模拟信号和数字处理

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1、摘要作为模拟信号和数字处理之间的纽带，模/数（A/D）转化器是现代通信、雷达、声纳以及众多消费电子产品中的关键器件。比较器是所有A/D转换器的重要模块，也是电子系统中应用较为广泛的电路之一。比较器的性能，尤其是速度、功耗、噪声、失调，对整个A/D转换器的速度、精度和功耗都有着至关重要的影响。本文中通过综合考虑比较器的传输延时和失调电压等因素，讨论了高速比较器的设计方法，并在3.3伏电源电压，SMIC0.35umN阱CMOS工艺下设计了一个工作时钟为100MHz的高速电压比较器，模拟结果表明比较器可以在100MHz时钟下稳定

2、工作，且分辨率可达0.1mV。该比较器可以用于高速模数/数模转换器的设计。关键词：高速电压比较器集成电路ii目录第一章绪论11.1研究背景11.2比较器的研究现状以及研究意义1第二章比较器的基本理论32.1比较器电路简介32.2比较器工作原理32.3比较器电路的系统参数分析42.3.1主要性能参数42.3.2比较器静态分析62.4比较器分类72.4.1开环比较器72.4.2高速比较器8第三章比较器设计93.1Tanner软件简介93.2比较器结构113.2.1预放大级电路123.2.2比较级电路123.2.3输出级电路12

3、3.3电路仿真13结论15参考文献16致谢17ii电压比较器电路设计第一章绪论1.1研究背景随着通信和多媒体市场的快速增长，数字信号处理技术也得到了迅猛发展，并广泛地应用于各个领域。采用数字信号处理技术能够方便地实现各种先进的自适应法，完成模拟电路无法实现的功能。因此，越来越多的模拟信号处理正在被数字技术所取代。但是，对于作为模拟系统和数字系统之间桥梁的模数转换器(ADC)的要求却越来越高了。并且，近年来随着现代通信技术的广泛应用，高带宽高速低功耗的电子设备成为市场的主流，这些设备都依靠模数转换器。高速高精度模数转换(AD

4、C)已经成为通信、成像和数字电视等领域内必不可少的混合信号产品，其性能在很大程度上决定和影响着这些系统的基本性能。首先，在视频和通信领域的应用中，模拟和数字之间的转换速度继续增长，对ADC的设计又提出了新的挑战；其次当数字转换器应用在高集成度的单片系统上时，会受到噪声的干扰，所以，在混合信号处理系统中，ADC的抗干扰能力起着很重要的作用；第三，片上系统的发展对于大系统中的子模块的功耗要求越来越高，作为予模块的ADC的功耗在当今许多应用中也是一个非常关键的参数。而模数转换器(ADC)本身，由于结构的不同，也会导致其性能的不同

5、，如功耗，精度，速度等，因此了解各类ADC结构的性能特点，以及各类ADC的性能指标和技术发展趋势对于预测今后数模转换器的技术发展趋势甚至是电子技术发展趋势都具有一定的意义。高性能的比较器是大多数模数转换器(ADC)的关键模块。它在很大程度上影响到ADC转换器的各项性能参数，如速度、精度、功耗等。比较器本身也是电子电路系统中应用非常广泛的元件电路。比较器可以分多个种类，按照工作原理划分可以分成开环比较器和闭环比较器(通常也称为再生比较器)；按照电路结构划分又可以分为单端输出结构比较器和差分结构比较器两种。此外随着对高度高精度

6、ADC的要求，相应的也有高速比较器结构。而且不同结构的比较器韵性能也各有特点。而比较器的特性又是和它的应用紧密联系的。1.2比较器的研究现状以及研究意义近年来，随着ADC技术的发展，国际国内也加紧对比较器的研发工作。如凌力尔特公司推出采用2mm×2mmDNF封装的快速、低功耗双路比较器LTC6702。LTC6702以低至1．7v的电压和不到60uA的最大电流消耗工作，输入偏置电流的典型值仅为1pA，失调电压保证低于3．5mV，具有很高的精度。内置比较器迟滞和从．40℃～125℃有保证的性能规格确保在电噪声和高温环境中可靠工

7、作。此外，LTC6702具有坚固的+15mA输出驱动，可以驱动高达l02电压比较器电路设计,000pF的容性负载。适用于便携式和电池供电型的设备，由于其性能的通用性，非常适用于低压和电池供电型的电子产品。2007年5月，高性能模拟信号路径产品供应商美国国家半导体公司(NationalSemiconductorCorporation)宣布推出一款业界最低功率(典型值为21mA)而传播延迟时间不超过l微秒(700ps)的双通道比较器。LMH7322芯片的传播延迟时间只有700ps，而且过驱动若超过100mV，也只会出现5ps的

8、散射。此外，这款芯片还设有独立的输入及输出供电引脚，因此可以支持需要进行电平转换的应用。由于这款比较器的典型功耗低至只有21mA，因此最适用于必须节约用电的系统。若以5V供电操作，LMH7220芯片的传播延迟时间只有2．9ns(典型值)，而上升及下降时间同样是0．6ns，所需的供电电流则不超过6．8mA