Analytical Design and Verification of a High-Precision Comparator

고정밀 비교기의 분석적 설계 및 검증

This paper presents a methodology for the design and verification of a high-precision comparator using an analytical approach. The primary objective is to meet the performance of comparator by performing an initial design based on parameters derived from theoretical equations, and then analytically verifying performance metrics such as offset through transient Monte Carlo simulations. The transistor size can be then optimized by considering the trade-offs between parameters to design a comparator that ultimately meets the performance requirements. In this methodology, the correlation between device size, threshold voltage mismatch, and input offset voltage is validated through transient Monte Carlo simulations, confirming analytical results. This analysis also verifies the reliability of comparator performance, demonstrating the validity of the design. This study presents an analytical design technique for comparator design and is expected to contribute to the evaluation of performance and reliability.

본 논문은 고정밀 비교기의 설계 및 검증을 위한 방법론을 분석적 접근을 통해 제시한다. 비교기의 성능 요구사항을 충족하기 위해, 이론적 수식을 바탕으로 도출된 파라미터 값을 기반으로 트랜지스터의 초기 설계를 수행하고, 과도 (transient) 몬테 카를로 (Monte Carlo) 시뮬레이션을 통해 오프셋 등의 성능 지표를 분석적으로 검증한다. 이후 파라미터 간의 트레이드-오프 관계를 고려하여 트랜지스터 크기를 최적화함으로써 최종적으로 성능 요구사양을 만족하는 비교기를 설계할 수 있다. 해당 방법론에서는 과도 몬테 카를로 시뮬레이션을 통해 소자 크기와 임계 전압 부정합 및 입력 오프셋 전압 간의 상관관계를 분석적 결과로 확인하고, 비교기 성능의 신뢰도를 검증하여 설계의 타당성을 입증하였다. 본 연구는 비교기 설계 시의 분석적 설계기법을 제시하며, 성능 및 신뢰도를 평가하는 데 기여할 것으로 기대된다.