[發明專利]一種基于誤差自消除技術的動態比較器

有效

• 申請號: 201410021634.5
• 申請日: 2014-01-17
• 公開（公告）號: CN103795379A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發明（設計）人: 任俊彥;馮澤民;陳遲曉;陳華斌;許俊;葉凡;李寧
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03K5/22
• 分類號: H03K5/22
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及一種基于誤差自消除技術的動態比較器。

背景技術

隨著集成電路的發展和摩爾定律的不斷自我實現，現代模擬和模數混合的電路要求功耗越來越小、精度越來越高。在此機遇下，傳統的模數轉換器的應用領域也發生了重要變化，例如動態比較器，傳統的動態比較器的精度對晶體管失配非常敏感，雖然其有低功耗的優勢，但在高精度領域并不適用。

圖1顯示了傳統動態比較器的架構，包括由偏置電路構成的偏置級101，采用傳統的輸入預放大級102，用于輸入預放大級輸出波形整形的反向級103和采用時域比較的輸出級104。制約比較器精度的主要因素在于輸入預放大級102，在傳統架構中，一般沒有采用消除誤差的技術。電路實現如圖1所示，在時鐘信號下降沿開始的那半個周期，將輸入預放大級102的兩個輸出節點充電至電源電壓；在時鐘信號上升沿開始的那半個周期，對輸入預放大級102的兩個輸出節點進行放電，反向級103和采用時域比較器的輸出級104根據輸入預放大級102的兩個輸出節點的放電速度快慢得出比較結果。一般情況下，由于晶體管的失配，包括閾值電壓失配和尺寸失配，在充電階段輸入預放大級102的兩個輸出節點所積累的電荷數目存在差異，同時在放電階段兩節點的放電速度也存在不同，因此會使比較結果存在很大誤差。

為解決誤差問題，本發明提出了一種基于誤差自消除技術的動態比較器架構，如圖2所示。該動態比較器架構與圖1相比的區別在于其輸入預放大級202采用了消除誤差的技術。動態比較器的誤差主要由輸入對管引起，本發明的誤差消除技術主要針對輸入對管引起的誤差。在時鐘信號下降沿開始的那半個周期，將輸入對管的失配信息采樣到輸入預放大級202的兩個輸出節點上；在時鐘信號上升沿開始的那半個周期，通過補償電容對輸入預放大級202的兩個輸出節點的放電速度進行調整，從而減小輸入對管失配引起的誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供一種可以適用于高精度模數轉換器的一種基于誤差自消除技術的動態比較器。

本發明提出的基于誤差自消除技術的動態比較器，其電路結構如圖2所示，包含四個部分，分別為：由偏置電路構成的偏置級201，采用誤差自消除技術的輸入預放大級202，用于輸入預放大級202輸出波形整形的反向級203和采用時域比較的輸出級204；偏置級201通過時鐘信號控制輸入預放大級202的放電電流源的偏置；輸入預放大級202在預充電階段采樣誤差信號并在放電的比較階段消除誤差；輸入預放大級202的輸出波形連接到反向級203整形；經反向級203整形后的輸出信號輸入到輸出級204進行時域比較，輸出級204輸出的結果即為比較器的比較結果。

本發明中，所述由偏置電路構成的偏置級201，用于通過時鐘信號控制輸入預放大級的放電電流源的偏置，由偏置電路和開關構成。?

本發明中，所述采用誤差自消除技術的輸入預放大級202，用于誤差的采樣與消除，由連接開關S1、S2，預充電晶體管M3，動態預放大輸入差分晶體管M1、M2，存儲輸入對管失配的電容C1和放電重置晶體管M5、M6構成。連接關系如圖2所示，預充電晶體管M3的漏端與動態預放大輸入差分晶體管M1、M2的源端相連，晶體管M1、M2的柵端分別與開關S1、S2相連，晶體管M1、M2的漏端分別與存儲輸入對管失配的電容C1兩端相連，并且晶體管M1、M2的漏端還分別與放電重置晶體管M5、M6的漏端相連。

本發明中，所述用于波形整形的反向級203，用于輸入預放大級輸出波形的整形，由反相器構成。

本發明中，所述采用時域比較器的輸出級204，用于檢測差分輸出電壓變化的先后順序，從而得到比較器的輸出，由RS鎖存器實現。

其中，所述偏置級電路201的偏置電流輸出端分別接所述輸入預放大級202的預充電晶體管M3和動態放大輸入差分晶體管M1、M2；所述輸入預放大級202的電壓輸出端鏈接用于波形整形的反向級203的輸入端；用于波形整形的反向級203的輸出連接時域比較器204的輸入級；時域比較器204的輸出級作為本發明所述動態比較器的輸出級。

本發明相對于傳統的動態比較器對晶體管失配造成的誤差有很好的消除效果，傳統的動態比較器對晶體管失配非常敏感，本發明可對晶體管失配造成的誤差進行采樣進而很大程度上消除誤差，基于這種誤差自消除技術，本發明可以將傳統比較器因為晶體管失配造成的誤差減小90%左右，從而大幅提高了動態比較器的精度。

附圖說明

圖1為傳統動態比較器架構示意圖。