CN110311665B - 模拟开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模拟开关电路，包括开关管；与开关管的输入端相连的第一静电阻抗器；与开关管的输出端相连的第二静电阻抗器；开关管的输入端与输出端之间的安装有第一降容模块；第一静电阻抗器，第二静电阻抗器和开关管均具有寄生电容，由于第一降容模块具有抵消信号通路中寄生电容的特性，当模拟开关电路导通时，第一降容模块降低寄生电容的容值，使通过开关管的信号衰减幅度变小，进而提高模拟开关电路的带宽。并且，本发明不对寄生电容本身进行改动，电路中的元器件均为当前普遍应用的工艺节点水平，相比于现有技术中采用更低工艺节点的寄生电容来提高模拟开关电路带宽的方式，成本更低。

Description

模拟开关电路

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，具体为一种模拟开关电路。

背景技术

模拟开关是一种可以将两个信号进行连接和断开的一种电子开关。对于应用于高速数据传输中的模拟开关，带宽是其极为重要的指标，如果模拟开关的带宽较低，就会严重损害数据传输信号甚至造成无法进行数据传输。

对于高速数据传输模拟开关，影响其带宽的主要因素是开关导通状态下的寄生电容，由于在当前普遍应用的工艺节点水平下，寄生电容已经无法有突破性的减小，所以目前市场上提高模拟开关带宽的方法，是在模拟开关电路中，采用相比于当前普遍应用的工艺节点水平更低的工艺节点的寄生电容，而采用更低工艺节点的寄生电容会直接导致设计成本的提高。

发明内容

本发明提供了一种模拟开关电路，可以解决现有技术中由于在模拟开关电路中采用更低工艺节点的寄生电容，导致设计成本提高的问题。

为达到上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种模拟开关电路，包括：

开关管；

与所述开关管的输入端相连的第一静电阻抗器；

与所述开关管的输出端相连的第二静电阻抗器；

安装于所述开关管的输入端与输出端之间的第一降容模块；

其中，所述第一静电阻抗器，所述第二静电阻抗器和所述开关管均具有寄生电容，当模拟开关电路导通时，所述第一降容模块降低所述寄生电容的容值。

可选的，所述第一降容模块安装于所述开关管的输入端。

可选的，所述第一降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间。

可选的，所述第一降容模块安装于所述开关管的输出端。

可选的，所述第一降容模块安装于所述开关管的输出端与所述第二静电阻抗器之间。

可选的，所述第一降容模块为电感。

可选的，所述模拟开关电路，还包括：

安装于所述开关管的输入端与输出端之间的第二降容模块；

其中，所述第一降容模块安装于所述开关管的输入端，所述第二降容模块安装于所述开关管的输出端；

或，所述第一降容模块安装于所述开关管的输出端，所述第二降容模块安装于所述开关管的输入端。

可选的，所述第一降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间；所述第二降容模块安装于所述第二静电阻抗器与所述开关管的输出端之间。

可选的，所述第一降容模块安装于所述第二静电阻抗器与所述开关管的输出端之间；所述第二降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间。

可选的，所述第二降容模块为电感。

经由上述技术方案可知，在本发明公开的模拟开关电路中，开关管的输入端与输出端之间的安装有第一降容模块；第一静电阻抗器，第二静电阻抗器和开关管均具有寄生电容，由于第一降容模块具有抵消信号通路中寄生电容的特性，当模拟开关电路导通时，第一降容模块降低寄生电容的容值，使通过开关管的信号衰减幅度变小，进而提高模拟开关电路的带宽。并且，本发明不对寄生电容本身进行改动，电路中的元器件均为当前普遍应用的工艺节点水平，相比于现有技术中采用更低工艺节点的寄生电容来提高模拟开关电路带宽的方式，成本更低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种模拟开关电路的结构示意图；

图2为本发明实施例公开的模拟开关电路的等效电路的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的模拟开关电路的另一等效电路的结构示意图；

图4为原始模拟开关电路的仿真结果图；

图5为本发明实施例公开的模拟开关电路的仿真结果图；

图6为本发明实施例公开的另一模拟开关电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种模拟开关电路，可以解决现有技术中由于在模拟开关电路中采用更低工艺节点的寄生电容，导致设计成本提高的问题。

如图1所示，本发明实施例公开了一种模拟开关电路，包括：

开关管101。

需要说明的是，所述开关管101可以完成电路的断开和导通功能，以实现模拟开关电路的断开和导通。

与所述开关管的输入端相连的第一静电阻抗器102。

与所述开关管的输出端相连的第二静电阻抗器103。

需要说明的是，本发明中静电阻抗器用于保护开关管不被高瞬间电流击穿失效，但为了减小对信号传输的影响，静电阻抗器的寄生电容必须尽可能的小。

安装于所述开关管的输入端与输出端之间的第一降容模块104。

其中，所述第一静电阻抗器102，所述第二静电阻抗器103和所述开关管101均具有寄生电容，当模拟开关电路导通时，所述第一降容模块降低所述寄生电容的容值。

需要说明的是，寄生电容的容值会随着传输信号的频率提高而降低，在模拟开关电路中加入能够降低寄生电容容值的第一降容模块后，随着寄生电容的容值降低，传输信号的频率提高，即模拟开关电路的带宽提高。

需要说明的是，模拟开关电路的带宽为通用的-3dB带宽，即传输到负载上的功率衰减到直流情况下功率的一半时所对应的频率。

需要说明的是，如图2所示，开关管101可以等效为一个带有寄生电阻C_SW的导通电阻，图2中，RON为导通电阻，而第一静电阻抗器102和第二静电阻抗器103均等效为一个寄生电阻，分别为C_ESD1和C_ESD2，便于计算模拟开关电路的带宽。

可选的，所述第一降容模块104为电感L。

具体的，为了计算简单，将开关管101的导通电阻忽略，且将模拟开关电路中的寄生电阻C_SW、C_ESD1和C_ESD2之和等效为一个寄生电容C，则开关管在导通状态下的等效电路如图3所示。

图3中，信号源可以产生有效值为VS的电压，信号源的输出端经由电阻RS连接模拟开关电路输入端，模拟开关电路输出端连接负载电阻RL，其中，RS和RL均为50欧姆。

具体的，当模拟开关电路中不具有电感L时，模拟开关电路的带宽计算公式如下：

其中，BW为模拟开关电路的带宽，可以看出模拟开关电路的带宽与电路中的寄生电容C成反比，即寄生电容C越小，模拟开关电路的带宽越大。

而当模拟开关电路中加入电感L时，模拟开关电路的带宽计算公式如下：

其中，VB为模拟开关电路输出端的电压，即图3中的B点电压，s为传输信号的复频率。

由于RS＝RL＝50Ω，将RS和RL均用R表示，则公式简化为：

将复频率公式s＝jω代入公式，得到公式：

由于计算过程忽略了导通电阻RON，那么-3dB带宽可以看做电阻RL上的电压为源电压VS的

时所对应的频率，即/>

则进一步得到公式：

两边同时消掉VS后，得到公式：

进行公式变换，最终得到公式：

可见，信号的角频率ω与电感L及寄生电容C相关，在不改变寄生电容C的前提下，即模拟开关电路中的电容采用当前普遍应用的工艺节点水平，可以找到一个电感L的值使角频率最大，即使模拟开关电路的带宽最大。

为更直观的表现出本发明的模拟开关电路提高带宽的效果，分别对不包含电感的原始模拟开关电路和本发明的模拟开关电路进行仿真模拟，如图4所示，为原始模拟开关电路的仿真结果图，如图5所示，为本发明的模拟开关电路的仿真结果图，其中，寄生电容为2pF，导通电阻为5Ω。

由图4和图5的仿真结果可以看到，原始模拟开关电路-3dB带宽为3.15GHz，而本发明的模拟开关电路，当电感取1nH时，-3dB带宽为3.47GHz，由此可见，在加入电感后，模拟开关电路的-3dB带宽得到提高。

本实施例公开的模拟开关电路中，开关管的输入端与输出端之间的安装有第一降容模块；第一静电阻抗器，第二静电阻抗器和开关管均具有寄生电容，由于第一降容模块具有抵消信号通路中寄生电容的特性，当模拟开关电路导通时，第一降容模块降低寄生电容的容值，使通过开关管的信号衰减幅度变小，进而提高模拟开关电路的带宽。并且，本发明不对寄生电容本身进行改动，电路中的元器件均为当前普遍应用的工艺节点水平，相比于现有技术中采用更低工艺节点的寄生电容来提高模拟开关电路带宽的方式，成本更低。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述开关管101的输入端。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述第一静电阻抗器102与所述开关管101的输入端之间。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述开关管101的输出端。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述开关管101的输出端与所述第二静电阻抗器103之间。

需要说明的是，本发明的模拟开关电路中的第一降容模块104的位置是可以改动的，但一定是安装于信号通路上，由于在计算时，忽略导通电阻，合并寄生电容，因此无论第一降容模块104的安装位置如何，只要在信号通路上，均可等效为如图3所示的等效电路，并按照上述实施例的计算方式进行带宽计算。

可选的，所述第一降容模块104为电感。

需要说明的是，也可以采用其他能够实现等效电感或者负电容效果的有源器件作为第一降容模块。

可选的，如图6所示，所述模拟开关电路，还包括：

安装于所述开关管101的输入端与输出端之间的第二降容模块105；

其中，所述第一降容模块104安装于所述开关管101的输入端，所述第二降容模块105安装于所述开关管101的输出端；

或，所述第一降容模块104安装于所述开关管101的输出端，所述第二降容模块105安装于所述开关管101的输入端。

需要说明的是，由于在实际使用中，导通电阻是存在一定阻值的，为达到更好的降容效果，可以在开关管101的输入端和输出端各安装一个降容模块。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述第一静电阻抗器102与所述开关管101的输入端之间；所述第二降容模块105安装于所述第二静电阻抗器103与所述开关管101的输出端之间。

可选的，所述第一降容模块104安装于所述第二静电阻抗器103与所述开关管101的输出端之间；所述第二降容模块105安装于所述第一静电阻抗器102与所述开关管101的输入端之间。

需要说明的是，本发明的模拟开关电路中的第一降容模块104和第二降容模块105的位置是可以改动的，但一定是安装于信号通路上，由于在计算时，忽略导通电阻，合并降容模块，合并寄生电容，因此无论第一降容模块104和第二降容模块105的安装位置如何，只要在信号通路上，均可等效为如图3所示的等效电路，并按照上述实施例的计算方式进行带宽计算。

可选的，所述第二降容模块105为电感。

需要说明的是，也可以采用其他能够实现等效电感或者负电容效果的有源器件作为第二降容模块。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟开关电路，其特征在于，包括：

开关管；

与所述开关管的输入端相连的第一静电阻抗器；

与所述开关管的输出端相连的第二静电阻抗器；

安装于所述开关管的输入端或输出端的第一降容模块；

其中，所述第一静电阻抗器，所述第二静电阻抗器和所述开关管均具有寄生电容，当模拟开关电路导通时，所述第一降容模块降低所述寄生电容的容值。

2.根据权利要求1所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第一降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间。

3.根据权利要求1所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第一降容模块安装于所述开关管的输出端与所述第二静电阻抗器之间。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第一降容模块为电感。

5.根据权利要求1所述的模拟开关电路，其特征在于，还包括：

安装于所述开关管的输入端与输出端之间的第二降容模块；

其中，所述第一降容模块安装于所述开关管的输入端，所述第二降容模块安装于所述开关管的输出端；

或，所述第一降容模块安装于所述开关管的输出端，所述第二降容模块安装于所述开关管的输入端。

6.根据权利要求5所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第一降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间；所述第二降容模块安装于所述第二静电阻抗器与所述开关管的输出端之间。

7.根据权利要求5所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第一降容模块安装于所述第二静电阻抗器与所述开关管的输出端之间；所述第二降容模块安装于所述第一静电阻抗器与所述开关管的输入端之间。

8.根据权利要求5-7中任一项所述的模拟开关电路，其特征在于，所述第二降容模块为电感。

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