一种适用于低电源电压模数转换器采样的自举开关电路制造技术

本发明专利技术提出了一种应用于模数转换器采样的改进型自举开关电路，该电路适用于低电源电压的应用场合，采用两个电容来稳定自举开关管的栅源电压，当自举开关管关断保持时，两个电容并联充电，其中一个电容可充电至电源电压，另一个电容由于开关管的提前断开，最终充电电压距离电源电压会有一个阈值电压的损耗；自举开关管闭合采样时，两个电容串联接到自举开关管的栅极和源极之间，使自举开关管的栅源电压稳定在一个高于电源电压的电位，使自举开关管导通电阻更低，线性度提高，开关充电速度提升，驱动能力提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及模拟集成电路中的模数转换器采样开关电路，尤其适用于在低电源电压应用场合下的模数转换器采样。
技术介绍
模数转换器是将模拟信号转换为数字信号的电路模块，在传感器系统、自动控制系统和现代通讯系统中都是必不可少的模块。在高速高精度的高性能模数转换器电路中，存在大量的非理想特性，为设计带来很大的难题。其中模数转换器的采样开关技术就是较为困难的课题。传统的CMOS互补采样开关虽然具有导通电阻较小，没有阈值电压损耗的优点，但是由于在信号传输过程中，开关管的栅极和源极电压发生变化，导致导通电阻变化，带来较大的采样非线性，因此仅适用于要求较低的场合。在高速高精度的应用场合，达不到设计要求。因此，自举开关技术被提出来。由于低功耗是当前模数转换器的重要设计目标，因此，低电源电压下的模数转换器成为热门的研究方向。低电源电压，尤其是近阈值电压的工作条件为设计带来很大困难。对于采样开关技术来说，其中之一是，由于电源电压的降低，上述技术中开关管的栅源电压即使达到电源电压，其开启程度仍然不够，导致导通电阻较大，影响采样速度，且导通电阻线性度差。
技术实现思路
专利技术目的:针对上述现有技术，提出一种适用于低电源电压下模数转换器采样的自举开关电路，提高采样时的自举开关管栅源电压，降低导通电阻，提高导通电阻线性度，提尚开关充电速度。技术方案:一种适用于低电源电压模数转换器米样的自举开关电路，包含第一电荷栗、第二电荷栗、NMOS自举开关管、控制电路模块；其中，所述第一电荷栗用于输出两倍电源电压；所述第二电荷栗包括第一电容和第二电容；当采样时钟CLK为低电平时，所述控制电路模块用于断开所述第一电容和第二电容与所述NMOS自举开关管栅源极的连接，并将所述NMOS自举开关管的栅极接地，同时控制所述第一电荷栗输出电压对第一电容和第二电容并联充电；当采样时钟CLK为高电平时，所述控制电路模块用于将充电后的第一电容和第二电容串联后接到所述NMOS自举开关管的栅极和源极之间，开启所述NMOS自举开关管进行采样。进一步的，所述第一电荷栗包括NMOS管Ml、NMOS管M2、电容Cl、电容C2，所述第二电荷栗包括电容 C3、电容 C4、NMOS 管 M3、NMOS 管 M7、NMOS 管 M8、NMOS 管 MlO、NMOS 管 Ml 1、PMOS管M9，所述控制电路模块包括NMOS管M4、NMOS管M5、NMOS管M13、NMOS管M14、NMOS管 M15、PMOS 管 M6、PMOS 管 M12 ；所述NMOS管Ml和NMOS管M2的漏极接外部电源，NMOS管Ml的源极连接电容Cl的一端，NMOS管Ml的栅极连接NMOS管M2的源极，NMOS管M2的源极连接电容C2的一端，NMOS管M2的栅极连接NMOS管Ml的源极，电容Cl的另一端连接采样时钟CLK，采样时钟CLK经反相器连接电容C2的另一端；所述NMOS管M3的漏极接所述外部电源，NMOS管M3的栅极接所述NMOS管Ml的栅极，NMOS管M3的源极同时连接电容C3的一端以及NMOS管MlO的漏极，电容C3的另一端接NMOS管M7的漏极，NMOS管M7的栅极接所述反相器的输出端，NMOS管MlO的源极接电容C4的一端，NMOS管MlO的栅极接所述反相器的输出端，NMOS管M7的源极和电容C4的另一端同时接NMOS管Ml I的漏极，NMOS管Ml I的源极接地，NMOS管Ml I的栅极接所述反相器的输出端，NMOS管M8的漏极接NMOS管MlO栅极与电容C4的公共点，NMOS管M8的源极接电容C3与NMOS管M7漏极的公共点，NMOS管M8的栅极接所述采样时钟CLK，PM0S管M9的漏极接电容C3与NMOS管M7漏极的公共点，PMOS管M9的漏极接NMOS管MlO栅极与电容C4的公共点，PMOS管M9的栅极接所述反相器的输出端；所述PMOS管M12的源极接所述外部电源，PMOS管M12的漏极接NMOS管M13的漏极，NMOS管M13的源极接NMOS管M7的源极和电容C4的公共点，PMOS管M12的栅极以及NMOS管M13的栅极同时接所述采样时钟CLK，PMOS管M6的源极接电容C3与NMOS管MlO的漏极公共点，PMOS管M6的漏极NMOS管M4的源极，PMOS管M6的栅极同时接PMOS管M12的漏极和NMOS管M13的漏极的公共点以及NMOS管M14的漏极，NMOS管M14的源极接NMOS管M7的源极和电容C4的公共点，NMOS管M4的栅极接所述外部电源，NMOS管M4的漏极接NMOS管M5的源极，NMOS管M5的漏极接地，NMOS管M5的栅极接所述反相器的输出端，NMOS管M14的栅极接PMOS管M6的漏极和NMOS管M4的源极的公共点，NMOS管M15的源极接NMOS管M7的源极和电容C4的公共点，NMOS管M15的栅极接PMOS管M6的漏极和NMOS管M4的源极的公共点，NMOS管M15的漏极和所述NMOS自举开关管的源极同时接外部输入信号，所述NMOS自举开关管的栅极接PMOS管M6的漏极和NMOS管M4的源极的公共点，所述NMOS自举开关管的漏极作为自举开关电路的输出端，在所述自举开关电路的输出端与地之间连接电容Q。有益效果:本专利技术的一种应用于模数转换器采样的改进型自举开关电路，适用于低电源电压的应用场合，通过电荷栗将自举开关管M_switch的栅源电压维持在一个恒定的、高于电源电压的电平上，降低开关的导通电阻，并且提高导通电阻的线性度。电路在传统的结构基础上，采用两个电容来稳定自举开关管M_switch的栅源电压，当自举开关管M_switch关断保持时，两个电容并联充电，其中一个电容可充电至电源电压，另一个电容由于开关管MlO的提前断开，最终充电电压距离电源电压会有一个阈值电压的损耗；自举开关闭合采样时，两个电容串联自举开关管M_switch的栅极和源极之间，使自举开关管M_switch的栅源电压稳定在一个高于电源电压的电位，在发挥了自举开关电路高线性度的优点的同时，降低了低电压下的开关导通电阻，提高了充电速度，提高了导通电阻线性度，使得低电压下的模数转换器性能得到提升。【附图说明】图1是本专利技术的适用于低电源电压下的模数转换器采样的自举开关电路的电路图；图2是用cadence仿真得到的NMOS自举开关管M_switch栅源电压分别为0.6V和1.2V时的导通电阻扫描曲线，横坐标为输入扫描电压，纵坐标为NMOS自举开关管M_switch的导通电阻。图3是用cadence仿真得到的600mV电源电压下本专利技术电路中的NMOS自举开关管M_switch的栅源电压Vgs的工作波形；图4为用cadence仿真得到的传统结构自举开关的输入输出采样保持波形。图5为用cadence仿真得到的本专利技术自举开关电路的输入输出采样保持波形。【具体实施方式】以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。—种适用于低电源电压模数转换器米样的自举开关电路，包含第一电荷栗、第二电荷栗、NMOS自举开关管、控制电路模块。其中，NMOS自举开关管用做模拟信号的采样开关；第一电荷栗用于输出两倍电源电压。第二电荷栗包括第一电容和第二电容，当采样时钟C本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于低电源电压模数转换器采样的自举开关电路，其特征在于：包含第一电荷泵、第二电荷泵、NMOS自举开关管、控制电路模块；其中，所述第一电荷泵用于输出两倍电源电压；所述第二电荷泵包括第一电容和第二电容；当采样时钟CLK为低电平时，所述控制电路模块用于断开所述第一电容和第二电容与所述NMOS自举开关管栅源极的连接，并将所述NMOS自举开关管的栅极接地，同时控制所述第一电荷泵输出电压对第一电容和第二电容并联充电；当采样时钟CLK为高电平时，所述控制电路模块用于将充电后的第一电容和第二电容串联后接到所述NMOS自举开关管的栅极和源极之间，开启所述NMOS自举开关管进行采样。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴建辉，孔路平，陈超，黄成，李红，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32