专利名称：高速比较器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种比较器，尤指一种增益不随工艺而变化的高速比较器。
背景技术：
随着现代通讯技术和信号处理技术的发展，越来越多的模拟信号需要转化成数字信号进行处理，因此对高速高精度的模数转换器提出了更高的要求。但在超高速模数转换器中，高速高精度比较器的设计是整个设计的难点和瓶颈。现有的高速比较器的结构包括多级开环比较器、锁存比较器、动态锁存比较器和预放大锁存比较器。在现有的高速比较器电路中，其增益往往会随着工艺的变化而变化，且由于受到运放带宽的限制，高速比较器的速度很难达到(^ps (百万比特每秒)。
发明内容鉴于以上内容，有必要提供一种增益不随工艺而变化的高速比较器。一种高速比较器，包括一第一开关元件、一第二开关元件、一第三开关元件、一与所述第一开关元件相连的第一电阻、一与所述第二开关元件相连的第二电阻、一第三电阻、 一第四电阻及一第五电阻，所述第三电阻连接于所述第一开关元件与所述第三开关元件之间，所述第四电阻连接于所述第二开关元件与所述第三开关元件之间，所述第五电阻与所述第一电阻及所述第二电阻相连。优选地，所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，所述第三开关元件为一第三场效应管。优选地，所述第一场效应管的栅极连接一第一输入端，其漏极连接一第一输出端及所述第一电阻的一端，其源级连接所述第三电阻的一端，所述第二场效应管的栅极连接一第二输入端，其漏极连接一第二输出端及所述第二电阻的一端，其源级连接所述第四电阻的一端，所述第一输入端与所述第二输入端接收一对输入的差分信号，所述第一输出端及所述第二输出端输出一对差分信号。优选地，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端共同连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接一电源端。优选地，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的另一端共同连接所述第三场效应管的漏极，所述第三场效应管的栅极连接一电压端，其源级连接一接地端。相对现有技术，本实用新型高速比较器结构简单，增益不随工艺变化而变化，只与场效应管源漏两端的电阻匹配度有关，同时其带宽由比较器输出电阻和下一级负载电容决定，可以做到GHz级。
图1为本实用新型高速比较器较佳实施方式的电路图。图2为本实用新型高速比较器另一实施方式的电路图。
具体实施方式
请参阅图1，本实用新型高速比较器较佳实施方式包括一第一输入端Vin+、一第二输入端Vin-、一第一输出端Vout+、一第二输出端Vout-、一第一开关元件、一第二开关元件、一第三开关元件、一第一电阻R1、一第二电阻R2、一第三电阻R3、一第四电阻R4及一第五电阻R5。该第一输入端Vin+及该第二输入端Vin-用于接收输入的一对差分信号，该第一输出端Vout+及该第二输出端Vout-用于接收输出的一对差分信号。在本实施方式中，该第一开关元件为一第一场效应管M1A，该第二开关元件为一第二场效应管M1B，该第三开关元件为一第三场效应管M3。该第一场效应管M1A、该第二场效应管MlB及该第三场效应管M3均为N型场效应管(NM0S)。在其他实施方式中，开关元件可根据需要变更为能够实现同样功能的开关元件或电路。该高速比较器较佳实施方式的连接关系为该第一场效应管MlA的栅极连接该第一输入端Vin+，其漏极连接该第一输出端Vout+及该第一电阻Rl的一端，其源级连接该第三电阻R3的一端。该第二场效应管MlB的栅极连接该第二输入端Vin-，其漏极连接该第二输出端Vout-及该第二电阻R2的一端，其源级连接该第四电阻R4的一端。该第一电阻 Rl的另一端与该第二电阻R2的另一端共同连接该第五电阻R5的一端，该第五电阻R5的另一端连接一电源端VDD。该第三电阻R3的另一端与该第四电阻R4的另一端共同连接该第三场效应管M3的漏极，该第三场效应管M3的栅极连接一电压端Vb，其源级连接一接地端 VSS。请参阅图2，本实用新型高速比较器另一实施方式包括第一输入端Vin+、第二输入端Vin-、第一输出端Vout+、第二输出端Vout-、一第四开关元件、一第五开关元件、一第六开关元件、一第六电阻R6、一第七电阻R7、一第八电阻R8、一第九电阻R9及一第十电阻 RlO0该第一输入端Vin+及该第二输入端Vin-用于接收输入的一对差分信号，该第一输出端Vout+及该第二输出端Vout-用于接收输出的一对差分信号。在该另一实施方式中，该第四开关元件为一第四场效应管M2A，该第五开关元件为一第五场效应管M2B，该第六开关元件为一第六场效应管M4。该第四场效应管M2A、该第五场效应管M2B及该第六场效应管M4均为P型场效应管(PMOS)。在其他实施方式中，开关元件可根据需要变更为能够实现同样功能的开关元件或电路。该高速比较器另一实施方式的连接关系为该第四场效应管M2A的栅极连接该第一输入端Vin+，其源级连接该第六电阻R3的一端，其漏极连接该第一输出端Vout+及该第八电阻R8的一端。该第五场效应管M2B的栅极连接该第二输入端Vin-，其源级连接该第七电阻R7的一端，其漏极连接该第二输出端Vout-及该第九电阻R9的一端。该第六电阻R6 的另一端与该第七电阻R7的另一端共同连接该第六场效应管M4的漏极，该第六场效应管 M4的栅极连接一电压端Vbp，其源级连接电源端VDD。该第八电阻R8的另一端与该第九电阻R9的另一端共同连接该第十电阻RlO的一端，该第十电阻RlO的另一端连接接地端VSS。以图1的电路为例，该高速比较器较佳实施方式的工作原理分析如下1.增益推导在本实施方式中，假设Rl=R2=Rd，R3=R4=Rs，第一场效应管M1A、第二场效应管MlB 为输入管，将该高速比较器进行单边等效，可求出其增益公式为[0022]Vout/Vin=-gm · ro · Rd/(Rd+Rs+ro · (l+(gm+gmb) · Rs))其中Vout代表输出电压，Vin代表输入电压，gm代表第一场效应管MlA的跨导，gmb代表第二场效应管MlB的跨导，ro代表小信号输出电阻。通过适当的偏置，使得 (gm+gmb) · Rs · ro)) Rd、Rs、ro,则增益公式可以简化为Vout/Vin=-Rd/((1+ η) · Rs),其中 η =gmb/gm由上式可得，该高速比较器的增益只与Rd、Rs、gmb/gm有关，若不考虑衬偏效应， 即MOS管源端与衬底短接，则增益公式可变为Vout/Vin=-Rd/Rs我们可以在版图中将Rd、Rs进行精确的匹配，则其增益就不再随工艺变换，且与偏置电流也无关。2.带宽分析假设输出极点为Pout，令负载电容为Cout，则Pout=I/(Rd · Cout)一般情况下，Rd为5 IOkohm (千欧姆)，Cout为50fF (法拉乘以10的负15次方)， 则Pout=2 4GHz (千兆赫兹)。3.级联该结构单级增益不高，可通过级联以获得高增益，同时具备滤波效果。本实用新型高速比较器结构简单，增益不随工艺变化而变化，只与场效应管源漏两端的电阻匹配度有关，同时其带宽由比较器输出电阻和下一级负载电容决定，可以做到 GHz 级。
权利要求1.一种高速比较器，其特征在于所述高速比较器包括一第一开关元件、一第二开关元件、一第三开关元件、一与所述第一开关元件相连的第一电阻、一与所述第二开关元件相连的第二电阻、一第三电阻、一第四电阻及一第五电阻，所述第三电阻连接于所述第一开关元件与所述第三开关元件之间，所述第四电阻连接于所述第二开关元件与所述第三开关元件之间，所述第五电阻与所述第一电阻及所述第二电阻相连。
2.如权利要求1所述的高速比较器，其特征在于所述第一开关元件为一第一场效应管，所述第二开关元件为一第二场效应管，所述第三开关元件为一第三场效应管。
3.如权利要求2所述的高速比较器，其特征在于所述第一场效应管的栅极连接一第一输入端，其漏极连接一第一输出端及所述第一电阻的一端，其源级连接所述第三电阻的一端，所述第二场效应管的栅极连接一第二输入端，其漏极连接一第二输出端及所述第二电阻的一端，其源级连接所述第四电阻的一端，所述第一输入端与所述第二输入端接收一对输入的差分信号，所述第一输出端及所述第二输出端输出一对差分信号。
4.如权利要求3所述的高速比较器，其特征在于所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的另一端共同连接所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端连接一电源端。
5.如权利要求4所述的高速比较器，其特征在于所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的另一端共同连接所述第三场效应管的漏极，所述第三场效应管的栅极连接一电压端，其源级连接一接地端。
专利摘要一种高速比较器，包括一第一开关元件、一第二开关元件、一第三开关元件、一与所述第一开关元件相连的第一电阻、一与所述第二开关元件相连的第二电阻、一第三电阻、一第四电阻及一第五电阻，所述第三电阻连接于所述第一开关元件与所述第三开关元件之间，所述第四电阻连接于所述第二开关元件与所述第三开关元件之间，所述第五电阻与所述第一电阻及所述第二电阻相连。本实用新型结构简单，且增益不随工艺变化而变化。
文档编号H03K5/24GK202014234SQ20112005390
公开日2011年10月19日 申请日期2011年3月3日 优先权日2011年3月3日
发明者范方平 申请人:四川和芯微电子股份有限公司