[發明專利]一種低壓低功耗的動態比較器

在審

• 申請號: 202011211501.6
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112187226A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 趙莉;黃晶;劉士榮
• 申請（專利權）人: 南京德睿智芯電子科技有限公司
• 主分類號: H03K5/24
• 分類號: H03K5/24
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

本發明涉及一種低壓低功耗的動態比較器，包括輸入級和鎖存級，其中輸入級和鎖存級的偏置電流分別采用了不同的尾電流管，這種雙尾電流管使得電源和地之間的電路堆疊較少，因此適合在低電源電壓下工作。此外，與傳統的動態比較器相比，本發明在輸入級中增加了兩個開關管，可以避免產生從電源到地的電流泄放通路，有效降低尾電流管偏置電流，而且還能提高鎖存器的速度。該比較器可應用于逐次逼近型模數轉換器中，滿足無線傳感器應用系統對模數轉換器苛刻的功耗要求。

技術領域

本發明涉及一種比較器，具體涉及一種低壓低功耗的動態比較器，屬于集成電路技術領域。

背景技術

隨著無線傳感器的快速發展，對模數轉換器的低功耗要求也越來越高，而模數轉換器中比較器是基本構成電路，因此設計中要求比較器電路的功耗和面積較小。同時深亞微米CMOS中低電源電壓的應用也對比較器的設計有著低電壓的限制，為了滿足低功耗和低電壓電壓的設計要求，不但需要各種技術的改進，也需要設計新的電路結構。

傳統的基于CMOS的動態比較器如圖1所示，它是基于敏感放大器的動態鎖存比較器，該結構具有多個優點如高輸入阻抗、軌到軌的高輸出擺幅、無靜態功耗等，但是這種結構也有一些缺點，如輸入級和鎖存級的電流都是由一個尾晶體管的偏置電流決定的，只有一個電流路徑，而比較器工作時為了降低比較器的失調，則期望輸入級尾偏置電流小一些，但是為了快速提升鎖存器的速度，則期望鎖存級尾偏置電流大一些，因此這種設計會影響鎖存比較器的再生過程，延時偏大。另外，傳統結構的CMOS動態比較器很難應用在低電壓系統中，因此，迫切的需要一種新的方案解決上述技術問題。

發明內容

本發明正是針對現有技術中存在的問題，提供一種低壓低功耗的動態比較器，該技術方案既能保證低功耗又能達到低電源電壓的要求，通過驗證可知，本發明結構，在電源電壓為0.5V時功耗是nw量級，同時功能和性能均能滿足低壓低功耗的逐次逼近的模數轉換器的要求。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下，一種低壓低功耗的動態比較器，所述動態比較器包含輸入級和鎖存級，所述輸入級和鎖存級由節點fp和fn連接。

作為本發明的一種改進，所述輸入級包括第一NMOS管MN1、第二NMOS管MN2、第三NMOS管MN3、第四NMOS管MN4，第五NMOS管MN5，第一PMOS管MP1、第二PMOS管MP2，所述MN5為輸入級的尾電流管；

其中：MN1的柵極連接輸入信號Vin，其源極連接所述MN3的漏極，MN1的漏極節點fp連接所述MP1的漏極和所述MN4的柵極；所述MN2的柵極連接輸入信號Vip，其源極連接所述MN4的漏極，MN2的漏極節點fn連接所述MP2的漏極和所述MN3的柵極；所述MP1和MP2的柵極連接時鐘信號clk，所述MP1和MP2的源極接電源VDD；所述MN3和MN4的源極連接所述MN5的漏極；所述MN5的柵極連接時鐘信號clk，其源極連接到地。

作為本發明的一種改進，所述鎖存級包括第五PMOS管MP5、第三PMOS管MP3、第四PMOS管MP4、第六NMOS管MN6、第七NMOS管MN7、第八NMOS管MN8、第九NMOS管MN9，所述MP5為鎖存級尾電流管；

MP5的柵極連接時鐘信號clkb，MP5的漏極連接所述MP3和MP4的源極，MP5的源極連接到電源電壓VDD；所述MP3的漏極連接到輸出節點outn，同時連接到所述MN6、MN8的漏極以及所述MP4和MN7的柵極；所述MP4的漏極連接到輸出節點outp，同時連接到所述MN7、MN9的漏極以及所述MP3和MN6的柵極；所述MN6和MN7的源極連接到地GND；所述MN8的柵極連接節點fp，其源極連接到地GND；所述MN9的柵極連接節點fn，其源極連接到地GND。