文献综述(或调研报告):
开环放大器由开环的放大器构成,其时域响应为负指数函数,这种比较器响应时间长,很少用于高速比较器。可再生比较器由锁存器构成,其时域响应为正指数函数,这种比较器响应时间短,可用于高速比较器。再生比较器具有速度快、功耗低的优点,但失调电压大,限制了其应用。为了降低再生比较器的失调电压,可以在锁存器与输入信号之间增加一个前置放大器,构成预放大再生比较器。输入信号经前置放大器放大后输入锁存器,因此提高了再生比较器的精度,降低了失调电压。此外,前置放大器不仅能降低失调电压,还能抑制回踢噪声和提高比较器的速度。预放大再生比较器结合了放大器负指数响应和锁存器正指数响应的优点,与开环比较器和再生比较器相比,都具有更快的响应速度。
与可再生比较器相比,预放大再生比较器功耗较高。可再生比较器只有动态功耗,即只在锁存器再生过程中消耗一定的功耗,因此功耗很低。预放大再生比较器增加了前置放大器,具有静态功耗。但与开环比较器不同,该结构比较器中放大器不需要高增益,因此可采用单级放大器,综合考虑,预放大再生比较器比再生比较器功耗大,但比开环比较器功耗小[1]。
由于预放大再生比较器速度快,失调电压小,功耗低,现在高速比较器大多采用这种结构,并在这一结构上加以优化改进。
在高速低功耗比较器中,前置放大器的作用是放大输入信号,降低失调电压,提高比较器的速度,这些都是依靠前置放大器的高增益和高带宽来实现的。为了提高前置放大器的增益和带宽,需要多级差分放大器级联,但是采用几级差分放大器级联能达到最优性能,成为了前置放大器设计的重点。从多级放大器传输延时的仿真结果来看,若要设计延迟时间较小的级联放大器,就需要放大器的级数范围为nle;5。若采用单级放大器,延迟时问会随着增益的增加而增加;但若采用级联放大器,随着级数的增加,同样会导致延迟时间的增加[2]。
加入开关电容电路,可以使比较器能够比较差分信号,改进了只能对单端信号进行比较的缺点,增强了信号的抗干扰能力。同时加入开关电容电路后,还能采用自动校零技术,对前置放大器的失调电压自动校零,这种技术的主要思想是先将失调电压存储在电容上,然后电容上的电压加入到输入信号,再与失调电压相减予以消除[1]。
然而,预放大再生比较器需要很大的电压余量,为了解决这一问题,双尾锁存型结构将前置放大器级与锁存器分离,从而允许了更大的输入共模范围,实现近操作。它使用一个尾部用于输入级,另一个用于锁存级,这种拓扑结构堆叠较少,因此可以在较低的电源电压下工作。双路尾部既可以实现锁存阶段的大电流,也可以实现独立于共模电压的快速锁存,以及输入级的小电流,实现低转移。因此,双尾拓扑具有额外的自由度,可以更好地优化速度,偏移,功率和共模电压之间的平衡。 该电路还具有更好的输入和输出隔离,非常适合在低电源电压下工作[3]。
双尾锁存型结构非常适用于低电压工作,特别适用于片上数据通信的读出放大器和工作在较高输入共模电压(接近)的存储器等应用。然而,由于前置放大器以及再生锁存器同时开始工作的事实,该结构遭受着给定信噪比下的对能量消耗的较差优化。动态偏置技术是一种相对简单的用来减少前置放大器输出节点放电量,减少能耗的方法,它通过在前置放大器的尾部使用电容器,从而控制输出节点的放电量,通过调节个与负载电容的比率,还可以针对给定的共模电压优化偏执比较的性能,尽管动态偏置比较器比双尾锁存型放大器CLK-Q延迟要高,但能耗却大大降低,因此成为了低能耗应用的理想选择[4]。
[5]中也提出了一种降低动态比较器功耗的技术,作者提出将前置放大器直接连接到锁存器,因而没有明显的容性负载,并通过由输出逻辑控制的开关避免静态功耗。仿真结果表明,这种结构显示出较少的延迟和功耗,还实现了在宽共模范围内的良好偏移性能[5]。
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