CN110149117A - 一种自校准比较器失调电压消除电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自校准比较器失调电压消除电路，包括：比较器，被配置为根据使能信号控制输入共模电压和比较电压，通过连接共模电压进行电压校正后，连接比较信号进行信号比较输出；校准单元，被配置为连接比较器的两个输出端OUTP和OUTN，并根据使能信号将比较器的输出信号反馈到输入端，抵消失调电压；开关单元，被配置为通过使能信号实现共模电压和比较电压的切换输入。本发明通过开关单元和使能信号控制输入共模电压和比较电压，在进行失调电压时输入共模电压，来实现消除电路中的失调电压，在消除失调电压之后输入比较电压，进行比较器的正常比较输出。通过该电路，可以实现大幅度减小比较器失调电压，并且不影响比较器的速度。
Description
技术领域
本发明涉及失调电压调整领域，尤其涉及一种自校准比较器失调电压消除电路。
背景技术
随着半导体工艺的发展，特别是发展到深亚微米阶段，存储器，数据接收器，模数转换器的性能越来越好，对其中关键模块比较器的要求也越来越高，其中失调电压，速度，噪声是影响到数模转换器（逐次逼近型、闪存、流水线型）性能的重要因素。
图1是一个比较器在模数转换器中的典型应用，可以明显看出，比较器的低噪声，高速度，低失调电压（Vos）对逐次逼近型模数转换器的性能具有决定性的作用。所以必须要考虑消除或减小其失调电压，本专利介绍一种自校准消除失调电压，且不对比较器的速度造成太大影响的比较器环路结构。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种自校准比较器失调电压消除电路。
一种自校准比较器失调电压消除电路，包括：比较器，被配置为根据使能信号控制输入共模电压和比较电压，通过连接共模电压进行电压校正后，连接比较信号进行信号比较输出；校准单元，被配置为连接比较器的两个输出端OUTP和OUTN，并根据使能信号将比较器的输出信号反馈到输入端，抵消失调电压；开关单元，被配置为通过使能信号实现共模电压和比较电压的切换输入。
所述比较器包括：放大单元，被配置为并联的主差动对和校正差动对，所述主差动对输入端连接比较信号，校正差动对输入端连接校准单元输出信号，通过校正差动对输入端的压差抵消主差动对的失调电压；动态比较单元，被配置为动态比较器和输出锁存器，连接放大单元输出信号，用于实现电压比较输出。
所述校准单元包括：输入端Vop和Von，分别连接比较器的两个输出端OUTP和OUTN。
输出端，用于输出反馈电压到比较器；第一开关组，被配置为通过Vop输入端口信号和使能信号控制第一电荷存储电容的电荷挪移；第二开关组，被配置为通过Von输入端口信号和使能信号控制第二电荷存储电容的电荷挪移。
进一步的，一种自校准比较器失调电压消除电路，还包括设置于输出端前方的第三电荷存储电容，第三电荷存储电容与所述第一电荷存储电容、第二电荷存储电容通过充放电改变输出端反馈给比较器的电压。
所述校准单元包括相同的第一校准单元和第二校准单元，第一校准单元的Vop输入端接比较器的OUTP输出端，Von输入端接比较器的OUTN输出端；第二校准单元的Vop输入端接比较器的OUTN输出端，Von输入端接比较器的OUTP输出端。
进一步的，一种自校准比较器失调电压消除电路，所述第一开关组和第二开关组采用高阈值MOS管。电荷存储电容采用金属-氧化物-金属结构。所述开关单元包括多个开关和一个非门，通过使能信号控制开关单元实现比较器输入信号的选择。
本发明的有益效果：通过开关单元和使能信号控制输入共模电压和比较电压，在进行失调电压时输入共模电压，通过输入信号控制开关组来实现校准单元的电荷挪移，并通过比较器中校准差动对输入端的压差抵消主差动对的失调电压，来实现消除电路中的失调电压，在消除失调电压之后输入比较电压，进行比较器的正常比较输出。通过该电路，可以实现大幅度减小比较器失调电压，并且不影响比较器的速度，对噪声的影响也较小。
附图说明
图1是比较器在模数转换器中的典型应用示意图；
图2是本发明的整体结构示意图；
图3是本发明的校正单元的结构示意图；
图4是本发明的比较器的结构示意图；
图5是本发明出现失调电压Vos的示意图；
图6是本发明的波形仿真模拟图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本实施例中，如图2所示，电路由两个校准单元，四个开关，一个逻辑非门，一个比较器构成。
电路中共模电压Vcom连接开关S0，S1；S0的另外一端连接比较器正输入极，S1的另外一端连接比较器的负输入极，控制端连接校正使能CAL_EN；S2开关一端连接输入信号vip端，另外一端连接比较器正输入极，S3开关一端连接输入信号vin端，另外一端连接比较器负输入极，S2，S3控制端连接逻辑非门的输出，非门的输入端连接校正使能端CAL_EN。比较器时钟输入端连接输入时钟。两个校正单元使能端连接校正使能端CAL_EN，校正单元1的von连接比较器的OUTN端口，vop连接比较器OUTP端口，输出端CALP端连接比较器输入端CALP端口；校正单元2的von连接比较器的OUTP端口，vop连接比较器OUTN端口，CALP连接比较器CALN端口。比较器OUTP端口为系统vop端，OUTN端口为系统von端。
校准单元如图3所示，校准单元包含8个开关和3个电荷存储电容。CAL_EN连接开关SW1，SW2，SW5，SW6的控制端。Vop连接SW0控制端，连接非门1输入端，非门1输出端连接SW3控制端。Von连接SW7控制端，连接非门2输入端，非门2输出端连接开关SW4的控制端。SW0一端连接电源，与SW1串联，SW1另外一端连接电荷存储电容Cint1，并且与开关SW2相连，SW2另外一端与SW3串联，SW3另外一端连接输出端CALP，连接到电荷存储电容Ccalp正极，同时连接到SW4，SW4与SW5串联，SW5另一端连接到电荷存储电容Cint2，同时连接到SW6，SW6与SW7串联，SW7另一端连接到地。电荷存储电容Cint1、Cint2、Ccalp负极连接到地。
为了减小比较器的输出负载，尽量减小对比较器速度的影响，校准单元的8个开关取最小尺寸。该结构不需要单独设计偏置电压，会在校准时接近开关的导通阻抗设定值。电荷的重新分配由Cint和Ccalp的大小比例和校准环路在每个周期的可用时间来控制，为了减小Ccalp上的电荷泄露，开关采用高阈值的MOS管来实现，且电容采用金属-氧化物-金属结构的电容。
比较器见图4所示，比较器第一级在主差动对MDP、MDN旁边添加了校正差动对MSP、MSN，与主差动对并联。第一级可以为直流放大结构，也可以为动态放大结构。
第二级包括动态比较器和latch结构。
失调电压校正差分对MSP/N和主差分对MDP/N并联，校正差分对MSP/N上的差分电压与主差分对MDP/N上的失调电压相反。MSP/N会对比较器引入额外噪声，该差分对尺寸越大，校准范围越大，同时引入噪声越大，所以MSP/N的尺寸大小和MDP/N的尺寸大小需要做适量的权衡。
本实施例的工作过程：
如图5所示，当开始校正时，CAL_EN置1，开关S0，S1导通，S2，S3关断，比较器差分对电压为共模Vcom，对于一个正的失调电压Vos来说（图5），其输出电压vop为高，von为低，通过两个校准单元，挪移电荷到CALN，并从CALP挪移电荷出去，使得CALN电压升高，CALP电压降低，差动对MSP/N输入端压差抵消掉输入差动对MDP/N的失调电压，最后达到平衡。达到平衡后，比较器在不同时钟周期间隔输出0和1，保持了CALP/N节点的电压稳定，如图6所示，使得比较器校正后Vos比校正前Vos相差10倍左右。
当比较器完成校正后，CAL_EN置0，两个校正单元关闭，节点CALP/N的电压保持校正后的状态，S0，S1关断，S2，S3导通，信号进入差分对，比较器开始工作。
本发明通过开关单元和使能信号控制输入共模电压和比较电压，在进行失调电压时输入共模电压，通过输入信号控制开关组来实现校准单元的电荷挪移，并通过比较器中校准差动对输入端的压差抵消主差动对的失调电压，来实现消除电路中的失调电压，在消除失调电压之后输入比较电压，进行比较器的正常比较输出，通过该电路，可以实现大幅度减小比较器失调电压，并且不影响比较器的速度，对噪声的影响也较小。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，包括：
比较器，被配置为根据使能信号控制输入共模电压和比较电压，通过连接共模电压进行电压校正后，连接比较信号进行信号比较输出；
校准单元，被配置为连接比较器的两个输出端OUTP和OUTN，并根据使能信号将比较器的输出信号反馈到输入端，抵消失调电压；
开关单元，被配置为通过使能信号实现共模电压和比较电压的切换输入。
2.根据权利要求1所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，所述比较器包括：
放大单元，被配置为并联的主差动对和校正差动对，所述主差动对输入端连接比较信号，校正差动对输入端连接校准单元输出信号，通过校正差动对输入端的压差抵消主差动对的失调电压；
动态比较单元，被配置为动态比较器和输出锁存器，连接放大单元输出信号，用于实现电压比较输出。
3.根据权利要求1所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，所述校准单元包括：
输入端Vop和Von，分别连接比较器的两个输出端OUTP和OUTN；
输出端，用于输出反馈电压到比较器；
第一开关组，被配置为通过Vop输入端口信号和使能信号控制第一电荷存储电容的电荷挪移；
第二开关组，被配置为通过Von输入端口信号和使能信号控制第二电荷存储电容的电荷挪移。
4.根据权利要求3所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，还包括设置于输出端前方的第三电荷存储电容，第三电荷存储电容与所述第一电荷存储电容、第二电荷存储电容通过充放电改变输出端反馈给比较器的电压。
5.根据权利要求3所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，所述校准单元包括相同的第一校准单元和第二校准单元，第一校准单元的Vop输入端接比较器的OUTP输出端，Von输入端接比较器的OUTN输出端；第二校准单元的Vop输入端接比较器的OUTN输出端，Von输入端接比较器的OUTP输出端。
6.根据权利要求3所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，所述第一开关组和第二开关组采用高阈值MOS管。
7.根据权利要求3所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，电荷存储电容采用金属-氧化物-金属结构。
8.根据权利要求1所述的一种自校准比较器失调电压消除电路，其特征在于，所述开关单元包括多个开关和一个非门，通过使能信号控制开关单元实现比较器输入信号的选择。
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