CN104158526B - 一种提高mos管模拟开关线性度的方法及mos管模拟开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电荷补偿的提高MOS管模拟开关线性度方法，主要应用于集成电路领域，特别是涉及MOS管作为模拟信号采样开关的集成电路应用领域。该方法具体为，在MOS管模拟开关电路中设置补偿电路，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。该方法能够消除栅压自举电路中由于寄生电容造成的MOS管模拟开关非线性影响，提高MOS管模拟开关的线性度。

Description

一种提高MOS管模拟开关线性度的方法及MOS管模拟开关电路

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及MOS管作为模拟信号采样开关的集成电路应用领域。

背景技术

在一些集成电路应用中，需要采用MOS晶体管作为模拟开关进行信号的传输控制，特别是采用MOS晶体管集成设计的采样保持电路中，其应用最为广泛。为了降低MOS管作为模拟开关时，其等效导通电阻阻值随输入信号变化的非线性影响，较常见的方法是采用栅压自举技术，使MOS管模拟开关栅极电压值含有输入信号分量，从而将MOS管模拟开关源极的输入信号分量抵消，实现MOS管模拟开关等效导通电阻阻值与输入信号无关的目的，提高MOS管模拟开关性能。

通常的栅压自举技术在一定的设计指标范围内可以满足MOS管模拟开关线性度要求，并没有考虑MOS管模拟开关栅极寄生电容对其线性度的影响。但是进一步的分析可以发现，由于栅压自举电路中寄生电容和MOS管模拟开关栅极寄生电容的影响，MOS管模拟开关栅极电压值中的输入信号分量并不能完全抵消其源漏极输入信号值，特别是在高精度模拟信号传输应用中，当MOS模拟开关尺寸增大，寄生电容影响将严重影响其等效导通电阻线性度。

发明内容

鉴于此，本发明提供一种提高MOS管模拟开关线性度的方法，该方法消除由寄生电容造成的MOS管模拟开关非线性影响，同时本发明还提供一种MOS管模拟开关电路。

为达到上述目的之一，本发明提供如下技术方案：一种提高MOS管模拟开关线性度方法，在MOS管模拟开关电路中设置补偿电路，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。

为达到上述目的之二，一种MOS管模拟开关电路，包括栅压自举电路、电荷补偿电路和MOS管模拟开关，所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量。

进一步，所述栅压自举电路包括栅压自举电容C_b、控制开关M₁、控制开关M₂、控制开关M₃、控制开关M₄、控制开关M₅、控制开关M₆、控制开关M₇、控制开关M₈；所述控制开关M₁的源极接电源，控制开关M₁的栅极分别与控制开关M₃的漏极、控制开关M₂的源极连接；控制开关M₂的栅极接第一控制信号；控制开关M₃的源极接地，控制开关M₃的栅极接第一控制信号；控制开关M₁的漏极分别与控制开关M₂的漏极、控制开关M₄的源极、栅压自举电容C_b的一端连接，栅压自举电容C_b的另一端与控制开关M₈的漏极连接，控制开关M₈的源极接地，控制开关M₈的栅极接第一控制信号；控制开关M₄的漏极与控制开关M₆的漏极连接，控制开关M₆的源极接地，控制开关M₆的栅极接第一控制信号，控制开关_M4的栅极分别与控制开关M₅的漏极、控制开关M₇的漏极，控制开关M₅的源极接电源，控制开关M₇的源极接地，控制开关M₇的栅极与控制开关M₅的栅极接第二控制信号。

进一步，所述电荷补偿电路包括控制开关M_9a、控制开关M_11a、补偿电容C_ca、传输门T₁；控制开关M_11a的源极分别与控制开关M₄的漏极、控制开关M₆的漏极连接，控制开关M_11a的栅极与控制开关M₄的栅极连接，控制开关M_11a的漏极分别与补偿电容C_ca的一端、传输门T₁的输出端连接，补偿电容C_ca的另一端分别与控制开关M₈的漏极、控制开关M_9a的漏极连接，控制开关M_9a的栅极与控制开关M_11a的源极连接，传输门T₁的输入端接输入信号，控制开关M_9a的源极与传输门T₁的输入端连接，传输门T₁的其中一个控制端接第一控制信号，另一个控制端接第二控制信号。

进一步，所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10a，MOS管M_10a的栅极与控制开关M_9a的栅极连接，MOS管M_10a的源极与控制开关M_9a的源极连接，MOS管M_10a的漏极作为输出端，MOS管M_10a的衬底与控制开关M_9a的漏极连接。

进一步，所述补偿电容C_ca的容值等于栅压自举电容C_b上极板结点处的寄生电容C_p与MOS管M_10a栅极寄生电容C_La容值的总和。

进一步，所述栅压自举电容C_b容值远远大于补偿电容C_ca容值。

进一步，所述电荷补偿电路包括放大器AMPb、电阻R_1b、电阻R_2b、控制开关M_9b、控制开关M_11b、控制开关M_12b；控制开关M_9b的漏极与控制开关M8的漏极连接，控制开关M_9b的栅极与控制开关M₄的漏极连接，控制开关M_9b的源极与放大器AMPb的输出端连接，放大器AMPb的输出端通过串联的电阻R_2b、R_1b接地，放大器AMPb的反向输入端通过电阻R_1b接地，放大器AMPb的正向输入端与控制开关M_11b的漏极连接，控制开关M_11b的源极与控制开关M_12b的漏极连接，控制开关M_12b的源极接地，控制开关M_11b的漏极接输入信号，控制开关M_12b的栅极接第一控制信号；所述MOS管电路包括MOS管M_10b，MOS管M_10b的栅极分别与控制开关M_9b的栅极、控制开关M_11b的栅极连接，MOS管M_10b的源极分别与放大器AMPb的正向输入端、输入信号连接，MOS管M_10b的衬底分别与控制开关M_11b的源极、控制开关M_12b的漏极连接，MOS管M_10b的漏极作为输出端。

进一步，所述电荷补偿电路包括放大器AMPc、控制开关M_12c、控制开关M_9c、电阻R_2c、电阻R_1c，放大器AMPc的输出端与控制开关M₈的漏极连接，放大器AMPc的输出端经过依次连接的电阻R_2c、电阻R_1c接地，放大器AMPc的反向输入端经电阻R_1c接地，放大器AMPc的正向输入端分别与控制开关M_9c的漏极、控制开关M_12c的漏极连接，控制开关M_12c的源极接地，控制开关M_12c的栅极接第一控制信号，控制开关M_9c的栅极与控制开关M₄的漏极连接。

进一步，所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10c，控制开关M_9c的源极与MOS管M_10c的源极连接，MOS管M_10c的漏极作为输出端，MOS管M_10c的源极接输入信号，MOS管M_10c的栅极与控制开关M_9c的栅极连接；MOS管M_10c的衬底与控制开关M_9c的漏极连接。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下有益技术效果：

(1)本发明可以消除由于栅压自举电路寄生电容和MOS管模拟开关栅极寄生电容造成的栅压自举电路输出栅压中的输入信号分量低于实际输入信号电压值的非理想影响，提高MOS管模拟开关线性度；

(2)本发明还非常有利于与MOS管模拟开关衬底调制技术相结合，在具体实施中，通过栅压自举电路中某些结点电位与MOS管衬底结点电位复用，减少MOS管模拟开关衬底调制控制开关数量，降低栅压自举电路负载，从而进一步提高MOS管模拟开关线性度，满足更高要求的高精度模拟信号传输要求；

(3)电荷补偿电路一在输入信号频率较低的应用中，只需很少的硬件消耗，就能对MOS管模拟开关线性度有很大提高；

(4)电荷补偿电路二对输入信号进行实时放大和传输，其提高MOS管模拟开关线性度的能力不受输入信号频率限制。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明MOS模拟开关电路一实施例的结构。

图2为本发明MOS模拟开关电路二实施例的结构。

图3为本发明MOS模拟开关电路三实施例的结构。

图4为本发明控制时序图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

实施例一

本发明提出一种电荷补偿方法，补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。

根据上电荷补偿方法，本发明同时提供一种MOS模拟开关电路，包括栅压自举电路、电荷补偿电路、MOS管模拟开关。

如图1所示，所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量。

其中，所述栅压自举电路包括栅压自举电容C_b、控制开关M₁、M₂、M₃、M₄、M₅、M₆、M₇、M₈；所述控制开关M₁的源极接电源，控制开关M₁的栅极分别与控制开关M₃的漏极、控制开关M₂的源极连接；控制开关M₂的栅极接第一控制信号；控制开关M₃的源极接地，控制开关M₃的栅极接第一控制信号；控制开关M₁的漏极分别与控制开关M₂的漏极、控制开关M₄的源极、栅压自举电容C_b的一端连接，栅压自举电容C_b的另一端与控制开关M₈的漏极连接，控制开关M₈的源极接地，控制开关M₈的栅极接第一控制信号；控制开关M₄的漏极与控制开关M₆的漏极连接，控制开关M₆的源极接地，控制开关M₆的栅极接第一控制信号，控制开关M₄的栅极分别与控制开关M₅的漏极、控制开关M₇的漏极，控制开关M₅的源极接电源，控制开关M₇的源极接地，控制开关M₇的栅极与控制开关M₅的栅极接第二控制信号。

所述电荷补偿电路包括控制开关M_9a、控制开关M_11a、补偿电容C_ca、传输门T₁；控制开关M_11a的源极分别与控制开关M₄的漏极、控制开关M₆的漏极连接，控制开关M_11a的栅极与控制开关M₄的栅极连接，控制开关M_11a的漏极分别与补偿电容C_ca的一端、传输门T₁的输出端连接，补偿电容C_ca的另一端分别与控制开关M₈的漏极、控制开关M_9a的漏极连接，控制开关M_9a的栅极与控制开关M_11a的源极连接，传输门T₁的输入端接输入信号，控制开关M_9a的源极与传输门T₁的输入端连接，传输门T₁的其中一个控制端接第一控制信号，另一个控制端接第二控制信号。

所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10a，MOS管M_10a的栅极与控制开关M_9a的栅极连接，MOS管M_10a的源极与控制开关M_9a的源极连接，MOS管M_10a的漏极作为输出端，MOS管M_10a的衬底与控制开关M_9a的漏极连接。

如图4所示，第一控制信号为Φ_p，第二控制信号为Φ_s。

具体工作过程如下：预充电阶段，控制时钟Φ_s低电平，Φ_p高电平，控制开关M₁、M₃、M₅、M₆、M₈和传输门T₁导通，控制开关M₂、M₄、M₇、M_9a和M_11a关断，MOS管M_10a关断，其衬底接地。此时，栅压自举电容C_b上极板与电源V_dd连接，下极板与地连接，其充电电荷为Q_bap＝C_bV_dd，补偿电容C_c上极板与输入信号V_in连接，下极板与地连接，假设此时刻输入信号电压瞬时值为V_in(p)，其充电电荷为Q_cap＝C_cV_in(p)，假设栅压自举电容C_b上极板结点P处寄生电容容值为C_p，其上极板与电源电压连接，下极板与地连接，充电电荷为Q_pap＝C_pV_dd，MOS管M_10a栅极结点L_a处寄生电容容值为C_La，其上下极板都与地连接，充电电荷为Q_Lap＝C_La*0，导通阶段，控制时钟Φ_s高电平，Φ_p低电平，控制开关M₁、M₃、M₅、M₆、M₈和传输门T₁关断，控制开关M₂、M₄、M₇、M_9a和M_11a导通，MOS管M_10a导通，其衬底与输入信号连接。此时，栅压自举电容C_b与补偿电容C_c并联，其上极板同时与MOS管M_10a的栅极连接，下极板同时与输入信号V_in连接，假设MOS管M_10a栅极电压此时为V_Ga，且此时刻输入信号瞬时电压值为V_in(s)，则栅压自举电容C_b与补偿电容C_c上保持总电荷为Q_bcas＝(C_b+C_c)(V_Ga-V_in(s))，栅压自举电容C_b上极板结点P处寄生电容C_p与MOS管M_10a栅极结点L_a处寄生电容C_La并联，其上极板与栅压自举电容C_b和补偿电容C_c上极板连接，并与MOS管M_10a栅极连接，其下极板与地连接，该两结点寄生电容保持总电荷为：Q_Lpas＝(C_p+C_La)V_Ga。根据电荷守恒定理，预充电阶段和导通阶段存储在上述四种电容上的总电荷相等，即：Q_bap+Q_cap+Q_pap+Q_Lap＝Q_bcas+Q_Lpas，代入上述一系列表达式可得MOS管栅极电压

$V_{\mathrm{Ga}}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{Lp}}}{V}_{\mathrm{dd}}+\frac{C_c{V}_{\mathrm{in}\left(p\right)}+(C_b+C_c)V_{\mathrm{in}\left(s\right)}}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{La}}}$

通过设计补偿电容C_c尺寸，使C_c≈C_p+C_La，对于输入信号频率远远小于采样频率的系统，即V_in(p)≈V_in(s)，可以使得MOS管栅极电压为

$V_{\mathrm{Ga}}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{La}}}{V}_{\mathrm{dd}}+V_{\mathrm{in}\left(s\right)}$

从而使得MOS管导通阶段栅源电压差为

$V_{\mathrm{GSa}}=V_{\mathrm{Ga}}-V_{\mathrm{in}\left(s\right)}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{La}}}{V}_{\mathrm{dd}}$

实现MOS管栅源电压差V_GSa为与输入信号无关的常量。

本优选实施例适用于输入信号频率远远小于采样频率的系统，硬件、功耗和电路复杂度都较小。

在本实施例中，预充电阶段，所述补偿电容预充电到输入信号；导通阶段，所述补偿电容和栅压自举电容并联，并且上极板同时与所述MOS管栅极连接，下极板与输入信号连接。

在本实施例中，所述补偿电容容值近似等于栅压自举电容上极板结点处寄生电容和所述MOS管模拟开关栅极寄生电容容值总和。

在本实施例中，所述栅压自举电容容值远大于所述补偿电容容值。

在本实施例中，所述MOS管M_10a衬底与所述栅压自举电容和所述补偿电容下极板连接，进行衬底电位调制。

在本实施例中，在导通阶段，与所述补偿电容下极板连接的输入信号和所述MOS管模拟开关M_10a传输的输入信号为同一输入信号。

实施例二

如图2所示，MOS模拟开关电路，包括栅压自举电路、电荷补偿电路、MOS管模拟开关。所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿MOS管模拟开关在导通阶段由于寄生电容电荷分配损失的电荷量。

栅压自举电路、MOS模拟开关与实施例一中的相同，其中电荷补偿电路包括放大器AMPb、电阻R_1b、电阻R_2b、控制开关M_9b、控制开关M_11b、控制开关M_12b；控制开关M_9b的漏极与控制开关M₈的漏极连接，控制开关M_9b的栅极与控制开关M₄的漏极连接，控制开关M_9b的源极与放大器AMPb的输出端连接，放大器AMPb的输出端通过串联的电阻R_2b、R_1b接地，放大器AMPb的反向输入端通过电阻R_1b接地，放大器AMPb的正向输入端与控制开关M_11b的漏极连接，控制开关M_11b的源极与控制开关M_12b的漏极连接，控制开关M_12b的源极接地，控制开关M_11b的漏极接输入信号，控制开关M_12b的栅极接第一控制信号；所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10b，MOS管M_10b的栅极分别与控制开关M_9b的栅极、控制开关M_11b的栅极连接，MOS管M_10b的源极与放大器AMPb的正向输入端连接，MOS管M_10b的衬底分别与控制开关M_11b的源极、控制开关M_12b的漏极连接，MOS管M_10b的漏极作为输出端。

如图2所示电荷补偿电路具体工作过程如下：预充电阶段，控制时钟Φ_s低电平，Φ_p高电平，控制开关M₁、M₃、M₅、M₆、M₈和M_12b导通，控制开关M₂、M₄、M₇、M_9b和M_11b关断，MOS管M_10b关断，其衬底接地。此时，电阻负反馈电压放大器开始工作，对输入信号进行建立，栅压自举电容C_b上极板与电源V_dd连接，下极板与地连接，其充电电荷为Q_bbp＝C_bV_dd，假设栅压自举电容C_b上极板结点P处寄生电容容值为C_p，其上极板与电源电压连接，下极板与地连接，充电电荷为Q_pbp＝C_pV_dd，MOS管M_10b栅极结点L_b处寄生电容容值为C_Lb，其上下极板都与地连接，充电电荷为Q_Lbp＝C_Lb*0。导通阶段，控制时钟Φ_s高电平，Φ_p低电平，控制开关M₁、M₃、M₅、M₆、M₈和M_12b关断，控制开关M₂、M₄、M₇、M_9b和M_11b导通，MOS管M_10b导通，其衬底与输入信号连接。此时，栅压自举电容C_b上极板与MOS管M_10b栅极连接，下极板与电阻负反馈电压放大器AMPb输出端V_{out_ampb}连接，假设此时MOS管M_10b栅极电压为V_Gb，则栅压自举电容C_b上保持电荷为Q_bbs＝C_b(V_Gb-V_{out_ampb})，栅压自举电容C_b上极板结点P处寄生电容C_p与MOS管M_10b栅极结点L_b处寄生电容C_Lb并联，其上极板与栅压自举电容C_b上极板连接，并与MOS管M_10b栅极连接，其下极板与地连接，该两结点寄生电容保持总电荷为：Q_Lpbs＝(C_p+C_Lb)V_Gb。根据电荷守恒定理，预充电阶段和导通阶段存储在上述三种电容上的总电荷相等，即：Q_bbp+Q_pbp+Q_Lbp＝Q_bbs+Q_Lpbs，代入上述一系列表达式可得MOS管栅极电压

$V_{\mathrm{Gb}}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_p+C_{\mathrm{Lb}}}{V}_{\mathrm{dd}}+\frac{C_b}{C_b+C_p+C_{\mathrm{Lb}}}{V}_{\mathrm{out}\_\mathrm{ampb}}$

通过设计电阻负反馈电压放大器闭环增益A_loopb＝(C_b+C_p+C_Lb)/C_b，即：V_{out_ampb}＝V_in*(C_b+C_p+C_Lb)/C_b，使得MOS管栅极电压为

$V_{\mathrm{Gb}}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{Lb}}}{V}_{\mathrm{dd}}+V_{\mathrm{in}}$

从而使得MOS管导通阶段栅源电压差为

$V_{\mathrm{GSb}}=V_{\mathrm{Gb}}-V_{\mathrm{in}}=\frac{C_b+C_p}{C_b+C_c+C_p+C_{\mathrm{Lb}}}{V}_{\mathrm{dd}}$

实现MOS管栅源电压差V_Gsb为与输入信号无关的常量，消除由寄生电容引起的非线性影响。

在本实施例中，预充电阶段，所述电压放大器可以空置；导通阶段，所述电压放大器工作，并且其输入端与输入信号连接，放大输入信号。

在本实施例中，导通阶段，所述栅压自举电容下极板与电压放大器输出端连接，上极板与所述MOS管模拟开关栅极连接。

在本实施例中，所述电压放大器电压增益与所述栅压自举电容在导通阶段其上极板结点处寄生电容总容值和所述栅压自举电容容值的比值有关，并且为(C_b+C_p+C_Lb)/C_b。

在本实施例中，所述栅压自举电容容值远大于所述栅压自举电容上极板结点处在导通阶段的寄生电容总容值。

在本实施例中，预充电阶段，所述MOS管模拟开关M_10b衬底与地连接，导通阶段，所述MOS管模拟开关衬底与输入信号连接。

在本实施例中，在导通阶段，与所述电压放大器输入端连接的输入信号和与所述MOS管模拟开关传输的输入信号为同一输入信号。

优选实施例二中，电阻负反馈电压放大器具有两种工作模式，一种是电阻负反馈电压放大器始终处于正常工作状态，可以实时放大输入信号，用于栅压自举电路栅压建立，该工作模式适用于输入频率和采样频率都较高的系统中；另一种是电阻负反馈电压放大器在预充电阶段停止工作，在导通阶段正常工作，放大输入信号，用于栅压自举电路栅压建立，该工作模式适用于低功耗电路设计。

实施例三

如图3所示电荷补偿电路的结构组成和连接方式大部分与如图2所示电荷补偿电路相同，例如其电阻负反馈电压放大器AMPb与AMPc相同，反馈电阻R_1c、R_2c与R_1b、R_2b相同，都在如图4所示双相非交叠时钟下工作，其逻辑控制开关M_9c、M_12c与M_9b、M_12b相同。其结构不同点在于：如图3所示电荷补偿电路三优选实施例电阻负反馈电压放大器输入端不是直接与输入信号连接，而是通过控制开关M_9c与输入信号连接；MOS管模拟开关M_10c衬底直接与电阻负反馈电压放大器输入端连接，减少如图2所示电荷补偿电路二优选实施例中的控制开关M_11b。

所述电荷补偿电路包括放大器AMPc、控制开关M_12c、控制开关M_9c、电阻R_2c、电阻R_1c，放大器AMPc的输出端与控制开关M₈的漏极连接，放大器AMPc的输出端经过依次连接的电阻R_2c、电阻R_1c接地，放大器AMPc的反向输入端经电阻R_1c接地，放大器AMPc的正向输入端分别与控制开关M_9c的漏极、控制开关M_12c的漏极连接，控制开关M_12c的源极接地，控制开关M_12c的栅极接第一控制信号，控制开关M_9c的栅极与控制开关M₄的漏极连接。

所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10c，控制开关M_9c的源极与MOS管M_10c的源极连接，MOS管M_10c的漏极作为输出端，MOS管M_10c的源极接输入信号，MOS管M_10c的栅极与控制开关M_9c的栅极连接；MOS管M_10c的衬底与控制开关M_9c的漏极连接。

如图3所示电荷补偿电路三优选实施例与如图2所示电荷补偿电路二优选实施例相比，其预充电阶段和导通阶段各个逻辑开关工作状态与电容充放电状态都相同，其工作过程主要不同点在于：如图2所示电荷补偿电路二优选实施例电阻负反馈电压放大器AMPb具有两种工作模式，而如图3所示电荷补偿电路三优选实施例电阻负反馈电压放大器AMPc只有一种工作模式，预充电阶段，如图3所示电荷补偿电路三优选实施例的电阻负反馈电压放大器停止工作，其输入端和输出端都接地；导通阶段，电阻负反馈电压放大器正常工作，将输入信号放大，输出端与栅压自举电容下极板连接，建立栅压自举电路输出栅压V_Gc.

如图3所示电荷补偿电路三优选实施例由于电阻负反馈电压放大器有闲置阶段，并且减少了衬底调制开关M_11b，降低栅压自举电路负载，其功耗更低，便于高线性度低功耗MOS管模拟开关设计。

从上面的描述可以看出，本发明的技术方案可以很好的消除栅压自举电路中，由于寄生电容造成的MOS管模拟开关线性度的影响。特别适用于高精度高线性度的信号传输电路的MOS管模拟开关设计。

在本发明的技术方案中，主要采用NMOS管模拟开关进行解释说明，任何采用本设计思想稍加变动的应用，或者用于PMOS管模拟开关的应用，都应视作本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种提高MOS管模拟开关线性度方法，其特征在于：在栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路中增加电荷补偿电路，补偿栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路在导通阶段由于MOS管模拟开关和辅助电路中自举电容C_a上极板导通MOS管M4寄生电容与自举电容C_a电荷重分配损失的电荷量，提高MOS管模拟开关线性度。

2.一种MOS管模拟开关电路，其特征在于：包括栅压自举电路、电荷补偿电路和MOS管电路，所述栅压自举电路用于产生一个与输入电压幅度相关的自举电压，所述MOS管模拟开关用于控制输入信号的传输，所述电荷补偿电路用于补偿栅压自举MOS管模拟开关的辅助电路在导通阶段由于MOS管模拟开关和辅助电路中自举电容C_a上极板导通MOS管M4寄生电容与自举电容C_a电荷重分配损失的电荷量。

3.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述栅压自举电路包括栅压自举电容C_b、控制开关M₁、控制开关M₂、控制开关M₃、控制开关M₄、控制开关M₅、控制开关M₆、控制开关M₇、控制开关M₈；所述控制开关M₁的源极接电源，控制开关M₁的栅极分别与控制开关M₃的漏极、控制开关M₂的源极连接；控制开关M₂的栅极接第一控制信号；控制开关M₃的源极接地，控制开关M₃的栅极接第一控制信号；控制开关M₁的漏极分别与控制开关M₂的漏极、控制开关M₄的源极、栅压自举电容C_b的一端连接，栅压自举电容C_b的另一端与控制开关M₈的漏极连接，控制开关M₈的源极接地，控制开关M₈的栅极接第一控制信号；控制开关M₄的漏极与控制开关M₆的漏极连接，控制开关M₆的源极接地，控制开关M₆的栅极接第一控制信号，控制开关_M4的栅极分别与控制开关M₅的漏极、控制开关M₇的漏极，控制开关M₅的源极接电源，控制开关M₇的源极接地，控制开关M₇的栅极与控制开关M₅的栅极接第二控制信号。

4.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述电荷补偿电路包括控制开关M_9a、控制开关M_11a、补偿电容C_ca、传输门T₁；控制开关M_11a的源极分别与控制开关M₄的漏极、控制开关M₆的漏极连接，控制开关M_11a的栅极与控制开关M₄的栅极连接，控制开关M_11a的漏极分别与补偿电容C_ca的一端、传输门T₁的输出端连接，补偿电容C_ca的另一端分别与控制开关M₈的漏极、控制开关M_9a的漏极连接，控制开关M_9a的栅极与控制开关M_11a的源极连接，传输门T₁的输入端接输入信号，控制开关M_9a的源极与传输门T₁的输入端连接，传输门T₁的其中一个控制端接第一控制信号，另一个控制端接第二控制信号；根据电荷重分配原理，所述补偿电容C_ca的容值等于栅压自举电容C_b上极板结点处的寄生电容C_p与MOS管M_10a栅极寄生电容C_La容值的总和，即满足关系C_ca=C_p+C_La。

5.根据权利要求4所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10a，MOS管M_10a的栅极与控制开关M_9a的栅极连接，MOS管M_10a的源极与控制开关M_9a的源极连接，MOS管M_10a的漏极作为输出端，MOS管M_10a的衬底与控制开关M_9a的漏极连接。

6.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述电荷补偿电路包括放大器AMPb、电阻R_1b、电阻R_2b、控制开关M_9b、控制开关M_11b、控制开关M_12b；控制开关M_9b的漏极与控制开关M8的漏极连接，控制开关M_9b的栅极与控制开关M₄的漏极连接，控制开关M_9b的源极与放大器AMPb的输出端连接，放大器AMPb的输出端通过串联的电阻R_2b、R_1b接地，放大器AMPb的反向输入端通过电阻R_1b接地，放大器AMPb的正向输入端与控制开关M_11b的漏极连接，控制开关M_11b的源极与控制开关M_12b的漏极连接，控制开关M_12b的源极接地，控制开关M_11b的漏极接输入信号，控制开关M_12b的栅极接第一控制信号；所述MOS管电路包括MOS管M_10b，MOS管M_10b的栅极分别与控制开关M_9b的栅极、控制开关M_11b的栅极连接，MOS管M_10b的源极分别与放大器AMPb的正向输入端、输入信号连接，MOS管M_10b的衬底分别与控制开关M_11b的源极、控制开关M_12b的漏极连接，MOS管M_10b的漏极作为输出端；根据电荷补偿原理，电阻负反馈电压放大器闭环增益满足关系式A_loopb=(C_b+C_p+C_Lb)/C_b。

7.根据权利要求2所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述电荷补偿电路包括放大器AMPc、控制开关M_12c、控制开关M_9c、电阻R_2c、电阻R_1c，放大器AMPc的输出端与控制开关M₈的漏极连接，放大器AMPc的输出端经过依次连接的电阻R_2c、电阻R_1c接地，放大器AMPc的反向输入端经电阻R_1c接地，放大器AMPc的正向输入端分别与控制开关M_9c的漏极、控制开关M_12c的漏极连接，控制开关M_12c的源极接地，控制开关M_12c的栅极接第一控制信号，控制开关M_9c的栅极与控制开关M₄的漏极连接；根据电荷补偿原理，电阻负反馈电压放大器闭环增益满足关系式A_loopc=(C_b+C_p+C_Lc)/C_b。

8.根据权利要求7所述的MOS管模拟开关电路，其特征在于：所述MOS管模拟开关包括MOS管M_10c，控制开关M_9c的源极与MOS管M_10c的源极连接，MOS管M_10c的漏极作为输出端，MOS管M_10c的源极接输入信号，MOS管M_10c的栅极与控制开关M_9c的栅极连接；MOS管M_10c的衬底与控制开关M_9c的漏极连接。