关于电荷注入


在集成电路中,电荷注入(charge-injection)是 mos 开关常见的一个问题,在这里简单的说一下:

具体的问题来源

下图是电荷注入问题的示意,MOS 管导通时在沟道区会存在沟道电荷,在导通或关断的瞬间,此电荷流入或流出 MOS 开关,因此会改变对应节点的电压,引入误差

charge-injection

一般在开关开启时,由于输出和输入相接,Vo跟随Vi,故电荷注入导致Vo的瞬时变化常可以忽略;而在开关断开时,电荷流出开关管在Vo端引入电压的跳变,而此时开关已断开,此Vo信号的误差无法恢复。故此,我们主要主要关心的是开关关断时的电荷注入问题

另,当开关控制信号跳变足够快时,一般认为沟道电荷近乎平均的流到开关管的两边

解决(改善)方法

下面是常见的改善电荷注入问题的方法:

1. dummy 管的结构

dummy switches

注意这里M2一般选取为M1尺寸的一半,且其导通略晚于M1管的关断以吸收M1的电荷,其关断略早于M1的导通以避免M2自身的电荷对Vo节点的影响

2. CMOS开关的方法

cmos switches

利用CMOS的互补开关来减小其影响

3. 并联开关的方法

parallel switches

小尺寸的开关管MB,其控制信号略晚于开关管MA的控制信号,从而在MA关断时仍有MB形成的通路,时的此时的vo任然跟随Vi,从而减小MA的电荷注入的影响

4. 其他的补偿方法

compensation

如上图所示, 通过在正输入端的补偿, 来减小负输入端的电荷注的影响

5. 全差分的结构

fully-differential

通过采用全差分的结构, 将电荷注入导致的误差作为共模干扰以抑制


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