專利名稱：一種高精度電壓比較器及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高精度電壓比較器及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
比較器是模數(shù)轉(zhuǎn)換器的核心電路模塊。比較器的性能好壞直接影響了模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換速度等。傳統(tǒng)的運放結(jié)構(gòu)的開環(huán)比較器精度高，但是速度比較慢；傳統(tǒng)的動態(tài)鎖存比較器由于使用了正反饋，速度快，但是精度低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高精度電壓比較器及其設(shè)計方法。本發(fā)明的方法采用以下方案實現(xiàn)一種高精度電壓比較器的設(shè)計方法，其特征在于采用四級前置放大器，將前級輸入信號進行放大處理后，由后級Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號放大到后級電路能夠識別的幅度；同時各級間采用輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。本發(fā)明的裝置采用以下方案實現(xiàn)一種高精度電壓比較器，其特征在于包括模擬緩沖器、偏置電路、時鐘控制電路以及依次級聯(lián)的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級Latch鎖存再生電路；所述的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級Latch鎖存再生電路之間均連接有耦合電容，所述的偏置電路為四級前置放大器、時鐘控制電路以及模擬緩沖器提供偏置電壓；所述的模擬緩沖器用于參考電壓的輸入緩沖；所述的時鐘控制電路產(chǎn)生各電路的時鐘控制信號。本發(fā)明具有以下優(yōu)點
1、精度高比較器正常工作時為四級運放開環(huán)結(jié)構(gòu)，增益大，精度高。前置放大器采用了帶弱正反饋的運算放大器結(jié)構(gòu)。LatCh級除了鎖存再生電路之外，還包括了鐘控SR鎖存器，對輸出波形進行整形。本文采用了輸入失調(diào)儲存和輸出失調(diào)儲存級聯(lián)的失調(diào)電壓消除技術(shù)，消失調(diào)處理后的等效殘余輸入失調(diào)電壓較低。2、速度快整體后級電路采用了 Latch鎖存再生結(jié)構(gòu)，由于其使用了正反饋，對大信號響應(yīng)速度比較快，輸出電壓與時間成正指數(shù)關(guān)系，可快速輸出比較信號至后級電路。


圖1是本發(fā)明實施例的電路原理示意圖。圖2是本發(fā)明實施例的第一級前置放大器的電路示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的第二、三、四級前置放大器的電路示意圖。圖4是本發(fā)明實施例的Latch鎖存再生電路示意圖。圖5是本發(fā)明實施例的Latch鎖存再生電路中的鐘控SR鎖存器電路示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種高精度電壓比較器的設(shè)計方法，該方法采用四級前置放大器，將前級輸入信號進行放大處理后，由后級Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號放大到后級電路能夠識別的幅度；同時各級間采用輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。所述的輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)是將輸入失調(diào)電壓存儲在各級間連接的耦合電容上，并通過四級前置運放的高增益特性將其等效為較小的輸入失調(diào)電壓。為了讓一般技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，下面我們結(jié)合附圖對本發(fā)明的硬件構(gòu)成及原理做進一步說明。如圖1所示，本實施例的比較器的核心模塊是四級前置放大器和latch鎖存再生電路，除此之外還有模擬緩沖器、偏置電路、時鐘控制電路等，請繼續(xù)參照圖1，所述的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級Latch鎖存再生電路之間均連接有耦合電容，所述的偏置電路為四級前置放大器、時鐘控制電路以及模擬緩沖器提供偏置電壓；所述的模擬緩沖器用于參考電壓的輸入緩沖；所述的時鐘控制電路產(chǎn)生各電路的時鐘控制信號。本發(fā)明采用前置運放，將前級輸入信號進行放大處理，同時四級結(jié)構(gòu)可以將增益分配到各個運放，每個運放的增益都不需要太大，同時采用輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)的辦法消除輸入失調(diào)電壓的影響，具體表現(xiàn)為將輸入失調(diào)電壓存貯在輸入輸出耦合電容上，并通過四級前置運放的高增益特性將其等效為較小的輸入失調(diào)電壓。消失調(diào)處理后， 比較器殘余的等效輸入失調(diào)電壓主要受第四級運放、latch的失調(diào)電壓和開關(guān)注入到電容上的失調(diào)電荷的影響，對于第二，三級運放，既有輸入失調(diào)存儲，又有輸出失調(diào)存儲，級聯(lián)處理后，第三級運放的輸入失調(diào)電壓被消除干凈。而第四級運放和latch級的失調(diào)電壓除以三級前放的增益，實際等效到輸入端失調(diào)電壓變得很小。第一級運放結(jié)構(gòu)如圖2所示，第二、三、四級運放結(jié)構(gòu)如圖3所示。請參照圖4和圖5，本實施例Latch鎖存再生電路再通過正反饋將信號迅速放大到數(shù)字電路能夠有效識別的幅度。此外，比較器輸入端與latch再生電路通過前置運放進行隔離，有效降低了 latch再生電路回程噪聲的影響。此外，偏置電路為前置放大器、時鐘處理電路、模擬緩沖器等模塊提供偏置電壓。 模擬緩沖器電路用于參考電壓的輸入緩沖。時鐘控制電路產(chǎn)生各個模塊的時鐘控制信號。值得一提的是，本發(fā)明的比較器是數(shù)模轉(zhuǎn)換器的核心電路，而模數(shù)轉(zhuǎn)換器又廣泛應(yīng)用于可移動設(shè)備，電池供電設(shè)備，工業(yè)控制及數(shù)據(jù)和信號的采集系統(tǒng)，醫(yī)療和安檢成像系統(tǒng)設(shè)備中?？蓮V泛應(yīng)用于Cadence，ADS，HspiCe，Pspice等多種集成電路設(shè)計平臺。通過仿真可得出該比較器在電源電壓有10%的變化下均可正常工作，同時對代工廠工藝的要求較低，并沒有采用高昂的特殊工藝，可有效降低成本。本該比較器應(yīng)用靈活，即可以當做單獨的IP來處理，也可以集成到其他集成電路當中，具有較大的應(yīng)用價值和經(jīng)濟效益。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種高精度電壓比較器的設(shè)計方法，其特征在于采用四級前置放大器，將前級輸入信號進行放大處理后，由后級LatCh鎖存再生電路通過正反饋將信號放大到后級電路能夠識別的幅度；同時各級間采用輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)技術(shù)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電壓比較器的設(shè)計方法，其特征在于所述的輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)技術(shù)是將輸入失調(diào)電壓存儲在各級間連接的耦合電容上，并通過四級前置運放的高增益特性將其等效為較小的輸入失調(diào)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度電壓比較器的設(shè)計方法，其特征在于所述的后級 Latch鎖存再生電路還應(yīng)包括鐘控SR鎖存器，以實現(xiàn)對該電路輸出的波形進行整形。
4.一種高精度電壓比較器，其特征在于包括模擬緩沖器、偏置電路、時鐘控制電路以及依次級聯(lián)的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器，第四前置放大器和后級 Latch鎖存再生電路；所述的第一前置放大器、第二前置放大器、第三前置放大器、第四前置放大器和后級Latch鎖存再生電路之間均連接有耦合電容，所述的偏置電路為四級前置放大器、時鐘控制電路以及模擬緩沖器提供偏置電壓；所述的模擬緩沖器用于參考電壓的輸入緩沖；所述的時鐘控制電路產(chǎn)生各電路的時鐘控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高精度電壓比較器，其特征在于所述的后級Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號放大到后級電路能夠識別的幅度；并通過一鐘控SR鎖存器對該再生電路輸出的波形進行整形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高精度電壓比較器及其設(shè)計方法，其采用四級前置放大器，將前級輸入信號進行放大處理后，由后級Latch鎖存再生電路通過正反饋將信號放大到后級電路能夠識別的幅度；同時各級間采用輸入失調(diào)存儲和輸出失調(diào)存儲級聯(lián)技術(shù)來消除輸入失調(diào)電壓的影響。本發(fā)明采用帶前置放大器的新型動態(tài)鎖存比較器充分結(jié)合了傳統(tǒng)比較器的優(yōu)點，電路結(jié)構(gòu)簡單，速度快，精度高。
文檔編號G05F1/56GK102394610SQ20111037622
公開日2012年3月28日 申請日期2011年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月24日
發(fā)明者何明華, 張志曉, 王法翔, 胡煒 申請人:福州大學(xué)