ADC学习—— 电压比较器

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了ADC学习—— 电压比较器相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

ADC学习(3)—— 电压比较器

参考:Boris Murmann Stanford University

文章目录

一. 电压比较器概述


理想的电压比较器比较输入模拟电压与参考电压之间的差值,并通过无穷增益的放大器输出数字的0或1信号。

电压比较器的输入并不是时间连续的,仅在采样后的时间内对采样的信号进行电压比较。所以我们关注的是采样数据输入的情况,如上图中的第一种情况。

二. 高增益实现

主要有两种实现高增益放大器的方法:

  1. 多级放大器:电阻负载的差分对级联
  2. 正反馈再生锁存器:交叉耦合反相器

2.1 开环放大器级联


一般采用三级开环差分放大器级联。

三级联的积分器的输出电压计算公式如上图所示。积分器级联比电阻负载级联实现更快的放大。

2.2 再生锁存器


使用交叉耦合锁存器比级联放大器/积分器作为电压比较器更快。

一般还需要在再生锁存器前面加一级预放大。它起到上图所示的一些作用。下面是一些具体的电路拓扑结构,主要有三种。


2.3 锁存器的offset


锁存器由于晶体管或负载电容失配存在静态或动态offset。

当存在预放大级时,也会存在输入参考offset。

以上有一些解决offset的方法,重点有粗offset调谐

粗offset调谐使用电容非平衡来调谐offset。

2.4 Kickback


由于寄生电容的存在,会产生不想要的信号反馈,即kickback。

面对kickback的迁移,可以使用额外的开关来隔断。

三. 其他设计考虑

3.1 过驱动恢复


考虑一个非常大的输入,然后对比较器输入极性相反的非常小的输入。可以通过上图的测试来评估过驱动恢复。

3.2 亚稳态


上图显示了将给定差分锁存器输入重生为全逻辑摆幅所需的时间。从图中可以看出,当比较器输入越小,比较输出所用的时间越长。时钟周期结束时,没有明确的逻辑决策,这被称为进入亚稳态。之后的逻辑门将进入难以预测的不稳定状态,因此将此结果归类为错误。在以下分析中,将尝试估计亚稳态发生的概率。

进入亚稳态的概率,由上图中的公式计算。

四. 六种参考设计

最经典的结构可以参考比较器示例(3),即Schinkel结构,以及带校准的示例(4)。





以上是关于ADC学习—— 电压比较器的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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