CN102006070A - 一种采用失调校准技术的时间域比较器 - Google Patents
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Abstract
本发明属集成电路技术领域，具体为一种采用失调校准技术的时间域比较器。该时间域比较器包括电压电流转换电路、逻辑电路、失调校准电路和判断电路。比较器将比较的电压信号转换为时间域的脉冲宽度，以时间域上脉冲的宽窄作为信号大小的度量，具有结构简单、功耗低的优点，同时采用本发明提出的失调校正方法可以有效地抑制比较器的失调，使得比较器对温度的变化、工艺的偏差不敏感。该方法可广泛地应用于各类模数转换器中。
Description
技术领域
本发明属集成电路技术领域，尤其涉及比较器。
背景技术
比较器是模数转换器中的关键模块，也是制约模数转换器性能的重要单元。本发明提出了一种可校准失调电压的时间域比较器，该比较器是一种可应用于低电压的比较器结构。时间域比较器具有结构简单、功耗极低、对低电压兼容性好等优点，可广泛用于全并行式型模数转换器、流水线型模数转换器、逐次逼近型模数转换器等各种模数转换器中。本发明提出的失调校准方法可以消除时间域比较器的失调电压，提高比较精度。图1所示的是采用失调校准技术的时间域比较器的结构图，主要由电压电流转换电路10、逻辑电路11、失调校准电路12、判断电路13构成。图2是采用失调校准技术的时间域比较器的电路图。图3采用失调校准技术的时间域比较器的工作时序图。图4采用失调校准技术的时间域比较器的校准时序图。
发明内容
本发明提出了一种采用失调校准技术的时间域比较器，在保证低功耗的情况下同时消除了比较器的失调电压。
本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器，包括电压电流转换电路10、逻辑电路11、失调校准电路12、判断电路13。其中，模拟输入信号经过电压电流转换电路10得到电流信号；逻辑电路11将电流信号转换为时间域上的脉冲；判断电路13对脉冲的宽窄进行判断，得到比较器的输出结果；失调校准电路12对比较器的失调进行校准。
本发明中，失调校准电路13，以电阻数模转换器产生的电压来控制比较器输入管的体偏置，可以有效地消除时间域比较器的失调电压。
本发明中，通过选择控制逻辑14的输出位数获得不同的失调电压校准范围。
本发明可用至各类模数转换器中。
图2显示了本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器的电路图。该电路由六个MOS管、四个电容、两个电阻、两个电阻数模转换器、控制逻辑和一个D触发器构成。其中，第一PMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四PMOS管M4、第五NMOS管M5、第六NMOS管M6、第一电阻R1、第二电阻R2、第一寄生电容CP1、第二寄生电容CP2构成电压时间转换电路10。输入为Vout1输出为Vout3的反相器链和输入为Vout2输出为Vout4的反相器链构成逻辑电路11。第一电阻数模转换器RDAC1、第二电阻数模转换器RDAC2和控制逻辑构成失调校准电路12。D触发器构成判断电路13。
其中，第一电阻数模转换器RDAC1和第二电阻数模转换器RDAC2均由校准电阻串和多个开关构成。第一PMOS管M1，其源端和衬底接到电源VDD，栅端连接到时钟信号CLK，漏端连接至保持第一电容C1。第二NMOS管M2，其源端连接到第三NMOS管M3的漏端上，衬底连接到地，栅端连接到时钟信号CLK上，漏端接到第一PMOS管M1管的漏端。第三NMOS管M3，其源端连接到第一电阻R1上，记该点为V1，衬底连接到电阻数模转换器RDAC的校准电阻串上，栅端连接到输入信号Vin，漏端接到第二NMOS管M2的源端。第四PMOS管M4、第五NMOS管M5、第六NMOS管M6和第一PMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管M3的作用及连接方法完全相同，所不同的是第六NMOS管 M6的源端连接到第二电阻R2上，栅端连接至基准电压VREF。第一电容C1，其一端连接至第一PMOS管M1和第二NMOS管M2的漏端，记该点为Vout1，另一端连接到地。电容C2，其一端连接至四PMOS管M4和第五NMOS管M5的漏端，记该点为Vout2，另一端连接到地。第一电阻R1和第一寄生电容CP1一端相连接到第三NMOS管M3的源端，另一端相连接到地；第二电阻R2和第二寄生电容CP2一端相连到第六NMOS管M6的源端，另一端相连接到地。Vout1经过逻辑电路输出Vout3，Vout2经过逻辑电路输出Vout4。D触发器的输入端（D）连接到Vout3上，时钟输入端（CK）连接到Vout4上，输入端（Q）是比较结果Vout，控制逻辑的输入是Vout3、Vout4，输出是N位的数字码，用来控制第一电阻数模转换器RDAC1和第二电阻数模转换器RDAC2的开关。
本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器的结构特点在于：时域比较器是一种将电压量转换为时间域上的脉冲宽度而去比较脉冲宽窄的比较器，它的结构简单并且具有低功耗的特点。本校准技术采用了电阻串作为分压器件，通过调整电阻串的开关来控制比较器输入管的体偏置电压从而改变比较器输入管的阈值电压。而比较器输入管的阈值电压改变后，比较器输入管的过驱动电压也相应地发生改变，最终改变了脉冲宽度达到了校准失调的目的。
附图说明
图1显示采用失调校准技术时间域比较器结构示意图。
图2显示采用失调校准技术时间域比较器电路图。
图3显示采用失调校准技术时间域比较器工作时序示意图。
图4显示采用失调校准技术时间域比较器校准时序示意图。
图中标号：10表示电压转换电路，11表示逻辑电路，12表示失调校准电路，13表示判断电路，14表示控制逻辑。
具体实施方式
以下结合附图进一步描述本发明。
图2是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器电路图，其工作原理是：
1、当CLK为低电平时，M1管对电容C1充电。
2、当CLK的上升沿到来时，M2开启，M3和R作为电流源，以恒定速率对C1放电。
3、此时输入信号Vin通过电阻R1产生一个值为V1/R的电流，该电流对C1放电，产生一个时间脉冲。
4、如果输入信号越大，电流值越大，放电速度越快，产生的时间脉冲宽度越窄。
5、通过M4、M5、M6、R2产生一个以VREF为基准的脉冲，将输入信号的转换脉冲和基准脉冲进行比较，这是通过一个D触发器实现的。
6、当系统上电时，首先对M3和M6的栅压均置为VCM，其中VCM=VREF/2， 此时Vout1应等于Vout2。如果比较器存在失调，Vout1不等于Vout2，Vout1和Vout2通过反相器链产生Vout3和Vout4也不相等。控制逻辑根据Vout3和Vout4的大小决定RDAC1和RDAC2的开关通断，通过RDAC1和RDAC2产生一个校准电压连接到输入管的衬底。此时输入管M3或M6的阈值电压发生改变，从而调整了脉冲宽度。
图3是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器工作时序示意图，其工作时序是：
1、当CLK为高电平时，比较器进入比较状态，输入电压值转换为时间域上的脉冲。
2、当CLK的下降沿到来时，根据此时Vout的逻辑值可以做出如下判断：如果Vout=“1”，Vin<VREF；如果Vout=“0”，Vin>VREF。
图4是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器校准时序示意图，其工作时序是：
1、系统上电时，将M3和M6的栅电压置为VCM（VCM=VREF/2）。
2、当CLK为高电平时，比较器进入比较状态，由于输入管电压相等，输出也应相同。如果输入管存在失调时，比较器的输出Vout1和Vout2必然为一个是逻辑“1”，另一个是逻辑“0”。
3、比较器的输出Vout1和Vout2由反相器链驱动得到Vout3和Vout4，根据Vout3和Vout4的大小通过控制逻辑调整输入管的体偏置电压从而相应地调整脉冲宽度。
4、当比较器的结果发生转变时，校准结束，此时比较器可以开始工作。
Claims (3)
1.一种采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于包括电压电流转换电路（10）、逻辑电路（11）、失调校准电路（12）、判断电路（13）；其中：
模拟输入信号经过电压电流转换电路（10）得到电流信号；
逻辑电路（11）将电流信号转换为时间域上的脉冲；
判断电路（13）对脉冲的宽窄进行判断，得到比较器的输出结果；
失调校准电路（12）对比较器的失调进行校准。
2.根据权利要求1所述的采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于失调校准电路（13）以电阻数模转换器产生的电压来控制比较器输入管的体偏置，以消除时间域比较器的失调电压。
3.根据权利要求1所述的采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于：
该比较器的电路由六个MOS管、四个电容、两个电阻、两个电阻数模转换器、控制逻辑和一个D触发器构成；其中，第一电阻数模转换器RDAC1和第二电阻数模转换器RDAC2均由校准电阻串和多个开关构成；第一PMOS管（M1）的源端和衬底接到电源Vdd，其栅端连接到时钟信号（CLK），其漏端连接至保持第一电容（C1）；第二NMOS管（M2）的源端连接到第三NMOS管（M3）的漏端上，其衬底连接到地，其栅端连接到时钟信号（CLK）上，其漏端接到第一PMOS管（M1）管的漏端；第三NMOS管（M3）的源端连接到第一电阻上，记该点为V1，其衬底连接到第一电阻数模转换器的校准电阻串上，其栅端连接到输入信号Vin，其漏端接到第二NMOS管（M2）的源端；第四PMOS管（M4）、第五NMOS管（M5）、第六NMOS管（M6）和第一PMOS管（M1）、第二NMOS管（M2）、第三NMOS管（M3）的作用及连接方法完全相同，所不同的是第六NMOS管（M6）的源端连接到第二电阻上，其栅端连接至基准电压VREF；第一电容（C1）的一端连接至第一PMOS管（M1）和第二NMOS管（M2）的漏端，记该点为Vout1，另一端连接到地；第二电容（C2）的一端连接至四PMOS管（M4）和第五NMOS管（M5）的漏端，记该点为Vout2，另一端连接到地；D触发器的输入端（D）连接到Vout1上，时钟输入端（CK）连接到Vout2上，输入端（Q）是比较结果Vout，控制逻辑的输入是Vout1、Vout2，输出是N位的数字码，用来控制第一电阻数模转换器RDAC1和第二电阻数模转换器RDAC2的开关。
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