papertime：比較器的討論-北極之美20110813.doc

“模擬 IC Workshop”每周日晚八點(diǎn)papertime QQ群：70151944比較器設(shè)計北極之美（20110813）北極之美-IC廈門(714434899)20:01:55比較器方面，就是比較兩個信號的輸入大小，我想這方面大家應(yīng)該沒什么問題一般設(shè)計主要考慮時間，功耗，失調(diào)噪聲，回饋噪聲。它的功能是比較輸入端的信號差異，輸出以之對應(yīng)的數(shù)值上離散的兩種信號之一，當(dāng)Vin+Vin-時，比較器輸出為高電平（Voh）；當(dāng)Vin+Vin-時，比較器輸出為低電平(Vol)；理想比較器的電路模型：輸出一個狀態(tài)，不過這是理想的狀態(tài)，可是在我們實(shí)際設(shè)計中，一般增益不可能無限大。再考慮失調(diào)下，那么模型Vos為輸入失調(diào)電壓，它被定義為：實(shí)際比較器輸出電壓為零時，輸入端所加的電壓。差分輸入電阻和電容，輸出電阻，共模輸入電阻，共模輸入電壓范圍這些參數(shù)在管子設(shè)計時也得考慮這是設(shè)計比較器最基本的一些常識那接下來將一下鎖存器的時間計算，目前比較器結(jié)構(gòu)，大家有了解多啊zhuzhuDW(261905074)20:11:36無反饋放大器zhuzhuDW(261905074)20:11:53遲滯北極之美-IC廈門(714434899)20:12:22一般是四種，我目前了解的畢加索_W_D(41448363)20:12:41開關(guān)電容北極之美-IC廈門(714434899)20:12:46就是電壓型放大型比較器，鎖存比較器，開關(guān)電容比較器，預(yù)防大鎖存比較器啊目前在高速比較流行的是預(yù)防大鎖存比較器這是預(yù)防大器級，這個架構(gòu)大家應(yīng)該么什么問題吧空心菜_IC(115830685) 20:17:07這個和環(huán)形振蕩器的延遲單元一模一樣風(fēng)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 加速北極之美-IC廈門(714434899) 20:18:33就是放大輸入電壓，加速這個算法也算對啊,小信號模型你們可以推下小信號增益就是gm1/(gm3-gm5)空心菜_IC(115830685) 20:21:32這個增益應(yīng)該非常大，基本上很快飽和了，VO就是VI的反向整形了，對不？北極之美-IC廈門(714434899) 20:21:33這個不是鏡像，這是交叉耦合，當(dāng)作負(fù)電阻Alvin_W_D(260872353) 20:22:13這個在SANSEN的書上介紹過，最上面的相當(dāng)于是一個電阻，空心菜_IC(115830685) 20:22:15嗯 是負(fù)阻，和振蕩器是一個原理變態(tài)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極之美-IC廈門(714434899) 20:23:09就是直接調(diào)整M3和M5就可以調(diào)到很高的增益啊變態(tài)妖道_W_D(12219416) 20:23:14貌似是為了得到高增益北極之美-IC廈門(714434899) 20:23:17對的風(fēng)之翼_W_D(1310465756) 20:23:23哦，知道了北極之美-IC廈門(714434899) 20:23:25就是為了得到高增益啊，其實(shí)你們要了解第一級的目的是什么啊夢&飛翔_W_D(576302026)20:24:04第一級就是放大作用吧北極之美-IC廈門(714434899)20:24:03北極之美-IC廈門(714434899)20:24:12對啊空心菜_IC(115830685)20:24:28第一級是加速和緩存？兩個作用北極之美-IC廈門(714434899)20:24:33但是也要保證很大的帶寬曬不_S(544854106)20:24:40要很大的輸入電阻，對吧?北極之美-IC廈門(714434899)20:25:06所以一般要接副電阻結(jié)構(gòu)即可以保證增益，也可以獲得很大帶寬 變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:25:36這種結(jié)構(gòu)為什么能得到高帶寬？北極之美-IC廈門(714434899)20:25:34帶寬大了，時間常數(shù)就小啊,就是3db,一般也是響應(yīng)時間要盡量小，就是響應(yīng)要快啊zhuzhuDW(261905074)20:26:27voh和vol階躍響應(yīng)的幅度為啥不一樣呢變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:27:36能得到高帶寬是因?yàn)檩敵鲎杩购苄?，所以輸出電流很大嗎？北極之美-IC廈門(714434899)20:27:37那個比較器輸出一般是一高一低啊風(fēng)之翼_W_D(1310465756)20:28:01大家一個一個問問題比較好,解答了一個，再問下一個PS(大家記得問題一個個來，方便你我他)變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:29:13我先排上隊(duì)，我的問題是這種結(jié)構(gòu)為什么能得到高帶寬 半成品_W_L(240868083)20:29:27可以解釋下著個圖嗎北極之美-IC廈門(714434899)20:29:41這個就是比較器差分輸出啊北極之美-IC廈門(714434899)20:29:52我們先看這個圖，這個圖，大家看的懂嗎輕風(fēng)_s(305999073)20:30:41這個圖的功能是什么？zhuzhuDW(261905074)20:30:49鎖存吧變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:30:54輸入從哪里來的？畢加索_W_D(41448363)20:30:52等下看下zhuzhuDW(261905074)20:31:27用開關(guān)，輸入后斷掉就可以自鎖存吧？北極之美-IC廈門(714434899)20:31:28這是兩個反向器首尾相接啊。PS（回答上面提出的問題）問題：用開關(guān)，輸入后斷掉就可以自鎖存吧？回答：對的zhuzhuDW(261905074)20:32:52這個用來做比較器的輸出級？ 北極之美-IC廈門(714434899)20:33:06等下，我找個圖啊程(83574805)20:33:48最簡單的鎖存器北極之美-IC廈門(714434899)20:35:03就是這種鎖存器；一般要等中間的開關(guān)斷開，才開始再生階段啊空心菜_IC(115830685)20:35:43注入鎖定？北極之美-IC廈門(714434899)20:36:07在復(fù)位階段，差分輸出就是vol就是0,輸入端也是輸出端輕風(fēng)_s(305999073)20:36:35對latch的電平有什么要求的嗎北極之美-IC廈門(714434899)20:37:06一般就是時鐘電平,這個沒什么特別要求啊變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:37:21數(shù)字電平北極之美-IC廈門(714434899)20:37:40今天我們這邊就不說這個啊變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:38:01那這個是比較器的核心部分嗎？北極之美-IC廈門(714434899)20:38:07是的zhuzhuDW(261905074)20:38:36這個鎖存器的名稱是啥北極之美-IC廈門(714434899)20:38:46然后在輸出端接一個反向器就可以，這是一般共用的電路啊,就是鎖存器zhuzhuDW(261905074)20:38:57哦變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:39:02這個就是典型的鎖存器吧北極之美-IC廈門(714434899)20:39:01沒什么特別名稱前面大家都聽懂沒；接下來解釋一下這個圖；在鎖存器開關(guān)管關(guān)的階段，就是復(fù)位階段，那么輸出就0，就是VOL，也意味著鎖存器輸入電壓也0。這個圖主要說明是比較器的延時時間變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:42:25Vx那一點(diǎn)是不是有特別意義？北極之美-IC廈門(714434899)20:43:36預(yù)防大器就是把電壓放大一定值VX，然后再生階段開始時，就是鎖存器初始電壓，這樣鎖存器時間就是vx點(diǎn)到voh的時間變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:44:16預(yù)放大器本身的延時沒有算進(jìn)去？北極之美-IC廈門(714434899)20:44:17要算的，VX就是要使得t1和t2達(dá)到最小變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:45:23t1是預(yù)放大器本身的延時？zhuzhuDW(261905074)20:45:22vol是下面那條曲線？北極之美-IC廈門(714434899)20:45:25是的風(fēng)之翼_W_D(1310465756)20:45:28t1和t2不相等嗎？變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:45:47t1好像是取決于預(yù)放大器北極之美-IC廈門(714434899)20:46:06t1是預(yù)放大器延遲時間變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:46:21明白，現(xiàn)實(shí)中t1應(yīng)該是比t2短的吧？北極之美-IC廈門(714434899)20:46:47預(yù)防大器，如果你們要考慮寄生電容，就是簡單一階模型變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:46:51預(yù)放大器延時比鎖存器還長嗎？北極之美-IC廈門(714434899)20:47:05這個你設(shè)計時要考慮的變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:47:13是的，寄生電容很重要風(fēng)之翼_W_D(1310465756)20:47:30Vol為什么不是0呢？變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:47:48Vol是0zhuzhuDW(261905074)20:47:57那這兩條曲線表示啥？變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:48:18曲線應(yīng)該是輸入電壓吧，說錯了，輸出電壓北極之美-IC廈門(714434899)20:48:27表示預(yù)防大器和鎖存器響應(yīng)曲線啊 夢&飛翔_W_D(576302026)20:48:55那最先上升的那條曲線應(yīng)該是要降到0啊，一個上升到最高，一個下降到最低北極之美-IC廈門(714434899)20:49:43NO，表示預(yù)防大器和鎖存器響應(yīng)曲線啊，你在仔細(xì)看下圖變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:50:40兩條曲線都是輸出電壓從低變到高的情況吧北極之美-IC廈門(714434899)20:49:43比較器一般由預(yù)防大器和鎖存器構(gòu)成，那么時間是兩個時間相加，那么如何使他們總時間最小夢&飛翔_W_D(576302026)20:51:08鎖存器最后的輸出應(yīng)該就是一個最高一個最低的吧，那這兩條響應(yīng)曲線也應(yīng)該是這種趨勢才對啊。鎖存器最后的輸出應(yīng)該就是一個最高一個最低的吧。在圖上沒看出來啊北極之美-IC廈門(714434899)20:51:50曲線表示差分輸出，這兩條曲線分別表示預(yù)防大器和鎖存器響應(yīng)曲線啊變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:52:35兩條都是比較器輸出從低變到高的，從高變到低的這圖上沒畫吧。如果預(yù)放大器增益很大，t2會變小，但t1可能會變大，是這樣嗎？北極之美-IC廈門(714434899)20:57:23這個是折中問題，就是如何讓兩者取最小值變態(tài)妖道_W_D(12219416)20:57:41是啊北極之美-IC廈門(714434899)20:58:09那接下來我把鎖存器的公式推導(dǎo)發(fā)給大家看一下夢&飛翔_W_D(576302026)20:58:26T1應(yīng)該是跟放大器的帶寬有關(guān)系吧，不是跟增益的吧北極之美-IC廈門(714434899)20:58:26這是小信號模型，T1應(yīng)該是跟放大器的帶寬有關(guān)系北極之美-IC廈門(714434899)20:58:45對的北極之美-IC廈門(714434899)20:58:56我前面也講過，就是帶寬要大的原因R1：節(jié)點(diǎn)1對地電阻；R2：節(jié)點(diǎn)2對地電阻；C1：節(jié)點(diǎn)1對地電容；C2：節(jié)點(diǎn)2對地電容；Vo1/s：是vo1的初值，且為階躍信號；Vo2/s：是vo2的初值，且為階躍信號；這是公式,大家有空可以推導(dǎo)下。最后的結(jié)論是這個,這是鎖存器時間計算。大家還有什么問題沒,不然我今天就講這些啊。有關(guān)失調(diào)電壓這方面，大家可以網(wǎng)上查資料，一般是針對輸入管子設(shè)計比較大些變態(tài)妖道_W_D(12219416) 21:03:14我想問下預(yù)放大器采用那種結(jié)構(gòu)在帶寬方面比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要好嗎？如果是的話，為什么會好？zhuzhuDW(261905074)21:03:30deltavot為何和vi成指數(shù)關(guān)系，是從上面兩個公式推出的嗎北極之美-IC廈門(714434899)21:03:44是的，預(yù)放大器采用那種結(jié)構(gòu)在帶寬方面比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)要好嗎。你是指那個結(jié)構(gòu)？變態(tài)妖道_W_D(12219416)21:04:17是負(fù)電阻負(fù)載的那種結(jié)構(gòu)，不完全是吧，每種結(jié)構(gòu)輸出阻抗都不一樣的。這是由結(jié)構(gòu)決定的夢&飛翔_W_D(576302026)21:09:50帶寬是Gm1/cl，跟輸出電流沒有關(guān)系，輸出電流只決定擺率變態(tài)妖道_W_D(12219416)21:10:14我想想北京-goodview-wrdl(397946064)21:10:24gm1跟輸出電流有關(guān)吧apy_E(229790768)21:10:25電流跟帶寬有關(guān)系吧夢&飛翔_W_D(576302026)21:10:40gm1跟輸入管的電流有關(guān)北京-goodview-wrdl(397946064)21:11:06電流大，所以充放電快，所以速度高，帶寬大噻變態(tài)妖道_W_D(12219416)21:11:18我也是這么想的夢&飛翔_W_D(576302026)21:11:28當(dāng)然尾電流管電流大輸入管的電流也大，反正就是差分輸入管的跨導(dǎo)北極之美-IC廈門(714434899)21:11:36電流一般針對大信號模型北京-goodview-wrdl(397946064)21:11:36這是用于那里的比較器啊北極之美-IC廈門(714434899)21:12:41靜態(tài)電流一般還是跟功耗要求有關(guān)系啊夢&飛翔_W_D(576302026)21:12:49