一種高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器，包括：晶體管M1-M8、M11-M16，晶體管M5、M6、M11和M14-M16的柵極連接復位信號，還包括第九晶體管和第十晶體管。本發(fā)明的比較器在鎖存狀態(tài)時，將節(jié)點D1（第七晶體管的源極、第十五晶體管的漏極和第二晶體管的漏極的結(jié)合點）、D2（第八晶體管的源極、第十六晶體管的漏極、第一晶體管的漏極和第三晶體管漏極的結(jié)合點）電位拉高到VDD，保證節(jié)點D1、D2的電位在比較狀態(tài)時，對輸出無影響。另外還通過增加晶體管M9、M10，將節(jié)點D1、D2電位拉高到VDD-Vthn，比傳統(tǒng)的比較器復位信號低了一個閾值電壓，提高了運算速度。
【專利說明】一種高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及模擬電路設計領域，尤其應用于前端無采樣保持電路的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種高速、高精度、低失調(diào)的全差分動態(tài)比較器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著無線通信技術(shù)的快速發(fā)展，對采用便捷電池工作的器件需求不斷的增加，研發(fā)基于高速高精度的應用器件的低功耗技術(shù)也是不可避免的。
[0003]減小工藝的特征尺寸是減少功耗的的主要方式之一，但是隨之而來的是嚴重的工藝變量，以及其他非線性影響因素。這些問題同樣限制著高速高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。
[0004]對于無采樣保持模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其功耗主要受限于級間增益放大器和比較器。所以可以通過減少級間增益放大器和比較器的功耗，來降低無采樣保持電路的整體功耗。由于冗余算法的出現(xiàn)，以及低功耗的考慮，動態(tài)比較器更多的應用于無采樣保持電路中。然而動態(tài)比較器的比較大的失調(diào)電壓，以及較低的工作速度，又嚴重的影響了整個模數(shù)轉(zhuǎn)換器的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有的比較器速度低、精度低的缺陷，本發(fā)明提供了一種高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:一種全差分動態(tài)比較器，包括:第一晶體管(Ml)、第二晶體管(M2)、第三晶體管(M3)、第四晶體管(M4)、第五晶體管(M5)、第六晶體管(M6)、第七晶體管(M7)、第八晶體管(M8)、第^^一晶體管(Ml I)、第十二晶體管(M12)、第十三晶體管(M13)、第十四晶體管(M14)、第十五晶體管(M15)、第十六晶體管(M16)，其中，
[0007]第一晶體管(Ml)的柵極用于連接正輸入電壓信號(Vin+)，源極連接第二晶體管(M2)的源極和第五晶體管(M5)的漏極，第一晶體管(Ml)的漏極連接第三晶體管(M3)的漏極、第八晶體管(M8)的源極和第十六晶體管(M16)的源極；
[0008]第二晶體管(M2)的柵極用于連接到正參考電壓信號(Vref+)，源極連接到第五晶體管(M5)的漏極，第二晶體管(M2)的漏極連接到第四晶體管(M4)的漏極、第七晶體管(M7)的源極和第十五晶體管(M15)的漏極；
[0009]第三晶體管(M3)的柵極用于連接到負參考電壓信號(Vref-)，源極連接第四晶體管(M4)的源極和第六晶體管(M6)的漏極，第三晶體管(M3)的漏極連接第八晶體管(M8)的源極和第十六晶體管(M16)的源極；
[0010]第四晶體管(M4)的柵極用于連接到負輸入電壓信號(Vin-)，源極連接到第六晶體管(M6)的漏極，第四晶體管(M4)的漏極連接到第七晶體管(M7)的源極和第十五晶體管(M15)的漏極；
[0011]第五晶體管(M5)的柵極用于連接第一復位信號(Φ&Β)的輸入端，源極接地；
[0012]第六晶體管(Μ6)的柵極用于連接第一復位信號(Φ&Β)的輸入端，源極接地；[0013]第七晶體管(M7)的柵極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，源極連接到第十五晶體管(M15)的漏極，第七晶體管(M7)的漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)；
[0014]第八晶體管(M8)的柵極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)，源極連接到第十六晶體管(M16)的漏極,漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)；
[0015]第十一晶體管(Mll)的柵極用于連接第二復位信號(Φ&)的輸入端，源極用于連接電源(VDD )，漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)；
[0016]第十二晶體管(M12)的柵極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)；
[0017]第十三晶體管(M13)的柵極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)，源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-);
[0018]第十四晶體管(M14)的源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，柵極用于連接到第二復位信號(CDdk)的輸入端；
[0019]第十五晶體管(M15)的源極用于連接到電源(VDD)，柵極用于連接到第二復位信號(tik)的輸入端；
[0020]第十六晶體管 (M16)的源極用于連接到電源(VDD)，柵極用于連接到第二復位信號(tik)的輸入端。
[0021]上述技術(shù)方案具有如下有益效果:本發(fā)明的比較器在鎖存狀態(tài)時，將節(jié)點Dl(第七晶體管M7的源極、第十五晶體管M15的漏極和第二晶體管M2的漏極的結(jié)合點)、D2 (第八晶體管M8的源極、第十六晶體管M16的漏極、第一晶體管Ml的漏極和第三晶體管M3漏極的結(jié)合點)電位拉高到VDD，保證節(jié)點D1、D2的電位在比較狀態(tài)時，對輸出Vout+、Vout-無影響。另外還通過增加晶體管M9、M10，將節(jié)點D1、D2電位拉高到VDD-Vthn，而相對于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器復位信號低了一個閾值電壓Vthn,提高了運算速度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明一種實施例的全差分動態(tài)比較器的電路圖
[0023]圖2為本發(fā)明第二種實施例的全差分動態(tài)比較器的電路圖
[0024]圖3為本發(fā)明一種實施例的復位信號的調(diào)節(jié)電路。
【具體實施方式】
[0025]為使本發(fā)明要解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖及具體實施例進行詳細描述。
[0026]如圖1所示，為本發(fā)明一種實施例的高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器的電路圖，圖中的Vin+和Vin-為正負輸入電壓信號，Vref+和Vref-為正負輸入?yún)⒖茧妷盒盘枺?!^、^^為復位信號…-與為同相復位信號，只是高電平的電位不同。其中
高電平的電位為VDD，Φε11?Β高電平的電位為內(nèi)部參考電位)，Vout+與Vout-為正負輸出電壓信號。該比較器包括:第一晶體管Ml、第二晶體管M2、第三晶體管M3、第四晶體管Μ4、第五晶體管M5、第六晶體管M6、第七晶體管M7、第八晶體管M8、第十一晶體管Mil、第十二晶體管M12、第十三晶體管M13、第十四晶體管M14、第十五晶體管M15、第十六晶體管M16，M1-M10為NMOS晶體管，M11-M16為PMOS晶體管。其中，[0027]第一晶體管Ml的柵極用于連接正輸入電壓信號Vin+，以接收正輸入電壓信號，源極連接第二晶體管M2的源極和第五晶體管M5的漏極，第一晶體管Ml的漏極連接第三晶體管M3的漏極、第八晶體管M8的源極和第十六晶體管M16的源極；
[0028] 第二晶體管M2的柵極用于連接到正參考電壓信號Vref+，以接收正參考電壓信號，源極連接到第五晶體管M5的漏極，第二晶體管M2的漏極連接到第四晶體管M4的漏極、第七晶體管M7的源極和第十五晶體管M15的漏極；
[0029]第三晶體管M3的柵極用于連接到負參考電壓信號Vref-，以接收負參考電壓信號，源極連接第四晶體管M4的源極和第六晶體管M6的漏極，第三晶體管M3的漏極連接第八晶體管M8的源極和第十六晶體管M16的源極；
[0030]第四晶體管M4的柵極用于連接到負輸入電壓信號Vin-，以接收負輸入電壓信號，源極連接到第六晶體管M6的漏極，第四晶體管M4的漏極連接到第七晶體管M7的源極和第十五晶體管M15的漏極；
[0031]第五晶體管M5的柵極用于連接第一復位信號Φ。.的輸入端，以接收第一復位信號，源極接地；
[0032]第六晶體管M6的柵極用于連接第一復位信號Φ。.的輸入端，以接收第一復位信號，源極接地；
[0033]第七晶體管M7的柵極用于連接到負輸出電壓信號Vout-，源極連接到第十五晶體管M15的漏極，第七晶體管M7的漏極用于連接到正輸出電壓信號Vout+ ；
[0034]第八晶體管M8的柵極連接到正輸出電壓信號Vout+、第十一晶體管Mll的漏極、第十二晶體管M12的漏極和第十三晶體管M13的柵極，源極連接到第十六晶體管M16的漏極；
[0035]第十一晶體管Mll的柵極用于連接第二復位信號Φ&的輸入端，以接收第二復位信號，源極用于連接電源VDD，漏極連接到第十二晶體管M12的漏極和用于連接到正輸出電壓信號Vout+ ；
[0036]第十二晶體管M12的柵極用于連接到負輸出電壓信號Vout-和第十三晶體管M13的漏極，源極用于連接到電源VDD，第十二晶體管M12的漏極用于連接到正輸出電壓信號Vout+ ；
[0037]第十三晶體管M13的柵極用于連接到正輸出電壓信號Vout+，源極用于連接到電源VDD，漏極連接到第十四晶體管M14的漏極和用于連接到負輸出電壓信號Vout-；
[0038]第十四晶體管M14的源極用于連接到電源VDD，漏極用于連接到負輸出電壓信號Vout-，柵極用于連接到第二復位信號Φ&的輸入端；
[0039]第十五晶體管M15的源極用于連接到電源VDD，柵極用于連接到第二復位信號φΛ?的輸入端；
[0040]第十六晶體管Μ16的源極用于連接到電源VDD，柵極用于連接到第二復位信號φΛ?的輸入端。
[0041]本發(fā)明的全差分動態(tài)比較器有效的降低輸入管的失配對動態(tài)比較器性能的影響，減少動態(tài)比較器的失調(diào)電壓，通過第十五晶體管Μ15、第十六晶體管Μ16來提高提高比較器的精度。在比較狀態(tài)時，比較器在轉(zhuǎn)換狀態(tài)時刻，流過第七NMOS晶體管和第八NMOS晶體管的電流相等，而我們設置第五NMOS晶體管和第六NMOS晶體管偏置電流的關(guān)系:ID5=dID6，則有關(guān)系式:
【權(quán)利要求】
1.一種高速、高精度、低失調(diào)全差分動態(tài)比較器，其特征在于，包括:第一晶體管(Ml)、第二晶體管(M2)、第三晶體管(M3)、第四晶體管(M4)、第五晶體管(M5)、第六晶體管(M6)、第七晶體管(M7)、第八晶體管(M8)、第十一晶體管(Mil)、第十二晶體管(M12)、第十三晶體管(M13)、第十四晶體管(M14)、第十五晶體管(M15)、第十六晶體管(M16)，其中， 第一晶體管(Ml)的柵極用于連接正輸入電壓信號(Vin+)，源極連接第二晶體管(M2)的源極和第五晶體管(M5)的漏極，第一晶體管(Ml)的漏極連接第三晶體管(M3)的漏極、第八晶體管(M8)的源極和第十六晶體管(M16)的源極； 第二晶體管(M2)的柵極用于連接到正參考電壓信號(Vref+)，源極連接到第五晶體管(M5)的漏極，第二晶體管(M2)的漏極連接到第四晶體管(M4)的漏極、第七晶體管(M7)的源極和第十五晶體管(M15)的漏極； 第三晶體管(M3)的柵極用于連接到負參考電壓信號(Vref-)，源極連接第四晶體管(M4)的源極和第六晶體管(M6)的漏極，第三晶體管(M3)的漏極連接第八晶體管(M8)的源極和第十六晶體管(M16)的源極； 第四晶體管(M4)的柵極用于連接到負輸入電壓信號(Vin-)，源極連接到第六晶體管(M6)的漏極，第四晶體管(M4)的漏極連接到第七晶體管(M7)的源極和第十五晶體管(M15)的漏極； 第五晶體管(M5)的柵極用于連接第一復位信號(Φ。.)的輸入端，源極接地； 第六晶體管(M6)的柵極用于連接第一復位信號(Φ。.)的輸入端，源極接地； 第七晶體管(M7)的柵極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，源極連接到第十五晶體管(M15)的漏極，第七晶體管(M7)的漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)； 第八晶體管(M8)的柵極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)，源極連接到第十六晶體管(M16)的漏極,漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)； 第十一晶體管(Mll)的柵極用于連接第二復位信號(Φ&)的輸入端，源極用于連接電源(VDD)，漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)； 第十二晶體管(M12)的柵極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)； 第十三晶體管(M13)的柵極用于連接到正輸出電壓信號(Vout+)，源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)； 第十四晶體管(M14)的源極用于連接到電源(VDD)，漏極用于連接到負輸出電壓信號(Vout-)，柵極用于連接到第二復位信號(Φ。。的輸入端； 第十五晶體管(M15)的源極用于連接到電源(VDD)，柵極用于連接到第二復位信號(c^cik)的輸入端； 第十六晶體管(M16)的源極用于連接到電源(VDD)，柵極用于連接到第二復位信號(c^cik)的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全差分動態(tài)比較器，其特征在于，還包括第九晶體管(M9)和第十晶體管(M10)，其中，第九晶體管(M9)的柵極連接到其漏極和第十五晶體管(M15)的漏極，源極連接到第七晶體管(M7)的源極、第二晶體管(M2)的漏極和第四晶體管(M4)的漏極；第十晶體管(MlO)柵極連接到其漏極和第十六晶體管(M16)的漏極，源極連接到第八晶體管(M8)的源極、第一晶體管(Ml)的漏極和第三晶體管(M3)的漏極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的全差分動態(tài)比較器，其特征在于，所述第一復位信號(Φε11?Β)與第二復位信號(Φ&)同相，并且能使第五晶體管(Μ5)和第六晶體管(Μ6)在比較狀態(tài)時處于飽和狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的全差分動態(tài)比較器，其特征在于，所述第一復位信號(Φ_)由調(diào)節(jié)電路產(chǎn)生，該調(diào)節(jié)電路包括第一電阻(R1)、第二電阻(R2)、第十七晶體管(Μ17)和第十八晶體管(Μ1 8)，其中，第一電阻(Rl)的第一端用于連接電源(VDD)，第二端連接第二電阻(R2)的第一端和第十七晶體管(Μ17)源極，第二電阻(R2)的第二端接地(GND)，第十七晶體管(Μ17)的柵極連接到第十八晶體管(Μ18)的柵極和用于連接到第三復位信號(Φ。:)的輸入端，漏極連接到第十八晶體管(Μ18)的漏極和用于連接到第一復位信號(Φ。.)的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全差分動態(tài)比較器，其特征在于，所述第三復位信號(Φ。:)與與第二復位信號(Odk)反相。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任何一項所述的全差分動態(tài)比較器，其特征在于，第一復位信號(φ。.)高電平的電位為內(nèi)部參考電位，第二復位信號(cl^ik)高電平的電位為電源(VDD)的電位。
【文檔編號】H03K5/22GK103973273SQ201310027090
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2013年1月24日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月24日
【發(fā)明者】劉敏杰, 朱樟明, 劉術(shù)彬, 楊銀堂 申請人:西安電子科技大學