用於低失真可編程增益放大器的動態開關驅動器的製作方法

2023-08-09 16:06:41

專利名稱：用於低失真可編程增益放大器的動態開關驅動器的製作方法
技術領域：
本公開總體描述了一種可編程增益放大器，更具體而言描述了一種低噪聲、動態開關驅動器，其用於包括但不限於具有利用高電壓、互補金屬氧化物半導體(CMOS)開關實現的離散可控增益設置的低失真可編程增益放大器的應用。
背景技術：
低失真可編程增益放大器具有許多應用。例如，它們用於處理模擬音頻信號，其中保持信號的完整性很重要。圖1中示出了一種現有技術低失真可編程增益放大器的實施。 可以是AC或DC的輸入信號被施加到輸入端VIN。輸出信號出現在輸出端VOTT。在該實施例中，高增益運算放大器A1被配置成同相放大器。這種配置對於反相配置的低噪聲應用是優選的，這是因為反饋網絡可以生成低阻抗來使得它的熱噪聲貢獻最小化，而不危及放大器的輸入阻抗，其可以經由電阻器獨立設置。運算放大器A1周圍的反饋網絡通過選擇性地控制相應的電子開關元件S1到、，被分接到多個點中的任意一個。這些開關元件典型地均由互補金屬氧化物半導體(CMOS)器件構成。控制信號(&到(；)通過導通相關的開關來選擇期望的增益。這種方案的優點在於由輸入電壓中的變化引起的電子開到、的導通電阻的變化不會影響輸出信號的線性，這是因為沒有信號電流流經這些開關。這使得失真最小化，只要電子開關S1到Sn中的一個且僅一個在任何一個時刻即時導通。然而，這些開關中的每一個開關的導通電阻向放大器的總輸入噪聲貢獻了熱噪聲。降低CMOS電子開關的導通電阻(並由此減少放大器的輸入噪聲)的一種方式為增加組成開關的CMOS器件的物理寬度。然而，在集成電路中，開關的寬度的增加導致了增加的晶片面積。由於圖1中示出的方法對每個期望的增益設置都需要一個開關，由集成電路中的開關所佔用的必需面積可能是重大的問題。CMOS電子開關的另一方面在於現代CMOS工藝通常不允許在開關的柵級與溝道 (源極與漏極)之間施加大電壓，即使對於所謂的「高電壓」CMOS工藝。這能夠限制可以由 CMOS電子開關切換的模擬電壓，因而限制最大的模擬電壓Vin，所述模擬電壓Vin可以被施加到開關的輸入端。
因此，期望提供一種用於低失真可編程增益放大器的動態開關驅動器，其克服或至少基本減少前述缺點。

發明內容
根據本發明的一方面，提供了一種用於切換時變輸入信號的開關電路。所述開關電路包括至少一個開關，其包括N溝道MOSFET和P溝道M0SFET，均具有被配置為接收用於改變開關的導通/關斷狀態的驅動信號的柵極；以及驅動電路，所述驅動電路被配置和設置成選擇性施加用於改變所述開關的導通/關斷狀態的一對驅動信號，所述驅動電路被配置和設置成生成作為下述內容的函數的驅動信號(a)足夠改變所述開關的導通/關斷狀態的一對DC信號分量，以及(b)作為出現在每個MOSFET的源極端子上的信號的至少部分複製的一對變化信號分量，使得當分別向η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET的柵極施加DC 信號時，驅動信號將處於保持開關的導通/關斷狀態並且將每個MOSFET的柵極一源極電壓保持在MOSFET的柵極一源極擊穿限制內的適當水平。根據本發明的另一方面，一種切換時變輸入信號的方法採用包括N溝道MOSFET和 P溝道MOSFET的至少一個開關，所述N溝道MOSFET和P溝道MOSFET均具有被配置成接收用於改變開關的導通/關斷狀態的驅動信號的柵極。所述方法包括通過生成作為下述內容的函數的驅動信號(a)足夠改變所述開關的導通/關斷狀態的一對DC信號分量，以及 (b)作為出現在每個MOSFET的源極端子上的信號的至少部分複製的一對時變信號分量，來選擇性施加用於改變所述開關的導通/關斷狀態的驅動信號，使得當分別向η溝道MOSFET 和ρ溝道MOSFET的柵極施加DC信號時，所述驅動信號將處於保持所述開關的導通/關斷狀態並且將每個MOSFET的柵極一源極電壓保持在MOSFET的柵極一源極擊穿限制內的適當水平。儘管此處參考了切換「Ac信號」，但是應該理解，術語「Ac信號」並不意味著被限制於返回到接地(沒有DC分量)的信號，而是還包括其幅值隨時間變化的任意時變信號，並且能夠包括任一極性的DC信號，以及其幅值可以包括DC分量以便隨著時間推移包括兩個極性的信號


參考附圖，其中具有相同附圖標記的元件由始至終代表相同的元件，並且其中圖1是現有技術的低失真可編程增益放大器的實施方式的部分示意的部分方框圖；圖2是根據共同未決申請所描述的以及在這裡進一步描述的教導所構建的更節約面積的單端放大器的一個實施例的部分示意的部分方框圖；圖3是可以被用作圖2實施例中所示的每一個開關的CMOS傳輸柵極的部分示意的部分方框圖；圖4是用於圖2中示出的開關柵極Sfl 、的示例關斷一電壓波形的幅值一時間示意圖；圖5是用於圖2中示出的開關柵極、 SFn的示例導通一電壓波形的幅值一時間示意圖6是用於圖2中示出的開關柵極S1 &的示例導通一電壓波形的幅值一時間示意圖；圖7是用於圖2中示出的開關柵極S1 &的示例關閉一電壓波形的幅值一時間示意圖；圖8是可以被用於操作在共同未決申請中所描述的類型的放大器、例如圖2中所示出的放大器的開關驅動器的一個實施例的方框圖；圖9是可以被實施作為圖8中示出的開關驅動器的一部分、用於操作圖3中示出的CMOS傳輸柵極的N溝道MOSFET的N溝道柵極驅動電路的一個實施例的示意圖；以及圖10是可以被實施作為圖8中示出的開關驅動器的一部分、用於操作圖3中示出的CMOS傳輸柵極的P溝道MOSFET的P溝道柵極驅動電路的一個實施例的示意圖。
具體實施例方式在附圖中，圖2是在共同未決申請中描述的更節約面積的可編程增益放大器的實施例的示意圖。高增益運算放大器A1被配置為同相放大器，輸入電壓Vin被施加到放大器的同相輸入端。電阻器Rin基本設定了放大器的輸入阻抗。電阻器R1到Rn+1串聯連接在放大器A1的輸出端與系統接地端或參考節點之間，並且包括經由一系列分立的分壓器提供反饋的中心抽頭電阻器串，所述分立的分壓器經由電子開關S1到、來選擇。控制信號Ca到 Ccm用於通過打開電子開關S1到、中的相應一個來選擇一系列單獨的閉環增益設置中的一個，以使得沿著中心抽頭電阻器串的單個點連接到放大器Al的反相輸入端。此外，電阻器 Rfi到Rfm中的一個或多個在它們經由電子開關、到^11與電阻器R1並聯連接時修改閉環增益。控制信號Cfi到Cfm分別確定開關、到Sfm的狀態，選擇性打開它們中的一個或多個以將那些電阻器Rfi到Rfm(相應的開關$已經為其打開)與電阻器R1並聯連接。電子開關S1到、以及、和SFM均包括CMOS傳輸柵極。如圖3中所示的，這種傳輸柵極包括並聯的N溝道MOS電晶體和P溝道MOS電晶體。P溝道MOSFET Ma的一個源極一漏極端子連接到N溝道MOSFET Mb的一個源極一漏極端子。的剩餘源極一漏極端子也連接到一起。在操作中，P溝道MOSFET Ma的主體連接被連接到電壓Vdd，其正性大於任一個P溝道MOSFET Ma的源極一漏極端子上的最大期望電壓。N溝道MOSFET Mb的主體連接被連接到電壓Vss，其負性大於任一個N溝道MOSFET Mb的源極一漏極端子上的最大期望電壓。這些通常是與包含這些開關中的一個或多個的集成電路一起使用的正電源電壓和負電源電壓。每個傳輸柵極的狀態的控制經由兩個MOSFET的柵極端子來實現。更具體而言，當使得P溝道MOSFET Ma的柵極相對於其源極一漏極端子足夠負，且使N溝道MOSFET Mb的柵極相對於其源極一漏極端子足夠正時，可以認為兩器件工作在三極體區域，且由兩個源極一漏極端子SD1與之間的相對低的阻抗進行表徵。每個器件的源極一漏極端子之間的這一阻抗通常被稱為導通阻抗(由此限定器件的導通狀態)，並且由下面的方程近似表示
其中，μ是溝道中的載流子的遷移率，Cox是每單位面積的柵極電容，W和L分別為溝道的寬度和長度，Ves為柵極一源極電壓，以及Vt為閾值電壓(閾值電壓是高於其值就出現溝道時的柵極一源極電壓，)；以及Veff為有效的柵極一源極電壓Ves-Vt。根據方程(1)，很顯然，減小導通阻抗需要增加的載流子遷移率、增加的每單位面積的柵極電容、增加的柵極寬度、減小的柵極長度、和/或增加的有效的柵極一源極電壓的某些組合。通過調整源極和柵極區域中的摻雜濃度，載流子遷移率可以在有限的範圍上調整(在室溫下，對於電子大約為20 1，而對於空穴為10 1)。然而，在源極和漏極中增加摻雜濃度降低了擊穿電壓，其減小了在開關處於關斷狀態時可被施加的信號電壓。增加的每單位面積的柵極電容需要更薄的柵極氧化物。減小柵極氧化物的厚度減小了柵極一源極擊穿電壓，因此可能危害傳輸柵極處理大信號電壓的能力。由於MOS開關的許多應用涉及 DC信號，而不是AC信號，高電壓CMOS工藝通常用較低的柵極一源極擊穿電壓來交換，較低的柵極一源極擊穿電壓由較薄的柵極氧化物導致以用於所帶來的較低的導通阻抗。生成的器件表現出比漏極一源極擊穿電壓低的柵極一源極擊穿電壓。對於源極保持在固定的電壓且所切換的負載與漏極串聯的應用來說，柵極一源極電壓可以容易地被限制到達到器件的最小導通阻抗所需要的Vrff，此處，它不再由方程(1)所控制，而是由其它歐姆電阻所限制。 這裡所描述的改進允許使用這種器件來切換超過柵極一源極擊穿電壓的變換電壓。再次參考圖2，增益控制開關、到SFM(在下文中稱為「SFi」開關)將被暴露於相應於圖3中所示類型的CMOS開關的源極一漏極端子的標示為2和3的端子上的信號電壓。 當這些開關中的任一個處於關斷狀態時，圖2中標示為端子3的開關的一側，將與放大器A1 的輸出電壓Vot處於相同的電壓。圖2中標示為端子2的開關的另一側，將處於與Vot的一部分相等的電壓，所述Vot的一部分通過其它、開關的設置以及由隊到Rn+1的電阻器串所提供的分壓來確定。該電壓在圖2中標示為義。通過定義，圖3中的CMOS開關的N溝道MOSFET的源極端子為處於更負的電勢的端子，而N溝道MOSFET的漏極端子為處於更正的電勢的端子。為了將N溝道MOSFET保持在關斷狀態，柵極電壓必須小於或等於源極電壓。類似地，圖3中的P溝道MOSFET的源極端子被限定為兩個源極一漏極端子中更正的一個，而P溝道MOSFET的漏極端子為兩個中更負的一個。為了將P溝道MOSFET保持在截止狀態，P溝道MOSFET上的柵極端子電壓必須大於或等於源極電壓。如果在柵極一源極擊穿電壓等於或大於源極一漏極電壓的工藝中製造開關，關斷 CMOS開關的習慣作法是將N溝道MOSFET的柵極連接到施加到集成電路上的最負的電源電壓上，而將P溝道MOSFET的柵極連接到施加到集成電路上的最正的電源電壓上，以確保兩個MOSFET對於電源範圍內的任何可能信號電壓都保持截止。然而，對於上述高電壓CMOS工藝，其中，柵極一源極擊穿電壓基本上小於源極一漏極擊穿電壓，該作法能夠導致柵極氧化物的擊穿並且對器件造成損害。在一個實施例的示例中，在高壓CMOS工藝中製造CMOS開關，其中N溝道和P溝道器件中的每一個的源極一漏極擊穿電壓超過40V，而器件中的每一個的柵極一源極擊穿電壓為20V。在示例中使用的典型電源電壓為+15V和-15V。Vin和Vott處的信號電壓可以處於由這些電壓所限定的範圍內的任何處。例如，如果N溝道MOSFET的柵極被連接到-15V以便將其截止，V1處大於+5V 的電壓使得柵極一源極電壓超過N溝道MOSFET的最大柵極一源極額定電壓。類似地,V1處的電壓小於-5V使得P溝道MOSFET的柵極一源極電壓超過它的最大額定電壓。為了使兩個MOSFET都保持在截止狀態，而同時不違反最大柵極源極電壓，柵極驅動電路可以用於將N溝道MOSFET柵極電壓一直保持在或稍稍低於源極電壓。用於圖2中的SFi開關中的N溝道MOSFET的源極電壓將小於V1和VQUT。用於圖2中的SFi開關的P溝道MOSFET的源極電壓將大於V1和VQUT。因此，N溝道MOSFET的柵極電壓在截止狀態利用稍低於小於V1和Vott的電壓來驅動，而P溝道MOSFET的柵極利用稍微高於大於V1和Vott的電壓來驅動，如圖4中所示的。在圖4中，Vottn由此是能夠將N溝道MOSFET保持在截止狀態的柵極電壓，而Vqffp是能夠將P溝道MOSFET保持在截止狀態的優選柵極電壓。再次參考圖2，每當SFi開關被導通時，用於那個開關的兩個MOSFET的源極電壓和漏極電壓將近似處於義。為了將那個開關的兩個MOSFET都保持在導通狀態，NMOS器件的柵極一源極電壓必須保持足夠地正，以提供所期望的導通阻抗，而PMOS器件的柵極一源極出於相同原因必須保持足夠地負。在利用低電源電壓的現有技術設計中，這典型地通過將 NMOS的柵極連接到基本等於正電源電壓的電壓來進行，而PMOS的柵極連接到基本等於負電源電壓的電壓。然而，為了容納超過柵極一源極擊穿電壓的信號電壓，到基本等於正或負電源電壓的簡單連接是不可能的。為了防止柵極氧化物的擊穿，NMOS器件的柵極一源極電壓優選保持等於V1加上足夠的正偏移，以確保低的導通阻抗。同樣地，PMOS器件的柵極一源極電壓優選保持等於V1加上足夠的負偏移以確保低的導通阻抗。圖5中對此進行了說明，其示出了信號電壓V1、以及被施加以使NMOS器件保持在導通狀態的柵極電壓VOT、以及被施加以使PMOS器件保持在導通狀態的柵極電壓Vwp的示例。由於每個器件的柵極一源極電壓基本隨著信號電壓的變化保持不變，由伴隨信號電壓的開關導通阻抗中的變化導致的任何失真貢獻被最小化。在一個實施例的示例中，V1與Vmn之間的偏移電壓大約為+9V，而V1與Vwp 之間的偏移電壓大約為-9V。圖2中的增益控制開關S1到Sn需要免於損害柵極一源極電壓的類似保護。如在共同未決申請中所描述的，通過一次僅導通這些開關中的一個來利用開關S1到、，這使得由於伴隨著信號電壓的導通阻抗中的變化而導致的來自於開關的任何失真作用最小化。因此，只要放大器A1工作在它的線性區域，被導通的開關將在兩個MOSFET的源極和柵極上具有輸入信號電壓VIN。其餘的增益控制開關S1到、將在圖2的端子3上看到該相同的電壓。 圖2中標示為2的這些開關的端子將處於與通過SFi開關的設定以及由電阻器串R到Rn+所提供的分壓所確定的Vot的一部分相等的電壓。在圖2中這些電壓被標示為V1到VN。如上所述，對於開關、到^11來說，在一個示例中，構成開關S1到Sn的NMOS和 PMOS器件的柵極一源極擊穿電壓的大小為20V，以及用於運算放大器A1的典型的電源電壓為+15V和-15V。如果為了將所期望的開關S1到、保持在導通狀態，NMOS器件中的每一個的柵極被連接到+15V而PMOS器件中的每一個的柵極被連接到-15V，那麼處於超過+5V 或-5V的端子Vin的輸出信號電壓將會開關中的器件上的最大柵極一源極電壓。類似地，當利用開關、到^11時，為了保護不會超過最大的柵極一源極電壓，用於開關S1到Sn的NMOS柵極一源極電壓優選保持等於運算放大器A1的反相輸入端處的電壓加上足夠的正偏移以確保低的導通阻抗。類似地，用於開關S1到Sn的PMOS柵極一源極電壓優選保持等於運算放大器A1的反相輸入端處的電壓加上足夠的負偏移以確保低的導通阻抗。在圖6中對此進行了說明，其示出了運算放大器A1的反相輸入電壓VIN_、以及使NMOS器件保持在導通狀態的優選柵極電壓VM、以及使PMOS器件保持在導通狀態的優選柵極電壓Vonp的示例。在所示出的實施例的一個示例中，Vin與Vcm之間的偏移電壓大約為+9V，而Vin與Vwp之間的偏移電壓大約為-9V。如果柵極被驅動到電源電壓以使MOSFET保持在截止狀態，在關斷的那些開關S1 到Sn中的MOSFET也可潛在地暴露於過量的柵極一源極電壓。具體而言，即使處於最高的增益設置(典型地在圖2中的開關、被導通時獲得)，開關S1到Sn可被暴露於在兩個信號端子上的較大電壓擺動。可以實現這個的一種方式為，如果運算放大器A1具有現有技術中已知的類型，其包括不受過量差分輸入電壓影響的保護，例如這些包括它們輸入端子兩端的反向二極體。在這種情形中，運算放大器A1的反相和同相輸入端將決不超過1伏特的差別。因此，端子VIN_處的較大輸入電壓將大部分被反映到反相輸入端。在高增益設置處，這種較大的輸入電壓將使得運算放大器A1的輸出端箝位在典型地位於幾伏特或小於電源電壓內的最大可能的輸出電壓，而高的輸入信號電平本身使得較大的輸入電壓出現在開關S1 到Sn的端子3處。因此，這些開關S1到Sim中的每一個可以被暴露於接近於兩個信號端子 0和3)上的電源電壓中的任何一個的信號電壓。如上所述，對於增益控制開關$到Sfm，用於將N溝道MOSFET保持在截止狀態而不違背最大柵極一源極電壓的最佳柵極電壓為等於或稍小於源極電壓的電壓。對於增益控制開關S1到、中的N溝道M0SFET，源極電壓將小於運算放大器A1的反相輸入端處的電壓 (VinJ和開關另一側處的電壓(對於開關Sn為Vn)。類似地，對於處於截止狀態的P溝道 MOSFET的最佳柵極電壓將等於或稍大於源極電壓，其將大於VIN_或開關Sn的VN。圖7中示出了這些波形。圖8是示出了用於為N溝道和P溝道MOSFET的傳輸柵極生成柵極控制電壓的電路的一個實施例的部分示意圖以及部分方框圖。參考圖8，CMOS傳輸柵極包括MOSFET MjP Mb。出現在輸入端SDl及SD2並且被施加到源極一漏極端子SD1及SD2的信號電壓Vsdi及 Vsd2，還分別由單位增益放大器Buffer1和Buffer2來緩衝，以阻止增益控制網絡(圖2中示出了其實施例，如包括電阻器Rl到RN+1和Rl到RFM)的任何負載。放大器Buffer1的輸出端被連接到偏移電壓源Vffil的負端子、偏移電壓源Vre2的正端子、「小於或等於」塊Block1的第一輸入端以及「大於或等於」塊BlocIc2的第一輸入端，所有這些構成開關驅動電路SDC。 因此，電壓源V⑹的正端子處的電壓Vwn將等於端子SD1處的電壓加上通過由V⑹提供的電壓所確定的正偏移。如果如上所述適當選擇偏移電壓Vffil,那麼根據本公開，電壓Vwn將是使N溝道MOSFET Mb保持在導通狀態的適當柵極電壓。類似地，電壓源負端子處的電壓Vtw將等於端子SD1處的電壓加上通過由Vre2提供的電壓所確定的負偏移。如果如上所述適當選擇偏移電壓Vqs2，那麼電壓Vqnp將是使P溝道MOSFET Ma保持在導通狀態的適當柵極電壓。放大器Buffer2的輸出端被連接到「小於或等於」塊Block1的第二輸入端以及「大於或等於」塊BlocIc2的第二輸入端。Block1的輸出Vcwn將是等於其輸入端處的兩個電壓中更負的一個的電壓，或者如果輸入電壓相等，則等於兩個輸入端處的電壓。Block2的輸出Vtwp將是等於它的輸入端處的兩個電壓中更正的一個的電壓，或者如果輸入電壓相對， 則等於兩個輸入端處的電壓。因此，Block1的輸出端處的電壓Vwfn將等於開關端子SD1和 SD2處的電壓中更負的一個的電壓，並且將是使N溝道MOSFET Mb位置截止狀態的適當柵極電壓。類似地，Block2的輸出端處的電壓將是開關端子SD1和鞏處的電壓中更正的一個的電壓，並且將是使P溝道MOSFETMa保持導通狀態的適當柵極電壓。開關SW1和SW2代表由控制信號V··所控制的電子開關。控制信號V_優選具有兩種狀態；用於導通MOSFETMa和Mb的「導通」狀態，以及用於使MOSFETMa和Mb截止的 「關斷」狀態。當控制信號Vm處於「導通」狀態時，開關SW1的端子2和3被連接，並且開關SW2的端子2和3被連接，將適當柵極電壓Vqnn和Vqnp分別施加到MOSFETMa和MB，以便使兩個MOSFET都保持在導通狀態。當控制信號VroNT·處於「關斷」狀態時，開關SW1的端子 1和2被連接，並且開關SW2的端子1和2被連接，將適當柵極電壓V_和V_分別施加到 MOSFETMa和MB，以便使兩者都保持在截止狀態。應注意到，偏移電壓源V⑹的負端子和/或偏移電壓源Vre2的正端子可選擇地被連接到放大器Buffer2的輸出端而不是放大器Buffer1的輸出端，而沒有損失功能，這是因為， 當MOSFETMa和Mb導通時，端子SD1和兩端幾乎不存在電壓差。圖9和10示意性地更詳細示出了這裡所描述的這種類型的開關驅動電路的一個實施例。圖9示出了用於連接控制信號的電路以及用於CMOS開關的NMOS柵極驅動電路的示意圖。圖10示意性示出了用於CMOS開關的PMOS柵極驅動電路。參考圖9，N溝道MOSFET差分對M1和M2經由端子VCQNT·在控制電壓VCQNT·與柵極驅動器電路之間提供接口。控制電壓優選為邏輯信號，其被設置成大於閾值電壓 Vthe的高電平或低於閾值電壓Vthk的低電平的兩個電平之一。當控制單元νωΝΤ·被設置到高電平時，N溝道MOSFETM1被導通並且基本上傳導來自於電流源I1的所有電流，而N溝道 MOSFETM2基本上被截止。當控制電壓νωΝΤ·被設置到低電平時，N溝道MOSFETM2基本上傳導來自於電流源I1的所有電流，且N溝道MOSFETM1基本上處於截止狀態。通過這種方式， 控制電壓將來自於電流源I1的電流弓I導流過二極體連接的P溝道MOSFETM3或M4中的一個。源極一漏極電壓端子Vsdi優選被連接到要由柵極驅動器電路來控制的CMOS開關的兩個信號端子中的一個，而源極一漏極極電壓端子Vsd2優選被連接到要被控制的CMOS開關的兩個信號端子中的另一個。例如，參考圖3，端子Vsdi優選被連接到CMOS開關的端子 SD1,而Vsd2優選被連接到CMOS開關的端子SD2。端子Votn優選被連接到要被控制的CMOS開關中的N溝道MOSFET的柵極端子。再次參考圖9，圖9中的P溝道MOSFETM11、二極體連接的P溝道M0SFETM9、二極體連接的N溝道MOSFETMici、以及電流源I2 —起形成用於源極一漏極電壓Vsdi的源極跟隨緩衝器，以使得MOSFET M9的源極處的電壓Vm基本由下式給出Vonn = VSD1+VSG11+VGS10+VSG9其中，VSC11、Vgsio以及Vsc9分別是Mn、M10和M9的柵極一源極(或源極一柵極)電壓，且全部為正量。隨著源極一漏極電壓Vsdi的變化，柵極一源極電壓基本恆定達到使電流源I2恆定的程度，這是因為N溝道MOSFETM12的柵極在MOSFET M9的源極上提供可忽略不計的負載。 MOSFET M11優選具有工藝設計規則所允許的最小几何形狀和電壓需求，以便於使電壓Vsdi上的電容性負載最小。在一個實施例的示例中，電流源I2的值大約為10 μ A，而MOSFET M9到 M11的柵極一源極電壓的總和的標稱值為9V。因此，如上所述，MOSFET M9的源極處的電壓 Vqnn基本等於用於待控制的CMOS開關中的N溝道MOSFET的最佳導通電壓。N溝道MOSFET M12和電流源13用作電壓Vqnn的源極跟隨緩衝器，以使得MOSFET M12 的源極處的電壓基本上等於VQffl-Vesi2，其中電壓Vesi2是MOSFET M12的柵極一源極電壓。電流源I3的優選值等於電流源I1的值。當控制電壓￥_為高時，來自電流源I1的電流經由 MOSFET M1引導到M3。此外，由於MOSFET M4中基本上不存在電流流動，所以在P溝道MOSFET M5、N溝道MOSFET M6、或者N溝道MOSFET M7中也將基本上不存在電流流動。MOSFET M3的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M8的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M8優選具有等於MOSFET M3W柵極寬度一半的柵極寬度，導致從MOSFET M8的漏極獲得等於電流源I1所提供的電流值的一半的電流。由於N溝道MOSFET M7截止，所以電流流過二極體連接的P溝道MOSFET M140 MOSFET M7截止的事實還確保了二極體連接的P溝道MOSFET M17基本上不傳導電流。在這種情況下，MOSFET M12和M14每一個都將利用等於由電流源I1 的值的一半的源極一漏極電流工作。由於在這種情況下，MOSFET M12和虯4基本上工作在相同的電流，所以它們的柵極一源極電壓將基本上相等。因此，端子Vkm處的電壓將基本上等於MOSFET M9或VqnnW源極處的電壓，如上所述，該電壓為用於可編程增益放大器中的單個 CMOS開關的N溝道MOSFET部分的優選導通電壓。N溝道MOSFET M13連同電流源I4 一起形成用於電壓Vsdi的第二源極跟隨緩衝器。 N溝道MOSFET M16連同電流源I5 —起形成用於CMOS開關信號電壓Vsd2的源極跟隨緩衝器。 MOSFET M13和禮6優選具有由工藝設計規則和電壓需求所允許的最小几何形狀，以便於分別使電壓Vsdi和Vsd2上的電容性負載最小化。電流源14和I5優選為基本相等的值，在實施例的一個示例中，其均都等於10 μ A。MOSFET M13和M16的源極處的電壓將分別基本為Vsi3 = Vsdi-Vgs13 和 Vsi6 = Vsil2-Vesi6，其中電壓 Vesi3 和 Vesi6 分別為 MOSFET M13 和 M16 的源極一柵極電壓。由於MOSFET M13和M16工作在相同的電流，所以它們的源極一柵極電壓將基本上相等。P溝道MOSFET M15和M18連同電流源I6 一起形成「小於或等於」電路。M15和M18 優選是幾何形狀相同的器件。如果電壓Vsi3實質小於電壓Vsi6，則基本通過MOSFET M15傳導來自電流源I6的所有電流，並且MOSFET M15和M18的源極的結處的電壓Vsi5等於VS15 = VSM-Vesi3+VS(;i5，其中Vsei5是M15的源極-柵極電壓。如果電壓Vsi6基本小於電壓Vsi3，則基本通過MOSFET M18傳導來自電流源I6的所有電流，並且MOSFET M15和M18的源極的結處的電壓等於=Vsi5 = VSD2-Vm6+VS(;i8，其中Vsei8是M18的源極-柵極電壓。注意到N溝道MOSFET和 P溝道MOSFET的柵極-源極電壓處於相反的極性，電壓Vsei5將小於Vsdi或Vsd2加上偏移電壓，所述偏移電壓等於N溝道MOSFET和P溝道MOSFET的柵極-源極電壓的大小的差值。然而應該清楚地是能夠確保該偏移電壓接近於零，這只能做到接近，因為N溝道MOSFET和P 溝道MOSFET經歷獨立的工藝變化。然而，如下所述，在大多數情況下這種精確度是足夠的。當控制電壓Vcqnt■較低時，來自於電流源I1的電流經由MOSFET M2引導到M4。此外，由於在MOSFETM3中基本上不存在電流流動，所以在MOSFETM8中也基本上不存在電流流動，且MOSFET Mw截止。MOSFET M4的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M5的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M5優選具有等於MOSFET M4的柵極寬度的一半的柵極寬度，導致從MOSFET M5W漏極獲得等於電流源I1的值的一半的電流。電流流過二極體連接的MOSFET M6並且被鏡像到MOSFET M70因此，等於電流源I1的值的一半的電流被MOSFET M7衰弱，其流過二極體連接的MOSFET M170在一個實施方式中，由電流源I6提供的電流的值等於I1的值。因此，來自於源I6的電流的一半流過MOSFET M17，而取決於分別提供在端子 Sdi和、的電壓Vsdi和Vsd2的相對電平，可獲得MOSFET M15或M18任一個或兩者的平衡。在這種情況下，端子Vrora處的電壓將基本等於Vsdi或Vsd2中的較小者加上前述取決於N溝道與P溝道柵極一源極電壓之間的差值的偏移值，減去M17的柵極一源極電壓。M17的柵極一源極電壓的大小總是足夠確保Vrora處的電壓稍低於Vsdi或Vsd2中的較小者，如上所述其為根據本發明的可編程增益放大器中的單個CMOS開關的N溝道MOSFET部分的截止電壓的一個實施方式。圖10示意性示出了生成用於待控制的CMOS開關中的P溝道MOSFET的柵極驅動信號的附加電路。標示為Vm和Vhw的端子旨在連接到圖9中相同命名的端子。因此，圖 9中的MOSFETM3和M4的柵極和漏極端子被分別連接到圖10中的P溝道M0SFETM19和M22的柵極端子。圖10中標示為Vsdi和Vsd2的端子連接到圖9中相同命名的端子，以及連接到如圖3中所示的待控制的CMOS開關的信號端子SD1和SD2。在一個實施方式中，端子Vrap被連接到待控制的CMOS開關中的P溝道MOSFET的柵極端子。圖10中的N溝道MOSFETM23連同二極體連接的P溝道M0SFETM24、二極體連接的N 溝道MOSFETM25以及電流源I7 —起形成用於源極一漏極電壓Vsdi的第三源極跟隨緩衝器，以使得M25的源極處的電壓V-基本由下式給出VQNP = Vsin-Veffi3-Vse24-Ves25,其中，Ves23、Vse24以及Vcffi5分別為M23、M34、和Mm的柵極一源極(或源極一柵極)電壓，且所有的都為正量。隨著源極一漏極電壓Vsd發生變化，這些柵極一源極電壓基本恆定以至於電流源I7恆定，這是因為N溝道MOSFET M27的柵極在MOSFETM25的源極上提供可忽略不計的負載。M0SFETM23優選具有由工藝設計規則和電壓需求所允許的最小几何形狀，以便於是電壓Vsdi上的電容性負載最小化。在一個實施例的示例中，由電流源I7提供的電流值大約為10 μ Α，而MOSFEtM23 到M25的柵極一源極電壓的總和的標稱值為9V。因此，如上所述，MOSFETM25的源極處的電壓Vqnp將基本等於用於待控制的CMOS開關中的N溝道MOSFET的優選導通電壓。P溝道MOSFET M27和電流源18用作電壓Vqnp的源極跟隨緩衝器，以使得MOSFET M27 的源極處的電壓基本上等於VQNP+Vse27，其中電壓Vse27為MOSFET M27的源極一柵極電壓。用於電流源I8的優選值等於由圖9中的電流源I1所提供的電流值。參考圖9，當控制電壓VroNT· 為高時，來自於電流源I1的電流經由MOSFET M1引導到M3，且M0SFETM4中將基本上不存在電流流動。由於MOSFET M4 (圖8)和MOSFET M22 (圖9)的柵極和漏極被連接到一起，在P溝道 MOSFET Μ。中將基本上不存在電流流動。類似地，MOSFET M3 (圖8)的柵極和源極端子被分別連接到P溝道MOSFET M19 (圖9)的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M19優選具有等於MOSFET M3的柵極寬度一半的柵極寬度，導致從MOSFETM19的漏極獲得等於電流源I1所提供的電流值的一半的電流。參考圖10，電流流過二極體連接的N溝道MOSFET M2tl，其與N 溝道MOSFETM21形成電流鏡。因此，MOSFETM21的漏極電流將基本上等於圖9中的電流源I1 的漏極電流的一半。漏極電流將流過二極體連接的P溝道MOSFETM28，這是因為(如上所述的)M0SFETM22截止。MOSFETM22截止的事實還確保了二極體連接的N溝道MOSFET M32基本上不傳導電流。在這些情況下，MOSFET M27和^8每一個都將利用等於由電流源I1所提供的電流值的一半的源極一漏極電流工作。由於在這些情況下，MOSFET Μ27*『工作在基本上相同的電流，所以它們的柵極一源極電壓基本上相等。因此，端子νωΝΡ處的電壓基本上等於MOSFET Mm的源極(或Vqnp)處的電壓，如上所述，該電壓為用於可編程增益放大器中的單個CMOS開關的P溝道MOSFET部分的優選導通電壓。P溝道MOSFET M26連同電流源I9形成用於電壓Vsdi的第四源極跟隨緩衝器。N溝道 MOSFETM30連同電流源Iltl形成用於CMOS開關信號電壓Vsd2的第二源極跟隨緩衝器。MOSFET M26和M3tl優選具有由工藝設計規則和電壓需求所允許的最小几何形狀，以便於分別使電壓 Vsm和Vsd2上的電容性負載最小化。電流源I9和Iltl優選為基本相等的值，在實施例的一個示例中，均都等於10 μ A。MOSFET M26和M3tl的源極處的電壓將分別基本為Vsai = VSD1+VSG26 和Vs30 = VSD2+VSG3Q，其中電壓Vsg26和Vsg30分別為MOSFET M26和M30的源極一柵極電壓。由於MOSFET M26和M3tl工作在相同的電流水平，它們的源極一柵極電壓將基本上相等。N溝道 MOSFETM29和M31連同電流源I11形成「大於或等於」電路。MOSFETM29和M31優選為幾何形狀相同的器件。如果電壓Vs26基本上大於電壓Vs3tl,則基本上來自於I11的所有電流將由M29傳導，並且MOSFETM29和M31的源極接合點處的電壓Vffi9將為= VSD1+VSG26-VGS290如果電壓 Vs3tl基本上大於電壓Vs26，那麼基本上來自於電流源I11的所有電流將由MOSFET M31傳導，且 MOSFETM29和M31的源極接合點處的電壓將為= VSD2+VSG30-VGS31o注意到N溝道和P溝道 MOSFET的柵極一源極電壓具有相反的極性，電壓Vsffl將為電壓Vsdi或Vsd2中的較大者加上等於一個N溝道MOSFET與一個P溝道MOSFET的柵極一源極電壓的大小之間的差值的偏移電壓。參考圖9，當控制電壓Vromm為低時，來自於電流源I1的電流經由MOSFET M2引導到M4。此外，由於在MOSFET M3中基本上不存在電流流動，在圖10中的M0SFETM19中也基本上不存在電流流動。因此，圖10中的MOSFET M2tl、M2、和M28截止。M0SFETM4的柵極和源極端子被分別連接到圖10中的P溝道MOSFET 的柵極和源極端子，形成電流鏡。MOSFET M22 優選具有等於MOSFETM4的柵極寬度一半的柵極寬度，導致從MOSFETM22的漏極獲得等於電流源I1的值的一半的電流，其流過二極體連接的MOSFET M320電流源I11的值優選等於由電流源I1所提供的電流的值。因此，來自於電流源I11的電流的一半流過MOSFET M32，而取決於電壓Vsdi和Vsd2的相對電平，獲得MOSFET Mffl或M31中任一個，或兩者的平衡。在這些情況下，端子Vrap處的電壓將基本上等於兩個電壓Vsdi和Vsd2中的較大者加上取決於N溝道與P 溝道柵極一源極電壓之間的差值的前述偏移，加上MOSFET 的柵極一源極電壓。MOSFET M32的柵極一源極電壓的大小總是足以確保電壓Vewp將稍高於電壓Vsdi和Vsd2中的較大者， 如上所述，其為根據本發明的用於可編程增益放大器中的單個CMOS開關的P溝道MOSFET 部分的優選截止電壓。該構架的其它優勢為控制可編程增益放大器中的CMOS開關的導通和關斷的次數的能力。尤其在音頻的應用中，在組成開關的MOSFET的柵極上的快速電壓轉變經由柵極到溝道的電容可電容耦合到溝道，在增益轉變期間，導致可聽見的「嘀噠聲」。這種現象，有時稱作「電荷注入」，可以通過為N溝道和P溝道器件選擇幾何形狀來最小化，N溝道和P溝道器件組成在N溝道和P溝道器件之間導致匹配的柵極一溝道電容的開關。(在這種方案中， 每個器件的柵極由相反移動的信號來驅動，以使得兩個信號注入相等且相反的電荷注入到信號路徑，理論上其互相抵消。)然而，當柵極由非常快的上升次數驅動時，該方法在消除可聽見的嘀噠聲上幾乎從未完全成功。因此，以在開關中的MOSFET的柵極的導通電壓與關斷電壓之間的預定變換率來提供電壓斜升，對於用於音頻用途的可編程增益放大器的柵極驅動電路來說是有利的特徵。參考圖9，當電壓中的較快低一高轉變被應用到Vott■端子時，(a)來自於電流源I1的電流被從MOSFET M4引導到M3, (b)MOSFET M17被關斷，以及(c)MOSFET M8被導通。由於所有的相關節點具有相對較低的阻抗，該電流引導非常快速。然而，當MOSFET M8 導通時，它的漏極電流將不立即流經MOSFET M14，但必須首先為連接至Votn端子的任何負載電容充電。優選地，該節點上的主要負載電容為CMOS開關中的N溝道器件的柵極一溝道電容。這可能是十分重要的，這是因為，在低噪聲可編程增益放大器中所必需的低導通阻抗開關所需要的幾何形狀，與柵極驅動器電路中的器件的幾何形狀相比非常大。通過按比例決定電流源I1的值，且利用該值，電流源I3和I6的值成比例，開關中的N溝道器件的關斷與導通狀態之間的變換率可被控制。類似地，當在VeQNT·中施加快速的高一低變換時，MOSFET M8關斷且M0SFETM7非常迅速地導通。通過MOSFETM7衰減的電流為Votn端子上的負載電容(未示出)充電，其在開關的導通與關斷狀態之間提供受控制的斜升。對於本領域技術人員顯而易見的是，用於圖 10中所示的開關中的P溝道MOSFET的驅動電路將以與用於N溝道MOSFET的方式類似的方式工作。在優選實施例中，CMOS開關的幾何形狀在尺寸上按比例確定，以便滿足對於模擬增益放大器在它的各種可編程增益處所要求的噪聲及失真性能的需求。典型地，圖2中示出的增益控制開關S1-A將被按比例確定，以使得使最高增益設置激活的開關將具有最低的導通阻抗，並由此是最寬的開關。例如，在圖2中，增益控制開關、將為最寬的，而開關 S1將是最窄的。增益控制開關SF1-SFm優選將被按比例確定，以使得每一個的導通阻抗被選擇成與它的相關串聯電阻器Rfi-Rfm相比可忽略不計。一旦這些幾何形狀被選擇，相應的電流源I1, I3, I6, I8，和I11的值可以被選擇用於單獨的柵極驅動電流中的每一個，以便為所有開關的柵極電壓轉變提供相同的斜升率。具有較大的電容的較大的開關將具有電流I1,13， 16，18，和I11的較大的值，而具有較小的電容的較小的開關將具有電流IpIyI6J8，和I11的較小的值。在一個示例中，這些電流的範圍為1 μ A到16 μ Α,以便在用於所有開關的導通與關斷狀態之間獲得大約20 μ sec的轉變時間。可替換地，為了針對每個開關的幾何形狀按比例的決定I1和與其成比例的其它電流的值，電流I1和與其成比例的其它電流的值對於所有驅動電路可以是恆定的，且MOSFET M3到M8，以及MOSFETM19, M20和M21，以及M4到M5, M6, M7,和M22的寬度的比率可相反地被按比例確定成相關的開關中的器件的寬度，以獲得類似的結果。此外，如果用於導通到關斷和關斷到導通的轉變的柵極驅動電壓的不同變化率是理想的，可按比例確定MOSFET M7-M8以及 MOSFETM21-M22的寬度的比率。應該清楚地是，這裡所描述的總體方法可以被應用到其它可編程增益放大器和/ 或切換拓撲。特別地，所描述的開關驅動器可以被應用於共同未決申請的圖4中所示的可編程增益儀器放大器。它也可用於其它可編程增益放大器拓撲，以及用於簡單的切換拓撲， 其中低失真、低噪聲和高電壓性能是期望的。此外，可進行所採用的半導體器件的類型變化。應注意到，儘管圖3中示出的MOSFETMa和Me被描述成具有源極和漏極，應該意識到，在這些器件被使用的環境中(當開關具有施加的時變信號時)，每個MOSFET的哪個端子是源極以及哪個端子是漏極，隨著信號改變極性而切換。在一個實施例中，MOSFET為物理對稱的器件，偏壓條件識別並由此確定哪個端子用作源極，哪個端子用作漏極。對於N溝道器件，處於較低電勢(相對於柵極)的端子為源極而具有較高電勢的端子為漏極。P溝道器件的情形與此相反。所以柵極驅動電路相對於正確的端子保持適當的「柵極一源極電壓」。 在圖8的實施方式中，柵極驅動電路將適當的「柵極一源極電壓」保持為SDC的「小於或等於」 Block1和「大於或等於」 BlocIc2的輸出的函數。因此，應理解，每個MOSFET被描述成包括兩個源極一漏極端子，這是因為能夠根據MOSFET如何被偏壓來操作端子中的任一端子。因此，根據本公開提供了一種用於諸如共同未決申請中所描述的類型的低失真可編程增益放大器的新的以及改善的動態開關驅動器。該說明中所描述的示例實施例通過示例的方式而不是限定的方式給出，且各種變型、組合和替換可被本領域技術人員實現，而不在本公開的更廣泛方面在精神或範圍上偏離本公開以及不偏離附屬的權利要求中所闡述的本公開。用於共同未決申請中所描述的類型的低失真可編程增益放大器的新的以及改善的動態開關驅動器以及本文中所公開的公開方法，及其所有元件，都被包含在至少一個的所附權利要求的範圍內。目前所公開的系統及方法的元件都不打算被放棄，也不打算必然限定權利要求的解釋。在這些權利要求中，以單數形式引用元件，除非明確說明，不意味著 「一個或僅僅一個」，反而意味著「一個或多個」。已知的或者對於本領域技術人員稍後所知的、對於整個本公開所描述的各種實施例的元件的所有結構和功能的等價物，合併與此作為參考，且打算由權利要求所包括。而且，本文所公開的內容不打算用於公眾，不管這樣的公開是否在權利要求中明確敘述。沒有權利要求的元件將基於35 U. S. C. §112第六段的條款解釋，除非該元件利用短語「用於...的裝置，」所明確地敘述，或者在方法權利要求的情形中，該元件利用短語「用於...的步驟」來敘述。
權利要求
1.一種用於切換時變輸入信號的開關電路，所述開關電路包括至少一個開關，包括N溝道MOSFET和P溝道M0SFET，所述N溝道MOSFET和所述P溝道 MOSFET均具有被配置為接收驅動信號以改變所述開關的導通/關斷狀態的柵極；以及驅動電路，被配置和設置成選擇性施加一對驅動信號來改變所述開關的導通/關斷狀態，所述驅動電路被配置和設置成生成作為下述內容的函數的驅動信號(a)足夠改變所述開關的導通/關斷狀態的一對DC信號分量，以及(b)作為出現在每個MOSFET的源極端子上的信號的至少部分複製的一對時變信號分量，以使得當所述η溝道MOSFET和所述ρ溝道MOSFET的柵極分別施加有DC信號時，所述驅動信號將處於保持所述開關的所述導通/ 關斷狀態並且將每個MOSFET的柵極一源極電壓保持在所述MOSFET的柵極一源極擊穿限制內的適當水平。
2.根據權利要求1所述的開關電路，其中，所述MOSFET中的每一個包括兩個源極一漏極端子，並且所述MOSFET被配置為一個MOSFET的一個源極一漏極耦合到另一個MOSFET的一個源極一漏極，以形成MOSFET源極一漏極端子的第一耦合對，並且所述MOSFET的剩餘源極一漏極端子彼此耦合，以形成MOSFET源極一漏極端子的第二耦合對。
3.根據權利要求2所述的開關電路，其中，所述驅動電路包括具有耦合到MOSFET源極一漏極端子的一個耦合對的輸入端的第一緩衝放大器，以及具有耦合到第二對MOSFET 源極一漏極端子的輸入端的第二緩衝放大器，所述緩衝放大器中的每一個具有被配置成生成輸出信號的輸出端子，所述輸出信號基本上為所述時變輸入信號的複製品。
4.根據權利要求1所述的開關電路，其中，所述η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET均包括兩個源極一漏極端子，並且所述驅動電路被配置和設置成當所述開關處於關斷狀態時， 施加到所述η溝道MOSFET的柵極的電壓等於施加到所述η溝道MOSFET的最負源極一漏極的電壓或比施加到所述η溝道MOSFET的最負源極一漏極的電壓更負，施加到所述ρ溝道 MOSFET的柵極的電壓比施加到所述ρ溝道MOSFET的最正源極一漏極的電壓更正。
5.根據權利要求4所述的開關電路，其中，所述MOSFET被配置成一個MOSFET的一個源極一漏極耦合到另一 MOSFET的一個源極一漏極，以形成MOSFET源極一漏極端子的第一耦合對，並且所述MOSFET的剩餘源極一漏極端子彼此耦合，以形成MOSFET源極一漏極端子的第二耦合對。
6.根據權利要求1所述的開關電路，其中，所述η溝道MOSFET和ρ溝道MOSFET均包括兩個源極一漏極端子，並且所述驅動電路被配置和設置成當所述開關處於導通狀態時， 施加到所述η溝道MOSFET的柵極的電壓相對於其源極一漏極端子的電壓足夠正，以使得所述η溝道MOSFET提供期望的導通阻抗，並且施加到所述ρ溝道MOSFET的柵極的柵極一源極電壓相對於其源極一漏極端子的電壓足夠負，以使得所述P溝道MOSFET提供期望的導通阻抗，從而使得兩個MOSFET導電。
7.根據權利要求6所述的開關電路，其中，當所述開關處於導通狀態時，施加到所述η 溝道MOSFET的柵極的所述柵極一源極電壓比所述η溝道MOSFET的源極和漏極處的電壓更正，並且當所述開關處於導通狀態時，施加到所述P溝道MOSFET的柵極的所述柵極一源極電壓比所述P溝道MOSFET的源極和漏極處的電壓更負。
8.根據權利要求1所述的開關電路，還包括第一和第二電子控制選擇器，每一個選擇器具有第一和第二輸入端子、一個輸出端子以及一個控制端子，其中，所述控制端子被配置成接收確定所述第一輸入端子或所述第二輸入端子是否電耦合到所述輸出端子的控制信號，並且其中，兩個選擇器上的控制端子彼此耦合。
9.根據權利要求8所述的開關電路，還包括，(a)第一緩衝放大器，(b)第一偏移電壓發生器，具有耦合到所述第一緩衝放大器的輸出端的負端子，所述第一偏移電壓發生器包括耦合到第一電子控制選擇器的第一輸入端子的正端子，以及(c)第二偏移電壓發生器， 具有耦合到所述第一緩衝放大器的輸出端子的正端子，以及耦合到所述第二電子控制選擇器的第一輸入端子的負端子。
10.根據權利要求9所述的開關電路，還包括小於或等於電路，所述小於或等於電路包括用於接收第一輸入信號的第一輸入端子、用於接收第二輸入信號的第二輸入端子、以及用於生成與兩個輸入信號中的更負的一個成比例的輸出信號的輸出端子。
11.根據權利要求10所述的開關電路，還包括大於或等於電路，所述大於或等於電路包括用於接收第一輸入信號的第一輸入端子、用於接收第二輸入信號的第二輸入端子、以及用於生成與兩個輸入信號中的更正的一個成比例的輸出信號的輸出端子。
12.根據權利要求11所述的開關電路，其中，所述第一緩衝放大器的所述輸出端子被耦合到所述小於或等於電路的所述第一輸入端子以及所述大於或等於電路的所述第一輸入端子，所述第二緩衝放大器的所述輸出端子被耦合到所述小於或等於電路的所述第二輸入端子以及所述大於或等於電路的所述第二輸入端子，所述小於或等於電路的所述輸出端子被耦合到所述第一電子控制選擇器的所述第二輸入端子，所述大於或等於電路的所述輸出端子被耦合到所述第二電子控制選擇器的所述第二輸入端子，其中，當施加到兩個選擇器的所述控制信號處於一個狀態時，添加到來自所述第一緩衝放大器的所述輸出信號並且由所述第一偏移電壓發生器生成的偏移電壓被耦合到所述開關的所述N溝道MOSFET的所述柵極，而從所述第一緩衝放大器的所述輸出信號減去並且由所述第二偏移電壓發生器生成的偏移電壓被耦合到所述開關的所述P溝道MOSFET的所述柵極，並且當施加到所述兩個選擇器的所述控制信號處於第二狀態時，所述兩個緩衝放大器中的所述輸出中更負的一個輸出被耦合到所述N溝道MOSFET的所述柵極，而來自於所述兩個緩衝放大器中的所述輸出中更正的一個輸出被耦合到所述開關的所述P溝道M0SFET。
13.根據權利要求1所述的開關電路，其中，所述驅動電路被配置和設置成生成一對驅動信號以控制所述開關的導通/關斷狀態，並且還被配置成使得所述信號在導通與關斷狀態之間的轉換以預定速率發生。
14.一種使用至少一個開關切換時變輸入信號的方法，所述開關包括N溝道MOSFET和 P溝道M0SFET，所述N溝道MOSFET和所述P溝道MOSFET均具有被配置成接收用於改變所述開關的導通/關斷狀態的驅動信號的柵極，所述方法包括通過生成作為下述內容的函數的驅動信號(a)足夠改變所述開關的導通/關斷狀態的一對DC信號分量，以及(b)作為出現在每個MOSFET的源極端子上的信號的至少部分複製的一對時變信號分量，來選擇性施加用於改變所述開關的導通/關斷狀態的驅動信號， 使得當分別向所述η溝道MOSFET和所述ρ溝道MOSFET的所述柵極施加所述DC信號時，所述驅動信號將處於保持所述開關的導通/關斷狀態並且將每個MOSFET的柵極一源極電壓保持在所述MOSFET的柵極一源極擊穿限制內的適當水平。
15.根據權利要求M的方法，其中，所述信號在導通與關斷狀態之間的轉換以預定速率發生。
全文摘要
一種用於切換時變輸入信號的開關電路，該開關電路包括包含N溝道MOSFET(MB)和P溝道MOSFE(MA)的至少一個開關，所述N溝道MOSFET(MB)和P溝道MOSFE(MA)均具有被配置成接收用於改變所述開關的導通/關斷狀態的驅動信號的柵極；以及驅動電路(5DC)，所述驅動電路被配置和設置成選擇性施加用於改變所述開關的導通/關斷狀態的一對驅動信號，所述驅動電路被配置和設置生成作為下述內容的函數的驅動信號(a)足夠改變所述開關的導通/關斷狀態的一對DC信號分量，以及(b)作為出現在每個MOSFET的源極端子上的信號的至少部分複製的一對時變信號分量(Vonn，Vonp)，以使得當分別向所述n溝道和p溝道MOSFET的柵極施加DC信號時，所述驅動信號將處於保持所述開關的導通/關斷狀態並且將每個MOSFET的柵極—源極電壓保持在MOSFET的柵極—源極擊穿限制內的適當水平。
文檔編號H03K17/06GK102577111SQ201080045721
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月16日 優先權日2009年8月14日
發明者G·K·赫伯特 申請人:塔特公司