一種用于流水線(xiàn)ADC的CMOS比較器的設計
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摘要：本文基于SMIC 0.18μm CMOS工藝設計了一種應用于流水線(xiàn)ADC的開(kāi)關(guān)電容預放大鎖存比較器。開(kāi)關(guān)電容預放大比較器整體功耗比靜態(tài)比較器少，且具有速度快，踢回噪聲小的特點(diǎn)。且通過(guò)驗證分析，可以知道開(kāi)關(guān)電容預放大比較器能夠很好的滿(mǎn)足流水線(xiàn)子ADC對比較器的要求。
關(guān)鍵詞：流水線(xiàn)ADC 子ADC 開(kāi)關(guān)電容 比較器
一、引言
流水線(xiàn)ADC具有能在速度，精度，功耗以及面積上較好折中的特性，故流水線(xiàn)ADC以成為ADC發(fā)展的主流之一。而比較器設計是流水線(xiàn)ADC設計的重點(diǎn)之一，比較器的好壞對ADC的速度，精度，功耗等方面都有至關(guān)重要的影響。本文針對流水線(xiàn)ADC設計了一種符合其功耗，精度和速度的開(kāi)關(guān)電容預放大鎖存比較器。
二、比較器的分析與設計
比較器的結構有很多種，主要有開(kāi)環(huán)比較器，遲滯比較器，開(kāi)關(guān)電容比較器，可再生比較器等。經(jīng)過(guò)分析，針對流水線(xiàn)ADC本設計采用了開(kāi)關(guān)電容預放大鎖存比較器結構。它分為兩個(gè)部分，開(kāi)關(guān)電容輸入網(wǎng)絡(luò )和預放大鎖存比較器。
圖1為預放大鎖存比較器，其中M1～M5為增益放大器，M7～M10為動(dòng)態(tài)鎖存比較器，M6、M11為為開(kāi)關(guān)管控制鎖存比較器的工作狀態(tài)，鎖存比較器有兩種工作模式：復位模式和鎖存模式。當phi為低電平nphi為高電平時(shí)，M6、M11、M14、M18導通M13、M17截止，電路工作在鎖存模式，對輸入信號進(jìn)行比較并輸出結果。當phi為高電平nphi為低電平時(shí)，M6、M11、M14、M18截止M13、M17導通，電路工作在復位模式，鎖存器上一次的比較結果被復位到低電平。鎖存器后面接反相器可以提高比較器的驅動(dòng)能力并給輸出波形整波。
對于預放大電路有：
可以通過(guò)調節M(mǎn)2、M4的寬長(cháng)比來(lái)調節預放大器的增益。加前置放大器不僅可以減小鎖存比較器的踢回噪聲，還可以將放大器的負指數響應和鎖存器的正指數響應相結合，使輸出快速的到達要求的電壓值，從而提高了比較器的速度。
三、電路仿真分析
為了驗證所設計的比較器，本文在電源電壓1.8V條件下，采用SMIC 0.18?m CMOS對所設計的比較器進(jìn)行仿真驗證。其結果如圖2所示。
由圖可知比較器完成了對信號的比較器且對輸出結果進(jìn)行了復位。
四、結語(yǔ)
本文通過(guò)對流水線(xiàn)ADC的分析設計了一個(gè)開(kāi)關(guān)電容預放大結構的比較器，通過(guò)預放大電路有效的克服了鎖存比較器的階躍響應曲線(xiàn)是時(shí)間的負指數的問(wèn)題，且能夠減小比較器的踢回噪聲。所以該比較器適用于流水線(xiàn)ADC的子ADC設計。
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