3 比较器的工作时序与仿真
考虑到要最大限度降低锁存器和数字触发电路部分对前面的模拟电路部分产生的干扰,以及使比较器在每个比较周期完成后迅速复位,必须使用复位控制。该比较器工作过程依次分为失调校准和比较两个阶段。比较阶段由数个比较周期组成,在每个比较周期开始时(除了失调校准结束后的第一个比较周期),预放级1~3和锁存器在复位信号rst的作用下进行复位操作;在每个比较周期结束时,锁存器在锁存信号西作用下锁存放大信号。
仿真中使用Hspice进行瞬态仿真验证,为了降低比较器功耗和干扰,设定锁存信号φ的有效信号占空比为1:8,要达到20 MHz的速度,则锁存信号的周期应为50 ns。为此。设定Vcm=1.2 V,而Vin每50 ns变化一次,从0 ns到250 ns分别为1.2 V,1.200 2 V,1.199 8 V,2 V,1.199 8 V,其中,0~50 ns期间,比较器处于失调校准阶段,之后每个比较周期为50 ns。
当预放级1~3无输入失调,存在20 mV输入失调时,比较器的仿真结果分别如图5和图6所示,其中西为锁存信号,rst为复位信号,Out为比较器输出,Vo3+、Vo3-为预放级3的输出信号。由仿真结果知,比较器在上述的Vcm和Vin的输入下,能够在20 MHz的输人信号频率下准确输出结果。因此,该比较器既能够准确的识别0.2 mV的小信号,也能在0.8 V的大信号输入下具有很强恢复能力。而当预放级1~3都有20 mV输入失调时,从图5看出,预放级3的输出会在复位信号后产生波动,但由于使用了恰当的失调校准技术,波动后的信号依然能够快速复位,比较器依然能够准确有效地辨别电压。也就是说,20 mV输入失调并没有淹没小至0.2 mV的小信号输入差值,失调校准技术取得预期效果。
4 结束语
在传统的多级结构的基础上,实现中速高精度模拟电压比较器。通过仿真,比较器达到各项预定指标,在20 mV输入失调下精度达到0.2 mV,速度20 MHz,功耗约1 mW。