一種新型高線性度采樣開(kāi)關(guān)的設(shè)計(jì)
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1．2 開(kāi)關(guān)中比較器的設(shè)計(jì)
由于要求達(dá)到14位的采樣精度，從而導(dǎo)致比較器的精度必須達(dá)到16位以上。運(yùn)放型比較器的精度公式為
式(3)中AV為比較器增益；VOH，VOL分別表示輸出高低電平，較高精度需保證一定的增益。
比較器采用MOS二極管連接類(lèi)型的負(fù)載，分別等效為正、負(fù)電阻，同時(shí)輸出串聯(lián)兩個(gè)反相器以增加后級(jí)驅(qū)動(dòng)能力，如圖4所示。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/178157.htm
采樣時(shí)的非理想效應(yīng)如電荷注入等可等效看作是輸入信號(hào)的共模噪聲，會(huì)嚴(yán)重地影響采樣的線性度，因此采用輸入輸出全差分結(jié)構(gòu)來(lái)抑制。為達(dá)到一定的增益要求，可采用電流源負(fù)載，但需要單獨(dú)的偏置電路產(chǎn)生偏置電壓，增加了復(fù)雜性。MOS二極管連接形式的負(fù)載對(duì)增益和運(yùn)放帶寬的影響比較折中，因此可用作負(fù)載。由小信號(hào)等效分析可得，該運(yùn)放的增益由式(4)給出。
其中，gM1，gM3和gM4分別對(duì)應(yīng)輸入管M1和負(fù)載管M3和M4的跨導(dǎo)參數(shù)。由傳統(tǒng)運(yùn)放理論可知：要增加增益需增大輸入對(duì)管的跨導(dǎo)，但由于電壓型運(yùn)放的增益帶寬積為固定常數(shù)，因此一味地增加輸入管跨導(dǎo)會(huì)導(dǎo)致帶寬變小，從而影響速度。由式(4)可知，設(shè)計(jì)中只要gM3與gM4差值較小，gM1不需要過(guò)大，運(yùn)放就可達(dá)到較高的增益，故設(shè)計(jì)中可采用較小的晶體管來(lái)抑制增益帶寬積為固定值的不利影響，同時(shí)較小的晶體管尺寸可以有效降低其寄生電容效應(yīng)，從而減小輸入寄生電容對(duì)采樣速度和精度的影響。
非理想情況下，由于工藝偏差等因素造成比較器隨機(jī)產(chǎn)生一定的失調(diào)電壓，會(huì)影響比較器可比較的最小精度。從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度分析，其服從均值為零的高斯分布，比較器的失調(diào)電壓近似為
其中，
為輸入管的失調(diào)方差；
為負(fù)載管的失調(diào)方差；AVTN，AVTP和AWLN，AWLP分別是與具體工藝相關(guān)的閾值電壓失調(diào)因子和尺寸失調(diào)因子，在特定工藝下為常數(shù)，隨著工藝制程的進(jìn)步，其值隨之減小。由式(6)可知，比較器的失調(diào)與晶體管的尺寸成反比，因此為了較小的失調(diào)，應(yīng)適度地增加晶體管尺寸，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致寄生效益增加，故需折衷考慮。
評(píng)論