專利名稱：高速比較器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種比較器，尤指一種增益不隨工藝而變化的高速比較器。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代通訊技術(shù)和信號處理技術(shù)的發(fā)展，越來越多的模擬信號需要轉(zhuǎn)化成數(shù)字 信號進行處理，因此對高速高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器提出了更高的要求。但在超高速模數(shù)轉(zhuǎn)換 器中，高速高精度比較器的設(shè)計是整個設(shè)計的難點和瓶頸?，F(xiàn)有的高速比較器的結(jié)構(gòu)包括多級開環(huán)比較器、鎖存比較器、動態(tài)鎖存比較器和 預(yù)放大鎖存比較器。在現(xiàn)有的高速比較器電路中，其增益往往會隨著工藝的變化而變化，且 由于受到運放帶寬的限制，高速比較器的速度很難達到(^ps (百萬比特每秒)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上內(nèi)容，有必要提供一種增益不隨工藝而變化的高速比較器。一種高速比較器，包括一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件、一第三開關(guān)元件、一與 所述第一開關(guān)元件相連的第一電阻、一與所述第二開關(guān)元件相連的第二電阻、一第三電阻、 一第四電阻及一第五電阻，所述第三電阻連接于所述第一開關(guān)元件與所述第三開關(guān)元件之 間，所述第四電阻連接于所述第二開關(guān)元件與所述第三開關(guān)元件之間，所述第五電阻與所 述第一電阻及所述第二電阻相連。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明高速比較器結(jié)構(gòu)簡單，增益不隨工藝變化而變化，只與場效 應(yīng)管源漏兩端的電阻匹配度有關(guān)，同時其帶寬由比較器輸出電阻和下一級負載電容決定， 可以做到GHz級。


圖1為本發(fā)明高速比較器較佳實施方式的系統(tǒng)架構(gòu)圖。圖2為本發(fā)明高速比較器較佳實施方式的電路圖。圖3為本發(fā)明高速比較器另一實施方式的電路圖。
具體實施例方式請同時參閱圖1及圖2，本發(fā)明高速比較器較佳實施方式包括一第一輸入端Vin+、 一第二輸入端Vin-、一第一輸出端Vout+、一第二輸出端Vout-、一第一開關(guān)元件、一第二開 關(guān)元件、一第三開關(guān)元件、一第一電阻R1、一第二電阻R2、一第三電阻R3、一第四電阻R4及 一第五電阻R5。該第一輸入端Vin+及該第二輸入端Vin-用于接收輸入的一對差分信號， 該第一輸出端Vout+及該第二輸出端Vout-用于接收輸出的一對差分信號。 在本實施方式中，該第一開關(guān)元件為一第一場效應(yīng)管M1A，該第二開關(guān)元件為一第 二場效應(yīng)管M1B，該第三開關(guān)元件為一第三場效應(yīng)管M3。該第一場效應(yīng)管M1A、該第二場效 應(yīng)管MlB及該第三場效應(yīng)管M3均為N型場效應(yīng)管(NM0S)。在其他實施方式中，開關(guān)元件可根據(jù)需要變更為能夠?qū)崿F(xiàn)同樣功能的開關(guān)元件或電路。該高速比較器較佳實施方式的連接關(guān)系為該第一場效應(yīng)管MlA的柵極連接該第 一輸入端Vin+，其漏極連接該第一輸出端Vout+及該第一電阻Rl的一端，其源級連接該第 三電阻R3的一端。該第二場效應(yīng)管MlB的柵極連接該第二輸入端Vin-，其漏極連接該第 二輸出端Vout-及該第二電阻R2的一端，其源級連接該第四電阻R4的一端。該第一電阻 Rl的另一端與該第二電阻R2的另一端共同連接該第五電阻R5的一端，該第五電阻R5的另 一端連接一電源端VDD。該第三電阻R3的另一端與該第四電阻R4的另一端共同連接該第 三場效應(yīng)管M3的漏極，該第三場效應(yīng)管M3的柵極連接一電壓端Vb，其源級連接一接地端 VSS。請參閱圖3，本發(fā)明高速比較器另一實施方式包括第一輸入端Vin+、第二輸入端 Vin-、第一輸出端Vout+、第二輸出端Vout-、一第四開關(guān)元件、一第五開關(guān)元件、一第六開 關(guān)元件、一第六電阻R6、一第七電阻R7、一第八電阻R8、一第九電阻R9及一第十電阻R10。 該第一輸入端Vin+及該第二輸入端Vin-用于接收輸入的一對差分信號，該第一輸出端 Vout+及該第二輸出端Vout-用于接收輸出的一對差分信號。在該另一實施方式中，該第四開關(guān)元件為一第四場效應(yīng)管M2A，該第五開關(guān)元件為 一第五場效應(yīng)管M2B，該第六開關(guān)元件為一第六場效應(yīng)管M4。該第四場效應(yīng)管M2A、該第五 場效應(yīng)管M2B及該第六場效應(yīng)管M4均為P型場效應(yīng)管(PMOS)。在其他實施方式中，開關(guān)元 件可根據(jù)需要變更為能夠?qū)崿F(xiàn)同樣功能的開關(guān)元件或電路。該高速比較器另一實施方式的連接關(guān)系為該第四場效應(yīng)管M2A的柵極連接該第 一輸入端Vin+，其源級連接該第六電阻R3的一端，其漏極連接該第一輸出端Vout+及該第 八電阻R8的一端。該第五場效應(yīng)管M2B的柵極連接該第二輸入端Vin-，其源級連接該第七 電阻R7的一端，其漏極連接該第二輸出端Vout-及該第九電阻R9的一端。該第六電阻R6 的另一端與該第七電阻R7的另一端共同連接該第六場效應(yīng)管M4的漏極，該第六場效應(yīng)管 M4的柵極連接一電壓端Vbp，其源級連接電源端VDD。該第八電阻R8的另一端與該第九電 阻R9的另一端共同連接該第十電阻RlO的一端，該第十電阻RlO的另一端連接接地端VSS。以圖1的電路為例，該高速比較器較佳實施方式的工作原理分析如下 1. 增益推導(dǎo)
在本實施方式中，假設(shè)Rl=R2=Rd，R3=R4=Rs，第一場效應(yīng)管M1A、第二場效應(yīng)管MlB為輸 入管，將該高速比較器進行單邊等效，可求出其增益公式為 Vout/Vin=-gm · ro · Rd/(Rd+Rs+ro · (l+(gm+gmb) · Rs))
其中Vout代表輸出電壓，Vin代表輸入電壓，gm代表第一場效應(yīng)管MlA的跨導(dǎo)， gmb代表第二場效應(yīng)管MlB的跨導(dǎo)，ro代表小信號輸出電阻。通過適當?shù)钠?，使?(gm+gmb) · Rs · ro)) Rd、Rs、ro,則增益公式可以簡化為 Vout/Vin=-Rd/((l+ n) Rs),其中 η =gmb/gm
由上式可得，該高速比較器的增益只與Rd、Rs、gmb/gm有關(guān)，若不考慮襯偏效應(yīng)，即MOS 管源端與襯底短接，則增益公式可變?yōu)?Vout/Vin=-Rd/Rs
我們可以在版圖中將Rd、Rs進行精確的匹配，則其增益就不再隨工藝變換，且與偏置 電流也無關(guān)。
2.帶寬分析
假設(shè)輸出極點為Pout，令負載電容為CoutJlJ Pout=I/(Rd · Cout)
一般情況下，Rd為5 IOkohm (千歐姆)，Cout為50fF (法拉乘以10的負15次方)，則 Pout=2 4GHz (千兆赫茲)。3. 級聯(lián)
該結(jié)構(gòu)單級增益不高，可通過級聯(lián)以獲得高增益，同時具備濾波效果。本發(fā)明高速比較器結(jié)構(gòu)簡單，增益不隨工藝變化而變化，只與場效應(yīng)管源漏兩端 的電阻匹配度有關(guān)，同時其帶寬由比較器輸出電阻和下一級負載電容決定，可以做到GHz 級。
權(quán)利要求
1.一種高速比較器，其特征在于所述高速比較器包括一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān) 元件、一第三開關(guān)元件、一與所述第一開關(guān)元件相連的第一電阻、一與所述第二開關(guān)元件相 連的第二電阻、一第三電阻、一第四電阻及一第五電阻，所述第三電阻連接于所述第一開關(guān) 元件與所述第三開關(guān)元件之間，所述第四電阻連接于所述第二開關(guān)元件與所述第三開關(guān)元 件之間，所述第五電阻與所述第一電阻及所述第二電阻相連。
2.如權(quán)利要求1所述的高速比較器，其特征在于所述第一開關(guān)元件的輸入端與一第 一輸入端相連，所述第一開關(guān)元件與所述第一電阻之間連接一第一輸出端，所述第二開關(guān) 元件的輸入端與一第二輸入端相連，所述第二開關(guān)元件與所述第二電阻之間連接一第二輸 出端。
3.如權(quán)利要求2所述的高速比較器，其特征在于所述第一輸入端及所述第二輸入 端用于接收輸入的一對差分信號，所述第一輸出端及所述第二輸出端用于輸出一對差分信 號。
4.如權(quán)利要求3所述的高速比較器，其特征在于所述第一開關(guān)元件為一第一場效應(yīng) 管，所述第二開關(guān)元件為一第二場效應(yīng)管，所述第三開關(guān)元件為一第三場效應(yīng)管。
5.如權(quán)利要求4所述的高速比較器，其特征在于所述第一場效應(yīng)管的柵極連接所述 第一輸入端，其漏極連接所述第一輸出端及所述第一電阻的一端，其源級連接所述第三電 阻的一端，所述第二場效應(yīng)管的柵極連接所述第二輸入端，其漏極連接所述第二輸出端及 所述第二電阻的一端，其源級連接所述第四電阻的一端，所述第一輸入端與所述第二輸入 端接收一對輸入的差分信號，所述第一輸出端及所述第二輸出端輸出一對差分信號。
6.如權(quán)利要求5所述的高速比較器，其特征在于所述第一電阻的另一端與所述第二 電阻的另一端共同連接所述第五電阻的一端，所述第五電阻的另一端連接一電源端。
7.如權(quán)利要求6所述的高速比較器，其特征在于所述第三電阻的另一端與所述第 四電阻的另一端共同連接所述第三場效應(yīng)管的漏極，所述第三場效應(yīng)管的柵極連接一電壓 端，其源級連接一接地端。
全文摘要
一種高速比較器，包括一第一開關(guān)元件、一第二開關(guān)元件、一第三開關(guān)元件、一與所述第一開關(guān)元件相連的第一電阻、一與所述第二開關(guān)元件相連的第二電阻、一第三電阻、一第四電阻及一第五電阻，所述第三電阻連接于所述第一開關(guān)元件與所述第三開關(guān)元件之間，所述第四電阻連接于所述第二開關(guān)元件與所述第三開關(guān)元件之間，所述第五電阻與所述第一電阻及所述第二電阻相連。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，且增益不隨工藝變化而變化。
文檔編號H03M1/34GK102075169SQ20111005069
公開日2011年5月25日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者范方平 申請人:四川和芯微電子股份有限公司