[發明專利]一種基于NMOS管的柵壓自舉開關電路

有效

• 申請號: 201710586131.6
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107370487B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 徐代果;徐世六;陳光炳;劉濤;劉璐;石寒夫;鄧民明
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第二十四研究所
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 趙絲絲

本發明提供一種基于NMOS管的柵壓自舉開關電路，包括用于采樣的NMOS管MN1，電壓自舉電路BOOST，采樣開關襯底耦合電容C1，采樣開關MN1襯底放電開關MN8，本發明在采樣NMOS管NM1的柵極和襯底之間加入了一個耦合電容C1，在采樣開關的襯底和地之間加入一個放電開關MN8，當輸入信號VIN變化時，如果采樣保持電路處于采樣狀態，放電開關NM8斷開，通過自舉電路模塊BOOST產生的自舉效果，當輸入信號VIN變化時，如果采樣保持電路處于保持狀態，放電開關NM8導通，采樣開關NM1的襯底電壓被下拉到地，同時，采樣開關NM1的柵極電壓也被下拉到地，從而采樣開關NM1斷開。本發明所提出的采樣保持開關及其輔助電路，和傳統結構相比，線性度明顯提高。

技術領域

本發明屬于模擬或數模混合集成電路技術領域，特別是涉及一種高線性度采樣保持開關及其輔助電路。

背景技術

近年來，隨著模數轉換器性能指標的進一步提高，特別是隨著集成電路工藝技術的不斷發展，對高精度模數轉換器的研究也越來越深入，高精度模數轉換器對采樣開關提出了更高的要求。傳統柵壓自舉采樣開關結構中，通常采用NMOS管作為采樣開關，通過柵壓自舉技術，理論上可以使得采樣NMOS管的柵源電壓之差保持為VDD，這種技術可以使得采樣開關保持較高的線性度。但是，傳統結構也存在一定的問題，當采樣NMOS管處于導通狀態時，其柵極電壓為輸入信號VIN+VDD，如果入信號幅度較小，采樣NMOS管的柵極電壓的絕對值相對較小，不會出現嚴重的問題；當入信號幅度較大時，采樣NMOS管的柵極電壓的絕對值相應增加，過高的柵極電壓會造成器件的可靠性出現問題，同時，過高的柵極電壓也有可能造成不希望的漏電流，從而造成采樣NMOS管的柵壓被鉗位到一個固定值，會嚴重影響采樣NMOS管的線性度。傳統結構，在高速大幅度輸入信號應用的情況下，很難滿足高線性度采樣開關的要求。

為了更詳細的描述上述問題，先來分析傳統柵壓自舉采樣開關的工作原理和優缺點。結構[1]給出了一種傳統基于NMOS管的柵壓自舉開關的示意圖，如圖1所示，當輸入信號VIN變化時，柵壓自舉電路模塊產生一個自舉電壓，使得其輸入和輸出電壓保持一個恒定的值，從而使得采樣NMOS管MN1獲得一個恒定的柵源電壓差，以此提高采樣NMOS管MN1的線性度。傳統柵壓自舉采樣開關剖面圖如圖2所示，從圖2中可以看出，采樣NMOS管MN1的襯底直接接地。傳統結構給出的采樣開關及其輔助電路的結構原理圖如圖3所示，MN1的源極接地，柵極接控制信號CKN，漏極接MN2的源極，同時接電容C_P的下極板、MN3的源極和MN4的漏極；MN2和MP1構成一個反相器結構，其輸入接控制信號CK，輸出接MN3的漏極，同時接MP3的柵極；MP2的源極接電源VDD，漏極接電容CN的上極板，同時MP2的源極接MP3的源極，其柵極接MP3的漏極，同時接MN6的漏極、MN3、MN4和MN1的柵極；MN6的柵極接電源vdd，其源極接MN7的漏極；MN7的柵極接控制信號CKN，其源極接地，上述器件和連接關系構成了自舉電壓產生電路BOOST，其輸出控制采樣開關MN1的柵極C點，MN5的漏極作為采樣信號的輸出端，連接采樣電容Cc。下面簡單介紹其工作原理，信號CK和其反向信號CKN作為控制信號，當CK為低電平同時CKN為高電平時，MN5/MN6/MN7/MP1/MP2導通，MN1/MN2/MN3/MN4/MP3斷開，因此，A點電壓為高電平，B點和C點電壓為低電平，需要特別說明的是，此時，電容C_P兩端的電壓差為電源電壓vdd和地之間的電壓差；當CK為高電平同時CKN為低電平時，MOS器件的工作狀態如下，MN5/MN6/MN7/MP1/MP2斷開，MN1/MN2/MN3/MN4/MP3導通，此時，MN4和MP3的導通使得電容C_P的上下極板直接和采樣開關MN1的柵極和源極相連，如果忽略寄生電容的電荷分享效應，理論上，MN1柵極C點電壓為VIN+vdd，那么，當MN1導通時，其柵源電壓之差保持為vdd，其導通電阻可表示為：