而比较器又是所有ADC中不可或缺的模块，其性能的好坏对整个ADC的性能有着至关重要的影响。现在主要的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)比较器有：开环比较器、开关电容比较器、可再生比较器等。传统的比较器有各自的优缺点，无论在速度上还是噪声控制上，都很难达到要求。

1。2 研究现状

1。3 本文架构

本文的主要研究任务是采用SMIC 180nm工艺设计一种高速、低回踢噪声，同时功耗低的比较器。论文的章节安排如下：

第一章介绍了比较器的研究背景和研究现状。

第二章叙述了比较器的特性及分类，是对其基本理论的简介。

第三章针对本文将采用的可再生比较器，提出一些改进方案，旨在提高速度和减小噪声。

第四章细述了比较器各组成部分的设计过程，并给出最终的方案。

第五章给出了对比较器各级电路进行局部仿真以及对整个比较器各方面性能仿真的结果。

第六章给出了比较器各个组成部分的版图。

最后依次为结论、致谢和参考文献。

2 比较器的特性和分类

所谓比较，即区分大小，比较器是将两个模拟信号进行比较，而比较的结果用数字信号0和1来表示。它的输入是模拟信号，而输出是数字信号，因此广泛应用于模数信号的转换过程中。学术界用图2。1的符号来代表比较器，该符号与运算放大器的符号一模一样，因为比较器和高增益运算放大器在性能上有异曲同工之妙。因为比较器输出为数字信号，所以输出只有两种状态--高电平1和低电平0。理想情况下，当比较器正向输入端大于负向输入端时，输出为高电平；相反，输出为低电平。论文网

图2。1 比较器电路符号

2。1 比较器的特性

和许多器件一样，比较器的特性有静态的和动态的。静态特性包括比较器的增益(Gain)、输入失调电压(Offset)以及输入共模范围(Input Common Mode Range)等。动态特性包括比较器的传输延迟时间(Propagation Delay Time)等。

2。1。1 静态特性

（1）增益

理想情况下，当输入之差一旦大于零，输出就为数字高电平(VOH)；一旦为负，比较器就输出低电平(VOL)，没有其他的输出状态。此时在输出VOL和VOH之间的转换是理想的：在输出转折点，输入改变ΔV就会造成输出状态改变，哪怕ΔV是趋于零的极小量。这说明增益为无穷大，此时增益表示为：

它的传输特性曲线如图2。2所示。

图2。2 比较器的理想传输曲线

但在现实情况中，比较器的增益不可能达到无穷大，所以VOL和VOH之间存在着过渡区间，也就是说VOL和VOH的转换需要一定的时间，如图2。3所示。

图2。3 比较器的实际传输曲线

此时增益可以定义为：

式(2。2)中，VIH和VIL分别是图2。3中转折点的橫坐标，此时输出刚好达到数字高电平和数字低电平。增益是比较器一个十分重要的指标，因为它描述了改变比较器输出状态的最小输入变化，间接定义了精度。

（2）输入失调电压

理想状况下，比较器输出状态为零的点应该在两输入之差为零时。然而实际生产过程中的不确定性以及各种环境因素等会造成输入电压差为零时输出电压不为零。即当比较器输出为零时，两个输入端存在一定的电压差，定义这个电压差为输入失调电压。此时的输入输出特性曲线可修改为如图2。4所示。

图2。4 输入失调电压对比较器的传输曲线的影响

若是输入失调电压过大，而又没有采用相应措施抑制的话，很有可能会使比较器产生错误的输出。