一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于集成電路【技術領域】，具體為一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器。其結構包括：由偏置電路構成的偏置級，采用誤差自消除技術的輸入預放大級，用于輸入預放大級輸出波形整形的反向級和采用時域比較的輸出級；偏置級通過時鐘信號控制輸入預放大級的放電電流源的偏置；輸入預放大級在預充電階段采樣誤差信號并在放電的比較階段消除誤差；輸入預放大級的輸出波形連接到反向級整形；經(jīng)反向級整形后的輸出信號輸入到輸出級進行時域比較，輸出級輸出的結果即為比較器的比較結果。本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器對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態(tài)比較器的精度。
【專利說明】一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路【技術領域】，具體涉及一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展和摩爾定律的不斷自我實現(xiàn)，現(xiàn)代模擬和模數(shù)混合的電路要求功耗越來越小、精度越來越高。在此機遇下，傳統(tǒng)的模數(shù)轉換器的應用領域也發(fā)生了重要變化，例如動態(tài)比較器，傳統(tǒng)的動態(tài)比較器的精度對晶體管失配非常敏感，雖然其有低功耗的優(yōu)勢，但在高精度領域并不適用。
[0003]圖1顯示了傳統(tǒng)動態(tài)比較器的架構，包括由偏置電路構成的偏置級101，采用傳統(tǒng)的輸入預放大級102，用于輸入預放大級輸出波形整形的反向級103和采用時域比較的輸出級104。制約比較器精度的主要因素在于輸入預放大級102，在傳統(tǒng)架構中，一般沒有采用消除誤差的技術。電路實現(xiàn)如圖1所示，在時鐘信號下降沿開始的那半個周期，將輸入預放大級102的兩個輸出節(jié)點充電至電源電壓；在時鐘信號上升沿開始的那半個周期，對輸入預放大級102的兩個輸出節(jié)點進行放電，反向級103和采用時域比較器的輸出級104根據(jù)輸入預放大級102的兩個輸出節(jié)點的放電速度快慢得出比較結果。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，在充電階段輸入預放大級102的兩個輸出節(jié)點所積累的電荷數(shù)目存在差異，同時在放電階段兩節(jié)點的放電速度也存在不同，因此會使比較結果存在很大誤差。
[0004]為解決誤差問題，本發(fā)明提出了一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器架構，如圖2所示。該動態(tài)比較器架構與圖1相比的區(qū)別在于其輸入預放大級202采用了消除誤差的技術。動態(tài)比較器的誤差主要由輸入對管引起，本發(fā)明的誤差消除技術主要針對輸入對管引起的誤差。在時鐘信號下降沿開始的那半個周期，將輸入對管的失配信息采樣到輸入預放大級202的兩個輸出節(jié)點上；在時鐘信號上升沿開始的那半個周期，通過補償電容對輸入預放大級202的兩個輸出節(jié)點的放電速度進行調整，從而減小輸入對管失配引起的誤差。

【發(fā)明內容】

[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)轉換器的一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器。
[0006]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其電路結構如圖2所示，包含四個部分，分別為:由偏置電路構成的偏置級201，采用誤差自消除技術的輸入預放大級202，用于輸入預放大級202輸出波形整形的反向級203和采用時域比較的輸出級204 ;偏置級201通過時鐘信號控制輸入預放大級202的放電電流源的偏置；輸入預放大級202在預充電階段采樣誤差信號并在放電的比較階段消除誤差；輸入預放大級202的輸出波形連接到反向級203整形；經(jīng)反向級203整形后的輸出信號輸入到輸出級204進行時域比較，輸出級204輸出的結果即為比較器的比較結果。
[0007]本發(fā)明中，所述由偏置電路構成的偏置級201，用于通過時鐘信號控制輸入預放大級的放電電流源的偏置，由偏置電路和開關構成。
[0008]本發(fā)明中，所述采用誤差自消除技術的輸入預放大級202，用于誤差的采樣與消除，由連接開關S1、S2，預充電晶體管M3，動態(tài)預放大輸入差分晶體管Ml、M2，存儲輸入對管失配的電容Cl和放電重置晶體管M5、M6構成。連接關系如圖2所示，預充電晶體管M3的漏端與動態(tài)預放大輸入差分晶體管M1、M2的源端相連，晶體管M1、M2的柵端分別與開關S1、S2相連，晶體管Ml、M2的漏端分別與存儲輸入對管失配的電容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203，用于輸入預放大級輸出波形的整形，由反相器構成。
[0010]本發(fā)明中，所述采用時域比較器的輸出級204，用于檢測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鎖存器實現(xiàn)。
[0011]其中，所述偏置級電路201的偏置電流輸出端分別接所述輸入預放大級202的預充電晶體管M3和動態(tài)放大輸入差分晶體管M1、M2 ;所述輸入預放大級202的電壓輸出端鏈接用于波形整形的反向級203的輸入端；用于波形整形的反向級203的輸出連接時域比較器204的輸入級；時域比較器204的輸出級作為本發(fā)明所述動態(tài)比較器的輸出級。
[0012]本發(fā)明相對于傳統(tǒng)的動態(tài)比較器對晶體管失配造成的誤差有很好的消除效果，傳統(tǒng)的動態(tài)比較器對晶體管失配非常敏感，本發(fā)明可對晶體管失配造成的誤差進行采樣進而很大程度上消除誤差，基于這種誤差自消除技術，本發(fā)明可以將傳統(tǒng)比較器因為晶體管失配造成的誤差減小90%左右，從而大幅提高了動態(tài)比較器的精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)動態(tài)比較器架構示意圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所述基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器的架構示意圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所述基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器采用P型晶體管作為輸入晶體管的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面對本發(fā)明中提出的一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器作進一步說明。
[0017]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，包含四個部分，分別為:由偏置電路構成的偏置級201，采用誤差自消除技術的輸入預放大級202，用于輸入預放大級輸出波形整形的反向級203和采用時域比較的輸出級204。
[0018]為解決傳統(tǒng)動態(tài)比較器的誤差對晶體管失配非常敏感的問題，本發(fā)明提出了一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器架構，如圖2所示。該動態(tài)比較器架構與圖1相比的區(qū)別在于其輸入預放大級202采用了誤差消除的技術。動態(tài)比較器的誤差主要由輸入對管的失配引起，本發(fā)明的誤差消除技術主要針對輸入對管引起的誤差。在時鐘信號下降沿開始的那半個周期，將輸入預放大級202的兩個輸出節(jié)點充電至電源電壓減去輸入對管的閾值電壓，這樣就可以將輸入對管失配引起的閾值電壓失配信息記錄到輸入預放大級202的輸出節(jié)點上；在時鐘信號上升沿開始的那半個周期，對輸入預放大級202的兩個輸出節(jié)點進行放電，此時由于在兩個輸出節(jié)點間引入了補償電容，可以對輸入對管失配引起的誤差，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行調整，從而減小輸入對管失配引起的誤差。采用本發(fā)明的誤差消除技術后，圖2所示的動態(tài)比較器可以將圖1所示的動態(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，適合應用于高精度模數(shù)轉化器之中。
[0019]本發(fā)明提出的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其電路結構中同輸入預放大級的輸出相連后端電路不局限于由反相器構成的反向級和由RS鎖存器構成的時域比較輸出級，其它形式的反向級和時域比較器輸出級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的動態(tài)比較器，其輸入預放大級除了采用N型晶體管作為輸入晶體管的形式外，還可以擴展為采用P型晶體管作為輸入晶體管的形式，如圖3所示。
【權利要求】
1.一種基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，其結構包括:由偏置電路構成的偏置級(201)，采用誤差自消除技術的輸入預放大級(202)，用于輸入預放大級(202)輸出波形整形的反向級(203)和采用時域比較的輸出級(204);偏置級(201)通過時鐘信號控制輸入預放大級(202)的放電電流源的偏置；輸入預放大級(202)在預充電階段采樣誤差信號并在放電的比較階段消除誤差；輸入預放大級(202)的輸出波形連接到反向級(203)整形；經(jīng)反向級(203)整形后的輸出信號輸入到輸出級(204)進行時域比較，輸出級輸出的結果即為比較器的比較結果。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，所述輸入預放大級(202)由兩個連接開關(S1、S2)，一個預充電晶體管(M3)，兩個動態(tài)預放大輸入差分晶體管(M1、M2)，存儲輸入對管失配的電容(Cl)和兩個放電重置晶體管(M5、M6)構成；預充電晶體管(M3)的漏端與兩個動態(tài)預放大輸入差分晶體管(M1、M2)的源端相連，兩個動態(tài)預放大輸入差分晶體管(Ml、M2)的柵端分別與兩個連接開關(S1、S2)相連，兩個動態(tài)預放大輸入差分晶體管(M1、M2)的漏端分別與存儲輸入對管失配的電容(Cl)兩端相連，并且兩個動態(tài)預放大輸入差分晶體管(M1、M2)的漏端還分別與兩個放電重置晶體管(M5、M6)的漏端相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，所述偏置級電路201的偏置電流輸出端分別接所述輸入預放大級(202)的預充電晶體管(M3)和兩個動態(tài)放大輸入差分晶體管(Ml、M2);所述輸入預放大級(202)的電壓輸出端鏈接用于波形整形的反向級(203)的輸入端；用于波形整形的反向級(203)的輸出連接時域比較器(204)的輸入級；時域比較器(204)的輸出級作為所述動態(tài)比較器的輸出級。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，所述反向級(203)由反相器構成。
5.根據(jù)權利要求1所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，所述時域比較器輸出級(204)由RS鎖存器構成。
6.根據(jù)權利要求1所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于，在預放大級(202)輸出相連的后端電路為由反相器構成的反向級和由RS鎖存器構成的時域比較器輸出級，或者為其他形式的電壓鎖存比較器輸出級。
7.根據(jù)權利要求1所述的基于誤差自消除技術的動態(tài)比較器，其特征在于所述采用誤差自消除技術的輸入預放大級采用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】H03K5/22GK103795379SQ201410021634
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月17日 優(yōu)先權日: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 申請人:復旦大學