高速高精度钟控比较器的设计

根据小信号模型的节点电流可得到如下公式：

其中，C1和C2是从VM10和VM11的漏极到地的电容，R1和R2是从VM10和VM11的漏极到地的电阻，为再生节点所加的初始电压。τ为时间常数，假设所有的晶体管相同，则有R1=R2，C1=C2，gm11=gm10=gm，从而τ1=τ2=τ。
用△Vo定义Vo1与Vo2的差值，用△Vi定义的差值，因此

需要注意的是：1)在钟控比较级使能之前，再生节点电压变化的速度随△Vi的增加而增大；2)τ的绝对值越小，传输延时越小，比较器工作速度越快。由此可知，通过增加输入跨导、减小输出节点的负载电容和提高初始输入电压差可提高比较器速度。
此外，存比较级电路后增加的输出缓冲级电路也能缩短比较器的比较时间。其优点是结合了比较级电路的正指数响应和正反馈latch结构的负指数响应，即比较级电路先经过一时间段将输入信号放大到某一差值Vx，输出缓冲级电路就会迅速将比较器的输出电压转化到逻辑电平。本文设计的比较级电路和输出缓冲级电路的瞬态响应如图5所示。

2．2 回馈噪声
在比较级电路工作阶段，再生节点电压的快速变化通过寄生电容对输入信号引起的干扰称为回馈噪声，其严重影响比较器的精度。在模数转换器中会用到大量的比较器，这些比较器上的回馈噪声将提高ADC的误码率。为了有效地抑制回馈噪声对比较器的影响，本文采用了隔离和互补技术。
在预放大级中增加开关晶体管VM4和VM5,实现了隔离输入信号与再生节点电压的回馈噪声。在比较器从复位阶段转变为比较阶段时，VM 4、VM5关断，切断了预放大器和比较级电路之间的信号通路，使再生节点电压的快速变化无法直接耦合到比较器的输入端，从而降低了回馈噪声。
互补技术的具体实现方法是在预放大级的输入端增加NMOS管VM25、VM26构成的电容，使其与输入晶体管VM1、VM2的栅漏电容CGD构成互补结构。为达到最佳互补效果，CM25，CM26的值应与CGD保持相等，即VM25、VM26的宽度应为VM1、VM2的一半。当输入对管源端电压发生变化时，CM25，CGD-M2和CM26，CGD-M1构成的互补结构使变化的电流相互抵消，从而提高输入电压的稳定性。
当比较器的时钟频率为300 MHz，输入信号幅度为100 mV时，回馈噪声对比较器基准参考信号产生的尖峰抖动在5 mV以内，如图6所示。与典型的A-B型锁存比较器百毫伏级左右的回馈噪声相比，本文设计的比较器电路结构有较强的抑制回馈噪声的能力。