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高增益三级比较器设计与仿真研究

导读: 本文设计的比较器是一个高增益的三级比较器,第一级为普通差分放大器,第二级为折叠式共源共栅差分放大器,第三级为共源极放大器和一个推挽式反向放大器。另外还有一个为放大器提供偏置的偏置电路。

  比较器可以比较一个模拟信号和另一个模拟信号或者参考信号,并且输出比较得到的二进制信号。这里所说的模拟信号是指在任何给定时刻幅值都连续变化的信号。严格意义上讲,二进制信号在任何时刻只能取得两个给定值中的一个。

  比较器被广泛使用于开关电源和数模转换器中,此外还应用于过零检测系统(zero-crossing detectors)、峰值检测系统(peak detectors)、全波整形系统(full-waverectifiers)等。

 

  1 比较器的设计

 

  本文设计的比较器是一个高增益的三级比较器,第一级为普通差分放大器,第二级为折叠式共源共栅差分放大器,第三级为共源极放大器和一个推挽式反向放大器。另外还有一个为放大器提供偏置的偏置电路。

  1.1 比较器一级放大器

  第一级放大器即比较器的输入级电路,如图1所示,为普通结构的差分放大器,和带隙基准电压源的运算放大器的第一级结构基本相同,所以不再对其进行分析。

  调节管子参数使其所有管子处于饱和区,仿真其增益-频率特性,结果如图2所示。

 

  

  图1 比较器的输入级

  

  图2 增益极折叠式共源共栅差分放大器

 

  1.2 比较器第二级放大器

  比较器的第二级放大器又称中间级或增益极。采用PMOS管作为折叠式共源共栅结构的的输入管,电路如图2所示。PMOS管可以采用以衬源短接以消除衬偏效应。对其进行输出增益仿真如图3所示。

 

  

  图3 放大级瞬时仿真波形

 

  1.3 比较器输出级

  如图4所示,输出级由M13和M14组成的共源极放大电路和M15和M16组成的推挽式反向放大器共同组成。

 

  

  图4 比较器的输出级

 

  1.4 偏置电路设计

  如图5所示,偏置电路采用共源共栅电流镜的,二极管连接的M19、M21和M23用来作为分压电路,调节管子参数使所有管子处于饱和区。

 

  

  图5 比较器偏置电路

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