专利名称：一种数据采样/保持电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及集成电路领域的一种数据采样/保持电路。
技术背景数据采样/保持电路是用在模拟/数字(A/D)转换系统中的一种电路，作用 是采集模拟输入信号在某一时刻的瞬时值，并在模数转换器进行转换期间保持 输出电压不变，以供模数转换。在CMOS工艺中，简单的采样/保持电路是由一个M0S管和一个电容组成的。 如图l，当Vg为高电平时，醒0S管导通(NM0S管相当于一个线性电阻)，于是 输出Vout跟随输入Vin变化；当Vg为低电平时，NM0S管截止，于是输出和输 入被隔开，电容上保存了醒0S截止前一瞬间的输入信号VouU。实际应用中，图l中的电路不足之处是当醒0S管关断时，时钟溃通和电 荷注入效应会对输出产生影响，同时由于是对电容上极板采样，电路对寄生电 容敏感。实用新型内容有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种数据采样/保持电路，以减小时 钟溃通和电荷注入效应对采样输出的影响。为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下一种数据采样/保持电路，包括第一模拟开关和采样电容，第一模拟开关具 有一输入端、 一输出端和一控制端，所述采样电容的下极板与第一模拟开关的 输出端连接，其特征在于该数据采样/保持电路还包括第二模拟开关，第二模拟 开关具有一输入端、 一输出端和一控制端，第二模拟开关的输出端与所述采样 电容的上极板连接形成采样输出端。所述第一模拟开关的控制端接第一采样控制信号，其输入端接采样输入信号所述第二模拟开关的控制端接第二采样控制信号，其输入端接地。 所述第一、第二模拟开关分别采用第一、第二晶体管，两个晶体管具有第 一、第二和第三电极，所述第一、第二和第三电极分别对应模拟开关的控制端、输入端和输出端。所述第一、第二晶体管为第一、第二應0S管，所述第一、第二和第三电极分别为栅极、源极和漏极。所述第一醒OS管的栅极接第一采样控制信号，其源极接采样输入信号，所述第二画os管的栅极接第二采样控制信号，其源极接地，第一采样控制信号的下降沿迟于第二采样控制信号的下降沿。本实用新型突破传统方法，提供一种对采样电容下极板进行采样的数据采 样/保持电路。通过一个模拟开关控制采样输入信号和采样电容下极板的连接和 断开，通过另一个模拟开关控制采样电容上极板和接地端之间的连接和断开， 采用不同的采样控制信号按一定的控制时序控制两个模拟开关的通断，实现数 据的采样和保持。本实用新型的有益效果在于通过采样电容下极板对采样输入信号进行数据采集，减小了时钟溃通和电 荷注入效应对采样输出的影响，同时避免了寄生电容对电路的影响。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的阐述。附图1为传统的数据采样/保持电路原理图及其简单时序图； 附图2为本实用新型的数据采样/保持电路原理图及其简单时序图； 附图3为本实用新型的应用实例的电路结构图； 附图4为本实用新型的应用实例的分部等效电路图。
具体实施方式
如图2 (a)所示， 一种数据采样/保持电路，包括第一匪OS管Ma、采样电 容C、第二NMOS管Mb。第一丽OS管Ma的源极和采样输入信号Vin连接，其漏 极与采样电容C的下极板连接。采样电容C的上极板连接第二薩0S管Mb的漏 极形成采样输出端A，第二丽0S管Mb的源极接地。第 丽0S管Ma的栅极受第 一采样控制信号(D控制，第二醒0S管Mb的栅极受第二采样控制信号①b控制， 第一采样控制信号O和第二采样控制信号Ob的时序见图2 (b)。电路的数据采样/保持原理如下先将采样控制信号O和Ob设置为高电平，第一 丽0S管Ma和第二 NM0S管 Mb导通，采样电容C的上极板即采样输出端A接地，采样输入信号Vin输入到 采样电容C的下极板，采样电容C两极板间的电压Vout随着采样输入电压Vin 作相应变化。然后第二采样控制信号Ob由高变低，这时第二丽OS管Mb截止， 采样电容C的上极板和地之间的通路被截断，采样电容C极板上的电荷也因此 失去放电回路。此时采样电容C极板上保存的电荷为2二CW"。此后，无论电容 下极板的电压如何变化，采样电容C两极板间的电压差Ar始终保持不变。延迟 一段时间后，第一采样控制信号O变为低电平，第一NMOS管Ma关断，采样电 容C上极板电压为^^ = W"1 + Ar，其中Vinl为第一丽OS管Ma关断瞬间采样输 入信号的电压值。从图2中可以看出，当第一醒0S管Ma关断后，即使其沟道 内有电荷注入到电容上，采样电容C的上极板即采样输出端A的电压 &w = P7"l +AF始终不变，因此减小了电荷注入效应对采样输出电压值的影响， 同时避免了寄生电容对电路的影响。下面介绍本实用新型具体的一种应用实例。应用实例以本实用新型所述的数据采样/保持方法及其电路为基础，加上 单位增益缓冲器，可以构成单位增益采样器。单位增益采样器最大的优点是电 荷注入与输入无关。同时，衬底耦合噪声既可以看作是采样器的采样/保持电路 的采样输入电压(在采样阶段时)，也可以看作是采样器的采样输出电压(在保 持阶段时)。由于在任一阶段，采样器都直接控制着该电压，因此有效抑制了衬 底耦合噪声对电路性能的影响。以该单位增益采样器为基础，可以实现了一个8 位的逐次逼近型模数转换器电路。电路结构图如图3所示，图3中N:8。采样电容阵列中九个采样电容的上极板均与一比较器的负相输入端连接，下极板通过选择开关可以与采样输入信号Vin或接地端连接(选择开关闭合时， 下极板和采样输入信号Vin连接，选择开关断开时，下极板和接地端连接)。比 较器的正相输入端接地。 一复位开关连接在比较器的负相输入端和输出端之间。 比较器的输出端还与模块逐次逼近寄存器SAR连接。在数据采样/保持阶段，首先闭合复位开关，使比较器负相输入端虚地，采 样电容阵列放电，执行该操作可使模数转换器实现自动失调抑制。这是因为当 复位开关闭合时，比较器构成了一个单位增益缓冲器，采样电容阵列被充电到 比较器的失调电压Vos。这要求比较器必须有稳定的单位增益，复位阶段必须进行内部补偿。接着，闭合选择开关，采样输入信号Vin经采样电容下极板采样 进入采样电容阵列。此时复位开关仍然闭合，采样电容的上极板虚地，等效电 路见图4 (a)。然后，断开复位开关，再断开选择开关，此时采样电容的下极板 接地，上极板的电压变为(Vos-Vin)，完成了数据采样/保持过程，等效电路见 4 (b)。模数转换过程开始时，将最高位(2N")采样电容的下极板接参考电压Vref， 见图4 (c)，比较器的输出就是D^。在模块逐次逼近寄存器SAR的作用下， 如果比较器输出为高，则最高有效位(MSB)的采样电容下极板一直接Vref; 如果比较器输出为低，则最高有效位(MSB)的采样电容下极板接地。采样电 容阵列的上极板电压Vtop变为<formula>formula see original document page 0</formula>以相同方式测试下一有效位(2N—2)的采样电容，如图4 (d)。测试该采样 电容后，采样电容阵列上极板电压Vtop变为<formula>formula see original document page 0</formula>余下的采样电容继续按相同的方法转换，直到采样电容阵列上极板电压Vtop收 敛到失调电压值VOS (需满足转换器的分辨率要求)，这时注意到，初始采样电容阵列的电荷被再分配到那些下极板接Vref的采样电 容上。附图3中采样输入信号Vin处的选择开关和比较器输入、输出端之间的复 位开关分别对应图2中的第一 NMOS管Ma和第二 NMOS管Mb，只要合理选 择控制时钟时序，先断开复位开关使采样电容上极板和地断开连接，然后再断 开选择开关使电容下极板和采样输入信号Vin断开连接，就能有效地减小电荷 注入对采样输出的影响。尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施 方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉 本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同 范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述 的图例。
权利要求1.一种数据采样/保持电路，包括第一模拟开关和采样电容，第一模拟开关具有一输入端、一输出端和一控制端，所述采样电容的下极板与第一模拟开关的输出端连接，其特征在于该数据采样/保持电路还包括第二模拟开关，第二模拟开关具有一输入端、一输出端和一控制端，第二模拟开关的输出端与所述采样电容的上极板连接形成采样输出端。
2. 如权利要求1所述的数据采样/保持电路，其特征在于所述第一模拟开 关的控制端接第一采样控制信号，其输入端接采样输入信号。
3. 如权利要求1所述的数据采样/保持电路，其特征在于所述第二模拟开 关的控制端接第二采样控制信号，其输入端接地。
4. 如权利要求1所述的数据采样/保持电路，其特征在于所述第一、第二 模拟开关分别采用第一、第二晶体管，两个晶体管具有第一、第二和第三电极， 所述第一、第二和第三电极分别对应模拟开关的控制端、输入端和输出端。
5. 如权利要求4所述的数据采样/保持电路，其特征在于所述第一、第二 晶体管为第一、第二NM0S管，所述第一、第二和第三电极分别为栅极、源极和 漏极。
6. 如权利要求5所述的数据采样/保持电路，其特征在于所述第一丽0S管 的栅极接第一采样控制信号，其源极接采样输入信号，所述第二丽OS管的栅极 接第二采样控制信号，其源极接地，第一采样控制信号的下降沿迟于第二采样 控制信号的下降沿。
专利摘要本实用新型公开一种数据采样/保持电路，包括第一模拟开关和采样电容，第一模拟开关具有一输入端、一输出端和一控制端，所述采样电容的下极板与第一模拟开关的输出端连接，其特征在于该数据采样/保持电路还包括第二模拟开关，第二模拟开关具有一输入端、一输出端和一控制端，第二模拟开关的输出端与所述采样电容的上极板连接形成采样输出端。本实用新型的有益效果在于通过采样电容下极板对采样输入信号进行数据采集，减小了时钟溃通和电荷注入效应对采样输出的影响，同时避免了寄生电容对电路的影响。
文档编号G11C27/00GK201117295SQ200720175878
公开日2008年9月17日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者江石根, 雷红军 申请人:苏州市华芯微电子有限公司