模拟开关与多路转换器

问：什么是“电荷注入”?

答：模拟开关和多路转换器中出现的电荷注入是指

图7 电源断电状态

与构成模拟开关的NMOS和PMOS管相伴的杂散电容引起的一种电荷变化。模拟开关的结构模型以及与其相伴的杂散电容如图8和9所示。模拟开关基本上由一个

NMOS管和一个PMOS管并联而成。对于双极性输入信号，这种结构产生一个“浴盆”形电阻，其等效电路图示出了由电荷注入效应引起的主要寄生电容C GDN (NMOS管栅漏电容)和G GDP (PMOS管栅漏电容)。伴随PMOS管产生的栅漏电容大约是NMOS管产生的栅漏电容的2倍，因为这两种管子具有相同的导通电阻，PMOS管的面积大约是NMOS管的2倍。因此对于从市场上得到的典型模拟开关来说，伴随PMOS管产生的杂散电容大约是NMOS管的2倍。

图8 由寄生电容表现出的CMOS模拟开关电路结构

图9 由电荷注入效应引起的主要寄生电容表现出的等效电路

当开关导通时，正电压加到NMOS管的栅极，而负电压加到PMOS管的栅极。因为寄生电容C
GDN 和C GDP 失配，所以注入到漏极的正电荷和负电荷的数量不相等，这样就造成模拟开关输出端的电荷迁移，呈现出负向电压的尖脉冲。因为模拟开关现在处于导通状态，所以负电荷通过模拟开关的导通电阻(100Ω)很快地放电掉。在第5μs处的仿真的曲线可以说明这一点(见图10和11)。当开关断开时，负电压加到NMOS管的栅极，而正电压加到PMOS管的栅极。

从而使充电电荷加到模拟开关的输出端。因为模拟开关现在处于断开状态，所以对这种注
入正电荷的放电路经是一种高阻状态(100MΩ)。这样使开关在下次导通之前负载电容一直

存贮这个电荷。这种仿真曲线清楚地说明，CL上带的电压(由于电荷注入)在第25μs再次
导通之前一直保持170mV。在这一点又将等量的负电荷注入到输出端，从而使CL上的电压
降到0V。在第35μs此模拟开关再次导通，上述过程以这种周期方式连续进行。

图10 用于图11仿真输出曲线的时序图

图11 100kHz模拟开关电荷注入效应仿真输出曲线