[發(fā)明專利]一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710705909.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN107508599A
• 公開（公告）日: 2017-12-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐鶴;陳科全
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H03M1/10
• 分類號(hào): H03M1/10
• 代理公司: 成都點(diǎn)睛專利代理事務(wù)所(普通合伙)51232
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于模擬集成電路技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種適用于單端信號(hào)比較的比較器，具體涉及一種用于單斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器(single-slope ADC)的具有失調(diào)校準(zhǔn)的軌到軌輸入比較器。

背景技術(shù)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，是連接模擬世界和數(shù)字世界的橋梁。近些年來由于便攜式電子產(chǎn)品需求的迅速增長，視頻技術(shù)的迅速發(fā)展，CMOS工藝制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，使得CMOS圖像傳感器有了很大的進(jìn)步。而模數(shù)轉(zhuǎn)換器作為CMOS圖像傳感器中的重要組成部分，它對(duì)整個(gè)圖像傳感器的圖像質(zhì)量和運(yùn)行速度等方面都有著決定性的作用。

當(dāng)今研究的圖像傳感器中涉及到的ADC分為三類，即像素級(jí)ADC、列級(jí)ADC和芯片級(jí)ADC。單斜坡ADC作為列級(jí)ADC的一種，相對(duì)于芯片級(jí)ADC，降低了對(duì)ADC速度要求的限制；相對(duì)于像素級(jí)ADC，不影響像素填充因子，降低了設(shè)計(jì)難度。

比較器是單斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器的核心模塊之一，其性能直接影響到整個(gè)ADC的性能。比較器設(shè)計(jì)中需要考慮的一個(gè)關(guān)鍵問題就是失調(diào)電壓，失調(diào)電壓主要是由輸入對(duì)管閾值電壓失配和寬長比失配引起的，而一般動(dòng)態(tài)比較器的失調(diào)電壓很大，會(huì)嚴(yán)重影響ADC的線性度，因此需要對(duì)比較器的失調(diào)電壓進(jìn)行校準(zhǔn)。同時(shí)，隨著圖像傳感器讀出電路所輸出的電壓范圍的擴(kuò)大，由于單斜坡ADC的輸入端就是比較器的輸入端，這就要求比較器在大輸入電壓范圍內(nèi)還能正常工作，然而對(duì)于一般的比較器，有著閾值電壓的限制，當(dāng)輸入電壓小于或大于某些值后，比較器輸入管不能正常開啟，無法得到比較結(jié)果。為了同時(shí)保證比較器具有失調(diào)校準(zhǔn)功能和在大的信號(hào)輸入范圍內(nèi)能正常工作，提出了一種具有失調(diào)校準(zhǔn)的軌到軌輸入比較器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提出了一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器，具有失調(diào)校準(zhǔn)功能，同時(shí)比較器輸入范圍可達(dá)到軌到軌。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器，包括鎖存器、前置放大器、第一電容至第四電容、第一電阻和第二電阻以及第一開關(guān)至第八開關(guān)，

第一電阻和第二電阻串聯(lián)并接在所述比較器的兩個(gè)輸入端之間，第一電阻和第二電阻阻值相等；所述比較器的兩個(gè)輸入端分別通過第一開關(guān)和第二開關(guān)連接第一電容的上極板和第二電容的上極板，第一電阻和第二電阻的串聯(lián)點(diǎn)分別通過第三開關(guān)和第四開關(guān)連接第一電容的上極板和第二電容的上極板；

前置放大器的兩個(gè)輸入端分別連接第一電容的下極板和第二電容的下極板，其兩個(gè)輸出端分別通過第三電容和第四電容后連接鎖存器的兩個(gè)輸入端，鎖存器的輸出端為所述比較器的輸出端；

所述前置放大器的兩個(gè)輸入端分別通過第五開關(guān)和第六開關(guān)后連接共模電壓，所述鎖存器的兩個(gè)輸入端分別通過第七開關(guān)和第八開關(guān)后連接共模電壓。

具體的，所述第一開關(guān)和第二開關(guān)通過第一信號(hào)控制，第三開關(guān)至第八開關(guān)通過第二信號(hào)控制，所述第一信號(hào)和第二信號(hào)反相。

本發(fā)明有益效果為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，僅通過增加電容、電阻和開關(guān)就將本發(fā)明提出的比較器輸入范圍擴(kuò)大至軌到軌；同時(shí)具有失調(diào)校準(zhǔn)功能，擴(kuò)大了本發(fā)明的適用范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提出的一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器的電路結(jié)構(gòu)圖；

圖2為本發(fā)明提出的一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器工作在復(fù)位階段的等效電路圖；

圖3為本發(fā)明提出的一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器工作在比較階段的等效電路圖；

圖4為本發(fā)明提出的一種失調(diào)校準(zhǔn)和軌到軌輸入結(jié)合的比較器工作時(shí)X、Y處電壓和輸入電壓的變化波形圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述：

本實(shí)施例中將本發(fā)明提出的比較器應(yīng)用于單斜坡模數(shù)轉(zhuǎn)換器，圖1為本發(fā)明所提出的比較器的電路結(jié)構(gòu)圖，第一電阻R1與第二電阻R2的阻值相等，串聯(lián)分壓后得到輸入到比較器兩輸入端的兩輸入信號(hào)的中間電壓值V_A，作為第一電容C1和第二電容C2上極板的復(fù)位信號(hào)。第一電容C1和第二電容C2對(duì)輸入信號(hào)采樣，然后轉(zhuǎn)換為以共模電壓V_CM為共模電平的差分信號(hào)，其中共模電壓V_CM的取值由前置放大器共模輸入電平?jīng)Q定，其值能夠使得前置放大器能正常工作。