两级开环比较器的设计 - 图文 

初级比较器设计

一．前言

本文主要包括：（1）分析说明比较器工作原理；（2）比较器的设计计算方法；（3）比较器的HSPICE模拟；（4）比较器物理版图设计实现；（5）设计文件列表说明。 二．比较器的原理简述 12D比较器的电路符号如右图所示,它的功能是比较输入端的信号差异，输出以之对应1的数值上离散的两种信号之一，当Vin+>Vin-时，比较器输出为高电平（Voh）；D当Vin+

Vih?Vil（3）包含输入失调电压的比较器

包含输入失调电压比较器电路模型如下图所示：

234Vin+vin-+-Vin+'++fo(Vin+' - Vin-')Vin+'-Vin-'vin-'+Vo---包含输入失调电压比较器模型 3它的传输曲线如下图所示： 4VoVosVohVilVihVolVin+ -Vin-包含输入失调电压比较器的传输曲线 其中的Vos为输入失调电压，它被定义为：实际比较器输出电压为零时，输入端所加的电压，它是比较器的一个重要参数，跟比较器的精度有密切的关系，而且它的温漂很难补偿。 （4）比较器其他的静态特性 差分输入电阻和电容，输出电阻，共模输入电阻，共模输入电压范围，还有和过度区特性相关联的噪声。这些和运放很相似，可以同样建模。 2．单极点简单比较器动态特性 比较器动态特性中的重要特性之一为传输时延，定义比较器的时延为：比较器的输入激励和输出转换之间的时延，如下图所示： VoVohVo=(Voh+Vol)/2TVoltSDF23Vi=Vin+-Vin-45VihtpVi=(Vih+Vil)/2Vilt同相比较器的传输时延 456（1）小信号时延 假设比较器的最小输入电压差为比较器的精度，定义比较器的最小输入电压为： Vinmin?Voh?Vol，其中Av(0)为比较器的低频增益。 Av(0)D假设我们分析的比较器为最简单的单极点模型，它的s域增益表示如下： Av(s)?Av(0)Av(0)? s?1s?c?1wc那么，我们下面就可以分析比较器的时延： 根据时延的定义和Av(s)，进行拉普拉斯逆变换，得到输入为阶跃信号Vinmin的时域响应如下式： Voh?VolV?V?Av(0)[1?e?tp/?c]Vinmin?Av(0)[1?e?tp/?c]ohol 2Av(0)?tpmax??cln(2)?0.693?c 同理可以得到更为普遍的结果：当输入激励信号为阶跃信号kVinmin，相应得输出响应时延为：Ctp??cln(2k)，显然在线性响应的情况下，增大k可以有效的减小时延tp。对应的关系2k?1可以表示如下图： VoVohVin>Vin(min)Vin=Vin(min)B(Voh+Vol)/2Viltptp(max)t单极点简单比较器的小信号响应 （2）大信号时延 大信号情况下，如果对电容的充放电决定了电路的响应时间，则出现摆率限制的情形，这时的传输时延为： dV1dQIcharge/discharge?VVoh?Vol??，出现摆率限制时，一般有：SR?，tp??T??dtCdtCTitleSR2SRSizeBDate:File:45NumberRevisionA29-Jun-2006Sheet of C:\\Documents and Settings\\yoyo\\桌面\\TEMP_Drawn WQQ\\sBy:oc_course_desgin_homework\\soc_cou6因此，在摆率响应的情况下，增大对电容的充/放电电流可以减小比较器的时延。

三．比较器的设计

比较器的传输时延始终是我们关注的一个重点指标，以下侧重分析时延的限制因素和设计时常常引用的公式。 1．两级开环比较器的线性响应设计 NMOS输入管两极开环比较器的电路拓扑结构如下图所示： VddM3PMOS4234M4PMOS4M6PMOS445M1NMOS4Vin-1M2NMOS42Vin+6Vout3M5NMOS4M7NMOS4VbiasVss第一级：简单CMOS OTA第二级：恒流源负载共源放大级NMOS输入两级比较器 （1）考察输出电压的两个极限： 当M6管处于饱和区与线性区的临界点时： TitleID6??6[(VGS6?VTP)?1VDS6]VDS6?I7 2SizeA4Date:File:Number?VDS6?(VDD?VG26MIN2I7?VTP)[1?1?] ?6(VDD?VG6MIN?VTP3)230-Jun-2006Sheet oC:\\Documents and Settings\\wangqq\\桌面\\TEMP_Drawn WQQBy4?Voh?VDD?VDS6?VDD?(VDD?VG6MIN?VTP)[1?1?显然，

2I7] 2?6(VDD?VG6MIN?VTP)