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标题: 使用VVCCS且基于比较器的缓冲器 [打印本页]

作者: Bazinga 时间: 2014-8-22 19:53 标题: 使用VVCCS且基于比较器的缓冲器

本文提出了可以在基于比较器的缓冲器设计中应用的新方法，它既能减少过冲误差，也能减少过冲误差相对输出的非线性。基于比较器的推荐缓冲器电路

推荐缓冲器的构建模块和时钟时序图分别如图1.1(b)和(c)所示。双路输出比较器用于控制可变电压控制的电流源。在预置阶段，输出电压保持在电路的最低电压。虽然输出小于输入，但比较器的输出将打开电流源。负载电容被充电，Vout电压上升。在ϕ1阶段开始时，E1和E2为0，此时电路中流动的是电流源最大值。随着Vout的上升，E1成正比增加。接着VVCCS电流值逐渐减小，输出斜率随之减小。

E2可低可高。当Vout越过输入电压值时，E2被置为高，负载电容不再被充电。电路固有延时效应通过VVCCS减小了，因此在输出电压中产生的过冲误差值可以忽略不计。过冲误差可以用高分辨率比较器进一步减小，但会增加功耗。

图1：a)带电阻纠错电路的基于比较器的缓冲器[2]。b)基于比较器的推荐缓冲器电路框图。c)时钟时序图。

可变电压控制的电流源

在推荐电路中使用的定制的可变电压控制电流源[3]如图2(a)所示。当E1和E2处于最低点时，输出电流的最大值将流过输出端。当E1增加时，M2和M4的电流以及Iout将减小。最终当E2被置高时，M5被关断。
定制的比较器

基于比较器的推荐缓冲器中使用的电压比较器如图2(b)所示[4]。为了提高比较器的增益，后置放大器电路与文献[4]有所不同，后者使用NMOS输入放大器。另外，在这个比较器中，信号E1由M2的漏极驱动，这个漏极清楚地再现了信号Vin的变化，而信号E2只有两个状态。在这个比较器中有三个主要模块：由M1和M2组成的前置放大器级，包含M3-M6的判决电路级，以及由剩余电路组成的后置放大器级。第一级电路只是一个基本的差分n沟道放大器，连接着来自第二级的有源负载。第二级电路中的判决过程如下：首先考虑Vin低于Vref的情况。此时M4导通，M3关断。因此所有偏置电流通过M4和M6。在这种情况下，E1和E2处于它们的最低点。随着Vin增加并接近Vref，M4和M6中的电流开始减小，因此E1从地电平开始逐步按比例增加到Vin，而E2仍然是0。当Vin超过Vref电平时，偏置电流将流过M3和M5。现在E2使用判决电路的再生属性快速上升到高电平状态。最后，利用后置放大器级电路增强比较器的分辨率。

图2：a)可变电压控制的电流源，b)推荐架构中的定制比较器。
仿真结果

为了验证基于比较器的推荐缓冲器精度，在HSPICE环境下用0.18μm标准CMOS工艺和1.8V电源电压对电路进行了仿真。假定共模电压、正弦输入信号的幅度和频率分别是0.9V、0.2V和10KHz。电路工作时钟为1MHz，负载为1pf电容。图3显示了推荐电路的输入、输出、E1和E2波形。从图中可以看出，当Vout远小于Vin时，Vout电压以高斜率上升。当Vout接近于Vin电压值时，输出斜率会减小。E1信号应跟踪比较器输出信号的逐步增加。另外，当Vout超过Vin电压值时，E2信号状态被触发。

图3：信号E1、E2和Vout。

将各种输入电压值应用于推荐电路，结果见表1。在信号E2变高过程中对这些结果进行了测试。

表1：过冲误差与输入电压值的关系，并与基于以前比较器的缓冲器结果进行了比较。

本文小结

本文介绍了基于比较器的典型缓冲器的新模型。为了最大限度地减小过冲误差，应用了一个可变电压控制的电流源，并使用了具有两个输出端的定制比较器。通过与以前先进设计的比较向我们展示了推荐电路的更好性能。仿真是在采用0.18μm标准CMOS工艺的HSPICE环境中进行的。推荐缓冲器的功耗估计为616μW。

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