[0001] 本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种可规避超压的采样栅压自举开关。

[0002] 在现代电子系统中，模数转换器（ADC）的精度和速度对整体性能具有至关重要的影响。采样开关作为ADC中的关键组件，其性能直接决定了采样信号的准确性和电路的整体效能。传统的采样开关，如单管开关或传输门开关，虽然结构简单，但存在导通电阻大、非线性强等缺点，这些非理想效应会显著影响采样信号的准确性。

[0003] 为了克服这些缺点，栅压自举开关被广泛应用于模数转换器电路中。栅压自举技术通过电荷泵升将采样开关的栅极电压提升到比输入信号高一个电源电压的水平，从而实现了采样开关的栅源电压（VGS）恒定为电源电压。这一技术显著减小了导通电阻和非线性，提高了采样速度和精度。然而，传统的栅压自举开关在提升栅极电压的过程中，路径上的许多器件可能面临超压问题，导致晶体管长时间工作在超压状态下，加速了其老化过程，极大地缩减了产品的使用寿命。

[0004] 因此，提出一种可规避超压的采样栅压自举开关。

[0018] 以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。

[0019] 以下结合附图1‑2更全面地描述本发明的示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为本发明仅限于在此阐述的实施例。相反，提供这些示例性实施例能够使得本发明更加全面和完整，更加便于将发明构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的元件、组件或部分，因而将省略对它们的重复描述。

[0020] 在符合本发明的技术构思的前提下，在某个特定的实施例中描述的特征、结构、特性或其他细节不排除可以以合适的方式结合在一个或更多其他的实施例中。

[0021] 在对于具体实施例的描述中，本发明描述的特征、结构、特性或其他细节是为了使本领域的技术人员对实施例进行充分理解。但是，并不排除本领域技术人员可以实践本发明的技术方案而没有特定特征、结构、特性或其他细节的一个或更多。

[0022] 附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

[0023] 附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

[0024] 术语“和/或”或者“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个或多者的所有组合。

[0025] 本说明书实施例提供的一种可规避超压的采样栅压自举开关，包括：如图1所示，电压倍增模块、采样分压模块、开关管模块；电压倍增模块分别与采样分压模块、开关管模块连接，采样分压模块与开关管模块连接。电压倍增模块是为了在复位阶段打开开关管MN1对泵压电容C1上极板充电，电压倍增模块包括反相器I1、反相器I2，反相器I1、反相器I2用于产生CLKB,CLKBB信号控制采样分压模块与开关管模块的工作状态。反相器I1分别与泵压电容C3、反相器I2连接，泵压电容C3与开关管MN3连接，通过泵压电容C3将电容上极板泵到更高的电压。开关管MN3分别与开关管MN2、开关管MP4连接，通过交替充放电C2和C3来实现电压的初步提升。开关管MN2分别与开关管MN1、泵压电容C2连接，泵压电容C2与反相器I2连接，通过泵压电容C2将电容上极板泵到更高的电压。开关管MP4分别与开关管MP3、开关管MN9、电源电压AVDD连接，开关管MP3与开关管MN9连接，开关管MN1分别与开关管模块、采样分压模块连接。值得注意的是，开关管MN1、开关管MN2与开关管MN3的体端均接在P型衬底(P‑sub)，由于开关管N1在工作过程中会被提升到vin+AVDD，开关管N2、开关管N3在工作过程中均会被提升到2*AVDD，而P‑sub接地，使开关管MN1、开关管MN2与开关管MN3体‑源二极管的反偏电压过高，存在击穿的风险。综上，电压倍增模块通过巧妙地利用开关管和泵压电容，实现了电压的高效倍增，具有高效能、低功耗、小体积、设计灵活和可靠性高等优点。

[0026] 将开关管MN1换成了PMOS，栅端接在N5节点，体端则接在N1节点，开关管MN2、开关管MN3、泵压电容C2、泵压电容C3均被舍弃，这样虽然也规避了超压问题，但由于PMOS的体端是N阱(N‑well)，而N‑well与P‑sub之间的二级管有较大的非线性电容，该电容在N1节点与地之间，会导致采样过程存在很大的非线性。电压倍增模块包括反相器I1、反相器I2，反相器I1分别与泵压电容C3、反相器I2连接，泵压电容C3与Deep‑Nwell管连接，Deep‑Nwell管与泵压电容C2、开关管模块、采样分压模块连接，泵压电容C2与反相器I2连接。在在时钟信号的控制下，Deep‑Nwell管MN2 、MN3（作为开关）交替打开使得泵压电容C2和C3分别连接到电源电压AVDD或浮空。当MN3打开时，C3上极板充电至AVDD，此时MN2处于断开状态，所以C2浮空，上极板被向上泵压AVDD。当MN2打开时，C2上极板充电至电源电压，此时MN3处于断开状态，所以C3浮空，C3上极板被向上泵压AVDD。

[0027] 开关管模块包括泵压电容C1，由于MN1的开关状态与MN2相同，所以当C2上极板充电至AVDD时，C1上极板也被充电至相同电压；当C2上极板向上泵压AVDD时，C1上极板同样会向上泵压AVDD，以实现N1节点高于vin一个AVDD。泵压电容C1分别与开关管MN0、开关管MP1连接，开关管MN0与开关管MN4连接，开关管MN4分别与开关管MN5、开关管MP0连接，开关管MP0与开关管MP1连接，开关管MP1与采样分压模块连接，开关管MN5与开关管MN6连接，开关管MN6与采样管MNS连接，采样管MNS与电容CS连接。

[0028] 采样分压模块包括开关管MP2，开关管MP2分别与开关管MN7、开关管MN8连接。

[0029] 如图2所示，当电源电压AVDD上电时，开关管MN2与开关管MN3的体‑源二极管正偏，将开关管MN2与开关管MN3的节点充电至电源电压AVDD。

[0030] 当复位阶段CLK为低，CLKB为高时，N3电压为2*AVDD，开关管MN2、开关管MN1、开关管MN0和开关管MN8导通，N2、 N1电压为AVDD，vin_track与CLK_BS为0，CLKBB为低，开关管MP0导通，开关管MP1关断，采样管MNS关断，泵压电容C1两端电压为AVDD。

[0031] 当采样阶段CLK为高，CLKBB为高时，N2为2*AVDD，N3为AVDD，开关管MN1和开关管MN2关断，开关管MN4导通，CLKB为低，开关管MN0和开关管MN8关断，开关管MP2导通，N7节点为AVDD，开关管MN7栅极电压为高，AVDD会通过开关管MP2与开关管MN7向N5节点充电，开关管MN5和开关管MN6导通，vin_track与N4节点均被充电至vin；开关管MN1关断，N1节点为高阻节点，由于电荷守恒所以N1电压被抬到AVDD+vin，开关管MP1导通且VGS为AVDD，N1节点电荷流向N5节点，开关管MN7断开，CLK_BS为AVDD+vin，从而实现采样管MNS的VGS为AVDD。

[0032] 本发明中，将开关管MN2与开关管MN3的体端接在AVDD，改变了对泵压电容充电的NMOS管的体端电位，规避了超压问题。同时，将开关管MN1的体端接在vin_track，减小了泵压路径上的寄生电容，消除了寄生电容的非线性。

[0033] 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，本发明不与任何特定计算机、虚拟装置或者电子设备固有相关，各种通用装置也可以实现本发明。以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

[0034] 本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

[0035] 以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。