[发明专利]基于wilson电流源的低功耗低延迟电流比较器及电路模块

说明书

本发明提供了一种基于Wilson电流源的低功耗低延迟电流比较器及电路模块，其中，基于Wilson电流源的低功耗低延迟电流比较器包括：作为输入级的第一Wilson电流源和第二Wilson电流源、作为中间级的差分放大器、以及作为输出级的输出增益级；其中，作为比较对象的第一输入电流和第二输入电流分别输入第一Wilson电流源和第二Wilson电流源，第一Wilson电流源的输出端和第二Wilson电流源的输出端分别连接至差分放大器的两个输入端，差分放大器的输出端连接至输出增益级。本发明的电路结构具有高比较精度以及低延迟的传播特性。

技术领域

本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种基于Wilson电流源的低功耗低延迟电流比较器及电路模块。

背景技术

随着集成电路的发展，高性能的电路设计成为了难题，电流模电路相比于电压模电路具有更好的传输特性。在高频工作时不需要考虑杂散电容和寄生电容的影响，并且能够在低电源电压工作，在静态工作点固定的情况比电压模电路具有更好的输入裕度特性。

电流比较器作为ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转换器)的接口，负责将模拟信号转化成数字信号，所以电流比较器的性能好坏对ADC的性能有很大影响。通常电流比较器在Flash ADC中不是单独存在，当其功耗过高时会严重影响到整个ADC的性能。对于电流比较器，通常关心的是它的功耗和传播延迟，因此，设计低功耗低延迟的电流比较器是非常重要的。

电流比较器通常分为两类，第一类是将输入电流与电路的静态工作电流进行比较，该电路的原理图1所示，A₁是电路的输入级，负责将电流转换为可供增益级处理的电压，A₂作为反馈，控制电路的阻抗特性和幅频特性，并且能够改善电路的传输特性，A₃作为增益级使得电路能够产生轨对轨输出电压，C₁和C₂为节点电容和杂散电容。该类型电路可以用于简单的电流修正比如CMFB(共模反馈)电路。第二类是比较双端输入电流，该结构通常是由差分结构组成，常用到差分放大器，差分放大器可以抑制共模噪声并且提高电路的处理的精度，但该类型电路的缺点是提高了电路的复杂性和流片的面积与成本，通常该结构适用于并行的ADC。

电流比较器的输入级通常可以通过简单的电流镜来实现，但由于电流镜的有限的输出阻抗和电流传递误差，使得电路的优化通常需要改善电路的恒流特性。

最早的电流比较器基于源随级(共漏放大器)的电流比较器，结构如图2所示，它具有较小的输入阻抗，所以电路处理速度较快，由于支路使用的MOS管的数量较少，能够工作在低电源电压(不需要额外的电压偏置电路)，但是该结构有个明显的缺点，当动态范围内小部分信号输入时可能存在死区(无法正常输出信号，即输入管M01与M02同时关断)，同时，该电路具有较为明显的背栅效应(阈值电压的变化)，M03和M04作为反相器和反馈被用作减小输入阻抗。

为了改善电路的传输特性，现有技术提出使用cascode电流源作为输入级，该结构具有较高的输出阻抗，由于MOS管的屏蔽效应，使得恒流特性得到了较为可观的改善，但该电路无法抑制沟道调制效应，并且在低电源电压(通常为1V或更低)且不使用额外的电压偏置的前提下难以使MOS管全部工作于饱和区域。

为了进一步解决由于沟道调制效应带来的电流传输问题，现有技术提出使用Wilson电流源作为输入，并使用推挽放大器和反相器获得轨对轨输出电压。由于Wilson电流源良好的恒流特性，并且能够工作在亚阈值区(栅源电压略微低于阈值电压)，该结构被广泛用作输入级。但该结构也存在两点不足：第一点，当输入小信号时(比如输入电流差为100nA)，单级放大不足以输出轨对轨电压；第二点，该结构不能比较双支路差分电流。针对该结构出现的问题，在本领域中，希望能够提出了一种可供实际应用的改进的基于Wilson电流源的电流比较器。

发明内容