流水線ADC中高速比較器的設(shè)計(jì)和分析

　　公式（1）中，

，

　　而Vos2 主要由PM7，PM8，PM9，PM10 失配以及PM6 與PM12 關(guān)斷引入的失配引起的電荷Q 所組成的，表達(dá)式為，

　　因此，總體的失調(diào)電壓為，

　　根據(jù)公式（5），只要Av 足夠的大，那么整個(gè)比較器的運(yùn)放的失調(diào)就可以認(rèn)為主要由前置增益運(yùn)放的失調(diào)電壓Vos1 造成的。
　　在公式（1）~（5）中，Avtn, Avtp, n Ab , p和 Ab 是與工藝相關(guān)的常數(shù)，和是前置運(yùn)放負(fù)載晶體管的失調(diào)電壓，和是輸入晶體管的失調(diào)電壓，因此加大晶體管的面積可以得到較小的失調(diào)電壓。但是，這種方法將加大版圖的面積以及寄生電容，而且也會(huì)降低比較器的速度。其實(shí)不用增大所有管子的面積，就可以減小比較器的失調(diào)電壓。根據(jù)公式（5），可以增大增益Av 來(lái)減小Vos2 對(duì)比較器的失調(diào)影響。根據(jù)公式（1），可采用減小Vos1的方法如下：1）增大Av，用來(lái)減小NM2 和NM3 的失配對(duì)Vos1 的影響；2）適量的增加NM2 和NM3 的面積，以減小閾值電壓的失配對(duì)Vos1 的影響。

　　圖2 為比較器的版圖。版圖的左邊為前置運(yùn)放的版圖，右邊為鎖存比較器的版圖。為了減小由于版圖的失配帶來(lái)的比較器的輸入電壓，前置運(yùn)放和鎖存比較器分別采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，增加比較器的對(duì)稱性。

圖2 比較器的版圖

3.2 踢回噪聲

　　在前置運(yùn)放的輸出端和鎖存比較器的輸入端之間需要一個(gè)隔離電路來(lái)減小踢回噪聲[2]。在鎖存比較器的兩個(gè)輸入端的晶體管的前面，分別加上一個(gè)PMOS管（PM6，PM11）作為開關(guān)管，晶體管的共柵電壓用來(lái)控制信號(hào)。因此，踢回噪聲對(duì)整個(gè)前置增益運(yùn)放鎖存比較器的影響就顯著的減小了。

3.3 傳輸延遲時(shí)間的改善

　　有兩種方法減小傳輸比較器的延遲：1）降低前置增益運(yùn)放的時(shí)間常數(shù)；2）加大前置增益運(yùn)放的A(s)[5][6]。

　　圖3 為前置增益運(yùn)放的交流小信號(hào)等效模型。根據(jù)圖3，可得到等式(6)，(7)

圖3 前置增益運(yùn)放的小信號(hào)等效模型