低功耗比较器电路研究

论文摘要

比较器是电子系统中应用较为广泛的电路之一。比较器的设计以开环高增益放大器的设计为基础。这类比较器属于非线性的模拟电路,其输入和输出之间不存在线性关系。虽然和运算放大器相比,比较器的应用范围相对狭窄,但比较器仍在很多应用中不可或缺。例如,比较器可以用于电压监测,电平转换,V/F转换,适用于采样/跟踪保持电路,过零检测,峰值检测和延迟线的检测。系统级应用包括便携式和电池驱动的系统、扫描仪、机顶盒和高速差分线接收器。比较器也用于恢复时种信号和高速方波。本文中的高速低功耗比较器应用于一个TSMC（Taiwan SemiconductorManufacturing Company）180纳米DP6M CMOS（Complementary Metal OxideSemiconductor）工艺下的8比特,200MHz采样速率的流水线模数转换器中。该模数转换器具有高速率、高精度、低功耗的特点。其电源电压是1.8V,共模输入电压为0.9V,信噪比大于45dB@100MHz,有效分辨率大于7.2位,积分非线性和微分非线性分别小于1.2LSB（Least Significant Bit）和0.7LSB,输入动态范围是-300mV～300mV,整个模数转换器的功耗小于175mW。其中比较器采用了预放大级结构和动态latch比较器结构,降低了比较器的传输延时和功耗消耗,其传输延迟小于0.1ns,失调电压小于0.1V,功率消耗为每个比较器约0.37mW。该模数转换器,包含该文中设计的比较器,已经成功流片并处于测试阶段。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 序
• 1 绪论
• 2 比较器设计初步
• 2.1 比较器的分类
• 2.1.1 开环比较器
• 2.1.2 比较器的基本应用
• 2.1.3 流水线模数转换器对比较器的约束
• 2.2 比较器的性能指标及分析方法
• 2.2.1 主要性能参数
• 2.2.2 比较器静态分析
• 2.2.3 比较器动态分析
• 2.3 几种常见的动态比较器结构和工作原理
• 2.3.1 电阻分配式比较器
• 2.3.2 差分对比较器
• 2.3.3 电荷分配型比较器
• 2.4 以上几种动态比较器的性能比较
• 2.4.1 失调电压的比较
• 2.4.2 回踢噪声的比较
• 2.4.3 比较速度的比较
• 3 比较器的设计
• 3.1 几种常见比较器的结构
• 3.1.1 预放大级设计基础
• 3.1.2 预放大级理论基础
• 3.1.3 动态结构比较器
• 3.2 比较器建模
• 3.3 比较器结构及电路参数确定
• 4 仿真及分析
• 4.1 比较器电路的功能仿真
• 4.2 比较器电路优化分析
• 4.3 版图改进方法分析
• 4.3.1 版图设计中的匹配问题
• 4.3.2 集成电路低功耗设计理论
• 4.4 整个比较器的版图结果
• 5 总结与展望
• 参考文献
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C
• 附录 D
• 作者简历
• 学位论文数据集