[发明专利]一种具有大失调电压校正范围的动态比较器

说明书

技术领域

本发明涉及模拟电路设计领域，特别是涉及一种具有大失调电压校正范围的动态比较器。

背景技术

动态比较器由于没有静态功耗，因此功耗低。动态比较器一般使用锁存器加速信号比较的过程，因此速度快。动态比较器通常采用小尺寸器件，因此面积小。但另一方面，动态比较器的失调和噪声都比较大，限制了它在高精度电路中的应用。

基于锁存器的动态比较器一般包括预放大器和锁存器两级电路。为了校正比较器的失调电压，可以采用在预放大器的输出节点并联可调电容器阵列的方法，如图1所示。在失调电压校正过程中，比较器的输出QP和QN输入给失调校正电路，失调校正电路则在一定的算法下输出控制信号，使电容器阵列中的开关闭合或者断开，从而减小比较器的失调电压。用于失调校正的电容器阵列的一种实现方法如图2所示，它由若干条支路并联而成，每条支路包含串联的开关和电容器。各支路电容器的电容值之间通常满足2的整数倍关系，例如C0=C，C1=2C，C2=4C，C3=8C，并依此类推，Ci=2ⁱC（i为非负整数）。开关闭合，则该支路的电容器将连接到预放大器的输出节点。开关断开，则该支路的电容器对预放大器没有作用。

以图1为例，当电容器阵列的所有开关都断开的时候，将比较器的两个输入端短接，如果比较器存在失调电压，在一个时钟周期内完成比较后，使得预放大器的输出voutn<voutp，锁存器的输出QP>QN，那么通过基于逐次逼近逻辑的失调校正电路的控制，在voutn端加入并联的电容器将抵消该失调电压的作用，使得比较器在下一次两个输入端短接的前提下比较时voutn增加。该端并联的电容器的电容值越大，对voutn的影响也越大。反之如果失调电压使得voutn>voutp，则在voutp端加入并联的电容器，使voutp增加。通常在校正过程中，第一次比较后根据比较结果接入最大的并联电容器；第二次比较后根据比较结果接入次大的并联电容器；以此类推，如果有n个电容器则比较器比较n次，每次接入到预放大器输出端的电容器的电容值逐次减小。n次比较之后，比较器的失调电压被校正为最小。基本校正过程如图3所示。i表示校正的循环次数，n为校正用电容器阵列中电容器的个数，其中C₀为最小电容器，C_n-1为最大电容器。

在这一校正方法中，接在预放大器一个输出端得电容阵列有n个电容器：C0、C1…Cn-1。最大电容器Cn-1的电容值越大，能校正的比较器的最大失调电压越大。最小电容器C0的电容值越小，比较器校正后剩余的失调电压越小。因此如果想同时具有较大的失调电压校正范围，以及较小的校正后剩余失调电压，那么就要求最大电容器Cn-1很大，且最小电容器C0很小。由于电容器阵列中的电容值一般按照2倍的关系从小到大增加，因此以上要求就意味着需要较多个数的电容器，即n的值较大，这样最大电容器和最小电容器的电容值的比很大。例如使用8个并联电容器的校正电路，最大电容值和最小电容值的比值为2^8-1=128。由于集成电路工艺引入的制造误差，电容器电容值的差别越大，其匹配度会下降。另一方面，如果保证电容器的匹配度，使用较少个数的并联电容器校正电路，例如使用4个并联电容器，那么或者这4个电容器的电容值较小，使得比较器具有较小的校正后剩余失调电压；或者这4个电容器的电容值较大，使得比较器具有较大的失调电压校正范围。而两者是难以兼顾的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有大失调电压校正范围的动态比较器，在保证电容器阵列中最大电容值和最小电容值具有适当比值的前提下，使得比较器同时具有大失调电压校正范围和小的校正后剩余失调电压。

本发明的技术问题通过以下技术手段予以解决：

一种具有大失调电压校正范围的动态比较器，包括预放大器、锁存器和基于逐次逼近逻辑的失调校正电路，其中，所述预放大器包括作为偏置电流源的第一NMOS管、作为差分输入对管的第二NMOS管和第三NMOS管、作为负载管的第一PMOS管和第二PMOS管、以及并联在所述预放大器的两个输出节点的第一可调电容阵列和第二电容整列；

所述第一NMOS管的栅极接第一时钟信号，所述第二NMOS管和第三NMOS管的栅极分别接动态比较器的待比较信号、源极和第一NMOS管的漏极相连；所述第一可调电容阵列的一端与所述第二NMOS管的漏极连接、另一端接地，所述第二可调电容阵列的一端与所述第三NMOS管的漏极连接、另一端接地；