CN113206659A - 一种用于流水线adc的高速高线性度栅压自举开关 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关，其包括场效应管M1，场效应管M1的漏极为栅压自举开关的输出端，场效应管M1的栅极分别连接场效应管M3的栅极、场效应管M2的栅极、场效应管M5的栅极、场效应管M6的漏极和场效应管M8的漏极；场效应管M1的源极分别连接场效应管M3的漏极和场效应管M2的漏极并作为栅压自举开关的输入端；场效应管M1的衬底分别连接场效应管M4的漏极和场效应管M3的源极。本发明可有效提高栅压自举开关主开关管导通电阻与输入信号的非相关性，同时采用晶体管二极管接法单电荷泵提高自举电容充放电速度，从而整体上提高了栅压自举开关的线性度和速度。
Description
技术领域
本发明涉及流水线ADC领域，具体涉及一种用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关。
背景技术
随着模数转换器的不断发展，人们对其的要求也逐渐演变为更高的转换速度和精度。对于流水线ADC而言，流水线式结构的特点使其在高速高精度领域具有性能优势。采样保持电路在流水线ADC中对输入信号直接进行处理，其中的栅压自举开关用于实现采样保持电路工作状态的切换，因此栅压自举开关可以直接影响到整个流水线ADC的速度和精度要求。
用于采样的开关一般为单管MOS开关、CMOS开关以及栅压自举开关。单管MOS开关以及CMOS开关由于其栅源电压随输入信号的变化导致其导通电阻无法恒定，导致了采样过程的非线性。而栅压自举结构可以有效地解决该问题，利用自举电容预充电来实现开关管栅端电压的抬升，从而使其导通电阻与输入信号非相关，大大提高了开关的线性度。然而传统的栅压自举开关在自举电容充放电速度以及寄生电容影响下，不能满足流水线ADC高速高精度的应用需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关解决了传统的栅压自举开关不能满足流水线ADC高速高精度的应用需求的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关，其包括场效应管M1，场效应管M1的漏极为栅压自举开关的输出端，场效应管M1的栅极分别连接场效应管M3的栅极、场效应管M2的栅极、场效应管M5的栅极、场效应管M6的漏极和场效应管M8的漏极；场效应管M1的源极分别连接场效应管M3的漏极和场效应管M2的漏极并作为栅压自举开关的输入端；场效应管M1的衬底分别连接场效应管M4的漏极和场效应管M3的源极；
场效应管M2的源极分别连接场效应管M5的源极、场效应管M11的源极、场效应管M11的衬底、电容C1的一端和场效应管M13的漏极；
场效应管M4的源极接地，场效应管M4的栅极分别连接场效应管M9的栅极、场效应管M7的栅极、场效应管M13的栅极和电容C2的一端并作为栅压自举开关的时钟控制反向信号端口；
场效应管M5的漏极分别连接场效应管M8的栅极、场效应管M11的漏极和场效应管M10的漏极；
场效应管M6的栅极分别连接场效应管M9的源极、场效应管M9的衬底、场效应管M10的源极、场效应管M10的衬底、场效应管M12的漏极、场效应管M14的漏极、场效应管M14的栅极、场效应管M15的栅极、场效应管M17的栅极和外部电源；场效应管M6的源极分别连接场效应管M7的漏极和场效应管M9的漏极；场效应管M7的源极接地；
场效应管M8的源极分别连接场效应管M8的衬底、场效应管M12的源极和电容C1的另一端；
场效应管M10的栅极分别连接场效应管M11的栅极和场效应管M16的栅极并作为栅压自举开关的时钟控制正向信号端口；
场效应管M12的栅极分别连接场效应管M14的源极、电容C2的另一端和场效应管M15的漏极；场效应管M13的源极接地；
场效应管M15的源极与场效应管M16的漏极相连；场效应管M16的源极与场效应管M17的漏极相连；场效应管M17源极接地；
场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M12、场效应管M13、场效应管M14、场效应管M15、场效应管M16和场效应管M17的衬底均接地。
本发明的有益效果为：本发明的场效应管M1的栅源、源衬电压在正常工作时保持恒定，有效消除了其导通电阻的非线性；自举电容通过晶体管二极管接法单电容电荷泵进行充放电控制，提高了开关的速度；该电路适合于流水线ADC的的高速高精度采样需求，有效地解决了电容面积过大、开关速度慢、线性度低等问题。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，该用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关包括场效应管M1，场效应管M1的漏极为栅压自举开关的输出端，场效应管M1的栅极分别连接场效应管M3的栅极、场效应管M2的栅极、场效应管M5的栅极、场效应管M6的漏极和场效应管M8的漏极；场效应管M1的源极分别连接场效应管M3的漏极和场效应管M2的漏极并作为栅压自举开关的输入端；场效应管M1的衬底分别连接场效应管M4的漏极和场效应管M3的源极；
场效应管M2的源极分别连接场效应管M5的源极、场效应管M11的源极、场效应管M11的衬底、电容C1的一端和场效应管M13的漏极；
场效应管M4的源极接地，场效应管M4的栅极分别连接场效应管M9的栅极、场效应管M7的栅极、场效应管M13的栅极和电容C2的一端并作为栅压自举开关的时钟控制反向信号端口；
场效应管M5的漏极分别连接场效应管M8的栅极、场效应管M11的漏极和场效应管M10的漏极；
场效应管M6的栅极分别连接场效应管M9的源极、场效应管M9的衬底、场效应管M10的源极、场效应管M10的衬底、场效应管M12的漏极、场效应管M14的漏极、场效应管M14的栅极、场效应管M15的栅极、场效应管M17的栅极和外部电源；场效应管M6的源极分别连接场效应管M7的漏极和场效应管M9的漏极；场效应管M7的源极接地；
场效应管M8的源极分别连接场效应管M8的衬底、场效应管M12的源极和电容C1的另一端；
场效应管M10的栅极分别连接场效应管M11的栅极和场效应管M16的栅极并作为栅压自举开关的时钟控制正向信号端口；
场效应管M12的栅极分别连接场效应管M14的源极、电容C2的另一端和场效应管M15的漏极；场效应管M13的源极接地；
场效应管M15的源极与场效应管M16的漏极相连；场效应管M16的源极与场效应管M17的漏极相连；场效应管M17源极接地；
场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M12、场效应管M13、场效应管M14、场效应管M15、场效应管M16和场效应管M17的衬底均接地。
在本发明的一个实施例中，场效应管M1的衬底在开关正常工作时通过场效应管M3与场效应管M1源极相连，保证恒定的衬源电压为零，从而稳定主开关管的阈值电压。在场效应管M1关断时，场效应管M3的源极通过场效应管M4接地，拉低场效应管M3源极电位，从而保证在下一次场效应管M1正常工作时，场效应管M3可以正常导通，连接场效应管M1的源衬。
用于自举电容充放电的场效应管M12的栅压控制由场效应管M14、场效应管M15、场效应管M16、场效应管M17和电容C2构成的单电容电荷泵提供。其中场效应管M14栅极和漏极均接至电源电压VDD，以二极管接法的晶体管来提供更大的充电电流，从而加速电容C2的充电，加快场效应管M12的开启和关断，提高整体开关的速度。
场效应管M15、场效应管M16、场效应管M17串联构成的一条支路用于在主开关管正常工作时，将用于自举电容充放电场效应管M12栅极拉至低于电源电压的，从而使其彻底关闭，防止电荷泄漏的发生，从而稳定场效应管M1栅源电压，提高开关的线性度。场效应管M15、场效应管M17处于场效应管M16的两端，其栅极均接至电源电压VDD，保证了栅极接正向时钟控制信号的场效应管M16在导通时不被击穿，用于增强电路可靠性。
场效应管M14的二极管接法可以增大其所在支路电流从而提高自举电容的充电速度。场效应管M16导通后可以降低场效应管M12栅极电压，从而使场效应管M12可以在充电完成后彻底关断，防止电荷泄漏。由场效应管M14所在支路的电流较大，因此引入场效应管M15、场效应管M17分压用于保护场效应管M16不被击穿。场效应管M5、场效应管M6、场效应管M9用于提高电路可靠性，其中，场效应管M6的作用是在CLKB为高电平时，减小场效应管M7的漏源和栅漏电压，防止场效应管M7被击穿；场效应管M5的作用是防止场效应管M8管的栅源电压超过电源电压VDD而将其击穿；场效应管M9的作用时在主场效应管M1导通时，关断场效应管M7，从而减小场效应管M1栅极的寄生电容。
综上所述，本发明可有效提高栅压自举开关主开关管导通电阻与输入信号的非相关性，同时采用晶体管二极管接法单电荷泵提高自举电容充放电速度，从而整体上提高了栅压自举开关的线性度和速度。
Claims (1)
1.一种用于流水线ADC的高速高线性度栅压自举开关，其特征在于，包括场效应管M1，场效应管M1的漏极为栅压自举开关的输出端，场效应管M1的栅极分别连接场效应管M3的栅极、场效应管M2的栅极、场效应管M5的栅极、场效应管M6的漏极和场效应管M8的漏极；场效应管M1的源极分别连接场效应管M3的漏极和场效应管M2的漏极并作为栅压自举开关的输入端；场效应管M1的衬底分别连接场效应管M4的漏极和场效应管M3的源极；
场效应管M2的源极分别连接场效应管M5的源极、场效应管M11的源极、场效应管M11的衬底、电容C1的一端和场效应管M13的漏极；
场效应管M4的源极接地，场效应管M4的栅极分别连接场效应管M9的栅极、场效应管M7的栅极、场效应管M13的栅极和电容C2的一端并作为栅压自举开关的时钟控制反向信号端口；
场效应管M5的漏极分别连接场效应管M8的栅极、场效应管M11的漏极和场效应管M10的漏极；
场效应管M6的栅极分别连接场效应管M9的源极、场效应管M9的衬底、场效应管M10的源极、场效应管M10的衬底、场效应管M12的漏极、场效应管M14的漏极、场效应管M14的栅极、场效应管M15的栅极、场效应管M17的栅极和外部电源；场效应管M6的源极分别连接场效应管M7的漏极和场效应管M9的漏极；场效应管M7的源极接地；
场效应管M8的源极分别连接场效应管M8的衬底、场效应管M12的源极和电容C1的另一端；
场效应管M10的栅极分别连接场效应管M11的栅极和场效应管M16的栅极并作为栅压自举开关的时钟控制正向信号端口；
场效应管M12的栅极分别连接场效应管M14的源极、电容C2的另一端和场效应管M15的漏极；场效应管M13的源极接地；
场效应管M15的源极与场效应管M16的漏极相连；场效应管M16的源极与场效应管M17的漏极相连；场效应管M17源极接地；
场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5、场效应管M6、场效应管M7、场效应管M12、场效应管M13、场效应管M14、场效应管M15、场效应管M16和场效应管M17的衬底均接地。
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