低功耗比较器电路分析

《低功耗比较器电路分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、致谢本论文的工作是在我的导师李哲英教授的悉心指导下完成的，李老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响，让我在学习和科研的过程中收获甚多。在此衷心感谢三年来李老师对我的关心和指导。在实验室工作及撰写论文期间，李博、王春蕾、李争等同学对我论文中的比较器电路低功耗研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢父亲、母亲和哥哥，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。序本文的主题是低功耗比较器电路研究。该低功耗比较器电路的研究是基于高速低功耗的8比特200MS／s流水线模数转

2、换器应用背景的。该比较器，协同整个流水线模数转换器一起，是由研究生教学科研经费支持，由一个科研团队共同协作来实施抟教学科研瑷耳。整个项目可分为七个模块：采样保持，开关电容放大器，比较器，子DA转换器，同步和逻辑校正单元，时钟产生电路和锁相环。目前，该项目已经采用TSMC的180rimCMOSDP6M工艺，通过MPW的形式成功流片．现处于测试阶段。该项目实施过程中用到了业界一些主流EDA软件．来支持项目的可靠性。同时该项目得到李哲英教授的大力支持和悉心指导，以及老师、同学和朋友们的热心帮助。再次表示深深感谢。

3、1绪论片上系统SoC(System．On．Chip>需要在单个硅片上实现数模混合集成。与数字系统工艺兼容、功耗面积等指标优化的高性能数模转换器是SoC中的重要单元。对于日益增长的集成芯片需求来说，尤其是混合信号系统设计中，高性能的模数转换器已经是技术和市场共同的焦点11112]。同时，通信的发展需求也是模数转换器的主要市场。通信是模拟电路的主要推动力。第三代通信对语音、图像、数据等多媒体提供比第一代、第二代更快更优的服务，这对模拟电路提出了更宽频带和更大动态范围的要求。对于模数转换器就是更高的转换速率、更低

4、的系统噪声和更低的功率损耗。比较器是所有模数转换器的关键模块。其性能，尤其是速度、功耗、噪声、失调，对整个模数转换器的速度、精度和功耗都有着至关重要的影响。但是传统的比较器很难同时满足模数转换器对速度和功耗的要求，因此需要对传统的电路结构进行更新和改进，以满足应用要求。传统的预放大锁存比较器有较小的延迟时闻和低失调、低回踢噪声，但是这些高指标是以高损耗和大的芯片面积为代价的：动态比较器虽然具有速度快、功耗低的优点，失调电压和回踢噪声都很大，限制了其在高精度模数转换器中的应用；静态比较器具有较小的回踢噪声，然

5、而其功耗大，比较速度慢，不适于高速模数转换器。在流水线型模数转换器设计中，每个单级模块中比较嚣都起着相当重要的作用13】。比较器的建立时间和失调对模数转换器的转换性能都有影响。为了设计高速、高精度、低功耗、基于标准CMOS工艺的流水线型模数转换器，该文章对比较器的速度，失调等方面迸行了研究，着重对低功耗进行设计方法研究f4】。本文中阐述的比较器结构，是一种适用于高速、高精度、低功耗模数转换器的钟控差分电压比较裂5]16117]18删。其应用背景是高速、低功耗的流水线型模数转换器。文中介绍了比较器的设计基础，

6、针对给定的设计指标和应用场合，设计了钟控比较器，并进行了仿真验证，针对此结果傲了功率损耗的优化分析。在分析现有技术基础之上，提出了一种比较器电路低功耗设计构想，与静态比较器结构电路和其它一些动态比较器结构电路相比较得到较低的功率消耗。该比较器结构应用在一个商速、低功耗的模数转换器中，经过CadenceEDA系列软件的仿真、调试、验证、后仿真等一系列过程，最终成功流片，目前正在测试阶段。关于比较器的研究，综合国际和国内模数转换器发展的情况来看，其趋势是低功耗，低的传输延迟时阀。B△模数转换器目前的研究目标是提

7、高转换速率，主要采用商阶调制器和多位量化的方法。目前调制器一般用3阶或4阶，为保证闭环稳定性，一般用多级级连。由于多位量化会引起非线性，一般用2或3位。流水线模数转换器和两步并行模数转换器仍是目前高速分辨率模数转换器的主要结构。流水线模数转换器一般采用每级1．5位的方法。当分辨率超过lO位时，这两类模数转换器必须采用校正与纠错措施【m。而比较器结构则一般为全差分、可再生式、多级放大的级连形式。比较器前面放置一个缓冲放大器，用来降低回踢噪声。用采样电容可抵消失调误差，但采样电容应尽量小，以提高电路带宽，而且采

8、样电容的下极板应连到管子栅极，上极板连到驱动源。在高速应用时，用瞬时短路法使比较器得到迅速恢复⋯】。2006年9月，ADI(AnalogDeviceIncorporation)推出ADCMP60x系列满电源摆幅的比较器，适合与高速，低功耗，R．R摆幅和高精密度应用。该系列比较器可提供多种可编程延迟，从Ins到35ns(随机抖动小到2．5psRMS有效值)。ADCMP60x比较器可提供在2．5v～5．5V电源范围内