Cmos比较器的前置放大器电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种CMOS比较器的前置放大器电路，用于解决现有前置放大器电路动作速度慢的技术问题。技术方案是NMOS晶体管MN1和NMOS晶体管MN2作为差分输入对管；PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的栅-漏之间；存储电容C1和存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管MP1和PMOS晶体管MP2的栅极，存储电容C1和存储电容C2的另一端连接到电源VDD上。由于存储电容C1和存储电容C2不出现在信号通路上，不影响前置放大器的输出极点和带宽，既消除了失调电压又不影响放大器动作速度，因而具有高速高精度的特点。
【专利说明】CMOS比较器的前置放大器电路
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种前置放大器电路，特别是涉及一种CMOS比较器的前置放大器电路。
【背景技术】
[0002]在电子信息处理系统中，需要采用高速高精度的模数转换器实现模拟信号到数字信号的转换。比较器是模数转换器的核心电路，比较器的速度和精度决定了模数转换器的整体性能。为了提高比较器的精度和速度，通常需要采取措施消除比较器的失调电压。
[0003]参照图4。文献“Behzad Razavi, Principles of Data Convention SystemDesign,pp.201?202”公开了一种消除输出失调电压的比较器结构，该比较器由前置放大器和锁存器两部分构成，并加入了消除前置放大器输出失调电压的校准电路。其工作原理为，在失调电压消除阶段，开关S1?S4闭合，开关S5和S6断开，节点A、B、X和Y均交流接地，此时前置放大器正、负输出端的失调电压被分别存储在电容C2和C1上；在输入信号比较阶段，开关S1?S4断开，S5和S6闭合，此时比较器放大两个输入信号的差值，并在锁存器输出端产生逻辑输出。由于此时前置放大器的失调电压和C2和C1上存储的失调电压相互抵消，从而达到消除失调电压的目的。但该方案的缺点是，由于在信号通路上引入了额外的存储电容C1和C2,使得前置放大器的主极点频率降低、带宽变窄，从而降低了比较器的动作速度。
【发明内容】
[0004]为了克服现有前置放大器电路动作速度慢的不足，本发明提供一种CMOS比较器的前置放大器电路。该电路NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2作为差分输入对管；PM0S晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅-漏之间；存储电容C1和存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅极，存储电容C1和存储电容C2的另一端连接到电源Vdd上。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2的栅极分别连接输入信号Vinp和VINN，并通过开关S3和开关S4连接到共模电平Vqi上。NMOS晶体管Mnci作为尾电流源，NMOS晶体管的栅极连接偏置电压VB，NM0S晶体管漏极与NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2管的源极连接，NMOS晶体管源极接地。在失调电压存储阶段，开关S1和开关S2闭合，同时输入差模信号置零，此时将失调电压存储在与输出端相连的存储电容C1和存储电容C2上；在信号放大阶段，开关S1和开关S2断开，存储电容C1和存储电容C2上的电压给负载管提供偏置，并且将所存储的失调电压与前置放大器的失调电压在输出端相互抵消，达到消除失调电压的目的。由于在信号放大阶段，将开关S1和开关S2断开使存储电容C1和存储电容C2不出现在信号通路上，不影响前置放大器的输出极点和带宽，既可以消除了失调电压又不影响放大器动作速度，因而具有高速高精度的特点。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种CMOS比较器的前置放大器电路，其特点是包括NMOS晶体管Mn1、NMOS晶体管Mn2、NMOS晶体管Mnc1、PMOS晶体管Mp1、PMOS晶体管Mp2、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、存储电容C1和存储电容C2。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2作为差分输入对管；PM0S晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅-漏之间；失调存储电容C1和失调存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅极，失调存储电容C1和失调存储电容C2的另一端连接到电源Vdd上。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2的栅极分别连接输入信号Vinp和VINN，并通过开关S3和开关S4连接到共模电平Vai上。NMOS晶体管Mno作为尾电流源，NMOS晶体管的栅极连接偏置电压Vb，NM0S晶体管漏极与NMOS晶体管Mm和NMOS晶体管Mn2管的源极连接，NMOS晶体管源极接地。
[0006]本发明的有益效果是:该电路NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2作为差分输入对管；PM0S晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅-漏之间；存储电容C1和存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅极，存储电容C1和存储电容C2的另一端连接到电源Vdd上。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2的栅极分别连接输入信号Vinp和VINN，并通过开关S3和开关S4连接到共模电平Vqi上。NMOS晶体管Mnci作为尾电流源，匪OS晶体管的栅极连接偏置电压VB, NMOS晶体管漏极与NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2管的源极连接，NMOS晶体管源极接地。在失调电压存储阶段，开关S1和开关S2闭合，同时输入差模信号置零，此时将失调电压存储在与输出端相连的存储电容C1和存储电容C2上；在信号放大阶段，开关S1和开关S2断开，存储电容C1和存储电容C2上的电压给负载管提供偏置，并且将所存储的失调电压与前置放大器的失调电压在输出端相互抵消，达到消除失调电压的目的。由于在信号放大阶段，将开关S1和开关S2断开使存储电容C1和存储电容C2不出现在信号通路上，不影响前置放大器的输出极点和带宽，既消除了失调电压又不影响放大器动作速度，因而具有高速高精度的特点。
[0007]下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明CMOS比较器的前置放大器电路的电路图。
[0009]图2是本发明CMOS比较器的前置放大器电路在失调电压存储阶段的等效模型。
[0010]图3是本发明CMOS比较器的前置放大器电路在信号放大比较阶段的等效模型。
[0011]图4是【背景技术】消除输出失调电压的比较器结构的电路图。
【具体实施方式】
[0012]参照图1-3。本发明CMOS比较器的前置放大器电路包括NMOS晶体管Mn1、NM0S晶体管MN2、NMOS晶体管MN(1、PMOS晶体管MP1、PMOS晶体管Mp2、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、存储电容C1和存储电容C2。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2作为差分输入对管；PM0S晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅-漏之间；失调存储电容C1和失调存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅极，失调存储电容C1和失调存储电容C2的另一端连接到电源Vdd上。NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2的栅极分别连接输入信号Vinp和VINN，并通过开关S3和开关S4连接到共模电平Vcm上。NMOS晶体管Mnci作为尾电流源，NMOS晶体管的栅极连接偏置电压\，NMOS晶体管漏极与NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2管的源极连接，NMOS晶体管源极接地。
[0013]在失调电压存储阶段，开关S1和S2以及S3和S4闭合，差分输入对管Mni和Mn2的栅极Vinp和Vlffl均接到共模电平Vqi上，此时Mpi和Mp2以二极管连接的形式作为差分输入对管Mni和Mn2的负载，因此正、负输出端的失调电压被分别存储到电容C2和C1上。由于本发明的前置放大器是差分对称结构，所以可分析单边情况。附图2所示为失调电压存储阶段的失调电压等效模型。假设差分输入对管Mni的输入失调电压为Vcbi,将其加载在Mni的栅极上，则其输出端Vm的失调电压V_可表示为:
【权利要求】
1.一种CMOS比较器的前置放大器电路，其特征在于包括NMOS晶体管Mn1、NM0S晶体管Mn2> NMOS晶体管MN(1、PMOS晶体管Mn、PMOS晶体管Mp2、开关S1、开关S2、开关S3、开关S4、存储电容C1和存储电容C2 ；NM0S晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2作为差分输入对管；PM0S晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2作为负载，开关S1和S2分别连接在PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅-漏之间；失调存储电容C1和失调存储电容C2的一端分别连接到PMOS晶体管Mpi和PMOS晶体管Mp2的栅极，失调存储电容C1和失调存储电容C2的另一端连接到电源Vdd上；NM0S晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2的栅极分别连接输入信号Vinp和VINN，并通过开关S3和开关S4连接到共模电平Vcm上；NM0S晶体管Mnci作为尾电流源，NMOS晶体管的栅极连接偏置电压\，NMOS晶体管漏极与NMOS晶体管Mni和NMOS晶体管Mn2管的源极连接，NMOS晶体管源极接地。
【文档编号】H03F1/30GK103441736SQ201310379394
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月27日 优先权日:2013年8月27日
【发明者】刘伟, 魏廷存, 李博, 高武, 郑然 , 胡永才 申请人:西北工业大学