[發明專利]一種可陣列式用的全數字CMOS工藝實現的柵壓自舉開關

有效

• 申請號: 201010604307.4
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102006041A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 任俊彥;王明碩
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于集成電路技術領域，具體涉及具體為一種可陣列式用的全數字CMOS工藝實現的柵壓自舉T/H開關。

背景技術

跟蹤保持電路是模數轉換器中極其重要的一個模塊，它的作用是對輸入模擬信號準確跟蹤，并將跟蹤結果保持，提供給后級電路量化用。由于跟蹤保持電路通常是模數轉換器的第一個模塊，所以它的精度和速度就決定了整個模數轉換器的極限精度和速度。而在跟蹤保持電路中最為重要的就是采樣開關。

在CMOS工藝的中，傳統的最簡單的跟蹤保持電路，如圖1所示，它是由采樣開關（6）和保持電容C_H（5）組成，其中采樣開關（6）是由一個NMOS（PMOS）開關（2）、模擬信號輸入端V_in（1）、開關柵壓控制端clk（3）和離散信號輸出端V_out（4）組成。在柵壓控制端clk（3）為高的時候，MOS采樣開關（2）處于導通狀態，保持電容C_H（5）上的電壓跟蹤（Track）模擬信號輸入端V_in（1）的電壓值，而在柵壓控制端clk（3）為低的時候，MOS采樣開關（2）處于截止狀態，此刻模擬信號輸入端V_in（1）的電壓值被采樣并保持在保持電容C_H（5）上，這就實現了基本的跟蹤保持功能。但是由于MOS管的工作特性，在MOS采樣開關（2）導通的時候存在導通電阻R_on，表示為????????????????????????????????????????????????，其中μ表示MOS管載流子的遷移率；C_OX表示單位面積的柵氧化層電容；W/L表示MOS開關的（2）的寬長比；V_DD表示開關柵壓控制端clk（3）的邏輯高電平，同時也是系統電源電壓；V_in表示模擬信號輸入端（1）電壓值；V_TH表示MOS管的閾值電壓，由公式可以開到，MOS采樣開關（2）的導通電阻是和模擬信號輸入端V_in的幅度有關的，這將會造成跟蹤保持電容的輸入信號帶寬隨著輸入信號的幅度變化而變換，同時導通電阻的非線性變化也會導致保持電容C_H（5）上的保持信號值的非線性失真，從而在速度和精度兩個方面影響跟蹤保持電路的性能。

因此，為了解決該問題引入柵壓自舉形式的跟蹤保持開關電路如圖2所示，該電路包括柵壓自舉MOS管開關（15）和保持電容C_H（12）組成，其中柵壓自舉MOS管開關（15）包括模擬信號輸入端（10）、離散信號輸出端（14）、柵壓自舉控制開關（7）（9）（13）、自舉電壓差VDD（10）和NMOS管開關（11）。當開關S1（7）和S2（9）導通，開關S3（13）斷開時，NMOS管開關（11）的柵電壓為V_DD+V_in，這就保證了NMOS管開關的柵源電壓恒定為V_DD，此時NMOS管開關（11）導通；當開關S1（7）和S2（9）斷開，開關S3（13）導通時，NMOS管開關（11）的柵端接地，采樣開關斷開。?如此NMOS管開關（11）的導通電阻可以表示為這與模擬信號輸入端（10）的幅度無關，從而保證了跟蹤保持電路的速度和精度。傳統的柵壓自舉開關如圖3所示，它包括柵壓自舉電容C_B（17）、自舉環路開關M_P1（16）、M_P2（20）和M_N1（18）、M_P2柵壓控制端電壓驅動電路（19）、開關管柵壓泄放回路（23）、輔助開關管M_N4（22）、NMOS開關管M_N5（24）、模擬信號輸入端（21）和離散信號輸出端（25）。如此該開關和保持電容（26）組成了柵壓自舉開關跟蹤保持電路，該柵壓自舉開關M_N5的導通電阻，