[发明专利]应用于超低功耗模数转换器的栅压自举开关电路

说明书

本发明公开一种应用于超低功耗模数转换器的栅压自举开关电路，采用单相时钟SP，在采样时通过第一级自举电路和辅助级自举电路将采样MOS管MS的栅极电压置为Vin+2VDD，从而使得采样MOS管MS的栅极‑源极电压差在采样阶段恒定为2VDD，采样管的导通电阻进一步变小，使线性度提高，采样开关电路的精度也有所提高；基于提出的两级自举电路，采用第六NMOS管M6和第七NMOS管M7串联作为采样MOS管MS的衬底开关，当处于采样模式时，采样MOS管MS的栅极电位与衬底电位保持一致，减小采样MOS管MS的衬偏效应，降低谐波失真。

技术领域

本发明涉及集成电路设计技术领域，具体涉及一种应用于超低功耗模数转换器的栅压自举开关电路。

背景技术

采样开关是超低功耗模数转换器的最前端电路，具有采样和保持功能，它所能实现的精度和线性度会影响整个模数转换器的系统性能，因此采样开关电路的设计尤为重要。采样保持电路中的采样开关分为三种：单个NMOS管或PMOS管构成、CMOS传输门和栅压自举开关电路。这三种开关各有优势，其中栅压自举开关电路(Bootstrap Switch Circuit)虽然结构复杂，但是具有导通电阻最小，输入范围大，高线性度的优点，因此适用于超低功耗模数转换器(Ultra Low Power Analog to Digital Converter)，以实现对输入模拟信号的采样和保持功能。

传统的栅压自举开关电路结构如图1所示，它由采样开关管和栅压自举电路两部分构成，其中MS为采样管，C1和M1～MT构成栅压自举电路。众所周知，开关晶体管的导通电阻与栅极-源极过驱动电压成反比，并且在很大程度上取决于输入信号电平和电源电压，这会降低电路(尤其是在超低电压工作时)的线性度。在传统的栅压自举开关电路中，由于栅极-源极过驱动电压仍然很低，1倍的VDD的自举不足以降低开关晶体管的导通电阻和体效应，且会带来非线性问题。

发明内容

本发明所要解决的是现有栅压自举开关电路线性度不高的问题，提供一种应用于超低功耗模数转换器的栅压自举开关电路。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

应用于超低功耗模数转换器的栅压自举开关电路，由输入反相器、第一级自举电路、辅助级自举电路、衬底开关和采样电路组成；输入反相器包括MOS管M1和MOS管M2；第一级自举电路包括MOS管M3a、MOS管M3b、MOS管M3c、MOS管M3d和电容C1；辅助级自举电路包括MOS管M4a、MOS管M4b、MOS管M4c、MOS管M4d、MOS管M5和电容C2；衬底开关包括MOS管M6和MOS管M7；采样电路包括采样MOS管MS。

MOS管M1的源极、MOS管M3a的源极和MOS管M4a的源极连接工作电压VDD；MOS管M2的源极、MOS管M3c的源极、MOS管M4c的源极、MOS管M4d的源极、MOS管M7的源极接地；MOS管M1的栅极与MOS管M2的栅极同时连接单相时钟SP；电容C1的上极板连接MOS管M3a的漏极和MOS管M3b的源极；电容C1下极板连接MOS管M3c漏极和MOS管M3d的源极；MOS管M3a的栅极、MOS管M3b的漏极和MOS管M3d的栅极连接；MOS管M3b的栅极、MOS管M3d的漏极和MOS管M3c的栅极连接MOS管M2的漏极；电容C2的上极板连接MOS管M4a的漏极和MOS管M4b的源极；电容C2的下极板和MOS管M4c的漏极连接MOS管M3d的栅极；MOS管M4a的栅极、MOS管M4b的漏极、MOS管M4d的漏极和MOS管M5的栅极连接；MOS管M4b的栅极连接MOS管M3b的栅极；MOS管M4c的栅极和MOS管M4d的栅极连接MOS管M3c的栅极；MOS管M5的源极连接MOS管M3d的源极；MOS管M5的漏极连接MOS管M6的漏极；MOS管M6的栅极连接MOS管M4b的漏极；MOS管M6的源极连接MOS管M7的漏极；MOS管M7的栅极连接MOS管M4d的栅极；采样MOS管MS的栅极连接MOS管M5的栅极，采样MOS管MS的源极和MOS管M6的漏极连接输入信号Vin，采样MOS管MS的漏极连接输出信号Vout，采样MOS管MS衬底连接到MOS管M7的漏极。