基于電荷泵改進型CMOS模擬開關(guān)電路

　　2改進型模擬開關(guān)電路設(shè)計

　　2.1電路描述和分析

　　圖4為本文設(shè)計的柵增壓電路，M3和M4組成了一對傳輸門，可以保證輸入信號在高低電壓無損失地傳輸?shù)絺鬏旈T的另一端。M1的柵極接反相器的輸出端，漏源兩端分別接電容正極板和電源電壓，M1的作用是當(dāng)開關(guān)連通且時鐘信號為高電平時，保證電容電壓抬升后不會迅速放電使電容正極板電位為0.M2的柵極接時鐘信號CLK，漏源兩端分別接電容正極板和電源電壓，它的作用是當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，M2導(dǎo)通時使電容正極板電位保持在電源電壓。下面分析該電路的工作情況：

　　當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時，S為低電平，M1導(dǎo)通，保證電容正極板上的電壓最低為VDD，此時M3和M4都不導(dǎo)通，信號不能達到輸出端。當(dāng)開關(guān)導(dǎo)通時，S為高電平，M1截止，時鐘為低電平時，M2和M5導(dǎo)通，M1和M6關(guān)閉，電容充電至P-Vds;CLK為高時，由于電容兩邊電壓不會突變，電容正極板上的電壓會被抬升至原來的兩倍。

　　從上面分析可知，所有跟開關(guān)柵端電壓連通的電壓都是和輸入信號無關(guān)的，因此開關(guān)導(dǎo)通電阻與輸入信號無關(guān)，可以大大抑制信號有關(guān)的電壓損失，保證了信號的線性度和器件的可靠性。

　　圖3柵增壓仿真結(jié)果

　　圖4改進型柵增壓電路

　　2.2性能仿真及結(jié)果分析

　　基于NEC0.35umCMOS工藝的模型參數(shù)，采用Spectre模擬軟件，對圖3進行模擬仿真。電源電壓為5V，輸入信號singlin為500KHZ，信號幅度5V，電荷泵時鐘為100MHZ，電容為1.8pf，仿真得到了開關(guān)導(dǎo)通電阻隨Vg電壓的變化(圖5)、電荷泵抬升后的電壓(圖6)和輸出信號結(jié)果(圖7)，可見，導(dǎo)通電阻在大于電源電壓時急劇降低，電容正極板上的電壓可以抬升至9V，輸出電壓波形比較理圖想，損耗很小，幾乎沒有。

　　圖5開關(guān)導(dǎo)通電阻的DC仿真結(jié)果

　　圖6柵電壓tran仿真結(jié)果

　　圖7輸出電壓仿真結(jié)果