电荷注入消除电路、模拟开关电路以及采样装置

摘要

本申请公开了电荷注入消除电路、模拟开关电路以及采样装置，通过在电荷注入消除电路的第二场效应管的栅极与第二场效应管的源极串接第一电容，并在第二场效应管的栅极与第二场效应管的漏极串接第二电容，对第二场效应管的栅极电容进行补偿。以减小或消除第一场效应管和第二场效应管在切换通断状态下出现的电荷注入效应。当将电荷注入消除电路应用在采样系统中的模拟开关中，能够减小或消除电荷注入效应，以减少采集系统的采集增益误差和直流失调等非线性效应，从而提高采样系统的采样的精度。同时模拟开关电路得益于宽范围的电压供电，支持单、双电源供电，因此具备较小的导通电阻，低导通电阻使模拟开关电路的数据采样的线性度提高。

说明书

技术领域

本申请属于模拟开关技术领域，尤其涉及一种电荷注入消除电路、模拟开关电路以及采样装置。

背景技术

由于传统的模拟开关的NMOS管和PMOS管两者的栅极电容不同，因此传统的模拟开关在打开或者关断时，少量电荷会从模拟开关的数字控制线上通过电容耦合至模拟信号通路，从而产生电荷注入效应，电荷注入效应会对模拟开关的输出造成干扰。当将传统结构的模拟开关应用在采样系统时，采样系统会因为模拟开关的电荷注入效应出现增益误差、直流失调和非线性误差，从而导致采样系统出现采样精度低的问题。

发明内容

本申请的目的在于提供电荷注入消除电路，旨在解决传统的模拟开关应用在采样系统会出现采样精度低的问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种电荷注入消除电路，包括第一场效应管、第二场效应管、第一电容以及第二电容；

所述第一场效应管的栅极连接至所述电荷注入消除电路的第一控制信号输入端，所述第一场效应管的源极、所述第二场效应管的源极以及所述第一电容的第一端共接且连接至所述电荷注入消除电路的第一输入信号输入端，所述第一场效应管的漏极、所述第二场效应管的漏极以及所述第二电容的第一端共接且连接至所述电荷注入消除电路的输出信号输出端，所述第二场效应管的栅极、所述第一电容的第二端以及所述第二电容的第二端共接且连接至所述电荷注入消除电路的第二控制信号输入端；

其中，第一场效应管的栅极电容大于第二场效应管的栅极电容；所述第一场效应管为PMOS管，所述第二场效应管为NMOS管。

其中一实施例中，包括控制电路和如第一方面所述的电荷注入消除电路；

所述控制电路，与所述电荷注入消除电路连接，配置为根据第二输入信号生成所述第一控制信号和所述第二控制信号。

其中一实施例中，所述控制电路包括：

反相模块，配置为根据所述第二输入信号生成第一电平信号和第二电平信号；其中所述第一电平信号和所述第二电平信号的相位相反；

移位模块，与所述反相模块连接，配置为将所述第一电平信号和所述第二电平信号的电压最大值拉高，和/或将所述第一电平信号和第二电平信号的电压最小值拉低，以生成所述第一控制信号和所述第二控制信号；其中所述第一控制信号和所述第二控制信号的相位相反。

其中一实施例中，所述反相模块包括：

第一反相组件，配置为对所述第二输入信号进行反相并输出所述第一电平信号；和

第二反相组件，与所述第一反相组件连接，配置为对所述第一电平信号进行反相并生成所述第二电平信号。

其中一实施例中，所述移位模块包括：

第一移位组件，分别与所述反相模块和正电压电源连接，配置为对所述第一电平信号和所述第二电平信号的电压最大值拉高至正电源电压，以生成第三电平信号和第四电平信号；其中，所述正电压电源输出所述正电源电压，所述第三电平信号和所述第四电平信号的相位相反；

第二移位组件，分别与所述第一移位组件和负电压电源连接，配置为对所述第三电平信号和所述第四电平信号的电压最小值拉低至负电源电压，以生成所述第二控制信号；以及

第三反相组件，与所述第二移位组件连接，配置为根据对所述第二控制信号进行反相以生成所述第一控制信号。

其中一实施例中，所述第一反相组件包括第三场效应管和第四场效应管；

所述第三场效应管的栅极和所述第四场效应管的栅极连接且连接至所述第一反相组件的第二输入信号输入端，所述第三场效应管的源极和所述第三场效应管的衬底连接且连接至逻辑电源，所述第四场效应管的源极与电源地连接，所述第四场效应管的衬底与负电压电源连接，所述第三场效应管的漏极和所述第四场效应管的漏极连接且连接至所述第一反相组件的第一电平信号输出端；

所述第二反相组件包括第五场效应管和第六场效应管；

所述第五场效应管的栅极和所述第六场效应管的栅极连接且连接至所述第二反相组件的第一电平信号输入端，所述第五场效应管的源极和所述第五场效应管的衬底连接且连接至逻辑电源，所述第六场效应管的源极与电源地连接，所述第六场效应管的衬底与负电压电源连接，所述第五场效应管的漏极和所述第六场效应管的漏极连接且连接至所述第二反相组件的第二电平信号输出端。

其中一实施例中，所述第一移位组件包括第七场效应管、第八场效应管、第九场效应管以及第十场效应管；

所述第八场效应管的栅极连接至所述第一移位组件的第一电平信号输入端，所述第十场效应管的栅极连接至所述第一移位组件的第二电平信号输入端，所述第七场效应管的漏极、所述第八场效应管的漏极以及第九场效应管的栅极共接且连接至所述第一移位组件的第三电平信号输出端，所述第七场效应管的栅极、所述第九场效应管的漏极以及所述第十场效应管的漏极共接且连接至所述第一移位组件的第四电平信号输出端，所述第七场效应管的源极、所述第七场效应管的衬底、所述第九场效应管的源极以及所述第九场效应管的衬底共接且连接至所述正电压电源，所述第八场效应管的源极和所述第十场效应管的源极均与电源地连接，所述第八场效应管的衬底和所述第十场效应管的衬底共接且连接至所述负电压电源。

其中一实施例中，所述第二移位组件包括第十一场效应管、第十二场效应管、第十三场效应管以及第十四场效应管；

所述第十一场效应管的栅极连接至所述第二移位组件的第三电平信号输入端，所述第十三场效应管的栅极连接至所述第二移位组件的第四电平信号输入端，所述第十二场效应管的栅极、所述第十三场效应管的漏极以及第十四场效应管的漏极共接且连接至所述第二移位组件的第二控制信号输出端，所述第十一场效应管的漏极、所述第十二场效应管的漏极以及所述第十四场效应管的栅极共接，所述第十一场效应管的源极、所述第十一场效应管的衬底、所述第十三场效应管的源极以及所述第十三场效应管的衬底共接且连接至所述正电压电源，所述第十二场效应管的源极、所述第十二场效应管的衬底、所述第十四场效应管的源极以及所述第十四场效应管的衬底共接且连接至所述负电压电源。

其中一实施例中，所述第三反相组件包括第十五场效应管和第十六场效应管；

所述第十五场效应管的栅极和所述第十六场效应管的栅极连接且连接至所述第三反相组件的第二控制信号输入端，所述第十五场效应管的源极和所述第十五场效应管的衬底连接且连接至所述正电压电源，所述第十六场效应管的源极和所述第十六场效应管的衬底连接且连接至所述负电压电源，所述第十五场效应管的漏极和所述第十六场效应管的漏极连接且连接至所述第三反相组件的第一控制信号输出端。

本申请实施例的第三方面提供了一种采样装置，包括如第二方面任一项所述的模拟开关电路。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：通过在电荷注入消除电路的第二场效应管的栅极与第二场效应管的源极串接第一电容，并在第二场效应管的栅极与第二场效应管的漏极串接第二电容，对第二场效应管的栅极电容进行补偿。以使补偿之后的第二场效应管的栅极电容与第一场效应管的栅极电容的差值减小或为0，以减小或消除第一场效应管和第二场效应管在切换通断状态下出现的电荷注入效应。当将电荷注入消除电路应用在采样系统中的模拟开关中，能够减小或消除电荷注入效应，以减少采集系统的采集增益误差和直流失调等非线性效应，从而提高采样系统的采样的精度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的电荷注入消除电路的示例电路原理图；

图2为本申请实施例提供的模拟开关电路的第一示例原理框图；

图3为本申请实施例提供的模拟开关电路的第二示例原理框图；

图4为本申请实施例提供的模拟开关电路的第三示例原理框图；

图5为本申请实施例提供的模拟开关电路的示例电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

请参阅图1，本申请实施例提供了一种电荷注入消除电路，包括第一场效应管M1、第二场效应管M2、第一电容C1以及第二电容C2。

第一场效应管M1的栅极连接至电荷注入消除电路的第一控制信号输入端CN1，第一场效应管M1的源极、第二场效应管M2的源极以及第一电容C1的第一端共接且连接至电荷注入消除电路的第一输入信号输入端IN，第一场效应管M1的漏极、第二场效应管M2的漏极以及第二电容C2的第一端共接且连接至电荷注入消除电路的输出信号输出端OUT，第二场效应管M2的栅极、第一电容C1的第二端以及第二电容C2的第二端共接且连接至电荷注入消除电路的第二控制信号输入端CN2。

其中，第一场效应管M1的栅极电容大于第二场效应管M2的栅极电容。

在本实施例中，当第一控制信号和第二控制信号产生电平转换时，第一场效应管M1和第二场效应管M2的通断随之变化，例如第一控制信号由高电平转换成低电平且第二控制信号由低电平转换成高电平时，第一场效应管M1和第二场效应管M2均由截止状态转变为导通状态；第一控制信号由低电平转换成高电平且第二控制信号由高电平转换成低电平时，第一场效应管M1和第二场效应管M2均由导通状态转变为截止状态。第一场效应管M1的栅极电容大于第二场效应管M2的栅极电容，使得第一场效应管M1的导通电阻和第二场效应管M2的导通电阻的阻值接近以使第一输入信号在第一场效应管M1和第二场效应管M2的导通时间接近。通过在第二场效应管M2的栅极与第二场效应管M2的源极串接第一电容C1，并在第二场效应管M2的栅极与第二场效应管M2的漏极串接第二电容C2，对第二场效应管M2的栅极电容进行补偿。补偿之后的第二场效应管M2的栅极电容与第一场效应管M1的栅极电容的差值减小或为0，以减小或消除第一场效应管M1和第二场效应管M2在切换通断状态下出现的电荷注入效应。当将电荷注入消除电路应用在采样系统中的模拟开关中，能够减小或消除电荷注入效应，以减少采集系统的采集增益误差和直流失调等非线性效应，从而提高采样系统的采样的精度。

其中一实施例中，第一场效应管M1为PMOS管，第二场效应管M2为NMOS管。第一场效应管M1对应的PMOS管的晶体管尺寸为第二场效应管M2对应的NMOS管的晶体管尺寸的两倍，晶体管尺寸指的是晶体管的面积。

请参阅图2，本申请实施例还提供一种模拟开关电路，包括控制电路100和如上述任一实施例的电荷注入消除电路200。因为本实施例的模拟开关电路包含上述任一实施例的电荷注入消除电路200，因此本实施例的模拟开关电路至少包含上述任一实施例的电荷注入消除电路200对应的有益效果。

控制电路100，与电荷注入消除电路200连接，配置为根据第二输入信号生成第一控制信号和第二控制信号。

其中，第一控制信号和第二控制信号的相位相反。相位相反是指其中一个信号的电压达到最大值时另外一个信号的电压达到最小值。相位相同是指两个信号的电压同时达到最大值或同时达到电压最小值。

在本实施例中，控制电路100根据第二输入信号生成适用于控制电荷注入消除电路200的第一控制信号和第二控制信号，因此控制电路100能够根据第二输入信号控制电荷注入消除电路200的通断，从而控制电荷注入消除电路200是否将第一输入信号作为输出信号进行输出。

其中，第二输入信号为外界输入的信号，第二输入信号为数字信号。

请参阅图3，其中一实施例中，控制电路100包括反相模块110和移位模块120。

反相模块110，配置为根据第二输入信号生成第一电平信号和第二电平信号；其中第一电平信号和第二电平信号的相位相反。

移位模块120，与反相模块110连接，配置为将第一电平信号和第二电平信号的电压最大值拉高，和/或将第一电平信号和第二电平信号的电压最小值拉低，以生成第一控制信号和第二控制信号；其中第一控制信号和第二控制信号的相位相反。

在本实施例中，反相模块110根据第二输入信号生成相位相反的第一电平信号和第二电平信号，并将第一电平信号和第二电平信号输出至移位模块120。移位模块120将第一电平信号和第二电平信号的电压最大值拉高以生成第一控制信号和第二控制信号，或将第一电平信号和第二电平信号的电压最小值拉低以生成第一控制信号和第二控制信号，或将第一电平信号和第二电平信号的电压最大值拉高且将第一电平信号和第二电平信号的电压最小值拉低以生成第一控制信号和第二控制信号。因此通过移位模块120生成的第一控制信号和第二控制信号的电压范围增大，第一控制信号的电压范围增大是指第一控制信号的电压最大值与电压最小值的差值增大，第二控制信号的电压范围增大是指第二控制信号的电压最大值与电压最小值的差值增大。因此作用在第一场效应管M1和第二场效应管M2的电压范围增大，以使第一场效应管M1和第二场效应管M2导通时的电阻降低，从而使得第一输入信号转化成输出信号的线性度更高。因此在将本实施例的模拟开关电路应用在采样系统时，能够提高数据采样的线性度，从而提高采样的精度。

请参阅图4，其中一实施例中，反相模块110包括第一反相组件111和第二反相组件112。

第一反相组件111，配置为对第二输入信号进行反相并输出第一电平信号。

第二反相组件112，与第一反相组件111连接，配置为对第一电平信号进行反相并生成第二电平信号。

在本实施例中，第一反相组件111对第二输入信号进行反相生成第一电平信号，第二反相组件112对第一电平信号进行反相生成第二电平信号，第一电平信号和第二电平信号的电平适用于后续的控制需要。

请参阅图4，其中一实施例中，移位模块120包括第一移位组件121、第二移位组件122以及第三反相组件123。

第一移位组件121，分别与反相模块110和正电压电源连接，配置为将第一电平信号和第二电平信号的电压最大值拉高至正电源电压，以生成第三电平信号和第四电平信号；其中，正电压电源输出正电源电压，第三电平信号和第四电平信号的相位相反。

第二移位组件122，分别与第一移位组件121和负电压电源连接，配置为将第三电平信号和第四电平信号的电压最小值拉低至负电源电压，以生成第二控制信号。

第三反相组件123，与第二移位组件122连接，配置为根据对第二控制信号进行反相以生成第一控制信号。

在本实施例中，第一移位组件121将第一电平信号和第二电平信号的电压最大值拉高至正电源电压，以生成相位相反的第三电平信号和第四电平信号。第二移位组件122将第三电平信号和第四电平信号的电压最小值拉低至负电源电压以生成第二控制信号。第三反相组件123对第二控制信号进行反相以生成第一控制信号。第二控制信号的电压最大值和第一控制信号的电压最大值均被拉高，第二控制信号的电压最小值和第一控制信号的电压最小值均被拉低，所以第二控制信号和第一控制信号的电压范围变宽，降低了模拟开关电路的导通电阻。

请参阅图5，其中一实施例中，第一反相组件111包括第三场效应管M3和第四场效应管M4。

第三场效应管M3的栅极和第四场效应管M4的栅极连接且连接至第一反相组件111的第二输入信号输入端，第三场效应管M3的源极和第三场效应管M3的衬底连接且连接至逻辑电源，第四场效应管M4的源极与电源地连接，第四场效应管M4的衬底与负电压电源连接，第三场效应管M3的漏极和第四场效应管M4的漏极连接且连接至第一反相组件111的第一电平信号输出端。

请参阅图5，其中一实施例中，第二反相组件112包括第五场效应管M5和第六场效应管M6。

第五场效应管M5的栅极和第六场效应管M6的栅极连接且连接至第二反相组件112的第一电平信号输入端，第五场效应管M5的源极和第五场效应管M5的衬底连接且连接至逻辑电源，第六场效应管M6的源极与电源地连接，第六场效应管M6的衬底与负电压电源连接，第五场效应管M5的漏极和第六场效应管M6的漏极连接且连接至第二反相组件112的第二电平信号输出端。

请参阅图5，其中一实施例中，第一移位组件121包括第七场效应管M7、第八场效应管M8、第九场效应管M9以及第十场效应管M10。

第八场效应管M8的栅极连接至第一移位组件121的第一电平信号输入端，第十场效应管M10的栅极连接至第一移位组件121的第二电平信号输入端，第七场效应管M7的漏极、第八场效应管M8的漏极以及第九场效应管M9的栅极共接且连接至第一移位组件121的第三电平信号输出端，第七场效应管M7的栅极、第九场效应管M9的漏极以及第十场效应管M10的漏极共接且连接至第一移位组件121的第四电平信号输出端，第七场效应管M7的源极、第七场效应管M7的衬底、第九场效应管M9的源极以及第九场效应管M9的衬底共接且连接至正电压电源，第八场效应管M8的源极和第十场效应管M10的源极均与电源地连接，第八场效应管M8的衬底和第十场效应管M10的衬底共接且连接至负电压电源。

请参阅图5，其中一实施例中，第二移位组件122包括第十一场效应管M11、第十二场效应管M12、第十三场效应管M13以及第十四场效应管M14。

第十一场效应管M11的栅极连接至第二移位组件122的第三电平信号输入端，第十三场效应管M13的栅极连接至第二移位组件122的第四电平信号输入端，第十二场效应管M12的栅极、第十三场效应管M13的漏极以及第十四场效应管M14的漏极共接且连接至第二移位组件122的第二控制信号输出端，第十一场效应管M11的漏极、第十二场效应管M12的漏极以及第十四场效应管M14的栅极共接，第十一场效应管M11的源极、第十一场效应管M11的衬底、第十三场效应管M13的源极以及第十三场效应管M13的衬底共接且连接至正电压电源，第十二场效应管M12的源极、第十二场效应管M12的衬底、第十四场效应管M14的源极以及第十四场效应管M14的衬底共接且连接至负电压电源。

请参阅图5，其中一实施例中，第三反相组件123包括第十五场效应管M15和第十六场效应管M16。

第十五场效应管M15的栅极和第十六场效应管M16的栅极连接且连接至第三反相组件123的第二控制信号输入端，第十五场效应管M15的源极和第十五场效应管M15的衬底连接且连接至正电压电源，第十六场效应管M16的源极和第十六场效应管M16的衬底连接且连接至负电压电源，第十五场效应管M15的漏极和第十六场效应管M16的漏极连接且连接至第三反相组件123的第一控制信号输出端。

下面结合工作原理对图5所示的模拟开关电路进行说明：

当第二输入信号为逻辑低电平时，第二输入信号分别作用在第三场效应管M3的栅极和第四场效应管M4的栅极，第三场效应管M3导通且第四场效应管M4截止，第三场效应管M3输出高电平的第一电平信号，并作用在第五场效应管M5的栅极和第六场效应管M6的栅极。第五场效应管M5截止且第六场效应管M6导通，第六场效应管M6输出低电平的第二电平信号。

高电平的第一电平信号作用在第八场效应管M8的栅极，第八场效应管M8导通。低电平的第二电平信号作用在第十场效应管M10的栅极，第十场效应管M10截止。第九场效应管M9的栅极和第十一场效应管M11的栅极均通过第八场效应管M8与电源地连接，电源地作为低电平的第三电平信号作用在第十一场效应管M11的栅极，第九场效应管M9和第十一场效应管M11均导通。正电压电源输出的正电源电压通过第九场效应管M9分别作用在第七场效应管M7的栅极和第十三场效应管M13的栅极，第七场效应管M7和第十三场效应管M13均截止。正电源电压通过第九场效应管M9作为高电平的第四电平信号作用在第十三场效应管M13的栅极，此时第四电平信号的高电平的最大电压值与正电源电压相同。正电源电压通过第十一场效应管M11作用在第十四场效应管M14的栅极，第十四场效应管M14导通。负电源电压通过第十四场效应管M14作为低电平的第二控制信号分别输出至第二场效应管M2的栅极、第十五场效应管M15的栅极以及第十六场效应管M16的栅极。第二场效应管M2截止，第十五场效应管M15导通，第十六场效应管M16截止，正电源电压通过第十五场效应管M15作为高电平的第一控制信号输出至第一场效应管M1的栅极，以使第一场效应管M1截止。第一场效应管M1和第二场效应管M2均截止，因此模拟开关电路处于截止状态，此时第一场效应管M1和第二场效应管M2停止根据第一输入信号输出输出信号。

当第二输入信号为逻辑高电平时，第二输入信号分别作用在第三场效应管M3的栅极和第四场效应管M4的栅极，第三场效应管M3截止且第四场效应管M4导通，第四场效应管M4输出低电平的第一电平信号，并作用在第五场效应管M5的栅极和第六场效应管M6的栅极。第五场效应管M5导通且第六场效应管M6截止，第五场效应管M5输出高电平的第二电平信号。

低电平的第一电平信号作用在第八场效应管M8的栅极，第八场效应管M8截止。高电平的第二电平信号作用在第十场效应管M10的栅极，第十场效应管M10导通。第七场效应管M7的栅极和第十三场效应管M13的栅极均通过第十场效应管M10与电源地连接，第七场效应管M7导通；电源地作为低电平的第三电平信号作用在第十三场效应管M13的栅极，第十三场效应管M13导通。正电压电源输出的正电源电压通过第七场效应管M7分别作用在第九场效应管M9的栅极和第十一场效应管M11的栅极，第九场效应管M9和第十一场效应管M11均截止。正电源电压通过第七场效应管M7作为高电平的第三电平信号作用在第十一场效应管M11的栅极，此时第三电平信号的高电平的最大电压值与正电源电压相同。正电源电压通过第十三场效应管M13作用在第十二场效应管M12的栅极，第十二场效应管M12导通。且正电源电压通过第十三场效应管M13作为高电平的第二控制信号分别输出至第二场效应管M2的栅极、第十五场效应管M15的栅极以及第十六场效应管M16的栅极。第二场效应管M2导通，第十五场效应管M15截止，第十六场效应管M16导通，负电源电压通过第十六场效应管M16作为低电平的第一控制信号输出至第一场效应管M1的栅极，以使第一场效应管M1导通。第一场效应管M1和第二场效应管M2均导通，因此模拟开关电路处于导通状态，此时第一输入信号通过第一场效应管M1和第二场效应管M2作为输出信号进行输出。

本申请本实施例还提供了一种采样装置，包括如上列任一实施例的模拟开关电路。因为本实施例的采样装置包含如上列任一实施例的模拟开关电路，因此本实施例的采样装置至少包含如上列任一实施例的模拟开关电路。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。