專利名稱：電流低壓高速比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種深亞微米的低壓高速比較器的電路，尤其涉及的是一種電流模的深亞微米的低功耗高速比較器的微電子電路。

背景技術(shù)：
隨著便攜式設(shè)備的廣泛使用，功能越來越多，重量越來越輕，但電池能有效減輕的重量是有限的，這些特點有賴于低功耗芯片的使用和研制。影響模擬電路功耗的幾個因素中，比較器的功耗占用比例比較大，在高速時尤其明顯，如何在保證比較功能的前提下設(shè)計低功耗高速比較器是一個重要的研究課題。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的通用電壓比較器的電路框圖，該通用電壓比較器100中，我們通用的設(shè)計方法是預(yù)放大器140、判決器150、緩沖放大器160、偏置電路110，如圖1所示，有時為了減小電壓失調(diào)，在預(yù)放級前加上失調(diào)消除結(jié)構(gòu)130，例如開關(guān)電容接入機制或者是采樣機制；為了獲得快速，在判決器中加入鐘控或者鎖存比較器起到加速的作用，這時還需時鐘控制電路120。這種結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為電壓模比較器的一種最通用的設(shè)計方法。但對于低電源電壓下，如1.2V甚至更低，這些方法對高速比較器的設(shè)計都要打折扣，因為電壓冗余很少，動態(tài)范圍受限，導致比較器的速度在500MHz時就很難設(shè)計。
電流模電路比電壓模電路有很多優(yōu)點，如低電源電壓、寬帶寬、可調(diào)的輸入阻抗、高的壓擺率、隨電源和地信號的波動小。用電流模電路改造圖1所示的電壓模比較器對于提高低壓比較器的速度是很有用途的。但電流模電路也有缺點第一，主要的限制是缺少適當?shù)妮斎爰壷罚坏诙?，通常初始的輸出支路的不平衡引起快速的響?yīng)，導致比較動作前一些輸出管容易工作在三極區(qū)；第三，比較器的精度依賴于輸入級的失調(diào)，而失調(diào)和硅工藝的失配是相連的。
US2006164126也發(fā)明了一種高速比較器，其中對再生鎖存器進行特別的修改，增加電阻隔離P型(PFF)鎖存器和N型(NFF)鎖存器，并且增加尾電流控制機制，但對于低壓的適應(yīng)度，并不夠充分。為了克服這些缺點，本發(fā)明提出一種新的電流模的深亞微米的高速比較器的電路。考慮到低壓下的要求，本發(fā)明利用電流模輸入級，并改造再生鎖存器，形成新的線路裝置。


發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種電流模的低壓高速比較器，其既能夠克服電壓模比較器，又能夠在保證低壓的要求下高速運行。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的電流低壓高速比較器，包括AB類電流鏡輸入電路，與第一輸入電流信號Iinp和第二輸入電流信號Iinn相連，用于提高輸入范圍，減小輸入失調(diào)，產(chǎn)生第一輸出(Ip)和第二輸出In，提高輸出擺幅動態(tài)范圍和對工藝的容忍度；偏置電路，與AB類電流鏡輸入電路的第一輸入端VB1和第二輸入端VB2連接，用于產(chǎn)生AB類電流鏡輸入電路的電流偏置或電壓偏置；再生鎖存器，與AB類電流鏡輸入電路的輸出端連接，用于鎖存并比較AB類電流鏡輸入電路的第一輸出Ip和第二輸出In；時鐘控制電路，用于生成控制再生鎖存器用的第一時鐘f1和第二時鐘f2，第一時鐘f1和第二時鐘f2為兩相非重疊時鐘；以及SR鎖存器，與再生鎖存器的輸出端連接，用于穩(wěn)定再生鎖存器的輸出在數(shù)字輸出電平。
在上述電流低壓高速比較器中，再生鎖存器包括第一MOS管MP1，用于預(yù)充電；第二MOS管MP2，與第一MOS管MP1的源極相連；第三MOS管MP3，與第二MOS管MP2形成一對第一再生鎖存管PFF，其柵極與第一MOS管MP1的漏極相連；第四MOS管MP4，用于預(yù)充電，其漏極與第二MOS管MP2的柵極相連，其中，第一MOS管MP1、第二MOS管MP2、第三MOS管MP3、第四MOS管MP4的源極相連在一起；第五MOS管MP5，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第二時鐘f2進行動作，在復(fù)位相時將第一再生鎖存管PFF的兩端短接，從而起到復(fù)位的作用；第六MOS管MP6，其源極與第二MOS管MP2的漏極相連；第七MOS管MP7，其源極與第三MOS管MP3的漏極相連；第八MOS管MN1，用于預(yù)充電，其柵極與第六MOS管MP6的漏極相連；第九MOS管MN2，其漏極與第六MOS管MP6的漏極相連；第十MOS管MN3，與第九MOS管MN2一起形成第二再生鎖存管NFF，其柵極與第八MOS管MN1的漏極相連，其漏極與第七MOS管MP7的漏極相連；第十一MOS管MN4，其漏極與第九MOS管MN2的柵極相連，其中，第八MOS管MN1、第九MOS管MN2、第十MOS管MN3、第十一MOS管MN4的源極相連在一起；第十二MOS管MN5，與AB類電流鏡輸入電路的第一輸出Ip相連，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第一時鐘f1進行動作，對接入的AB類電流鏡輸入電路的輸出電流的路徑起到分開復(fù)位相和再生相的作用，其漏極與第二MOS管MP2的漏極相連；第十三MOS管MN6，與AB類電流鏡輸入電路的第二輸出In相連，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第一時鐘f1進行動作，對接入的AB類電流鏡輸入電路的輸出電流的路徑起到分開復(fù)位相和再生相的作用，其漏極與第三MOS管MP3的漏極相連；以及反相器Inv1，連接在第四MOS管MP4的柵極和第十一MOS管MN4的柵極之間，用于取得第一再生鎖存管PFF和第二再生鎖存管NFF的控制端的同步。
在上述電流低壓高速比較器中，當電流低壓高速比較器處于復(fù)位模式、即第一時鐘f1為1，第二時鐘f2為0時，AB類電流鏡輸入電路與再生鎖存器斷開連接，第一再生鎖存管PFF的第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；第二再生鎖存管NFF的第九MOS管MN2和第十MOS管MN3的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF斷開；第五MOS管MP5導通。
在上述電流低壓高速比較器中，當電流低壓高速比較器從復(fù)位模式向再生鎖存模式轉(zhuǎn)換、即第一時鐘f1為1，第二時鐘f2為1時，AB類電流鏡輸入電路與再生鎖存器斷開連接，第一再生鎖存管PFF的第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；第二再生鎖存管NFF的第九MOS管MN2和第十MOS管MN3的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF斷開，同時起鎖存再生作用；第五MOS管MP5截止。
在上述電流電壓高速比較器中，當電流低壓高速比較器處于再生鎖存模式、即第一時鐘f1為0，第二時鐘f2為1時，AB類電流鏡輸入電路與再生鎖存器相連接；第一再生鎖存管PFF的第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的各自的源極和漏極不相連，第二再生鎖存管NFF的第九MOS管MN2和第十MOS管MN3的各自的源極和漏極不相連，起到鎖存再生作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF相連，同時起鎖存再生作用；第五MOS管MP5截止。
此外，在上述電流低壓高速比較器中，第一MOS管MP1至第七MOS管MP7是P型場效應(yīng)管，第一再生鎖存管(PFF)是P型的再生鎖存管；第八MOS管MN1至第十三MOS管MN6是N型場效應(yīng)管，第二再生鎖存管NFF是N型的再生鎖存管；或者在將再生鎖存器的結(jié)構(gòu)沿水平軸方向180°旋轉(zhuǎn)后，第一MOS管MP1至第七MOS管MP7是N型場效應(yīng)管，第一再生鎖存管PFF是P型的再生鎖存管；第八MOS管MN1至第十三MOS管MN6是P型場效應(yīng)管，第二再生鎖存管NFF是P型的再生鎖存管，也就是說，用PMOS管替代NMOS，用NMOS替代PMOS，第一MOS管MP1至第七MOS管MP7是N型場效應(yīng)管；第八MOS管MN1至第十三MOS管MN6是P型場效應(yīng)管。
此外在上述比較器中，再生鎖存器也可以包括第一MOS管MP1，用于預(yù)充電；第二MOS管MP2，其漏極與AB類電流鏡輸入電路的第一輸出Ip相連；第三MOS管MP3，與第二MOS管MP2形成一對第一再生鎖存管PFF，其柵極與第一MOS管MP1的漏極相連，其漏極與AB類電流鏡輸入電路的第二輸出In相連；第四MOS管MP4，用于預(yù)充電，其漏極與第二MOS管MP2的柵極相連，其中，第一MOS管MP1、第二MOS管MP2、第三MOS管MP3、第四MOS管MP4的源極相連在一起；第十MOS管MN3，其柵極與第一MOS管MP1的柵極相連，其漏極與第二MOS管MP2的漏極相連，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第一時鐘f1進行動作；第十一MOS管MN4，其漏極與第三MOS管MP3的漏極相連，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第一時鐘f1進行動作，其源極與SR鎖存器相連；第十二MOS管MN5，根據(jù)時鐘控制電路所生成的第二時鐘f2進行動作，在復(fù)位相時把NFF的兩端短接從而起到復(fù)位的作用，其漏極與第十MOS管MN3的源極相連；第八MOS管MN1，用于預(yù)充電，其漏極與第十MOS管MN3的源極相連，其柵極與第十二MOS管的源極相連；以及第九MOS管MN2，與第八MOS管MN1一起形成第二再生鎖存管NFF，其柵極與第十二MOS管MN5的漏極相連，其漏極與第十一MOS管MN4的源極相連，其源極與第八MOS管MN1的源極相連。
在上述電流低壓高速比較器中，當電流低壓高速比較器處于復(fù)位模式時，AB類電流鏡輸入電路與第一再生鎖存管PFF相連接；第二再生鎖存管NFF的第八MOS管MN1和第九MOS管MN2的各自的源極和漏極不相連，第八MOS管MN1的漏極和第九MOS管MN2的漏極相連，起到復(fù)位作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF斷開；第五MOS管MP5導通。
在上述電流低壓高速比較器中，當電流低壓高速比較器處于數(shù)據(jù)讀取和零偏置狀態(tài)時，AB類電流鏡輸入電路與再生鎖存器相連接；第二再生鎖存管NFF的第八MOS管MN1和第九MOS管MN2的各自的源極和漏極不相連，第八MOS管MN1的漏極和第九MOS管MN2的漏極相連，起到復(fù)位作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF斷開；第五MOS管MP5導通。
在上述比較器中，當電流低壓高速比較器處于再生模式時，AB類電流鏡輸入電路與再生鎖存器相連接；第一再生鎖存管PFF的第二MOS管MP2和第三MOS管MP3的各自的源極和漏極不相連，第二再生鎖存管NFF的第九MOS管MN2和第十MOS管MN3的各自的源極和漏極不相連，起到鎖存再生作用；第一再生鎖存管PFF與第二再生鎖存管NFF相連，同時起鎖存再生作用；第五MOS管MP5截止。
在上述電流低壓高速比較器中，第一MOS管MP1至第4MOS管MP4是P型場效應(yīng)管；第八MOS管MN1至第十三MOS管MN5是N型場效應(yīng)管；或者根據(jù)PMOS管和NMOS管對稱對調(diào)的方法，用PMOS管替代NMOS，用NMOS替代PMOS，也就是說沿水平軸方向180°旋轉(zhuǎn)后，第一MOS管MP1至第四MOS管MP4是N型場效應(yīng)管；第八MOS管MN1至第十三MOS管MN5是P型場效應(yīng)管。
根據(jù)本發(fā)明，其既能夠克服電壓模比較器，又能夠在保證低壓的要求下高速運行。
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明書、權(quán)利要求書、以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。



附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的通用電壓比較器的電路框圖； 圖2是本發(fā)明提出的電流模的低壓高速比較器的電路的原理框圖； 圖3是本發(fā)明圖2中的AB類電流鏡class1和class2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)； 圖4是本發(fā)明圖2中的偏置電路的基于浮置電流源的一個實施例以及相應(yīng)的AB類電流鏡輸入電路的電路圖； 圖5是本發(fā)明圖2中的偏置電路的基于浮置電壓源的一個實施例以及相應(yīng)的AB類電流鏡的電路圖； 圖6是本發(fā)明的第一實施例的再生鎖存器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖7是圖6的再生鎖存器復(fù)位相時的兩相不重疊時鐘f1、f2的時序圖； 圖8是圖6的復(fù)位相(f1＝1，f2＝0)時的簡化圖； 圖9是圖6的復(fù)位相向再生相轉(zhuǎn)換(f1＝1，f2＝1)時的簡化圖； 圖10是圖6的再生鎖存相(f1＝0，f2＝1)時的簡化圖； 圖11是本發(fā)明第二實施例的再生鎖存器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖12是圖11中兩相不重疊時鐘f1、f2的時序圖； 圖13是圖11的再生鎖存比較電路的復(fù)位狀態(tài)(f1＝0，f2＝1)的電路； 圖14是圖11的再生鎖存比較電路的失調(diào)消除相(f1＝1，f2＝1)的電路； 圖15是圖11的再生鎖存比較電路的再生相(f1＝1，f2＝0)的電路。

具體實施例方式 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
圖2是本發(fā)明提出的電流模的低壓高速比較器的電路的原理框圖，本發(fā)明中，保留圖1的整體結(jié)構(gòu)，但把基于電壓模的預(yù)放級改造成兩個甲乙類(CLASS AB)的電流鏡輸入結(jié)構(gòu)，并對甲乙類電流鏡輸入電路的偏置電路給出圖4和圖5兩種設(shè)計結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，電流低壓高速比較器200包括AB類電流鏡輸入電路230，與第一輸入電流信號Iinp和第二輸入電流信號Iinn相連，用于提高輸入范圍，減小輸入失調(diào)，產(chǎn)生第一輸出(Ip)和第二輸出In，提高輸出擺幅動態(tài)范圍和對工藝的容忍度；偏置電路210，與AB類電流鏡輸入電路的第一輸入端VB1和第二輸入端VB2連接，用于產(chǎn)生AB類電流鏡輸入電路230的電流偏置或電壓偏置；再生鎖存器240，與AB類電流鏡輸入電路230的輸出端連接，用于鎖存并比較AB類電流鏡輸入電路230的第一輸出Ip和第二輸出In；時鐘控制電路220，用于生成控制再生鎖存器240用的第一時鐘f1和第二時鐘f2，第一時鐘f1和第二時鐘f2為兩相非重疊時鐘；以及SR鎖存器250，與再生鎖存器的輸出端連接，用于穩(wěn)定再生鎖存器的輸出在數(shù)字輸出電平。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)的甲乙類(class AB)類電流鏡電路，也是本發(fā)明圖2中的AB類電流鏡class1和class2的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其輸出擺幅可以從電源VDD到地VSS，該電流源有很高的精度，很好的線性，而且由于P管和N管的互補性，高的輸出阻抗，還能提供好的動態(tài)范圍以及對工藝的容忍度。
如圖3所示，上述偏置電路和AB類電流鏡輸入電路也可以包括第一PMOS管M1、第二PMOS管M2、第三NMOS管M3和第四NMOS管M4，PMOS管M1柵漏間連接電壓源VB1，其柵極和第二PMOS管M2的柵極連接，第三NMOS管M3柵漏間連接電壓源VB2，其柵極和第四NMOS管M4的柵極連接，第三NMOS管M3的漏極和第一PMOS管M1的漏極相連到電流輸入Ii，第四NMOS管M4的漏極和第二PMOS管M2的漏極相連到電流輸出Io。電壓源VB1和VB2構(gòu)成浮置電壓偏置。
圖4是本發(fā)明圖2中的偏置電路的基于浮置電流源的一個實施例以及相應(yīng)的AB類電流鏡輸入電路的電路圖，圖4所示的偏置電路410，由VDD和VSS各連接到IB電流源，IB電流源和NMOS管M7和PMOS管M8兩個MOS管連接，其中NMOS管M7和PMOS管M8的柵漏相連，分別連接到VB1和VB2，VB1和VB2就是AB類電流鏡輸入電路的輸入，NMOS管M7和第二PMOS管M8的源極相連連接到VDD/2，IB電流通道分別和VDD和VSS連通，貫通整個電流支路，偏置電路410是基于浮置電流源(floatingcurrent source由M5、M6、M7、M8四個MOS管組成)的甲乙類電流鏡輸入電路的偏置結(jié)構(gòu)，是經(jīng)典結(jié)構(gòu)，其電流輸入范圍寬。
圖5是本發(fā)明圖2中的偏置電路的基于浮置電壓源的一個實施例以及相應(yīng)的AB類電流鏡的電路圖，圖5中的偏置電路510是基于浮置電壓源(floating bias voltage)甲乙類電流鏡輸入電路，其中電壓源VB1和VB2就是電壓偏置，這種偏置適合衍生成更多的動態(tài)偏置，進一步降低電源電壓。
然后，對再生鎖存器結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計，設(shè)計成如圖6和圖11所示的兩種結(jié)構(gòu)。
如圖2所示，電流低壓高速比較器包括偏置電路210，其輸出為VB1和VB2，VB1和VB2連接到一對全差分的AB類電流輸入級class1和class2(AB類電流鏡輸入電路230)的輸入端VB1和VB2，class1和class2的結(jié)構(gòu)是如圖3，class1和class2的各自的輸出端O連接到再生鎖存器240的輸入端Ip和In，再生鎖存器連接到一個SR鎖存器250，同時時鐘控制電路220提供兩相不重疊時鐘f1、f2給再生鎖存器240。在1.2V的低電源電壓仿真，電流低壓高速比較器200的速度可以達到GHz，輸入電流差值靈敏度達20nA。
假設(shè)Cp是總的寄生電容，ΔV是輸入節(jié)點的電平，Δi是兩個輸入電流的差值，根據(jù)無鎖存的電流低壓高速比較器的比較時間公式要減小輸入阻抗意味著中減小Cp和ΔV，并且改善比較的速度。假設(shè)MOS管的跨導匹配，忽略體效應(yīng)，會發(fā)現(xiàn)AB類電流輸入電路輸入電阻是跨導的倒數(shù)由于gm通常很大，所以Rin很小，這對于被比較的兩個輸入電流的范圍是十分有益的。
除此之外，AB類型的配置允許我們減少器件失配引起的偏置誤差、非線性失真以及功耗。在非常高精度時，AB類電流鏡的非線性仍然是一個基本的限制。
AB類型失配的主要貢獻者是幾何失配，跨導參數(shù)和閾值電壓。如在PMOS和NMOS的閾值電壓失配時，在一定的輸入信號頻率下，就會出現(xiàn)三次失配失真。則在實際的設(shè)計中，對以上因素折衷考慮，形成輸入失調(diào)小的AB類電流鏡。
圖6是本發(fā)明的第一實施例的再生鎖存器的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，MP2、MP3形成一對P管再生鎖存管PFF，MN2、MN3形成一對N管再生鎖存管NFF，MP1、MP4是預(yù)充電用的，MN1、MN4也是預(yù)充電用的，MN5、MN6是對接入的AB類電流鏡輸入電路的輸出電流的路徑起到分開復(fù)位相和再生相的作用，MP5是在復(fù)位相時把PFF的兩端短接從而起到復(fù)位的作用，MP6、MP7分別加入在MP2/MN2、MP3/MN3的漏極之間。反相器Inv1是為了在N管的控制端和P管的控制端同步的作用。圖7示出了圖6的再生鎖存器復(fù)位相時的兩相不重疊時鐘f1、f2的時序圖；圖8是圖6的復(fù)位相(f1＝1，f2＝0)時的簡化圖，這時Ip和In是和鎖存器斷開的，兩個PFF管MP2和MP3各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用，同樣兩個NFF管MN2和MN3也是源極和漏極相連，起到復(fù)位作用，并且PFF和NFF之間是斷開的，避免電源到地的短路，需說明的是MP5管的兩端是連接的。圖9是圖6的復(fù)位相向再生鎖存相轉(zhuǎn)換(f1＝1，f2＝1)時的簡化圖，不同于圖7的是MP5管的兩端是斷開的；圖10是圖6的再生鎖存相(f1＝0，f2＝1)時的簡化圖，這時Ip和In是和鎖存器連接，兩個PFF管MP2和MP3各自的源極和漏極是不相連，同樣兩個NFF管MN2和MN3也是源極和漏極不相連，這樣PFF和NFF同時起鎖存再生作用，需說明的是MP5管的兩端也是斷開的。這樣，在再生相把數(shù)據(jù)迅速推向電源電壓的滿幅度，從而提高整個比較器的速度。
圖11是本發(fā)明第二實施例的再生鎖存器的結(jié)構(gòu)示意圖，快速再生鎖存器的另一種結(jié)構(gòu)如圖10，MP2、MP3形成一對P管再生鎖存管PFF，MN1、MN2形成一對N管再生鎖存管NFF，MP1，MP4是預(yù)充電用的，MN3、MN4分別加入在MP2/MN1、MP3/MN2的漏極之間，MN5連接在MN1和MN2的漏極之間，MN5是在復(fù)位相時把NFF的兩端短接從而起到復(fù)位的作用。這種情況下不用反相器INV1。f1和f2是兩相非重疊時鐘，圖12是圖11中兩相不重疊時鐘f1，f2的時序圖，其時序和值都與圖7稍有不同，比較器的動態(tài)操作分成三個主要的時間周期復(fù)位相f2、數(shù)據(jù)讀取和零偏置相f21、以及最終的再生相f1。
圖13是圖11的再生鎖存比較電路的復(fù)位狀態(tài)(f1＝0，f2＝1)的電路，在f2相，如圖13所示，比較器處于復(fù)位模式，這時Ip和In是與PFF鎖存管相連的，兩個PFF管MP2和MP3各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用，但兩個NFF管MN2和MN3也是源極和漏極不相連，而是漏極相連，也能起到復(fù)位作用，并且PFF和NFF之間是斷開的，避免電源到地的短路，需說明的是MP5管的兩端是連接的；電流流過閉環(huán)復(fù)位開關(guān)MN5，迫使前兩個邏輯電壓相等。在輸入電流建立判決后，一個正比于輸入電流差的電壓在輸入之間建立。這個電壓在隨后的再生時間期間起著初始的不平衡。同時，隨著PFF的復(fù)位，NFF也被兩個閉合的MOS管連接到地而復(fù)位。結(jié)果，CMOS鎖存器被設(shè)置成不穩(wěn)定的高增益模式。
圖14是圖11的再生鎖存比較電路的失調(diào)消除相(f1＝1，f2＝1)的電路，在讀取數(shù)據(jù)零偏置的間隔相f12，如圖14所示，不同于圖13的是MN3和MN4管的兩端是不再斷開，而是相連的。于是圖13檢測到的電流差開始放大，第二步非常重要，不僅僅提升再生的速度，減小了PFF和NFF的失調(diào)電壓和電荷注入誤差電壓，由于整個等效輸入偏置電壓由AB類電流鏡的輸入失調(diào)電壓、PFF的失調(diào)電壓、NFF的失調(diào)電壓以及MN5開關(guān)在復(fù)位時的電荷注入誤差電壓來決定，所以減少了整個的輸入偏置電壓。
圖15是圖11的再生鎖存比較電路的再生相(f1＝1，f2＝0)的電路。最后，電路在再生相f1配置，如圖15所示，這時Ip和In是與鎖存器連接，兩個PFF管MP2和MP3各自的源極和漏極是不相連，同樣兩個NFF管MN1和MN2也是源極和漏極不相連，這樣PFF和NFF同時起鎖存再生作用，需說明的是MN5管的兩端也是斷開的。PFF和NFF一起再生輸入節(jié)點的差值電壓，不久就迅速地放大電壓擺幅到等于電源電壓。最終，在輸出增加一個SR鎖存器來穩(wěn)定輸出電壓到一個完全的互補數(shù)字數(shù)字輸出電平。因此整個比較器的時間與MN5的等效電阻成反比，與AB類電流鏡的輸入電路寄生電容成正比，和PFF或NFF的跨導成反比。由于AB類電流鏡的輸入電路寄生電容小，MN5的等效電阻大，PFF或NFF的跨導大就會令帶有再生鎖存器的比較器的比較時間τc_latch小，比較器就可以獲得高速。
此外，圖11這樣的線路結(jié)構(gòu)，也可以根據(jù)PMOS管和NMOS管對稱對調(diào)的方法，用PMOS管替代NMOS，用NMOS替代PMOS，并沿水平軸進行翻轉(zhuǎn)也可以獲得更多的結(jié)構(gòu)。實際中，在低電壓如1.2V下，比較器有Ghz的傳輸比較能力。
根據(jù)本發(fā)明的電流模的低壓高速比較器，其既能夠克服電壓模比較器，又能夠在保證低壓的要求下高速運行。
應(yīng)當理解的是，上述針對本發(fā)明具體實施例的描述較為詳細，但不能因此而理解為對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
權(quán)利要求
1.一種電流低壓高速比較器，其特征在于，包括
AB類電流鏡輸入電路，與第一輸入電流信號(Iinp)和第一輸入電流信號(Iinn)相連，用于提高輸入范圍，減小輸入失調(diào)，產(chǎn)生第一輸出(Ip)和第二輸出(In)；
偏置電路，與所述AB類電流鏡輸入電路的第一輸入端(VB1)和第一輸入端(VB2)連接，用于產(chǎn)生所述AB類電流鏡輸入電路的電流偏置或電壓偏置；
再生鎖存器，與所述AB類電流鏡輸入電路的輸出端連接，用于鎖存并比較所述AB類電流鏡輸入電路的第一輸出(Ip)和第二輸出(In)；
時鐘控制電路，用于生成控制所述再生鎖存器用的第一時鐘(f1)和第二時鐘(f2)，所述第一時鐘(f1)和所述第二時鐘(f2)為兩相非重疊時鐘；以及
SR鎖存器，與所述再生鎖存器的輸出端連接，用于穩(wěn)定所述再生鎖存器的輸出在數(shù)字輸出電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
所述再生鎖存器包括
第一MOS管(MP1)，用于預(yù)充電；
第二MOS管(MP2)，與所述第一MOS管(MP1)的源極相連；
第三MOS管(MP3)，與所述第二MOS管(MP2)形成一對第一再生鎖存管(PFF)，其柵極與所述第一MOS管(MP1)的漏極相連；
第四MOS管(MP4)，用于預(yù)充電，其漏極與所述第二MOS管(MP2)的柵極相連，其中，所述第一MOS管(MP1)、所述第二MOS管(MP2)、所述第三MOS管(MP3)、所述第四MOS管(MP4)的源極相連在一起；
第五MOS管(MP5)，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第二時鐘(f2)進行動作，在復(fù)位相時將所述第一再生鎖存管(PFF)的兩端短接，從而起到復(fù)位的作用；
第六MOS管(MP6)，其源極與所述第二MOS管(MP2)的漏極相連；
第七MOS管(MP7)，其源極與所述第三MOS管(MP3)的漏極相連；
第八MOS管(MN1)，用于預(yù)充電，其柵極與所述第六MOS管(MP6)的漏極相連；
第九MOS管(MN2)，其漏極與所述第六MOS管(MP6)的漏極相連；
第十MOS管(MN3)，與所述第九MOS管(MN2)一起形成第二再生鎖存管(NFF)，其柵極與所述第八MOS管(MN1)的漏極相連，其漏極與所述第七MOS管(MP7)的漏極相連；
第十一MOS管(MN4)，其漏極與所述第九MOS管(MN2)的柵極相連，其中，所述第八MOS管(MN1)、所述第九MOS管(MN2)、所述第十MOS管(MN3)、所述第十一MOS管(MN4)的源極相連在一起；
第十二MOS管(MN5)，與所述AB類電流鏡輸入電路的第一輸出(Ip)相連，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第一時鐘(f1)進行動作，對接入的所述AB類電流鏡輸入電路的輸出電流的路徑起到分開復(fù)位相和再生相的作用，其漏極與所述第二MOS管(MP2)的漏極相連；
第十三MOS管(MN6)，與所述AB類電流鏡輸入電路的第二輸出(In)相連，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第一時鐘(f1)進行動作，對接入的所述AB類電流鏡輸入電路的輸出電流的路徑起到分開復(fù)位相和再生相的作用，其漏極與所述第三MOS管(MP3)的漏極相連；以及
反相器(Inv1)，連接在所述第四MOS管(MP4)的柵極和所述第十一MOS管(MN4)的柵極之間，用于取得所述第一再生鎖存管(PFF)和所述第二再生鎖存管(NFF)的控制端的同步。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
所述再生鎖存器包括
第一MOS管(MP1)，用于預(yù)充電；
第二MOS管(MP2)，其漏極與所述AB類電流鏡輸入電路的第一輸出(Ip)相連；
第三MOS管(MP3)，與所述第二MOS管(MP2)形成一對第一再生鎖存管(PFF)，其柵極與所述第一MOS管(MP1)的漏極相連，其漏極與所述AB類電流鏡輸入電路的第二輸出(In)相連；
第四MOS管(MP4)，用于預(yù)充電，其漏極與所述第二MOS管(MP2)的柵極相連，其中，所述第一MOS管(MP1)、所述第二MOS管(MP2)、所述第三MOS管(MP3)、所述第四MOS管(MP4)的源極相連在一起；
第十MOS管(MN3)，其柵極與所述第一MOS管(MP1)的柵極相連，其漏極與所述第二MOS管(MP2)的漏極相連，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第一時鐘(f1)進行動作；
第十一MOS管(MN4)，其漏極與所述第三MOS管(MP3)的漏極相連，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第一時鐘(f1)進行動作，其源極與所述SR鎖存器相連；
第十二MOS管(MN5)，根據(jù)所述時鐘控制電路所生成的第二時鐘(f2)進行動作，在復(fù)位相時把NFF的兩端短接從而起到復(fù)位的作用，其漏極與所述第十MOS管(MN3)的源極相連；
第八MOS管(MN1)，用于預(yù)充電，其漏極與所述第十MOS管(MN3)的源極相連，其柵極與所述第十二MOS管的源極相連；以及
第九MOS管(MN2)，與所述第八MOS管(MN1)一起形成第二再生鎖存管(NFF)，其柵極與所述第十二MOS管(MN5)的漏極相連，其漏極與所述第十一MOS管(MN4)的源極相連，其源極與所述第八MOS管(MN1)的源極相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
當所述電流低壓高速比較器處于復(fù)位模式、即所述第一時鐘(f1)為1，第二時鐘(f2)為0時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述再生鎖存器斷開連接，所述第一再生鎖存管(PFF)的所述第二MOS管(MP2)和所述第三MOS管(MP3)的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第二再生鎖存器(NFF)的所述第九MOS管(MN2)和所述第十MOS管(MN3)的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第一再生鎖存管(PFF)與所述第二導再生鎖存管(NFF)斷開；
所述第五MOS管(MP5)導通，當所述電流低壓高速比較器從所述復(fù)位模式向再生鎖存模式轉(zhuǎn)換、即所述第一時鐘(f1)為1，第二時鐘(f2)為1時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述再生鎖存器斷開連接，所述第一再生鎖存管(PFF)的所述第二MOS管(MP2)和所述第三MOS管(MP3)的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第二再生鎖存管(NFF)的所述第九MOS管(MN2)和所述第十MOS管(MN3)的各自的源極和漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第一再生鎖存管(PFF)與所述第二再生鎖存管(NFF)斷開，同時起鎖存再生作用；
所述第五MOS管(MP5)截止，
當所述電流低壓高速比較器處于所述再生鎖存模式、即所述第一時鐘(f1)為0，第二時鐘(f2)為1時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述再生鎖存器相連接；
所述第一再生鎖存管(PFF)的所述第二MOS管(MP2)和所述第三MOS管(MP3)的各自的源極和漏極不相連，所述第二再生鎖存器(NFF)的所述第九MOS管(MN2)和所述第十MOS管(MN3)的各自的源極和漏極不相連，起到鎖存再生作用；
所述第一再生鎖存管(PFF)與所述第二再生鎖存管(NFF)相連，同時起鎖存再生作用；
所述第五MOS管(MP5)截止。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
當所述電流低壓高速比較器處于復(fù)位模式時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述第一再生鎖存管(PFF)相連接；
所述第二再生鎖存管(NFF)的所述第八MOS管(MN1)和所述第九MOS管(MN2)的各自的源極和漏極不相連，所述第八MOS管(MN1)的漏極和所述第九MOS管(MN2)的漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第一再生鎖存器(PFF)與所述第二再生鎖存器(NFF)斷開；
所述第五MOS管(MP5)導通，
當所述電流低壓高速比較器處于數(shù)據(jù)讀取和零偏置狀態(tài)時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述再生鎖存器相連接；
所述第二再生鎖存管(NFF)的所述第八MOS管(MN1)和所述第九MOS管(MN2)的各自的源極和漏極不相連，所述第八MOS管(MN1)的漏極和所述第九MOS管(MN2)的漏極相連，起到復(fù)位作用；
所述第一再生鎖存管(PFF)與所述第二再生鎖存管(NFF)斷開；
所述第五MOS管(MP5)導通，
當所述電流低壓高速比較器處于再生模式時，
所述AB類電流鏡輸入電路與所述再生鎖存器相連接；
所述第一再生鎖存管(PFF)的所述第二MOS管(MP2)和所述第三MOS管(MP3)的各自的源極和漏極不相連，所述第二再生鎖存管(NFF)的所述第九MOS管(MN2)和所述第十MOS管(MN3)的各自的源極和漏極不相連，起到鎖存再生作用；
所述第一再生鎖存管(PFF)與所述第二再生鎖存管(NFF)相連，同時起鎖存再生作用；
所述第五MOS管(MP5)截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
所述第一MOS管(MP1)至所述第七MOS管(MP7)是P型場效應(yīng)管；所述第八MOS管(MN1)至所述第十三MOS管(MN6)是N型場效應(yīng)管；
或者在將所述再生鎖存器的結(jié)構(gòu)沿水平軸方向180°旋轉(zhuǎn)后，所述第一MOS管(MP1)至所述第七MOS管(MP7)是N型場效應(yīng)管；所述第八MOS管(MN1)至所述第十三MOS管(MN6)是P型場效應(yīng)管。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的電流低壓高速比較器，其特征在于
所述第一MOS管(MP1)至所述第四MOS管(MP4)是P型場效應(yīng)管；所述第八MOS管(MN1)至所述第十三MOS管(MN5)是N型場效應(yīng)管；
或者在將所述再生鎖存器的結(jié)構(gòu)沿水平軸方向180°旋轉(zhuǎn)后，所述第一MOS管(MP1)至所述第七MOS管(MP7)是N型場效應(yīng)管；所述第八MOS管(MN1)至所述第十三MOS管(MN5)是P型場效應(yīng)管。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項所述的電流低壓高速比較器，其特征在于所述偏置電路是浮置電流偏置電路，用于產(chǎn)生所述AB類電流鏡輸入電路的電流偏置；或者所述偏置電路是浮置電壓源偏置電路，用于產(chǎn)生所述AB類電流鏡輸入電路電壓偏置。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或5所述的電流低壓高速比較器，其特征在于所述AB類電流鏡輸入電路是一對全差分的AB類電流輸入級第一放大器和第二放大器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流低壓高速比較器，包括AB類電流鏡輸入電路，與第一、第二輸入電流信號相連，用于提高輸入范圍，減小輸入失調(diào)，產(chǎn)生第一、第二輸出；偏置電路，與AB類電流鏡輸入電路的輸入端連接，用于產(chǎn)生AB類電流鏡輸入電路的電流偏置或電壓偏置；再生鎖存器，與AB類電流鏡輸入電路的輸出端連接，用于比較并鎖存AB類電流鏡輸入路的第一輸出和第二輸出；時鐘控制電路，用于生成控制再生鎖存器用的第一時鐘和第二時鐘，第一時鐘f1和第二時鐘f2為兩相非重疊時鐘；SR鎖存器，與再生鎖存器的輸出端連接，用于穩(wěn)定再生鎖存器的輸出在數(shù)字輸出電平，本發(fā)明可克服電壓模比較器電壓冗余很少，動態(tài)范圍受限的缺點，并在保證低壓的要求下高速運行。
文檔編號H03K5/14GK101419249SQ20071016795
公開日2009年4月29日 申請日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者易律凡 申請人:中興通訊股份有限公司