專利名稱：一種采樣/保持電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采樣/保持電路裝置，特別涉及一種用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn) 換器的采樣/保持電路裝置。
背景技術(shù)：
簡單的開關(guān)電容器采樣/保持電路可用于在模擬連續(xù)時間域與采樣數(shù) 據(jù)域之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其功能是對模擬輸入信號進(jìn)行跟蹤采樣，并根據(jù)后級 信號處理的需要，將采樣值保持一定的時間。圖l的原理示意示出一
簡單的開關(guān)電容器采樣/保持電路，輸入模擬信號Vin被加到以周期性鐘頻 斷開與閉合的開關(guān)20。電容器22接在開關(guān)20的輸出端與公共地之間，在 其兩端產(chǎn)生輸出電壓。電容器22通常是一種線性聚合物一聚合物 (poly-poly)或金屬一金屬電容器。輸出信號Vo是一采樣的數(shù)據(jù)信號。開關(guān) 20被斷開與閉合的采樣頻率，必須高于輸入信號最高頻率的二倍，以滿足 Nyquist定理。
圖2是目前在BiCMOS工藝中普遍采用的開關(guān)電容器采樣/保持電路 結(jié)構(gòu)圖，其中NPN型雙極結(jié)型晶體管50、 NPN型雙極結(jié)型晶體管51 、
NPN型雙極結(jié)型晶體管52和N溝道場效應(yīng)晶體管53組成了采樣/保持開 關(guān)，電容器55為保持電容。該電路的工作原理如下N溝道場效應(yīng)晶體 管53柵極接偏置電平，使其能提供NPN型雙極結(jié)型晶體管52和NPN型 雙極結(jié)型晶體管51其中之一導(dǎo)通時所需的電流。當(dāng)時鐘信號clk為低電平 時，NPN型雙極結(jié)型晶體管52斷幵，NPN型雙極結(jié)型晶體管50和NPN 型雙極結(jié)型晶體管51導(dǎo)通，此時輸入電壓Vin對電容器55進(jìn)行充電，同 時Vo跟蹤Vin，輸出與Vin相差一定電位的同相電壓信號。當(dāng)時鐘信號 clk為高電平時，NPN型雙極結(jié)型晶體管52導(dǎo)通，NPN型雙極結(jié)型晶體 管50和NPN型雙極結(jié)型晶體管51斷開，電容器55開始放電，輸出NPN 型雙極結(jié)型晶體管52導(dǎo)通瞬間時的Vo的電壓值。由于NPN型雙極結(jié)型 晶體管50和NPN型雙極結(jié)型晶體管51的PN結(jié)存儲的電荷在時鐘信號 由低變高的瞬間注入電容器55的上極板，電容器55的輸出將比正確值高 出一定電位。只要通過對NPN型雙極結(jié)型晶體管50 、 NPN型雙極結(jié)型 晶體管51和NPN型雙極結(jié)型晶體管52選取合適的尺寸，對電容器55 選取合適的大小，在時鐘信號為高電平的半個周期內(nèi)，電容器55的輸出 Vo將基本保持不變。
上述采樣/保持電路均存在電荷注入的問題。開關(guān)20可以由雙極結(jié)型 晶體管組成，也可以由場效應(yīng)晶體管組成，處于導(dǎo)通狀態(tài)時，必然存在一 定數(shù)量的電荷儲存在與電容器22相鄰的場效應(yīng)晶體管或者雙極結(jié)型晶體 管中。這些電荷在開關(guān)20斷開時，有一部分被沉積在電容器22上，這就 給存儲在電容器22上的電壓值帶來誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種采樣/保持電路裝置，該電路能在不影響其他 性能的前提下，有效地解決采樣/保持電路中的電荷注入的問題。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明公開了一種采樣/保持電路裝置， 一種 采樣/保持電路裝置，包括保持電容65和采樣/保持開關(guān)裝置；所述的采樣
/保持開關(guān)裝置是由NPN型雙極結(jié)型晶體管60、 NPN型雙極結(jié)型晶體管 61、 NPN型雙極結(jié)型晶體管62和N溝道場效應(yīng)晶體管63構(gòu)成的偏置電 路裝置，其一端接至模擬或射頻信號源，另一端接至保持電容器65;所述 的NPN型雙極結(jié)型晶體管60的集電極連接電源，基極耦合至NPN型雙 極結(jié)型晶體管62的集電極，發(fā)射極耦合至NPN型雙極結(jié)型晶體管61的 集電極；所述的NPN型雙極結(jié)型晶體管61的發(fā)射極與NPN型雙極結(jié)型 晶體管62的發(fā)射極相連，并耦合至N溝道場效應(yīng)晶體管63的漏極；所述 的N溝道場效應(yīng)晶體管63的源極與地相連，柵極連接偏置電壓；工作時 兩個互補的采樣/保持時鐘信號分別從NPN型雙極結(jié)型晶體管61的基極和 NPN型雙極結(jié)型晶體管62的基極接入采樣/保持電路；在保持電容65與 釆樣/保持開關(guān)裝置之間還連接了 一個補償電路裝置。
所述的采樣/保持電路裝置，所述補償電路裝置由源極與漏極相連的N 溝道場效應(yīng)晶體管64組成，另一個采樣/保持時鐘信號從所述的N溝道場 效應(yīng)晶體管64的柵極輸入。
所述的采樣/保持電路裝置，所述從N溝道場效應(yīng)晶體管64柵極輸入 的采樣/保持時鐘信號與從NPN型雙極結(jié)型晶體管62基極輸入的采樣/保 持時鐘信號同相。
本發(fā)明提出的采樣/保持電路裝置采用增加一個補償電路的方式，改善 了電荷注入帶來輸出電平不正確的問題。它適用于所有的BiCMOS工藝，
相對于目前普遍采用的結(jié)構(gòu)，僅增加了一個N溝道場效應(yīng)晶體管，故電路
結(jié)構(gòu)可以做得很簡單，無需增加電路的復(fù)雜度，實現(xiàn)起來很方便。而且沒 有降低采樣/保持電路的其他性能。


圖1是已有簡型開關(guān)電容器采樣/保持電路的原理圖2是目前普遍采用的開關(guān)電容器采樣/保持電路原理圖3是本發(fā)明提出的開關(guān)電容器采樣/保持電路原理裝置圖4是圖3中被采樣信號和采樣后電容器(65)的輸出電壓波形圖5是本發(fā)明的另一個實施例。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的實施方式做詳細(xì)的說明。
本發(fā)明提出的開關(guān)電容器采樣/保持電路原理裝置如圖3所示，其中 NPN型雙極結(jié)型晶體管60、 NPN型雙極結(jié)型晶體管61 、 NPN型雙極結(jié) 型晶體管62和N溝道場效應(yīng)晶體管63組成了采樣/保持開關(guān)，N溝道場 效應(yīng)晶體管64為補償電路，電容器65為保持電容。該電路的工作原理如 下N溝道場效應(yīng)晶體管64的柵極接偏置電平，使其能提供NPN型雙極 結(jié)型晶體管62和NPN型雙極結(jié)型晶體管61其中之一導(dǎo)通時所需的電流。 當(dāng)時鐘信號clk為低電平時，NPN型雙極結(jié)型晶體管62斷開，NPN型雙
極結(jié)型晶體管60和NPN型雙極結(jié)型晶體管61導(dǎo)通，此時輸入電壓Vin 對電容器65進(jìn)行充電，同時輸出電壓Vo跟蹤輸入電壓Vin，輸出電壓Vo 與輸入電壓Vin相差一定電位的同相電壓信號。當(dāng)時鐘信號clk為高電平 時，NPN型雙極結(jié)型晶體管62導(dǎo)通，NPN型雙極結(jié)型晶體管60和NPN 型雙極結(jié)型晶體管61斷開，電容器65開始放電，輸出NPN型雙極結(jié)型 晶體管62導(dǎo)通瞬間時的Vo的電壓值。此時NPN型雙極結(jié)型晶體管60和 NPN型雙極結(jié)型晶體管61的PN結(jié)存儲的電荷在時鐘信號clk由低變高的 瞬間被N溝道場效應(yīng)晶體管64吸收，不再注入電容器65的上極板，電容 器65的上極板輸出正確的電平。只要通過對NPN型雙極結(jié)型晶體管60 、 NPN型雙極結(jié)型晶體管61和NPN型雙極結(jié)型晶體管62選取合適的尺寸， 對電容器65選取合適的大小，在時鐘信號clk為高電平的半個周期內(nèi)，電 容器65的輸出Vo將基本保持不變。
圖4是圖3中被采樣信號和采樣后電容器65的輸出電壓波形圖，圖 中橫軸為時間，縱軸為電壓。從圖中可以看出，電容器65的輸出電壓與 正確值完全一致。
圖5是本發(fā)明的一個具體的實施例，Vinl、 Vin2為差分模擬信號， Ml、 M2、 M12和R1、 R2組成輸入級，輸入信號經(jīng)過輸入級后進(jìn)入開關(guān) 電容器采樣/保持電路，M7、 M8、 M9、 MIO、 M13、 Cl和M19、 M20、 M21、 M22、 M24、 C2即為本發(fā)明提出的采樣/保持電路裝置，經(jīng)此電路 采樣保持后，經(jīng)過Mll、 M14和M23、 M25組成的輸出級輸出。M3、 M4、 M5、 M6和M15、 M16、 M17、 M18組成反饋網(wǎng)絡(luò)。分別連接在輸入級的 輸出和采樣電容的上極板之間。在本實施例中，當(dāng)采樣頻率達(dá)到lGHz，
輸入模擬信號頻率為100MHz時，輸出信號的信噪比達(dá)到了 70dB。而現(xiàn)
有的電路裝置僅有60dB。
權(quán)利要求
1、一種采樣/保持電路裝置，包括保持電容(65)和采樣/保持開關(guān)裝置；所述的采樣/保持開關(guān)裝置是由NPN型雙極結(jié)型晶體管(60)、NPN型雙極結(jié)型晶體管(61)、NPN型雙極結(jié)型晶體管(62)和N溝道場效應(yīng)晶體管(63)構(gòu)成的偏置電路裝置，其一端接至模擬或射頻信號源，另一端接至保持電容器(65)；所述的NPN型雙極結(jié)型晶體管(60)的集電極連接電源，基極耦合至NPN型雙極結(jié)型晶體管(62)的集電極，發(fā)射極耦合至NPN型雙極結(jié)型晶體管(61)的集電極；所述的NPN型雙極結(jié)型晶體管(61)的發(fā)射極與NPN型雙極結(jié)型晶體管(62)的發(fā)射極相連，并耦合至N溝道場效應(yīng)晶體管(63)的漏極；所述的N溝道場效應(yīng)晶體管(63)的源極與地相連，柵極連接偏置電壓；工作時兩個互補的采樣/保持時鐘信號分別從NPN型雙極結(jié)型晶體管(61)的基極和NPN型雙極結(jié)型晶體管(62)的基極接入采樣/保持電路；其特征在于在保持電容(65)與采樣/保持開關(guān)裝置之間還連接了一個補償電路裝置。
2、 如權(quán)利要求1所述的采樣/保持電路裝置，其特征在于所述的補 償電路裝置由源極與漏極相連的N溝道場效應(yīng)晶體管(64)組成，另一個 采樣/保持時鐘信號從所述的N溝道場效應(yīng)晶體管(64)的柵極輸入。
3、 如權(quán)利要求2所述的采樣/保持電路裝置，其特征在于從N溝道 場效應(yīng)晶體管(64)柵極輸入的采樣/保持時鐘信號與從NPN型雙極結(jié)型晶 體管(62)基極輸入的采樣/保持時鐘信號同相。
全文摘要
一種采樣/保持電路裝置，包括保持電容和采樣/保持開關(guān)裝置；所述的采樣/保持開關(guān)裝置是由三個NPN型雙極結(jié)型晶體管和一個N溝道場效應(yīng)晶體管構(gòu)成的偏置電路裝置，其一端接至模擬或射頻信號源，另一端接至保持電容器；兩個NPN型雙極結(jié)型晶體管的基極分別接至兩個互補的采樣/保持時鐘信號，它們的發(fā)射極相接并連接至N溝道場效應(yīng)晶體管的漏極，它們的集電極分別與第三個NPN型雙極結(jié)型晶體管的基極與發(fā)射極相連；第三個NPN型雙極結(jié)型晶體管的集電極與電源相連；N溝道場效應(yīng)晶體管的源極與地相連，柵極連接偏置電壓；在保持電容與采樣/保持開關(guān)裝置之間還連接了一個補償電路裝置，能夠有效解決電荷注入帶來輸出電平不正確的問題。
文檔編號G11C27/00GK101197193SQ200610164878
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者朱旭斌, 寅 石 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所