DE102009008757A1 - Abtastschalter mit geringem Leckverlust und Verfahren - Google Patents

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Abstract

Es ist eine elektronische Vorrichtung mit einem Schalter vorgesehen, der von einem ersten bis zu einem letzten Transistor eine Kaskade mehrerer Transistoren aufweist, von denen jeder so gekoppelt ist, dass er auf einer ersten Seite seines Kanals eine Eingangsspannung und an einem Steuergate ein Abtasttaktsignal empfängt, bei der ein erster Transistor der Kaskade auf einer zweiten Seite seines Kanals an einen Abtastkondensator gekoppelt ist und jeder nachfolgende Transistor der Kaskade, mit Ausnahme des ersten Transistors, mit einer zweiten Seite seines Kanals an ein Backgate eines vorhergehenden Transistors gekoppelt ist und der letzte Transistor der Kaskade an seinem Backgate an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt ist.

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung mit einem Schalter zum Abtasten einer Eingangsspannung mit einem Abtastkondensator.
  • HINTERGRUND
  • Schalter mit geringem Leckverlust sind bei Abtast-und-Haltesystemen mit langen Haltezeiten von großer Bedeutung. Insbesondere werden bei erhöhten Temperaturen die Leckströme zur dominierenden Fehlerquelle. Viele elektronische Vorrichtungen, wie etwa integrierte Halbleiterschaltungen, tasten eine Eingangs- oder Referenzspannung mit einem Kondensator ab. Eine Seite des Abtastkondensators ist über einen Abtastschalter an eine Eingangsspannung gekoppelt. Der Abtastschalter ist geschlossen (leitend), und der Abtastkondensator ist geladen (Abtastphase oder Abtastzeit). Nach dem Abtasten der Spannung mit dem Abtastkondensator wird der Schalter geöffnet (nicht leitend).
  • Ein Ziel des Abtastens eines bestimmten Spannungspegels besteht darin, die Dauer (die Haltephase oder Haltezeit) auszuweiten, während der der Abtastschalter nicht leitend ist. Dies zielt darauf ab, die Abtastspannung am Abtastkondensator so lange wie möglich beizubehalten, was bedeutet, dass die Ladung am Abtastkondensator beibehalten werden muss. Viele Merkmale tatsächlicher integrierter Schaltungen haben jedoch einen negativen Einfluss auf die Beibehaltung der Ladung. Ein Hauptnachteil ist der Leckstrom durch die Abtastschalter. Bei einem herkömmlichen Lösungsansatz kann es möglich sein, diesen Effekt zu überwinden, indem lediglich der Kapazitätswert des Abtastkondensators erhöht wird. Dies bedeutet jedoch einen Erhöhung der Kondensatorgröße, was ähnlich ist zu einer Vergrößerung der Chipfläche und somit einer Erhöhung der Kosten der integrierten Schaltungen. Größere Kondensatoren können ferner den Leistungsverbrauch erhöhen, wenn die gleiche Geschwindigkeit wie bei kleineren Kondensatoren beibehalten werden sollte. Weitere Lösungen zielen darauf ab, die Abtastschalter zu verbessern.
  • Abtastschalter werden mit Transistoren implementiert. Bei einer CMOS-Technologie kann ein Schalter ein NMOS-Transistor, ein PMOS-Transistor oder eine Kombination aus beiden sein, die als Transfergate bezeichnet wird. MOS-Transistoren haben P-dotierte Bereiche und N-dotierte Bereiche, die parasitäre Dioden bilden können. Eine dieser Dioden wird als Backgate-Diode bezeichnet, da sie die Source oder den Drain des Transistors mit dem Bulk verbindet, der gegenüber dem Steuergate liegt. Bei einem vereinfachten Modell eines tatsächlichen MOS-Transistors kann eine Backgate-Diode zwischen Drain und Source des Transistors und dem Bulk liegen. Um Leckströme durch diese Backgate-Dioden zu vermeiden, wird der Spannungspegel am Backgate (oder Bulk) so gesteuert, dass die Backgate-Dioden in Sperrrichtung vorgespannt sind. Doch auch mit einer Vorspannung in Sperrrichtung kann ein minimaler Sättigungsstrom durch die Backgate-Diode fließen und sich der Spannungspegel am Abtastkondensator erheblich ändern.
  • 1 zeigt eine Schaltschaltung aus dem Stand der Technik, die dazu vorgesehen ist, den Ladungsverlust an einem Abtastkondensator zu minimieren. Diese Schaltung aus dem Stand der Technik ist in der US 6603295 veröffentlicht. Die Transistoren und Schalter werden mit von einer Steuerschaltung 2 ausgegebenen Signalen gesteuert. Der Hauptabtastschalter ist mit dem Transistor P1 implementiert. Der Abtastkondensator ist CS. Ein Referenzspannungsgenerator 1 stellt einen Referenzspannungspegel am Knoten VREFOUT bereit, der mit dem Abtastkondensator CS abzutasten und aufrechtzuerhalten ist. VREFOUT wird jedoch auch durch den Transistor P2 mit einem zweiten Kondensator C2 abgetastet. Wenn der Spannungspegel an C2 VREFRS entspricht (beide können anfänglich nahezu VREFOUT entsprechen), gibt es an der Backgate-Diode D1 keinen Spannungsabfall und somit keinen Strom durch die Diode D1. Es gibt auch keinen Spannungsabfall an der Backgate-Diode D2. Der Spannungspegel an C2 muss jedoch auch beibehalten werden. Der Transistor P2 hat auch Backgate-Dioden D3 und D4. Um den Leckstrom zu minimieren, werden die Backgate-Dioden D3, D4 in Sperrrichtung vorgespannt. Somit ist der Bulk (Backgate) von P2 auf einen spezifischen Spannungspegel abgestimmt. Dies wird mit dem Bipolartransistor T1, der Stromquelle CS und dem Schalter S2 realisiert. Wenn S2 geschlossen (leitend) ist, wird der Spannungspegel am Bulk von P2 auf Masse gezogen. Wenn S2 offen (nicht leitend) ist, steigt die Spannung nahezu auf den Versorgungsspannungspegel VDD an.
  • Obwohl die Schaltung aus 1 den Leckstrom durch die Backgate-Dioden der Transistoren P1 und P2 auf einen bestimmten Betrag reduziert, ist die Beibehaltung der Ladung für neueste Anwendungen mit geringem Energieverbrauch und sehr langen Haltezeiten nicht hoch genug. Darüber hinaus benötigt die Schaltung einen zusätzlichen Bipolartransistor und verbraucht durch den Transistor T1 zusätzlich Strom.
  • KURZZUSAMMENFASSUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine elektronische Vorrichtung und ein Verfahren für ein Abtasten mit geringem Leckverlust und mit einer besseren Performance als bei Schaltungen aus dem Stand der Technik bereitzustellen.
  • Bei einem Aspekt der Erfindung ist eine elektrische Vorrichtung vorgesehen, die einen Schalter aufweist. Der Schalter weist eine Kaskade von Transistoren auf. Die Kaskade von Transistoren hat einen ersten und einen letzten Transistor. Die Transistoren der Kaskade sind alle so gekoppelt, dass sie auf einer ersten Seite ihrer Kanäle (z. B. am Drain- oder am Source-Anschluss) eine Eingangsspannung empfangen. Eine Seite eines Kanals kann entweder auf den Drain-Anschluss oder auf den Source-Anschluss des Transistors verweisen, wenn ein MOSFET verwendet wird. Sie empfangen auch an ihren Steuergates ein Abtasttaktsignal, d. h. alle Transistoren können grundsätzlich gleichzeitig geschaltet werden. Ein erster Transistor der Kaskade ist auf einer zweiten Seite seines Kanals (Source- oder Drain-Anschluss) an einen Abtastkondensator gekoppelt. Jeder nachfolgende Transistor der Kaskade, mit Ausnahme des ersten Transistors, ist mit einer zweiten Seite seines Kanals an ein Backgate eines vorhergehenden Transistors gekoppelt. Der letzte Transistor der Kaskade ist an seinem Backgate (Bulk) an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt (Masse wird auch als Versorgungsspannungspegel betrachtet). Dementsprechend sind die Backgate-Dioden der Transistoren als Kette oder Reihe von Backgate-Dioden ausgebildet. Die letzte Backgate-Diode ist an einen Versorgungsspannungspegel und die erste Backgate-Diode (d. h. die Backgate-Diode des ersten Transistors) ist an den Abtastkondensator gekoppelt. Dieser Aspekt der Erfindung sorgt dafür, dass der Prozess des parasitären Entladens und Ladens des Abtastkondensators verzögert wird. Somit kann die Haltezeit wesentlich verlängert werden. Da nur die letzte Backgate-Diode an den Versorgungsspannungspegel gekoppelt ist, muss der Abgriffknoten (d. h. ein Knoten, der auch an einen Drain- oder Source-Anschluss eines Transistors der Kaskade gekoppelt ist) zwischen der letzten Backgate-Diode und der vorhergehenden Backgate-Diode geladen werden. Erst nach dem Laden des Abgriffknotens steigt der Strom durch die nächste Backgate-Diode und lädt den nächsten Abgriffknoten. Die Ladung und der Spannungspegel am Abtastkondensator werden nur beeinflusst, wenn die erste Backgate-Diode (die Backgate-Diode des ersten Transistors der Kaskade) damit beginnt, den Abtastkondensator zu laden oder zu entladen. Die Verwendung einer Kaskade von Transistoren gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist äußerst effizient, da der Strom durch eine in Sperrrichtung vorgespannte Backgate-Diode exponentiell von dem Spannungsabfall an der Diode abhängig ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Transistoren der Kaskade vom gleichen Typ (sie sind z. B. entweder PMOS- oder NMOS-Transistoren). Dies sorgt dafür, dass die Backgate-Dioden so lecken, dass sie vielmehr in Sperrrichtung als in Durchlassrichtung vorgespannt werden.
  • Bei einem Aspekt der Erfindung ist mindestens einer der Transistoren, mit Ausnahme des ersten Transistors der Kaskade, auf der zweiten Seite seines Kanals an einen Buffer-Kondensator gekoppelt. Dies sorgt dafür, dass der Spannungspegel am Abgriffknoten auch beibehalten wird.
  • Bei einer Ausführungsform kann der Buffer-Kondensator einen Kapazitätswert haben, der kleiner ist als der Kapazitätswert des Abtastkondensators. Dies hängt mit der Erkenntnis zusammen, dass der Strom durch eine in Sperrrichtung vorgespannte Backgate-Diode exponentiell von der Spannung an der Diode abhängig ist. Gemäß diesem Aspekt der Erfindung ist es möglich, die Kapazitätswerte und somit die Größe des Abtastkondensators und des Buffer-Kondensators wesentlich zu verringern.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform können auch andere oder alle Transistoren der Kaskade mit der zweiten Seite ihrer Kanäle (d. h. mit den Source- oder Drain-Anschlüssen) an Buffer-Kondensatoren gekoppelt sein. Die elektronische Vorrichtung kann dann diese Buffer-Kondensatoren aufweisen. Die Buffer-Kondensatoren, die an Transistoren der Kaskade gekoppelt sind, die näher am letzten Transistor liegen, können kleinere Kapazitätswerte haben als diejenigen, die in der Kaskade weiter vorne liegen, d. h. als diejenigen, die näher am ersten Transistor (Abtasttransistor) liegen. Der Abtastkondensator kann dann weiter verkleinert werden. Obwohl es aufgrund der exponentiellen Abhängigkeit des Sättigungsstroms durch in Sperrrichtung vorgespannte Backgate-Dioden eine exponentielle Beziehung zwischen den Kondensatorgrößen gibt, kann diese Beziehung nicht direkt auf das Skalieren der Kondensatoren angewendet werden. Die Größe der Kondensatoren kann auch anderen Ausführungsvorschriften und Ausführungseinschränkungen unterliegen. Eine wesentliche Flächenreduzierung für integrierte Schaltungen kann jedoch immer erreicht werden.
  • Bei einem Aspekt der Erfindung kann sich der Leckvorgang des Abtastkondensators einem linearen Verhalten nähern. Dies kann erreicht werden, wenn die Kondensatoren entsprechend dem exponentiellen Verhalten der Sättigungsströme durch die Backgate-Dioden skaliert werden (d. h. innerhalb der technologischen Grenzen kann eine Approximation einer exponentiellen Verkleinerung von Buffer-Kondensatoren zum letzten Transistor der Kaskade hin angewendet werden).
  • Bei einer Ausführungsform kann eine elektronische Vorrichtung einen Schalter mit einer Kaskade aus MOS-Transistoren aufweisen. Jeder der MOS-Transistoren kann so gekoppelt sein, dass er an seinem Drain- oder Source-Anschluss eine Eingangsspannung und an einem Steuergate ein Abtasttaktsignal empfängt. Ein erster Transistor der Kaskade kann mit dem jeweils anderen des Source- bzw. Drain-Anschlusses an einen Abtastkondensator gekoppelt sein. Ein zweiter Transistor der Kaskade kann dann mit seinem jeweils anderen des Source- oder Drain-Anschlusses an einen ersten Buffer-Kondensator und an ein Backgate des ersten Transistors gekoppelt sein. Ferner kann ein dritter Transistor der Kaskade mit seinem jeweils anderen des Source- oder Drain-Anschlusses an ein Backgate des zweiten Transistors oder mit seinem Backgate an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt sein. Die Transistoren der Kaskade können gleichzeitig zum Abtasten der Eingangsspannung geschaltet werden. Es können Buffer-Kondensatoren vorgesehen sein, die mit Ausnahme des letzten Transistors der Kaskade an die Backgates der Transistoren gekoppelt sind. Die Eingangsspannung wird dann mit dem Abtastkondensator und auch mit den Buffer-Kondensatoren abgetastet.
  • Die Backgate-Dioden der Transistoren der Kaskade, mit Ausnahme des letztes Transistors, sind somit nicht in Sperrrichtung vorgespannt, erfahren jedoch unmittelbar nach dem Abtasten keinen Spannungsabfall. Da der Backgate des letzten Transistors an Versorgungsspannung gekoppelt ist, beginnen die Leckströme von dem letzten bis zum ersten Transistor der Kaskade (d. h. durch die Reihen von Backgate-Dioden) langsam anzusteigen. Die Kapazitätswerte der Buffer-Kondensatoren können wesentlich kleiner sein als der Kapazitätswert des Abtastkondensators.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung kann der Backgate des letzten Transistors an einen Abgriffknoten zwischen den Kanälen von zwei zusätzlichen Transistoren gekoppelt sein. Diese Transistoren können abwechselnd geschaltet werden, so dass der Backgate entweder während einer Haltephase an den Versorgungsspannungspegel oder während der Abtastphase an die Eingangsspannung gekoppelt wird. Dadurch wird eine Verringerung des Ein-Widerstands des letzten Transistors beim Abtasten gefördert.
  • Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung kann ein Eingangs-Buffer-Kondensator vorgesehen sein, der so gekoppelt sein kann, dass die Eingangsspannung zwischengespeichert wird. Dieser Kondensator verringert den Leckverlust an den Kanälen der Transistoren der Kaskade und sperrt die Backgate-Dioden zwischen dem Eingangsknoten und den Backgates der Transistoren.
  • Die Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Betreiben eines Schalters bereit. Eine Eingangsspannung wird mit einem Abtastkondensator abgetastet. Gleichzeitig wird die Eingangsspannung an Abgriffknoten einer Kette aus Backgate-Dioden einer Kaskade von Transistoren abgetastet. Während einer Haltephase ist die erste Backgate-Diode der Kette an den Abtastkondensator und die letzte Backgate-Diode der Kette an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen:
  • 1 ein vereinfachtes Schaltbild eines Schalters mit geringem Leckverlust nach dem Stand der Technik und
  • 2 ein vereinfachtes Schaltbild einer elektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG EINER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORM
  • 2 zeigt ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtung und insbesondere einen Schalter mit geringem Leckverlust gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
  • Die elektronische Vorrichtung IC 1 (z. B. eine integrierte Schaltung, ein Chip, ein Mikrocontroller usw.) weist einen Schalter 2 mit einer Kaskade aus MOS-Transistoren P1, P2 und P3 auf. Jeder der MOS-Transistoren P1, P2 und P3 ist an einen Eingangsknoten gekoppelt, um die Eingangsspannung IN zu empfangen. Die (Steuer-)Gates werden mit dem Abtasttaktsignal SMPL. gesteuert, das das invertierte Abtasttaktsignal SMPL ist. Das Abtastsignal SMPL definiert eine Abtastphase einer Dauer TON und eine Haltephase der Dauer TOFF. Während der Abtastphase gilt SMPL = 1 (d. h. logisches Hoch) und SMPL. = 0. Während der Haltephase gilt SMPL = 0 (d. h. logisches Tief) und SMPL.. = 1.
  • Der erste Transistor P1 der Kaskade ist mit seinem Source-/Drain-Anschluss an den Abtastkondensator CS gekoppelt. Der zweite Transistor P2 der Kaskade ist mit seinem Source-/Drain-Anschluss an einen ersten Buffer-Kondensator CSB1 und an ein Backgate BG1 (Bulk von P1) des ersten Transistors P1 gekoppelt. Der dritte Transistor P3 der Kaskade ist mit seinem Source-/Drain-Anschluss an den Backgate BG2 des zweiten Transistors P2 und mit seinem eigenen Backgate BG3 an einen Abgriffknoten zwischen den Transistoren P4 und P5 gekoppelt. P5 ist so konfiguriert, dass er den Backgate BG3 des dritten Transistors während der Haltephase an den Versorgungsspannungspegel VSUP (für NMOS kann es sich um Masse handeln) koppelt. P4 ist so konfiguriert, dass er den Backgate BG3 des Transistors P3 während der Abtastphase an die Eingangsspannung IN koppelt. Alle Transistoren P1 bis P3 der Kaskade werden gleichzeitig geschaltet. Es sind Buffer-Kondensatoren CSB1 und CSP2 vorgesehen, die an die Backgates BG1 und BG2 der Transistoren P1 und P2 gekoppelt sind. Nur der Backgate BG3 des letztes Transistors P3 der Kaskade ist entweder während der Abtastphase an die Eingangsspannung oder während der Haltephase an den Versorgungsspannungspegel gekoppelt. Die Eingangsspannung wird mit dem Abtastkondensator CS und auch mit den Buffer-Kondensatoren CSB1 und CSB2 abgetastet. Die Kapazitätswerte und somit die Größen (z. B. was die Chipfläche angeht) der Buffer-Kondensatoren CSB1 und CSB2 können deutlich kleiner sein als der Kapazitätswert und die Größe der Abtastkondensatoren. Darüber hinaus kann CSB2 deutlich kleiner sein als CSB1.
  • Die Backgate-Dioden D1 und D3 der Transistoren P1 und P2 der Kaskade sind während der Haltephase nicht in Sperrrichtung vorgespannt, erfahren jedoch zumindest anfänglich keinen Spannungsverlust. Da der Backgate des letzten Transistors P3 an die Versorgungsspannung gekoppelt ist, beginnen die Leckströme langsam von dem letzten Transistor P3 (durch die Backgate-Diode D4) bis zum ersten Transistor P1 und schließlich durch die Backgate-Diode D1 zum Abtastkondensator CS zu strömen. Aufgrund der exponentiellen Abhängigkeit zwischen dem Spannungsabfall an jeder Diode D1, D3, D4 (gilt auch für D2, D5, D6, ist jedoch während der Haltephase weniger von Bedeutung) und dem Strom durch die Diode, der Kaskaden-Konfiguration der Transistoren P1, P2, P3 und der Backgate-Dioden D1, D3, D4 und der Buffer-Kondensatoren CS, CSB1 und CSB2 wird der Effekt von Leckströmen auf den Abtastkondensator CS wesentlich verzögert. Über einen gegebenen Zeitraum einer Haltephase kann die Spannungsänderung am Kondensator CS minimiert werden.
  • Es ist ferner ein Eingangs-Buffer-Kondensator CSI vorgesehen, der so gekoppelt ist, dass er die Eingangsspannung IN zwischenspeichert. Dieser Kondensator CSI verringert den Leckverlust an den Kanälen der Transistoren P1, P2 und P3 der Kaskade und sperrt die Backgate-Dioden D2, D5, D6 zwischen dem Eingangsknoten IN und den Backgates BG1, BG2, B3 der Transistoren.
  • Während der Abtastphase (SMPL = 1, SMPL ist logisches Hoch) sind die Transistoren P1, P2, P3 und P4 leitend, und die Kondensatoren CS, CSB1 und CSB2 werden auf den Eingangsspannungspegel IN geladen. Darüber hinaus ist der Backgate BG3 des Transistors P3 an die Eingangsspannung IN gekoppelt. Die Eingangsspannung wird auch mit dem Eingangskondensator CSI abgetastet und gespeichert. Dies verringert den Leckverlust an den Kanälen von P1, P2 und P3 und verringert den Leckverlust an den Kanälen von den Kondensatoren CS, CSB1 und CSB2 zum Eingang IN.
  • Während der Haltephase (SMP = 0, SMP ist logisches Tief) sind beide Backgate-Dioden D6 und D4 in Sperrrichtung vorgespannt, da der Abgriffknoten zwischen P4 und P5 – an den der Backgate BG3 gekoppelt ist – mit dem positiven Versorgungsspannungspegel VSUP verbunden ist. Die Spannung an CSB2 und somit die Backgate-Spannung beginnt sich aufgrund eines Leckstroms durch die Diode D4 zu ändern. Die Backgate-Diode D3 des Transistors P2 ist ursprünglich auf null vorgespannt (auch D5), und die Spannung am Backgate BG1 bleibt unverändert. Die Spannung am Backgate BG1 des Transistors P1 ändert sich jedoch langsam, nachdem die Backgate-Spannung des Transistors P2 begonnen hat, sich zu ändern. Es gibt jedoch eine deutliche Verzögerung zwischen dem ersten Spannungsanstieg an CSB2 und einer Änderung an CSB1. Die Backgate-Dioden D1 und D2 des Transistors P1 sind auch ursprünglich auf null vorgespannt (kein Spannungsabfall an den Dioden). Diese Situation dauert länger an als bei P2, und die Spannungsverringerung an CS beginnt nur mit einer deutlichen Verzögerung aufgrund eines Leckstroms durch die Backgate-Diode D1.
  • Obwohl 2 eine Ausführungsform mit PMOS-Transistoren zeigt, ist die Erfindung nicht auf einen spezifischen Transistortyp beschränkt. Die PMOS-Transistoren P1 bis P5 können durch NMOS-Transistoren ersetzt werden. Die Leistungsversorgung VSUP wäre dann Masse, und die Abtasttaktsignale können invertiert werden. Die Drain- und Source-Anschlüsse können jeweils vertauscht werden. Die Erfindung findet auch bei Transfergates Anwendung, in denen NMOS und PMOS-Transistoren kombiniert werden. Die spezifische Implementierung hängt von dem abzutastenden Signalpegel IN, von der verfügbaren Versorgungsspannung und von der gewünschten Gate-Ansteuerung oder Übersteuerungsspannung ab.
  • Bei einer vorteilhaften Ausführungsform mit einer Kaskade aus NMOS-Transistoren kann ein Backgate eines Transistors der Kaskade mit einer ziemlich steilen Neigung zwischen verschiedene Spannungen geschaltet werden. Die Verwendung einer steilen Neigung hat einen positiven Einfluss auf die gehaltene Ausgangsspannung.
  • Es ist ferner auch vorteilhaft, die Backgate-Diode von einer Nullspannung zu einer Vorspannung in Sperrrichtung lecken zu lassen, um jegliche Gefahr einer Vorspannung der Diode in Durchlassrichtung zu vermeiden. Diese Anforderung wird mit einem Schalter mit geringem Leckverlust erfüllt, der gemäß Aspekten der Erfindung implementiert ist, da der Backgate eines PMOS-Transistors (z. B. P1) an einen anderen PMOS-Transistor (gleicher Transistortyp) gekoppelt ist. Die Kaskade der Backgate-Dioden D1, D3, D4 ist schließlich an den positiven Versorgungsspannungspegel gekoppelt. Somit neigen die Backgate-Dioden zu einer Vorspannung in Sperrrichtung. Bei diesem Aspekt der Erfindung weist eine Kaskade vorteilhaft eine Kaskade von Transistoren der gleichen Art auf (entweder NMOS oder PMOS), die an die entsprechenden Backgates der Transistoren der Kaskade gekoppelt sind.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können zwei Kaskaden verwendet werden, eine mit PMOS-Transistoren und die andere mit NMOS-Transistoren. Diese beiden Kaskaden können so kombiniert werden, dass sie einen einzigen Schalter bilden. Dieser Schalter kann dann ähnlich einem Transfergate den gesamten Signalbereich abdecken.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden die Spannungskoeffizienten der Abtast- und/oder Buffer-Kondensatoren berücksichtigt, und die Buffer-Kondensatoren, die Transistoren und der Abtastkondensator können dementsprechend bemessen werden. Ferner können die Kondensatoren und Transistoren vorteilhaft in Übereinstimmung mit dem Leckverlust der Kondensatoren dimensioniert sein.
  • Bei weiteren bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung ist die Summe der Source- und/oder Drain-Anschlüsse der Transistoren, die mit dem Abtastkondensator verbunden sind, minimiert. Dies hilft dabei, weitere unerwünschte parasitäre Effekte zu verringern.
  • Der erfindungsgemäße Schalter mit geringem Leckverlust optimiert die Halte-Performance während gleichzeitig die Kosten und die Chipfläche minimiert werden. Aufgrund der exponentiellen Kennlinie der Leckstromkaskade ermöglicht die erfindungsgemäße Backgateabtastung eine Minimierung der Kapazität der Backgateabtastung.
  • Die Erfindung wurde zwar im Vorangehenden anhand einer besonderen Ausführungsform beschrieben, sie ist jedoch nicht auf diese Ausführungsform beschränkt, und der Fachmann wird zweifellos weitere Alternativen finden, die im Umfang der Erfindung, wie sie beansprucht ist, liegen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6603295 [0005]

Claims (4)

  1. Elektronische Vorrichtung mit einem Schalter, der von einem ersten bis zu einem letzten Transistor eine Kaskade mehrerer Transistoren aufweist, von denen jeder so gekoppelt ist, dass er auf einer ersten Seite seines Kanals eine Eingangsspannung und an einem Steuergate ein Abtasttaktsignal empfängt, bei der ein erster Transistor der Kaskade auf einer zweiten Seite seines Kanals an einen Abtastkondensator gekoppelt ist und jeder nachfolgende Transistor der Kaskade, mit Ausnahme des ersten Transistors, mit einer zweiten Seite seines Kanals an ein Backgate eines vorhergehenden Transistors gekoppelt ist und der letzte Transistor der Kaskade an seinem Backgate an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt ist.
  2. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der mindestens einer der Transistoren der Kaskade, mit Ausnahme des ersten Transistors, auf der zweiten Seite seines Kanals an einen Buffer-Kondensator gekoppelt ist.
  3. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Buffer-Kondensator einen Kapazitätswert hat, der kleiner ist als der Kapazitätswert des Abtastkondensators.
  4. Verfahren zum Betreiben eines Schalters, das ein Abtasten einer Eingangsspannung mit einem Abtastkondensator und ein gleichzeitiges Abtasten der Eingangsspannung an Abgriffknoten einer Kette von Backgate-Dioden einer Kaskade von Transistoren umfasst, bei dem die erste Backgate-Diode an den Abtastkondensator und die letzte Backgate-Diode an einen Versorgungsspannungspegel gekoppelt ist.
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