[发明专利]一种消除衬底偏置效应的模拟开关控制电路

说明书

本发明公开了一种消除衬底偏置效应的模拟开关控制电路，包括控制电路和传输电路；传输电路用于使形成的模拟开关的源漏端即S/D端电压双向互通；控制电路用于控制传输电路的导通和关闭以及控制传输电路的衬底电压，其中，控制管P2、P3、P4控制传输管P1的衬底电压，控制管N2、N3、N4控制传输管N1的衬底电压；控制管根据两个控制信号电平的不同逻辑关系，使传输管P1、N1的衬底电压跟随S/D端电压或者跟随对应的电源电压。本发明的电路消除模拟开关电路的衬底偏置效应，提高了模拟开关电路的精度，实现宽电压范围高精度模拟开关的双向传输，电路结构简单。

技术领域

本发明属于集成电路设计领域，尤其涉及一种消除衬底偏置效应的模拟开关控制电路。

背景技术

MOS管的直流导通电阻R_ON定义为漏源电压V_DS与其电流I_DS的比值，在模拟开关应用中，工作在线性区，因V_DS很小，一般如(1)式进行计算。

其中μ为载流子的迁移率，Cox为单位面积的栅电容，L为MOS管栅极的长度，W为MOS管栅极的宽度，V_GS为MOS管栅源极的电压，V_TH为MOS管的阈值电压。

由(1)式可知，在确定的工艺条件下，μ与Cox一定，R_ON随(W/L)、(V_GS-V_TH)的增加而减小。当V_GS一定时，精度要求不高的情况下，忽略衬底偏置效应的影响，R_ON近似为一个不变的电阻。

模拟开关利用此特性来双向传输模拟信号，如图1所示，由控制电路和传输电路组成，控制电路由PMOS管P0和NMOS管N0组成，产生控制信号C、CB，控制传输电路的导通和截止，传输电路由PMOS管P1和NMOS管N1并联而成，衬底电压分别接到各自的电源电压VCC、VSS，导通电阻分别按(1)式计算，而等效导通电阻为传输管的两个电阻的并联，决定着此模拟开关的精度。

随着集成电路的发展，模拟信号的幅值范围越来越宽，对模拟开关电路的精度有更高的要求，以前在图1中未考虑的衬底偏置效应问题，在高精度的模拟开关中变得至关重要，大大影响了模拟开关的精度。考虑衬底偏置效应的阈值电压如式(2)。

其中γ为衬底偏置效应系数，V_TH0为MOS管的V_SB为0时的阈值电压，φ_F为MOS管的静电势。

由式(2)可知，如果存在衬底偏置效应将使MOS管的阈值电压数值提高，导致(V_GS-V_TH)变小，从而使导通电阻变大，增大了通过提高(W/L)比值来减小导通电阻的难度，同时很大的(W/L)比值与其的乘积也放大了这种变化，造成精度进一步变差。中国专利CN100521536C“高线性度CMOS模拟开关”，涉及提高采样开关的控制电压，消除开关导通电阻随输入信号变化的影响，从而提高线性度，与本发明中消除开关受衬偏效应的影响是不同的；中国专利CN10272138B“一种模拟开关芯片设计方法及芯片装置”，涉及为采用消除一个主开关(PMOS或NMOS)的衬偏效应来提高导通电阻性能，与本发明中同时消除2个主开关PMOS和NMOS的衬偏效应的方案的电路结构是不同的。因此，在对高精度的模拟开关，需要消除衬底偏置效应的影响，提高模拟开关的精度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种消除衬底偏置效应的模拟开关控制电路，可以消除模拟开关电路的衬底偏置效应，提高模拟开关电路的精度，实现宽电压范围、高精度模拟开关的双向传输。

实现本发明目的的技术方案：

一种消除衬底偏置效应的模拟开关控制电路，其特征是，包括控制电路和传输电路；