datasheet

高性能CMOS集成电压比较器设计

2013-06-15来源: 与非网 关键字:高性能  CMOS  集成电压
电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路,其功能是比较一个模拟信号和另一个模拟信号(参考信号),并以输出比较得到的二进制信号。其在A/D转换器、数据传输器、切换功率调节器等设备中有着广泛的应用。在高速度、高精度A/D转换器中,比较器的精度和速度直接影响转换电路的转换精度和转换速度等关键指标;在数据传输器中,比较器的性能对数据传输的误码率有着很大的影响;在切换功率调节器中,调节器的功率调节性能在很大程度上依赖于电压比较器的性能。因此,是高工作频率、高增益、低失调电压、高性能的电压比较器,在模拟集成电路和数/模混合集成电路中十分重要。仿真结果表明,该电压比较器适用于高速A/D转换器、高速数据传输器及高性能切换功率调节器等设备中。

1 比较器电路设计

这里介绍的电压比较器是传统的预放大锁存比较器,采用预放大器、锁存比较器和输出缓冲级级联的方式来实现,其原理框图如图1所示。

如图2中第一部分所示,M20和M21构成差分放大管;M4,M6组成有源负载。M2,M3分别与M4,M6并联,以向差分放大管注人大电流,同时也减小了M4和M6的宽长比,降低了电路的输入电容,以利于电路提高频率特性。该放大器的增益可表示为:

从式(1)可以看出,在管子宽长比确定后,Av与(1+ISD2/ISD4)1/2成正比,若M2向M21注入大电流,则在保证高频时能提高放大器的增益。该放大器的增益为12.9 dB(4.415 7倍),3 dB带宽为582.64 MHz。

1.2 锁存比较电路

锁存比较电路是整个比较器的核心部分,它应能区分毫伏量级的输入信号差。如图2中第二部分所示, M17,M18交叉互连实现正反馈,以提高比较电路的增益。利用前级预放大器的输出,控制锁存器输入电流I+,I_的变化,若I_远大于I_,则M16和 M18导通,Vout-△0,Uout+=(2L16I+/WμnCox)+VTHN;若I_增大而I+减小,M18的漏一源电压升高,当高到M17的 VTHN时,M17导通,此时M17管开始抽取原来流过M16管的电流,这会使M16管的漏一源电压下降,并导致M18管截止,电路的输出状态发生转换。当I-增大到一定程度时会导致M18进入饱和区,此时临界电流值I-=(I+)(W17μnCox/L17)/(W16μnCox/L16),该电流临界点也是输出电压发生转换的临界点。同理可得,当I+增大时,发生转换的电流临界点I+=(I-)(W17μnCox/L17)/ (W16μCox/L16)。

该锁存比较器发生转换时的输入电压差为1.37 mV。从锁存器的瞬态特性可以看出,在输入信号发生跳变时,通过比较输入信号和2.5 V参考信号,锁存比较器给出两个向相反方向变化的输出信号,实现了比较功能。

1.3 输出缓冲驱动级

输出缓冲驱动级(又称后放大器)的主要作用是把锁存比较电路的输出信号转化成逻辑电平(0 V或5 V)。如图2中第三部分所示,M8,M10,M11,M13,M14,M15组成差分自偏置电路,它能吸人和供出较大的电流,使比较器在驱动大的容性负载时速度不受摆率的限制。M9,M12组成一个反相器,用作附加的增益级,同时实现负载电容和自偏置差分放大器之间的隔离。要使输出缓冲级工作在线性区,输入信号的幅度一般要在1~3.5 V之间,所以在电路中串入M26管来提升锁存器输出电压的幅值。

2 电路仿真

在5 V电源的电压下,Vin-端加2.5 V参考信号,在Cadence软件平台下用Spec-tre工具对基于CSMC 0.5 μmCMOS工艺模型的电路进行仿真,得到比较器的增益、带宽、上升延时、下降延时、输入共模范围如图3所示。

用Cadence自带的Dracula工具对版图进行验证,通过设计规则检查(DRC),该版图符合CSMC0.5μmCMOS工艺的相关设计规则。通过电路图和版图的对照(LVS),版图中的器件及器件间的连接情况与电路图中相一致,保证了该版图是图2所示电路图的物理掩模图形集。此外,在做完DRC和 LVS后,版图的电气规则检查(ERC)也同时完成了,这是Dracula工具的一个主要特点。ERC报告显示该版图中无短路、断路等电气规则错误。

3 版图设计

集成电路的版图是芯片在实际制作时物理掩模图形的集合,是从电路原理图到实际芯片的关键过渡环节。版图的设计直接影响着芯片的最终性能。模拟集成电路版图的设计要求更高,它不仅有技术成分,还需要许多艺术性的布局和走线。

基于CSMC 0.5μm CMOS(N-Well硅栅)工艺设计的集成电压比较器版图如图4所示。其中电阻为制作在N-well中的P+扩散条;MOS管为NORMAL器件,其沟道宽长为多晶硅栅覆盖有源区部分的宽长。包围有源区的N+diff和P+diff,用来表明管子是NMOS管,还是PMOS管,版图面积为57μm×69 μm。

4 结 语

在CSMC O.5μm CMOS工艺条件下,采用预放大器、锁存比较电路和输出缓冲级级联的锁存比较电路结构,设计了一个高速、高精度的高性能集成电压比较器,它具有低输入失调电压、低功耗的特点。完成从电路原理图设计到版图设计和验证(DRC,LVS)以及工艺角仿真和分析的整个设计流程。从仿真结果可以看出,这一高性能电压比较器适用于高速A/D转换器、高速数据传输器及高性能切换功率调节器等设备中。

关键字:高性能  CMOS  集成电压

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/2013/0615/article_16709.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:一种中速高精度模拟电压比较器的设计
下一篇:18位数/模转换芯片DAC9881的原理与应用

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

德州仪器推出最小巧的数据转换器具备高集成度与高性能

德州仪器(TI)今日推出四种微型高精度数据转换器,每种转换器均具有业界同类产品中最小尺寸。新数据转换器可帮助设计人员在缩减系统板占用空间之余,增加更多智能及功能。DAC80508与DAC70508是八通道高精度数模转换器(DAC),分别提供真正的16位和14位分辨率。ADS122C04与ADS122U04是24位高精度模数转换器(ADC),分别提供双线I2C兼容接口及双线UART兼容接口。 这些新设备属于小体型、高性能或限制成本的高精度ADC和DAC,适用于工业、通信和个人电子应用。实例包括光学模块、现场变送器、电池供电系统、楼宇自动化及可穿戴电子设备。 运用DAC80508和DAC70508,在紧凑空间内打造
发表于 2018-12-04
德州仪器推出最小巧的数据转换器具备高集成度与高性能

加速自动驾驶研发流程 美国昆腾推高性能车载存储产品

据外媒报道,当地时间11月15日,美国昆腾公司(Quantum Corp.)宣布推出新型增强型、车载存储解决方案,专为移动远程获取视频以及其他物联网(IoT)传感器数据而设计。其移动存储(Mobile Storage)产品提供不同容量和性能模型,设计用于自动驾驶车辆研发等移动环境,自动驾驶车辆每天都产生数TB的视频、图片和传感器数据。通过自动卸载数据至StorNext共享存储环境的独特功能以简化数据摄取。该新产品与昆腾的StorNext高性能并行文件系统结合使用,为自动驾驶车辆研发提供了完整的工作流程。此外,昆腾移动存储产品还可用于火车、公共汽车和军事车辆视频等其他移动存储环境。用于自动驾驶车辆研发的车载存储单元必须满足独特
发表于 2018-11-19

强力助力下一代电子系统,美信推出高性能模拟IC

20nA,有效数据检测器提供自动唤醒。器件跳频范围为300MHz至960MHz,支持全球标准。IC可工作在极端温度范围:-40°C至105°C。 为关键系统提供不间断供电的备用电源方案 Maxim的Continua™备用电源稳压器系列产品为关键系统的供电设计建立了新的备份电源行业标准。高性能调节器对超级电容或电容器组等备份电源进行管理。当主电源关断时,可在几秒内实现对关键系统部件的持续供电。MAX38888可逆向buck/boost调节器是Continua系列的第一款产品,具有业界领先的95%峰值效率。buck模式下,MAX38888输入电压范围为2.5至5V,以高达500mA的峰值电感电流对储能器件充电。主电源失效时,MAX38888
发表于 2018-11-19
强力助力下一代电子系统,美信推出高性能模拟IC

年度高性能无源器件—Sliver SFF-TA-1002连接器

全球连接与传感器领域领军企业TE Connectivity (TE)今日宣布,凭借行业领先的Sliver SFF-TA-1002 连接器,TE荣获ASPENCORE 2018年度全球电子成就奖。该产品具有出色的性能、灵活性和技术创新,以及广泛的行业影响力,被评为“年度高性能无源器件”。 TE数据与终端设备事业部产品经理Lucas Benson表示:“我们很荣幸能够赢得2018年度全球电子成就奖。这一殊荣不仅体现出Sliver SFF-TA-1002连接器及其组件产品获得的行业认可,更彰显了TE全球领先的研发和产品服务能力。我们将继续致力于开发像Sliver连接器一样的优秀产品,为客户提供更高灵活度和更佳性能,从而帮助
发表于 2018-11-15
年度高性能无源器件—Sliver SFF-TA-1002连接器

NXP 高性能 S32 汽车处理器平台与AUTOSAR实现互联与自动驾驶

Elektrobit (EB) - 一家为汽车行业提供尖端嵌入式和互联技术产品与解决方案的领先开发商 - 现在将提供专为 NXP 半导体的可扩展 S32 汽车处理器平台开发的符合经典和自适应 AUTOSAR 规范的软件。汽车制造商现在可以利用 EB 专为 S32 平台定制的软件工具,结合 S32 虚拟开发套件,更快速、高效地开发未来的汽车应用,如互联化和高度自动驾驶 (HAD) 所需的应用。 汽车制造商和供应商面临的压力与日俱增,需要将先进的自动化和互联技术更快地推向市场。然而,这些应用程序需要前所未有的处理能力和更复杂的软件支持。EB 和 NXP 通过提供超高性能1的安全汽车处理器平台解决了这一问题,该平台采用 EB
发表于 2018-11-15

AMD利用高性能计算助力虚拟现实产业发展

10月19日,以 “VR让世界更精彩” 为主题的2018 世界VR产业大会在江西南昌隆重开幕。大会由工信部、江西省人民政府联合主办,中国电子信息产业发展研究院、江西省工信委、南昌市政府和虚拟现实产业联盟承办,邀请了国内外VR领域的领军人物、专家学者、企业高管、行业组织负责人以及国际组织代表共计2000多名嘉宾参会,盛况空前。AMD全球副总裁、大中华区总裁潘晓明受邀出席此次大会并发表了题为“让虚拟世界无限真实”的主旨演讲。(2018世界VR产业大会)AMD利用高性能计算驱动VR技术创新计算技术自90年代发展以来经历了三次浪潮。第一次是PC电脑+互联网时代;第二次是智能手机+APP应用的时代;第三次是2016年,人们逐步迈入了沉浸式
发表于 2018-10-27
AMD利用高性能计算助力虚拟现实产业发展

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
pt type="text/javascript" src="//v3.jiathis.com/code/jia.js?uid=2113614" charset="utf-8">