[发明专利]一种CMOS低功耗、低失调电压、低回程噪声比较器

说明书

技术领域

本发明属于无线通信系统技术领域，尤其涉及一种CMOS电压比较器，它应用于便携式设备模数转换器的一种低功耗、低失调电压、低回程噪声比较器。

背景技术

在当代许多无线通信系统前端接收机中，需要采用高速、高分辨率的模数转换器，对于采用电池供电的便携式设备应用场合的模数转换器则对功耗十分苛求，各国无线通信行业致力于高速、高分辨率、低功耗的模数转换器的研究和设计。众所周知，比较器是所有模数转换器的核心电路模块，它的失调电压、功耗、回程噪声、比较速度等特性会对模数转换器的性能产生极其重要的影响。如失调电压直接决定了模数转换器的分辨率，在Flash模数转换器中大量比较器同时开或关，比较器的回程噪声对输入信号的干扰会直接导致量化输出的误差，而在流水线模数转换器中，比较器的回程噪声也会延长运算放大器的建立时间，直接影响其高频响应和速度性能。

目前现有技术文献中有多种电路结构特点的比较器，按其不同工作方式可分为静态锁存比较器与动态锁存比较器两类。H.Fiedler，et al.，“A 5-bitbuilding block for 20MHz A/D converters，”IEEE J.of Solid-State Circuits，vol.16，提出的典型的静态锁存比较器如图1所示，虽然回程噪声较低，但存在明显的缺点：①两条电源到地的直流通路的存在，功耗较大；②采用A类交叉耦合反相器作为正反馈锁存器，受到摆率限制，工作速度低；③采用NMOS管做输入差分对，二极管连接的PMOS管做负载的电路结构，不仅增益较低，正反馈锁存器失调电压的贡献较大，使其精度限制在6Bit。已有技术的典型动态锁存比较器示于图2(L.Sumanen，et al“A MismatchInsensitive CMOS Dynamic Comparator for Pipeline A/D Converters，”Proc.ICECS’00，pp.I-32-35，Dec.2000)，该动态锁存器只在再生转变阶段存在电流，故其功耗低，它采用CMOS反相器的正反馈锁存器，无摆率限制而速度高，但其回程噪声和失调电压太大，精度限制在4Bit以下。

现有的失调取消技术是一种应用广泛的减小比较器失调电压的方法，它通过将前置放大器的输入短接，用电容存储输出的失调电压。当前置放大器对输入信号进行放大时，电容上存储的失调电压与前置放大器的失调电压相抵消。但由于集成工艺制作的开关存在泄露电流极易导致电容漏电，而且，失调取消必须按时刷新，刷新处理要么加大时钟花销，要么控制时钟相位复杂，难以获得高的转换速度。

随着无线通信系统技术的快速发展，面向6～8Bit中高精度的低功耗、高速模数转换器的应用需求，研究设计一种新的CMOS电压比较器电路结构已是无线通信技术领域非常重要的课题。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺陷，提出一种CMOS低功耗、低失调电压、低回程噪声的电压比较器，不需采用失调取消技术，能够满足6～8Bit中高精度的低功耗、高速模数转换器的应用要求。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现：

一种CMOS低功耗、低失调电压、低回程噪声比较器，包含前置放大器、一对NMOS开关管、正反馈锁存器、两个CMOS反相器和SR锁存器。前置放大器是以PMOS双差分对管为输入差分对，以二极管连接的NMOS管与一对正反馈连接的NMOS管并行连接为负载的电路结构。由于CMOS工艺的固有问题，制作的正反馈锁存器和SR锁存器的失调电压比较大，而正反馈锁存器和SR锁存器引入的失调电压与前置放大器的增益成反比，所以对前置放大器提高增益，使比较器的失调电压主要取决于前置放大器本身的失调电压。

所述的正反馈锁存器是两个交叉耦合的NMOS管、PMOS管对，通过两个时钟控制的NMOS使能管连接到地，并在两个输出再生节点之间连接一只复位管的电路结构。当时钟信号为逻辑高电平时，比较器处于复位阶段，NMOS使能管断开，两个交叉耦合的NMOS管、PMOS管对不存在到地的直流通路，静态功耗为零，当时钟信号为逻辑低平即另一时钟信号为逻辑高电平时，NMOS使能管打开，两个交叉耦合的NMOS管、PMOS管对才存在电流，因此降低了比较器的功耗；

前置放大器和正反馈锁存器之间接入一对NMOS开关管，比较器在复位到锁存阶段，开关管断开，使再生节点与输入节点隔离，消除了回程噪声的影响；