papertime：比较器的讨论-北极之美20110813.doc

“模拟 IC Workshop”每周日晚八点papertime QQ群：70151944比较器设计北极之美（20110813）北极之美-IC厦门(714434899)20:01:55比较器方面，就是比较两个信号的输入大小，我想这方面大家应该没什么问题一般设计主要考虑时间，功耗，失调噪声，回馈噪声。它的功能是比较输入端的信号差异，输出以之对应的数值上离散的两种信号之一，当Vin+Vin-时，比较器输出为高电平（Voh）；当Vin+Vin-时，比较器输出为低电平(Vol)；理想比较器的电路模型：输出一个状态，不过这是理想的状态，可是在我们实际设计中，一般增益不可能无限大。再考虑失调下，那么模型Vos为输入失调电压，它被定义为：实际比较器输出电压为零时，输入端所加的电压。差分输入电阻和电容，输出电阻，共模输入电阻，共模输入电压范围这些参数在管子设计时也得考虑这是设计比较器最基本的一些常识那接下来将一下锁存器的时间计算，目前比较器结构，大家有了解多啊zhuzhuDW(261905074)20:11:36无反馈放大器zhuzhuDW(261905074)20:11:53迟滞北极之美-IC厦门(714434899)20:12:22一般是四种，我目前了解的毕加索_W_D(41448363)20:12:41开关电容北极之美-IC厦门(714434899)20:12:46就是电压型放大型比较器，锁存比较器，开关电容比较器，预防大锁存比较器啊目前在高速比较流行的是预防大锁存比较器这是预防大器级，这个架构大家应该么什么问题吧空心菜_IC(115830685) 20:17:07这个和环形振荡器的延迟单元一模一样风之翼_W_D(1310465756) 20:17:45起什么作用呢？空心菜_IC(115830685) 20:18:15貌似倒相作用吧 加速北极之美-IC厦门(714434899) 20:18:33就是放大输入电压，加速这个算法也算对啊,小信号模型你们可以推下小信号增益就是gm1/(gm3-gm5)空心菜_IC(115830685) 20:21:32这个增益应该非常大，基本上很快饱和了，VO就是VI的反向整形了，对不？北极之美-IC厦门(714434899) 20:21:33这个不是镜像，这是交叉耦合，当作负电阻Alvin_W_D(260872353) 20:22:13这个在SANSEN的书上介绍过，最上面的相当于是一个电阻，空心菜_IC(115830685) 20:22:15嗯 是负阻，和振荡器是一个原理变态妖道_W_D(12219416) 20:22:21哦哦，negative gm cellAlvin_W_D(260872353) 20:23:05可能得到很高的增益北极之美-IC厦门(714434899) 20:23:09就是直接调整M3和M5就可以调到很高的增益啊变态妖道_W_D(12219416) 20:23:14貌似是为了得到高增益北极之美-IC厦门(714434899) 20:23:17对的风之翼_W_D(1310465756) 20:23:23哦，知道了北极之美-IC厦门(714434899) 20:23:25就是为了得到高增益啊，其实你们要了解第一级的目的是什么啊梦&飞翔_W_D(576302026)20:24:04第一级就是放大作用吧北极之美-IC厦门(714434899)20:24:03北极之美-IC厦门(714434899)20:24:12对啊空心菜_IC(115830685)20:24:28第一级是加速和缓存？两个作用北极之美-IC厦门(714434899)20:24:33但是也要保证很大的带宽晒不_S(544854106)20:24:40要很大的输入电阻，对吧?北极之美-IC厦门(714434899)20:25:06所以一般要接副电阻结构即可以保证增益，也可以获得很大带宽 变态妖道_W_D(12219416)20:25:36这种结构为什么能得到高带宽？北极之美-IC厦门(714434899)20:25:34带宽大了，时间常数就小啊,就是3db,一般也是响应时间要尽量小，就是响应要快啊zhuzhuDW(261905074)20:26:27voh和vol阶跃响应的幅度为啥不一样呢变态妖道_W_D(12219416)20:27:36能得到高带宽是因为输出阻抗很小，所以输出电流很大吗？北极之美-IC厦门(714434899)20:27:37那个比较器输出一般是一高一低啊风之翼_W_D(1310465756)20:28:01大家一个一个问问题比较好,解答了一个，再问下一个PS(大家记得问题一个个来，方便你我他)变态妖道_W_D(12219416)20:29:13我先排上队，我的问题是这种结构为什么能得到高带宽 半成品_W_L(240868083)20:29:27可以解释下着个图吗北极之美-IC厦门(714434899)20:29:41这个就是比较器差分输出啊北极之美-IC厦门(714434899)20:29:52我们先看这个图，这个图，大家看的懂吗轻风_s(305999073)20:30:41这个图的功能是什么？zhuzhuDW(261905074)20:30:49锁存吧变态妖道_W_D(12219416)20:30:54输入从哪里来的？毕加索_W_D(41448363)20:30:52等下看下zhuzhuDW(261905074)20:31:27用开关，输入后断掉就可以自锁存吧？北极之美-IC厦门(714434899)20:31:28这是两个反向器首尾相接啊。PS（回答上面提出的问题）问题：用开关，输入后断掉就可以自锁存吧？回答：对的zhuzhuDW(261905074)20:32:52这个用来做比较器的输出级？ 北极之美-IC厦门(714434899)20:33:06等下，我找个图啊程(83574805)20:33:48最简单的锁存器北极之美-IC厦门(714434899)20:35:03就是这种锁存器；一般要等中间的开关断开，才开始再生阶段啊空心菜_IC(115830685)20:35:43注入锁定？北极之美-IC厦门(714434899)20:36:07在复位阶段，差分输出就是vol就是0,输入端也是输出端轻风_s(305999073)20:36:35对latch的电平有什么要求的吗北极之美-IC厦门(714434899)20:37:06一般就是时钟电平,这个没什么特别要求啊变态妖道_W_D(12219416)20:37:21数字电平北极之美-IC厦门(714434899)20:37:40今天我们这边就不说这个啊变态妖道_W_D(12219416)20:38:01那这个是比较器的核心部分吗？北极之美-IC厦门(714434899)20:38:07是的zhuzhuDW(261905074)20:38:36这个锁存器的名称是啥北极之美-IC厦门(714434899)20:38:46然后在输出端接一个反向器就可以，这是一般共用的电路啊,就是锁存器zhuzhuDW(261905074)20:38:57哦变态妖道_W_D(12219416)20:39:02这个就是典型的锁存器吧北极之美-IC厦门(714434899)20:39:01没什么特别名称前面大家都听懂没；接下来解释一下这个图；在锁存器开关管关的阶段，就是复位阶段，那么输出就0，就是VOL，也意味着锁存器输入电压也0。这个图主要说明是比较器的延时时间变态妖道_W_D(12219416)20:42:25Vx那一点是不是有特别意义？北极之美-IC厦门(714434899)20:43:36预防大器就是把电压放大一定值VX，然后再生阶段开始时，就是锁存器初始电压，这样锁存器时间就是vx点到voh的时间变态妖道_W_D(12219416)20:44:16预放大器本身的延时没有算进去？北极之美-IC厦门(714434899)20:44:17要算的，VX就是要使得t1和t2达到最小变态妖道_W_D(12219416)20:45:23t1是预放大器本身的延时？zhuzhuDW(261905074)20:45:22vol是下面那条曲线？北极之美-IC厦门(714434899)20:45:25是的风之翼_W_D(1310465756)20:45:28t1和t2不相等吗？变态妖道_W_D(12219416)20:45:47t1好像是取决于预放大器北极之美-IC厦门(714434899)20:46:06t1是预放大器延迟时间变态妖道_W_D(12219416)20:46:21明白，现实中t1应该是比t2短的吧？北极之美-IC厦门(714434899)20:46:47预防大器，如果你们要考虑寄生电容，就是简单一阶模型变态妖道_W_D(12219416)20:46:51预放大器延时比锁存器还长吗？北极之美-IC厦门(714434899)20:47:05这个你设计时要考虑的变态妖道_W_D(12219416)20:47:13是的，寄生电容很重要风之翼_W_D(1310465756)20:47:30Vol为什么不是0呢？变态妖道_W_D(12219416)20:47:48Vol是0zhuzhuDW(261905074)20:47:57那这两条曲线表示啥？变态妖道_W_D(12219416)20:48:18曲线应该是输入电压吧，说错了，输出电压北极之美-IC厦门(714434899)20:48:27表示预防大器和锁存器响应曲线啊 梦&飞翔_W_D(576302026)20:48:55那最先上升的那条曲线应该是要降到0啊，一个上升到最高，一个下降到最低北极之美-IC厦门(714434899)20:49:43NO，表示预防大器和锁存器响应曲线啊，你在仔细看下图变态妖道_W_D(12219416)20:50:40两条曲线都是输出电压从低变到高的情况吧北极之美-IC厦门(714434899)20:49:43比较器一般由预防大器和锁存器构成，那么时间是两个时间相加，那么如何使他们总时间最小梦&飞翔_W_D(576302026)20:51:08锁存器最后的输出应该就是一个最高一个最低的吧，那这两条响应曲线也应该是这种趋势才对啊。锁存器最后的输出应该就是一个最高一个最低的吧。在图上没看出来啊北极之美-IC厦门(714434899)20:51:50曲线表示差分输出，这两条曲线分别表示预防大器和锁存器响应曲线啊变态妖道_W_D(12219416)20:52:35两条都是比较器输出从低变到高的，从高变到低的这图上没画吧。如果预放大器增益很大，t2会变小，但t1可能会变大，是这样吗？北极之美-IC厦门(714434899)20:57:23这个是折中问题，就是如何让两者取最小值变态妖道_W_D(12219416)20:57:41是啊北极之美-IC厦门(714434899)20:58:09那接下来我把锁存器的公式推导发给大家看一下梦&飞翔_W_D(576302026)20:58:26T1应该是跟放大器的带宽有关系吧，不是跟增益的吧北极之美-IC厦门(714434899)20:58:26这是小信号模型，T1应该是跟放大器的带宽有关系北极之美-IC厦门(714434899)20:58:45对的北极之美-IC厦门(714434899)20:58:56我前面也讲过，就是带宽要大的原因R1：节点1对地电阻；R2：节点2对地电阻；C1：节点1对地电容；C2：节点2对地电容；Vo1/s：是vo1的初值，且为阶跃信号；Vo2/s：是vo2的初值，且为阶跃信号；这是公式,大家有空可以推导下。最后的结论是这个,这是锁存器时间计算。大家还有什么问题没,不然我今天就讲这些啊。有关失调电压这方面，大家可以网上查资料，一般是针对输入管子设计比较大些变态妖道_W_D(12219416) 21:03:14我想问下预放大器采用那种结构在带宽方面比传统结构要好吗？如果是的话，为什么会好？zhuzhuDW(261905074)21:03:30deltavot为何和vi成指数关系，是从上面两个公式推出的吗北极之美-IC厦门(714434899)21:03:44是的，预放大器采用那种结构在带宽方面比传统结构要好吗。你是指那个结构？变态妖道_W_D(12219416)21:04:17是负电阻负载的那种结构，不完全是吧，每种结构输出阻抗都不一样的。这是由结构决定的梦&飞翔_W_D(576302026)21:09:50带宽是Gm1/cl，跟输出电流没有关系，输出电流只决定摆率变态妖道_W_D(12219416)21:10:14我想想北京-goodview-wrdl(397946064)21:10:24gm1跟输出电流有关吧apy_E(229790768)21:10:25电流跟带宽有关系吧梦&飞翔_W_D(576302026)21:10:40gm1跟输入管的电流有关北京-goodview-wrdl(397946064)21:11:06电流大，所以充放电快，所以速度高，带宽大噻变态妖道_W_D(12219416)21:11:18我也是这么想的梦&飞翔_W_D(576302026)21:11:28当然尾电流管电流大输入管的电流也大，反正就是差分输入管的跨导北极之美-IC厦门(714434899)21:11:36电流一般针对大信号模型北京-goodview-wrdl(397946064)21:11:36这是用于那里的比较器啊北极之美-IC厦门(714434899)21:12:41静态电流一般还是跟功耗要求有关系啊梦&飞翔_W_D(576302026)21:12:49