CN102435818A - 高精度动态比较器的测试方法及测试电路 - Google Patents

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CN102435818A CN2011103762272A CN201110376227A CN102435818A CN 102435818 A CN102435818 A CN 102435818A CN 2011103762272 A CN2011103762272 A CN 2011103762272A CN 201110376227 A CN201110376227 A CN 201110376227A CN 102435818 A CN102435818 A CN 102435818A
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胡炜
何明华
王法翔
张志晓
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Fuzhou University
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Abstract

本发明涉及一种高精度动态比较器的测试方法，首先，通过一钟控SR锁存器判断该比较器输出状态，并将判断后的输出信号输入一单位增益放大器；其次，提供一二阶积分器，对所述单位增益放大器输出经过缓冲器后信号的正、负进行正向积分或反向积分后，为所述比较器提供一反馈电压
Figure 2011103762272100004DEST_PATH_IMAGE002
。另外，本发明提供一种实现上述方法的测试电路，本发明只要通过对动态比较器的一次仿真就可以获得输入失调电压，并且测试精度可人为控制，实现了测试的快速性及准确可调性。

Description

高精度动态比较器的测试方法及测试电路
技术领域
本发明涉及一种高精度动态比较器的测试方法及测试电路。
背景技术
动态比较器广泛应用于模数转换器，数据采集等系统中，其中低输入失调电压高精度的动态比较器发展尤为迅速，但是相对应的仿真方法还存在着很大的局限性。传统的仿真方法为：运放结构的开环比较器可以通过DC扫描得到输入失调电压，即在开环比较器的一个输入端输入参考信号，在另外一端输入一个直流信号，设为变量，然后进行参数扫描，输出结果发生跳变时的转折点电压与参考信号电压的差值即为失调电压。
因为比较器无法进行DC扫描。因此，为了找到实际的失调阈值电压必须输入不同的信号进行尝试。设计者必须使用多次仿真和逐次逼近的方法来获得实际的失调阈值电压，即刚开始预先估计输入失调电压值为多少，然后在比较器的输入端输入一个信号差，如果比较器能够正确分辨，那就说明信号差大于输入失调电压，那就减小输入信号差，再次仿真，看能不能比较，如果不能比较，说明第二次的输入信号差比实际输入失调电压小，比较器无法正常比较，那第三次输入的信号差就比第一次的小，比第二次大，如此反复，逐次逼近进行比较。
这种传统的测量比较器输入失调电压的方法非常的耗时耗精力。当输入失调电压值可以容易地获得的话，那么就会加快设计和仿真的进度，这也使得找到一个有效的输入失调电压测试方法显得格外的重要。 
发明内容
本发明的目的是提供一种高精度动态比较器的测试方法及测试电路，能实现对动态比较器的一次仿真就可以获得输入失调电压。
本发明的方法采用以下方案实现：一种高精度动态比较器的测试方法，其特征在于：首先，通过一钟控SR锁存器判断该比较器输出状态，并将判断后的输出信号输入一单位增益放大器再经过缓冲器增加驱动能力；其次，提供一二阶积分器，对所述单位增益放大器输出经过缓冲器信号的正、负进行正向积分或反向积分后，为所述比较器提供一反馈电压                                               。
本发明的电路采用以下方案实现：一种高精度动态比较器的测试电路，其特征在于，包括：一比较器；一钟控SR锁存器；其输入端与所述比较器的输出端连接；一单位增益放大器，其输入端与所述钟控SR锁存器的输出端连接；一缓冲器，其输入端与所述单位增益放大器的输出端连接；以及一二阶积分器，其输入端与所述缓冲器的输出端连接，输出端为所述比较器提供一反馈电压
Figure 557151DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明具有以下优点：
1、简洁快速性：针对传统动态比较器的测试方法中只能通过瞬态仿真，一次又一次的尝试，这种逐次逼近的测试方法，本测试电路只需仿真一次就可获得比较器准确的输入失调电压。
2、精度可调：因此要提高该测试方法的精度，就要尽可能地减小平衡时波形的峰峰值大小。因为时钟的周期是固定的，可以通过设置二阶积分器的增益大小来改变积分斜率。增益设置越小，峰峰值越小，精度越高。
附图说明
图1是本发明实施例测试电路连接示意图。
图2是本发明实施例动态比较器没有输入失调电压时的仿真波形图。
图3是本发明实施例动态比较器输入失调电压时的仿真波形图。
具体实施方式
本实施例提供一种高精度动态比较器的测试方法，该方法首先通过一钟控SR锁存器判断该比较器输出状态，并将判断后的输出信号输入一单位增益放大器；其次，提供一二阶积分器，根据所述单位增益放大器经过缓冲器后输出信号的正、负进行正向积分或反向积分后，为所述比较器提供一反馈电压
Figure 336889DEST_PATH_IMAGE002
。
为实现上述方法本实施例提供一种高精度动态比较器的测试电路，其特征在于，包括：一比较器；一钟控SR锁存器；其输入端与所述比较器的输出端连接；一单位增益放大器，其输入端与所述钟控SR锁存器的输出端连接；以及一二阶积分器，其输入端与缓冲器的输出端连接，输出端为所述比较器提供一反馈电压。
下面结合附图对本发明的实现原理做进一步说明。
如图1所示，钟控SR锁存器的输出信号
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE006
接到理想的单位增益放大器的输入端。理想单位增益放大器
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE008
，当
Figure 421836DEST_PATH_IMAGE004
为高，则放大器输出高电平，即电源电压VDD，当
Figure 555883DEST_PATH_IMAGE006
为高，则单位增益放大器输出为负的VDD。然后单位增益放大器的输出信号经过缓冲器，增加其驱动能力。二阶积分器根据缓冲器输出信号的正负进行正向积分和反向积分。Clock是控制比较器工作的时钟，设时钟由低电平转为高电平时，比较器开始正常比较。
现在假设比较器没有输入失调电压，并且二阶积分器的输出信号
Figure 822917DEST_PATH_IMAGE002
（电压反馈）刚开始是低于参考电压，
Figure 84134DEST_PATH_IMAGE004
为高，为低，也就是单位增益放大器的输出信号
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE010
大于零，二阶积分器进行正向积分。当时钟的上升沿到来时，如果
Figure 559425DEST_PATH_IMAGE002
超过了正向输入端的参考电压，那么，比较器的输出发生跳变，
Figure 376072DEST_PATH_IMAGE004
为低，
Figure 113084DEST_PATH_IMAGE006
为高，使得小于零，二阶积分器由正向积分转为反向积分。当下一个时钟上升沿来临时，二阶积分器已经经过一个时钟周期的反向积分，小于参考电压，比较器的输出又一次发生跳变，二阶积分器又开始了正向积分，如此反复进行，整个环路达到稳定状态，仿真波形图如图2所示。
如果比较器带有输入失调电压的话，假设在比较器的IP端有个正向的输入失调电压
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE012
，那么，当有效时钟沿来临时，IN端的输入信号必须大于
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE014
，比较器的输出结果才会发生跳变。也就是说相当于实际的参考电压
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE016
。平衡的时候，说明二阶积分器的输出信号穿越了新的参考线。两条参考电压线的差值
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE018
就是比较器的输入失调电压。
当有效时钟来临时，二阶积分器的输出信号只要比实际的参考电压大或者小，比较器的输出就会发生变化。通常，我们取峰峰值的一半作为新的参考电压线，如图3的
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE020
。这样的取值会存在偏差，如图中的
Figure 2011103762272100002DEST_PATH_IMAGE022
。这个偏差的最大值为峰峰值的一半。因此要提高该测试方法的精度，就要尽可能地减小平衡时波形的峰峰值大小。因为时钟的周期是固定的，可以通过设置二阶积分器的增益大小来改变积分斜率。增益设置越小，峰峰值越小，精度越高，但是积分速度慢，仿真时间加长了，因此，在仿真精度和仿真时间方面存在折衷关系。 
值得一提的是，本发明的方法可广泛应用于流水线型模数转换器Pipeline ADC，闪存型模数转换器Flash ADC，逐次逼近型模数转换器 Sar ADC的动态比较器中。该方法可有效测得比较器在高速工作情况下的等效输入失调电压，这个失调电压包括比较器的DC和动态失调（如电荷注入和电容耦合），该方法的高速性和高效性可允许电路设计者探索更广的设计领域，提供重要的比较器分析方法。本发明的测试电路可广泛应用于Cadence,ADS,Hspice,Pspice等多种集成电路设计平台，其中二阶积分器模块与单位增益模块即可是实际电路也可是理想模型，对测试系统的要求较低，同时仿真时间大为减少，对服务器等硬件需要也较低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。 

Claims (5)

1.一种高精度动态比较器的测试方法，其特征在于：
首先，通过一钟控SR锁存器判断该比较器输出状态，并将判断后的输出信号输入一单位增益放大器；
然后，提供一缓冲器，输入为单位增益放大器的输出，以提高其驱动能力和带负载能力；
其次，提供一二阶积分器，根据所述缓冲器输出信号的正、负进行正向积分或反向积分后，为所述比较器提供一反馈电压                                               
Figure 2011103762272100001DEST_PATH_IMAGE002
。
2.根据权利要求1所述的高精度动态比较器的测试方法，其特征在于：通过设置所述二阶积分器的增益大小来改变积分斜率，以控制该比较器的精度。
3.根据权利要求1所述的高精度动态比较器的测试方法，其特征在于：该方法能应用于流水线型模数转换器Pipeline ADC，闪存型模数转换器Flash ADC，逐次逼近型模数转换器 Sar ADC的动态比较器中。
4.一种高精度动态比较器的测试电路，其特征在于，包括：
一比较器；
一钟控SR锁存器；其输入端与所述比较器的输出端连接；
一单位增益放大器，其输入端与所述钟控SR锁存器的输出端连接；
一缓冲器，其输入端与所述单位增益放大器的输出端连接；以及
一二阶积分器，其输入端与所述缓冲器的输出端连接，输出端为所述比较器提供一反馈电压
Figure 670208DEST_PATH_IMAGE002
。
5.根据权利要求4所述的高精度动态比较器的测试电路，其特征在于：进一步包括一时钟电路，用于控制所述比较器工作。
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