一种CMOS动态闩锁电压比较器的优化设计李建中1,2，魏同立1（1.东南大学微电子中心，南京，210096；2.解放军理工大学通信工程学院，南京，210007）摘要：提出了一种应用于PipelineADC和Sigma-DeltaADC中改进的动态闩锁电压比较器。采用0.35μmCMOSN阱工艺设计，工作于2.5V单电源电压。通过详细的分析和优化，使比较器具有较小的输入失调电压和踢回噪声，仿真结果表明它的输入失调电压分布范围为28.6mV，最高的工作达200MHz、功耗230μW。关键词：比较器；模数转换器；正反馈；失调中图分类号：TN432文献标识码：AAnOptimizationDesignofCMOSDynamicLatchedVoltageComparatorLIJian-zhong，WEITong-li(Micro-ElectronicsCenter，SoutheastUniversity，Nanjing，210096，P.R.China)Abstract：AnimprovedCMOSdynamiclatchedvoltagecomparatorsuitableforpipelineADCsandSigma-DeltaADCsisproposed.Theproposedcomparatorissimulatedina0.35µmCMOSN-Wellprocessandoperatingatasingle2.5Vsupply.Thesimulationresultsshowthataftertheinputoffsetvoltageandkickbacknoiseareoptimized,itsoperationfrequencycouldbeashighas200MHz,anditsinputoffsetvoltagedistributingis28.6mV,andthepowerconsumptionofthecomparatoris230μw.Keywords：Comparator；Analog-to-digitalConverter；Positivefeedback；OffsetEEACC：2570D1引言在现代通信和信号处理系统中，模数转换器(ADCs)是非常重要的电路模块。特别是在电池供电的便携式移动通讯终端中，需要高速、低功耗和高分辨率的ADCs作为模拟和数字信号处理的接口。应用于ADC中，比较器重要的性能指标包括工作速度、功耗、输入失调电压(offset)和噪声等。PipelineADC和Sigma-DeltaADC对比较器的输入失调电压的要求通常不很严格，但对工作速度提出了极高的要求；由于动态闩锁结构的比较器具有速度高、功耗小的特点，因此在Pipeline和Sigma-DeltaADC中，广泛采用了不带前置放大级和输入失调抵消电路的闩锁比较器[1,2]。但是，如果不仔细考虑比较器中各种失配影响，动态闩锁比较器存在输入失调电压过大的问题，此外，还可能会产生很大的踢回噪声(kickbacknoise)，从而制约ADCs的性能。本文提出了一种改进的CMOS动态闩锁电压比较器，通过对主要指标的理论分析和设计优化，达到了较低的输入失调电压、踢回噪声和较高的工作速度。2低功耗闩锁电压比较器闩锁电压比较器通常由前置输入级和正反馈闩锁电路构成，包括静态闩锁和动态闩锁，通常静态闩锁结构有较大的功耗，因此，本文主要考虑动态闩锁电压比较器的设计【3,4,5】。图1为文献[3]中的动态闩锁比较器。Latch为闩锁时钟，当Latch为低时，关断电源电流，A、B通过开关MP3和MP4接到VDD。当差分输入电压VID（VID=VIN+-VIN-）加到输入对管MN3和MN4的栅端，且latch为高时，A、B点有电流通过，两个晶体管漏端电压开始下降，其中漏电流大的一端输出电压下降速度更快，使闩锁翻转为两个稳态中的一种。这种比较器的优点是只有在翻转状态才消耗功率，并且由于有NMOS和PMOS两个再生闩锁环路，通常只需几百个皮秒的再生时间，加快了电压比较器的速度。然而，这一比较器具有大的踢回噪声，由于输入差分对管MN3和MN4的漏极在闩锁翻转时连接至动态闩锁的输出端，而闩锁在状态翻转时是一个强正反馈过程，节点A和B处电压在再生时变化速率很高，这个突变信号会通过MN3和MN4的栅漏寄生电容反向耦合到比较器的输入端，如果比较器的前一级电路的输出阻抗很高的话，那么比较器的输入信号要经过较长的时间才能恢复，这个噪声即为踢回噪声。踢回噪声会严重干扰输入信号，导致电路的噪声特性变差。VDDVSSMP1MN4MN3MN2MN1MP3MN6MN5MP2MP4In+In-Out+Out-latchlatchlatchABVDDMP1MN4MN3MN2MN1MP2In+In-Out+Out-VSS11MN6MN5VSS图1动态闩锁电压比较器图2class-AB动态电压比较器图2为采用class-AB结构减小踢回噪声的动态比较器【4】。当时钟Φ1有效时，差分输入电压VID（VID=VIN+－VIN-）经差分对管MN1和MN2转换成差分电流，此时，MP1和MP2为线性负载。当时钟Φ1为低时，断开输入，NMOS触发器进行电压再生，经倒相器缓冲器输...