专利名称：一种采用失调校准技术的时间域比较器的制作方法
技术领域：
本发明属集成电路技术领域，尤其涉及比较器。
背景技术：
比较器是模数转换器中的关键模块，也是制约模数转换器性能的重要单元。本发 明提出了一种可校准失调电压的时间域比较器，该比较器是一种可应用于低电压的比较器 结构。时间域比较器具有结构简单、功耗极低、对低电压兼容性好等优点，可广泛用于全并 行式型模数转换器、流水线型模数转换器、逐次逼近型模数转换器等各种模数转换器中。本 发明提出的失调校准方法可以消除时间域比较器的失调电压，提高比较精度。图1所示 的是采用失调校准技术的时间域比较器的结构图，主要由电压电流转换电路10、逻辑电路 11、失调校准电路12、判断电路13构成。图2是采用失调校准技术的时间域比较器的电路 图。图3采用失调校准技术的时间域比较器的工作时序图。图4采用失调校准技术的时间 域比较器的校准时序图。
发明内容
本发明提出了一种采用失调校准技术的时间域比较器，在保证低功耗的情况下同 时消除了比较器的失调电压。本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器，包括电压电流转换电路10、逻 辑电路11、失调校准电路12、判断电路13。其中，模拟输入信号经过电压电流转换电路10 得到电流信号；逻辑电路11将电流信号转换为时间域上的脉冲；判断电路13对脉冲的宽 窄进行判断，得到比较器的输出结果；失调校准电路12对比较器的失调进行校准。本发明中，失调校准电路13，以电阻数模转换器产生的电压来控制比较器输入管 的体偏置，可以有效地消除时间域比较器的失调电压。本发明中，通过选择控制逻辑14的输出位数获得不同的失调电压校准范围。本发明可用至各类模数转换器中。图2显示了本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器的电路图。该电路由 六个MOS管、四个电容、两个电阻、两个电阻数模转换器、控制逻辑和一个D触发器构成。其 中，第一 PMOS管M1、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3、第四PMOS管M4、第五NMOS管M5、第六 NMOS管M6、第一电阻R1、第二电阻R2、第一寄生电容Cpi、第二寄生电容Cp2构成电压时间转 换电路10。输入为V。utl输出为V。ut3的反相器链和输入为V。ut2输出为V。ut4的反相器链构成 逻辑电路11。第一电阻数模转换器RDAC1、第二电阻数模转换器RDAC2和控制逻辑构成失 调校准电路12。D触发器构成判断电路13。其中，第一电阻数模转换器RDACl和第二电阻数模转换器RDAC2均由校准电阻串 和多个开关构成。第一 PMOS管M1，其源端和衬底接到电源VDD，栅端连接到时钟信号CLK，漏 端连接至保持第一电容C115第二 NMOS管M2，其源端连接到第三NMOS管M3的漏端上，衬底连 接到地，栅端连接到时钟信号CLK上，漏端接到第一 PMOS管Ml管的漏端。第三NMOS管M3,其源端连接到第一电阻R1上，记该点为V1,衬底连接到电阻数模转换器RDAC的校准电阻串 上，栅端连接到输入信号Vin，漏端接到第二 NMOS管M2的源端。第四PMOS管M4、第五NMOS 管M5、第六NMOS管M6和第一 PMOS管M1、第二 NMOS管M2、第三NMOS管M3的作用及连接方法 完全相同，所不同的是第六NMOS管M6的源端连接到第二电阻R2上，栅端连接至基准电压 VKEF。第一电容C1，其一端连接至第一 PMOS管M1和第二 NMOS管M2的漏端，记该点为V。utl， 另一端连接到地。电容C2，其一端连接至四PMOS管M4和第五NMOS管M5的漏端，记该点为 Vout2,另一端连接到地。第一电阻R1和第一寄生电容Cpi —端相连接到第三NMOS管M3的源 端，另一端相连接到地；第二电阻R2和第二寄生电容Cp2 —端相连到第六NMOS管M6的源端， 另一端相连接到地。V。utl经过逻辑电路输出V。ut3，V。ut2经过逻辑电路输出V。ut4。D触发器的 输入端(D)连接到V。ut3上，时钟输入端(CK)连接到V。ut4上，输入端(Q)是比较结果V。ut，控 制逻辑的输入是V。ut3、V。ut4，输出是N位的数字码，用来控制第一电阻数模转换器RDACl和第 二电阻数模转换器RDAC2的开关。本发明提出的采用失调校准技术的时间域比较器的结构特点在于时域比较器是 一种将电压量转换为时间域上的脉冲宽度而去比较脉冲宽窄的比较器，它的结构简单并且 具有低功耗的特点。本校准技术采用了电阻串作为分压器件，通过调整电阻串的开关来控 制比较器输入管的体偏置电压从而改变比较器输入管的阈值电压。而比较器输入管的阈值 电压改变后，比较器输入管的过驱动电压也相应地发生改变，最终改变了脉冲宽度达到了 校准失调的目的。
图1显示采用失调校准技术时间域比较器结构示意图。图2显示采用失调校准技术时间域比较器电路图。图3显示采用失调校准技术时间域比较器工作时序示意图。图4显示采用失调校准技术时间域比较器校准时序示意图。图中标号10表示电压转换电路，11表示逻辑电路，12表示失调校准电路，13表示 判断电路，14表示控制逻辑。
具体实施例方式以下结合附图进一步描述本发明。图2是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器电路图，其工作原理是 1、当CLK为低电平时，M1管对电容C1充电。2、当CLK的上升沿到来时，M2开启，M3和R作为电流源，以恒定速率对C1放电。3、此时输入信号Vin通过电阻R1产生一个值为V1ZR的电流，该电流对C1放电，产 生一个时间脉冲。4、如果输入信号越大，电流值越大，放电速度越快，产生的时间脉冲宽度越窄。5、通过M4、M5、M6、R2产生一个以Vkef为基准的脉冲，将输入信号的转换脉冲和基准 脉冲进行比较，这是通过一个D触发器实现的。6、当系统上电时，首先对礼和礼的栅压均置为Vqi，其中Vcm=Vkef/^此时V。utl应等 于v。ut2。如果比较器存在失调，v。utl不等于v。ut2，v。utl和v。ut2通过反相器链产生v。ut3和v。ut4也不相等。控制逻辑根据V。ut3和V。ut4的大小决定RDACl和RDAC2的开关通断，通过RDACl 和RDAC2产生一个校准电压连接到输入管的衬底。此时输入管M3或M6的阈值电压发生改 变，从而调整了脉冲宽度。图3是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器工作时序示意图，其工作时 序是
1、当CLK为高电平时，比较器进入比较状态，输入电压值转换为时间域上的脉冲。2、当CLK的下降沿到来时，根据此时V。ut的逻辑值可以做出如下判断如果
Vout= “1”，Vin<VEEF ；如果 V。ut= “0”，Vin>VKEF。图4是本发明提出的采用失调校准技术时间域比较器校准时序示意图，其工作时 序是
1、系统上电时，将M3和M6的栅电压置为Vcm (VCM=VKEF/2)。2、当CLK为高电平时，比较器进入比较状态，由于输入管电压相等，输出也应相 同。如果输入管存在失调时，比较器的输出v。utl和V。ut2必然为一个是逻辑“1”，另一个是逻 辑 “0”。3、比较器的输出V。utl和V。ut2由反相器链驱动得到V。ut3和V。ut4，根据V。ut3和V。ut4的 大小通过控制逻辑调整输入管的体偏置电压从而相应地调整脉冲宽度。4、当比较器的结果发生转变时，校准结束，此时比较器可以开始工作。
权利要求
1.一种采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于包括电压电流转换电路(10)、 逻辑电路(11)、失调校准电路(12)、判断电路(13)；其中模拟输入信号经过电压电流转换电路(10)得到电流信号；逻辑电路(11)将电流信号转换为时间域上的脉冲；判断电路(13)对脉冲的宽窄进行判断，得到比较器的输出结果；失调校准电路(12)对比较器的失调进行校准。
2.根据权利要求1所述的采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于失调校准电 路(13)以电阻数模转换器产生的电压来控制比较器输入管的体偏置，以消除时间域比较器 的失调电压。
3.根据权利要求1所述的采用失调校准技术的时间域比较器，其特征在于该比较器的电路由六个MOS管、四个电容、两个电阻、两个电阻数模转换器、控制逻辑 和一个D触发器构成；其中，第一电阻数模转换器RDACl和第二电阻数模转换器RDAC2均 由校准电阻串和多个开关构成；第一 PMOS管(Ml)的源端和衬底接到电源Vdd，其栅端连接 到时钟信号(CLK)，其漏端连接至保持第一电容(C1)；第二 NMOS管(M2)的源端连接到第三 NMOS管(M3)的漏端上，其衬底连接到地，其栅端连接到时钟信号(CLK)上，其漏端接到第一 PMOS管(Ml)管的漏端；第三NMOS管(M3)的源端连接到第一电阻上，记该点为V1,其衬底 连接到第一电阻数模转换器的校准电阻串上，其栅端连接到输入信号Vin，其漏端接到第二 NMOS管(M2)的源端；第四PMOS管(M4)、第五NMOS管(M5)、第六NMOS管(M6)和第一 PMOS 管(M》、第二 NMOS管(M2)、第三NMOS管(M3)的作用及连接方法完全相同，所不同的是第六 NMOS管(M6)的源端连接到第二电阻上，其栅端连接至基准电压Vkef ；第一电容(C1)的一端连 接至第一 PM0s管(M1)和第二 NMOS管(M2)的漏端，记该点为V。utl，另一端连接到地；第二电 容(C2)的一端连接至四PMOS管(M4)和第五NMOS管(M5)的漏端，记该点为V。ut2，另一端连 接到地；D触发器的输入端(D)连接到V。utl上，时钟输入端(CK)连接到V。ut2上，输入端(Q) 是比较结果V。ut，控制逻辑的输入是V。utl、V。ut2，输出是N位的数字码，用来控制第一电阻数 模转换器RDACl和第二电阻数模转换器RDAC2的开关。
全文摘要
本发明属集成电路技术领域，具体为一种采用失调校准技术的时间域比较器。该时间域比较器包括电压电流转换电路、逻辑电路、失调校准电路和判断电路。比较器将比较的电压信号转换为时间域的脉冲宽度，以时间域上脉冲的宽窄作为信号大小的度量，具有结构简单、功耗低的优点，同时采用本发明提出的失调校正方法可以有效地抑制比较器的失调，使得比较器对温度的变化、工艺的偏差不敏感。该方法可广泛地应用于各类模数转换器中。
文档编号H03M1/10GK102006070SQ20101060061
公开日2011年4月6日 申请日期2010年12月22日 优先权日2010年12月22日
发明者任俊彦, 叶凡, 李宁, 王振宇, 王明硕, 许俊, 顾蔚如 申请人:复旦大学