[发明专利]冷备份系统高阻态高线性采样保持电路

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路，特别涉及对电压信号进行采样保持的多路模数转换类电路。

背景技术

多路模数转换器，可将任意指定通道的输入模拟信号V_IN转换为数字信号D_OUT输出。

由信号的调制解调理论可知，D_OUT通过波形重构，可生成重构模拟信号V_OUT，而V_OUT＝V_IN+(线性转换误差+非线性转换误差)。

因此为使重构模拟信号V_OUT最大限度还原输入模拟信号V_IN，需将转换误差最小化，通常而言，采样保持电路为模数转换器中非常重要的转换误差引入模块。

由于线性转换误差可通过V_OUT波形平移的手段进行有效剔除，故针对采样保持电路的设计重点为降低非线性采样误差。

为提高整机系统的应用可靠性，多通道模数转换器单元在整机中多采用冷备份的方式进行应用，具体应用电路图如图1所示：

经典双通道电压型采样保持电路的冷备份应用结构：

图2所示为经典的双通道冷备份系统中的任意模拟输入端口连接关系图，其中V_IN为电压型输入模拟信号，S1、S2为开关控制信号。

针对采样开关而言，目前主流的设计方案共分两种：采用NMOS单管作为采样开关，以及采用NMOS和PMOS对管作为采样开关。上述两种采样开关示意图如图3所示。

在图3所示的开关方案中，由于沟道电荷注入效应，将会在OUT端引入采样误差。

单管方案中，导通时，NMOS管的栅极电压固定为V_CC，OUT端引入的采样误差正比于(V_CC-V_IN)的电压值，因此该采样误差为非线性误差。

对管方案中，由于NMOS管和PMOS管的沟道电荷注入效应方向相反，通过合理设置NMOS管和PMOS管的尺寸，在采样保持时，可有效降低沟道电荷注入效应，因此对管方案的采样非线性误差远远小于单管方案的采样非线性误差。

通过图4中的PMOS管和NMOS管工艺制造结构图，并对比图1的应用环境示意图，可得出备机模块中，NMOS和PMOS的源、漏两级同地的连接关系等效图如图5、图6所示。

由图5和图6可知，冷备份系统中备机的NMOS器件的漏、源两级对地均呈高阻态，PMOS器件的漏、源两级对地均呈低阻态。

由图5和图6还可得出：当V_IN1(或V_IN2)输入信号电压较高时(例如等于电源电压V_CC)，若备机系统的模拟输入端口V_IN1和V_IN2仅连接NMOS管，则备机电源电压V_CC始终为0；若备机系统的模拟输入端口V_IN1和V_IN2连接PMOS管回路，则备机系统的电源电压V_CC将会跟随模拟信号变化，且电压幅值等于模拟信号减去二极管导通电压。备机中若模拟输入端口仅连接PMOS时，双通道间等效电路如图7所示。

结合图6和图7可知，当V_IN1(或V_IN2)电压较高时(例如等于电源电压V_CC)，V_CC将会大于PMOS管的导通电压，此时PMOS1和PMOS2全部导通，V_IN1和V_IN2端口呈短路状态。

综上所述，双通道经典采保结构应用于冷备份模式时，NMOS单管采样开关在备机中模拟输入对地以及模拟输入通道间均呈高阻态，但主机中采样后引入较大的非线性误差；NMOS和PMOS对管采样开关在主机采样后具备较低的非线性误差，但在备机中模拟输入对地以及模拟输入通道间为低阻态。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种采样保持电路，使主机系统采样时引入较低的非线性误差，同时保证备机系统中模拟输入对地以及模拟输入通道间呈高阻态。