一种提高MOS管模拟开关线性度的方法及MOS管模拟开关电路技术

本发明专利技术公开了一种基于电荷补偿的提高MOS管模拟开关线性度方法，主要应用于集成电路领域，特别是涉及MOS管作为模拟信号采样开关的集成电路应用领域。该方法具体为，在MOS管模拟开关电路中设置补偿电路，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。该方法能够消除栅压自举电路中由于寄生电容造成的MOS管模拟开关非线性影响，提高MOS管模拟开关的线性度。

【技术实现步骤摘要】
一种提高MOS管模拟开关线性度的方法及MOS管模拟开关电路
本专利技术涉及集成电路领域，特别涉及MOS管作为模拟信号采样开关的集成电路应用领域。
技术介绍
在一些集成电路应用中，需要采用MOS晶体管作为模拟开关进行信号的传输控制，特别是采用MOS晶体管集成设计的采样保持电路中，其应用最为广泛。为了降低MOS管作为模拟开关时，其等效导通电阻阻值随输入信号变化的非线性影响，较常见的方法是采用栅压自举技术，使MOS管模拟开关栅极电压值含有输入信号分量，从而将MOS管模拟开关源极的输入信号分量抵消，实现MOS管模拟开关等效导通电阻阻值与输入信号无关的目的，提高MOS管模拟开关性能。通常的栅压自举技术在一定的设计指标范围内可以满足MOS管模拟开关线性度要求，并没有考虑MOS管模拟开关栅极寄生电容对其线性度的影响。但是进一步的分析可以发现，由于栅压自举电路中寄生电容和MOS管模拟开关栅极寄生电容的影响，MOS管模拟开关栅极电压值中的输入信号分量并不能完全抵消其源漏极输入信号值，特别是在高精度模拟信号传输应用中，当MOS模拟开关尺寸增大，寄生电容影响将严重影响其等效导通电阻线性度。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提供一种提高MOS管模拟开关线性度的方法，该方法消除由寄生电容造成的MOS管模拟开关非线性影响，同时本专利技术还提供一种MOS管模拟开关电路。为达到上述目的之一，本专利技术提供如下技术方案：一种提高MOS管模拟开关线性度方法，在MOS管模拟开关电路中设置补偿电路，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。为达到上述目的之二，一种MOS管模拟开关电路，包括栅压自举电路、电荷补偿电路和MOS管模拟开关，所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量。进一步，所述栅压自举电路包括栅压自举电容Cb、控制开关M1、控制开关M2、控制开关M3、控制开关M4、控制开关M5、控制开关M6、控制开关M7、控制开关M8；所述控制开关M1的源极接电源，控制开关M1的栅极分别与控制开关M3的漏极、控制开关M2的源极连接；控制开关M2的栅极接第一控制信号；控制开关M3的源极接地，控制开关M3的栅极接第一控制信号；控制开关M1的漏极分别与控制开关M2的漏极、控制开关M4的源极、栅压自举电容Cb的一端连接，栅压自举电容Cb的另一端与控制开关M8的漏极连接，控制开关M8的源极接地，控制开关M8的栅极接第一控制信号；控制开关M4的漏极与控制开关M6的漏极连接，控制开关M6的源极接地，控制开关M6的栅极接第一控制信号，控制开关M4的栅极分别与控制开关M5的漏极、控制开关M7的漏极，控制开关M5的源极接电源，控制开关M7的源极接地，控制开关M7的栅极与控制开关M5的栅极接第二控制信号。进一步，所述电荷补偿电路包括控制开关M9a、控制开关M11a、补偿电容Cca、传输门T1；控制开关M11a的源极分别与控制开关M4的漏极、控制开关M6的漏极连接，控制开关M11a的栅极与控制开关M4的栅极连接，控制开关M11a的漏极分别与补偿电容Cca的一端、传输门T1的输出端连接，补偿电容Cca的另一端分别与控制开关M8的漏极、控制开关M9a的漏极连接，控制开关M9a的栅极与控制开关M11a的源极连接，传输门T1的输入端接输入信号，控制开关M9a的源极与传输门T1的输入端连接，传输门T1的其中一个控制端接第一控制信号，另一个控制端接第二控制信号。进一步，所述MOS管模拟开关包括MOS管M10a，MOS管M10a的栅极与控制开关M9a的栅极连接，MOS管M10a的源极与控制开关M9a的源极连接，MOS管M10a的漏极作为输出端，MOS管M10a的衬底与控制开关M9a的漏极连接。进一步，所述补偿电容Cca的容值等于栅压自举电容Cb上极板结点处的寄生电容Cp与MOS管M10a栅极寄生电容CLa容值的总和。进一步，所述栅压自举电容Cb容值远远大于补偿电容Cca容值。进一步，所述电荷补偿电路包括放大器AMPb、电阻R1b、电阻R2b、控制开关M9b、控制开关M11b、控制开关M12b；控制开关M9b的漏极与控制开关M8的漏极连接，控制开关M9b的栅极与控制开关M4的漏极连接，控制开关M9b的源极与放大器AMPb的输出端连接，放大器AMPb的输出端通过串联的电阻R2b、R1b接地，放大器AMPb的反向输入端通过电阻R1b接地，放大器AMPb的正向输入端与控制开关M11b的漏极连接，控制开关M11b的源极与控制开关M12b的漏极连接，控制开关M12b的源极接地，控制开关M11b的漏极接输入信号，控制开关M12b的栅极接第一控制信号；所述MOS管电路包括MOS管M10b，MOS管M10b的栅极分别与控制开关M9b的栅极、控制开关M11b的栅极连接，MOS管M10b的源极分别与放大器AMPb的正向输入端、输入信号连接，MOS管M10b的衬底分别与控制开关M11b的源极、控制开关M12b的漏极连接，MOS管M10b的漏极作为输出端。进一步，所述电荷补偿电路包括放大器AMPc、控制开关M12c、控制开关M9c、电阻R2c、电阻R1c，放大器AMPc的输出端与控制开关M8的漏极连接，放大器AMPc的输出端经过依次连接的电阻R2c、电阻R1c接地，放大器AMPc的反向输入端经电阻R1c接地，放大器AMPc的正向输入端分别与控制开关M9c的漏极、控制开关M12c的漏极连接，控制开关M12c的源极接地，控制开关M12c的栅极接第一控制信号，控制开关M9c的栅极与控制开关M4的漏极连接。进一步，所述MOS管模拟开关包括MOS管M10c，控制开关M9c的源极与MOS管M10c的源极连接，MOS管M10c的漏极作为输出端，MOS管M10c的源极接输入信号，MOS管M10c的栅极与控制开关M9c的栅极连接；MOS管M10c的衬底与控制开关M9c的漏极连接。由于采用了以上技术方案，本专利技术具有以下有益技术效果：(1)本专利技术可以消除由于栅压自举电路寄生电容和MOS管模拟开关栅极寄生电容造成的栅压自举电路输出栅压中的输入信号分量低于实际输入信号电压值的非理想影响，提高MOS管模拟开关线性度；(2)本专利技术还非常有利于与MOS管模拟开关衬底调制技术相结合，在具体实施中，通过栅压自举电路中某些结点电位与MOS管衬底结点电位复用，减少MOS管模拟开关衬底调制控制开关数量，降低栅压自举电路负载，从而进一步提高MOS管模拟开关线性度，满足更高要求的高精度模拟信号传输要求；(3)电荷补偿电路一在输入信号频率较低的应用中，只需很少的硬件消耗，就能对MOS管模拟开关线性度有很大提高；(4)电荷补偿电路二对输入信号进行实时放大和传输，其提高MOS管模拟开关线性度的能力不受输入信号频率限制。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细描述，其中：图1为本专利技术MOS模拟开关电路一实施例的结构。图2为本专利技术MOS模拟开关电路二实施例的结构。图3为本专利技术MOS模拟开关电路三实施例的结构。图4为本专利技术控制时序图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高MOS管模拟开关线性度的方法，其特征在于：在MOS管模拟开关电路中设置补偿电路，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。

【技术特征摘要】
1.一种提高MOS管模拟开关线性度方法，其特征在于：在栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路中增加电荷补偿电路，补偿栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路在导通阶段由于MOS管模拟开关和辅助电路中自举电容Ca上极板导通MOS管M4寄生电容与自举电容Ca电荷重分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。2.一种MOS管模拟开关电路，其特征在于：包括栅压自举电路、电荷补偿电路和MOS管电路，所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路在导通阶段由于MOS管模拟开关和辅助电路中自举电容Ca上极板导通MOS管M4寄生电容与自举电容Ca电荷重分配损失的电荷量。3.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述栅压自举电路包括栅压自举电容Cb、控制开关M1、控制开关M2、控制开关M3、控制开关M4、控制开关M5、控制开关M6、控制开关M7、控制开关M8；所述控制开关M1的源极接电源，控制开关M1的栅极分别与控制开关M3的漏极、控制开关M2的源极连接；控制开关M2的栅极接第一控制信号；控制开关M3的源极接地，控制开关M3的栅极接第一控制信号；控制开关M1的漏极分别与控制开关M2的漏极、控制开关M4的源极、栅压自举电容Cb的一端连接，栅压自举电容Cb的另一端与控制开关M8的漏极连接，控制开关M8的源极接地，控制开关M8的栅极接第一控制信号；控制开关M4的漏极与控制开关M6的漏极连接，控制开关M6的源极接地，控制开关M6的栅极接第一控制信号，控制开关M4的栅极分别与控制开关M5的漏极、控制开关M7的漏极，控制开关M5的源极接电源，控制开关M7的源极接地，控制开关M7的栅极与控制开关M5的栅极接第二控制信号。4.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述电荷补偿电路包括控制开关M9a、控制开关M11a、补偿电容Cca、传输门T1；控制开关M11a的源极分别与控制开关M4的漏极、控制开关M6的漏极连接，控制开关M11a的栅极与控制开关M4的栅极连接，控制开关M11a的漏极分别与补偿电容Cca的一端、传输门T1的输出端连接，补偿电容Cca的另一端分别与控制开关M8的漏极、控制开关M9a的漏极连接，控制开关M9a的栅极与控制开关M11a的源极连接，传输门T1的输入端接输入信号，控制开关M9a的源极与传输门T1的输入端连接，传输门T1的其中一个控制端接第一控制信号，另一个控制端接第二控制信号；根据电荷重分配原理，所述补偿电容Cca的容值等于栅压自举电容Cb上极板结点处的寄生电容Cp与MOS管M10a栅极寄生电容CLa容...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄正波，李婷，李儒章，张勇，王妍，陈光炳，付东兵，王育新，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第二十四研究所，
类型：发明
国别省市：重庆;85