ADC学习(4)—— 电压比较器
ADC学习(3)—— 电压比较器
参考:Boris Murmann Stanford University
文章目录
- ADC学习(3)—— 电压比较器
- 一. 电压比较器概述
- 二. 高增益实现
- 2.1 开环放大器级联
- 2.2 再生锁存器
- 2.3 锁存器的offset
- 2.4 Kickback
- 三. 其他设计考虑
- 3.1 过驱动恢复
- 3.2 亚稳态
- 四. 六种参考设计
一. 电压比较器概述
理想的电压比较器比较输入模拟电压与参考电压之间的差值,并通过无穷增益的放大器输出数字的0或1信号。
电压比较器的输入并不是时间连续的,仅在采样后的时间内对采样的信号进行电压比较。所以我们关注的是采样数据输入的情况,如上图中的第一种情况。
二. 高增益实现
主要有两种实现高增益放大器的方法:
- 多级放大器:电阻负载的差分对级联
- 正反馈再生锁存器:交叉耦合反相器
2.1 开环放大器级联
一般采用三级开环差分放大器级联。
三级联的积分器的输出电压计算公式如上图所示。积分器级联比电阻负载级联实现更快的放大。
2.2 再生锁存器
使用交叉耦合锁存器比级联放大器/积分器作为电压比较器更快。
一般还需要在再生锁存器前面加一级预放大。它起到上图所示的一些作用。下面是一些具体的电路拓扑结构,主要有三种。
2.3 锁存器的offset
锁存器由于晶体管或负载电容失配存在静态或动态offset。
当存在预放大级时,也会存在输入参考offset。
以上有一些解决offset的方法,重点有粗offset调谐。
粗offset调谐使用电容非平衡来调谐offset。
2.4 Kickback
由于寄生电容的存在,会产生不想要的信号反馈,即kickback。
面对kickback的迁移,可以使用额外的开关来隔断。
三. 其他设计考虑
3.1 过驱动恢复
考虑一个非常大的输入,然后对比较器输入极性相反的非常小的输入。可以通过上图的测试来评估过驱动恢复。
3.2 亚稳态
上图显示了将给定差分锁存器输入重生为全逻辑摆幅所需的时间。从图中可以看出,当比较器输入越小,比较输出所用的时间越长。时钟周期结束时,没有明确的逻辑决策,这被称为进入亚稳态。之后的逻辑门将进入难以预测的不稳定状态,因此将此结果归类为错误。在以下分析中,将尝试估计亚稳态发生的概率。
进入亚稳态的概率,由上图中的公式计算。
四. 六种参考设计
最经典的结构可以参考比较器示例(3),即Schinkel结构,以及带校准的示例(4)。
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