一種1.9V供電、8位3.0GSPS A/D轉換器設計

　　寬帶模擬開關

　　良好的模擬輸入開關是一個超高速A/D轉換器實現優異性能的基礎，因此在轉換器的設計中，一個高帶寬、低失真的模擬開關是必不可少的。要使開關具有低失真特性，最基本的思想就是使得開關的柵源電壓與輸入信號無關，并盡可能地消除體效應的影響。本文設計的模擬開關電路結構如圖3所示。

　　圖3中，N1、N2、P1、P2、P6、P7、N9等晶體管組成了低失真、寬帶NMOS開關;其它部分用于控制開關的開啟與關斷;V1、V2是直流偏置電壓。電路的工作過程如下：當時鐘CLK1為高電平時，節點①為低電平，適當的V1、V2偏置使得P9、P10、N11均導通，所以節點④被偏置到Vdd電位，P8管導通，使得節點③的電位近似為2Vdd，從而P7和N9導通，并為N1和P1通路提供偏置電流，開關N2導通，最終N2的柵源電壓等于N1和P1的開啟電壓之和。反之，當時鐘CLK1為低電平時，節點④被電容N10自舉到接近2Vdd的電位，由于節點⑦的電位也近似為2Vdd，故P8截至，同時節點②為低電位，N4管導通，最終使得節點⑥為低電平，NMOS開關N2關斷。

　　高速混合型比較器

　　模數轉換器通過比較器才能產生最后的輸出碼，需要數量較多的比較器。比較器會為模數轉換器帶來延遲、精度、功耗、輸入電壓范圍、輸入阻抗以及芯片面積等諸多方面的影響。比較器的性能，特別是速度和精度，會直接決定模數轉換器所能夠實現的性能。

　　在高速A/D轉換器的設計中，一般都采用動態鎖存再生比較器。動態鎖存比較器內部包含一個交叉耦合的正反饋回路，從而能夠大大地提高比較器的速度。同時由于動態比較器在復位過程中，電路中沒有直流通路，所以相對靜態比較器，其靜態功耗大大減小。這種結構的不足之處是在復位狀態和再生狀態之間還存在一個過渡狀態，用于完成共源節點電位的建立，會影響比較器的再生速度。在再生狀態時，比較器電路中會有很大的動態電流，會產生比較大的動態誤差。由于本設計前級電路的增益足夠大，能夠使得比較器自身的失調電壓被忽略。因此，在進行比較器的設計時，可放寬對于失調電壓的要求，著重提高比較器的再生速度。

　　本文所設計的比較器如圖4所示。CLK為高電平時，M13、M16、M20、M23開啟，再生級的N2、N3會被復位到相同的電位。而由于M17被一個預設的直流電平偏置，這時節點N1仍會維持在一個較高的電位。當CLK為低電平時， M13、M16、M20、M23均關閉，比較器工作在再生狀態。前級電路的輸入VINN、VINP通過M14、M15輸入到鎖存再生級。M11和M12構成了一組正反饋，正反饋使得N1、N2的輸出電位被分離成一組不平衡的輸出(一端為高接近VDD，一端為低接近GND)。這一組非平衡的輸出經過輸出鎖存級進一步的調整后，產生最終的比較器輸出信號。

　　與傳統的動態鎖存式比較器相比，增加了一個由預設直流電平偏置的管子M17，M17會在比較器的工作過程之中一直穩定地提供一個恒定的靜態電流，從而大大提高了比較器的再生速度，完全滿足本文轉換器設計對于比較器速度的要求。