ADC中高速比较器的设计+文献综述(4)
其中增益定义了能够使比较器的输出发生改变所需要的输入电压的最小改变量，即决定着分辨率，因此增益可以说是比较器最重要的参数。此外，比较器静态和动态特性的各项指标相互之间一般存在一定的折衷关系。分析清楚这种相互关系十分有意义，在设计中往往可以根据这些相互关系来对各指标进行折衷，调整参数，简化电路设计。
2.1.1 增益（Gain）
实际中可以实现的比较器的输出电平是在某一范围内翻转的，比较器的增益是有限的，定义为式(2.2)。其中，VIH和VIL分别是输出达到最高电平和最低电平时输入两端的电压差VP-VN。
(2.2)
在传输曲线中，增益可以看作过渡区的斜率。
2.1.2 分辨率（Resolution）
分辨率是指能够产生正确的数字输出的最小差分输入信号。比较器的分辨率决定了ADC的分辨率。公式如下：
(2.3)
可见比较器的分辨率和增益之间的关系很紧密。高分辨率高精度的比较器其
增益也比较高。此外，分辨率还受到噪声、输入失调等因素的影响。
2.1.3 输入失调电压（Offset）
理想状况下，当比较器的同相输入端和反相输入端连在一起（即输入电压差为零）时，输出应当为零。实际应用中，由于生产工艺过程中的偏差、环境变化引入的失调和比较器的结构、工作点设置引入的失调，会造成输入端短接时输出电压不为零。在这种情况下，当在比较器的两个输入端之间附加一定的电压时，才能使输出为零，这个附加的电压值称为输入失调电压。有输入失调电压的比较器传输曲线见图2.4。
图2.4 比较器的失调电压
工艺偏差主要会引起管子阐值电压的偏差失调[16]。由工艺偏差、环境变化引入的失调电压的值往往是随机变化的，其电压极性也不可预知，而且它还随温度变化而漂移。如果它的影响可能会超过1/2LSB，那么我们就必须采取措施，尽量减小这种失调电压。如果输入的失调电压可以提前预测，那么它不会对我们的电路产生太大的影响。而且我们可以在设计过程尽量避免那种由结构、工作点设置引入的失调电压。
关于输入失调电压的减小方法主要有两种：输入端失调存储IOS（Input Offset Storage）和输出端失调存储OOS（Output Offset Storage）。
2.1.4 输入共模范围（ICMR）
输入共模范围是比较器正常工作状态下的共模输入电压范围。即在输入共模范围内要保证比较器的所有管子工作在饱和区。比较器的分辨率和输入失调电压都可以认为是ICMR的函数，这些参数的值都和ICMR有关。
2.1.5 传输延迟时间（Propagation Delay Time）
从比较器输入电压差值达到其输出翻转的阈值时刻起，到输出状态稳定的时刻为止，这之间的时间间隔成为传输延时。这个延时决定了比较器的工作速度，即在单位时间内可以进行多少次比较。通常比较器的传输延时不是固定的，它随输入信号的变化而变化，而且在小信号模式与大信号模式下，决定传输延时的因素不同。
当比较器的输入信号较小时，比较器工作在小信号模式下。此时输入信号幅度越大，传输延时越小。但传输延时不能无限制地减小，当输入信号幅度增大到一个上限值时，传输延时不再随输入信号的增大而增大，即达到了其下限。此时的输出电压变化速率称为摆率（Slew Rate）。
产生这种现象的原因是，输入幅度较小时属于小信号行为，传输延时主要是由电路的频响特性决定的，与比较器的增益和输入共模范围有关，较高的增益和较大的输入幅度都会缩短延时。但当输入幅度增大到一定值后，就属于大信号行为的范畴了，摆率主要受输出级驱动能力的限制，表现为对负载电容的充放电速度。在比较器设计中，如果要求传输延时较小，就应该使摆率成为主要决定因素，尽量避免电路零、极点的影响。
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