[发明专利]一种低失调开关电容比较器

说明书

本发明涉及一种低失调开关电容比较器，其解决了现有用于Sigma‑Delta ADC的比较器失调电压无法消除，限制精度的技术问题，其包括第一时钟开关、第二时钟开关、第一电容、第二电容、第一级比较单元、第二级比较单元和SR锁存器，第一级比较单元的反相输出端、同相输出端分别与第二级比较单元的同相输入端、反相输入端连接，第二级比较单元的反相输出端、同相输出端与SR锁存器连接；第一电容与第一级比较单元的同相输入端连接，第二电容与第一级比较单元的反相输入端连接，参考电压的正端、负端分别通过第一时钟开关与第一电容、第二电容连接，第一输入信号、第二输入信号通过第二时钟开关与第一电容、第二电容连接。本发明广泛用于ADC中。

技术领域

本发明涉及一种用于Sigma-Delta ADC中的开关电容比较器电路，属于模拟集成电路技术领域，具体而言，涉及一种低失调开关电容比较器。

背景技术

随着微电子技术的发展，数字电路凭借噪声容限低、抗干扰能力强以及EDA工具支持完善等优点成为信号处理领域的趋势。但是在实际生活中，人们直接感受到的信号都是模拟信号，因此模拟信号必须先转换为数字信号，才能传输到数字系统中做进一步处理。模数转换器(Analog to digital converter，ADC)承担着模拟信号转换为数字信号的重任，成为模拟世界与数字世界的桥梁。目前ADC广泛应用于宽带通信、音频处理及医疗监护等领域，它的性能直接决定了进入数字系统的信号的质量。

ADC根据采样频率可以分为奈奎斯特型ADC和过采样ADC两大类。奈奎斯特型ADC是指采样频率接近(或略大于)奈奎斯特频率的ADC，它在高速信号测量方面有良好的表现，但对模拟器件匹配精度的要求很高。由于集成电路的工艺误差，设计14位以上精度的奈奎斯特型ADC越来越困难。过采样ADC则是通过提高采样频率来取得高精度，基于Sigma-Delta调制原理的ADC就是其中的典型，它利用过采样和噪声整形技术来抑制信号频带内的噪声功率，将信号带内的噪声功率搬移到信号带外，从而提高信号带内的信噪比，同时降低了对模拟器件匹配精度的要求。虽然Sigma-Delta ADC牺牲了转换速度和信号带宽，但它以较低的设计复杂度实现了较高的精度，而且与数字CMOS工艺的兼容性良好，非常适合应用于混合信号CMOS电路中。因以上优点，Sigma Delta ADC在高精度ADC领域中占有重要地位，随着设计方法和工艺的进步，其有效位数往往可以超过20位。因此设计实现高精度髙性能的SigmaDelta ADC具有重要的学术和工程意义。

当前Sigma-Delta ADC主要由Sigma-Delta调制器和数字抽取滤波器两大基本模块组成，其中Sigma-Delta调制器是ADC系统的关键和核心。Sigma-Delta调制器主要由开关电容积分器、比较器和反馈DAC组成。由于Sigma-Delta调制器主要应用于高精度信号测量领域，故它对比较器的精度和失调电压的要求很高。目前常用的比较器由开环状态下的差分运算放大器来实现，理论上当比较器的增益足够大时，它就能够识别很小的电压差，达到很高的精度。但是由于集成电路工艺的偏差使得比较器的失调电压无法消除，从而限制了比较器能够达到的精度。

发明内容

本发明就是为了解决现有用于Sigma-Delta ADC的比较器失调电压无法消除，限制精度的技术问题，提供了一种由CMOS开关、电容、开环比较单元和SR锁存器组成的低失调开关电容比较器。