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://news.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

助力智能化发展,Molex 推出多种高性能产品

进行匹配,可以快速识别并且方便装配。连接器定位组件 (CPA) 闭锁功能可防止 stAK50h 连接系统意外脱开。 Marceau 补充说: “我们的汽车业客户在使用了高性能的 stAK50h 连接器系统后,可以加快装配速度并缩短上市时间,获益不浅。 作为莫仕授权分销商,Heilind可为市场提供相关服务与支持,此外Heilind也供应多家世界顶级制造商的产品,涵盖25种不同元器件类别,并重视所有的细分市场和所有的顾客,不断寻求广泛的产品供应来覆盖所有市场。 莫仕介绍热模拟技术  市场不断的要求改善性能、缩小设计尺寸并降低成本,这样会使电子产品接触到更加恶劣的条件,面临可靠性上的问题
发表于 2019-07-19
助力智能化发展,Molex 推出多种高性能产品

5000-9000高性能的游戏笔记本推荐

如今市面上种类繁多的游戏本,性能价钱也参差不齐,所以选购一台高性能的游戏笔记本就十分重要,今天笔者就为玩家推荐几款高性能的游戏笔记本。 推荐机型:惠普暗影精灵5配置参数:i5-9300H 8G 512GSSD GTX1660Ti 6G独显 参考价格:7299元 暗影精灵5在外观上沿用了4代的经典模具,其实从暗影精灵4代开始我就特别看好它的模具,原因有两点,一是足够硬朗,二是细节到位。A壳上采用了纵向拉丝和碳纤维两种纹理,D壳上有镂空和咬花设计,并且不同纹理、设计之间是按照“X”造型分布的,尽管A、D壳是塑料材质,但是质感一点不逊于金属。   惠普暗影精灵5采用了一块4.99mm窄边框设计
发表于 2019-07-18
5000-9000高性能的游戏笔记本推荐

惠普战66笔记本:高性能轻薄商务本市场无敌手

一、前言:搭载最新锐龙5 3500U处理器 惠普战66二代AMD版简介惠普于2017年9月推出了战66高性能独显轻薄本受到了大量商务人士和创业者的青睐,在移动办公领域取得了不俗的成就,短短时间就问鼎了轻薄商务本的销量冠军宝座。 2018年4年,惠普发布了第二代战66商务本的时候,也同期上市了一款搭载AMD锐龙5 2500U的版本,不过现在低功耗锐龙处理器最新的型号是锐龙5 3500U和锐龙7 3700U,于是战66二代 AMD版就来了。  战66二代 AMD版有14英寸与15.6英寸二种尺寸,搭载的都是锐龙5 3500U处理器,双通道8GB内存、256/512GB PCIe SSD
发表于 2019-07-15
惠普战66笔记本:高性能轻薄商务本市场无敌手

巴拉德推出高性能燃料电池模块FCmove-HD 生命周期成本降低35%

(图源:巴拉德官网)据外媒报道,在瑞典斯德哥尔摩举行的UITP国际公共交通峰会(UITP Global Public Transport Summit)上,巴拉德动力系统公司(Ballard Power Systems )推出第八代高性能燃料电池模块 FCmove-HD。设计人员在接近1400万公里的车辆运行基础上,进行产品开发和现场体验,最终研发出来的 FCmove-HD模块,结构紧凑,坚固耐用,并可降低35%的生命周期成本。这是FCmove系列推出的第一款产品,专为满足公交运营商的要求而设计,将应用于H2Bus联盟在欧洲部署的1000辆燃料电池客车。未来的FCmove产品将提供多种动力输出,以满足不同商用车需求,包括卡车、客车
发表于 2019-06-27
巴拉德推出高性能燃料电池模块FCmove-HD 生命周期成本降低35%

Vishay推出新型高性能压敏电阻

日前,Vishay Intertechnology, Inc.宣布,推出新系列VDR金属氧化物压敏电阻(MOV)---VDRUS系列,认证工作温度达+125 °C,符合UL 1449第4版和VDE/IEC 61051-1/2标准。Vishay BCcomponents VDRUS系列电阻专门用于电子消费品和工业应用过压和瞬变电压保护,抗浪涌电流能力比前代器件提高30 %。 日前推出的器件由高纯氧化锌片式电阻组成,标配外形尺寸为7 mm、10 mm、14 mm 和 20 mm,带两条实心铜引线或雾锡铜包钢线。由于采用UL94-V0等级阻燃有机硅涂料,具有电气、机械和气候保护能力,因此新型压敏电阻具有出色高温性能
发表于 2019-06-26
Vishay推出新型高性能压敏电阻

更高性能 康佳特科技推出基于酷睿的嵌入式板卡与模块

提供标准和定制化嵌入式计算机主板与模块的领导厂商-德国康佳特科技,推出基于全新第八 代英特尔® 酷睿™ 移动式处理器 (代号名: Whiskey Lake)的嵌入式板卡与模块,包含COM Express Type6 Compact 计算机模块,3.5”单板和Thin Mini-ITX主板。透过双核升级到四核,以及整体微架构更新,OEM客户可立即享受比前一代U系列处理器高58%[i]的性能提升。借助可选英特尔® 傲腾™ 内存或USB3.1 Gen2, 日常任务的响应速度更快。该处理器内核支持有效的任务调度,且进一步支持RTS管理程序软件,来优化从输入通道到处理器内核的I/O吞吐量。    
发表于 2019-06-12
更高性能 康佳特科技推出基于酷睿的嵌入式板卡与模块

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 © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved