触摸屏控制器芯片中的高精度低功耗ADC设计

图3 自消除失调电压比较器电路实现方案

N级比较器的最终失调电压可表示为：

其中A1~AN为各级的放大倍数,VOSL为锁存器的失调电压。根据整个电路的增益要求和失调要求抑制的强度来取值,这里取N=4。

该比较器由三级差分放大器和一个输出级组成,管子M1、M2、M3、M4在采样期间导通,通过对电容C1、C2、C3、C4充电,对第二、三、四级差分放大器定静态工作点,管子M0~M4在比较转换期间不导通。由于在采样期间,各级差分输入端都接静态工作点电压,相当于交流地,失调电压引起的输出储存在电容C1、C2、C3、C4上,比较时输入电压跟存储在电容上的失调电压串联输入,这样可以使输入端的失调电压不被一级级放大输出,从而减小失调的影响。输出级由一个双端变单端的差分放大器和两个非门组成,其功能相当于前述的锁存器。

比较器的工作时钟fCLK=2MHz,因此电流源提供的电流要相对大一些,管子M5、M6、M7、M8充当电流源,由vbias控制开关,以确定电路的直流偏置。vbias是比较器电压基准电路的输出。

电压基准电路的设计

由于比较器电路中电源电压VCC的变化范围为2.5V~5.3V,其变化范围较大,因此对于比较器而言,使所有管子都处于饱和状态的直流工作点并不多。当电源电压变化时,希望得到稳定的直流偏置电流,即要为图3中偏置管M5、M6、M7、M8提供一个稳定的基准电压。理想的基准电流或电压是与电源和温度变化无关的,因此采用自举基准技术,设计如图4所示。

图4 阀值基准电路

图4中管子M5、M6使得电流I1、I2相等。I1流经管M3产生电压VGS3,I2流过R产生电压I2R。因为这两个电压连在一起,就确定出一个平衡点,用Q表示。描述这个平衡点的方程式为：

因为I₁=I₂=I_Q,可以解出：

首先,I1和I2都不作为VCC函数而随其改变,于是IQ对VCC的灵敏度基本为零,作用于一个电阻就得到一个基准电压。

但是,图4中有两个可能的平衡点。一个在Q,而另一个则在原点。为了避免电路选择错误的平衡点,必须有一个启动电路。图4中的虚线框内即为启动电路。启动电路的开启和关闭由数字信号AN1和AN2控制,为了控制功耗,启动电路开启后会马上关闭。

通过信号sel-y开关控制比较器电路,即sel-y=1时,比较器关闭,sel-y=0时,比较器开启,使ADC工作在睡眠/唤醒两种工作模式下,在没有触摸事件时,直流功耗大幅度降低。