[发明专利]一种低功耗动态偏置比较器

说明书

本发明属于模拟电路信号处理技术领域，具体为一种低功耗动态偏置比较器。本发明动态偏置比较器主要包括前置放大器、锁存器以及时序控制电路。本发明通过增加所述尾电容Ctail与所述复位电容Cp1、Cp2之间的放电通路和相关的时序控制电路，使得在比较器复位阶段开始时，通过将尾电容上的剩余电荷转移到两个复位电容，达到能量复用的目的，以提高比较器的能效；在时序控制电路中，在比较器复位阶段可保证不会出现短路。

技术领域

本发明属于模拟电路信号处理技术领域，具体涉及一种低功耗动态偏置比较器。

背景技术

比较器是现代集成电路芯片中基本的模拟电路模块之一，在AD/DA转换系统、信号检测系统、生物医疗电子等领域均有广泛应用。随着低功耗技术的发展以及人们对芯片性能的要求不断提高，比较器性能不断提升的同时，各个指标之间的矛盾显得更加突出，尤其是功耗和速度之间的关系。

要使比较器分辨出更细微的电压差异，通常需要降低比较器的速度，来换取更多的比较时间，让比较器有更充足的时间得出正确的结果，这种方法使得比较器在导通状态的时间更长，从而动态功耗也就越大。动态偏置比较器就利用了这一方法，通过改变输入对管的工作状态使其进入亚阈值区，从而减小导通电流，节省动态功耗（例如在2018年JSSC期刊上Harijot等人发表的《A1.2V Dynamic Bias Latch-Type Comparator in 65nm CMOSWith 0.4mV Input Noise》）。但是在比较阶段结束后，尾电容上的电量被直接放电到地，造成了这一部分电量未被充分利用。

在不改变比较器比较速度的前提下，我们就需要最大限度地利用比较阶段结束后尾电容上剩余的电量给接下来的复位阶段进行复用，从而达到能量的高效利用，这也是模拟集成电路中一个重要的降低功耗的方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种安全性好、可操作性强的低功耗动态偏置比较器。

本发明提供的低功耗动态偏置比较器，其电路结构如图1所示，包括：前置放大器、锁存器和时序控制电路；其中：

所述前置放大器中，输入对管M1、M2源极接晶体管M14漏极，晶体管M14源极接尾电容Ctail上极板，尾电容Ctail下极板分别接晶体管M15漏极和晶体管M16漏极，晶体管M15源极接VDD，晶体管M16源极接地；输入对管M1、M2漏极分别接晶体管M3、晶体管M4漏极，晶体管M3、晶体管M4源极接晶体管M17漏极和尾电容Ctail上极板，晶体管M17源极接VDD；输入对管M1、M2漏极分别接复位电容Cp1、Cp2上极板，复位电容Cp1、Cp2下极板接地；复位电容Cp1、Cp2上极板分别接锁存器输入管M11、M10。

所述锁存器中，输入管M11、M10源极分别接晶体管M13、M12漏极，晶体管M13、M12源极接VDD，晶体管M13栅极接晶体管M7栅极和晶体管M10漏极，晶体管M12栅极接晶体管M8栅极和晶体管M11漏极，晶体管M11漏极接晶体管M5、M7漏极，晶体管M10漏极接晶体管M8、M6漏极，晶体管M5、M7、M8、M6源极接地。

所述时序控制电路中，时钟信号clk接晶体管M3、M4、M14、M16栅极，clkn信号接晶体管M5、M6栅极，clk1信号接晶体管M15管栅极。

在比较器比较阶段，复位电容Cp1和Cp2上极板的电荷通过输入对管M1、M2以及导通的晶体管M14对Ctail进行充电，同时随着Cp1和Cp2上极板电压的降低开启锁存器，迅速比较出结果。在复位阶段，对于传统的动态偏置比较器，即没有晶体管M15，Ctail上极板不接晶体管M3、M4的源极，以及晶体管M16漏极和源极分别接Ctail的上下极板、源极接地的情况下，晶体管M16导通后Ctail上极板存储的电荷被直接放电到地，造成了功耗的损失。对于所述低功耗动态偏置比较器，在复位阶段，晶体管M16断开，切断Ctail与地的连接，Ctail上极板的电量可以通过导通的晶体管M3和M4管传输到Cp1和Cp2的上极板，给Cp1和Cp2充电，达到能量复用的目的，从而节省了功耗。