CN101741364A - 模拟开关电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种低阻抗的模拟开关电路,包括两个增强型MOS开关管(P3)和(N1),并联设置,两者源极共同作为输入端,漏极共同作为输出端;开关管(P3)的衬底并联两个传输管,通过传输管(P1)连接电源电平(VDD),通过传输管(P2)连接开关管的输入端;在模拟开关导通时,P3的衬底连接输入端也即其源极,使得衬偏电压为零,降低其阈值电压Vth,达到降低阻抗Rds的目的,从而无需扩大器件尺寸情况下,进一步降低整个模拟开关的导通阻抗。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种CMOS工艺模拟开关,尤其涉及一种低导通阻抗的模拟开关电路。
【背景技术】
在集成电路设计中,模拟开关经常用于信号传输过程中的路径切换。最常用的用法是采用时钟信号控制模拟开关的通断,从而使输入端的输入信号周期性的从输出端导出。一般希望在信号传输过程中,其衰减尽可能的小。反映到模拟开关上,就是输入信号的电压在经过开关后,压降较低,这一般通过尽可能降低模拟开关的导通阻抗来实现。
如图1所示,这是现有的一种标准CMOS工艺模拟开关电路,其基本结构是NMOS与PMOS并联设置,源漏两极分别作为信号输入端和输出端,而栅极共同连接控制信号端。很明显,整个电路的导通阻抗Ron由单个MOS的Rds决定,而Rds的计算公式如下:
其中W/L是MOS管的宽长比,与Rds为反比关系,所以只要增大管子的宽长比就可以降低其导通阻抗,而W对应着器件的沟道宽度,直接增大器件的尺寸便可以获得降低Rds的效果,这也是通常的作法。然而扩大MOS器件的尺寸,必然会导致集成度的下降,能耗增加等一系列副作用,所以单纯的增大器件尺寸的作法具有很大局限性。所以需要通过其他方法从电路设计上降低模拟开关导通阻抗,且不影响其它参数性能。
【发明内容】
本发明的技术目的在于提供一种模拟开关的电路设计,具备低导通阻抗的性能,以解决单纯增大器件尺寸在降低阻抗的同时所产生的局限性。
本发明所述的模拟开关电路,包括两个增强型MOS开关管(P3)和(N1),并联设置,两者源极共同作为输入端,漏极共同作为输出端;开关管(P3)的衬底并联两个传输管,通过传输管(P1)连接电源电平(VDD),通过传输管(P2)连接开关管的输入端;开关管和传输管的栅极均连接控制端。开关管(P3)和开关管(N1)在接收控制端电平信号时,开闭状态总是相同。而传输管(P1)和传输管(P2)在接收控制端电平信号时,开闭状态总是相反。
开关管(P3)在关闭时,传输管(P1)导通,P3衬底连接电源电平(VDD),开关管(P3)在导通时,传输管(P2)导通,P3衬底连接开关管的输入端。
本发明所述模拟开关电路在模拟开关导通和关闭状态下,开关管的衬底分别连接其源极以及电源高电平,这样使得模拟开关关闭时,开关管的衬偏电压最高,而导通时,衬偏电压为零降低了开关管的阈值电压Vth,达到降低MOS管的阻抗Rds的目的,从而进一步降低整个模拟开关的导通阻抗Ron。
【附图说明】
图1为现有的一种标准CMOS工艺模拟开关电路;
图2为本发明所述模拟开关电路的电路示意图;
【具体实施方式】
下面结合说明书附图对本发明的一个具体实施例作详细说明。
先看现有技术中模拟开关电路的MOS管阻抗公式:
其中,K为固定系数,Vgs和Vds分别为MOS管的栅源电压和漏源电压,均由输入端电压和控制端电压决定,除了通过增大W/L可以达到减少Rds的目的之外,还可以通过降低阈值电压Vth来实现。
MOS管的阈值电压Vth其计算公式如下:
由公式可见,只有尽可能的消除开关管的衬底偏置电压Vbs,才能在不改变器件使用情况下,降低阈值电压Vth,进一步达到减小导通阻抗的目的。
如图2的一个具体电路,本发明在图1中现有的标准模拟开关电路上,增加了两个与P3管同类型的传输管P1和P2,开关管P3的衬底通过P1、P2分别连接电源VDD以及开关管的输入端PAD2(也即P3的源极)。P1管栅极通过反相器与P2管栅极、P3管栅极并联,并且连接控制端ctrl,这样使得开关管P3的衬底在接收到控制端信号时,传输管P2、P3起到线路切换的作用,使P3衬底只能连接电源VDD或者输入端PAD2,改变其衬底偏置电压。
这样该电路的工作状态如下:
1)当控制端ctrl输入导通信号时,开关管P3和N1均导通,同时传输管P2开启,P1关闭。开关管P3的衬底连接输入端PAD2,其衬偏电压Vbs为零。保持较低的Vth,降低模拟开关导通阻抗。
2)当控制端ctrl输入关闭信号时,开关管P3和N1均关闭,同时传输管P2关闭,P1开启。开关管P3的衬底连接电源VDD,其衬偏电压Vbs最大。抬高Vth,有利于模拟开关关闭时的输出隔离。
以上实施例对模拟开关中的PMOS开关管P1所作改进,同样可以使用于NMOS开关管N1上。然而在N阱工艺模拟开关中,需要保持两个开关管的源漏两端具有一致的开关响应速率,而在PMOS中沟道内的载流子迁移率要比NMOS慢,所以为了保持相同的迁移时间,这样使得CMOS工艺里,PMOS沟道中W/L宽长比是相应NMOS的3倍左右。所以在同样的芯片面积下,对PMOS进行的改进,更容易得到较小的导通阻抗。
传输管P1和P2只起到一个线路选择切换的作用,只要保证P3的衬底在模拟开关不同的开闭状态时,连接不同线路即可。同样为了保持相同的响应节奏,传输管均采用与P3相同的管型。
以上内容作为较佳实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神和范围的任何修改或局部替换,均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种模拟开关电路,其特征在于,包括两个开关管(P3)和(N1),并联设置,两者源极共同作为输入端,漏极共同作为输出端;所述开关管(P3)的衬底并联两个传输管,通过传输管(P1)连接电源电平(VDD),通过传输管(P2)连接开关管的输入端;所述开关管和传输管的栅极均连接控制端。
2.如权利要求1所述的模拟开关电路,其特征在于所述两个开关管均为增强型MOS管,且接收控制端电平信号时,开闭状态相同。
3.如权利要求2所述的模拟开关电路,其特征在于所述开关管(P3)为PMOS管,开关管(N1)为NMOS管。
4.如权利要求1所述的模拟开关电路,其特征在于所述传输管(P1)和传输管(P2)在接收控制端电平信号时,开闭状态相反。
5.如权利要求4所述的模拟开关电路,其特征在于所述开关管(P3)接收控制端电平信号,当开关管(P3)关闭时其衬底连接电源电平(VDD),导通时其衬底连接开关管的输入端。
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