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CMOS模擬集成電路-比較器設計

冬至子 ? 來源:致力于更好的未來 ? 作者:Harris_Jiang ? 2023-09-26 10:33 ? 次閱讀

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一.開環比較器

開環比較器基于未補償的放大器,可以使用單級或者多級結構。根據輸入信號的大小,開環放大器工作于小信號狀態和大信號狀態(擺率限制),其對應的延遲時間計算也是不同。

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輸出級改為ClassAB結構,提供大的充放電電流能力。常見的結構如上,左邊稱作推挽輸出結構,其實業就是對稱式OTA。最簡單的ClassAB輸出級結構為反向器,因此也可以在輸出級后級聯反向器實現對負載電容的大電流驅動能力。

二.再生比較器

再生比較器利用交叉耦合的MOS管組成的鎖存器,通過正反饋實現兩信號的比較。

1)交叉耦合鎖存器

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三.比較器輸入失調仿真

對于開環比較器,其為差分輸入單端輸出結構,電路本身就是不對稱的,本身存在系統性失調。而對于再生比較器,其結構為全差分結構,電路本身是對稱的,其只有隨機性失調。

1)兩級放大器系統性失調

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2)開環比較器失調仿真

開環放大器仿真失調的方法比較簡單,可以采用掃DC的方式或Tran仿真中給正輸入端加入斜率很小的斜坡。

DC仿真和Tran仿真可以仿真出系統失調引起的輸入失調電壓、此外如果Tran仿真會引入比較器延時誤差,因此斜率較小的要求是必須的。

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3)再生比較器失調仿真

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DFF的時鐘與比較器的工作時鐘也要合理設置,保證比較器比較相結束前DFF完成采樣。

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積分器增益設得太大或太小都會時失調電壓統計規律不為高斯分布關系。原因時該反饋環路會有一個最小誤差限制,該限制與環路增益相關,即也與積分器增益相關。

積分器增益越大,誤差越小,蒙特卡洛仿真結果也就會有更多隨機輸出值,也就越準確。

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對于ADC中常用的全差分比較器(四端輸入)也可以使用類似的環路仿真方法近似求解輸入失調電壓。相同設置下,四輸入比較器的失調電壓接近兩輸入比較器失調電壓的兩倍。

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四.其他

1)遲滯比較器

在噪聲環境下,遲滯比較器因為具有不同的上升下降閾值電壓,當遲滯電壓差大于噪聲電壓,比較器輸出就不會因為噪聲的緣故出現毛刺。

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2)失調消除

為了降低比較器失調,可利用單獨的時鐘相位實現失調消除。常用的方法為輸出失調存儲技術輸入失調存儲技術 。

①輸出失調存儲技術

輸出失調存儲技術通過設置差分輸入為零來測量失調,并將結果存儲在與輸出端串聯的電容上。

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②輸入失調存儲技術

輸入失調存儲技術在輸入端串聯電容,利用單位增益負反饋實現失調電壓存儲。

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