开关电容电路基本概念采样开关MOS开关误差速度问题电荷注入抵消开关电容放大器开关电容积分器开关电容共模反馈基本概念*连续时间电路：输入是连续时间信号，输出也是连续时间信号。如图：若运放增益无限大，则：若运放的增益不是无限大，则可能引入误差。是一个反相放大器。当输出阻抗很高时，电阻R2使运放增益下降，误差增加。电阻的工艺绝对误差很大，而电容的工艺绝度误差相对较小问题：为什么不能用电容代替电阻？基本概念在反相放大器中，用电容代替电阻。如图：若运放增益无限大，则：同样实现信号反相放大的功能。问题：考虑电路中的x点：没有任何的电流通路。因此对x点，有电荷守恒。电荷量和电路的初态有关。解决方法：必须有电流通路设置x点的偏置电压。在反相放大器中，采用开关并联电容的方式代替电阻，当开关关闭时，提供了一条对x点的电流通路。基本概念采用开关电容如图：同样假设运放增益无限大，开关电容电路工作分二个阶段：S1、S2接通，S3断开因此，C2两端的电压为零，C1两端的电压为Vin。电荷为：当t=t0时，S1、S2断开，S3接通C1两端的电压为零，C2的电压为Vout采样信号放大C1/C2倍基本概念上述开关电容电路的特点：工作分二个过程：采样：对模拟输入信号进行采样，没有放大功能。放大：对采样输入信号进行放大，而不是处理连续信号放大需要一定的时间，使输出达到一定的精度。因为放大过程是电荷转换过程，需要充放电电流。电路需要一个时钟来确定每个阶段。因此开关电容电路是一种离散时间系统。和电阻负载相比，电容负载不会影响运放的输出阻抗。电容易匹配，精度高。虚地必须是高阻，使电荷不会损失。因此，适用于MOS管采样开关一个简单的采样电路需要一个开关和电容，控制开关对输入信号采样，信号的幅度转化为电荷保持在电容上。用MOS管作为采样开关：NMOS开关：当CK=1时，Vout随Vin变化。CK=0时，Vout保持常数。NMOS开关是双向传输的强“0”、弱“1”当Vin=1时，实际上，输入信号值远低于上述值。采样开关导通电阻：若栅极电压VDD远大于Vin和Vout电压值一个阈值电压以上，则NMOS保持在线性区。导通电阻和输入电压成反比。导通电阻增加，使到达稳定态的时间增加，速度下降。PMOS开关：和NMOS类似，不同之处在于：当CK=0时，Vout随Vin变化。CK=1时，Vout保持常数。强“1”、弱“0”采样开关讨论：“零失调”开关工作在深线性区的MOS器件称为“零失调”开关，指采样电路的输入和输出电压之间没有直流偏移。速度的概念指电压的初始值到稳定值得时间，稳定值由精度的要求决定。提高速度的方法：NMOS和PMOS的深线性区对应的输入电压范围不同，具有互补性。采样开关CMOS开关：当：导通电阻和输入电压无关采样开关CMOS开关必须有两个反相时钟控制，一般这两个时钟是不同时到达的。如图，CK先到达。以CK=0的下降沿为采样点，得到理想值。但在延时Δt后关断，则实际值和理想值之间有偏差。CMOS开关不同时关断引起的失真：解决方法：消除互补时钟的不同时：版图布线对称，利用互补的数字时钟产生电路。如图，用一个恒导通的CMOS开关等效一级门延时。MOS采样开关的误差MOS开关的误差使精度下降。沟道电荷注入如图：MOS开关导通时，氧化层下的硅表面存在沟道，假定沟道中的总电荷对NMOS来说，沟道是负极板。当栅电压增加时，电子密度上升。当MOS管断开时，电荷被抽走。若假定：一半电荷注入到CH，另一半被输入源极吸收。则：因为是电子注入，因此电压是向下跳变的。MOS采样开关的误差讨论：若电容下降，则速度提高，但ΔV增加，精度下降；若沟道宽度W增加，导通电阻下降，则速度提高，但ΔV增加，精度下降。电荷注入的比例很难控制。大多数电路分析模拟工具对电荷注入效应的模拟是不精确的。若电荷分配使电荷完全注入到采样电容上，则可求得最大输出电压误差：MOS采样开关的误差因此，电荷注入效应引起的输出误差可分成：增益误差：表现为非单位增益。固定的失调电压误差：非线性误差：考虑体效应，引入阈值电压和输入电压的非线性关系非线性误差不能修正MOS采样开关的误差考虑由电荷注入效应引起的速度和精度的折中：显然，电荷注入效应引起的误差和宽长、栅电容成正比，