自舉採樣電路的製作方法
2023-10-25 14:27:22
專利名稱：自舉採樣電路的製作方法
技術領域：
本發明是關於信號採集電路領域，特別是關於一種採用電晶體作為採樣開關的自 舉採樣電路。
背景技術：
在模擬信號轉換數位訊號的電路中，對模擬信號進行採樣是實現數位化的前提。 在現有技術中，通常是採用電晶體作為採樣開關，通過包括充電電容的控制電路控制採樣 開關的開啟實現採樣。中國專利第02131732. 1號即公開了一種使用電晶體作為採樣開關的採樣電路。 如該02131732. 1號專利圖2中所示，開關SWl受時鐘信號CK的控制，當時鐘信號CK為1 時，開關SWl閉合，使得PMOS管柵極G點的電位為預置的2v，由於柵極的電壓為2v，此時無 論輸入電壓是多少，PMOS管均不導通。當時鐘信號CK為0時，電容Cl 一端節點nl處的電 位由原來的5v降為0v，由於電容Cl沒有放電通路，因此電容Cl兩端電壓不能突變，使得 PMOS管柵極G點的電位由2v降至-3v，此時PMOS管導通，輸出信號Vo = Vin，完成對模擬 信號的採樣。在PMOS管在導通時，其柵極電壓為恆定的-3v，而源極上的電壓為Vin，則柵極與 源極的電位差為(-3-Vin)，該電位差是隨輸入信號電壓變化而變化的，因為PMOS管的導通 電阻與柵源極之間的電位差有關，因此圖2中採樣開關PMOS管的導通電阻值是隨輸入電壓 變化而變化的，從而導致該採樣電路輸出的採樣信號Vo的線性度差。為提高採樣的線性度，美國專利公開第7，397，284號揭示了一種自舉採樣電路， 如該7，397，284號專利圖2所示，該採樣電路中當時鐘信號Φ為低電平時，電晶體Μ12導 通，節點A接地，而節點B變為高電平，電晶體Μ8關斷，則採樣開關Mll關斷，此時充電電容 兩端的電壓差為Vdd。當時鐘信號Φ為高電平時，電晶體Μ12關閉，使得A點的電位升高為 輸入信號電壓Vs，而節點B的電位變為低電平，電晶體M8導通，由於充電電容沒有放電回 路，則使的節點G即採樣開關Mll的柵極電壓上升為Vdd+Vs，而採樣開關源極的電壓為輸入 信號電壓Vs，則採樣開關的柵極電壓與源極電壓的電壓差為Vdd+Vs-Vs = Vdd0為充電電 容的電壓值，是一個恆定值，則採樣開關的導通電阻也成為恆定值，能夠實現採樣信號的較 高線性度。但美國專利公開第7，397，284號所揭示的採樣電路，採用的電晶體數量較多，整 個電路的功耗會較大，而且對於集成電路來講佔用的電路面積就較大，相應地成本也較高。
發明內容本發明的目的在於提供一種元件數量少，電路功耗低的自舉採樣電路。為達成前述目的，本發明一種自舉採樣電路，其包括電晶體採樣開關，採樣開關的 源極輸入欲採樣的輸入信號，採樣開關的漏極輸出採樣後的輸出信號，該採樣開關的柵極 連接於一個自舉電路，由自舉電路驅動採樣開關開啟，其中自舉電路包括
充電電容，其包括第一端與第二端；第一電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於電源信號，漏極連接於電路 節 點；
第二電晶體，其源極連接於電源信號、漏極連接於充電電容的第一端、柵極連接於 前述電路節點；第三電晶體，其柵極連接於第二時鐘信號，源極接地，漏極連接於充電電容的第二
端；O第四電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於前述電路節點，漏極連接於 充電電容的第二端；第五電晶體，其柵極連接於前述電路節點，漏極連接於第一時鐘信號、源極連接於 採樣開關的柵極；第六電晶體，其柵極連接於採樣開關的柵極，源極連接於採樣信號輸入端，漏極連 接於充電電容的第二端；第七電晶體，其柵極連接於前述電路節點，源極連接於充電電容的第一端，漏極連 接於採樣開關的柵極。根據本發明的一實施例，前述第一電晶體與第七電晶體為PMOS場效應電晶體。根據本發明的一實施例，前述第二電晶體、第三電晶體、第四電晶體、第五電晶體 以及第六電晶體為NMOS場效應電晶體。根據本發明的一實施例，前述第一時鐘信號與第二時鐘信號為互為反向的採樣時
鍾信號。為達成前述目的，根據本發明的一實施例，本發明一種自舉採樣電路，其包括晶體 管採樣開關，採樣開關的源極輸入欲採樣的輸入信號，採樣開關的漏極輸出採樣後的輸出 信號，該採樣開關的柵極連接於一個自舉電路，由自舉電路驅動採樣開關開啟，該自舉電路 包括電容充電電路以及採樣開關啟動電路，其中電容充電電路在第一時鐘信號時對充電電 容充電，在第二時鐘信號時採樣開關啟動電路啟動採樣開關，採樣開關的柵極通過採樣開 關啟動電路連接於充電電容的第一端，採樣開關的源極連接於採樣信號輸入端並通過採樣 開關啟動電路連接於充電電容的第二端，則採樣開關的柵極與源極的壓差為充電電容的充 電電壓，使採樣開關導通電阻為恆定值，實現高線性度採樣。根據本發明的一實施例，電容充電電路包括充電電容，其包括第一端與第二端；第一電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於電源信號，漏極連接於電路 節 點。 第二電晶體，其源極連接於電源信號、漏極連接於充電電容的第一端、柵極連接於 前述電路節點；第三電晶體，其柵極連接於第二時鐘信號，源極接地，漏極連接於充電電容的第二端。根據本發明的一實施例，採樣開關啟動電路包括第四電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於前述電路節點，漏極連接於 充電電容的第二端；
第五電晶體，其柵極連接於前述電路節點，漏極連接於第一時鐘信號、源極連接於 採樣開關的柵極；第六電晶體，其柵極連接於採樣開關的柵極，源極連接於採樣信號輸入端，漏極連 接於充電電容的第二端；第七電晶體，其柵極連接於前述電路節點，源極連接於充電電容的第一端，漏極連 接於採樣開關的柵極。根據本發明的一實施例，前述第一電晶體為PMOS場效應電晶體，前述第二電晶體 及第三電晶體為NMOS場效應電晶體。根據本發明的一實施例，前述第四電晶體、第五電晶體以及第六電晶體為NMOS場 效應電晶體，前述第七電晶體為PMOS場效應電晶體。根據本發明的一實施例，前述第一時鐘信號與第二時鐘信號為互為反向的採樣時
鍾信號。與現有技術的自舉採樣電路相比，本發明的自舉採樣電路使用的元器件數量少， 則整個電路的功耗比現技術的電路功耗低，整個電路佔用的電路面積較小，成本較低。關於本發明的其他目的，特徵以及優點，下面將結合附圖在具體實施方式
中詳細 描述。
接下來的具體實施方式
、後面的權利要求以及附圖將有助於了解本發明的具體特 徵、各實施例以及優點，其中圖1是本發明自舉採樣電路的電路圖。
具體實施方式請參閱圖1所示，其現實本發明自舉採樣電路的電路結構圖。如圖所示，本發明自 舉採樣電路包括採樣開關SW及自舉電路。在本實施方式中該採樣開關SW為NMOS場效應電晶體，其柵極連接於前述自舉電 路，由自舉電路控制該採樣開關的開啟。採樣開關SW的源極連接於欲採集的輸入信號VIN， 漏極作為採樣信號輸出端輸出採樣信號V0UT。如圖所示，該自舉電路包括電容充電電路以及採樣開關啟動電路。其中電容充電電路包括充電電容C、第一電晶體PM1，第二電晶體匪2以及第三晶 體管NM3。在本實施例中，第一電晶體PMl為PMOS場效應電晶體，其柵極連接於第一時鐘信 號Φ，源極連接於電源信號VDD，漏極連接於電路節點A。第二電晶體匪2為NMOS場效應晶 體管，其漏極連接於電源信號VDD、源極連接於充電電容C的第一端Ρ1、柵極連接於前述電 路節點Α。第三電晶體匪3為NMOS場效應電晶體，其柵極連接於第二時鐘信號百，源極接 地，漏極連接於充電電容的第二端Ρ2。採樣開關開啟電路包括第四電晶體ΝΜ4、第五電晶體匪5、第六電晶體ΝΜ6以及第 七電晶體ΡΜ7。在本實施方式中，第四電晶體ΝΜ4為NMOS場效應電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號Φ，漏極連接於前述電路節點A，源極連接於充電電容C的第二端P2。第五電晶體匪5 為NMOS場效應電晶體，其柵極連接於前述電路節點A，漏極連接於第一時鐘信號Φ、源極連 接於採樣開關SW的柵極。第六電晶體ΝΜ6為NMOS場效應電晶體，其柵極連接於採樣開關 Sff的柵極，漏極連接於採樣信號輸入端VIN，源極連接於充電電容C的第二端Ρ2。第七晶體 管ΡΜ7為PMOS場效應電晶體，其柵極連接於前述電路節點Α，源極連接於充電電容C的第一 端Ρ1，漏極連接於採樣開關SW的柵極。在前述實施方式中，前述第一時鐘信號Φ與第二時鐘信號石是互為反向的採樣 時鐘信號。當第一時鐘信號Φ =0時，第二時鐘信號I= 1，電容充電電路的第一電晶體PMl 的柵極連接於第一時鐘信號，由於其為PMOS場效應管，則第一電晶體PMl導通，第一電晶體 PMl導通之後則將電路節點A的電位置為「1」。由於第二電晶體匪2接於電路節點Α，在電 路節點A的電位變成「1」時，第二電晶體匪2導通，第二電晶體匪2導通則使充電電容C的 第一端Pl連接至電源信號VDD。第三電晶體匪3的柵極連接於第二時鐘信號，此時第二時 鍾信號為1，則第三電晶體匪3導通，將充電電容C的第二端Ρ2接地。則此時充電電容C兩 端的電壓差為VDD-O = VDD。此時由於採樣開關啟動電路的第四電晶體ΝΜ4的柵極連接於第一時鐘信號，其為 NMOS場效應管，則第四電晶體ΝΜ4關閉。而第五電晶體匪5的柵極也連接於前述電路節點 Α，則第五電晶體匪5導通，使得採樣開關SW的柵極連接於第一時鐘信號，此時第一時鐘信 號為0，則採樣開關SW被關斷，此時無法進行採樣。
當第一時鐘信號Φ = 1時，第二時鐘信號i = 0，此時電容充電電路的第一晶體 管PMl關斷，第三電晶體匪3也關斷。而採樣開關啟動電路的第四電晶體NM4開啟，使得電 路節點A的電位約等於充電電容第二端P2的電位，即約等於接地電位0，則此時第二晶體 管匪2關斷，第五電晶體匪5關斷。而採樣開關啟動電路的第七電晶體PM7其柵極連接於 電路節點A，而此時電路節點A的電位為接地電位0，而且第七電晶體PM7為PMOS場效應晶 體管，因此第七電晶體PM7導通，使得採樣開關SW柵極的電位上升為充電電容第一端Pl的 電位VDD，由於第六電晶體NM6的柵極連接於採樣開關SW的柵極，則第六電晶體NM6柵極的 電位此時也為VDD，使得第六電晶體NM6導通。由於第六電晶體NM6的漏極連接於輸入信號 VIN，第六電晶體NM6導通則使的充電電容第二端P2的電位變為VIN，而充電電容C由於沒 有放電迴路，則充電電容第一端Pl的電位上升為VDD+VIN，由於此時第七電晶體PM7導通， 則採樣開關SW柵極電壓變為VDD+VIN。此時採樣開關導通，可以進行採樣。由於採樣開關 SW柵極的電壓為VDD+VIN，而採樣開關源極的電壓為VIN，則採樣開關柵極與源極的電壓差 為VDD+VIN-VIN = VDD,即為恆定的常量。由於採樣開關的導通電阻取決於採樣開關的柵極 和源極壓差，則採樣開關的導通電阻也為恆定值，則輸出的採樣信號的線性度較高。本發明的自舉採樣電路使用的元器件數量少，則整個電路的功耗比現技術的電路 功耗低，整個電路佔用的電路面積較小，成本較低。上述說明已經充分揭露了本發明的具體實施方式
。需要指出的是，熟悉該領域的 技術人員對本發明的具體實施方式
所做的任何改動均不脫離本發明的權利要求書的範圍。 相應地，本發明的權利要求的範圍也並不僅僅局限於前述具體實施方式
。
權利要求
1.一種自舉採樣電路，其特徵在於其包括電晶體採樣開關，採樣開關的源極輸入欲 採樣的輸入信號，採樣開關的漏極輸出採樣後的輸出信號，該採樣開關的柵極連接於一個 自舉電路，由自舉電路驅動採樣開關開啟，其中該自舉電路包括充電電容，其包括第一端與第二端；第一電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於電源信號，漏極連接於一個電路 節佔.I— /、、、 第二電晶體，其漏極連接於電源信號、源極連接於前述充電電容的第一端、柵極連接於 前述電路節點；第三電晶體，其柵極連接於第二時鐘信號，源極接地，漏極連接於前述充電電容的第二端；O第四電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，漏極連接於前述電路節點，源極連接於前述 充電電容的第二端；第五電晶體，其柵極連接於前述電路節點，漏極連接於第一時鐘信號、源極連接於前述 採樣開關的柵極；第六電晶體，其柵極連接於採樣開關的柵極，漏極連接於採樣信號輸入端，源極連接於 前述充電電容的第二端；第七電晶體，其柵極連接於前述電路節點，源極連接於前述充電電容的第一端，漏極連 接於前述採樣開關的柵極。
2.如權利要求1所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第一電晶體與第七電晶體為 PMOS場效應電晶體。
3.如權利要求1所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第二電晶體、第三電晶體、第 四電晶體、第五電晶體以及第六電晶體為NMOS場效應電晶體。
4.如權利要求1所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第一時鐘信號與第二時鐘信 號為互為反向的採樣時鐘信號。
5.一種自舉採樣電路，其特徵在於其包括電晶體採樣開關，採樣開關的源極輸入欲 採樣的輸入信號，採樣開關的漏極輸出採樣後的輸出信號，該採樣開關的柵極連接於一個 自舉電路，由自舉電路驅動採樣開關開啟，該自舉電路包括電容充電電路以及採樣開關啟 動電路，其中電容充電電路在第一時鐘信號時對充電電容充電，在第二時鐘信號時採樣開 關啟動電路啟動採樣開關，採樣開關的柵極通過採樣開關啟動電路連接於充電電容的第一 端，採樣開關的源極連接於採樣信號輸入端並通過採樣開關啟動電路連接於充電電容的第 二端，則採樣開關的柵極與源極的壓差為充電電容的充電電壓，使採樣開關導通電阻為恆 定值，實現高線性度採樣。
6.如權利要求5所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述電容充電電路包括 充電電容，其包括第一端與第二端；第一電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，源極連接於電源信號，漏極連接於電路節佔.^ w\ 第二電晶體，其漏極連接於電源信號、源極連接於前述充電電容的第一端、柵極連接於 前述電路節點；第三電晶體，其柵極連接於第二時鐘信號，源極接地，漏極連接於充電電容的第二端。
7.如權利要求5所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述採樣開關啟動電路包括第四電晶體，其柵極連接於第一時鐘信號，漏極連接於前述電路節點，源極連接於前述 充電電容的第二端；第五電晶體，其柵極連接於前述電路節點，漏極連接於第一時鐘信號、源極連接於前述 採樣開關的柵極；第六電晶體，其柵極連接於前述採樣開關的柵極，漏極連接於採樣信號輸入端，源極連 接於前述充電電容的第二端；第七電晶體，其柵極連接於前述電路節點，源極連接於前述充電電容的第一端，漏極連 接於前述採樣開關的柵極。
8.如權利要求6所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第一電晶體為PMOS場效應晶 體管，前述第二電晶體及第三電晶體為NMOS場效應電晶體。
9.如權利要求7所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第四電晶體、第五電晶體以及 第六電晶體為NMOS場效應電晶體，前述第七電晶體為PMOS場效應電晶體。
10.如權利要求5所述的自舉採樣電路，其特徵在於前述第一時鐘信號與第二時鐘信 號為互為反向的採樣時鐘信號。
全文摘要
本發明提供一種自舉採樣電路，其包括電晶體採樣開關，採樣開關的源極輸入欲採樣的輸入信號，採樣開關的漏極輸出採樣後的輸出信號，該採樣開關的柵極連接於一個自舉電路，由自舉電路驅動採樣開關開啟，該自舉電路包括電容充電電路以及採樣開關啟動電路，其中電容充電電路在第一時鐘信號時對充電電容充電，在第二時鐘信號時採樣開關啟動電路啟動採樣開關，採樣開關的柵極通過採樣開關啟動電路連接於充電電容的第一端，採樣開關的源極連接於採樣信號輸入端並通過採樣開關啟動電路連接於充電電容的第二端，則採樣開關的柵極與源極的壓差為充電電容的充電電壓，使採樣開關導通電阻為恆定值，實現高線性度採樣。
文檔編號H03K17/687GK102098034SQ20091024251
公開日2011年6月15日 申請日期2009年12月15日 優先權日2009年12月15日
發明者龔川 申請人:北京中星微電子有限公司