[發明專利]低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器

在審

• 申請號: 202011504227.1
• 申請日: 2020-12-18
• 公開（公告）號: CN112532246A
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 魏榕山;魏聰;周圻坤;吳劍涵
• 申請（專利權）人: 福州大學
• 主分類號: H03M1/34
• 分類號: H03M1/34;H03M1/00;H03F3/45
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 陳明鑫;蔡學俊

1.一種低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，包括依次連接的第一級前置動態放大器、第二級前置動態放大器和動態鎖存器，第一級前置動態放大器的一對輸入端作為所述二級全動態比較器的一對輸入端，動態鎖存器的一對輸出端作為所述二級全動態比較器的一對輸出端，第一級前置動態放大器的時鐘信號輸入端與第二級前置動態放大器的時鐘信號輸入端相連接作為所述二級全動態比較器的第一時鐘信號輸入端，動態鎖存器的時鐘信號輸入端作為所述二級全動態比較器的第二時鐘信號輸入端，第一時鐘信號輸入端輸入的時鐘信號與第二時鐘信號輸入端輸入的時鐘信號反相。

2.根據權利要求1所述的低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，所述第一級前置動態放大器連接有一第一偏置電壓電路，第二級前置放大器連接有一第二偏置電壓電路。

3.根據權利要求1所述的低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，所述第一級前置動態放大器包括晶體管M1、M2、M3、M4、M5、M6，電容C1、C2，M1的源極與M3的漏極、C1的一端相連接并作為所述第一級前置動態放大器的第一輸出端，M2的源極與M4的漏極連接、C2的一端相連接并作為所述第一級前置動態放大器的第二輸出端，M1的柵極、M2的柵極分別作為所述第一級前置動態放大器的第一輸入端、第二輸入端，M1的漏極、M2的漏極相連接至M5的漏極，M3的柵極、M4的柵極、M5的柵極相連接作為所述第一級前置動態放大器的時鐘信號輸入端，M3的源極、M4的源極相連接至電源電位，M5的源極與M6的漏極相連接，M6的柵極與第一偏置電壓電路連接，M6的源極與C1的另一端、C2的另一端相連接至地電位。

4.根據權利要求3所述的低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，所述第二級前置動態放大器包括晶體管M7、M8、M9、M10、M11、M12，電容C3、C4，M7的柵極、M8的柵極分別作為所述第二級前置動態放大器的第一輸入端、第二輸入端，M7的漏極與M9的漏極、C3的一端相連接并作為所述第二級前置動態放大器的第一輸出端，M8的漏極與M10的漏極連接、C4的一端相連接并作為所述第二級前置動態放大器的第二輸出端，M7的源極、M8的源極相連接至M11的漏極，M9的柵極、M10的柵極、M11的柵極相連接作為所述第二級前置動態放大器的時鐘信號輸入端，M9的源極、M10的源極相連接至電源電位，M11的源極與M12的漏極相連接，M12的柵極與第二偏置電壓電路連接，M12的源極與C3的另一端、C4的另一端相連接至地電位。

5.根據權利要求4所述的低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，所述動態鎖存器包括晶體管M13、M14、M15、M16、M17、M18、M19、M20，M13的源極、M14的源極相連接至電源電位，M13的柵極與M16的漏極、M18的柵極、M19的漏極、M20的漏極相連接并作為所述動態鎖存器的第一輸出端，M13的漏極與M15的源極相連接，M14的柵極與M15的漏極、M17的漏極、M18的漏極、M19的柵極相連接并作為所述動態鎖存器的第二輸出端，M14的漏極與M16的源極相連接，M16的柵極、M15的柵極分別作為所述動態鎖存器的第一輸入端、第二輸入端，M17的柵極、M20的柵極相連接作為所述動態鎖存器的時鐘信號輸入端，M17的源極、M18的源極、M19的源極、M20的源極相連接至地電位。

6.根據權利要求5所述的低壓低功耗共模電壓變化不敏感的二級全動態比較器，其特征在于，所述二級全動態比較器的控制方式如下：

在給定時鐘信號CLK和與其反相的時鐘信號CLKB時，若CLK為低電平，CLKB為高電平時，所述二級全動態比較器處于比較狀態，兩個模擬輸入信號通過所述二級全動態比較器進行比較，輸出正常的比較結果；若CLK為高電平，CLKB為低電平時，所述二級全動態比較器處于復位狀態；

在復位狀態時，M3和M4導通，M5截止，M1、M2的源極電壓直接被拉至電源電位，第一級前置動態放大器不工作，第一級前置動態放大器兩輸出端輸出信號為電源電位，M9、M10導通，M11截止，第二級前置動態放大器兩輸出端輸出信號被拉至電源電位，M17、M20導通，M18、M19截止，動態鎖存器兩輸出端輸出信號為零電位，同時M13、M14導通，M15、M16的源端電壓被拉至電源電位；

在比較狀態時，M1、M2導通，第一級前置動態放大器兩輸入端輸入電壓存在電壓差值，因此M1、M2的漏電流不同，導致M1、M2的源端電位下降的速度不同，過驅動電壓較大的晶體管源端下降速度較快，第一級前置動態放大器兩輸出端輸出信號瞬時電位不同，若第一級前置動態放大器第二輸出端輸出信號電位下降時間大于第一級前置動態放大器第一輸出端輸出信號電位下降時間，由于第二級前置動態放大器兩輸出端輸出信號在復位狀態被拉至電源電位，導致M7的過驅動電壓比M8的過驅動電壓大，第二級前置動態放大器第一輸出端輸出信號電位從電源電位下降的速度大于第二級前置動態放大器第二輸出端輸出信號電位從電源電位下降的速度，因此M16比M15先到達導通條件，動態鎖存器第一輸出端輸出信號電位先上升，動態鎖存器第二輸出端輸出信號后上升，一旦動態鎖存器第一輸出端輸出信號上升至導致M18導通的電位時，M18導通將動態鎖存器第二輸出端輸出信號拉至地電位，因此所述二級全動態比較器輸出正確比較結果；即，當所述二級全動態比較器第一輸入端輸入信號電位＞所述二級全動態比較器第二輸入端輸入信號電位時，所述二級全動態比較器第一輸出端輸出信號電位＞所述二級全動態比較器第二輸出端輸出信號電位；反之當所述二級全動態比較器第二輸入端輸入信號電位＞所述二級全動態比較器第一輸入端輸入信號電位時， 所述二級全動態比較器第二輸出端輸出信號電位＞所述二級全動態比較器第一輸出端輸出信號電位。