这次文章是以之前的文章为基础,对动态比较器做个分析和仿真。
正如前文所说,比较器可以分为开环比较器和动态比较器。将运放置于开环状态便是一个开环比较器。其传递函数vout=A*vin*(1-e^(-t/τ)),其中τ=1/w,一般达到7τ便可以达到要求。
可以通过级联达到高带宽高增益的需求,但是其静态功耗与级联数成正比,在低功耗设计中不可采用。因此动态比较器的低功耗优点便尤为重要。
动态锁存比较器有两个状态阶段:复位阶段和比较阶段。若CLK为高电平,比较器进入复位阶段,复位管M1导通并将锁存器的输出端切换至低电平。若CLK为低电平,比较器进入比较阶段,复位管断开,尾电流管导通,通过正反馈作用将一个输出上拉到VDD,另一个输出下拉到地。
在比较阶段,输入到输出有一段延迟时间,有两部分组成。一部分为输入对管导通时将漏端电压放电至级联反相器导通时间。另一部分为级联反相器通过正反馈将输出放大至VDD所需时间。若是超出了规定的时间,则会出现亚稳态(metastability)。传输延时可以通过降低负载电容来降低,同时,增加反相器跨导也能降低传输延时。另外,尾电流也对传输延时有影响,尾电流与放电时间t1成反比,与锁存器正反馈时间t2成正比。但是对两者的影响数量级并不在一个水平上,所以尾电流与总的传输延时是成正比的。(参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/533571123)
然后动态比较器会比较注意三个参数offset、comparator input referred noise以及kick_back noise。
Offset这个是最直观的参数,比较器的offset一般在mv级别左右,远远大于分辨率的要求。所以需要前面级联放大器减小这个offset。
小编通过这个方法去测量offset,虽然会有一些不准,但是已经足够。
不得不说t家的工艺是真的好。3sigma一共也就3mv+而已。
comparator input referred noise(动态比较器等效输入噪声)一般通过tran-noise仿真,pss+pnoise仿真测量但是,一般推荐pss+pnoise。(参考https://zhuanlan.zhihu.com/p/302611133)
kick_back noise包括两部分,一个是输出跳变引起到输入的波动,一个就是时钟馈通引起的输入波动,都不用tran noise仿真就能看出来。这个也可以通过多级预放大器进行削减。