国产精品1024永久观看,大尺度欧美暖暖视频在线观看,亚洲宅男精品一区在线观看,欧美日韩一区二区三区视频,2021中文字幕在线观看

  • <option id="fbvk0"></option>
    1. <rt id="fbvk0"><tr id="fbvk0"></tr></rt>
      <center id="fbvk0"><optgroup id="fbvk0"></optgroup></center>
      <center id="fbvk0"></center>

      <li id="fbvk0"><abbr id="fbvk0"><dl id="fbvk0"></dl></abbr></li>

      全差分高速低功耗比較器的制作方法

      文檔序號:7505654閱讀:282來源:國知局
      專利名稱:全差分高速低功耗比較器的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及一種全差分高速低功耗比較器,尤其是一種通過控制靜態(tài)電流以達(dá)到低功耗的高速比較器。
      背景技術(shù)
      比較器是DC-DC開關(guān)電源系統(tǒng)中重要的子模塊之一,其性能尤其是速度、功耗、噪聲、失調(diào)對整個DC-DC系統(tǒng)的性能產(chǎn)生重要影響。為了提高基于交叉耦合對管線性O(shè)TA比較器的響應(yīng)速度,在差分對輸入管的負(fù)載端引入線性-非線性自適應(yīng)電流鏡結(jié)構(gòu),并且通過與交叉耦合對管結(jié)構(gòu)的相互配合,使電流鏡在不增大寬長比的前提下產(chǎn)生更大的鏡像電流,但這種結(jié)構(gòu)作為比較器產(chǎn)生的靜態(tài)功耗很大。傳統(tǒng)的比較器具有高速、高精度、抗電源噪聲干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),但是由于傳統(tǒng)比較器在比較狀態(tài)結(jié)束后仍有很大的靜態(tài)電流,導(dǎo)致傳統(tǒng)比較器靜態(tài)功耗大,這也是傳統(tǒng)比較器結(jié)構(gòu)在低功耗應(yīng)用中受到嚴(yán)重制約的重要原因。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠能夠有效的降低靜態(tài)功耗,提高響應(yīng)速度和精度,提出一種新型全差分高速低功耗比較器。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案本發(fā)明所設(shè)的一種全差分高速低功耗比較器,包括由兩個開關(guān)管M4、M5構(gòu)成的差分放大級,由八個開關(guān)管M13、M6、M10、M7、M14、M9、M11、M8構(gòu)成的自適應(yīng)電流鏡負(fù)載極,由兩個開關(guān)管M1、M2構(gòu)成的電流傳輸級,其特征在于還包括一個支路電流開關(guān),所述電流開關(guān)與輸出級通過至少一個推挽反相器相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述支路電流開關(guān)高電平導(dǎo)通時,與輸出級通過奇數(shù)個推挽反相器相連,所述支路電流開關(guān)低電平導(dǎo)通時,與輸出級通過偶數(shù)個推挽反相器相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述支路電流開關(guān)為NMOS管時,與輸出級通過奇數(shù)個推挽反相器相連,所述支路電流開關(guān)為PMOS管時,與輸出級通過偶數(shù)個推挽反相器相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述支路電流開關(guān)為N型開關(guān)管M12時,與輸出級通過一個推挽反相器相連;所述支路電流開關(guān)為PMOS管時,與輸出級通過兩個推挽反相器相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述開關(guān)管MlO的漏極與N型開關(guān)管M12的源極相連,開關(guān)管Ml的漏極與N型開關(guān)管M12的漏極相連,所述推挽反相器的輸出端與N型開關(guān)管M12的柵極相連。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述比較器的輸出端與至少一個推挽反相器連接,該推挽反相器的輸出端連接后續(xù)負(fù)載。作為本發(fā)明的一種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述開關(guān)管M20的漏極與輸出端相連,所述推挽反相器的輸出級與N型開關(guān)管M12的源極相連。作為本發(fā)明的ー種優(yōu)化結(jié)構(gòu)所述推挽反相器由PMOS管和NMOS管構(gòu)成。本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,解決了傳統(tǒng)的OTA比較器靜態(tài)功耗大的技術(shù)問題,并且大大提高比較器的輸出擺率,提高比較器的増益和速度。


      圖I為傳統(tǒng)OTA比較器;圖2為本發(fā)明全差分高速低功耗比較器的結(jié)構(gòu);圖3為本發(fā)明中的線性-非線性電流鏡;
      圖4為方波輸入信號的輸出延遲;圖5為在N型開關(guān)管M12作用下流過開關(guān)管Ml的電流;圖6為本發(fā)明交流小信號的增益。
      具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)ー步的詳細(xì)說明圖I是傳統(tǒng)OTA比較器電路,包括線性電流鏡負(fù)載和差分放大級。在動態(tài)小信號時,交叉耦合對NMOS管M7、M8構(gòu)成正反饋,增大其增益,而在動態(tài)大信號的情況下,該電路的線性電流鏡并不能提供足夠大的瞬態(tài)電流,而改良OTA比較器的瞬態(tài)特性。另外,靜態(tài)吋,該電路靜態(tài)電流由固定尾電流組成,故在同樣的增益、瞬態(tài)特性下,其靜態(tài)功耗很大。
      如圖2所示本發(fā)明設(shè)計的全差分高速低功耗比較器包括開關(guān)管Ml、開關(guān)管M2、開關(guān)管M4至N型開關(guān)管M12,其中開關(guān)管Ml的柵極與開關(guān)管M2的柵極相連,且開關(guān)管Ml的柵極與自身的漏極相連,使Ml的電阻減小。開關(guān)管M2的漏極與開關(guān)管Mll的漏極、反相器Fl的輸入級相連。開關(guān)管M6至Mll的源極相連并接地,開關(guān)管M4的源極與開關(guān)管M5的源極相連,輸入信號Vinl和Vin2分別與開關(guān)管M4的柵極和開關(guān)管M5的柵極相連,開關(guān)管M4的漏極與開關(guān)管MlO的柵極、開關(guān)管M6的柵極,開關(guān)管M8的柵極相連,開關(guān)管M5的漏極與開關(guān)管M9的柵極、開關(guān)管Mll的柵極、開關(guān)管M7的柵極相連。N型開關(guān)管M12與反相器Fl的輸出端相連。開關(guān)管M13的柵極和開關(guān)管M14的柵極分別連接固定電位Vbn,開關(guān)管M13的漏極與開關(guān)管M4的漏極相連,開關(guān)管M14的漏極與開關(guān)管M5的漏極相連,開關(guān)管M14的源極與開關(guān)管M8的漏極、開關(guān)管M9的漏極相連,開關(guān)管M4的源極與開關(guān)管M15的漏極相連,開關(guān)管M5的源極與開關(guān)管M16的漏極相連,尾電流恒流偏值Vbp分別連接開關(guān)管M15的柵極和開關(guān)管M16的柵極,以提供恒定的尾電流。如圖3所示,本發(fā)明設(shè)計原理中所用到的線性-非線性自適應(yīng)電流鏡結(jié)構(gòu)是在傳統(tǒng)的電流鏡基礎(chǔ)上引入了一個開關(guān)管M13,其柵極電位Vbn為恒定偏置。在正常工作時開關(guān)管MlO工作在飽和區(qū),開關(guān)管M6的工作狀態(tài)受開關(guān)管M13的控制。電流Il恒定吋,開關(guān)管M13的寬長比不變,若Vbn足夠大,則開關(guān)管M13的漏極電位足夠高,開關(guān)管M6工作在飽和區(qū);若Vbn足夠小,則開關(guān)管M13的漏極電位足夠低,開關(guān)管M6工作在線性或深線性電阻區(qū)。此外,電流Il恒定時,保持Vbn不變,通過調(diào)節(jié)M13管的寬長比也可以控制M6管的工作狀態(tài)。將M13管的寬長比調(diào)到足夠大,開關(guān)管M13的過驅(qū)動電壓就會相應(yīng)減小,其漏極電位也就足夠高,開關(guān)管M6就會工作在飽和區(qū);將開關(guān)管M13的寬長比調(diào)到足夠小,開關(guān)管M13的過驅(qū)動電壓就會相應(yīng)增大,其漏極電位也就足夠低,開關(guān)管M6就會工作在線性電阻區(qū)。對下面的公式中用到的部分參數(shù)做說明U n為n溝道器件的表面遷移率,Cox為單位面積柵氧化物電容,W為有效溝道寬度,L為有效溝道長度,I1為流經(jīng)開關(guān)管Ml的電流,其它以此類推。為柵源電壓,Vtn為N管的閡值電壓。正常工作時開關(guān)管M6工作在線性區(qū)或深線性電阻區(qū),開關(guān)管M13、開關(guān)管MlO工作在飽和區(qū)。流過開關(guān)管M6的電流Il為I1 = ^lnCWos-Vtn)Vds-^s] (I)
      開關(guān)管M6在深線性區(qū)時,Vds << (Vgs-Vtn)/2, Il約等于I1 * juCox(^-\{Vos-Vtn)Vds(2)若不考慮溝道長度調(diào)制效應(yīng),流過開關(guān)管MlO的電流為I2 =— Vtn)2(3)由(2),(3)式可得線性-非線性電流鏡的鏡像電流和基準(zhǔn)電流之間的關(guān)系為
      I! I (JVZL)2 (Vgs-Vtn) (JVZL)2 “、— =——^-a. (4)
      h 2 (WIL)1 Vds (WIL)1由(4)可知,在寬長比不變的條件下,線性-非線性電流鏡比傳統(tǒng)電流鏡產(chǎn)生更大的鏡像電流,這將大大提高比較器的輸出擺率。該全差分高速低功耗比較器中Vbn為固定偏置,使開關(guān)管M13和開關(guān)管M14正常工作時處于飽和態(tài)。Vbp為PMOS尾電流的恒流偏置,確保流過開關(guān)管M15、開關(guān)管M16的電流不隨電源電壓變化,實(shí)現(xiàn)該比較器在電源電壓變化的條件可以正常工作。電路結(jié)構(gòu)中引入了線性-非線性電流鏡結(jié)構(gòu),其中開關(guān)管M10、開關(guān)管Mil、開關(guān)管M13、開關(guān)管M14工作在飽和區(qū),開關(guān)管M6、開關(guān)管M7、開關(guān)管M8、開關(guān)管M9工作在線性電阻區(qū)。利用線性/非線性自適應(yīng)電流鏡帶來的電流傳輸系數(shù)的倍增,提高電路跨導(dǎo)和比較器輸出擺率,從而提高比較器的增益和速度。當(dāng)Vinl = Vin2時,流經(jīng)開關(guān)管M4和開關(guān)管M5的電流大小相等。開關(guān)管M4和開關(guān)管M5管的漏極電位也相等,流過開關(guān)管M6、開關(guān)管M7、開關(guān)管M8、開關(guān)管M9管的電流分別為Ip 從 CJ^UV2-VJVds6(5)Ip 從 cJ^X(V3-Vtn)Vds6(6)Is MCox(y-j-)s(V2—VTN)VDS1(7)heJ^)9(V3 _Vm)VDS7(8)若Vinl變小,則流經(jīng)開關(guān)管M4的電流變大、開關(guān)管M5的電流變小,V2隨之升高,V3降低,VD6降低,VD7升高。對于開關(guān)管M7,此時其漏源電壓降低,且柵源電壓降低,故流經(jīng)開關(guān)管M7的電流I7減少,同理,流經(jīng)開關(guān)管M6的電流I6增多。但由于此時VD6降低,致使V2升高,I13繼續(xù)增大,進(jìn)一步引起VD6下降。由I13增大,導(dǎo)致I14減小,V3下降,進(jìn)而引起VD7、V2上升。使I8増大,但由于I14降低,導(dǎo)致I9減小的更多,進(jìn)而引起V3進(jìn)ー步降低。V3、VD6下降,引起I7進(jìn)ー步減小,則I6進(jìn)ー步増大,V2進(jìn)ー步升高。經(jīng)過一系列正反饋過程,使開關(guān)管M7和開關(guān)管M9管進(jìn)入亞閾值區(qū)域。在亞閾值區(qū)域里流過開關(guān)管M7和開關(guān)管M9的電流17、19分別為Ι = ho exp(^3+λνΒ36) (9)Z9 = Im exp(^3 V )(\+Avdsi) (10)VD6繼續(xù)降低,VD7繼續(xù)升高,V3繼續(xù)降低,V2繼續(xù)升高,直到鎖存過程結(jié)束,V3被鎖存于低電位,V2鎖存在高電位。經(jīng)過線性-非線性電流鏡作用,流過開關(guān)管MlO的電流很大,流過開關(guān)管Mll的電流幾乎為0,致使開關(guān)管Ml、開關(guān)管M2的柵極電位比較低,并使Vl電位為高。比較行為結(jié)束后流過開關(guān)管MlO的大電流保持不變,這就使比較器的靜態(tài)功耗比較大,Vin變小的情況亦是如此。為降低比較器的靜態(tài)功耗,在電路中添加ー個N型N型開關(guān)管M12。利用電路輸出電位Vl控制N型開關(guān)管M12的狀態(tài),以控制左邊路里電流的通過與否。在Vinl < Vin2時,在比較器比較結(jié)束后,Vl為高,使N型開關(guān)管M12斷開,這就大大降低了比較器的靜態(tài)功耗。Vinl >Vin2時,開關(guān)管Ml中無靜態(tài)電流,N型開關(guān)管M12控制狀態(tài)不受限制。同樣,N型開關(guān)管M12也可以為P型,通過將比較器的輸出端與偶數(shù)個反相器串聯(lián),譬如兩個,即可控制M12的導(dǎo)通和斷開。為提高比較器輸出端驅(qū)動大容性負(fù)載的能力,在比較器輸出端増加了一個推挽反相器。以增大電路充放電流的能力,也可以增加一組推挽反相器,以驅(qū)動更大的容性負(fù)載。為避免當(dāng)Vl為高吋,電位不夠高,導(dǎo)致反相器Fl有靜態(tài)功耗,故増加開關(guān)管M20。當(dāng)Vl = I,Vout = O時,M20有效,維持Vl = I,當(dāng)沒有M20管時,此時Vl為高阻態(tài),要求倒相器尺寸大,提供大電容維持Vl高電平,因此增加M20管的另外的好處是反相器尺寸可降低,因此M20管寬長比不能大。仿真結(jié)果在O. 18μηι CMOSエ藝條件下,利用cadence對本發(fā)明比較器進(jìn)行仿真,電源電壓為3. 3V,尾電流單個支路為8. 85 μ Α,比較器工作頻率為IOMHz。電路器件參數(shù)設(shè)計如表I所示。表I電路結(jié)構(gòu)中各個器件的參數(shù)器件名稱\ν/ χμηι/μιη)器件名稱W/L(pm/pm)
      M I,M23x(3.2/2.5)M13,M142x(0.4/0.4)
      M4,M52x (7/1)M15,M16IOx (2/1)
      M6,M92x (1/0.4) M122x (0.4/0.4)
      M7,M82x (0.95/0.4) M200.5/2.5 MlO5Mll2x(l/0.4) CIpF仿真結(jié)果表明在ttエ藝角下,比較器的延遲時間為9. 69ns,功耗為58. 4 μ W,仿真結(jié)果如圖4所示,圖4為方波輸入信號的上升沿及下降沿的延遲。由圖5可以看出,若輸入信號Vinl < Vin2,在其比較過程中Ml有電流通過,一旦比較結(jié)束,鏡像電流就被截斷,此支路靜態(tài)功耗幾乎為0,符合預(yù)期效果。圖6為交流小信號的増益。性能參數(shù)對比在相同エ藝條件下,對傳統(tǒng)OTA比較器和本發(fā)明的全差分高速低功耗比較器進(jìn)行仿真。在兀件參數(shù)均一樣,電源電壓為3. 3V的情況下,輸入占空比為50%,周期為IOOns的方波信號,上升時間、下降時間均為1ns,負(fù)載電容為lpf,其性能對比如表2 :表2性能參數(shù)對比
      輸入信號比較器延遲功耗功耗延遲積
      傳統(tǒng)型 16.28ns 102μ\¥ 1660.560.05V -本發(fā)明 11.58ns59μ\¥683.22
      傳統(tǒng)型 13.45ns 109μ\¥1466.05
      0.1V -
      本發(fā)明 9.85ns59μ\¥581.2
      I
      傳統(tǒng)型 10.3ns124μ\¥1277.2
      0.3V -
      L0055J本發(fā)明 4.925ns59μ\¥290.6
      交流小信號增益?zhèn)鹘y(tǒng)型 66.74dB 本發(fā)明 73.08dB由上表可知,在同等的仿真條件下,本發(fā)明的全差分高速低功耗比較器在延時和功耗方面均優(yōu)于傳統(tǒng)OTA比較器,在差分信號為O. 3V下,功耗延遲積能夠降低77%。雖然上述結(jié)實(shí)內(nèi)容展示本發(fā)明的說明性實(shí)施例,但應(yīng)注意在不脫離由所附的權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的范圍的情形下本文中可進(jìn)行各種改變及修改,如NMOS和PMOS的互換等。雖然可能以單數(shù)形式描述或主張本發(fā)明的元件,但除非明確陳述對于單數(shù)的限制,否則也可預(yù)期復(fù)數(shù)形式。
      權(quán)利要求
      1.一種全差分高速低功耗比較器,包括由兩個開關(guān)管M4、M5構(gòu)成的差分放大級,由八個開關(guān)管M13、M6、M10、M7、M14、M9、M11、M8構(gòu)成的自適應(yīng)電流鏡負(fù)載極,由兩個開關(guān)管Ml、M2構(gòu)成的電流傳輸級,其特征在于還包括一個支路電流開關(guān),所述電流開關(guān)與輸出級通過至少一個推挽反相器相連。
      2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述支路電流開關(guān)高電平導(dǎo)通時,與輸出級通過奇數(shù)個推挽反相器相連,所述支路電流開關(guān)低電平導(dǎo)通時,與輸出級通過偶數(shù)個推挽反相器相連。
      3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述支路電流開關(guān)為NMOS管時,與輸出級通過奇數(shù)個推挽反相器相連,所述支路電流開關(guān)為PMOS管時,與輸出級通過偶數(shù)個推挽反相器相連。
      4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述支路電流開關(guān)為N型開關(guān)管M12時,與輸出級通過一個推挽反相器相連;所述支路電流開關(guān)為PMOS管時,與輸出級通過兩個推挽反相器相連。
      5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述開關(guān)管MlO的漏極與N型開關(guān)管M12的源極相連,開關(guān)管Ml的漏極與N型開關(guān)管M12的漏極相連,所述推挽反相器的輸出端與N型開關(guān)管M12的柵極相連。
      6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述比較器的輸出端與至少一個推挽反相器連接,該推挽反相器的輸出端連接后續(xù)負(fù)載。
      7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述開關(guān)管M20的漏極與輸出端相連,所述推挽反相器的輸出級與N型開關(guān)管M12的源極相連。
      8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的全差分高速低功耗比較器,其特征在于所述推挽反相器由PMOS管和NMOS管構(gòu)成。
      全文摘要
      本發(fā)明公開了一種全差分高速低功耗比較器,包括由兩個開關(guān)管M4、M5構(gòu)成的差分放大級,由八個開關(guān)管M13、M6、M10、M7、M14、M9、M11、M8構(gòu)成的自適應(yīng)電流鏡負(fù)載極,由兩個開關(guān)管M1、M2構(gòu)成的電流傳輸級,其中,還包括一支路電流開關(guān),所述支路電流開關(guān)與輸出級通過至少一個推挽反相器相連。本發(fā)明所設(shè)計的全差分高速低功耗比較器解決了傳統(tǒng)的OTA比較器靜態(tài)功耗大的技術(shù)問題,并且大大提高比較器的輸出擺率,提高了比較器的增益和速度。
      文檔編號H03K3/023GK102624362SQ20121002803
      公開日2012年8月1日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
      發(fā)明者付翔, 吳建剛, 吳金, 鄒新越, 鄭麗霞 申請人:東南大學(xué)
      網(wǎng)友詢問留言 已有0條留言
      • 還沒有人留言評論。精彩留言會獲得點(diǎn)贊!
      1