[发明专利]一种可阵列式用的全数字CMOS工艺实现的栅压自举开关

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及具体为一种可阵列式用的全数字CMOS工艺实现的栅压自举T/H开关。

背景技术

跟踪保持电路是模数转换器中极其重要的一个模块，它的作用是对输入模拟信号准确跟踪，并将跟踪结果保持，提供给后级电路量化用。由于跟踪保持电路通常是模数转换器的第一个模块，所以它的精度和速度就决定了整个模数转换器的极限精度和速度。而在跟踪保持电路中最为重要的就是采样开关。

在CMOS工艺的中，传统的最简单的跟踪保持电路，如图1所示，它是由采样开关（6）和保持电容C_H（5）组成，其中采样开关（6）是由一个NMOS（PMOS）开关（2）、模拟信号输入端V_in（1）、开关栅压控制端clk（3）和离散信号输出端V_out（4）组成。在栅压控制端clk（3）为高的时候，MOS采样开关（2）处于导通状态，保持电容C_H（5）上的电压跟踪（Track）模拟信号输入端V_in（1）的电压值，而在栅压控制端clk（3）为低的时候，MOS采样开关（2）处于截止状态，此刻模拟信号输入端V_in（1）的电压值被采样并保持在保持电容C_H（5）上，这就实现了基本的跟踪保持功能。但是由于MOS管的工作特性，在MOS采样开关（2）导通的时候存在导通电阻R_on，表示为                                                ，其中μ表示MOS管载流子的迁移率；C_OX表示单位面积的栅氧化层电容；W/L表示MOS开关的（2）的宽长比；V_DD表示开关栅压控制端clk（3）的逻辑高电平，同时也是系统电源电压；V_in表示模拟信号输入端（1）电压值；V_TH表示MOS管的阈值电压，由公式可以开到，MOS采样开关（2）的导通电阻是和模拟信号输入端V_in的幅度有关的，这将会造成跟踪保持电容的输入信号带宽随着输入信号的幅度变化而变换，同时导通电阻的非线性变化也会导致保持电容C_H（5）上的保持信号值的非线性失真，从而在速度和精度两个方面影响跟踪保持电路的性能。

因此，为了解决该问题引入栅压自举形式的跟踪保持开关电路如图2所示，该电路包括栅压自举MOS管开关（15）和保持电容C_H（12）组成，其中栅压自举MOS管开关（15）包括模拟信号输入端（10）、离散信号输出端（14）、栅压自举控制开关（7）（9）（13）、自举电压差VDD（10）和NMOS管开关（11）。当开关S1（7）和S2（9）导通，开关S3（13）断开时，NMOS管开关（11）的栅电压为V_DD+V_in，这就保证了NMOS管开关的栅源电压恒定为V_DD，此时NMOS管开关（11）导通；当开关S1（7）和S2（9）断开，开关S3（13）导通时，NMOS管开关（11）的栅端接地，采样开关断开。 如此NMOS管开关（11）的导通电阻可以表示为这与模拟信号输入端（10）的幅度无关，从而保证了跟踪保持电路的速度和精度。传统的栅压自举开关如图3所示，它包括栅压自举电容C_B（17）、自举环路开关M_P1（16）、M_P2（20）和M_N1（18）、M_P2栅压控制端电压驱动电路（19）、开关管栅压泄放回路（23）、辅助开关管M_N4（22）、NMOS开关管M_N5（24）、模拟信号输入端（21）和离散信号输出端（25）。如此该开关和保持电容（26）组成了栅压自举开关跟踪保持电路，该栅压自举开关M_N5的导通电阻，