[发明专利]一种寄生效应低品质因数高的差分开关电容结构

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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N₁、N₂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R_ON1、R_ON2和R_ON3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：

C_ON≈C₁//C₂                    (1)

其品质因数Q可以表示为：

Q=1ω0·(C1//C2)·((RON1+RON2)//RON3)---(2)]]>

式中ω₀为工作频率，R_iON=[(μ_nC_ox)(W_i/L)(V_GS-V_TH)]^-1为开关管N_i的导通电阻。从式(2)中可以得出，由于导通时开关管的导通电阻R_iON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N_i关闭，PMOS开关管P_i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：

C_OFF≈(C₁//(C_N1par+C_par1))//(C₂//(C_N2par+C_par2))(3)