一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器。其結(jié)構(gòu)包括：由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)，采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)，用于輸入預(yù)放大級(jí)輸出波形整形的反向級(jí)和采用時(shí)域比較的輸出級(jí)；偏置級(jí)通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)控制輸入預(yù)放大級(jí)的放電電流源的偏置；輸入預(yù)放大級(jí)在預(yù)充電階段采樣誤差信號(hào)并在放電的比較階段消除誤差；輸入預(yù)放大級(jí)的輸出波形連接到反向級(jí)整形；經(jīng)反向級(jí)整形后的輸出信號(hào)輸入到輸出級(jí)進(jìn)行時(shí)域比較，輸出級(jí)輸出的結(jié)果即為比較器的比較結(jié)果。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比較器對(duì)晶體管失配造成的誤差有很好的消除效果，可以大幅度的地提高動(dòng)態(tài)比較器的精度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展和摩爾定律的不斷自我實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)代模擬和模數(shù)混合的電路要求功耗越來(lái)越小、精度越來(lái)越高。在此機(jī)遇下，傳統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用領(lǐng)域也發(fā)生了重要變化，例如動(dòng)態(tài)比較器，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比較器的精度對(duì)晶體管失配非常敏感，雖然其有低功耗的優(yōu)勢(shì)，但在高精度領(lǐng)域并不適用。
[0003]圖1顯示了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)比較器的架構(gòu)，包括由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)101，采用傳統(tǒng)的輸入預(yù)放大級(jí)102，用于輸入預(yù)放大級(jí)輸出波形整形的反向級(jí)103和采用時(shí)域比較的輸出級(jí)104。制約比較器精度的主要因素在于輸入預(yù)放大級(jí)102，在傳統(tǒng)架構(gòu)中，一般沒(méi)有采用消除誤差的技術(shù)。電路實(shí)現(xiàn)如圖1所示，在時(shí)鐘信號(hào)下降沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，將輸入預(yù)放大級(jí)102的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)充電至電源電壓；在時(shí)鐘信號(hào)上升沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，對(duì)輸入預(yù)放大級(jí)102的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電，反向級(jí)103和采用時(shí)域比較器的輸出級(jí)104根據(jù)輸入預(yù)放大級(jí)102的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的放電速度快慢得出比較結(jié)果。一般情況下，由于晶體管的失配，包括閾值電壓失配和尺寸失配，在充電階段輸入預(yù)放大級(jí)102的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)所積累的電荷數(shù)目存在差異，同時(shí)在放電階段兩節(jié)點(diǎn)的放電速度也存在不同，因此會(huì)使比較結(jié)果存在很大誤差。
[0004]為解決誤差問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器架構(gòu)，如圖2所示。該動(dòng)態(tài)比較器架構(gòu)與圖1相比的區(qū)別在于其輸入預(yù)放大級(jí)202采用了消除誤差的技術(shù)。動(dòng)態(tài)比較器的誤差主要由輸入對(duì)管引起，本發(fā)明的誤差消除技術(shù)主要針對(duì)輸入對(duì)管引起的誤差。在時(shí)鐘信號(hào)下降沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，將輸入對(duì)管的失配信息采樣到輸入預(yù)放大級(jí)202的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)上；在時(shí)鐘信號(hào)上升沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，通過(guò)補(bǔ)償電容對(duì)輸入預(yù)放大級(jí)202的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)的放電速度進(jìn)行調(diào)整，從而減小輸入對(duì)管失配引起的誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種可以適用于高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器。
[0006]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含四個(gè)部分，分別為:由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)201，采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)202，用于輸入預(yù)放大級(jí)202輸出波形整形的反向級(jí)203和采用時(shí)域比較的輸出級(jí)204 ;偏置級(jí)201通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)控制輸入預(yù)放大級(jí)202的放電電流源的偏置；輸入預(yù)放大級(jí)202在預(yù)充電階段采樣誤差信號(hào)并在放電的比較階段消除誤差；輸入預(yù)放大級(jí)202的輸出波形連接到反向級(jí)203整形；經(jīng)反向級(jí)203整形后的輸出信號(hào)輸入到輸出級(jí)204進(jìn)行時(shí)域比較，輸出級(jí)204輸出的結(jié)果即為比較器的比較結(jié)果。
[0007]本發(fā)明中，所述由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)201，用于通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)控制輸入預(yù)放大級(jí)的放電電流源的偏置，由偏置電路和開(kāi)關(guān)構(gòu)成。
[0008]本發(fā)明中，所述采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)202，用于誤差的采樣與消除，由連接開(kāi)關(guān)S1、S2，預(yù)充電晶體管M3，動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管Ml、M2，存儲(chǔ)輸入對(duì)管失配的電容Cl和放電重置晶體管M5、M6構(gòu)成。連接關(guān)系如圖2所示，預(yù)充電晶體管M3的漏端與動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管M1、M2的源端相連，晶體管M1、M2的柵端分別與開(kāi)關(guān)S1、S2相連，晶體管Ml、M2的漏端分別與存儲(chǔ)輸入對(duì)管失配的電容Cl兩端相連，并且晶體管Ml、M2的漏端還分別與放電重置晶體管M5、M6的漏端相連。
[0009]本發(fā)明中，所述用于波形整形的反向級(jí)203，用于輸入預(yù)放大級(jí)輸出波形的整形，由反相器構(gòu)成。
[0010]本發(fā)明中，所述采用時(shí)域比較器的輸出級(jí)204，用于檢測(cè)差分輸出電壓變化的先后順序，從而得到比較器的輸出，由RS鎖存器實(shí)現(xiàn)。
[0011]其中，所述偏置級(jí)電路201的偏置電流輸出端分別接所述輸入預(yù)放大級(jí)202的預(yù)充電晶體管M3和動(dòng)態(tài)放大輸入差分晶體管M1、M2 ;所述輸入預(yù)放大級(jí)202的電壓輸出端鏈接用于波形整形的反向級(jí)203的輸入端；用于波形整形的反向級(jí)203的輸出連接時(shí)域比較器204的輸入級(jí)；時(shí)域比較器204的輸出級(jí)作為本發(fā)明所述動(dòng)態(tài)比較器的輸出級(jí)。
[0012]本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比較器對(duì)晶體管失配造成的誤差有很好的消除效果，傳統(tǒng)的動(dòng)態(tài)比較器對(duì)晶體管失配非常敏感，本發(fā)明可對(duì)晶體管失配造成的誤差進(jìn)行采樣進(jìn)而很大程度上消除誤差，基于這種誤差自消除技術(shù)，本發(fā)明可以將傳統(tǒng)比較器因?yàn)榫w管失配造成的誤差減小90%左右，從而大幅提高了動(dòng)態(tài)比較器的精度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)比較器架構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所述基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器的架構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所述基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器采用P型晶體管作為輸入晶體管的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面對(duì)本發(fā)明中提出的一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，包含四個(gè)部分，分別為:由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)201，采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)202，用于輸入預(yù)放大級(jí)輸出波形整形的反向級(jí)203和采用時(shí)域比較的輸出級(jí)204。
[0018]為解決傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)比較器的誤差對(duì)晶體管失配非常敏感的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器架構(gòu)，如圖2所示。該動(dòng)態(tài)比較器架構(gòu)與圖1相比的區(qū)別在于其輸入預(yù)放大級(jí)202采用了誤差消除的技術(shù)。動(dòng)態(tài)比較器的誤差主要由輸入對(duì)管的失配引起，本發(fā)明的誤差消除技術(shù)主要針對(duì)輸入對(duì)管引起的誤差。在時(shí)鐘信號(hào)下降沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，將輸入預(yù)放大級(jí)202的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)充電至電源電壓減去輸入對(duì)管的閾值電壓，這樣就可以將輸入對(duì)管失配引起的閾值電壓失配信息記錄到輸入預(yù)放大級(jí)202的輸出節(jié)點(diǎn)上；在時(shí)鐘信號(hào)上升沿開(kāi)始的那半個(gè)周期，對(duì)輸入預(yù)放大級(jí)202的兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)進(jìn)行放電，此時(shí)由于在兩個(gè)輸出節(jié)點(diǎn)間引入了補(bǔ)償電容，可以對(duì)輸入對(duì)管失配引起的誤差，包括閾值電壓失配和晶體管尺寸失配引起的放電速度的差異，即放電電流的大小進(jìn)行調(diào)整，從而減小輸入對(duì)管失配引起的誤差。采用本發(fā)明的誤差消除技術(shù)后，圖2所示的動(dòng)態(tài)比較器可以將圖1所示的動(dòng)態(tài)比較器由于晶體管失配產(chǎn)生的誤差減小90%左右，具有很好的誤差消除效果，適合應(yīng)用于高精度模數(shù)轉(zhuǎn)化器之中。
[0019]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其電路結(jié)構(gòu)中同輸入預(yù)放大級(jí)的輸出相連后端電路不局限于由反相器構(gòu)成的反向級(jí)和由RS鎖存器構(gòu)成的時(shí)域比較輸出級(jí)，其它形式的反向級(jí)和時(shí)域比較器輸出級(jí)形式同樣可以滿足要求。
[0020]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其輸入預(yù)放大級(jí)除了采用N型晶體管作為輸入晶體管的形式外，還可以擴(kuò)展為采用P型晶體管作為輸入晶體管的形式，如圖3所示。
【權(quán)利要求】
1.一種基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，其結(jié)構(gòu)包括:由偏置電路構(gòu)成的偏置級(jí)(201)，采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)(202)，用于輸入預(yù)放大級(jí)(202)輸出波形整形的反向級(jí)(203)和采用時(shí)域比較的輸出級(jí)(204);偏置級(jí)(201)通過(guò)時(shí)鐘信號(hào)控制輸入預(yù)放大級(jí)(202)的放電電流源的偏置；輸入預(yù)放大級(jí)(202)在預(yù)充電階段采樣誤差信號(hào)并在放電的比較階段消除誤差；輸入預(yù)放大級(jí)(202)的輸出波形連接到反向級(jí)(203)整形；經(jīng)反向級(jí)(203)整形后的輸出信號(hào)輸入到輸出級(jí)(204)進(jìn)行時(shí)域比較，輸出級(jí)輸出的結(jié)果即為比較器的比較結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，所述輸入預(yù)放大級(jí)(202)由兩個(gè)連接開(kāi)關(guān)(S1、S2)，一個(gè)預(yù)充電晶體管(M3)，兩個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管(M1、M2)，存儲(chǔ)輸入對(duì)管失配的電容(Cl)和兩個(gè)放電重置晶體管(M5、M6)構(gòu)成；預(yù)充電晶體管(M3)的漏端與兩個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管(M1、M2)的源端相連，兩個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管(Ml、M2)的柵端分別與兩個(gè)連接開(kāi)關(guān)(S1、S2)相連，兩個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管(M1、M2)的漏端分別與存儲(chǔ)輸入對(duì)管失配的電容(Cl)兩端相連，并且兩個(gè)動(dòng)態(tài)預(yù)放大輸入差分晶體管(M1、M2)的漏端還分別與兩個(gè)放電重置晶體管(M5、M6)的漏端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，所述偏置級(jí)電路201的偏置電流輸出端分別接所述輸入預(yù)放大級(jí)(202)的預(yù)充電晶體管(M3)和兩個(gè)動(dòng)態(tài)放大輸入差分晶體管(Ml、M2);所述輸入預(yù)放大級(jí)(202)的電壓輸出端鏈接用于波形整形的反向級(jí)(203)的輸入端；用于波形整形的反向級(jí)(203)的輸出連接時(shí)域比較器(204)的輸入級(jí)；時(shí)域比較器(204)的輸出級(jí)作為所述動(dòng)態(tài)比較器的輸出級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，所述反向級(jí)(203)由反相器構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，所述時(shí)域比較器輸出級(jí)(204)由RS鎖存器構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于，在預(yù)放大級(jí)(202)輸出相連的后端電路為由反相器構(gòu)成的反向級(jí)和由RS鎖存器構(gòu)成的時(shí)域比較器輸出級(jí)，或者為其他形式的電壓鎖存比較器輸出級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于誤差自消除技術(shù)的動(dòng)態(tài)比較器，其特征在于所述采用誤差自消除技術(shù)的輸入預(yù)放大級(jí)采用N型晶體管作為輸入晶體管的形式，或者采用P型晶體管作為輸入晶體管的形式。
【文檔編號(hào)】H03K5/22GK103795379SQ201410021634
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】任俊彥, 馮澤民, 陳遲曉, 陳華斌, 許俊, 葉凡, 李寧 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)