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一種用于流水線ADC的CMOS比較器的設(shè)計(jì)
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摘要：本文基于SMIC 0.18μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于流水線ADC的開關(guān)電容預(yù)放大鎖存比較器。開關(guān)電容預(yù)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)。且通過驗(yàn)證分析，可以知道開關(guān)電容預(yù)放大比較器能夠很好的滿足流水線子ADC對(duì)比較器的要求。
關(guān)鍵詞：流水線ADC 子ADC 開關(guān)電容 比較器
一、引言
流水線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ADC以成為ADC發(fā)展的主流之一。而比較器設(shè)計(jì)是流水線ADC設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，比較器的好壞對(duì)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(duì)流水線ADC設(shè)計(jì)了一種符合其功耗，精度和速度的開關(guān)電容預(yù)放大鎖存比較器。
二、比較器的分析與設(shè)計(jì)
比較器的結(jié)構(gòu)有很多種，主要有開環(huán)比較器，遲滯比較器，開關(guān)電容比較器，可再生比較器等。經(jīng)過分析，針對(duì)流水線ADC本設(shè)計(jì)采用了開關(guān)電容預(yù)放大鎖存比較器結(jié)構(gòu)。它分為兩個(gè)部分，開關(guān)電容輸入網(wǎng)絡(luò)和預(yù)放大鎖存比較器。
圖1為預(yù)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(fù)位模式和鎖存模式。當(dāng)phi為低電平nphi為高電平時(shí)，M6、M11、M14、M18導(dǎo)通M13、M17截止，電路工作在鎖存模式，對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行比較并輸出結(jié)果。當(dāng)phi為高電平nphi為低電平時(shí)，M6、M11、M14、M18截止M13、M17導(dǎo)通，電路工作在復(fù)位模式，鎖存器上一次的比較結(jié)果被復(fù)位到低電平。鎖存器后面接反相器可以提高比較器的驅(qū)動(dòng)能力并給輸出波形整波。
對(duì)于預(yù)放大電路有：
可以通過調(diào)節(jié)M2、M4的寬長比來調(diào)節(jié)預(yù)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(fù)指數(shù)響應(yīng)和鎖存器的正指數(shù)響應(yīng)相結(jié)合，使輸出快速的到達(dá)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(yàn)證所設(shè)計(jì)的比較器，本文在電源電壓1.8V條件下，采用SMIC 0.18?m CMOS對(duì)所設(shè)計(jì)的比較器進(jìn)行仿真驗(yàn)證。其結(jié)果如圖2所示。
由圖可知比較器完成了對(duì)信號(hào)的比較器且對(duì)輸出結(jié)果進(jìn)行了復(fù)位。
四、結(jié)語
本文通過對(duì)流水線ADC的分析設(shè)計(jì)了一個(gè)開關(guān)電容預(yù)放大結(jié)構(gòu)的比較器，通過預(yù)放大電路有效的克服了鎖存比較器的階躍響應(yīng)曲線是時(shí)間的負(fù)指數(shù)的問題，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ADC的子ADC設(shè)計(jì)。
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