[发明专利]一种高精度的比较器电路

说明书

本发明公开了一种高精度的比较器电路，包括核心电路、参考电压输入端、输入电压输入端、输出端、第二开关和第三开关，其中，所述核心电路包括核心电路正输入端、核心电路负输入端和核心电路输出端，输入电压输入端通过第二开关连接到核心电路负输入端，参考电压输入端连接到核心电路正输入端，核心电路正输入端通过第三开关连接到核心电路负输入端，核心电路输出端连接比较器电路的输出端，其中，核心电路包括放大器电路和反相器电路。本发明提供的一种高精度的比较器电路，避免了比较器电路输入节点由于增加电容和开关而引入的寄生电容，消除了由此引入的精度损失，减小了电路设计难度，可以节省功耗和面积。

技术领域

本发明涉及集成电路领域，具体涉及一种高精度的比较器电路。

背景技术

比较器电路是模数转换器(ADC)电路的核心模块，其精度通常决定了整个ADC电路的整体精度。比较器可分为连续时间比较器和离散时间比较器，前者可以持续地判断两个输入端电压的相对大小情况，并输出结果，而后者需要时钟控制，只能判断特定采样点的输入端电压相对大小情况。

图1所示为一个连续时间比较器的典型应用，其为一个比较器(COMP)和一个计数器(COUNTER)组成的积分型模数转换器。该结构使用一个随时间以特定方式变化的电压为参考电压，如图5所示的工作时序图所示，其中实现表示的VRAMP’为参考电压值，虚线表示的VIN’为输入信号值，在t3时刻，VRAMP’从VRAMP0’下降至VRAMP1’， VIN’不变，比较器电路输出为高，然后VRAMP’在t4时刻开始以固定斜率随时间上升，直至在t5时刻超过保持不变的VIN’，此时比较器电路从高电平到低电平翻转，而后 VRAMP’继续上升至t6时刻，达到VRAMP2’后下降至VRAMP1’，比较器电路由低翻转至高电平，VRMAP’在t7时刻又开始以固定斜率上升，同时VIN’由VRAMP0’上升至VIN2’，VRAMP’在t8时刻超过VIN’，比较器电路再次由高电平翻转为低电平，VRAMP’继续上升到t9时刻达到VRAMP3’后下降为VRAMP1’，整个转化周期结束。此转换过程中VRAMP’有两次随时间上升，比较器电路经历两次由高到低的翻转，这个过程可以称为相关双采样(CDS)，这种处理方式可以消除由于比较器电路的延时和失调电压引入的误差。比较器电路存在的失调电压会使得比较器电路的两个输入端VIN和VRAMP并不总是在两者相等的时刻翻转，而是在两者相差一个失调电压Vos时翻转，而为了使比较器电路正常翻转，在不考虑比较器电路延时的情况下，VRAMP1’需要比VRAMP0’小Vos， VRAMP2’需要比VRAMP0’大Vos。由于Vos电压的正负极性由制造工艺导致，具有不确定性，导致VRAMP1’、VRAMP2’分别需要比VRAMP0’小很多和大很多，典型情况在30mV～100mV，这样VRAMP1’需要较小而VRAMP2’需要较大，即VRAMP2’与 VRAMP1’之差较大，而这样会导致t6时刻延后，且为了保证整个ADC能达到满刻度， VRAMP3’电压也需要足够大，即t9时刻延后，即总的转换周期需要大大加长，减小ADC 能达到的最高转换速率。

总而言之，这种积分型ADC可以容忍一定的比较器电路失调，但这需要以转换速率的损失为代价，减小比较器电路的失调有利于加快ADC的转换速率，同时VRAMP2’与VRAMP1’之差可以减小，这样就可以降低电路的设计难度。由此可见，降低甚至消除比较器电路的失调电压有着实际的需求。