[发明专利]一种超高速快闪型模数转换器的动态比较器电路

说明书

技术领域

本发明属于模拟集成电路设计技术领域，具体涉及超高速快闪型模数转换器的动态比较器电路。

背景技术

模数转换器是混合信号系统中的重要组成部分，有多种结构类型，其中快闪型模数转换器是所有模数转换器中速度最快的，广泛应用了数字示波器、磁盘读写、超宽带、雷达等领域。

传统的快闪型模数转换器都需要一个超高速的动态比较器电路，该动态比较器电路不可避免地引入了噪声和各种误差，精度会有所限制。而且对于超高速的输入信号（GHz以上），要达到速度的要求会变得非常困难。同时由于动态比较器会有很大的“回踢噪声”，这对于动态比较器的精度又带来了很大的影响。传统的动态比较器一般都会加入前置放大器来实现动态失调的消除，这样又会带来功耗的额外损耗，有时额外的前置放大器的功耗反而大于动态比较器本身。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高速快闪型模数转换器的动态比较器电路，以降低电路的功耗，提高模数转换器的分辨率。

本发明提供的超高速快闪型模数转换器的动态比较器电路，该电路包括双尾锁存比较器和动态失调消除电路。该动态比较器电路工作分为失调存储、输入信号存储、比较和复位四个步骤。其中，双尾锁存比较器如图2所示，晶体管M5为双尾锁存比较器输入级的尾电流源，2个晶体管M14和M15组成锁存级的尾电流源。相对于传统的锁存器，采用双尾锁存比较器的结构能够工作在更低的电源电压下。当                                               =0 时为复位阶段，通过晶体管M3和M4将预冲到电源电压，同时输出端通过晶体管M8和M9被短路到地，进行复位，所以输出端不需要专门的复位开关为输出复位。复位阶段之后，=1时，晶体M5、M14和M5打开，双尾锁存比较器转入正常工作状态；晶体管M5、M7、M10、M11组成的正反馈电路迅速放大输入电压的微小差别，实现比较的功能。晶体管M12和M13能够进一步提高双尾锁存比较器的锁存速度，让其能够工作在GHz。  

双尾锁存比较器的速度远远大于传统的锁存比较器。同时该动态比较器不同于传统的动态比较器，它不需要前置放大器就实现失调电压的动态消除，大大减少了功耗。而且，由于输入晶体管的过驱动电压独立于自身的输入共模电压和阈值电压，所以输入晶体管的过驱动电压可以进一步优化以减少随机失调电压。

上述方案中，该电路采用了双尾动态锁存比较器，因此可以工作在超高速（大于1GHz）的应用场合。远远高于传统的动态比较器。

上述方案中，该电路采用了动态失调消除电路。传统的动态失调消除技术一般都必须加入前置放大器，这样势必消耗较大的功耗，尤其是当输入信号频率很高（大于1GHz）时，前置放大器的功耗甚至会大于动态比较器的功耗。本发明采用的动态失调技术不需要额外的前置放大器就实现了失调电压的动态消除，大大减少了功耗。

上述方案中，由于该电路的输入晶体管的过驱动电压独立于自身的输入共模电压和阈值电压，所以输入晶体管的过驱动电压可以进一步优化以减少随机失调电压。

本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，采用双尾锁存比较器和动态失调消除电路。该电路的双尾锁存比较器的速度远远大于传统的锁存比较器。同时该动态比较器不同于传统的动态比较器，它不需要前置放大器就实现了失调电压的动态消除，保证低失调电压的前提下大大减少了功耗。而且，由于输入晶体管的过驱动电压独立于自身的输入共模电压和阈值电压，所以输入晶体管的过驱动电压可以进一步优化以减少随机失调电压。

2、利用本发明，对于超高速的输入信号（大于1GHz）的应用场合，双尾动态锁存比较器都可以正常工作，远远高于传统的动态比较器。

3、利用本发明中采用的动态失调消除技术，在不需要添加额外的前置放大器就实现了失调电压的动态消除，大大减少了功耗。传统的动态失调消除技术一般都必须加入前置放大器，这样势必消耗较大的功耗，尤其是当输入信号频率很高（大于1GHz）时，前置放大器的功耗会大于动态比较器的功耗。

4、利用本发明，由于输入晶体管的过驱动电压独立于自身的输入共模电压和阈值电压，所以输入晶体管的过驱动电压可以进一步优化以减少随机失调电压。

附图说明

图1为本发明提供的超高速快闪型模数转换器动态比较器电路的结构示意图。

图2为本发明提供的超高速快闪型模数转换器动态比较器电路中双尾锁存比较器的结构示意图。

图3为本发明超高速快闪型模数转换器动态比较器电路的时序图。

具体实施方式