本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及半導體集成電路與標準cmos工藝兼容的低功耗高速高精度比較器電路。

背景技術：

比較器將輸入模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，是模擬到數(shù)字的一個重要接口，廣泛運用于模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器等電路。在金屬氧化物半導體器件中，電子元件易發(fā)生工作特性變化，該變化通常表現(xiàn)為閾值電壓電平的移動。例如，在比較器電路中,差分對中的失配和電流源中的失配可以導致比較器偏移，所述比較器偏移是電壓偏移，其通過影響輸入電壓與基準電壓之間的比較性能而限制了比較器的精度。比較器偏移量不僅作為隨機器件失配的結果出現(xiàn)，而且還是器件尺寸的函數(shù)。降低偏移量的一個已知方法是增大器件尺寸。但是，這需要增加功率以維持增益帶寬和更新期。對于小的、低功率的比較器來說，增大器件尺寸可能不是實用的選擇，因此需要偏移補償或者偏移抵消方案。

比較器按作原理大體可以分為兩類：運放結構比較器和鎖存器。運放結構比較器可以分辨較小的輸入信號，但是速度較慢；鎖存器的速度較快，但是只能分辨較大的輸入信號，同時失調(diào)和回程噪聲也較大在實際的應用過程中，比較器對速度和精度都有較高的要求，單獨使用任一種比較器都不能滿足要求，往往將兩種比較器級聯(lián)組成高速高精度比較器。

技術實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有比較器電路性能的不足，本發(fā)明提供一種與標準cmos工藝兼容的一種低功耗高速高精度的比較器，能夠有效地減小比較器失調(diào)電壓的影響，在控制平均功耗的基礎上提高比較器的速度以及精度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所涉及的一種低功耗低高速高精度比較器電路，包括順序連接的輸入采樣開關，前置放大器，二級預放大器，動態(tài)輸出鎖存器，其中所述輸入采樣開關，包括一對采樣輸入信號的開關和一對采樣參考電壓的開關，用于在復位階段將輸入接固定參考電平vref，在比較階段將輸入接差分輸入差分信號vn，vp；所述前置放大器，用于放大差分輸入信號，需要保證該前置放大器有足夠的帶寬和增益，以減小高速比較器等效在輸入端的總失調(diào)電壓，提高比較器的精度。

上述所說的前置放大器，采用交叉結構的p晶體管負載，由晶體管mn0，mn1，mn2，mn3，晶體管mp0，mp1，mp2，mp3組成，晶體管mn0和晶體管mn1組成差分輸入對管，晶體管mp3和晶體管mp2組成耦合對管，用于放大差分輸入信號。

上述所說的耦合電容，在復位階段用于存儲前置放大器的失調(diào)電壓，在比較階段用于將前置放大器輸出變化量耦合到二級預放大器輸入端。

上述所說的二級預放大器，采用兩級放大結構；用于提高放大器的增益，其第一級放大器的負載采用了帶弱正反饋的交叉耦合結構，設計的晶體管mp6和mp7的寬長比應該小于晶體管mp4和mp5，有效減少對前置放大器的回程噪聲，否則構成強反饋；通過二級預放大器的mp10，mp11的輸入信號來控制輸出鎖存器的狀態(tài)，降低鎖存器的設計難度和功耗。

上述所說的輸出鎖存器，用于鎖存比較輸出的結構，其前端采用反相器結構，用于輸出結果的整形，提高比較速度,兩個反相器級聯(lián)，后接一個交叉耦合的反相器，將前級輸出迅速建立到數(shù)字邏輯輸出電平，并能鎖存輸出。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所涉一種低功耗高速高精度比較器電路的結構框圖；

圖2是本發(fā)明所涉一種低功耗高速高精度比較器電路的前置放大器的電路圖；

圖3是本發(fā)明所涉一種低功耗高速高精度比較器電路的二級預放大器的電路圖；

圖4是本發(fā)明所涉一種低功耗高速高精度比較器電路的輸出鎖存器電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步說明。

一種低功耗高速高精度比較器電路(見圖1)，包括順序連接的四個輸入采樣開關s1，s2，s3，s4，前置放大器，耦合電容c1，c2，二級預放大器，輸出鎖存器，其中采樣開關s1，s2，s3，s4，用于在復位階段將輸入接固定參考電平vref，在比較時間將輸入接差分輸入信號vn，vp。

前置放大器采用交叉結構的p晶體管負載，用于放大差分輸入信號，需要保證該前置放大器有足夠的帶寬和增益，以減小超高速比較器等效在輸入端的總失調(diào)電壓，提高該比較器的精度。

耦合電容c1，c2，在復位階段用于存儲前置放大器的失調(diào)電壓，在比較階段用于將前置放大器輸出變化量耦合到二級預放大器輸入端。

二級預放大器，輸入是耦合電容耦合到輸入端的前置放大器輸出變化量，用于再一次放大，輸入信號與參考信號的差值，通過全動態(tài)結構的二級放大，不消耗靜態(tài)電流，降低了功耗，進一步提高了比較器的精度；由二級放大器的輸出狀態(tài)控制輸出鎖存器的狀態(tài)

輸出鎖存器，兩個反相器級聯(lián)，后接一個交叉耦合的反相器，將前級輸出迅速建立到數(shù)字邏輯輸出電平，并能鎖存輸出。由于該動態(tài)鎖存器的輸入失調(diào)電壓vosl等效到比較器輸出端要經(jīng)過兩個增益級的衰減，該失調(diào)電壓的影響可以忽略。由此完成了對輸入信號的比較放大和失調(diào)電壓的存儲和補償。

根據(jù)圖1結構，在復位階段，輸入采樣開關s1，s4閉合，復位開關s5閉合，輸入采樣開關s2，s3斷開，輸入端接到固定參考電平vref，第一級前置放大器的輸入失調(diào)電壓vos1被存儲在耦合電容c1，c2上，與此同時，由于二級預放大器被接成單位增益的閉環(huán)結構，該二級預放大器的失調(diào)電壓vos2也被耦合電容采樣并存儲；在比較階段，復位開關s5斷開，輸入采樣開關s1，s4斷開，s2，s3閉合，輸入端接收真正的輸入信號vn，vp,該輸入信號被放大并傳遞給輸出鎖存器，在放大傳輸?shù)耐瑫r,存儲在耦合電容上的失調(diào)電壓被補償。在輸出階段鎖存器將前級輸出迅速建立到數(shù)字邏輯輸出電平，由于該動態(tài)鎖存器的輸入失調(diào)電壓vosl等效到比較器輸出端要經(jīng)過兩個增益級的衰減，在圖1結構中，該失調(diào)電壓的影響可以忽略，由此完成了對輸入信號的比較放大和失調(diào)電壓的存儲和補償。

上述所說的前置放大器(見圖2)，由晶體管mn0，mn1，mn2，mn3，晶體管mp0，mp1，mp2，mp3組成，晶體管mn0和晶體管mn1組成差分輸入對管，晶體管mp3和晶體管mp2組成耦合對管，前置放大器不需要太大的放大倍數(shù)，為提供較寬的帶寬，因為較寬的帶寬既可以加快放大器傳輸時間，也可以加快整體比較器的響應速度。

上述所說的二級預放大器(見圖3)，二級預防大器是兩級動態(tài)放大器，晶體管mn3，mn4組成第一級差分輸入對管，晶體管mn7作為尾電流管，柵極接偏置電壓vb，晶體管mn7的源極接晶體管mn8的漏極，晶體管mn8的柵極接clk,在比較階段，晶體管mn8工作在深線性區(qū)，在clk為低時晶體管mn8工作在截止區(qū)，比較完成后第一級放大器不消耗靜態(tài)電流，降低功耗，晶體管mp4，mp5，mp6，mp7組成帶弱正反饋的交叉耦合結構負載，用以提高運放的增益，晶體管mp6和mp7的寬長比應該小于晶體管mp4和mp5寬長比，否則構成強正反饋，對前置放大器的回程噪聲就比較大。晶體管mp9，mp8和晶體管mn6，mn5組成其第二級，其中晶體管mn5的漏極和柵極連接，把雙端輸入轉(zhuǎn)單端輸出，使的一段輸出的增益增大一倍。晶體管mp10，mp11接在一級放大器與二級放大器之間，晶體管mp10，mp11的柵極接控制信號ena，當ena為高電平時，晶體管mp10，mp11工作在截止區(qū)，二級預防大器正常輸出放大結果，其后的鎖存器也輸出比較結果，當ena為低電平時，晶體管mp10，mp11工作在飽和區(qū)，此時，晶體管mp9的柵極和漏極都接高電平，工作在截止區(qū)，此時二級預防大器輸出為高阻態(tài)，鎖存器鎖存再生上次比較結果。通過二級預放大器控制鎖存器的狀態(tài)，減小了鎖存器的設計難度和功耗。

上述所說的輸出鎖存器(見圖4)，所述鎖存器由晶體管mp12，mp13，mp1，mp15，mp16和晶體管mn9，mn10，mn11，mn12，mn13組成，晶體管mp13和晶體管mn10組成反相器級聯(lián)由晶體管mp16和晶體管mn9組成的反相器，加快比較速度和比較結果整形。晶體管mn12，mn13和晶體管mp12，mp15組成正反饋的交叉耦合的反相器，對輸出結果進行鎖存。