較器的仿真波形

圖5 圖4的局部放大圖

　　表1 中，前置增益動態(tài)比較器，電阻分配比較器（0.35um 和0.5um）、差分對比較器和電荷分配型比較器的性能進行總結(jié)。從表1中，可以看出與其它比較器相比，前置增益運放動態(tài)比較器擁有最低的功耗和失調(diào)電壓。

表1 五種比較器的性能[1]

5、結(jié)論

　　本文介紹了一種高速電壓比較器，采用了前置增益運放鎖存比較器。根據(jù)仿真結(jié)果，比較器在100MHz 的采樣頻率下消耗0.29mW 的功耗，并且具有6.5mV的低失調(diào)電壓。因此，此比較器較適合用于流水線ADC。

　　本文作者的創(chuàng)新點：采用前置增益運放鎖存的結(jié)構(gòu)并結(jié)合版圖，減小了失調(diào)電壓；增加了隔離電路，減小了踢回噪聲；分析了前置增益運放，改善了傳輸延遲時間。