一種新型高線性度采樣開關(guān)的設(shè)計
英飛凌汽車電子生態(tài)圈
1．2 開關(guān)中比較器的設(shè)計
由于要求達到14位的采樣精度，從而導(dǎo)致比較器的精度必須達到16位以上。運放型比較器的精度公式為
式(3)中AV為比較器增益；VOH，VOL分別表示輸出高低電平，較高精度需保證一定的增益。
比較器采用MOS二極管連接類型的負載，分別等效為正、負電阻，同時輸出串聯(lián)兩個反相器以增加后級驅(qū)動能力，如圖4所示。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/178157.htm
采樣時的非理想效應(yīng)如電荷注入等可等效看作是輸入信號的共模噪聲，會嚴重地影響采樣的線性度，因此采用輸入輸出全差分結(jié)構(gòu)來抑制。為達到一定的增益要求，可采用電流源負載，但需要單獨的偏置電路產(chǎn)生偏置電壓，增加了復(fù)雜性。MOS二極管連接形式的負載對增益和運放帶寬的影響比較折中，因此可用作負載。由小信號等效分析可得，該運放的增益由式(4)給出。
其中，gM1，gM3和gM4分別對應(yīng)輸入管M1和負載管M3和M4的跨導(dǎo)參數(shù)。由傳統(tǒng)運放理論可知：要增加增益需增大輸入對管的跨導(dǎo)，但由于電壓型運放的增益帶寬積為固定常數(shù)，因此一味地增加輸入管跨導(dǎo)會導(dǎo)致帶寬變小，從而影響速度。由式(4)可知，設(shè)計中只要gM3與gM4差值較小，gM1不需要過大，運放就可達到較高的增益，故設(shè)計中可采用較小的晶體管來抑制增益帶寬積為固定值的不利影響，同時較小的晶體管尺寸可以有效降低其寄生電容效應(yīng)，從而減小輸入寄生電容對采樣速度和精度的影響。
非理想情況下，由于工藝偏差等因素造成比較器隨機產(chǎn)生一定的失調(diào)電壓，會影響比較器可比較的最小精度。從統(tǒng)計學(xué)角度分析，其服從均值為零的高斯分布，比較器的失調(diào)電壓近似為
其中，
為輸入管的失調(diào)方差；
為負載管的失調(diào)方差；AVTN，AVTP和AWLN，AWLP分別是與具體工藝相關(guān)的閾值電壓失調(diào)因子和尺寸失調(diào)因子，在特定工藝下為常數(shù)，隨著工藝制程的進步，其值隨之減小。由式(6)可知，比較器的失調(diào)與晶體管的尺寸成反比，因此為了較小的失調(diào)，應(yīng)適度地增加晶體管尺寸，但同時會導(dǎo)致寄生效益增加，故需折衷考慮。
評論