[發明專利]柵壓自舉開關電路

有效

• 申請號: 201310424298.4
• 申請日: 2013-09-17
• 公開（公告）號: CN103532534A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 寧寧;王成碧;李華省;劉志華;李靖;吳霜毅;于奇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H03K17/687
• 分類號: H03K17/687
• 代理公司: 成都虹橋專利事務所(普通合伙) 51124
• 代理人: 劉世平

技術領域

本發明涉及集成電路技術，特別涉及柵壓自舉開關電路。

背景技術

隨著技術的發展，高速高精度已成為模數轉換器的設計目標。流水線模數轉換器（Pipelined?ADC）作為目前主流的ADC產品之一，能夠很好的兼顧速度與精度的要求。在流水線模數轉換器中，帶乘法的數模轉換器（MDAC）作為其重要組成部分，其性能決定了整個流水線模數轉換器的性能。隨著工藝尺寸的縮小，應用于帶乘法的數模轉換器中的開關電路無疑面臨著新的挑戰。針對采樣保存電路中的開關電壓研究越來越多，其要求是高線性度，高速；針對帶乘法的數模轉換器中的開關電路，其要求是低導通電阻，面積小，而目前這種要求的開關電路研究幾乎是空白。

在模擬電路中，通常用MOS晶體管來實現開關的功能。以N型MOS開關為例，MOS管的導通電阻與柵源電壓有關，柵源電壓越小導通電阻越大。一般在開關導通時，柵極電壓固定在一個高電平（通常接最高電平，也就是電源電壓），源極接輸入信號，因而導通電阻會隨著輸入信號的變化而變化，特別是當信號電壓接近柵極電壓時，NMOS管接近關斷。

為了能處理接近電源電壓的信號，柵壓自舉技術通過抬高柵極電壓使其高于電源電壓。圖1所示為一種現有的柵壓自舉開關電路。圖1中，第一NMOS管MN1實現開關功能，其余部分為柵壓自舉電路，在兩相時鐘（正向時鐘信號CLKP和反向時鐘信號CLKN）的控制下將第一節點N1抬高至電源電壓以上。該電路有兩個工作狀態：

（1）當CLKP為低電平，CLKN為高電平時，電路處于預充放電狀態。假設電源電壓VDD為X，此時第二節點N2為兩倍的X，第四NMOS管MN4導通，同時第十一NMOS管MN11也導通，電容三C3被充電至X。同時，第一PMOS管MP1導通，第四節點N4充電至X，使得第二PMOS管MP2關斷。并且第十NMOS管MN10導通，第一節點N1被拉低到零，第一NMOS管MN1，第七NMOS管MN7，第八NMOS管MN8都關斷。在該狀態下實現開關的關斷。

（2）當CLKP為高電平，CLKN為低電平時，電路進入柵壓自舉工作狀態。此時第二節點N2為X，第四NMOS管MN4關斷，同時第十NMOS管MN10也關斷。另外，第六NMOS管MN6導通，第四節點N4被拉低，第二PMOS管MP2導通，第一節點N1被拉高，從而第一NMOS管MN1，第八NMOS管MN8都導通。第八NMOS管MN8導通后，電容三C3下極板(第五節點N5)被抬高至接近輸入端的輸入信號Vin，由于第三節點N3、第一節點N1沒有額外的電流通路，故第三節點N3、第一節點N1也被抬高相同的電壓，這樣自舉后的電壓接近為X+Vin。最終實現了一個高于電源電壓且隨輸入變化的柵極電壓，這樣第一NMOS管MN1的柵源電壓將被固定在X。

然而可以看到，在工作狀態（1）中，為了使第四NMOS管MN4導通，用到了帶電容的電荷泵結構來使第二節點N2的電壓抬高到2X，這樣額外引入的電容將會占用很大的面積，特別針對納米級工藝。另外在工作狀態（2）中，當第八NMOS管MN8導通后，輸入相當于直接接到電容三C3的下極板，再加上由第十一NMOS管MN11、第四NMOS管MN4、第五NMOS管MN5、第九NMOS管MN9、第十NMOS管MN10所引入的寄生電容，這樣加在輸入端的容性負載會大大增加，要想使開關正常工作則必須增大輸入級的驅動能力。再者由上面的分析得到的第一NMOS管MN1柵源電壓為固定的X，當需要得到更低的導通電阻，增大柵源電壓，適當大于X時候，這種架構就不適用。

發明內容

本發明的目的是克服目前柵壓自舉開關電路電路占用面積較大且輸入端容性負載也較大的缺點，提供一種柵壓自舉開關電路。

本發明解決其技術問題，采用的技術方案是，柵壓自舉開關電路，其特征在于，包括柵壓抬高電路、柵極充放電電路、輸入緩沖電路及開關電路，所述柵壓抬高電路與柵極充放電電路連接，輸入緩沖電路與柵壓抬高電路連接，柵極充放電電路與開關電路連接。

具體的，所述柵壓抬高電路包括時鐘信號輸入端、第一NMOS管、第二NMOS管、柵壓自舉電容、地線及電源電壓輸入端，所述時鐘信號輸入端與第一NMOS管的柵極及第二NMOS管的柵極連接，第二NMOS管的源極通過柵壓自舉電容與第一NMOS管的漏極連接，第二NMOS管的源極與柵極充放電電路連接，其漏極與電源電壓輸入端連接，第一NMOS管的源極與地線連接，其漏極與輸入緩沖電路連接。