专利名称：高速动态比较锁存器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种比较锁存器，尤指一种高速、低失调的动态比较锁存器。
背景技术：
高速动态比较锁存器因具有高速、低功耗、高输入阻抗及全摆幅输出的特点，而被 广泛应用于高速数模转换器、传感放大器及数据接收器中。请参阅图1，高速动态比较锁存 器通常由一前置放大单元A、一与该前置放大单元A相连的再生锁存单元B及一与该再生锁 存单元B相连的锁存单元C三部分构成，该前置放大单元A用于将输入信号的差模进行放 大后输入该再生锁存单元B，该再生锁存单元B利用正反馈对该前置放大单元A输出的放大 的差模信号进行锁存，该锁存单元C将锁存的差模信号转化为全摆幅信号锁存输出。现有的高速动态比较锁存器存在以下不足1)再生锁存单元B的结构决定需要一对差分时钟，而且差分时钟之间的时序需要 很精确匹配；随着高速系统时钟速率的不断提高，差分时钟的精确匹配在设计和物理层实 现上面临着挑战；2)再生锁存单元B的结构决定在一个时钟周期的高电平时间内处于工作状态，低 电平处于复位状态，即再生锁存单元B的输出仅在高电平时钟周期内为有效输出，低电平 时钟周期内为无效输出；3)再生锁存单元B由复位状态到锁存输出状态需要一个内建锁存时间，该内建锁 存时间由电路中的晶体管和寄生参数决定，导致了在不同工艺及温度条件下再生锁存单元 B的输出相对于时钟上升沿的延时不确定，从而使得锁存器的有效锁存值被压缩，在高速时 钟采样应用中，将导致锁存器输出结果出错。
发明内容鉴于以上内容，有必要提供一种高速、低失调的高速动态比较锁存器。一种高速动态比较锁存器，包括一用于对输入的差分信号进行放大的前置放大单 元、一与所述前置放大单元相连的再生锁存单元及一与所述再生锁存单元相连的锁存单 元，所述前置放大单元包括一输入时钟信号、一对输入场效应管Ml与场效应管M2、一对时 钟控制复位场效应管M4与场效应管M5及一时钟控制尾电流场效应管M3，所述再生锁存单 元包括一由所述前置放大单元控制的场效应管M7、一由所述前置放大单元控制的场效应管 M8及一对输入时钟控制场效应管M9与场效应管M10，所述再生锁存单元的输入时钟控制场 效应管M9与场效应管MlO分别与所述前置放大单元的输入时钟信号相连。优选地，所述输入场效应管Ml的栅极连接一输入信号INN，其漏极通过一节点PAl 与时钟控制复位场效应管M4的漏极相连，其源极通过一节点Al与时钟控制尾电流场效应 管M3的漏极相连；输入场效应管M2的栅极连接一输入信号INP，其漏极通过一节点NAl与 时钟控制复位场效应管M5的漏极相连，其源极通过节点Al与时钟控制尾电流场效应管M3 的漏极相连；时钟控制尾电流场效应管M3的栅极连接所述输入时钟信号，其源极接地；时钟控制复位场效应管M4与M5的栅极连接所述输入时钟信号，其源极接电源。优选地，所述再生锁存单元还包括一场效应管Mil、一场效应管M12、一场效应管 M13及一场效应管M14，所述再生锁存单元的场效应管M7由所述前置放大单元的节点PAl 控制，所述再生锁存单元的场效应管M8由所述前置放大单元的节点NAl控制。优选地，所述场效应管M7的栅极连接所述前置放大单元的节点PAl，其源极接地， 其漏极通过一节点m与场效应管Mll的漏极相连，并与时钟控制场效应管M9的源极相连； 场效应管Mll的源极接地，其栅极通过一节点PBl与场效应管M13的栅极相连，并与场效应 管M14及MlO的漏极相连；时钟控制场效应管M9的栅极连接所述输入时钟信号，其漏极通 过一节点NBl与场效应管M13的漏极相连，并与场效应管M14及M12的栅极相连；场效应 管M13的源极连接电源；场效应管M8的栅极连接所述前置放大单元的节点NA1，其源极接 地，其漏极通过一节点N2与场效应管M12的漏极相连，并与时钟控制场效应管MlO的源极 相连；场效应管M12的源极接地，其栅极通过一节点NBl与场效应管M14的栅极相连，并与 场效应管M13与M9的漏极相连；时钟控制场效应管MlO的栅极连接所述输入时钟信号，其 漏极通过一节点PBl与场效应管M14的漏极相连，并与场效应管M13及Mll的栅极相连；场 效应管M14的源极接电源。优选地，所述锁存单元由一时钟控制场效应管M0、场效应管M18与M17组成的一反 向器及场效应管M20与M19组成的一反相器首尾相接组成。优选地，所述锁存单元的一端通过由所述输入时钟信号控制的开关场效应管MO 与所述再生锁存单元的输出端相连，另一端为所述高速动态锁存器的输出端。相对现有技术，本实用新型高速动态比较锁存器具有以下优点1)只需要一个输 入时钟信号CLK ；2)在一个时钟周期内再生锁存单元输出数据有效；幻解决了在不同工艺 及温度条件下再生锁存单元锁的内建时间不同或输出寄生不同而导致的输出相对于时钟 上升沿的延时不确定，使得锁存器的有效锁存值被压缩，导致锁存器输出结果出错这一问 题。
图1为现有技术中高速动态比较锁存器的组成结构示意图。图2为本实用新型高速动态比较锁存器较佳实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图2，图2为本实用新型高速动态比较锁存器较佳实施方式的电路图，其中 INP与INN为一对差分输入信号，CLK为输入时钟信号，OUT为高速动态比较锁存器的输出端。在本实用新型高速动态比较锁存器较佳实施方式中，该前置放大单元A由一对输 入场效应管Ml与M2、一对时钟控制复位场效应管M4与M5、及一时钟控制尾电流场效应管 M3组成，其中输入场效应管Ml的栅极连接输入信号INN，其漏极通过节点PAl与时钟控制 复位场效应管M4的漏极相连，其源极通过节点Al与时钟控制尾电流场效应管M3的漏极相 连；输入场效应管M2的栅极连接输入信号INP，其漏极通过节点NAl与时钟控制复位场效 应管M5的漏极相连，其源极通过节点Al与时钟控制尾电流场效应管M3的漏极相连；时钟控制尾电流场效应管M3的栅极连接输入时钟信号CLK，其源极接地VS ；时钟控制复位场效 应管M4与M5的栅极连接输入时钟信号CLK，源极接电源VD。该再生锁存单元B由节点PAl控制的场效应管M7、节点NAl控制的场效应管M8、 一对输入时钟控制场效应管M9与M10、及场效应管M11、M12、M13、M14构成，结构完全对称， 其中场效应管M7的栅极连接前置放大单元A的节点PA1，其源极接地VS，其漏极通过节点 Nl与场效应管Mll的漏极相连，并与时钟控制场效应管M9的源极相连；场效应管Mll的源 极接地VS，其栅极通过节点PBl与场效应管M13的栅极相连，并与场效应管M14及MlO的漏 极相连；时钟控制场效应管M9的栅极连接输入时钟信号CLK，其漏极通过节点NBl与场效 应管M13的漏极相连，并与场效应管M14及M12的栅极相连；场效应管M13的源极连接电源 VD ；场效应管M8的栅极连接前置放大单元A的节点NA1，其源极接地VS，其漏极通过节点N2 与场效应管M12的漏极相连，并与时钟控制场效应管MlO的源极相连；场效应管M12的源极 接地VS，其栅极通过节点NBl与场效应管M14的栅极相连，并与场效应管M13与M9的漏极 相连；时钟控制场效应管MlO的栅极连接输入时钟信号CLK，其漏极通过节点PBl与场效应 管M14的漏极相连，并与场效应管M13及Mll的栅极相连；场效应管M14的源极接电源VD。该锁存单元C由时钟控制场效应管M0、场效应管M18与M17组成的反向器及场效 应管M20与M19组成的反相器首尾相接组成，该锁存单元C的一端通过由输入时钟信号CLK 控制的开关场效应管MO与再生锁存单元B的输出端OUTN相连，另一端为高速动态锁存器 的输出端OUT。本实用新型高速动态比较锁存器较佳实施方式的工作原理如下当输入时钟信号CLK由低电平(CLK = 0)向高电平(CLK = 1)转换，即输入时钟 信号CLK为上升沿时，高速动态比较锁存器由复位模式向工作模式转换，前置放大单元A由 复位模式向工作模式转换，场效应管M4与M5关断，场效应管M3开启；再生锁存单元B中由 时钟控制的场效应管M9与MlO开启，再生锁存单元B由复位模式进入正反馈锁存模式，节 点m与N2仍然为低电平状态(m = 0/N2 = 0)；锁存单元C中由输入时钟信号CLK控制 的场效应管MO关断，锁存器进入保持状态。当输入时钟信号CLK维持高电平(CLK = 1)状态时，高速动态比较锁存器处于工 作模式，前置放大单元A将输入信号的差模放大，通过节点PAl控制的场效应管M7和节点 NAl控制的场效应管M8对再生锁存单元B注入大小不等的电流，该电流由放大后的差模决 定；再生锁存单元B在不同注入电流的作用下，通过正反馈将注入电流的误差放大，得到相 应输出；当再生锁存建立后，由于正反馈的作用，再生锁存单元B的输出保持锁定状态，此 时如果输入信号发生翻转，再生锁存单元B的输出仍然保持不变；即此时再生锁存单元B的 输出反应的是输入时钟信号CLK处于上升沿时输入信号的差模；锁存单元C中由输入时钟 信号CLK控制的场效应管MO关断，锁存器输出仍然处于保持状态。当输入时钟信号CLK由高电平(CLK = 1)向低电平(CLK = 0)转换并处于低电平 (CLK = 0)状态时，高速动态比较锁存器由工作模式向复位模式转换，前置放大单元A由工 作模式向复位模式转换，场效应管M3关断，场效应管M4与M5开启，输出节点PAl与NAl被 复位为高电平状态(PA1/NA1 = 1)；再生锁存单元B由正反馈锁存模式进入复位模式，再生 锁存单元B中由时钟控制的场效应管M9与MlO关断，节点PBl与节点NBl处于保持状态， 在节点PAl控制的场效应管M7的作用下，节点m被下拉到低电平，处于复位状态；在节点NAl控制的场效应管M8的作用下，节点N2被下拉到低电平，处于复位状态；锁存单元C中 由输入时钟信号CLK控制的场效应管MO开启，锁存单元C将再生锁存单元B的输出进行锁 存并输出。重复以上过程，将处于输入时钟信号CLK由低电平(CLK = 0)向高电平(CLK = 1) 跳变边沿处的输入信号进行锁存，在输入时钟信号CLK为低电平(CLK = 0)时将锁存的信 号进行输出并维持一个时钟周期，实现在高速时钟下对输入信号的动态锁存的功能。本实用新型高速动态比较锁存器较佳实施方式具有以下优点1)通过对再生锁存单元B的修改，使得该实用新型只需要一个输入时钟信号 CLK ；幻在一个时钟周期内，第一状态时，再生锁存单元B将前置放大单元A的输出进行 再生锁存，一旦锁存状态被建立，其结果将不再反映差分信号的变化，在与第一状态电平相 反的第二状态时，输出处于有效保持状态的同时，仍然对电路中相关节点进行复位；即在一 个时钟周期内再生锁存单元B输出数据有效；在本实用新型中，该第一状态为高电平状态， 第二状态为低电平状态；幻锁存单元C在输入时钟信号为低电平状态时将再生锁存单元B的输出结果进行 锁存输出，高电平状态时处于保持状态。本实用新型解决了在不同工艺及温度条件下再生 锁存单元B锁的内建时间不同或输出寄生不同而导致的输出相对于时钟上升沿的延时不 确定，使得锁存器的有效锁存值被压缩，导致锁存器输出结果出错这一问题。
权利要求1.一种高速动态比较锁存器，包括一用于对输入的差分信号进行放大的前置放大单 元、一与所述前置放大单元相连的再生锁存单元及一与所述再生锁存单元相连的锁存单 元，其特征在于所述前置放大单元包括一输入时钟信号、一对输入场效应管Ml与场效应 管M2、一对时钟控制复位场效应管M4与场效应管M5及一时钟控制尾电流场效应管M3，所 述再生锁存单元包括一由所述前置放大单元控制的场效应管M7、一由所述前置放大单元控 制的场效应管M8及一对输入时钟控制场效应管M9与场效应管M10，所述再生锁存单元的输 入时钟控制场效应管M9与场效应管MlO分别与所述前置放大单元的输入时钟信号相连。
2.如权利要求1所述的高速动态比较锁存器，其特征在于所述输入场效应管Ml的栅 极连接一输入信号INN，其漏极通过一节点PAl与时钟控制复位场效应管M4的漏极相连，其 源极通过一节点Al与时钟控制尾电流场效应管M3的漏极相连；输入场效应管M2的栅极连 接一输入信号INP，其漏极通过一节点NAl与时钟控制复位场效应管M5的漏极相连，其源极 通过节点Al与时钟控制尾电流场效应管M3的漏极相连；时钟控制尾电流场效应管M3的栅 极连接所述输入时钟信号，其源极接地；时钟控制复位场效应管M4与M5的栅极连接所述输 入时钟信号，其源极接电源。
3.如权利要求2所述的高速动态比较锁存器，其特征在于所述再生锁存单元还包括 一场效应管Mil、一场效应管M12、一场效应管M13及一场效应管M14，所述再生锁存单元的 场效应管M7由所述前置放大单元的节点PAl控制，所述再生锁存单元的场效应管M8由所 述前置放大单元的节点NAl控制。
4.如权利要求3所述的高速动态比较锁存器，其特征在于所述场效应管M7的栅极连 接所述前置放大单元的节点PA1，其源极接地，其漏极通过一节点m与场效应管Mll的漏 极相连，并与时钟控制场效应管M9的源极相连；场效应管Mll的源极接地，其栅极通过一节 点PBl与场效应管M13的栅极相连，并与场效应管M14及MlO的漏极相连；时钟控制场效应 管M9的栅极连接所述输入时钟信号，其漏极通过一节点NBl与场效应管M13的漏极相连， 并与场效应管M14及M12的栅极相连；场效应管M13的源极连接电源；场效应管M8的栅极 连接所述前置放大单元的节点NAl，其源极接地，其漏极通过一节点N2与场效应管M12的漏 极相连，并与时钟控制场效应管MlO的源极相连；场效应管M12的源极接地，其栅极通过一 节点NBl与场效应管M14的栅极相连，并与场效应管M13与M9的漏极相连；时钟控制场效 应管MlO的栅极连接所述输入时钟信号，其漏极通过一节点PBl与场效应管M14的漏极相 连，并与场效应管M13及Mll的栅极相连；场效应管M14的源极接电源。
5.如权利要求4所述的高速动态比较锁存器，其特征在于所述锁存单元由一时钟控 制场效应管M0、场效应管M18与M17组成的一反向器及场效应管M20与M19组成的一反相 器首尾相接组成。
6.如权利要求5所述的高速动态比较锁存器，其特征在于所述锁存单元的一端通过 由所述输入时钟信号控制的开关场效应管MO与所述再生锁存单元的输出端相连，另一端 为所述高速动态锁存器的输出端。
专利摘要一种高速动态比较锁存器，包括一用于对输入的差分信号进行放大的前置放大单元、一与所述前置放大单元相连的再生锁存单元及一与所述再生锁存单元相连的锁存单元，所述前置放大单元包括一输入时钟信号、一对输入场效应管M1与场效应管M2、一对时钟控制复位场效应管M4与场效应管M5及一时钟控制尾电流场效应管M3，所述再生锁存单元包括一由所述前置放大单元控制的场效应管M7、一由所述前置放大单元控制的场效应管M8及一对输入时钟控制场效应管M9与场效应管M10，所述再生锁存单元的输入时钟控制场效应管M9与场效应管M10分别与所述前置放大单元的输入时钟信号相连。本实用新型结构简单，保证了锁存器输出结果的正确性。
文档编号H03K19/003GK201854264SQ20102063608
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者李斌, 武国胜 申请人:四川和芯微电子股份有限公司