本发明专利技术公开了一种寄生效应低、品质因数高的差分开关电容结构。相对于传统差分开关电容结构，本差分开关电容结构主要进行了以下两点改进：第一，去掉了PMOS管P1和P2，消除了二者引入的寄生效应；第二，在数字信号D的输入端和开关射频管的漏极之间串一个反相器和电阻，降低开关管的寄生效应。改进后的差分开关电容结构具有寄生效应低、品质因数高以及调谐范围宽的特性。
【技术实现步骤摘要】
一种寄生效应低品质因数高的差分开关电容结构
本专利技术主要涉及离散电容设计领域，尤其指一种寄生效应低、品质因数高的差分开关电容结构。
技术介绍
近年来，随着无线通讯技术突飞猛进的发展，多种标准兼容和宽带通讯系统成为必然趋势。作为该系统的关键模块，压控振荡器要求有足够宽的频率覆盖范围和苛刻的相位噪声性能。基于标准CMOS工艺变容管实现的调谐LC VCO最大能实现20%左右的频率调谐范围。同时，采用大尺寸的变容管容易把幅度噪声转化为相位噪声，使相位噪声变差。为此，人们提出了采用数控开关电容技术实现可变电容。但是传统的开关电容阵列由NMOS晶体管和电容串联构成，NMOS管开启时导通电阻和断开时漏端寄生电容使得调谐回路Q值低以及相位噪声性能差。因此，设计寄生效应低，品质因数高的开关电容成为了开关电容设计的难题。图1展示了一种由NMOS开关管和金属电容实现的传统差分开关电容结构。当开关控制信号D为高电平时，NMOS开关管NpN2和N3闭合，PMOS开关管P1和P2断开，开关电容处于闭合状态，此时开关电容结构的等效电路如图3所示，其中Rh^Rm2和Rm3分别三个NMOS 开关管导通时的等效电阻，此时开关电容容值大小可以表示为其品质因数Q可以表示为Q =_ __(2) 0·( //α)·((^1+^2)//^αν3)式中ω0为工作频率，Ri0N=[(ynCox) (VL) (Vgs-Vth)T1为开关管Ni的导通电阻。从式 ⑵中可以得出，由于导通时开关管的导通电阻Riw的存在，开关电容的有效Q值降低，从而降低LC振荡器的相位噪声性能。当开关控制信号D为低电平时，NMOS开关管Ni关闭，PMOS开关管Pi闭合，开关电容处于断开状态，此时开关电容等效电路如图4所示，此时开关电容容值大小可以表示为C0FF^ (C1// (CNlpar+Cparl)) // (C2// (CN2par+Cpar2)) (3)其中为金属电容C的下极板与地形成的寄生电容，Cniot为NMOS开关管漏极产生边缘电容，其值等于WswCdd,其中Wsw是开关管的宽度，Cdd为漏端边缘单位宽度电容值，单位为 fF/μπι。由于开关断开时，金属电容并没有被完全隔离在谐振器之外，而是与寄生电容串联后接入谐振器中，这一效应大大降低了电容的调谐范围。针对传统单端开关电容结构存在的缺陷，设计人员提出了图2所示的一种寄生效应低、品质因数高的差分开关电容结构。开关控制信号D同时接到NMOS开关管N1、N2的栅极和反相器INV(001、002)的输入端，NMOS开关管NI的漏极接电容C1的一端，电容C1的另一端为输出端P，反相器INV(OOl)的输出与电阻R1的一端相接，电阻R1的另一端连接NMOS 开关管NI的漏端，NMOS开关管N2的漏极接电容C2的一端，电容C2的另一端为输出端N，反相器INV(002)的输出与电阻R2的一端相接，电阻R2的另一端连接匪OS开关管N2的漏端，NMOS开关管N3的漏极连接到NMOS开关管NI的漏极，其源极连接到NMOS开关管N2的漏极，NMOS开关管N3的栅极接数字控制信号D。图5给出了本专利技术的差分开关电容结构的开关闭合时的等效电路结构。由于当数字控制信号D为高电平时，NMOS开关管Ni开启，PMOS开关管Pi断开，此时开关电容的有效容值和图1中的一样，而其有效品质因数可以表示为Q =-T----r-Γ(4) O-(C1HC2)-(((Rom + Roni)// Rom )//(^+i 2))由于数字信号D通过反相器和电阻将Ep和En节点下拉到地，减小了 NMOS管％、N2的导通电阻，此时Ep和En两个节点的直流电位相同，使得二者虚短，减小了 N3管导通的等效电阻。因此，开启状态下本专利技术差分开关电容的等效阻抗非常小，增大了开关电容的有效品质因数。当开关控制信号D为低电平时，NMOS开关管Ni关闭，开关电容处于断开状态，此时开关电容等效电路如图6所示，由于此时Ep和En节点被反相器和电阻上来到VDD，使得此时晶体管N1、N2的漏极-衬底PN结呈现较大反偏，使得PN结的耗尽区增大，大大减小了漏极的寄生电容对开关电容的影响，同时开关电容下极板对地的寄生电容也非常小，可以忽略。 开关管N3也因为漏源两端电压均为VDD，管子不开启，导致其等效阻值无穷大。因此，关闭状态下改进型开关电容结构的表现出低通的滤波特性，能够与谐振腔完全隔离，不影响LC 振荡器的振荡频率。综上所述，本专利技术差分开关电容结构，降低了关闭时的寄生电容，减小了开启时的寄生电阻，提高了开关电调谐范围，增大了开关电容阵列的品质因数。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题在于针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种寄生效应低、品质因数高的差分开关电容结构。为实现上述技术问题，本专利技术提出的解决方案为第一 NMOS管(NI)、第二 NMOS管 (N2)、第三NMOS管(N3)、第一反相器INV (001)、第二反相器INV (002)、第一电阻(R1)、第二电阻(民)、第一金属电容(C1)、第二金属电容(C2),其中第一 NMOS管(NI)的栅极接数字控制信号D，漏极接第一金属电容(C1)的一端，源极接电源地，第一反相器INV(OOl)的输入接数字控制信号D，输出接第一电阻(R1)的一端，第一电阻(R1)的另一端接第一 NMOS管(NI) 的漏极，第一金属电容(C1)的另一端接输出P，第二 NMOS管(N2)的栅极接数字控制信号D， 漏极接第二金属电容(C2)的一端，源极接电源地，第二反相器INV(002)的输入接数字控制信号D，输出接第二电阻(R2)的一端，第二电阻(R2)的另一端接第二 NMOS管(N2)的漏极， 第二金属电容(C2)的另一端接输出N，第三NMOS管(N3)的漏极接第一 NMOS管(NI)的漏极，源极接第二 NMOS管(N2)的漏极，栅极接数字控制信号D。与现有技术相比，本专利技术的优点在于1、降低了差分开关电容结构的寄生效应。与传统 差分开关电容相比，本专利技术的开关电容结构中开关管具有良好的开关特性。2、增大了差分开关电容结构的品质因数。与传统差分开关电容结构相比，本专利技术的差分开关电容结构寄生电阻小，增大了有效品质因数。3、提高了差分开关电容的调谐范围。与传统差分开关电容结构相比，本专利技术的开关电 容阵列寄生效应小，增大最大有效容值和最小有效容值的差值，从而提高了差分开关电容 的调谐范围。附图说明图1是传统差分开关电容结构示意图；图2是本专利技术差分开关电容结构示意图；图3是传统差分开关电容关闭时等效电路示意图；图4是传统差分开关电容开启时等效电路示意图；图5是本专利技术差分开关电容关闭时等效电路示意图；图6是本专利技术差分开关电容开启时等效电路示意图；具体实施方式以下将结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细说明。如图2所示，本专利技术是一种寄生效应低、品质因数高的开关电容阵列结构，它包括第 一 NMOS管(NI)、第二 NMOS管(N2)、第三NMOS管(N3)、第一反相器INV(OOl)、第二反相器 INV(002)、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第一金属电容(C)、第二金属电容(C2)，其中第一 NMOS管(NI)的栅极接数字控制信号D，漏极接第一金属电容(C1)的一端，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种寄生效应低、品质因数高的差分开关电容结构，其特征在于：它包括左右两条开关电容支路，输入信号为数字控制信号D，输出信号为P和N。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭斌，
申请(专利权)人：长沙景嘉微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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