專利名稱：一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于模擬電路設計領域，特別是涉及一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器。
背景技術：
基于鎖存器的動態(tài)比較器具有 靜態(tài)功耗為零、比較速度快、面積小的特點，可應用于需要低功耗、小尺寸的集成電路系統(tǒng)中。然而動態(tài)比較器的失調電壓一般較高，限制了比較器所能分辨的最小電壓。為了降低動態(tài)比較器的失調電壓，可以采用如

圖1所示的帶有失調校正電路的比較器。該電路包括預放大器、鎖存器和失調校正電路等3部分。預放大器的主電路包括偏置電流源ΜΝ0，差分輸入對管麗I和麗2，負載管MP3和MP4 ο在時鐘信號CLK的作用下對輸入電壓Vinp和Vinn進行放大。經預放大器放大后的信號Voutn和Voutp送給后面級聯(lián)的鎖存器，經過鎖存器的正反饋鎖存后輸出比較結果QP和QN0為了對比較器進行失調電壓校正，可以在預放大器的輸入管麗I和麗2的兩邊并聯(lián)校正用的MOS管麗5和MN6。其中麗5的柵極接固定的偏置電壓。比較器的輸出結果QP和QN送入失調校正電路，產生校正電壓Vcal，將該電壓加到MN6管的柵極上。當比較器沒有失調的時候，Vbias和Vcal相等，在信號放大過程中，麗5和MN6管流過相等的電流，預放大器的輸出Voutn=Voutp。當比較器存在失調電壓的時候，如果該失調電壓使得麗I管流過較大的電流，麗2管流過較小的電流，那么在相同的負載下Voutn〈Voutp。如果提高Vcal的電壓，即Vcal>Vbias,則MN6管將流過較大的電流,而MN5管流過較小的電流，從而保持麗I和麗5管中流過的電流等于麗2和MN6管中流過的電流，那么在相同負載下預放大器的輸出電壓再次平衡，因此消除了失調電壓對預放大器輸出電壓的影響。這種失調校正方法的一個缺點是額外增加的麗5和MN6管自身的電容將給預放大器的輸出節(jié)點帶來負載效應。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器，降低校正用MOS管給預放大器帶來的負載效應。本發(fā)明的技術問題通過以下技術手段予以解決一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器，包括預放大器、鎖存器和失調校正電路，其中，所述預放大器包括作為偏置電流源的第一 MOS管MN0、作為差分輸入對管的第二 MOS管麗I和第三MOS管麗2、以及作為負載管的第四MOS管MP3和第五MOS管MP5 ；所述第一 MOS管MNO的柵極接第一時鐘信號CLK，所述第二 MOS管麗I和第三MOS管麗2的柵極分別接動態(tài)比較器的待比較信號Vinp和Vinn、源極和第一 NMOS管MNO的漏極相連；
其中，該預放大器還包括第六MOS管MP5和第七MOS管MP6，所述第六MOS管MP5和第七MOS管MP6均為PMOS管；所述第六MOS管MP5的柵極接偏置電壓(Vbias)、源極與所述第四MOS管MP3的漏極連接、漏極與所述第二 MOS管麗I的漏極連接至預放大器的第一輸出節(jié)點Voutn ;所述第七MOS管MP6的柵極接所述失調校正電路的控制信號輸出端Vcal、源極與所述第五MOS管MP4的漏極連接、漏極與所述第三MOS管麗2的漏極連接至預放大器的第二輸出節(jié)點Voutp。優(yōu)選地所述失調校正電路為基于逐次逼近邏輯的失調校正電路，用于在所述第一輸出節(jié)點Voutn的輸出電壓小于第二輸出節(jié)點Voutp的輸出電壓時提高所述控制信號輸出端Vcal的輸出電壓，所述第一輸出節(jié)點Voutn的輸出電壓大于所述第二輸出節(jié)點Voutp的輸出電壓時降低所述控制信號輸出端Vcal的輸出電壓。
所述鎖存器包括第八MOS管MP9、第九MOS管MP10、第十MOS管MP11、第i^一 MOS管MP12、第十二 MOS管MP13、第十三MOS管MP14和第十四MOS管MP15 ；第八MOS管MP9的柵極接所述預放大器的第一輸出節(jié)點Voutn，第九MOS管MPlO的柵極接所述預放大器的第二輸出節(jié)點Voutp ;第十MOS管MPll與第八MOS管MP9并聯(lián)，第十二 MOS管MP13和第十MOS管(MPl I)構成第一反相器；第^^一 MOS管MP12與第九MOS管MPlO并聯(lián)，第十三MOS管MP14和第i^一 MOS管MP12構成第二反相器，所述第一方向器和第二方向器交叉連接，第十二 MOS管MP13的漏極為鎖存器的第一鎖存器輸出端QP，第十三MOS管MP14鎖存器的漏極為鎖存器的第二鎖存器輸出端QN ;第十四MOS管MP15為電流源，其柵極外接第二時鐘信號CLKN、漏極與第十二 MOS管MP13及第十三MOS管MP14的源極連接；所述失調校正電路根據所述第一鎖存器輸出端QP和第二鎖存器輸出端QN控制其控制信號輸出端Vcal的輸出電壓。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明將原來校正失調電壓用的、和輸入管并聯(lián)的NMOS管MN5、MN6改為PMOS管MP5和MP6，MP5和負載管MP3構成共源共柵(cascode)結構，MP6和負載管MP4構成另一個cascode結構。當比較器沒有失調的時候，Vbias和Vcal相等，預放大器麗1_MP5_MP3管支路和MN2-MP6-MP4管支路具有相同的電流，輸出節(jié)點Voutn和Voutp具有相同的阻抗，預放大器的輸出V0Utn=V0Utp。當比較器存在失調電壓的時候，如果該失調電壓使得MNl管流過較大的電流，MN2管流過較小的電流，那么在相同的負載下Voutn〈Voutp。如果提高Vcal的電壓，即Vcal>Vbias，則如公式(1)，MP5管柵源電壓的絕對值將大于MP6管柵源電壓的絕對值。MOS管本征增益的公式見(2)，其中VE是工藝決定的常數(shù)山是皿^管的溝道長度，MP5和MP6管尺寸相同，因此L相同；VGS是MOS管的柵源電壓，VTH是MOS管的閾值電壓，MP5和MP6管的閾值電壓也相等。為了避免NMOS管/PMOS管柵源電壓、閾值電壓的符號問題，公式
(2)—律取絕對值表示。從公式(2)可知，MP5管的本征增益Av5將小于MP6管的本征增益Av6，如公式(3)。MP3管和MP4管的柵源電壓均由CLK信號決定，其漏源電壓由于MP5、MP6管的cascode屏蔽效應而近似相等，因此它們的輸出電阻也近似相等，記為ro。cascode結構的輸出電阻如公式(4)所示,其中Av, cascode表示cascode管的本征增益,ro表示另一個MOS管的輸出電阻，rout表示cascode結構的總輸出電阻。由公式(4)可知，MP5-MP3管的cascode等效輸出電阻rout, 3-5將小于MP6-MP4管的cascode等效輸出電阻rout, 4-6,
權利要求
1.一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器，包括預放大器、鎖存器和失調校正電路，其中，所述預放大器包括作為偏置電流源的第一 MOS管(MNO)、作為差分輸入對管的第二 MOS 管(麗I)和第三MOS管(麗2)、以及作為負載管的第四MOS管(MP3)和第五MOS管(MP5)；所述第一 MOS管(MNO)的柵極接第一時鐘信號(CLK)，所述第二 MOS管(麗I)和第三MOS 管(麗2)的柵極分別接動態(tài)比較器的待比較信號(Vinp、Vinn)、源極和第一 NMOS管(MNO) 的漏極相連；其特征在于所述預放大器還包括第六MOS管(MP5)和第七MOS管(MP6)，所述第六MOS管(MP5)和第七MOS管(MP6)均為PMOS管；所述第六MOS管(MP5)的柵極接偏置電壓(Vbias)、源極與所述第四MOS管(MP3)的漏極連接、漏極與所述第二 MOS管(MNl)的漏極連接至預放大器的第一輸出節(jié)點(Voutn);所述第七MOS管(MP6)的柵極接所述失調校正電路的控制信號輸出端(Veal)、源極與所述第五MOS管(MP4)的漏極連接、漏極與所述第三MOS管(麗2)的漏極連接至預放大器的第二輸出節(jié)點(Voutp)。
2.根據權利要求1所述的動態(tài)比較器，其特征在于所述失調校正電路為基于逐次逼近邏輯的失調校正電路，用于在所述第一輸出節(jié)點(Voutn)的輸出電壓小于第二輸出節(jié)點 (Voutp)的輸出電壓時提高所述控制信號輸出端(Vcal)的輸出電壓，所述第一輸出節(jié)點 (Voutn)的輸出電壓大于所述第二輸出節(jié)點(Voutp)的輸出電壓時降低所述控制信號輸出端(Vcal)的輸出電壓。
3.根據權利要求2所述的動態(tài)比較器，其特征在于所述鎖存器包括第八MOS管 (MP9)、第九MOS 管(MP10)、第十MOS 管(MP11)、第^^一MOS 管(MP12)、第十二MOS 管(MP13)、 第十三MOS管(MP14)和第十四MOS管(MP15)；第八MOS管(MP9)的柵極接所述預放大器的第一輸出節(jié)點(Voutn)，第九MOS管(MPlO) 的柵極接所述預放大器的第二輸出節(jié)點(Voutp);第十MOS管(MPll)與第八MOS管(MP9)并聯(lián)，第十二 MOS管(MP13)和第十MOS管(MPll)構成第一反相器；第^^一 MOS管(MP12)與第九MOS管(MPlO)并聯(lián)，第十三MOS管(MP14)和第i^一 MOS管(MP12)構成第二反相器，所述第一方向器和第二方向器交叉連接，第十二 MOS管(MP13)的漏極為鎖存器的第一鎖存器輸出端(QP)，第十三MOS管(MP14)鎖存器的漏極為鎖存器的第二鎖存器輸出端(QN);第十四 MOS管(MP15)為電流源，其柵極外接第二時鐘信號(CLKN)、漏極與第十二 MOS管(MP13)及第十三MOS管(MP14)的源極連接所述失調校正電路根據所述第一鎖存器輸出端(QP)和第二鎖存器輸出端(QN)控制其控制信號輸出端(Vcal)的輸出電壓,所述第二時鐘信號(CLKN)和第一時鐘信號(CLK)是兩相時鐘。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型校正失調電壓的動態(tài)比較器，包括預放大器、鎖存器和失調校正電路，預放大器包括作為偏置電流源的第一MOS管、作為差分輸入對管的第二MOS管和第三MOS管、以及作為負載管的第四MOS管和第五MOS管；還包括第六MOS管和第七MOS管，所述第六MOS管和第七MOS管均為PMOS管；所述第六MOS管的柵極接偏置電壓、源極與所述第四MOS管的漏極連接、漏極與所述第二MOS管的漏極連接至預放大器的第一輸出節(jié)點；所述第七MOS管的柵極接所述失調校正電路的控制信號輸出端、源極與所述第五MOS管的漏極連接、漏極與所述第三MOS管的漏極連接至預放大器的第二輸出節(jié)點。本發(fā)明比較器的預放大器具有較高的增益、較快的速度，且插入的MOS管負載效應低。
文檔編號H03F1/30GK103023437SQ20121054822
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月17日 優(yōu)先權日2012年12月17日
發(fā)明者王自強, 姜琿, 張春, 麥宋平, 陳虹, 王志華 申請人:清華大學深圳研究生院