一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法與流程
1.本發明涉及自舉開關電路中的nmos主開關管襯底電壓信號配置技術，特別是一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，通過在自舉開關電路中第一電容c1下極板cb以四路分別連接四個mos管的基礎上增加一路接入第七nmos主開關管mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與cb一致：當mn7導通時其襯底電壓vb和其漏極電壓vd均為正弦波輸入電壓信號vin，mn7的柵壓與第一電容c1上極板ct均為vin+avdd，avdd為模擬電源電壓，當mn7截止時其襯底電壓與地端gnd一致，既無需增設任何電容也無需增設任何輔助開關，就能夠降低mn7的導通電阻ron在傳遞信號時的影響，從而增強開關線性度，提高電路性能。
背景技術：
2.采樣保持電路(sample and hold,s&h)在模數轉換器(analog digital converter,adc)的設計屬于較為關鍵的一個模塊。采樣開關的線性度嚴重影響了adc的各項性能，尤其是無雜散動態范圍(spurious free dynamic range，sfdr)等adc的核心參數。圖2是現有技術中增加兩個輔助開關對主開關管的襯底電壓進行電路選擇以解決自舉開關導通電阻線性度問題的電路結構示意圖。圖2中mn7襯底通過分別連接第一開關接vin和第二開關接地。圖2表示了基于柵壓自舉開關技術(bootstrap)的采樣保持電路的基本結構，clk為低電平時，電路處于保持狀態，m
n2
、m
p2
導通，將電容c1充電至avdd，m
p3
、m
n1
、m
n5
、m
n6
、m
n7
斷開，clk為高電平時，電路處于采樣狀態，m
n2
斷開，m
n6
導通，電容c1下極板cb接入v
in
，由于電容c1的電荷沒有釋放通路，因此電容c1的上極板ct電壓變為v
in
+avdd，同時pm3、m
n6
、m
n7
導通，從而m
n7
的柵極電壓變為vin+avdd，保證了m
n7
的柵漏電壓vgd一直是avdd，提高了主開關管m
n7
導通電阻的線性度。m
n7
的柵極電壓每次采樣時都會自舉為v
in
+avdd，因此也被稱為柵壓自舉開關電路。如圖2所示，當開關閉合時，主開關管mn7的襯端與vin相連，使得v
sb
＝0；當開關斷開時，主開關管的襯端與gnd端相連，恢復三極管連接方式。但是采用此方法具有以下幾個方面的限制：1、增加兩個輔助開關，直接會導致增加電路面積，提高電路復雜度；2、由于時鐘饋通效應，可能會通過兩個輔助開關管，影響到主開關管的源端和襯端，從而影響到信號的采集。
技術實現要素：
3.本發明針對現有技術中存在的缺陷或不足，提供一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，通過在自舉開關電路中第一電容c1下極板cb以四路分別連接四個mos管的基礎上增加一路接入第七nmos主開關管mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與cb一致：當mn7導通時其襯底電壓vb和其漏極電壓vd均為正弦波輸入電壓信號vin，mn7的柵壓vg與所述第一電容c1上極板ct均為vin+avdd，avdd為模擬電源電壓，當mn7截止時其襯底電壓與地端gnd一致，既無需增設任何電容也無需增設任何輔助開關，就能夠降低mn7的導通電阻ron在傳遞信號時的影響，從而增強開關線性度，提高電路性能。
4.本發明的技術解決方案如下：
5.一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，其特征在于，包括在自舉開關電路中第一電容c1下極板cb以四路分別連接四個mos管的基礎上增加一路接入第七nmos主開關管mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與cb一致：當mn7導通時其襯底電壓vb和其漏極電壓vd均為正弦波輸入電壓信號vin，mn7的柵壓vg與第一電容c1上極板ct均為vin+avdd，avdd為模擬電源電壓，當mn7截止時其襯底電壓與地端gnd一致。
6.mn7的漏極接vin，mn7的源極接電壓信號輸出端vout，vout通過負載電容cload接地。
7.所述四個mos管分別為第一nmos管mn1、第五nmos管mn5、第二nmos管mn2和第六nmos管mn6，所述第一電容c1下極板cb第一路連接mn2的漏極，第二路連接mn6的漏極，第三路連接mn1的源極，第四路連接mn5的源極，mn2的源極接地，mn2的柵極接時鐘clk非信號，mn6的源極接vin，mn6、mn5和mn7柵極互連后分別連接第三pmos管mp3的漏極、第三nmos管mn3的漏極和第二pmos管mp2的柵極，mn1的柵極接時鐘clk信號，mn1的漏極、mn5的漏極和mp3的柵極互連后連接第一pmos管mp1的漏極，mp1和mp2均源極接模擬電源電壓端avdd，mp2襯漏互連后和mp3襯源互連后均分別連接所述第一電容c1上極板ct，mp1的柵極接時鐘clk信號，mn3的源極連接第四nmos管mn4的漏極，mn4的源極接地，mn4柵極接時鐘clk非信號，mn3的柵極接avdd。
8.設mn7的導通電阻為ron，寬長比為w/l，單位面積柵氧化層電容為cox，柵氧化層面積為m，無襯偏閾值電壓為vtho，則
[0009][0010]
其中模擬電源電壓avdd為固定值，w/l、cox、m和vtho均為固定值，即mn7的導通電阻ron也為固定值。
[0011]
本發明的技術效果如下：本發明一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，在傳統的自舉開關電路結構中直接引入襯底電壓，有效減小電路面積，降低了電路復雜度。本發明的最大特點是在原電路中一個單一節點上為主開關管襯底端獲取到合適的電壓信號，既無需增設任何電容也無需增設任何輔助開關。
附圖說明
[0012]
圖1是實施本發明一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法的電路結構示意圖。
[0013]
圖2是現有技術中增加兩個輔助開關對主開關管的襯底電壓進行電路選擇以解決自舉開關導通電阻線性度問題的電路結構示意圖。圖2中mn7襯底通過分別連接第一開關接vin和第二開關接地。
[0014]
附圖標記列示如下：vin-正弦波輸入電壓信號端；vout-電壓信號輸出端；cload-負載電容；mn7-第七nmos主開關管(基于柵壓自舉開關技術的主開關管)；mn1～mn6-第一nmos管至第六nmos管；mp1～mp3-第一pmos管至第三pmos管；clk-時鐘信號即clk信號(clk上加一橫為clk非信號，或稱之為反向時鐘信號)；c1-第一電容；ct-上極板；cb-下極板。
具體實施方式
[0015]
下面結合附圖(圖1)和實施例對本發明進行說明。
[0016]
圖1是實施本發明一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法的電路結構示意圖。參考圖1所示，一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，包括在自舉開關電路中第一電容c1下極板cb以四路分別連接四個mos管的基礎上增加一路接入第七nmos主開關管mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與cb一致：當mn7導通時其襯底電壓vb和其漏極電壓vd均為正弦波輸入電壓信號vin，mn7的柵壓vg與第一電容c1上極板ct均為vin+avdd，avdd為模擬電源電壓，當mn7截止時其襯底電壓與地端gnd一致。mn7的漏極接vin，mn7的源極接電壓信號輸出端vout，vout通過負載電容cload接地。所述四個mos管分別為第一nmos管mn1、第五nmos管mn5、第二nmos管mn2和第六nmos管mn6，所述第一電容c1下極板cb第一路連接mn2的漏極，第二路連接mn6的漏極，第三路連接mn1的源極，第四路連接mn5的源極，mn2的源極接地，mn2的柵極接時鐘clk非信號，mn6的源極接vin，mn6、mn5和mn7柵極互連后分別連接第三pmos管mp3的漏極、第三nmos管mn3的漏極和第二pmos管mp2的柵極，mn1的柵極接時鐘clk信號，mn1的漏極、mn5的漏極和mp3的柵極互連后連接第一pmos管mp1的漏極，mp1和mp2均源極接模擬電源電壓端avdd，mp2襯漏互連后和mp3襯源互連后均分別連接所述第一電容c1上極板ct，mp1的柵極接時鐘clk信號，mn3的源極連接第四nmos管mn4的漏極，mn4的源極接地，mn4柵極接時鐘clk非信號，mn3的柵極接avdd。
[0017]
設mn7的導通電阻為ron，寬長比為w/l，單位面積柵氧化層電容為cox，柵氧化層面積為m，無襯偏閾值電壓為vtho，則
[0018][0019]
其中模擬電源電壓avdd為固定值，w/l、cox、m和vtho均為固定值，即mn7的導通電阻ron也為固定值。
[0020]
本發明旨在通過對柵壓自舉開關進行電路上的改進以進一步解決柵壓自舉開關的導通電阻問題，增強開關線性度，提高電路性能。通過我們仔細的分析發現：在電路中,在開關閉合時，由于m
n6
的導通，電容c1的下極板cb與輸入電壓v
in
相等；在開關斷開時，由于m
n2
的導通，cb與gnd相連。這正是我們想要的主開關管襯底電壓信號。因此，將主開關管m
n7
的襯底電壓與電容c1的下極板cb相連，如圖1所示。改進后的自舉開關在傳統的自舉開關電路結構中直接引入襯底電壓，有效減小電路面積，降低了電路復雜度。
[0021]
本發明的最大特點是在原電路中一個單一節點上為主開關管襯底端獲取到合適的電壓信號，既無需增設任何電容也無需增設任何輔助開關。
[0022]
本發明說明書中未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。在此指明，以上敘述有助于本領域技術人員理解本發明創造，但并非限制本發明創造的保護范圍。任何沒有脫離本發明創造實質內容的對以上敘述的等同替換、修飾改進和/或刪繁從簡而進行的實施，均落入本發明創造的保護范圍。
技術特征：
1.一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，其特征在于，包括在自舉開關電路中第一電容c1下極板cb以四路分別連接四個mos管的基礎上增加一路接入第七nmos主開關管mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與cb一致：當mn7導通時其襯底電壓v
b
和其漏極電壓v
d
均為正弦波輸入電壓信號vin，mn7的柵壓v
g
與第一電容c1上極板ct均為vin+avdd，avdd為模擬電源電壓，當mn7截止時其襯底電壓與地端gnd一致。2.根據權利要求1所述的解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，其特征在于，mn7的漏極接vin，mn7的源極接電壓信號輸出端vout，vout通過負載電容cload接地。3.根據權利要求1所述的解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，其特征在于，所述四個mos管分別為第一nmos管mn1、第五nmos管mn5、第二nmos管mn2和第六nmos管mn6，所述第一電容c1下極板cb第一路連接mn2的漏極，第二路連接mn6的漏極，第三路連接mn1的源極，第四路連接mn5的源極，mn2的源極接地，mn2的柵極接時鐘clk非信號，mn6的源極接vin，mn6、mn5和mn7柵極互連后分別連接第三pmos管mp3的漏極、第三nmos管mn3的漏極和第二pmos管mp2的柵極，mn1的柵極接時鐘clk信號，mn1的漏極、mn5的漏極和mp3的柵極互連后連接第一pmos管mp1的漏極，mp1和mp2均源極接模擬電源電壓端avdd，mp2襯漏互連后和mp3襯源互連后均分別連接所述第一電容c1上極板ct，mp1的柵極接時鐘clk信號，mn3的源極連接第四nmos管mn4的漏極，mn4的源極接地，mn4柵極接時鐘clk非信號，mn3的柵極接avdd。4.根據權利要求1所述的解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，其特征在于，設mn7的導通電阻為ron，寬長比為w/l，單位面積柵氧化層電容為cox，柵氧化層面積為m，無襯偏閾值電壓為vtho，則其中模擬電源電壓avdd為固定值，w/l、cox、m和vtho均為固定值，即mn7的導通電阻ron也為固定值。
技術總結
一種解決自舉開關導通電阻線性度問題的方法，通過在自舉開關電路中第一電容C1下極板CB以四路分別連接四個MOS管的基礎上增加一路接入第七MOS主開關管Mn7的襯底，使得所述襯底電壓信號與CB一致：當Mn7導通時其襯底電壓V
