中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室

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1 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室
高精度CMOS峰值保持电路设计 吕继方 中国科学院“核探测技术与核电子学”重点实验室 中国科学院高能物理研究所 2010年 8月17日

2 主要结构 “写”状态: 开关S3, S4 及 S5 打开 ,开关S1 和 S2 闭合。

3 两种工作状态 (a)“写”状态 (b)“读”状态
在“写”状态时，M0导通，M0和M1构成的电流镜有电流流过，该电流对保持电容Ch进行充电，电容Ch上电压追踪输入电压变化，当输入电压达到最大值时，开始下降，而保持电容Ch上的电压跟踪到输入电压达到最大值后，由于没有泄放通路，而保持不变。此时放大器输出电压迅速变大，当放大器输出电压Vg大于参考电压Vref时，比较器发生翻转，从而使D触发器发生翻转，控制开关 S1 和S2 打开, 开关 S3，S4 及 S5 闭合。 开关S5闭合，可以保证电流镜完全不工作，没有电流通过M1流进保持电容上，减少对检测到的峰值电压Vh的影响。在“读”状态，放大器连接成单位增益形式，将峰值电压进行读出。当每次“写”状态和“读”状态完成后，reset开关闭合，使保持电容上电压等于VB（VB的大小我们一般设置为输入信号的基线电压值），使电路reset，为下次信号到来做准备。

4 两种工作状态的误差分析 (b)“读”状态 (a)“写”状态 仅仅与Ao有关！

5 该电路主要特点 由于“写”状态与“读”状态共用一个放大器，因此可以消除放大器自身的OFFSET引起的误差。
不受common-mode errors的影响 较强的驱动能力

6 放大器的设计 为了减少寄生电容的影响，输入管应 选择较小，而它们不匹配引起的影响可以忽略。 增益为48.8DB 单位增益带宽为70M。

7 电流镜管子大小的选择 M1管的尺寸需要越小越好，从而减小对输出精度的影响。 M0管与电路在“写”状态时环路的稳定性有关。通过分析可以推算出

8 比较器的设计 自偏置差分放大器 输出驱动级 前置放大器 锁存器

9 比较器仿真波形

10 版图设计 面积：1280um*1280um 工艺：chrt0.35um CMOS 电源电压： 3.3V 一个通道的功耗： 小于1mW 二通道
一通道 四通道 三通道 偏置电路

11 后仿真结果

12 谢 谢！