CMOS混合信號電路設(shè)計

1、遲滯比較器的設(shè)計摘要: 遲滯比較器是一個具有遲滯回環(huán)傳輸特性的比較器。在反相輸入單門限電壓比較器的基礎(chǔ)上引入正反饋網(wǎng)絡(luò)，就組成了具有雙門限值的反相輸入遲滯比較器。由于反饋的作用這種比較器的門限電壓是隨輸出電壓的變化而變化的。它的靈敏度低一些，但抗干擾能力卻大大提高。1.遲滯比較器的原理在一般的情況下，比較器多數(shù)工作于噪聲環(huán)境中，并且是在閾值點檢測信號的變化。如果比較器工作速度足夠快且噪聲的幅度足夠大的話，其輸出端也將會存在噪聲，在這種狀況下，就需要在比較器中引入遲滯的效果。在一般的情況下，比較器多數(shù)工作于噪聲環(huán)境中，并且是在閾值點檢測信號的變化。如果比較器工作速度足夠快且噪聲的幅度足夠大的話，

2、其輸出端也將會存在噪聲，在這種狀況下，就需要在比較器中引入遲滯的效果。在比較器中引入遲滯效果的方法有很多種，但是所有的方法都是要使用正反饋。使用外部正反饋來達(dá)到遲滯效果，通常是在沒有遲滯效果的比較器建成以后利用外加反饋環(huán)路得以實現(xiàn)。使用內(nèi)部遲滯的比較器其自身具有遲滯功能，不需要利用外部正反饋。本文設(shè)計的比較器直接利用內(nèi)部反饋實現(xiàn)遲滯，但是我們可以先通過利用外部正反饋的實現(xiàn)方法去了解遲滯比較器的實現(xiàn)原理。2.比較器的設(shè)計上文介紹了通過利用外部正反饋來實現(xiàn)遲滯比較器的原理，遲滯同樣可以利用內(nèi)部的正反饋來實現(xiàn)。圖1是本文設(shè)計的帶有遲滯比較器的完整接收電路。圖中CANH（輸入1）和CANL（輸入2）是

3、從CAN物理總線上引入的差分信號，作為遲滯比較器的輸入，M1、M2、M3、M4、M5、M6、M7是比較器的核心電路單元。M1、M2是差分對輸入級，M3、M6為短接成二極管形式的有源負(fù)載。此電路中一共有兩條反饋通路，第一條是通過晶體管M1和M2共源節(jié)點的串聯(lián)電流反饋，是負(fù)反饋；第二條是M4和M5的源漏極的并聯(lián)電壓反饋，這條反饋通路是正反饋。當(dāng)正反饋系數(shù)小于負(fù)反饋的系數(shù)時，整個電路將表現(xiàn)為負(fù)反饋，同時電路將失去遲滯效果，當(dāng)電路的正反饋系數(shù)大于負(fù)反饋系數(shù)時，整個電路將會表現(xiàn)為正反饋，同時電路將出現(xiàn)遲滯效果。即當(dāng)、（為MOS管的寬長比）時電路則沒有遲滯效果，當(dāng)、時遲滯效果將會出現(xiàn)。M8、M9、M10、

4、M11在輸出端將差分輸入轉(zhuǎn)變?yōu)閱味溯敵觯?M7與M14組成鏡像電流鏡，用于對差分放大器進(jìn)行直流偏置。M12、M13為反相器，用于將輸出電平轉(zhuǎn)化為符合CAN總線標(biāo)準(zhǔn)的邏輯狀態(tài)。圖1:完整接收電路圖以下我們將分析上述遲滯比較器的工作原理并推導(dǎo)出比較器的兩個轉(zhuǎn)折點的電壓值。為了方便對其進(jìn)行分析，圖2給出了遲滯比較器的核心電路。 M2導(dǎo)通，M1截止，于是導(dǎo)致M5、M6導(dǎo)通，M3、M4截止。此時V1表現(xiàn)為高電平，偏置電流將全部流經(jīng)M2和M6（M5雖然導(dǎo)通，但此時由于V1為高電平所以M5沒有電流2流過），但是此時M5可以提供的最大電流為。之后隨著VCANH電壓的降低、VCANL電壓的上升，的一部分電流將開

5、始流入M1，此現(xiàn)象一直保持到這樣一個狀態(tài)，即M1的電流等于M5可以提供的最大電流。當(dāng)超過這一狀態(tài)之后比較器的輸出電平會發(fā)生改變。下面我們估算其轉(zhuǎn)折點，即在M1的電流等于M6可以提供的最大電流這一點進(jìn)行分析。分析如下所示: （1） （2） （3） （4）所以，可以得到： （5） （6）算出了M1和M2的電流就可以很簡單地計算出它們的，用M1和M2的柵源電壓的差值可以得出轉(zhuǎn)折點（這里忽略溝道長度調(diào)制效應(yīng)），計算如下： (7) （8） （9）圖2:遲滯比較器工作原理圖只要輸入電壓經(jīng)過轉(zhuǎn)折點，比較器就會改變輸出狀態(tài)，之后大部分偏置電流將流過M1和M3。于是M4導(dǎo)通，M5、M6和M2將截止。與之前的情況

6、類似，隨著VCANH的增大和VCANL的減小，電路達(dá)到某一狀態(tài)使得M2的電流和M4能夠提供的最大電流相等時，在這一狀態(tài)下M1和M2的柵源電壓差值便是正轉(zhuǎn)折點的閾值電壓，閾值電壓的計算如下所示： （10） (11） （12） （13） （14） （15） （16）根據(jù)以上的分析結(jié)果，差分輸入小于等于0.5V 時RX輸出邏輯高，差分輸入大于等于0.9V時RX輸出邏輯低，所以要求遲滯比較器的為0.9V而為0.5V并且根據(jù)每一個電路模塊的工作原理去調(diào)節(jié)每一個MOS管的寬長比。最終對整個接收電路的仿真結(jié)果如圖3所示：圖3：接收電路整體仿真圖從圖中可以看出當(dāng)CANH和CANHL之間的電壓差值超過0.9V時，RX輸出