基于CMOS的高精度低功耗电压比较器的设计与仿真开题报告

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1、 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 学学 院 ：院 ： 仪器与电子学院 专专 业 ：业 ： 微电子科学与工程 设 计 题 目设 计 题 目： 基于 CMOS 的高精度低功耗电压比较 器的设计与仿真 指 导 教 师指 导 教 师 : 2017 年 11 月 7 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1 1选题依据：选题依据： 1.11.1 本设计研究背景本设计研究背景 当前便携式通讯产品、高清视频产品、精密测量仪器和仪表、定位导航系统等领域 的快速发展，推动着 ADC 向高速高分辨率和低功耗的方向发展。现在国际主流的 ADC 电 路结构有快闪 ADC，流

2、水线 ADC、折叠内插 ADC 等。随着系统芯片的功能越来越复杂, 集成度的不断提高,电路规模的不断扩展,芯片的功耗己成为日渐突出的问题。 尽管近几 年集成电路的供电电压有所下降， 但是功耗却增长了近两倍;同时芯片面积的不断减小, 导致功率密度更大程度地增长。这直接导致芯片散热设计难度和封装成本越来越高,进 而影响芯片的可靠性。所以，减小芯片功耗对于芯片设计的成败是至关重要的。在诸如 笔记本、手机、掌上电脑等手持式便携系统中,采用高功耗的系统芯片势必大大减小电 池的使用寿命 1。 目前，集成电路尺寸己进入到超深亚微米阶段，特征电压也降到 1V 以下，功耗问 题伴随着噪声及短沟道等效凸显出来。虽

3、然芯片电源电压越来越低，但由于电路集成度 的不断提高，单位面积芯的功耗越来越高。低功耗、高速度、低噪声等性能要求加大了 集成电路设计的难度。特别是在一些便携式电子产品中，如手机、笔记本电脑、掌上游 戏机等，低功耗设计芯片电路的重要性能指标之一。深亚微米下短沟道和噪声温度等效 应使诸如高线性度、高速、低功耗数据转换器(ADC)等混合信号电路设计难度加大。作 为模拟前端重要模块的模数转换器需要工作在较低功耗下以满足嵌入式便携式系统低 耗能要求，此类模块广泛应用于手机、PDA, 3G 无线终端和 WLAN 中 2。 1.21.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 发展历史 关于比较器的研发历

4、史，综合国际和国内模数转换器发展的情况来看，其趋势是追 求低功耗、高精度高速度、低的传输延迟时间，低输入失调电压及低踢回噪声。比较器 结构一般为全差分、 可再生式、 多级放大的级联形式。 比较器前面放置一个缓冲放大器， 用来降低回踢噪声。用采样电容可抵消失调误差，但采样电容应尽量小，以提高电路带 宽，而且采样电容的下极板应连到管子栅极，上极板连到驱动源。在高速应用时，用瞬 时短路法使比较器得到迅速恢复 2。 2006 年 9 月， ADI ( Analog Device Incorporation)推出 ADCMP 60x 系列满电源摆 幅的比较器，适合于高速，低功耗，R-R 摆幅和高精密度应

5、用。该系列比较器可提供多 种可编程延迟，从 lns 到 35ns(随机抖动小到 2.5ps RMS 有效值)。ADCMP60x 比较器可 提供在 2.5V5.5V 电源范围内完全达到规定的 R-R 性能。 这在低电压应用中非常有利， 特别是在前一代快速 R-R 比较器在低于 2.7V 的工作电压时会出现死区的情况下 2。 2006 年 12 月， 奥地利微电子公司(Austria micro systems)推出比较器产品系列 A S 1970-75。该系列有单路、双路、4 路输入可供选择，加上单个比较器输入的功耗低至 8.5uA 的特性，使这些 IC 成为了许多电池供电应用的理想解决方案。A

6、S1970-75 系列采 用+2.5V 至+5.5V 的单电源供电，非常适用于 3V 和 5V 的应用。这些 IC 能通过两节 AA 电池驱动，并提供 R-R 特性，且输入偏置电流仅为 1pA。此外，0.5mV 的低输入偏置电 压和 3mV 的迟滞加上低功耗特性， 使 AS1970-75 系列成为便携式设备内电池监测和电池 管理应用的理想选择 3。 2007 年 5 月，高性能模拟信号路径产品供应商美国国家半导体公司(National Sem iconductor Corporation)宣布推出一款业界最低功率(典型值为 21 mA)而传播延迟时 间不超过 1 微秒(700ps)的双通道比较器。LMH7322 芯片的传播延迟时间只有 700ps，而 且过驱动若超过 100mV，也只会出现 5ps 的散射。此外，这款芯片还设有独立的输入及 输出供电引脚，因此可以支持需要进行电平转换的应用。由于这款比较器的典型功耗低 至只有 21 mA，因此最适用于必须节约用电的系统。若以 5V 供电操作，LMH7220 芯片的 传播延迟时间只有 2.9ns