采样开关的设计 - 13bit 40MS/s流水线ADC中的采样保持电路设计

3 采样开关的设计

　　采样开关的性能在采样保持电路中占有十分重要的地位，对于一个简单的NMOS开关，开关导通时其导通电阻Ron为：

　　

 

　　可见,导通Ron是一个与输入信号Vin相关的非线性电阻，这将在输出信号中引入谐波失真 [5]。本文采用如图4(a)所示的栅压自举开关，开关的导通电阻随输入信号幅值变化的曲线图如图4(b)所示，曲线的斜率大约为11 Ω/V，其导通电阻随输入信号幅值的变化较小，具有较高的线性度。

　　

 

　　4 仿真结果

　　采用TSMC的0.18 μm工艺对电路进行了设计，电源电压为3.3 V，采样时钟为40 MHz，采用Spectre对电路进行了仿真。在采样保持电路的输入端加一值为1 V的阶跃信号，其瞬态仿真结果如图5所示。从图中分析得出，在保持相结束时刻，采样保持电路的输出幅值为1.000 08 V，与理想电压的误差为0.08 mV，建立精度达到了0.008%。图6所示为信号的频谱分析，输入峰-峰值为2 V，频率为1.992 187 5 MHz的正弦信号。对输出信号进行4 096点的FFT， 结果显示, 其SNDR为84.8 dB，SFDR为92 dB,有效位数为13.8 bit，能够胜任13 bit 40 MHz流水线型ADC对前端采样保持结构的要求。整个采样保持电路消耗的平均电流为8.501 mA。

　　

 

　　

 

　　本文设计了一个高速高精度的采样保持电路，可作为13 bit 40 MHz流水线型ADC的前端模块。该采样保持电路为电容翻转结构，采用栅压自举开关提高了开关的线性度，其运算为增益提高型的折叠式共源共栅结构，达到了高速高增益的要求。仿真结果表明，整个采样保持电路的精度和速度满足了设计要求。