[發明專利]一種兩步式建立的自舉采樣開關電路及集成電路

在審

• 申請號: 202210070538.4
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114374388A
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 周雄;楊本能
• 申請（專利權）人: 芯聚威科技（成都）有限公司
• 主分類號: H03M1/12
• 分類號: H03M1/12
• 代理公司: 成都中絡智合知識產權代理有限公司 51300
• 代理人: 喻依豐

本申請公開了一種兩步式建立的自舉采樣開關電路及集成電路，包括相互連接的自舉電路和開關電路，所述自舉電路包括NMOS管Ms2，開關電路包括NMOS管Ms1，Ms1的源端接輸出端Vout，Ms2的源端、Ms1的漏端和輸入端Vin連接；還包括第一傳輸門開關T1和第二傳輸門開關T2；所述第一傳輸門開關T1的一端接Ms2的源端，另一端接共模電壓Vcm；所述第二傳輸門開關T2的一端接Ms2的源端，另一端接輸入端Vin和Ms1的漏端；以及時序控制電路，用于分別產生第一采樣信號Clks，控制第一傳輸門開關T1的短脈沖Clkvcm和控制第二傳輸門開關T2的第二采樣信號Clkvin。本發明通過增設第一傳輸門開關T1和第二傳輸門開關T2實現兩步建立，能夠在采樣過程中確保共模電壓Vcm保持穩定，可以保證線性度不受影響。

技術領域

本發明涉及集成電路技術領域，尤其涉及采樣開關電路，具體涉及一種兩步式建立的自舉采樣開關電路及集成電路。

背景技術

模數轉換器是將輸入的模擬信號轉換為數字信號的電路或者裝置。在模數轉換過程中，首先就是利用采樣/保持電路對輸入模數轉換器的模擬信號進行采樣。具體地說，在采樣時鐘的采樣周期內，對所輸入的模擬信號進行采樣，而在采樣完畢后，則保持所采樣的模擬信號直至下一個采樣周期。

高精度采樣網絡通常需要使用線性度較高的自舉采樣開關，能夠實現較高的無雜散動態范圍（SFDR）和很低的總諧波失真（THD）性能。常見的自舉開關如圖1所示，其工作如下：非采樣時，自舉電容Cboost上下兩端的電壓分別被復位為VDD，VSS。采樣開啟時（Clks為低），Vx節點被充電到Vin。因電荷守恒原理，自舉電容Cboost上下兩端壓差保持不變，Vy電壓這時會隨著Vx變化，也被拔高或者降低Vin，那么Vy=VDD+Vin。對于NMOS采樣管，Ms1而言，自舉電路讓其開啟電壓Vg跟隨源端輸入信號Vs，進行同等程度的變化，使得Vgs≈VDD基本恒定（通常電路節點上的一些MOS管的寄生電容，會使得該電壓略小于VDD）。自舉電壓保證了處于線性區的MOS管開關的等效阻抗Ron,s1不隨著輸入信號幅度的變化而變化，Ron,s1*Cs的時間常數比較恒定，因而在規定采樣時間內建立精度較為一致，線性度高。該特性明顯優于單獨的NMOS或PMOS開關，也好于傳輸門開關（CMOS transmission gate）。

當自舉采樣開關和前級差分有源模塊級聯時，其簡化的原理圖如圖2所示。這里的前級電路可能為差分放大器，緩沖器，殘差放大器，積分器，濾波器等等。自舉開關能夠保證較好的線性度，但是同樣也引入了一個通常容易被忽略的問題。因Vx節點（詳見圖1所示）每次采樣需要從VSS充電到Vin, 輸入信號需要提供一個充電電流，該過程會使得Vop和Von在采樣開關MS2導通的瞬間，電壓同時往VSS掉，（詳見圖3中所示）。在一些低功耗的應用場景，前級驅動能力不大的情況，該過程會導致(Vop+Von)/2的共模下降明顯，達到伏級別。該現象對前級差分電路的共模穩定造成了明顯的影響，共模反饋電路需要經過較長的時間才能夠從該狀態恢復。共模不穩定會造成下級采樣電路線性度的降低。為了加快恢復過程，使得下次采樣時共模已經穩定，這樣就需要更大的功耗開銷在共模反饋的相關支路上。

發明內容

為了解決現有自舉開關技術存在的問題，本申請提供一種兩步式建立的自舉采樣開關電路及集成電路，用于針對性的解決現有自舉開關對前級差分電路的共模穩定造成明顯影響，共模反饋電路需要經過較長的時間才能夠從該狀態恢復的問題，以及共模不穩定會造成下級采樣電路線性度降低的問題。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案的核心在于自舉電路中的自舉電容Cboost在復位-充電過程中保持共模電壓Vcm穩定，從而保證采樣電路線性度不受影響。基于該發明構思，本發明采用的具體技術方案為：