[發明專利]高速高壓多路復用器

有效

• 申請號: 201280010229.2
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN103404028B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: S·史露娜卡拉蘇;R·E·西摩
• 申請（專利權）人: 德克薩斯儀器股份有限公司
• 主分類號: H03K17/693
• 分類號: H03K17/693;H03M1/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司11245
• 代理人: 趙蓉民

技術領域

本發明總體涉及多路復用器，并更具體地涉及通常與模擬數字轉換器（ADC）一起使用的高速高壓多路復用器。

背景技術

圖1和圖2示出了常規的多信道數據轉換器系統100。系統100一般包括：多路復用器（MUX）102；模擬數字轉換器（ADC）104，其可以例如是以250k個樣本每秒（SPS）的速度操作的逐次逼近型寄存器（SAR）ADC；升壓邏輯106；以及選擇邏輯108。通常，多路復用器102接收若干模擬輸入信號IN1至INN，以便向ADC104提供多路復用的模擬信號，所述模擬信號被ADC104轉換成數字輸出信號DOUT。升壓邏輯106和選擇邏輯108一般基于采樣信號SAMPLE（使用選擇信號SEL1至SELN）執行模擬輸入信號IN1至INN的交叉存取（interleaving）。多路復用器102（其可在圖2中更詳細地看出）一般包含單元202-1至202-N（其中每個對應于多路復用器102的一個信道）。每個單元202-1至202-N一般分別包括開關S1-1至S5-1到S1-N至S5-N、電容器C1至CN、晶體管Q1-1至Q3-1到Q1-N至Q3-N（其一般均是NMOS晶體管）以及傳輸門204-1/206-1至204-N/206-N。

多路復用器102的操作（在圖2中更詳細地示出）一般取決于樣本信號SAMPLE的相位。最初，通過使選擇信號SEL1-A至SELN-A無效并使選擇信號SEL1-B至SELN-B有效，電容器C1至CN被充電到正壓軌HPVDD上的電壓。在電容器C1至CN充電之后并且作為示例，如果假設選定信道1（單元202-1），則使選擇信號SEL1-A有效，同時使SEL1-B（以及SEL2-A/SEL2B至SELN-A/SELN-B）無效。這允許在采樣瞬間來自輸入信號IN1的電壓加上存儲在電容器C1上的電壓（即+15V）最初被施加到開關Q1-1和Q2-1的柵極上。隨著施加升壓電壓，在采樣瞬間的輸入信號的IN1電壓通過開關Q1-1和傳輸門204-1被傳送到開關Q2-1和傳輸門206-1上（其一般執行與開關Q1-1和傳輸門204-1相同的功能）。一般提供開關Q2-1/Q3-1至Q2-N/Q3-N和傳輸門206-1從而減少串擾，因為這些組件一般消除輸入和輸出之間的寄生電容。

雖然單元202-1至202-N一般減少串擾（部分由于通過開關Q3-1至Q3-N提供的接地），但其存在一些缺點。亦即，開關Q2-1至Q2-N的重復可能有問題。因為大量的開關Q1-1/Q2-1至Ql-N/Q2-N被用于減少高頻操作時的輸入電阻，所以這些開關占用相當大量的面積。此外，這些串聯開關Q1-1/Q2-1至Q1-N/Q2-N限制了ADC104的操作速度。因此，需要改進的多路復用器。

在美國專利6,404,237；7,064,599；7,268,610和7,471,135以及美國專利公開2002/0175740中描述了常規電路的一些示例。

發明內容

一個示例實施例提供一種設備，其包括：負電壓軌；正電壓軌；多個多路復用器單元，其中每個多路復用器單元由多個選擇信號中的至少一個控制，并且其中當控制信號無效時禁用每個多路復用器單元，并且其中每個多路復用器單元包括：輸入端子；輸出端子；開關網絡，其耦合到負電壓軌；以及升壓開關，其耦合到輸入端子、輸出端子和開關網絡；以及升壓電路，其耦合到每個多路復用器單元的輸出端子、每個多路復用器單元的開關網絡和正電壓軌，其中升壓電路由控制信號控制。

在一個示例性實施例中，該升壓電路進一步包括：第一開關，其耦合到正電壓軌和每個多路復用器單元的開關網絡，其中當控制信號有效時激活第一開關；第二開關，其耦合到接地端和每個多路復用器單元的輸出端子，其中當控制信號有效時激活第二開關；以及電容器，其耦合在第一開關與第二開關之間。

在一個示例性實施例中，每個升壓開關進一步包括NMOS晶體管，所述NMOS晶體管在其源極處耦合到其輸入端子，在其漏極處耦合到其輸出端子并且在其柵極處耦合到其開關網絡。

在一個示例性實施例中，每個開關網絡進一步包括：第三開關，其耦合到其NMOS晶體管的源極；第四開關，其耦合在第三開關與其輸出端子之間；第五開關，其耦合到在第三開關與第四開關之間的節點，并耦合到接地端；第六開關，其耦合在負電壓軌與其NMOS晶體管的柵極之間；以及第七開關，其耦合在第一開關與其NMOS晶體管的柵極之間。

在一個示例性實施例中，該設備的輸入范圍是+/-12V、+/-10V、+/-5V、0V至10V和0V至5V。