动态锁存比较器
高速低功耗CMOS动态锁存比较器的设计
种新的锁存比较器复位电路，该电路仅由一个 Ｐ 沟道金属氧化物半导体（ＰＭＯＳ）管构成，实现 电 荷 的 再 利 用，
减小了延迟，降低了功耗．ＳＲ 锁存器输入端口的寄 生 电 容 为 锁 存 比 较 器 的 负 载 电 容，对 ＳＲ 锁 存 器 的 输 入 端
口进行改进，避免由于锁存比较器的负 载 电 容 失 配 导 致 的 输 入 失 调 电 压 偏 移 的 问 题．电 路 采 用 ＴＳＭＣ０．１８
第 ３９ 卷 第 ４ 期
２０１８年７月
华 侨 大 学 学 报 （自 然 科 学 版 ） ＪｏｕｒｎａｌｏｆＨｕａｑｉａｏＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ （ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ）
犇犗犐：１０．１１８３０／ＩＳＳＮ．１０００?５０１３．２０１６０８０１１
Ｖｏｌ．３９ Ｎｏ．４ Ｊｕｌ．２０１８
中 图 分 类 号 ： ＴＮ４３２
文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １０００?５０１３（２０１８）０４?０６１８?０５
犇犲狊犻犵狀狅犳犎犻犵犺?犛狆犲犲犱犔狅狑?犘狅狑犲狉犆犕犗犛 犇狔狀犪犿犻犮犔犪狋犮犺犲犱犆狅犿狆犪狉犪狋狅狉
ＬＩＪｉｎｇｋｕｎ１，２，ＹＡＮＧ Ｘｉａｏ１，２，ＣＨＥＮ Ｇｕｏｙａｎ１，２， ＬＯＵ Ｆｕｊｕｎ１，２，ＱＩＵ Ｗｅｉｂｉｎ１，２
μｍ 互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）工艺实现．结果表明：电源电压为１．８Ｖ，时钟频率为１ＧＨｚ时，比较器精 度 达 ０．３ ｍＶ；最 大 输 入 失 调 电 压 为 ８ ｍＶ，功 耗 为 ０．２ ｍＷ；该 比 较 器 具 有 电 路 简 单 易 实 现 、功 耗 低 的 特 点 ．
关 键 词 ： 动 态 锁 存 比 较 器 ；互 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 ；高 速 低 功 耗 ；失 调 电 压
一种高速开关电容动态锁存比较器分析与设计
存 器采用两个正反馈锁存 器和额外 的反馈环路提 高 了锁存 的速度 。基于０１ ¨ｍ １ Ｖ Ｃ ． ８ ． ＭＯＳ ＿ ８ ＿ 艺进行 Ｔ 了版 图设计和后 仿真 ，结果 表明该比较 器可 以应用于２ ０ Ｐ 高精度 流水线模 数转换 器。 ０ ＭＳ Ｓ 关键词 ：高速 高精度模 数转换 器；比较器 ；正反馈 ；锁存 器
中图分类号 ：Ｔ ４ ２ Ｎ ０
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１８ —０ ０ （０２ ６０ １ ．４ ６ １１７ ２ １）０ ．０２０
Ａｎ ｌ ｓｓａ ｓｇ ｆａＨ ｉ ｈ Ｓ ｅ ｗｉｃ ｅ ｐａ ｉｏ ａ ｙ ｉ ｎｄ Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｇ ｐｅ ｄ Ｓ ｔ ｈ ｄ Ｃａ ｃ ｔ ｒＤｙｎ ｍ ｉ ｍ ｐａ ａ ｏ ａ ｃ Ｃｏ ｒ ｔｒ
Ｔｈ ｏ ｐ ｒ ｔ ｒｉ ｌ ｄ ｓａ ｓ ｔｈ ｄ ｃ ｐａ ｉ ｒｓ ｍｐｌ ｇ ｓａ ｅａ ｄ ａ ｄ ｎａ ｉ ￣ｃ ｄ ｃ ｍｐａａ ｏ ． ｅ ｉｐ ｔ ｅ ｃ ｍ ａ ａｏ ｎｃｕ ｅ ｗｉｃ ｅ ａ ｃｔ ａ ｏ ｉ ｔ ｇ ｎ ｙ ｍ ｃｌ ｈｅ ｏ ｎ ｒ ｔｒＴｈ ｎ ｕ ｖ ｌ ｇ ａ ｇ ｓｉ ｏ ｔ ｅｒ ｎ ｅｉ ｍｐｒ ｖ ｄ ｂ ｐ ｙ ｎ ｗｉｃ ｅ ａ ｃｔ ｒｓ ｍｐ ｉ ｇｓａ ｅｉ ｈ ｐ ｔｓ ｇ ． ｅｓ ｅ ｄｏ ｅ ａ ｏ ｅ ｙ ａ ｐｌｉ ｇａｓ ｔｈ ｄ ｃ ｐａ ｉ ａ ｌｎ ｔｇ ｎｔ ｅｉ ｕ ｔ ｅＴｈ ｐ ｅ ｆｔ ｏ ｎ ａ ｈ ｄ ｎ ｍ ｉ ａｃ ｓｉ ｒ ｖｅ ｙ ｅ ｐ ｏ ｉｇ ｔ ｏ ｃｏ ｓｃ ｕ ｅ ａｃ ｄ ｏｈｅ ｅ ｄ ｃ ｉｃ ｉｓＴｈ ｏ ｐ ｒ ｔ ｒ ｙ ａ ｃｌｔｈ ｉ ｍｐ ｏ ｄｂ ｍ ｌ ｙｎ ｗ ｒ ｓ － ｏ ｐｌｄ１ｔｈ ａ ｔ ｒｆ ｅ ｂａ ｋ ｃｒ ｕ ｔ． ｅｃ ｍ ａ ａｏ ｎ ｉ ｅ ｉｎｅ ｎｄ ｓｍ ｕｌｔｄ ｉ ． ｍ ．Ｖ ｓ ｄ ｓｇ ｄ ａ ｉ ａ ｅ ｎ ａ ０ １ ８ １ ８ ＣＭ ＯＳ ｔ ｃ ｎｏ ｏ ｙ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈｏ ｈａ ｔｍ ｅ ｔ ｈ ｅ ｈ ｌ ｇ ｎ ｅ ｕ ｔｓ ｗｓ ｔ ｔｉ ｈ ｅｓ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉｅ ｅ ｔｏ ００Ｍ Ｓ ｉｈ ｒ ｓ ｕ ｉ ｎｐｐｅｉ ｅ ｅ ｕ ｒｍ ｎ ｆａ２ ＰＳ ｈｇ ｅ ｏｌｔｏ ｉ ｌｎ ｄＡＤＣ． Ｋ ｅ ｒ ｓ ｈ ｇ ｐ ｅ ｉ ｈｒ ｓ ｌ ｔ ｎＡＤＣ； ｏ ａ ａｏ ； ｓｔｖ ｅ ｄ ａ ｋ；ａ ｃ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｈｓ ｅ ｄｈ ｇ ｅ ｏ ｕ ｉ ｏ ｃ ｍｐ ｒｔ ｒ ｐｏ ｉ ｅｆｅ ｂ ｃ ｌｔｈ ｉ
锁存比较器原理
锁存比较器原理锁存比较器是一种电子电路，可以在两个输入信号之间进行比较，并在输出端产生数字信号，表示哪个输入信号更大。
它的特点是具有锁存功能，即一旦输出状态被设置，它将保持该状态，直到另一个输入信号超过当前输入信号并触发输出状态的变化。
在本文中，我们将详细探讨锁存比较器的原理、特点和应用。
一、锁存比较器的基本原理锁存比较器通常由两个运算放大器组成，其中一个运算放大器作为比较器，另一个运算放大器作为锁存器。
比较器的正输入端接收一个参考电压，而负输入端接收待比较的信号电压。
当待比较的信号电压超过参考电压时，比较器输出高电平信号，否则输出低电平信号。
锁存器的作用是在比较器输出状态发生变化时，将新的输出状态锁存并保持，直到另一个输入信号超过当前输入信号并触发输出状态的变化。
锁存器通常由一个正反馈电路和一个开关电路组成。
当比较器输出状态发生变化时，正反馈电路将输出端的状态反馈到比较器的输入端，使输出状态得以保持。
开关电路则用于在另一个输入信号超过当前输入信号时，切换输出状态。
二、锁存比较器的特点1.速度快：由于锁存比较器采用了正反馈电路，使得输出状态的变化非常迅速，响应速度快。
2.稳定性好：锁存功能可以有效地抑制噪声和干扰信号对输出状态的影响，提高了电路的稳定性。
3.分辨率高：由于比较器的输入失调电压和偏移电压很小，使得锁存比较器具有很高的分辨率，可以检测出微小的信号变化。
4.可调范围广：通过调整参考电压和反馈电阻的阻值，可以改变锁存比较器的阈值电压和灵敏度，以适应不同的应用需求。
三、锁存比较器的应用1.高速数据采集：锁存比较器可以快速准确地检测出模拟信号的变化，适用于高速数据采集系统。
2.自动控制：通过设定合适的阈值电压，可以将锁存比较器用于自动控制系统中，实现对温度、压力等参数的监控和控制。
3.电子测量仪器：锁存比较器的高分辨率和可调范围广的特点使其成为电子测量仪器中的重要组成部分，如示波器、频谱分析仪等。
动态比较器工作原理
动态比较器工作原理动态比较器是一种常用的电子元器件，它在电子设备中起到比较两个电压或信号的作用。
本文将详细介绍动态比较器的工作原理和应用。
一、工作原理动态比较器主要由比较器和锁存器组成。
比较器是核心部件，它接收两个输入信号，并产生一个输出信号，表示两个输入信号的大小关系。
锁存器则用来保存比较器输出信号的状态，以便后续的处理。
动态比较器的工作原理可以分为以下几个步骤：1. 初始化：首先将锁存器的输出置为初始状态，一般为低电平。
2. 输入比较：比较器接收两个输入信号，并判断它们的大小关系。
比较器通常采用差动放大器的结构，通过比较输入信号与参考电压的大小来确定输出信号的状态。
3. 输出锁存：比较器的输出信号经过锁存器保存，以便后续处理。
锁存器一般采用触发器的结构，将比较器的输出信号保存在触发器中。
4. 后续处理：根据锁存器的输出信号，可以进行各种后续处理，如触发其他逻辑电路、控制器或驱动器的工作。
二、应用领域动态比较器广泛应用于各种电子设备中，特别是在模拟信号处理和数字信号处理领域。
1. 模拟信号处理：在模拟信号处理中，动态比较器可以用来判断两个模拟信号的大小关系。
比如在音频设备中，可以使用动态比较器来实现音量控制、自动增益控制等功能。
2. 数字信号处理：在数字信号处理中，动态比较器可以用来判断两个数字信号的大小关系。
比如在通信系统中，可以使用动态比较器来实现信号解调、信号检测等功能。
3. 传感器信号处理：在传感器信号处理中，动态比较器可以用来判断传感器输出信号的大小关系。
比如在温度传感器中，可以使用动态比较器来判断当前温度是否超过设定阈值，以触发相应的报警或控制信号。
4. 微处理器控制：在微处理器控制中，动态比较器可以用来判断微处理器输出信号与外部输入信号的大小关系。
比如在电机控制系统中，可以使用动态比较器来判断电机转速是否达到设定值，以控制电机的启停或调速。
三、优缺点分析动态比较器具有以下优点：1. 快速响应：动态比较器采用高速比较器和锁存器，可以实现快速的信号处理和响应。
基于平衡态的动态比较器失调电压分析和设计优化
文 章 编 号 ： １ ０—２ ９（０ ２ ０ －０ －６ ０ ７０ ４ ２ １） １０ １ ０ １
电路 与 系 统 学 报
Ｊ ０ＵＲ ＮＡＬ ＯＦ ＣＩ ＵＩ ＲＣ ＴＳ ＡＮＤ ＹＳ Ｍ Ｓ Ｓ ＴＥ
Ｖｏ ． ７ １ １
基 金 项 目 国 家 自然 科 学 基 金 重 点 基 金 （ １３ ０ ４ ： 国家 自然 科 学 基 金 面 上 基 金 （ １７ ０ ４ ６０６０ ） ６０６２ ）
ห้องสมุดไป่ตู้
１ ２
电路 与 系 统 学 报
第 １ ７卷
的 电流 相 等 ，对 应 的两 支 路 各 个 结 点 的 电压 也相 等 。此 时 平 衡态 可 以用 一 个 由结 点 电压确 定 的状 态 函 数 来 描 述 ，如 公式 （ ）所示 ： １
基础 ，通 过 在复 位 电压 跳变 时刻引 入补 偿 电压 的方法 ，逐 一分 析 了动态 比较器 各 晶体 管参数 对 总体 失调 电压 的影 响，
建 立 了 失 调 电压 的 数 学 模 型 ； 用 Ｃ ａｔｒｄ０１ｕ Ｐ Ｍ 工 艺 对 Ｌ ｗｉ． ａ 采 ｈ ｒ ｅ ．８ ｍｌ ６ ｅ ｅ ｓＧｒｙ型 动 态 比 较 器 进 行 了 电路 和 版 图 设 计 ，并
ＮＯ １ ．
Ｆ ｂｕｒ ２ ２ ｅ ｒａｙ， ０１
基 于 平衡 态 的动态 比较 器 失调 电压 分析 和设计 优 化
巫朝发 ， 姚素英， 赵士彬 ， 高静 ， 徐江涛
（ 津 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 ，天 津 ３ ０ ７ ） 天 ０ ０ ２
摘要 本 文 提 出了一种 基 于平衡 态 的动 态 比较 器 失调 电压 分析 设计 技术 。 以两 支路 电压 电流 相等 的平衡 态 为分 析
CMOS比较器(6)解读
ln
V2 V1
+ -
+ V-
gm v
RL
C
锁存比较器小信号模型
11
可再生比较器
一般来说，锁存比较 器由于其正反馈结构能够 达到很高的速度。然而， 这类比较器却存在较大的 失调电压，其中锁存电路 中的回踢噪声会贡献很大
一部分失调电压。
前级等效电路
+ －
VDD 0
回踢噪声的来源
12
开关电容比较器
Φ2 VIN+
VC ＋－
CP
Φ1
－
VOUT ＋＋
VOS －
开关电容比较器结构 13
几种比较器结构的性能比较
开环比较器，特别是多级开环比较器容易做到高速高精度。然而，由于 这类比较器中运放的增益和带宽的折衷，很难做到超高速。此外，多级 开环比较器相比于其他结构的比较器功耗较大，这限制了这类比较器在 超高速高精度中的应用。
2Q C2
总的失调电压为 ：
VOS
1 2 A • VOS1
latch
2 VOS 2
clk
M15
M17
M16
M18
M20
Out-
M19 clk
Mp1 S2
M22 Vop M13
Out+
M21 clk
Mp2 S1
M12
Vom
clk
M14
再生锁存器结构
27
输出锁存级的设计和优化
M27 M28 Out+
Iss
VDD
M3
M3
M5
Vout1 M7
M1 M2 Vin
Iss
cloc
k
VDD M3 M4
一种高速开关电容动态锁存比较器分析与设计
一种高速开关电容动态锁存比较器分析与设计范晓捷;黄峰;魏斌;李静;张凯虹【摘要】A high speed switched capacitor dynamic comparator circuit in CMOS technology is presented. The comparator includes a switched capacitor sampling stage and a dynamic latched comparator.The input voltage range is improved by applying a switched capacitor sampling stage in the input stage.The speed of the dynamic latch is improved by employing two cross-coupled latch and other feedback circuits.The comparator is designed and simulated in a 0.18 la m 1.8V CMOS technology and the result shows that it meets the requirement of a 200 MSPS high resolution pipelined ADC.%设计了一种基于CMOS工艺的开关电容动态锁存比较器。
该比较器包含一个共模不敏感全差分开关电容采样级和一级动态锁存比较器。
开关电容采样级验证了比较器的输入共模范围，动态锁存器采用两个正反馈锁存器和额外的反馈环路提高了锁存的速度。
基于0．18μm1．8VCMOS工艺进行了版图设计和后仿真，结果表明该比较器可以应用于200MSPS高精度流水线模数转换器。
【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2012(012)006【总页数】4页(P12-15)【关键词】高速高精度模数转换器;比较器;正反馈;锁存器【作者】范晓捷;黄峰;魏斌;李静;张凯虹【作者单位】中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;黄山旅游发展股份有限公司云谷索道分公司,安徽黄山242709;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035;中国电子科技集团公司第58研究所,江苏无锡214035【正文语种】中文【中图分类】TN4021 引言无线通信、高速测量仪器、数字雷达等对应用系统和模/数转换器（ADC）提出了高速度、高精度、大动态范围、宽输入信号带宽、低功耗等指标要求，使得系统对高性能ADC产品的需求日益突出。
基于亚阈运算放大器的动态锁存比较器设计
基于亚阈运算放大器的动态锁存比较器设计作者：张玲来源：《现代职业教育.高职本科》 2017年第5期［摘要］基于预放大锁存理论，提出一种低电压低功耗动态锁存比较器。
与传统比较器不同，该比较器采用了亚阈运算放大器结构作为前置放大器以实现低电压低功耗。
结果表明当工作于1.2V电源电压、500kHz的时钟下，精度可达1 mV，功耗仅为16.45 μW。
该电路可应用在低功耗流水线式ADC电路中。
［关键词］动态锁存比较器；前置放大器；亚阈运算放大器［中图分类号］ G712［文献标志码］ A［文章编号］ 2096-0603（2017）１3-0１79-01一、引言随着现代通信技术的广泛应用，高速低功耗的电子设备成为市场主流，这些设备都依赖于高性能的模数转换器（ADC），特别是对功耗的要求越来越高，低功耗ADC成为决定设备性能的关键因素。
而模数转换器中比较器是重要模块，其精度、功耗和速度等指标对整个ADC的性能有重要的影响[1]。
这里设计了一种新型低电压低功耗动态锁存比较器。
与传统的比较器相比，由于采用亚阈运算放大器作为前置放大器，极大地降低了整个电路的功耗。
二、比较器的结构设计为了实现电路的低功耗，使电路中的MOSFET工作在亚阈区[2]。
比较器采用动态锁存结构，它由三级电路构成，第一级是前置放大器，第二级是动态锁存器，第三极是输出锁存器。
原理框图如图1所示。
■图1 比较器原理框图（一）前置放大器前置放大器的作用有两个：一是放大输入信号，降低动态锁存器的比较时间，同时降低总体延时；二是放大输入信号差，减小比较器失调电压的影响。
■图2 前置放大器原理图（二）动态锁存器本次设计的锁存器采用动态锁存器结构。
动态锁存器优于静态锁存器的特点是电路瞬间功耗低，直流功耗近乎为零,并且电路面积小，但动态锁存器需要时钟控制信号。
图3为动态锁存器的原理图。
■图3 动态锁存器原理图（三）输出锁存器输出锁存器其实是一个带使能端的RS锁存器，其结构如图4所示。
动态锁存比较器
是，输出发生跳变。
时钟频率为1M的方波。
电路结构：左端是预防大器，然后用二个NMOS开关管将预防大和锁存比较器隔开，防止回踢噪声，中间级是动态锁存比较器，输出级是二个钟控的反相器，输入共模电平922m，偏置电压为834m,所有MOS管均采用L=180n,降低延时。
预防大交叉耦合负载W=1.2u,输入管W=13.6u,尾电流管W=14U
开关管W=200n,动态锁存比较器二个电流管W=1u,中间耦合管W=2u
输出反相第一层为W=4U，第二层W=200n,第三层W=360n
预防大增益为17DB，3DB带宽2.35G，单位增益带宽14G。
功能仿真而输入不等VIP>VIN;VOUT2输出方波,VIP<VIN,VOUT1输出方波。
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是，输出发生跳变。
时钟频率为1M的方波。
电路结构：左端是预防大器，然后用二个NMOS开关管将预防大和锁存比较器隔开，防止回踢噪声，中间级是动态锁存比较器，输出级是二个钟控的反相器，输入共模电平922m，偏置电压为834m,所有MOS管均采用L=180n,降低延时。
预防大交叉耦合负载W=1.2u,输入管W=13.6u,尾电流管W=14U
开关管W=200n,动态锁存比较器二个电流管W=1u,中间耦合管W=2u
输出反相第一层为W=4U，第二层W=200n,第三层W=360n
预防大增益为17DB，3DB带宽2.35G，单位增益带宽14G。
功能仿真而输入不等VIP>VIN;VOUT2输出方波,VIP<VIN,VOUT1输出方波。