CN107508599A - 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器 - Google Patents

一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器 Download PDF

Info

Publication number
CN107508599A
CN107508599A CN201710705909.0A CN201710705909A CN107508599A CN 107508599 A CN107508599 A CN 107508599A CN 201710705909 A CN201710705909 A CN 201710705909A CN 107508599 A CN107508599 A CN 107508599A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
electric capacity
comparator
rail
inputs
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN201710705909.0A
Other languages
English (en)
Inventor
唐鹤
陈科全
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201710705909.0A priority Critical patent/CN107508599A/zh
Publication of CN107508599A publication Critical patent/CN107508599A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/10—Calibration or testing
    • H03M1/1009—Calibration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Analogue/Digital Conversion (AREA)
  • Manipulation Of Pulses (AREA)

Abstract

一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器，属于模拟集成电路技术领域。第一电阻和第二电阻串联接在比较器的两个输入端之间；比较器的两个输入端分别通过第一开关和第二开关连接第一电容和第二电容的上极板，第一电阻和第二电阻的串联点分别通过第三开关和第四开关连接第一电容和第二电容的上极板；前置放大器的两个输入端分别连接第一电容和第二电容的下极板，其两个输出端分别通过第三电容和第四电容后连接锁存器的两个输入端；前置放大器的两个输入端分别通过第五开关和第六开关后连接共模电压，锁存器的两个输入端分别通过第七开关和第八开关后连接共模电压。本发明提出的比较器具有失调校准功能，同时将输入范围扩大至轨到轨，增大了适用范围。

Description

一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器
技术领域
本发明属于模拟集成电路技术领域，涉及一种适用于单端信号比较的比较器，具体涉及一种用于单斜坡模数转换器(single-slope ADC)的具有失调校准的轨到轨输入比较器。
背景技术
模数转换器(ADC)的功能是将模拟信号转换为数字信号，是连接模拟世界和数字世界的桥梁。近些年来由于便携式电子产品需求的迅速增长，视频技术的迅速发展，CMOS工艺制造技术的不断进步，使得CMOS图像传感器有了很大的进步。而模数转换器作为CMOS图像传感器中的重要组成部分，它对整个图像传感器的图像质量和运行速度等方面都有着决定性的作用。
当今研究的图像传感器中涉及到的ADC分为三类，即像素级ADC、列级ADC和芯片级ADC。单斜坡ADC作为列级ADC的一种，相对于芯片级ADC，降低了对ADC速度要求的限制；相对于像素级ADC，不影响像素填充因子，降低了设计难度。
比较器是单斜坡模数转换器的核心模块之一，其性能直接影响到整个ADC的性能。比较器设计中需要考虑的一个关键问题就是失调电压，失调电压主要是由输入对管阈值电压失配和宽长比失配引起的，而一般动态比较器的失调电压很大，会严重影响ADC的线性度，因此需要对比较器的失调电压进行校准。同时，随着图像传感器读出电路所输出的电压范围的扩大，由于单斜坡ADC的输入端就是比较器的输入端，这就要求比较器在大输入电压范围内还能正常工作，然而对于一般的比较器，有着阈值电压的限制，当输入电压小于或大于某些值后，比较器输入管不能正常开启，无法得到比较结果。为了同时保证比较器具有失调校准功能和在大的信号输入范围内能正常工作，提出了一种具有失调校准的轨到轨输入比较器。
发明内容
本发明提出了一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器，具有失调校准功能，同时比较器输入范围可达到轨到轨。
本发明的技术方案为：
一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器，包括锁存器、前置放大器、第一电容至第四电容、第一电阻和第二电阻以及第一开关至第八开关，
第一电阻和第二电阻串联并接在所述比较器的两个输入端之间，第一电阻和第二电阻阻值相等；所述比较器的两个输入端分别通过第一开关和第二开关连接第一电容的上极板和第二电容的上极板，第一电阻和第二电阻的串联点分别通过第三开关和第四开关连接第一电容的上极板和第二电容的上极板；
前置放大器的两个输入端分别连接第一电容的下极板和第二电容的下极板，其两个输出端分别通过第三电容和第四电容后连接锁存器的两个输入端，锁存器的输出端为所述比较器的输出端；
所述前置放大器的两个输入端分别通过第五开关和第六开关后连接共模电压，所述锁存器的两个输入端分别通过第七开关和第八开关后连接共模电压。
具体的，所述第一开关和第二开关通过第一信号控制，第三开关至第八开关通过第二信号控制，所述第一信号和第二信号反相。
本发明有益效果为：结构简单，仅通过增加电容、电阻和开关就将本发明提出的比较器输入范围扩大至轨到轨；同时具有失调校准功能，扩大了本发明的适用范围。
附图说明
图1为本发明提出的一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器的电路结构图；
图2为本发明提出的一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器工作在复位阶段的等效电路图；
图3为本发明提出的一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器工作在比较阶段的等效电路图；
图4为本发明提出的一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器工作时X、Y处电压和输入电压的变化波形图；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明进行详细的描述：
本实施例中将本发明提出的比较器应用于单斜坡模数转换器，图1为本发明所提出的比较器的电路结构图，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值相等，串联分压后得到输入到比较器两输入端的两输入信号的中间电压值VA，作为第一电容C1和第二电容C2上极板的复位信号。第一电容C1和第二电容C2对输入信号采样，然后转换为以共模电压VCM为共模电平的差分信号，其中共模电压VCM的取值由前置放大器共模输入电平决定，其值能够使得前置放大器能正常工作。
对于任意两个输入信号，最终输入到前置放大器的信号共模电平均为共模电压VCM，这样保证了前置放大器增益恒定，比较器输入信号范围不会受前置放大器共模输入范围限制，可扩大至轨到轨。第三电容C3和第四电容C4用于存储前置放大器的输出失调电压，前置放大器对输入信号进行预放大，锁存器比较出最后结果。
本发明提出的比较器通过第一信号和第二信号控制工作在复位阶段和比较阶段。第一开关S1和第二开关S2断开，第三开关S3至第八开关S8闭合时比较器工作在复位阶段，此时采用输出失调存储技术来消除前置放大器的失调电压，同时对采样电容进行充电，如图2所示为本发明提出的比较器工作在复位阶段的等效电路图。第一开关S1和第二开关S2闭合，第三开关S3至第八开关S8断开时比较器工作在比较阶段，此时将比较器输入信号转换为共模电平恒定的差分信号，经前置放大器放大后比较出结果，如图3所示为本发明提出的比较器工作在比较阶段的等效电路图。
本发明提出的比较器的失调电压主要为两部分，前置放大器的失调电压和锁存器的失调电压，其中前置放大器的失调电压VOSA采用输出失调存储技术来消除，VOSA通过前置放大器放大AV倍后存储在第三电容C3和第四电容C4上，此时电路表现为零差分输入，零差分输出。当第五开关S5至第八开关S8断开后，如果不考虑第五开关S5、第六开关S6和第七开关S7、第八开关S8电荷注入引起的失配，由前置放大器、第三电容C3和第四电容C4构成的电路就表现为零失调电压。
假设电容第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3和第四电容C4的电容值相等且都为C，第五开关S5和第六开关S6注入到第一电容C1和第二电容C2上的电荷失调量为ΔQ5,6，第七开关S7和第八开关S8注入到第三电容C3和第四电容C4上的电荷失调量为ΔQ7,8，则第五开关S5至第八开关S8引起的失调等效到比较器输入端为这个失调电压很小可以忽略。由于锁存器的失调电压VOSL等效到比较器输入端要除以前置放大器增益AV，即所以大大减小了锁存器的失调电压VOSL。比较器校准后总失调电压为：
如图2，复位阶段第一电容C1和第二电容C2存储的电荷分别为：
Q1＝C(VCM-VA) (2)
Q2＝C(VCM-VA) (3)
其中
如图3，比较阶段第一电容C1和第二电容C2存储的电荷分别为：
Q1'＝C(VX-VINP) (4)
Q2'＝C(VY-VINN) (5)
由于前置比较器量输入端结点X、Y处无电荷泄放通路，电荷量保持不变，即Q1＝Q1'，Q2＝Q2'，得到：
VX-VY＝VINP-VINN (8)
由公式(6)(7)(8)可看出，对于任意比较器输入信号，均可转换为以共模电压VCM为共模电平的差分信号，如图4所示，其中VINN为阶梯状斜坡信号，VINP为单斜坡ADC输入信号。
考虑到前置放大器存在输入寄生电容与第一电容C1、第二电容C2串联分压，导致加载到前置放大器输入端的差分信号幅度会缩小的情形，因此选取第一电容C1、第二电容C2的值应当远大于前置放大器输入寄生电容(在面积功耗允许范围内)，同理适用于第三电容C3、第四电容C4值的选取。除此之外，根据对比较器失调电压的要求选取前置放大器的增益，为防止前置放大器输出饱和，增益一般小于10。增益不足时可采用多级预放大，因为该结构比较器能保证每级放大器输入信号都是以VCM为共模电平的差分信号，所以只需采用同一种放大器就能实现多级预放大，大大简化了设计。
本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器，其特征在于，包括锁存器、前置放大器、第一电容至第四电容、第一电阻和第二电阻以及第一开关至第八开关，
第一电阻和第二电阻串联并接在所述比较器的两个输入端之间，第一电阻和第二电阻阻值相等；所述比较器的两个输入端分别通过第一开关和第二开关连接第一电容的上极板和第二电容的上极板，第一电阻和第二电阻的串联点分别通过第三开关和第四开关连接第一电容的上极板和第二电容的上极板；
前置放大器的两个输入端分别连接第一电容的下极板和第二电容的下极板，其两个输出端分别通过第三电容和第四电容后连接锁存器的两个输入端，锁存器的输出端为所述比较器的输出端；
所述前置放大器的两个输入端分别通过第五开关和第六开关后连接共模电压，所述锁存器的两个输入端分别通过第七开关和第八开关后连接共模电压。
2.根据权利要求1所述的失调校准和轨到轨输入结合的比较器，其特征在于，所述第一开关和第二开关通过第一信号控制，第三开关至第八开关通过第二信号控制，所述第一信号和第二信号反相。
CN201710705909.0A 2017-08-17 2017-08-17 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器 Withdrawn CN107508599A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710705909.0A CN107508599A (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710705909.0A CN107508599A (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107508599A true CN107508599A (zh) 2017-12-22

Family

ID=60692065

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710705909.0A Withdrawn CN107508599A (zh) 2017-08-17 2017-08-17 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107508599A (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108988859A (zh) * 2018-08-28 2018-12-11 电子科技大学 基于冗余位的比较器失调电压校准方法
CN109104157A (zh) * 2018-07-19 2018-12-28 电子科技大学 一种自调零运算放大器
CN109120268A (zh) * 2018-08-28 2019-01-01 电子科技大学 一种动态比较器失调电压校准方法
CN111416623A (zh) * 2020-03-24 2020-07-14 大连理工大学 基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路
CN114221641A (zh) * 2022-02-21 2022-03-22 成都芯翼科技有限公司 一种宽共模输入电压的快速比较器电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101764612A (zh) * 2008-12-31 2010-06-30 香港应用科技研究院有限公司 多阶段比较器
CN104113311A (zh) * 2014-02-28 2014-10-22 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种开关电容型比较器的失调校正电路及其控制方法
CN106603048A (zh) * 2016-11-22 2017-04-26 上海华力微电子有限公司 一种连级比较器电路
CN106712730A (zh) * 2016-11-30 2017-05-24 上海集成电路研发中心有限公司 一种可调节信号且可编程的增益放大器

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101764612A (zh) * 2008-12-31 2010-06-30 香港应用科技研究院有限公司 多阶段比较器
CN104113311A (zh) * 2014-02-28 2014-10-22 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种开关电容型比较器的失调校正电路及其控制方法
CN106603048A (zh) * 2016-11-22 2017-04-26 上海华力微电子有限公司 一种连级比较器电路
CN106712730A (zh) * 2016-11-30 2017-05-24 上海集成电路研发中心有限公司 一种可调节信号且可编程的增益放大器

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109104157A (zh) * 2018-07-19 2018-12-28 电子科技大学 一种自调零运算放大器
CN109104157B (zh) * 2018-07-19 2021-04-02 电子科技大学 一种自调零运算放大器
CN108988859A (zh) * 2018-08-28 2018-12-11 电子科技大学 基于冗余位的比较器失调电压校准方法
CN109120268A (zh) * 2018-08-28 2019-01-01 电子科技大学 一种动态比较器失调电压校准方法
CN108988859B (zh) * 2018-08-28 2021-09-07 电子科技大学 基于冗余位的比较器失调电压校准方法
CN111416623A (zh) * 2020-03-24 2020-07-14 大连理工大学 基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路
CN111416623B (zh) * 2020-03-24 2022-09-20 大连理工大学 基于鱼群算法的低失调宽范围比较器电路
CN114221641A (zh) * 2022-02-21 2022-03-22 成都芯翼科技有限公司 一种宽共模输入电压的快速比较器电路
CN114221641B (zh) * 2022-02-21 2022-05-20 成都芯翼科技有限公司 一种宽共模输入电压的快速比较器电路

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107508599A (zh) 一种失调校准和轨到轨输入结合的比较器
CN206211983U (zh) 一种模数转换器电路
US7639073B2 (en) Switched-capacitor amplifier with improved reset phase
CN104363020B (zh) 一种流水线模数转换器及其误差校准方法
CN114245039B (zh) 读出集成电路和红外成像仪
CN109587420A (zh) 一种图像传感器高精度读出电路结构及工作时序控制方法
CN104767525A (zh) 模拟数字变换器以及影像传感器
CN102809436B (zh) 一种红外线列焦平面读出电路
CN102832915B (zh) 可编程上电复位系统
CN103973274A (zh) 锁存比较器
CN109587419A (zh) 一种图像传感器低功耗读出电路结构及工作时序控制方法
CN108718196A (zh) 一种应用于音圈马达驱动芯片的运放失调自校准电路
CN107454350A (zh) 脉冲宽度调制型图像传感器电路及其处理方法
CN110401447A (zh) 一种无运放mdac型时间域adc结构
CN107579740A (zh) 提高流水线模数转换器输出精度的方法及模数转换器
US7532146B2 (en) Multi-bit pipeline analog-to-digital converter having merged capacitor switching structure
CN106603048A (zh) 一种连级比较器电路
CN100380932C (zh) 焦平面读出电路像素单元电路
US20040113829A1 (en) Analog to digital conversion circuit
CN101789789B (zh) 一种参考电压产生电路
CN104135291B (zh) 一种以脉冲充电形式实现的连续接近式寄存器模数转换器
CN106998433A (zh) 用于宽动态范围图像传感器的相关多次采样方法及电路
CN110018337A (zh) 一种双向采样电路、采样方法及其测试方法
CN107733433A (zh) 一种电流源校准装置及方法
CN115550581A (zh) 一种像素列读出电路及图像传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20171222