[发明专利]变共模宽电源范围的高速比较器

说明书

技术领域

本发明涉及模数转换器设计，具体涉及一种变共模宽电源范围的高速比较器。

背景技术

在现代先进电子系统的前端广泛的应用模数转换器（A/DC），以充分利用先进的数字信号处理技术来对模拟信号进行处理，在各种A/DC中，逐次逼近A/DC是中等至高等分辨率应用的常见结构，有着很宽的应用范围，例如便携/电池供电仪表、笔输入量化器、工业控制和数据/信号采集系统等。在大多数应用中，ADC工作的电源电压范围仅限于特定电源电压下±10%的波动范围，比如常见的3.3±10% V，这就远远不能满足宽电源范围内工作的要求。比如基于MCU数据采集系统，要求ADC在2.2V到5.5V都能有效的工作。除宽电源范围外，低功耗也是现代电子系统的核心竞争力之一。

单调变化的逐次逼近ADC算法以其芯片面积小和较低功耗，得以广泛的应用。其特点是内部数模转换器输出共模电平在转换的第一个周期到最后一个周期，从二分之一电源逐渐趋近于零电平。其致命缺陷是在宽电源范围下，由于比较器共模电平的变化，预放大器输入端在比较的第一个周期或者最后几个周期，性能弱化乃至根本不能工作，这导致比较器难以提供高的分辨率。故设计一款能工作在宽电源电压范围下，可变共模电平的高速比较器非常重要，以保证模数转换器都能提供高的性能。    

发明内容

本发明的目的是，提供一种应用于单调变化的逐次逼近模数转换器算法下的宽电源电压范围、可变共模输入的高速比较器，该电路可以工作在很宽的电源电压范围，同时保证各种电源电压下比较器都能提供高的带宽和高的分辨率。

本发明采用的技术方案为，一种变共模宽电源范围的高速比较器，其特征在于：所述高速比较器电路包括一第一预放大器A1、一第二预放大器A2、一第三预放大器A3、一第四预放大器A4、一动态比较器DC、一RS触发器RS1、一第一异或门XOR1、一第二异或门XOR2、一反相器INV，所述第一预放大器A1保证高共模电平时比较器能有效工作，所述第二预放大器A2保证在低共模电平时比较器能有效工作。

所述第一预放大器A1的Vip输入端与所述第二预放大器A2的输入端Vip相连；所述第一预放大器A1的Vin输入端与所述第二预放大器A2的输入端Vin相连；所述第一预放大器A1的Von输出端与所述第二预放大器A2的输出端Von、与所述第三预放大器A3的输入端Vip，相连于von1；所述第一预放大器A1的Vop输出端与所述第二预放大器A2的输出端Vop、与所述第三预放大器A3的输入端Vin，相连于vop1；所述第三预放大器A3的输出端Von与所述第四预放大器A4的输入端Vip相连；所述第三预放大器A3的输出端Vop与所述第四预放大器A4的输入端Vin相连；所述第四预放大器A4的输出端Von与所述动态比较器DC的输入端Vin相连；所述第四预放大器A4的输出端Vop与所述动态比较器DC的输入端Vip相连；所述动态比较器DC的输出端Qn与所述RS触发器RS1的输入端R、与所述第一异或门XOR1的输入端A，相连于Q；所述动态比较器DC的输出端Qp与所述RS触发器RS1的输入端S、与所述第一异或门XOR1的输入端B，相连于Qb；所述第一异或门XOR1的输出端Y与所述第一预放大器A1的输入端Don、与所述第二预放大器A2的输入端Don、所述第三预放大器A3的输入端Don、所述第四预放大器A4的输入端Don、相连于Over；所述第二异或门XOR2的输出端与所述反相器N1的输入端A、与所述第二预放大器A2的输入端EN，相连于Fip；所述反相器N1的输出端Y与所述第一预放大器A1的输入端EN相连。

本发明的比较器工作原理如下：

在N bit（N为数模转换器的精度）的数模转换器的第一个到第i（i介于1与N之间，且为固定值）个比较周期，所述第二预放大器A2关闭，所述第一预放大器A1开启。在前i个比较周期内，比较器输入共模电平相对较高，由所述第一预放大器A1提供第一级预放大作用。

在N bit的数模转换器的第i+1到第N-1个比较周期，所述第一预放大器A1关闭，所述第二预放大器A2开启，该N-i-1个周期内，比较器输入共模电平相对较低，由所述第二预放大器A2提供第一级预放大作用。

所述第二异或门XOR2和所述反相器N1一起根据是否完成第i个比较周期，产生控制信号关闭或者开启所述第一预放大器A1和所述第二预放大器A2。 i的值可以根据具体项目电源电压范围选定，当电源电压范围较宽时，i值靠近N，当电源电压较窄时，i值靠近1。