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专利号: 2021115205108
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-08-04
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,包括:预放大器(1)、比较电路(2)及锁存器(3),其中所述预放大器(1)的信号输出端接所述比较电路(2)的信号输入端,所述比较电路(2)的信号输出端接所述锁存器(3)的信号输入端;所述预放大器(1)对输入端VN以及输入端VP的输入信号进行预放大并在输出端VNN与输出端VPP输出信号,所述比较电路(2)对所述预放大器(1)的输出端VNN及输出端VPP的信号进行动态比较并为所述锁存器(3)提供输入信号,所述锁存器(3)接收所述比较电路(2)的输出信号并在时钟信号CLK的作用下实现锁存。

2.根据权利要求1所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述预放大器(1)包括:NMOS管M1、NMOS管M2、NMOS管M3、PMOS管M4、PMOS管M5、PMOS管M6、PMOS管M7、PMOS管M8、PMOS管M9、PMOS管M10及NMOS管M11,其中PMOS管M8的源极分别与PMOS管M9的源极以及外部电源VDD相连,PMOS管M8的栅极分别与PMOS管M9的栅极以及偏置电压端VB相连,PMOS管M8的漏极分别与PMOS管M8的衬底、PMOS管M6的源极以及PMOS管M4的源极相连,PMOS管M6的栅极与时钟信号CLK相连,PMOS管M6的漏极分别与PMOS管M4的漏极、NMOS管M2的漏极、PMOS管M10的源极、NMOS管M11的源极、PMOS管M5的栅极、NMOS管M18的栅极以及所述预放大器(1)的一输出端VNN相连,PMOS管M4的栅极分别与PMOS管M5的漏极、PMOS管M7的漏极、PMOS管M10的漏极、NMOS管M11的漏极、NMOS管M3的漏极、NMOS管M17的栅极以及所述预放大器(1)的另一输出端VPP相连,PMOS管M10的栅极与时钟信号CLK相连,NMOS管M11的栅极与时钟信号CLKF相连,NMOS管M2的栅极与输入端VN相连,NMOS管M2的源极分别与NMOS管M3的源极以及NMOS管M3的漏极相连,NMOS管M1的栅极与时钟信号CLK相连,NMOS管的源极与外部地GND相连,PMOS管M9的漏极分别与PMOS管M9的衬底、PMOS管M5的源极以及PMOS管M7的源极相连,PMOS管M7的栅极与时钟信号CLK相连,NMOS管M3的栅极与输入端VP相连。

3.根据权利要求2所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述预放大器(1)中,PMOS管M8的衬底与PMOS管M8的漏极短接构成体二极管,PMOS管M9的衬底与PMOS管M9的漏极短接构成体二极管,降低电路的动态功耗;构成体二极管的PMOS管M8栅极以及构成体二极管的PMOS管M9栅极均接偏置电压端VB,通过偏置电压端VB改变PMOS管M8以及PMOS管M9的栅极电压,从而调节体二极管的压降,调节比较器的速度;PMOS管M4与PMOS管M5构成背靠背交叉耦合的晶体管并级联到预放大器的输入对管,提高预放大器的增益;PMOS管M6受时钟信号CLK控制且其源/漏极分别与PMOS管M4的源/漏极连接,PMOS管M7受时钟信号CLK控制且其源/漏极分别与PMOS管M5的源/漏极连接,使得预放大器的输出节点在复位阶段能快速充到高电平;PMOS管M10与NMOS管M11构成传输门,在时钟信号CLK为低电平时使得预放大器两输出端的电荷一致。

4.根据权利要求3所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述预放大器(1)中,增加由PMOS管M8构成的体二极管以及由PMOS管M9构成的体二极管,降低预放大器延时,降低的延时为T1,当输入端VN与输入端VP具有相同电位,NMOS管M2的漏极电流ID2与NMOS管M3的漏极电流ID3有ID2=ID3,预放大器的输出端VNN以及输出端VPP的寄生电容均为C,则预放大器降低的延时T1=C×(VDD‑VTHP)/ID2,其中,VDD为外部电源VDD的电压,VTHP为PMOS管的阈值电压。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述比较电路(2)包括:PMOS管M12、PMOS管M13、PMOS管M14、NMOS管M15、NMOS管M16、NMOS管M17以及NMOS管M18,其中PMOS管M12的源极与外部电源VDD相连,PMOS管M12的栅极与时钟信号CLKF相连,PMOS管M12的漏极分别与PMOS管M13的源极以及PMOS管M14的源极相连,PMOS管M13的栅极分别与NMOS管M15的栅极、PMOS管M14的漏极、NMOS管M16的漏极、NMOS管M18的漏极、与非门nand1的一输入端以及所述比较电路(2)的一输出端VON相连,PMOS管M13的漏极分别与NMOS管M17的漏极、NMOS管M15的漏极、PMOS管M14的栅极、NMOS管M16的栅极、与非门nand2的一输入端以及所述比较电路(2)的另一输出端VOP相连,NMOS管M17的源极分别与NMOS管M15的源极、NMOS管M16的源极、NMOS管M18的源极以及外部地GND相连。

6.根据权利要求5所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述比较电路(2)中,NMOS管M17与NMOS管M18为比较电路的输入管且接收所述预放大器1的输出信号,PMOS管M13与NMOS管M15构成反相器1,PMOS管M14与NMOS管M16构成反相器2,反相器1与反相器2采用背靠背交叉耦合连接形成正反馈结构,使系统在一个稳定状态下工作。

7.根据权利要求5所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述锁存器(3)包括:与非门nand1、与非门nand2、与非门nand3以及与非门nand4,其中与非门nand1的另一输入端分别与与非门nand2的另一输入端以及时钟信号CLK相连,与非门nand1的输出端与与非门nand3的一输入端相连,与非门nand3的另一输入端与与非门nand4的输出端相连,与非门nand2的输出端与与非门nand4的一输入端相连,与非门nand4的另一输入端分别与与非门nand3的输出端以及低功耗快速动态比较器的输出端Vout相连。

8.根据权利要求7所述的一种低功耗快速动态比较器,其特征在于,所述锁存器(3)中,与非门nand1以及与非门nand2的一输入端均接时钟信号CLK,当时钟信号CLK为高电平时锁存器接收所述比较电路(2)的输出端VON以及输出端VOP的信号,与非门nand3、与非门nand4构成同步RS触发器,当时钟信号CLK为高电平时,锁存器的输出端Vout的输出为其中,VOUT(n+1)为锁存器下一时刻输出端Vout的输出信号,VOUT(n)为输出端Vout当前时刻的输出信号, 为比较电路的输出端VOP的输出数字信号Vop的相反信号,VON为比较电路的输出端VON的输出数字信号;当时钟信号CLK为低电平时,锁存器的输出端Vout处于保持状态,此时有VOUT(n+1)=VOUT(n)。