[發(fā)明專利]一種高精度電壓比較器及其設(shè)計(jì)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110376226.8
• 申請(qǐng)日: 2011-11-24
• 公開（公告）號(hào): CN102394610A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡煒;何明華;王法翔;張志曉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 福州大學(xué)
• 主分類號(hào): H03K5/24
• 分類號(hào): H03K5/24;G05F1/56
• 代理公司: 福州元?jiǎng)?chuàng)專利商標(biāo)代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學(xué)俊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高精度電壓比較器及其設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

比較器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的核心電路模塊。比較器的性能好壞直接影響了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度等。傳統(tǒng)的運(yùn)放結(jié)構(gòu)的開環(huán)比較器精度高，但是速度比較慢；傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)鎖存比較器由于使用了正反饋，速度快，但是精度低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種高精度電壓比較器及其設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的方法采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種高精度電壓比較器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于：采用四級(jí)前置放大器，將前級(jí)輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理后，由后級(jí)Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號(hào)放大到后級(jí)電路能夠識(shí)別的幅度；同時(shí)各級(jí)間采用輸入失調(diào)存儲(chǔ)和輸出失調(diào)存儲(chǔ)級(jí)聯(lián)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。

本發(fā)明的裝置采用以下方案實(shí)現(xiàn)：一種高精度電壓比較器，其特征在于：包括模擬緩沖器、偏置電路、時(shí)鐘控制電路以及依次級(jí)聯(lián)的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級(jí)Latch鎖存再生電路；所述的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級(jí)Latch鎖存再生電路之間均連接有耦合電容，所述的偏置電路為四級(jí)前置放大器、時(shí)鐘控制電路以及模擬緩沖器提供偏置電壓；所述的模擬緩沖器用于參考電壓的輸入緩沖；所述的時(shí)鐘控制電路產(chǎn)生各電路的時(shí)鐘控制信號(hào)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、精度高：比較器正常工作時(shí)為四級(jí)運(yùn)放開環(huán)結(jié)構(gòu)，增益大，精度高。前置放大器采用了帶弱正反饋的運(yùn)算放大器結(jié)構(gòu)。Latch級(jí)除了鎖存再生電路之外，還包括了鐘控SR鎖存器，對(duì)輸出波形進(jìn)行整形。本文采用了輸入失調(diào)儲(chǔ)存和輸出失調(diào)儲(chǔ)存級(jí)聯(lián)的失調(diào)電壓消除技術(shù)，消失調(diào)處理后的等效殘余輸入失調(diào)電壓較低。

2、速度快：整體后級(jí)電路采用了Latch鎖存再生結(jié)構(gòu)，由于其使用了正反饋，對(duì)大信號(hào)響應(yīng)速度比較快，輸出電壓與時(shí)間成正指數(shù)關(guān)系，可快速輸出比較信號(hào)至后級(jí)電路。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電路原理示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例的第一級(jí)前置放大器的電路示意圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例的第二、三、四級(jí)前置放大器的電路示意圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例的Latch鎖存再生電路示意圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例的Latch鎖存再生電路中的鐘控SR鎖存器電路示意圖。

具體實(shí)施方式

?本發(fā)明提供一種高精度電壓比較器的設(shè)計(jì)方法，該方法采用四級(jí)前置放大器，將前級(jí)輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理后，由后級(jí)Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號(hào)放大到后級(jí)電路能夠識(shí)別的幅度；同時(shí)各級(jí)間采用輸入失調(diào)存儲(chǔ)和輸出失調(diào)存儲(chǔ)級(jí)聯(lián)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。所述的輸入失調(diào)存儲(chǔ)和輸出失調(diào)存儲(chǔ)級(jí)聯(lián)是將輸入失調(diào)電壓存儲(chǔ)在各級(jí)間連接的耦合電容上，并通過四級(jí)前置運(yùn)放的高增益特性將其等效為較小的輸入失調(diào)電壓。

為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面我們結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的硬件構(gòu)成及原理做進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本實(shí)施例的比較器的核心模塊是四級(jí)前置放大器和latch鎖存再生電路，除此之外還有模擬緩沖器、偏置電路、時(shí)鐘控制電路等，請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D1，所述的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級(jí)Latch鎖存再生電路之間均連接有耦合電容，所述的偏置電路為四級(jí)前置放大器、時(shí)鐘控制電路以及模擬緩沖器提供偏置電壓；所述的模擬緩沖器用于參考電壓的輸入緩沖；所述的時(shí)鐘控制電路產(chǎn)生各電路的時(shí)鐘控制信號(hào)。

本發(fā)明采用前置運(yùn)放，將前級(jí)輸入信號(hào)進(jìn)行放大處理，同時(shí)四級(jí)結(jié)構(gòu)可以將增益分配到各個(gè)運(yùn)放，每個(gè)運(yùn)放的增益都不需要太大，同時(shí)采用輸入失調(diào)存儲(chǔ)和輸出失調(diào)存儲(chǔ)級(jí)聯(lián)的辦法消除輸入失調(diào)電壓的影響，具體表現(xiàn)為將輸入失調(diào)電壓存貯在輸入輸出耦合電容上，并通過四級(jí)前置運(yùn)放的高增益特性將其等效為較小的輸入失調(diào)電壓。消失調(diào)處理后，比較器殘余的等效輸入失調(diào)電壓主要受第四級(jí)運(yùn)放、latch的失調(diào)電壓和開關(guān)注入到電容上的失調(diào)電荷的影響，對(duì)于第二，三級(jí)運(yùn)放，既有輸入失調(diào)存儲(chǔ)，又有輸出失調(diào)存儲(chǔ)，級(jí)聯(lián)處理后，第三級(jí)運(yùn)放的輸入失調(diào)電壓被消除干凈。而第四級(jí)運(yùn)放和latch級(jí)的失調(diào)電壓除以三級(jí)前放的增益，實(shí)際等效到輸入端失調(diào)電壓變得很小。第一級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)如圖2所示，第二、三、四級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)如圖3所示。

請(qǐng)參照?qǐng)D4和圖5，本實(shí)施例Latch鎖存再生電路再通過正反饋將信號(hào)迅速放大到數(shù)字電路能夠有效識(shí)別的幅度。此外，比較器輸入端與latch再生電路通過前置運(yùn)放進(jìn)行隔離，有效降低了latch再生電路回程噪聲的影響。