改善开关电流电路主要误差的方案

1、改善开关电流电路主要误差的方案开关电流技术是一种新的模拟信号采样、保持、处理技术。它具有电流模电路的特有优点，如速度快，适合于低电压工作等。与传统的开关电容技术相比，开关电流技术不需要线性电容和高性能的运算放大器，整个电路由晶体管组成，因此可与标准的数字CMOS工艺兼容。针对开关电流电路中的时钟馈通误差和传输误差进行详细分析，并提出了解决办法。 1 时钟馈通误差分析时钟馈通误差是一个复杂的物理现象，在这里以第二代开关电流存储单元为例进行分析。图1为存储单元，图2为开关断开时的电荷注入示意图。 对图1所示的存储单元，Ms的沟道电荷可以近似地描述为： 其中：Cax是栅氧化层单位面积电容;wseff

2、和Lseff分别是Ms的有效沟道宽度和长度;Vgs是Ms的栅一源电压;VT是Ms的阈值电压，由式(2)给出： 式中：2 |F|是强反型层表面势垒;r是体阈值参数;VT0是Vgs=0时的阈值电压。 一般情况下，1 V<VGS 将式(3)代入式(1)，得到注入存储电容的沟道电荷为： 其中：aq表示沟道电荷注入存储电容的分配系数，典型值为：aq=1/2。由栅极扩散覆盖电容Co1，注入存储电容的电荷为： 根据式(4)和式(5)司得整个注入电荷的总量为： 式中：mi=ii/j,称为调制指数。将式(9)代入式(8)，得： 2 传输误差分析开关电流电路属于电流模式电路，其基本结构的等效电路如图3所示。

3、 从图3可以看出，上一级电路的输出电阻与下一级电路的输入电阻并联。设上一级电路的输出电流为Iout，输出电阻为Rout，下一级电路的输入电流为Iin，输入电阻为Rin。，则下一级电路的输入电流为： 从式(12)可看出，增大输出电阻或减小输入电阻都可以减小传输误差。3 误差的改善方法(1)时钟馈通误差的改善。改善时钟馈通误差可采用S2I电路。图4给出S2I存储单元的电路和时序。它的工作原理为：在1a相，Mf的栅极与基准电压Vref相连，此时Mf为Mc提供偏置电流JoMc中存储的电流为ic=J+ii。当1a由高电平跳变为低电平时，由于时钟馈通效应等因素造成Mc单元存储的电流中含有一个电流误差值，假

4、设它为ii。，则Mc中存储的电流为ic=J+ii+ii。在1b相期间，细存储管Mf对误差电流进行取样，由于输入电流仍然保持着输入状态，所以Mf中存储的电流为If=J+ii。当1b由高电平跳变为低电平时，考虑到ii。<<< /> (2)传输误差的改善。从前面的分析知，增大输出电阻或减小输入电阻都可以减小传输误差。下面介绍一种调整型共源共栅结构电路，见图5。 由图5可计算出输出电阻为： 与图1中第二代基本存储单元相比，输出电阻增大 结合S2I电路与调整型共源共栅结构电路的优点，构造调整型共源共栅结构s2I存储单元，见图6。 4 仿真及结果采用0.5 pm标准数字CMOS工艺

5、对图6电路仿真，仿真参数如表1所示： 所有NMOS衬底接地，所有PMOS衬底接电源。所有开关管宽长比均为0.5/m/0.5 m。输入信号为振幅50A，频率200 kHz的正弦信号，时钟频率5 MHz，V ref一2.4 V，VDD=5 V。表1中给出了主要晶体管仿真参数。HSpice仿真结果见图7(a)。对图1中第二代基本存储单元仿真结果见图7(b)。从图7中可以看出，调整型共源共栅结构S2I电路大大提高了精度。图8(a)是图7的放大图，图8(b)是Matlab中的理想波形。从图8(a)可以看出，在A点时，输出开关断开，输入开关闭合，输出电流变为零。在AB区间内，输入信号对存储管的寄生电容充电。在B点，输出开关闭合，输入开关断开，输出电流为B点的电流值，半个时钟周期后，在C点，输出开关断开，输入开关闭合，继续重复上一周期对输入电流的采样一保持。整个电路全由MOS管构成，依靠晶体管的栅极寄生电容对输入信号采样一保持，所以可以与标准数字CMOS工艺兼容，与数字电路集成在1块芯片上。与Matlab中的理想波形对比后可以看出此电路的性能相当精确。 5 结 语与开关电容电路相比，开关电流电路不需要线性浮置电容，能够与标准数字CMOS工艺兼容。但是由于误差的