專利名稱：高速比較器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種比較器，尤指一種增益不隨工藝而變化的高速比較器。
背景技術：
隨著現代通訊技術和信號處理技術的發展，越來越多的模擬信號需要轉化成數字 信號進行處理，因此對高速高精度的模數轉換器提出了更高的要求。但在超高速模數轉換 器中，高速高精度比較器的設計是整個設計的難點和瓶頸。現有的高速比較器的結構包括多級開環比較器、鎖存比較器、動態鎖存比較器和 預放大鎖存比較器。在現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)。
發明內容
鑒于以上內容，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，包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一與 所述第一開關元件相連的第一電阻、一與所述第二開關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元件與所述第三開關元件之 間，所述第四電阻連接于所述第二開關元件與所述第三開關元件之間，所述第五電阻與所 述第一電阻及所述第二電阻相連。相對現有技術，本發明高速比較器結構簡單，增益不隨工藝變化而變化，只與場效 應管源漏兩端的電阻匹配度有關，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為本發明高速比較器較佳實施方式的系統架構圖。圖2為本發明高速比較器較佳實施方式的電路圖。圖3為本發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-、一第一開關元件、一第二開 關元件、一第三開關元件、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，該第一開關元件為一第一場效應管M1A，該第二開關元件為一第 二場效應管M1B，該第三開關元件為一第三場效應管M3。該第一場效應管M1A、該第二場效 應管MlB及該第三場效應管M3均為N型場效應管(NM0S)。在其他實施方式中，開關元件可根據需要變更為能夠實現同樣功能的開關元件或電路。該高速比較器較佳實施方式的連接關系為該第一場效應管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 三場效應管M3的漏極，該第三場效應管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-、一第四開關元件、一第五開關元件、一第六開 關元件、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，該第四開關元件為一第四場效應管M2A，該第五開關元件為 一第五場效應管M2B，該第六開關元件為一第六場效應管M4。該第四場效應管M2A、該第五 場效應管M2B及該第六場效應管M4均為P型場效應管(PMOS)。在其他實施方式中，開關元 件可根據需要變更為能夠實現同樣功能的開關元件或電路。該高速比較器另一實施方式的連接關系為該第四場效應管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管M4的漏極，該第六場效應管 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
在本實施方式中，假設Rl=R2=Rd，R3=R4=Rs，第一場效應管M1A、第二場效應管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代表第一場效應管MlA的跨導， gmb代表第二場效應管MlB的跨導，ro代表小信號輸出電阻。通過適當的偏置，使得 (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，若不考慮襯偏效應，即MOS 管源端與襯底短接，則增益公式可變為 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。
2.帶寬分析
假設輸出極點為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
該結構單級增益不高，可通過級聯以獲得高增益，同時具備濾波效果。本發明高速比較器結構簡單，增益不隨工藝變化而變化，只與場效應管源漏兩端 的電阻匹配度有關，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元件、一第二開關 元件、一第三開關元件、一與所述第一開關元件相連的第一電阻、一與所述第二開關元件相 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 元件與所述第三開關元件之間，所述第四電阻連接于所述第二開關元件與所述第三開關元 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.如權利要求1所述的高速比較器，其特征在于所述第一開關元件的輸入端與一第 一輸入端相連，所述第一開關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 元件的輸入端與一第二輸入端相連，所述第二開關元件與所述第二電阻之間連接一第二輸 出端。
3.如權利要求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.如權利要求3所述的高速比較器，其特征在于所述第一開關元件為一第一場效應 管，所述第二開關元件為一第二場效應管，所述第三開關元件為一第三場效應管。
5.如權利要求4所述的高速比較器，其特征在于所述第一場效應管的柵極連接所述 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管的漏極，所述第三場效應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，包括一第一開關元件、一第二開關元件、一第三開關元件、一與所述第一開關元件相連的第一電阻、一與所述第二開關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元件與所述第三開關元件之間，所述第四電阻連接于所述第二開關元件與所述第三開關元件之間，所述第五電阻與所述第一電阻及所述第二電阻相連。本發明結構簡單，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 優先權日2011年3月3日
發明者范方平 申請人:四川和芯微電子股份有限公司