※ 引述《wwwok (勇敢的坚持下去)》之铭言： : 想请问一下各位大大 : 在ADC中的比较器 大部分适用什麽做的呢 : 我现在设计了一个flash ADC : 用了不少比较器 虽然说op可以拿来当做比较器 : 但是面积好像大了点 而且op有很多种 : 不知道应该使用那一种的op来做呢 : 目前是用two stage的op来当比较器 : 但是好像无法作用的感觉 : 多谢版上各位大大了 应强者我同学的要求来发文的 我是弱者 -.- 首先是第一个问题 OPAmp为什麽不适合拿来当comparator? 或者可以这样问 OPAmp跟comparator有什麽不同? 我所读过的两本Analog IC design教科书 Martin、Allen在开始介绍comparator的时候 也是把OPAmp拿来当作comparator使用 Power、Area也是考量之一，但是OPAmp不适合拿来当作comparator 最主要的原因我想是OPAmp太~ 慢~ 了~ 如同推文j大所说的OPAmp主要是操作在闭回路(负回授)的情况之下 而comparator则是操作在开回路的情况之下 将两个有差距的输入电压"比较"出来，输出电压是"High" or "Low" OPAmp在负回授的情况之下，输出电压依然是类比值 (功能可能是加减，放大，积分) 要"追"类比值还是比"追"数位值来的轻松，一般对於追的速度有定义一个参数 叫做slew rate，你可以想像一下如果你的输出电压这个周期是high下个周期是 low在下个周期又是high，你的OPAmp可能要设计的很辛苦，以two-stage OPAmp 来说就是补偿电容电阻不能太大而第二级偏压电流要大，电流一大的情况之下 power是小不了的 另外在正常的情况之下使用OPAmp都是为了达到一些线性的功能 如线性放大线性积分…等，因此OPAmp里面的Transister都是操作在饱和区 所以刚刚指的电流大还是指偏压电流大，无时无刻在消耗的电流 OPAmp要考虑到的参数大多有Gain、Bandwidth、PM、linearity PSRR、CMRR、ICMR、slew rate…等，蛮多参数其实都是由负回授电路的spec 所决定的，比方说SC Amp的速度要多快？误差要多小？就可以决定OPAmp的Gain Bandwidth、Slew rate，运用在Preamplifier(ex. 仪表放大器)的情况之下大部分是 看用在哪个系统 通讯? 生医? 可以去推OPAmp的PSRR CMRR等参数 OPAmp当comparator用大概就像是开坦克车去跑F1赛道一样，不是说 坦克车比赛车差，只不过现在是跑赛车跑道… 战车的规格做的在怎麽高，速度 在怎麽快，要跟跑车比快还是辛苦，因为它们的用途不同，架构也就不一样，设计 的过程要考量的东西也不尽相同，但要作一台跑的比F1赛车快的坦克有没有可能? 有~ 对岸什麽东西都做出来了 这个世界上还有什麽不可能… 只不过不太值得就是了，虽然说OPAmp跟comparator的符号长的一样 不过他们其实还是很不同的~ ============== 介绍完了OPAmp 接下来换介绍我自己 XD ============= 回到正题，有这麽多评估OPAmp好坏的参数 那 有没有comparator的呢? 有的 一般来说就是speed(settling time)、input offset、resolution为主要考量 当然还有G大所说的kickback noise、clock feedthrough、channel charge injection 等问题要考量，其中speed跟resolution比较像是规格，其他的比较像是制程变 异或者开关切换本身会带来的问题。 目前comparator的主流应该是latch-based comparator居多 基本的架构就是Preamplifier + Latch (+ buffer)，buffer要不要加得视情况而定 Preamplifier其实有点像架构简单的OPAmp，不过不同的地方在於 它不需要像OPAmp的Gain要高达数百数千甚至数万，这个preamplifier的 规格一般而言个位数到十几就差不多了，因为它的功能只是要把两个输入电压的 压差放大(开回路操作)让後面的latch能够快速的比较出来(positive feedback) 当然这个preamplifier也要够快，不然会拖垮comparator的速度 加装preamplifier的好处蛮多的，latch的offset会因为preamplifier 的关系让它的影响变小，而开关切换造成的一些杂讯也可以由preamplifier挡下来， 不会让他影响到前面的电路(ex. Sample & Hold) preamplifier可以将较小的压差放大然後比较出来 也就等效的把comparator的resolution提升了，另外preamplifier自己本身的offset 可以由一些SC电路技术抵销，不过这样一来就要考量稳定度的问题了(负回授) 当然加装preamplifier的代价就是增加power消耗，尤其是flash ADC使用的比 较器是以2^N来计算，数量非常可观 ================= 闲聊 ================= 本身有参予设计过的ADC是successive approximation ADC跟 pipeline ADC Flash ADC不是很熟只有一些简略的概念 以Flash ADC来说comparator本身的设计可能还好，加上他一个周期就可以作一 次A/D转换，所以clocked comparator就等同於S/H电路了，comparator的速度 则是主要要求，因此CML(current mode logic)为基础的latch应用在comparator 还算一个不错的方法。 comparator的resolution变的没有那麽重要，首先是因为Flash ADC本身 不太可能做到太高解析度(约4~6 bits)再者就是编码器里面的校正技术 (现在还蛮热门的研究方向)可以把comparator造成的误差校正回来 comparator可能会有preamplifier的设计但是正常不会有SC的消除offset技术在 里头，因为速度太快了~ CIC得奖晶片有一个是Flash ADC操作频率是5GHz 另一个重点就是参考电压的准确度，Flash ADC的参考电压是由电阻分压取得的 而矽制程的电阻，制程漂移蛮大的，参考电压飘掉就像是量身高的尺不准一样 转换出来的数位值後面再校正都没有用，电路设计有电阻平均校正技术，layout 方面也有相关的论文提出一些技术，如环状电阻布局技术就是去避免电阻彼此之 间的Mismatch，大家一起飘OK但要飘的一样多，但是你飘5欧姆我飘10欧姆 就仆街了。对於Flash ADC我懂的大概就这麽多吧 ==================== 後话 ====================== 对於ADC的研究，目前我也是刚开始而已，给你一些建议，可以先去找几本不错 的教科书，专门讲解Mixed-signal IC的那种会比较好，或者去修MSIC的课，了 解有哪些参数可以评估ADC or DAC的优劣，更进一步的是由这些参数去把子电 路(comparator or OPAmp)的规格开出来，这是"从系统到电路"的观点 当然也要去看一些Analog IC的书把这些子电路练好，能修课作一些作业是最快的方式 毕竟要累积经验最快的方式还是实战，如果能够了解到电路非理想效应会影响到整 个ADC，那麽"从电路到系统"也有了，这概念很重要，因为很多的校正的原点都在这里 对电路要有一些感觉，以OPAmp来说two-stage就是慢，补偿是个原因，一般 来说Cc>CL，slew rate的设计就受到蛮大的限制，最主要的是它的主极点不在负 载端，如果你的电容负载变大第二极点会被拉回来，进而影响到电路的稳定度 主极点做不到太高频，因为补偿本来就是把主极点往低频拉藉此拉开两个极点 同时可能也不能挂太大的电容负载，优点就是高输出摆幅，高增益。 单级的OPAmp(Telescopic、fold cascade、gain boosting)来说就是高速 但是摆幅受到限制(上下各叠两层)，Gain也不好做大，Gain boosting虽然可以把 Gain提升(相当於叠三层)但是相对来说输出摆幅更小，偏压电路也不太好设计 跟two-stage的偏压电路比起来复杂多了 大概说起来就是要了解为了解决什麽问题，然後要用什麽架构？这个架构会带来 哪些负面影响？该怎麽取舍？这样大概就算入门了吧 有一句话是这麽说的，如果CPU对数位电路来说像心脏那样重要 那麽OPAmp就是类比电路的心脏!! comparator也蛮重要的… 当肾脏好了 XD 还有switch、current mirror、analog buffer、Bias circuit…等都是需要下工夫的电路 (韩国人预言OPAmp以後会消失... 蛮有可能的) 还有一点蛮重要的就是去想办法借到前辈的"硕士论文" 用中文写的硕论第一个好处就是：它是用中文写的 XD 还有就是他对电路的描写可能比较亲切近人，毕竟从课本或是paper参考的电路 size要怎麽给? 偏压要怎麽设计? 电容值电阻值? 这些都是需要经验的 这也是类比工程师的价值所在，找个学长或者前辈巴着他，然後用力的吸(功) 能吸多少算多少，最根本的方式就是把电子学整个弄懂管他comparator还是 OPAmp还是其他电路反正都是由MOS兜起来的，只是用途不同罢了，由电路架 构就可以猜出它为了避免什麽问题？想要提升什麽优势？电流怎麽流动？电压 卡到哪里？回授的用途？到这种程度你就已经练成写轮眼了，基本电路已经不是 太大问题，看paper或者原文书你都可以了解设计者的理念了，等到你能够跟你 老板打嘴炮然後把他唬的一愣一愣的，恭喜你连万花筒都练成了… 直接放幻术 XD 对於电子学我还蛮推荐林昀的，虽然只是基本的电子学但是他把电路演进的理念 讲的很详细，万变不离其宗，分析他人的电路有了一定的经验之後，接下来就有 可能创新，虽然我本人还没做到，但是我看到的强者大多是这样养起来的 最後是matlab要会用，因为ADC不管是模拟还是量测都需要用到这套软体 以上 我懂的大概就这些 欢迎各位朋友指教 有机会在交流 --

※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc) ◆ From: 140.123.110.207 ※ 编辑: bbyan 来自: 140.123.110.207 (11/18 06:25)