本发明专利技术提供一种采样NMOS管及其生成方法、电压自举采样开关和模数转换器，应用于模数转换器领域，本发明专利技术在采样NMOS管的源极和电源之间加入一个二极管D1，在采样NMOS管的漏极和电源之间加入一个二极管D2，当输入电压增加时，由于输入电压通常不会大于电源电压，二极管D1/D2处于反偏，他们的寄生电容会随着输入电压的增加而增加，同时，由于输入电压通常不会小于0，NMOS管的源/漏极和地之间的寄生二极管DP1/DP2也处于反偏，他们的寄生电容会随着输入电压的增加而减小，故二极管D1/D2的寄生电容随输入电压的变化就补偿了寄生二极管DP1/DP2的寄生电容随输入电压的变化，使得采样电容不会随着输入电压的变化而变化，极大的提高了采样开关的线性度，以及整个电路的线性度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及模拟或数模混合集成电路
，特别是涉及一种采样NMOS管及 其生成方法、电压自举采样开关和模数转换器。
技术介绍
近年来，随着模数转换器性能指标的进一步提高，特别是随着集成电路工艺技术 的不断发展，对高精度模数转换器的研究也越来越深入。高精度模数转换器对采样开关提 出了更高的要求，通常采用NMOS管作为采样开关，传统的电压自举采样开关结构，虽然在 输入电压变化时，能保证采样开关源极和栅极的电压之差保持不变，从而使得采样开关能 保持一定的线性度。但是，采样NMOS管的源极和漏极分别和衬底之间会形成一个PN+二极 管，由于衬底接地，而输入信号通常大于零，从而造成上述PN+二极管处于反偏状态，这会 使得上述寄生电容随着输入信号的变化而变化，在高精度应用时，上述效应会严重影响采 样开关的线性度，传统的采样开关不能胜任更高精度下的工作需求。 为了更详细的描述上述问题，先来分析PN结的电容特性，由晶体管原理的知识可 知，PN结存在两种电容，第一种是势皇电容CT，在PN结反偏和正偏情况下，这种电容均存 在，第二种是扩散电容CD，只存在于PN结正偏情况下，由于本专利技术所涉及的PN结都工作在 反偏状态，所以这里只讨论PN结的势皇电容CT。PN结的空间电荷区示意图如图1所示，势 皇电容可表不为： 对于PN+二极管而言，经过化简，势皇电容可以表示为： 其中，Al为PN+结面积，ε s为材料介电常数，q为单位电荷电量，NA为P区掺杂 浓度，V为阴极相对于阳极的电压差。 基于上述分析，我们来讨论传统采样开关的寄生电容特点。传统采样开关的原理 图如图2所示，其中用于采样的NMOS管丽1的栅极接电压自举电路BOOST的输出端，电压 自举电路BOOST的输入端接用于采样的NMOS管MNl的源极，同时接输入信号VIN，用于采 样的NMOS管丽1的漏极作为采样信号的输出端。为了更方便说明寄生效应，给出传统采样 开关的剖面图，如图3所示。其中DNW表示深N阱，和深N阱DNW相连的NW表示N阱，N阱 NW中的N+表示N+注入区，用来引出NW的电位，深N阱DNW和N阱NW包围的区域为P阱 P-WELL，P-WELL作为深N阱管匪1的衬底，P阱P-WELL中的P+表示P+注入区，用来引出 P-WELL的电位，P阱P-WELL中的N+表示N+注入区，是深N阱管匪1的源漏区，G表示深N 阱管匪1的栅极。用于采样的NMOS管丽1采用深N阱管，除了图2中原理图的描述之外， 可以看到，匪1管的衬底通过P+接地，而深N阱电位通过NW中的N+接电源VDD，匪1管的 源极N+和漏极N+与衬底P-WELL之间分别有一个寄生PN+二极管DPl和DP2。 现在来分析PN+寄生二极管DPl和DP2在反向偏压下的势皇电容状态。前文中， 式（2)中的V即是图3中的输入信号VIN，现结合图3的结构，其势皇电容为： 其中，Al为PN+结面积，es为材料介电常数，q为单位电荷电量，NA为P区掺杂浓 度，VIN为输入电压。除了输入电压VIN之外，其余的物理量都是根据具体工艺来确定的， 也就是说，其余物理量是电路设计人员无法改变的，所以，我们重点讨论输入电压VIN对势 皇电容大小的影响。根据式（3)可知，PN+二极管DPl和DP2的势皇电容CT在反偏状态下 随输入信号VIN的C-V曲线如图4所示，此时VIN为输入信号，同时也是PN+二极管阴极电 压，PN+二极管的阳极接地。从图4中可以看到，随着阴极电压VIN的增加，PN+二极管DPl 和DP2的势皇电容CT逐渐减小。正是由于图4中的这种PN+二极管势皇电容随输入信号 变化而变化的特点，导致了采样开关的非线性问题。 因此，如何克服PN+二极管势皇电容随输入信号变化而变化所导致的非线性问题 就成了本
的一个难题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种NMOS管及应用所述 NMOS管的采样开关电路和模数转换器，用于解决现有技术中PN+二极管势皇电容随输入信 号变化而变化所导致的非线性的问题。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供以下技术方案： -种NMOS管，包括衬底以及在所述衬底上形成的N阱和P讲，所述N阱包围在所 述P阱周围，在所述N阱中具有N+注入区，在所述P阱中具有P+注入区和N+注入区，所述 N阱和P阱上还覆盖有一用于作为绝缘层的氧化物，在所述N阱和P阱之间的所述氧化物上 还装有金属电极，以作为所述NMOS管的栅极，其中，所述N阱中还具有P+注入区，其在所述 N阱中与所述N+注入区形成一补偿二极管。 另外本专利技术还提供了一种NMOS管，包括衬底以及在所述衬底上形成的深N阱、N阱 及P阱，所述深N阱连接于所述N阱，且所述深N阱和N阱将包围在所述P阱的周围，在所 述N阱中具有N+注入区，在所述P阱中具有P+注入区和N+注入区，所述N阱和P阱上还 覆盖有一用于作为绝缘层的氧化物，在所述N阱和P阱之间的所述氧化物上还装有金属电 极，以作为所述NMOS管的栅极，所述N阱中还具有P+注入区，其在所述N阱中与所述N+注 入区形成一补偿二极管。 另外，本专利技术还提供了一种采样开关电路结构，包括电压自举电路，还包括上述 NMOS管，其中所述电压自举电路的输入端连接采样开关的输入端，以供连接输入电压VIN， 所述电压自举电路的输出端连接所述NMOS管的栅极，所述NMOS管的源极连接所述输入电 压VIN，所述NMOS管的漏极作为采样开关的输出端输，以输出输出电压V0UT，且所述NMOS 管的所述N阱中的所述P+注入区分别连接输入电压VIN和输出电压V0UT。 再者，本专利技术还提供了一种模数转换器，其中包括上述的采样开关电路结构。 相对现有技术，本专利技术至少具有以下优点： 1、引入了一个P+N二极管D1/D2的势皇电容CTD1,2, D1/D2寄生电容的容值随输入 电压VIN的增加而增加，采样开关匪1原有PN+寄生二极管DP1/DP2的势皇电容Ctdp1i2随 输入信号VIN的增加而减小，随输入信号的变化，这两个寄生电容的容值可以相互补偿，从 而使得采样开关匪1的寄生电容不随输入信号VIN的变化而变化，从而大大提高采样开关 匪1的线性度。 2、实现上述补偿所引入的P+N二极管D1/D2在标准工艺下就可以实现，不需要单 独采用复杂的工艺技术，所以没有增加工艺成本。 3、实现上述补偿所引入的P+N二极管D1/D2结构很简单，在采样开关匪1信号输 入通路上尽量少的引入了不必要的干扰。【附图说明】 图I PN结的空间电荷区示原理图。 图2为传统采样开关原理图。 图3为传统采样开关剖面图。 图4为PN+二极管反偏状态下势皇电容与丽1输入电压的C-V曲线。 图5为一种用于采样开关的电容补偿电路原理图。 图6为一种用于采样开关的电容补偿电路剖面图。 图7为P+N二极管反偏状态下势皇电容与输入电压的C-V曲线。 图8为寄生电容Ctdi,2和Ctdp1i2的小信号等效电路原理图。 图9为补偿后总势皇电容曲线。【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种采样NMOS管，包括一NMOS管，其特征在于：所述NMOS管的源极和电源之间加入有一个P+N二极管D1，所述二极管D1的阳极连接所述NMOS管的源极，所述二极管D1的阴极连接所述NMOS管的电源VDD；所述NMOS管的漏极和电源之间加入有一个P+N二极管D2，所述二极管D2的阳极连接所述NMOS管的漏极，所述二极管D2的阴极连接所述NMOS管的电源VDD。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐代果，胡刚毅，李儒章，王健安，陈光炳，王育新，付东兵，邓民明，
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
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