柵壓自舉電路原理詳解

在ADC中，采樣開關(guān)引起的誤差主要由兩個(gè)因素導(dǎo)致，分別是電荷注入和導(dǎo)通電阻非線性。前者主要由MOS管導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)電溝道電荷的產(chǎn)生和消失引起。當(dāng)一個(gè)MOS管工作在三極管區(qū)時(shí)，溝道電荷的大小為：

當(dāng)開關(guān)關(guān)斷的時(shí)候，溝道電荷需要消失，電荷只能流入到MOS管本身的S端或D端，對(duì)兩端的電壓造成影響。因此流入采樣電容上的電荷會(huì)產(chǎn)生一個(gè)offset，offset的大小取決于多個(gè)因素，如：工藝、晶體管尺寸、輸入電壓和開關(guān)時(shí)序等。最重要的是offset和輸入相關(guān)，這會(huì)在采樣時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)生諧波。

導(dǎo)通電阻非線性主要由開關(guān)導(dǎo)通電阻與輸入信號(hào)的相關(guān)性引起。下圖為導(dǎo)通電阻的大?。?/p>

可以看到，無(wú)論哪種因素，當(dāng)VS=VIN時(shí)，過驅(qū)動(dòng)電壓VGS都是輸入電壓的函數(shù)。

下圖所示為柵壓自舉電路，該電路理論上可以擺脫VGS對(duì)輸入信號(hào)的依賴，使VGS成為一個(gè)恒定值，提升導(dǎo)通電阻線性度，降低諧波。

圖1 柵壓自舉電路

在CLK=0時(shí)，電容器CB被M1和M2預(yù)充電到V DD。M3和M4緊接地輸出時(shí)鐘CLK OUT，關(guān)閉M8和M10，而M5關(guān)閉M7。

當(dāng)CLK=1時(shí)，M6打開M7, M7打開M8，M8和M9在CB的底板處分別得到VIN。這使得CB的上板變成V DD + VIN并由M7向CLK OUT提供這個(gè)值。實(shí)際上，這個(gè)值會(huì)被寄生電容C P衰減。該寄生電容主要是M2和M7的體寄生電容和版圖的走線寄生構(gòu)成。因此，在自舉電路的有效性和電路可達(dá)到的最大采樣速度之間存有一個(gè)折中關(guān)系。

M4 的作用是在CLK=1階段降低了對(duì)M3施加的VDS和VGS，確保不會(huì)有超壓風(fēng)險(xiǎn)。M4和M3一般需要足夠大，使之不會(huì)在采樣時(shí)鐘的下降沿引入過多的抖動(dòng)噪聲。而M10確保整個(gè)采樣階段M7的持續(xù)導(dǎo)通。

注意：圖1中的M9并不是必須的。它是一個(gè)虛擬開關(guān)，以平衡在CLKOUT看到的負(fù)載，并確保對(duì)稱性(和后級(jí)電路相關(guān))。